ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНО-РАЗГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ПРОКАТНОЙ КЛЕТИ Российский патент 1997 года по МПК B21B33/00 

Изобретение относится к области прокатного производства и может быть использовано для защиты от технологических перегрузок рабочих клетей, преимущественно обжимных и толстолистовых станов.

Известно предохранительное устройство прокатной клети, включающее расположенный между подушками валков и нажимным устройством клиновой предохранительный механизм, выполненный несамотормозящимся, с пружинным элементом, размещенным между клином и регулировочным винтом (см. авт.св. СССР N 601060, кл. В 21 В 33/00). Недостатком клинового механизма является нестабильность величины силы срабатывания вследствие эффекта приработки трущихся поверхностей, а также попадания в рабочие контакты механизма частиц окалины, воды, смазки, паров и т.п. что изменяет коэффициент трения.

Известно также предохранительное устройство прокатной клети, размещенное между нажимным механизмом и подушкой прокатного валка, в котором для ограничения технологических нагрузок использованы пакеты гибких пластин, установленных своей плоскостью параллельно воспринимаемой нагрузке (см. авт.св. СССР N 1011288, кл. В 21 В 33/00). Известное устройство снижает жесткость прокатной клети вследствие прогиба пластин еще до потери ими устойчивости, а также подвержено эффекту усталостного разрушения пластин при их эксплуатации. Более того, вертикальное расположение пластин увеличивает габариты устройства, что требует увеличения размеров прокатной клети.

Известно также предохранительно-разгрузочное устройство прокатной клети (принятое за прототип), содержащее пуансон и бандаж, образующие рабочую полость, заполненную высокоэластичным материалом (свинцом), а также дополнительную полость, огражденную от рабочей полости срезным диском и размещенную под рабочей полостью. Недостатком устройства является сложность восстановления его работоспособности, требующая для замены срезного диска извлечения устройства из клети, удаления остатков высокоэластичного металла и заливку полости новой порцией свинца. Наличие дополнительной полости обуславливает также необходимость увеличения вертикальных размеров прокатной клети, что увеличивает ее металлоемкость и снижает жесткость.

В последнее время вместо пластичных материалов, передающих давление, нашли применение эластомеры, обладающие свойством восстановления своих размеров после срабатывания устройства. Это позволило снизить трудоемкость восстановительных работ, исключив необходимость извлекать остатки материала из рабочей полости устройства и заполнять ее новой порцией эластомера. Однако эти конструкции предохранительных устройств так же, как и предыдущие конструкции, нуждаются в извлечении из-под нажимных средств клети, что затрудняет обслуживание как самого устройства, так и все клети в целом.

Задачей изобретения является создание конструктивно простого, точного при срабатывании и удобного в обслуживании предохранительно-разгрузочного устройства, обеспечивающего снижение аварийных простоев стана.

Для решения этой задачи в предохранительно-разгрузочном устройстве прокатной клети, включающем размещенные под нажимным средством пуансон, бандаж и основание, образующие рабочую полость, заполненную высокопластичным материалом, и разрушаемый элемент, согласно изобретению, бандаж выполнен в виде двух жестких полуколец, связанных между собой на одном конце шарниром, а на другом разрушаемым элементом, выполненным в виде серзного пальца, а в качестве высокоэластичного материала использован эластомер.

Причем срезной палец установлен на концах полуколец в срезающих втулках, а ось срезного пальца параллельна оси нажимного средства или перпендикулярна ей.

Выполнение бандажа в виде двух жестких полуколец, один конец которых связан друг с другом срезным пальцем, а другой шарниром, позволяет исключить расход бандажей при срабатывании устройства, так как разрушению подвержен лишь конструктивно простой элемент срезной палец, связывающий полукольца в единый бандаж. Установка шарнира на другом конце полуколец обеспечивает свободное уширение бандажа при разрушении срезного пальца, а признак размещения оси вращения шарнира параллельно оси нажимного средства сохраняет компактность бандажа после разрушения срезного пальца.

Как показали экспериментальные исследования, точность срабатывания предохранительных устройств зависит от вида разрушающей деформации. При этом срез разрушаемых элементов обеспечивает сокращение интервала предельных нагрузок на 30.40% в сравнении с разрывом этих элементов. В свою очередь, на величину погрешности предельных нагрузок влияет качество разрушения. Так, качественный срез пальца срезающими втулками практически полностью исключает влияние смятия материала пальца на его разрушение. Это обосновывает признак установки срезного пальца на концах полуколец в срезающих втулках.

Положение оси срезного пальца влияет на удобство обслуживания устройства после его срабатывания в клети. В заявленном техническом решении предложено два варианта размещения срезных пальцев. В первом варианте палец размещен вертикально и параллельно оси нажимного средства. Во втором ось пальца перпендикулярна оси нажимного средства, т.е. палец установлен горизонтально. Выбор варианта установки срезных пальцев зависит от расположения свободного пространства, обеспечивающего более простой и удобный доступ к устройству обслуживающего персонала для замены срезного пальца. Если доступ к устройству облегчен со стороны боковых стенок, то предпочтителен вариант размещения срезных пальцев горизонтально. Если боковое пространство загромождено конструктивными элементами узла подушек, то следует использовать вариант установки срезных пальцев сверху, параллельно оси нажимного средства.

Иногда в процессе прокатки возникает так называемое заклинивание валков прокатываемым металлом. Для ликвидации заклинивания валков в заявленном техническом решении предложено выполнить в боковой стенке одного из полуколец, составляющих бандаж, сквозное радиальное отверстие с резьбой, в которое вкручивается болт. При заклинивании валков болт следует выкрутить, и эластомер из рабочей полости под давлением будет выходить из отверстия, позволяя развести рабочие валки и продолжить работу. Однако эластомер при этом будет пластически деформирован и должен быть заменен на новый.

На фиг. 1 представлен осевой разрез предохранительно-разгрузочного устройства; на фиг. 2 вид устройства сверху с вариантом размещения срезного пальца параллельно оси нажимного средства и с возможным вариантом расположения отверстия для ликвидации заклинивания валков; на фиг. 3 разрез по В-В на фиг. 2; на фиг. 4 схема распределения давления на внутренние стенки рабочей полости устройства; на фиг 5. положение полуколец при срабатывании устройства; на фиг. 6 поперечный разрез устройства с вариантом размещений срезного пальца перпендикулярно оси нажимного средства.

Предохранительно-разгрузочное устройство прокатной клети размещено под нажимным средством 1 (фиг. 1) и включает пуансон 2, основание 3, опирающееся на подушку 4 прокатного валка, а также бандаж, выполненный в виде двух полуколец 5 и 6 (фиг. 2), установленных с охватом пуансона и основания. Одним концом полукольца связаны между собой шарниром (фиг. 2), ось 7 которого параллельна оси нажимного средства. С другого конца полукольца взаимодействуют друг с другом посредством срезного пальца 8, размещенного во втулках 9 (фиг. 3), запрессованных в полукольцах параллельно оси нажимного средства. Вариант конструкции устройства, представленный на фиг. 6, предусматривает установку срезного пальца 8 во втулках 9 перпендикулярно оси нажимного средства.

Пуансон 2 (фиг. 1, 2, 6), основание 3 и полукольца 5 и 6 образуют рабочую полость устройства, заполненную эластомером 10. В рабочей полости размещен ограничитель перемещений 11, представляющий собой цилиндр, жестко связанный с пуансоном 2 и свободным концом входящий в сквозное цилиндрическое отверстие 12, выполненное в основании 3 устройства с диаметром d, равным диаметру ограничителя.

В боковой стенке полукольца 5 выполнено радиальное цилиндрическое отверстие 13 с резьбой, в которое вкручен болт 14.

Устройство работает следующим образом.

При эксплуатации клети в рабочем диапазоне технологических нагрузок пуансон 2 воспринимает внешнее усилие Q, приходящееся на нажимное средство 1, и создает в рабочей полости давление p (фиг 4), равномерно распределенное по поверхности рабочей полости высотой H. Под действием давления p (фиг. 4) внутренняя поверхность полуколец 5 и 6 испытывает общую нагрузку:
N D•H•p,
где D диаметр внутренней поверхности полуколец 5 и 6.

Эта нагрузка уравновешивается силой T, действующей на срезной палец 8. Под влиянием силы T в срезном пальце возникают касательные напряжения:

где dn диаметр срезного пальца; n число плоскостей среза пальца.

В момент превышения технологической нагрузкой, действующей на нажимное средство, максимально допустимой величины:

происходит разрушение пальца 8 одновременно в n плоскостях среза. Под действием давления p и полукольца 5 и 6 бандажа, сохранившие связь в шарнире, поворачиваются относительно оси 7 (фиг. 5), рабочая полость раскрывается. В результате предохранительное устройство теряет свою жесткость, происходит осадка эластомера на величину H (фиг. 1) до упора ограничителя перемещений 11 в поверхность подушки 4. При этом внешнее технологическое усилие Q, существенно уменьшенное при разведении валков, исключает перегрузки прокатной клети.

Для восстановления работоспособности устройства достаточно удалить прокатываемый материал из межвалкового зазора, зафиксировать подушки прокатного валка от вертикальных перемещений, поднять нажимное средство до уровня, при котором эластомер полностью восстанавливает свои геометрические размеры, сомкнуть разведенные кольца и вставить новый палец в соосные отверстия втулок полуколец.

Предохранительное устройство, в котором срезной палец 8 (фиг 6) размещен перпендикулярно оси нажимного средства, работает аналогичным образом.

Если в процессе прокатки происходит заклинивание валков прокатываемым металлом, то требуется развести валки. Для этого болт 14 выкручивается из отверстия 13, и эластомер 10 выходит через отверстие 13. При этом валки разводятся и клеть разгружается. Однако в этом случае для восстановления работоспособности устройства необходимо заменить эластомер, так как он получает необратимые пластические деформации.

Итак, заявленное техническое решение обеспечивает конструктивную простоту, точность при срабатывании устройства за счет качественного среза разрушаемого элемента, удобство обслуживания клети, простоту замены разрушаемого элемента. Нетребуется извлечения предохранительного устройства из-под нажимного средства, а также исключается разрушение деталей бандажа.

В качестве примера конкретного выполнения может быть рассмотрено предохранительное устройство обжимной клети слябинга 1150 Карагандинского металлургического комбината. Рабочая полость устройства, имеющая диаметр D 400 мм, высоту H 50 мм, образована бандажом в составе двух полуколец, один конец которых связан с шарниром осью диаметром 70 мм, а другой срезным пальцем диаметром 40 мм, выполненным из углеродистой стали (сталь 45, ГОСТ 1050-81). Срезной палец установлен во втулках внешним диаметром 70 мм, запрессованных в полукольцах. Твердость внутренней поверхности втулок HRC 45. Рабочая полость заполнена полиуретаном марки СКУ ПФЛ-100 (Е 58 МПа, μ 0,498). Диаметр ограничителя d 180 мм. Наибольшие размеры устройства в плане 650•650 мм, по высоте 120 мм.

Указанные параметры обеспечивают срабатывание устройства в диапазоне технологических нагрузок 10850.11000 кН с раздвижением валков на 20 мм.

Использование устройства, описанного в примере конкретного выполнения, в сравнении с прототипом позволяет сократить аварийные простои стана, связанные с восстановлением работоспособности устройств, на 30.40% снизить затраты на замену разрушаемого элемента в 10.15 раз, уменьшить трудоемкость восстановительных работ в 1,5.2,0 раза.

Таким образом, совокупность отличительных признаков заявленного технического решения обеспечивает выполнение поставленной задачи.

Использование: изобретение относится к области прокатного производства и может быть использовано для защиты рабочих клетей прокатных станов от перегрузок. Сущность изобретения: предохранительно-разгрузочное устройство прокатной клети с разрушаемым элементом установлено между нажимным средством и подушкой прокатного валка и включает пуансон, бандаж и основание, образующие рабочую полость, заполненную эластомером. Бандаж выполнен в виде двух полуколец, один конец которых связан друг с другом срезным пальцем, а другой - шарниром, ось вращения которого параллельна оси нажимного средства, причем срезной палец установлен на концах полуколец в срезающих втулках, а ось срезного пальца параллельна оси нажимного средства или перпендикулярна ей. Устройство снабжено ограничителем перемещений, выполненным в виде цилиндра, жестко связанного с пуансоном и установленным по оси нажимного средства. В боковой стенке одного из полуколец выполнено сквозное радиальное отверстие с резьбой, в которое вкручен болт. В случае заклинивания валков выход эластомера через отверстие при выкручивании болта позволяет разгрузить клеть и развести валки. Устройство обеспечивает конструктивную простоту, компактность и удобство в обслуживании устройства, что снижает продолжительность аварийных простоев стана и трудоемкость восстановительных работ. 4 з.п ф-лы, 6 ил.

1. Предохранительно-разгрузочное устройство прокатной клети, включающее размещенные под нажимным средством пуансон, бандаж и основание, образующие рабочую полость, заполненную высокопластичным материалом, и разрушаемый элемент, отличающееся тем, что бандаж выполнен в виде двух жестких полуколец, связанных между собой на одном конце шарниром, а на другом разрушаемым элементом, выполненным в виде срезного пальца, а в качестве высокопластичного материала использован эластомер. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что срезной палец установлен на концах полуколец в срезающих втулках. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что ось срезного пальца параллельна оси нажимного средства. 4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что ось срезного пальца перпендикулярна оси нажимного средства. 5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в боковой стенке одного из полуколец, составляющих бандаж, выполнено радиальное отверстие с резьбой, в которое вкручен болт.