КАССЕТА МНОГОВАЛКОВОЙ ПРОКАТНОЙ КЛЕТИ Российский патент 1997 года по МПК B21B13/14 

Изобретение относится к прокатному производству, конкретно, к конструкциям многовалковых клетей холодной прокатки листа.

Принципиальная идея многовалковой листопрокатной клети основана на требовании максимальной жесткости валкового узла при малом диаметре рабочих валков. Малый диаметр рабочих валков позволяет выкатывать тонкую полосу с минимальным смятием контактной поверхности валка, а жесткость валкового узла обеспечивается пирамидой опорных, промежуточных и боковых поддерживающих валков, предотвращающих прогиб рабочих валков. В совокупности эти мероприятия направлены на получение возможно более точного по толщине и профилю проката.

Малый диаметр рабочих валков в клетях такой конструкции диктует выбор схемы привода валков через опорные или промежуточные валки, которые имеют сравнительно большой диаметр. Таким образом, рабочие валки, будучи неприводными через шейку (крутящий момент передается на рабочие валки за счет трения их бочек о бочки приводных, контактирующих с ними опорных или промежуточных валков), свободно устанавливаются в пирамиде, и их положение определяется и регулируется теми валками, на которые они опираются [1]
Прогрессивным направлением в конструировании многовалковых листопрокатных клетей является кассетный принцип формирования пирамиды, когда неприводной рабочий валок малого диаметра, промежуточный валок, на который этот рабочий валок опирается, и боковые валки, поддерживающие спереди и сзади рабочий валок, монтируются в общий сменный узел (кассету). Две такие заранее собранные кассеты (верхняя и нижняя) при монтаже клети устанавливаются между опорными валками большого диаметра, смонтированными на подушках непосредственно в станинах клети. Такое решение позволяет, помимо удобства и быстроты перевалки, обеспечить несложный переход от одной схемы многовалковой пирамиды к другой при изменении, например, сортамента проката или требуемой профилировки рабочих валков, за счет извлечения одной кассеты и установки на ее место другой, заранее подготовленной на стороне кассеты. Чрезвычайно важной является также возможность перехода в одной клети от многовалковой схемы к схеме кварта и обратно. Эта возможность позволяет существенно расширить диапазон технологического применения клети.

Из уровня техники известна кассета многовалковой листопрокатной клети, содержащая комплект валков в составе неприводного рабочего валка, промежуточного валка и двух боковых поддерживающих валков, переднего и заднего, своими бочками опирающихся каждый на опорный узел и вместе с ним установленных каждый на свободном конце подвешенной на полушке промежуточного валка качающейся балки, имеющей на тыльной стороне упоры для взаимодействия с опорной балкой клети [2]
В известной кассете, которая может быть выбрана в качестве ближайшего аналога изобретения, опорный узел бокового поддерживающего валка выполнен в виде набора полых роликов, опирающихся на ось через подшипники качения. Такое конструктивное решение предопределяет сложность и неэкономичность изготовления, поскольку полые ролики являются фактически наружными обоймами подшипников качения и изготавливаются из специальных марок стали, а их монтаж на общую ось нетехнологичен. Недостаточная эффективность этой конструкции в эксплуатации проявляется в том, что она не обладает возможностями активного воздействия на положение и/или профиль рабочего валка, поскольку усилие, действующее со стороны полого ролика на боковой поддерживающий валок, является по своей природе только ответной опорной реакцией на боковое усилие со стороны рабочего валка. Между тем, это последнее усилие зависит от целого ряда факторов (практикуемое смещение плоскости осей рабочих валков относительно плоскости осей опорных, действие натяжения со стороны полосы, разнотолщинность последней по ширине и т.п.) и может колебаться в достаточно широких пределах. В связи с этим можно также констатировать, что усилия со стороны рабочего валка на передний и задний боковые поддерживающие валки существенно разнятся, что конструкцией кассеты никак не предусмотрено. Недогруженность одного набора полых роликов, например переднего, и перегруженность другого набора, например заднего, приводит к преждевременному выходу из строя кассеты и необходимости ее замены, что ведет к увеличению парка сменных кассет и удорожанию эксплуатации.

Еще одним недостатком описанной конструкции является то, что твердая обойма ролика опорного узла оставляет след в зоне контакта на поверхности бокового поддерживающего валка, а этот след в свою очередь переносится на поверхность бочки рабочего валка, что в конечном счете отражается на качестве поверхности прокатываемой полосы.

Задачей изобретения является создание такой конструкции кассеты многовалковой листопрокатной влети, которая при большей простоте изготовления и большем удобстве эксплуатации имела бы и более широкие технологические возможности в части воздействия на положение и/или профиль рабочего валка. Указанная задача решена тем, что а кассете многовалковой листопрокатной клети, содержащей комплект валков в составе неприводного рабочего валка, промежуточного валка и двух боковых поддерживающих валков, переднего и заднего, своими бочкам опирающихся каждый на опорный узел и вместе с ним установленных каждый на свободном конце подвешенной на полушке промежуточного валка качающейся балки, имеющей на тыльной стороне упоры для взаимодействия с опорной балкой клети, согласно изобретению опорный узел бокового поддерживающего валка выполнен в виде гидростатического подшипника с карманом на рабочей поверхности, охватывающего частично бочку бокового поддерживающего валка и опирающегося на корпус, который контактирует с подшипником и со свободным концом качающейся балки по концентричным цилиндрическим поверхностям, ось которых совпадает с осью соответствующего бокового валка, при этом карманы переднего и заднего боковых поддерживающих валков связаны гидравлически между собой и с питающей магистралью высокого давления через управляемый регулятор расхода.

Кроме того, гидростатический подшипник выполнен из нескольких секций по его длине, две группы которых связаны гидравлически между собой и с питающей магистралью высокого давления через управляемый регулятор расхода.

Кроме того, управляемый регулятор расхода выполнен в виде двухпозиционного золотника, средняя часть плунжера которого выполнена с наружной винтовой дроссельной канавкой, а каждый из карманов и/или каждая из групп секций подшипника имеет гидравлическую связь как с центральной полостью золотника, так и с соответствующей концевой его полостью.

Выполнение опорного узла бокового поддерживающего валка в виде гидростатического подшипника позволяет существенно упростить и удешевить изготовление кассеты и тем более парка кассет и, что самое важное, придать кассете новую технологическую возможность: активное воздействие на положение и/или профиль рабочего волка через боковой поддерживающий валок, с учетом фактически действующего на опорный узел усилия со стороны рабочего валка, его колебаний и разницы итога усилий на переднем и заднем опорных узлах. При этом необходимо иметь в виду, что в отличие от известной конструкции [2] в которой для смазки подшипников качения опорного узла не может быть использована смазочная система рабочих валков клети, в гидростатическом подшипнике используется технологическая смазочная эмульсия из той же питающей магистрали, из которой поступает смазка на валки. Это существенно упрощает эксплуатацию кассеты и клети в целом. Возможность автономного активного регулирования давления в смазочных карманах как переднего и заднего опорного узла, так и в каждом опорном узле вдоль длины гидростатического подшипника позволяет корректировать положение рабочего валка относительно промежуточного валка и, при необходимости, воздействовать на его профиль. При этом каждый опорный узел в кассете согласно изобретению создает то усилие на рабочий валок, которое необходимо для уравновешивания сдвигающих валок усилий, возникающих вследствие разницы переднего и заднего натяжений прокатываемой полосы, наличия горизонтальной составляющей реакции промежуточного валка при несовпадении плоскостей осей рабочих и промежуточных валков и иных технологических причин. Существенно, что перераспределение давлений по карманам в соответствии с реальным усилием на рабочий валок обеспечивается автоматически благодаря наличию саморегулируемого золотника-дросселя в системе подачи смазки в карманы от питающей магистрали. Таким образом, технологические эксплуатационные возможности кассеты согласно изобретению заметно шире, чем у известной кассеты. Конструкция корпуса опорного узла позволяет корпусу и гидростатическому подшипнику самоустанавливаться по боковому поддерживающему валку и по направлению действующего на него усилия, что создает благоприятные условия работы гидростатического подшипника и позволяет избежать излишнего расхода смазки.

Применение гидростатических подшипниковых опор в прокатных клетях, вообще говоря, известно [3, 4] однако во всех известных конструкциях такие опоры контактируют непосредственно с рабочим валком клети, что в условиях обильного поступления технологической смазки на рабочие валки создает неблагоприятные условия работы опоры, поскольку нарушается заданный системой питания кармана изнутри режим давления в нем. Кроме того, и это весьма существенно, в указанных известных конструкциях не предусмотрено кассетное выполнение части волновой пирамиды, вследствие чего они лишены тех указанных выше преимуществ, которые дает использование кассет.

Здесь следует подчеркнуть, что использование гидростатического подшипника в опорном узле бокового поддерживающего валка кассеты имеет и свою специфику, связанную с тем, что при перемещениях этого валка необходимо поддерживать правильный контакт его с подшипником и установку кармана в направлении действующего на валок усилия. Это вызывает необходимость применения нового и дополнительного узла кассеты самоустанавливающегося корпуса, имеющего возможность поворота относительно подшипника, который он несет, и относительно качающейся балки, на которой смонтирован опорный узел бокового валка.

Необходимо также указать, что в известных решениях не предусмотрено саморегулирование и перераспределение давления между передним и задним опорными узлами, что при заведомо асимметричном характере погружения этих опор и колебаниях усилий на них имеет принципиальный характер.

Изобретение далее поясняется на конкретном примере выполнения.

На фиг.1 показан общий вид верхней и нижней кассеты, в поперечном разрезе; на фиг. 2 показан разрез АА на фиг.1 (продольный разрез по гидростатическому подшипнику); на фиг.3 показан разрез АА на фиг.1 (вариант).

Верхняя 1 и нижняя 2 кассеты многовалкового листопрокатного стана выполнены одинаково и содержат каждая рабочий валок 3, промежуточный валок 4, боковые поддерживающие валки 5 (передний) и 6 (задний). Каждый боковой поддерживающий валок опирается своей бочкой на гидростатический подшипник 7, выполненный в виде дугообразного вкладыша с карманом 8 на рабочей поверхности. Подшипник 7 охватывает частично бочку бокового поддерживающего валка 5 или 6 со стороны, противоположной рабочему валку 3. Гидростатический подшипник 7 опирается на корпус 9, который в свою очередь опирается на качающуюся балку 10, установленную на шарнире 11 в подушке 12 промежуточного валка 4. Балка 10 на своей тыльной стороне имеет упор 13 для взаимодействия с жесткой опорной балкой клети (на чертеже не показана). Корпус 9 контактирует с гидростатическим подшипником 7 и с качающейся балкой 10 по концентричным цилиндрическим поверхностям соответственно 14 и 15, что исключает перекос рабочей поверхности подшипника на валках.

Каждый из вкладышей 7 выполнен в виде ряда секций 16 по его длине (фиг. 2), объединенных гидравлически своими карманами 8 в две группы: правую 17 и левую 18. (Возможен вариант объединения в группы крайних и средних карманов фиг. 3). Карманы 8 подсоединены трубопроводами 19 к питающей магистрали 20 высокого давления, в которой имеется насос 21 с предохранительным клапаном 22. Между трубопроводами 19 и питающей магистралью 20 встроен управляемый регулятор расхода 23, выполненный в виде двухпозиционного золотника, плунжер 24 которого имеет средний участок 25 с наружной дросселирующей винтовой канавкой 26 и концевые участки 27, взаимодействующие с концевыми полостями 28 золотника. Между средним 25 и концевыми 27 участками плунжера 24 расположены рабочие полости 29 золотника.

Работа осуществляется следующим образом. Узел из двух кассет, верхней 1 и нижней 2, устанавливается между опорными валками листопрокатной клети. Между кассетами может быть установлено распорное устройство, например в виде гидроцилиндра, вмонтированного в подушку 12 промежуточного валка 4 (на чертеже не показано). При монтаже кассет качающиеся балки 10 сближаются в направлении рабочих валков 3 до упора в них боковых поддерживающих валков 5, 6. Карманы 8 подсоединяются к трубопроводам 19 питающей магистрали 20. Кассеты и клеть готовы к работе.

При прокате (ее направление показано стрелкой) давление рабочей жидкости (в качестве нее может использовать технологическая смазочная жидкость клети) подается насосом 21 через регулятор расхода 23 к карманам 8. Гидростатические подшипники 7 подпирают боковые поддерживающие валки 5 и 6 и тем самым фиксируют положение рабочих валков 3. Одновременно гидростатические подшипники 7 воспринимают усилия со стороны рабочих валков в направлении линии прокатки. В случае, если эти усилия одинаковы на переднем и заднем опорном узле, давление во всех карманах 8 поддерживается одинаковым, и плунжер 24 золотника регулятора расхода 23 находится в среднем положении. Если усилие на передние боковые поддерживающие валки 5 возрастает, а на задние валки 6 уменьшается (благодаря, например, наличию переднего натяжения на прокатываемой полосе), левая концевая полость 28 золотника, связанная с карманами передних подшипников 7, подпирающих валки 5, создает избыточное давление на левый концевой участок 27 плунжера 24 золотника, которое не уравновешивается давлением из рабочей левой полости 29, поскольку эта полость является штоковой и, кроме того, давление в ней перелается в обе стороны на плунжер 24. Давление на правый концевой участок 27 плунжера 24 меньше, вследствие чего плунжер 24 перемещается вправо (фиг.1). Правая рабочая полость 29 перекрывается средним участком 25 плунжера 24, выполняющим роль дросселя. Рабочая жидкость поступает в задние карманы валков 6 через дросселирующую винтовую канавку 26 на плунжере 24, вследствие чего ее давление и расход падает. Таким образом, система питания карманов выходит на асимметричный режим работы, соответствующий фактическому режиму нагружения гидростатических подшипников передних и задних поддерживающих валков, причем происходит это автоматически, посредством саморегулирования. Аналогичным образом работает регулятор и при превышении давления в задних карманах валков 6 над давлением в передних карманах валков 51 в этом случае плунжер 24 золотника перемещается влево.

Подобный же регулятор связывает и группы левых и правых секций 16 вкладышей 7, расположенных вдоль длины каждого бокового поддерживающего валка 5 или 6 (фиг.2, 3). Происходит автоматическое перераспределение давления и расхода между этими группами карманов при неравномерной по длине нагрузке на рабочий валок (что может быть связано, например, с поперечной разнотолщинностью входящего в клеть раската или перекосом валка).

Таким образом, описанная конструкция, будучи более технологичной и дешевой в изготовлении и монтаже, позволяет также при эксплуатации корректировать поперечное и угловое положение рабочих валков в клети и/или их профиль и тем самым повысить точность получаемого проката.

Использование: в области прокатного производства, конкретно, в конструкциях многовалковых листопрокатных клетей. Сущность изобретения: между опорными валками листопрокатной клети устанавливаются две кассеты, содержащие каждая неприводной рабочий валок, промежуточный валок и боковые поддерживающие валки, передний и задний, опирающиеся каждый своей бочкой на гидростатический подшипник. Подшипник установлен в корпусе, имеющем форму кольцевого сегмента и установленном в качающейся балке, свободно подвешенной на шарнире в подушке промежуточного валка. Рабочие карманы подшипников соединены с питающей магистралью через управляемый регулятор расхода, выполненный в виде специального золотника. Каждый подшипник может быть выполнен в виде ряда секций по длине подшипника. Секции также связаны между собой через регулятор расхода. Конструкция позволяет активно воздействовать на положение и/или профиль рабочего валка при асимметричной нагрузке на него. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Кассета многовалковой листопрокатной клети, содержащая комплект валков в составе неприводного рабочего валка, промежуточного валка и двух боковых поддерживающих валков, переднего и заднего, своими бочками опирающихся каждый на опорный узел и вместе с ним установленных каждый на свободном конце подвешенной на подушке промежуточного валка качающейся балки, имеющей на тыльной стороне упоры для взаимодействия с опорной балкой клети, отличающаяся тем, что опорный узел бокового поддерживающего валка выполнен в виде гидростатического подшипника с карманом на рабочей поверхности, охватывающего частично бочку бокового поддерживающего валка и опирающегося на корпус, который контактирует с подшипником и со свободным концом качающейся балки по концентричным цилиндрическим поверхностям, ось которых совпадает с осью соответствующего бокового валка, при этом карманы переднего и заднего боковых поддерживающих валков связаны гидравлически между собой и с питающей магистралью высокого давления через управляемый регулятор расхода. 2. Кассета по п.1, отличающаяся тем, что гидростатический подшипник выполнен из нескольких секций по его длине, две группы которых связаны гидравлически между собой и с питающей магистралью высокого давления через управляемый регулятор расхода. 3. Кассета по п.1 или 2, отличающаяся тем, что управляемый регулятор расхода выполнен в виде двухпозиционного золотника, средняя часть плунжера которого выполнена с наружной винтовой дроссельной канавкой, а каждый из карманов и/или каждая из групп секций подшипника имеет гидравлическую связь как с центральной полостью золотника, так и с соответствующей концевой его полостью.