ПРИВОДНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПРОКАТНОГО СТАНА Российский патент 2005 года по МПК B21B21/00 

Изобретение относится к приводной системе для прокатного стана, в частности пильгерного стана холодной прокатки, состоящей, по меньшей мере, из одной установленной с возможностью возвратно-поступательного движения прокатной клети, по меньшей мере, одного кривошипно-шатунного механизма, который содержит кривошип с уравновешивающим грузом для, по меньшей мере, частичной компенсации созданных прокатной клетью сил инерции, привод и шатун, шарнирно соединяющий прокатную клеть и кривошип, и, по меньшей мере, из одного противовеса, установленного с возможностью эксцентричного вращения для компенсации сил инерции и/или моментов инерции.

Родовой привод для пильгерного стана холодной прокатки известен, например, из DE 4336422 С2. Для осуществления процесса холодного пильгерования требуется оснащенная парой пильгерных валков прокатная клеть, приводимая в осциллирующее движение. Для этого используют кривошипно-шатунный механизм, приводимый в действие от двигателя. Кривошипно-шатунный механизм снабжен уравновешивающим грузом для компенсации сил инерции прокатной клети. Однако такого груза не хватает для достаточной компенсации сил и моментов инерции.

Производительность пильгерного стана холодной прокатки напрямую зависит от числа ходов прокатной клети в единицу времени, поэтому по экономическим причинам следует стремиться к как можно большему числу рабочих ходов в минуту. Это означает, однако, также большие силы инерции, которые оказывают нагрузку как на приводную систему, а именно ее подшипники, так и на фундамент и, тем самым, на окружающую среду.

В DE 4336422 С2 поэтому предложено то, что кривошипно-шатунный механизм через зубчатую передачу приводит в действие дополнительный вал, на котором эксцентрично центру тяжести расположен противовес. Этот противовес при вращении кривошипно-шатунного механизма вращается во встречном направлении и, таким образом, способен создавать компенсирующие силы и моменты инерции, так что, в целом, во всей приводной системе возникает компенсация сил инерции.

Недостатком известного выполнения является то, что, в целом, возникает довольно сложная конструкция всей приводной системы, поскольку требуется множество деталей машины, входящих в зацепление между собой через зубчатые передачи. Таким образом, возрастает также стоимость приводной системы и, тем самым, пильгерного стана холодной прокатки, причем под этим следует понимать не только инвестиционные затраты на саму установку, но и расходы на фундамент, запасные и быстроизнашивающиеся детали, а также на техобслуживание и ремонт.

Из DE-РS 962062 известна приводная система для пильгерного стана холодной прокатки, у которой коленчатый вал для привода прокатной клети оснащен центробежными грузами и вертикально осциллирующим уравновешивающим грузом для компенсации в приводе сил инерции первого порядка и моментов инерции.

Недостаток этого решения в том, что фундамент прокатного стана выполнен очень сложным и, тем самым, дорог, поскольку необходимо позаботиться о вертикальном погружении уравновешивающего груза в фундамент. При этом требуется большой и глубокий подвал, что соответственно повышает расходы на прокатный стан.

В DE 3613036 С1 раскрыт привод для прокатной клети пильгерного стана холодной прокатки, причем использован планетарный кривошипно-шатунный механизм для привода и компенсации сил и моментов инерции.

Хотя с помощью этого решения может происходить оптимальная компенсация сил инерции, этот привод пригоден только для пильгерных станов холодной прокатки малой мощности, поскольку у крупных установок конструктивная величина такой приводной системы возрастает сверхпропорционально и вызывает, тем самым, высокие издержки.

Все известные приводные системы для пильгерных станов холодной прокатки имеют поэтому существенные недостатки, будь то недостаточное уменьшение сил инерции или моментов инерции, высокие инвестиционные затраты или расходы на фундамент и/или сложный монтаж при производстве или при ремонте и техобслуживании.

В основе изобретения лежит поэтому задача создания приводной системы для родового пильгерного стана холодной прокатки так, чтобы при как можно более простой и, тем самым, экономичной конструкции удалось ограничить силы инерции допустимым пределом.

Решение этой задачи характеризуется, согласно изобретению, тем, что, по меньшей мере, один противовес установлен с возможностью приведения его во вращение отдельным приводом, независимым от привода кривошипно-шатунного механизма.

Противовес или противовесы для компенсации сил инерции или моментов инерции приводится или приводятся в действие, следовательно, независимо от привода кривошипно-шатунного механизма собственным двигателем, что вызывает особые преимущества.

Прежде всего достигается оптимальная компенсация сил и моментов инерции прокатной клети, так что приводная система может работать относительно без вибраций, что оказывает щадящее воздействие на фундамент и окружающее пространство. Приводная система работает надежно и имеет длительный срок службы; расходы на техобслуживание и ремонт малы.

За счет компенсации сил и моментов инерции происходит также более равномерное движение кривошипного привода и, тем самым, прокатной клети, что не всегда бывает у известных приводов.

Инвестиционные затраты на пильгерный стан холодной прокатки сравнительно малы, поскольку приводная система имеет простую конструкцию. Также низки поэтому расходы на монтаж приводной системы. В равной мере к фундаменту не предъявляются особые требования. Фундаментный блок под кривошипно-шатунным механизмом и станина могут быть выполнены поддерживающими с возможностью улавливания моментов фундамента.

Предпочтительно предусмотрено, что независимый привод или независимые приводы для приведения в действие противовеса или противовесов пригоден или пригодны в направлении вращения, встречном направлению вращения плеча кривошипа.

Для оптимальной компенсации инерции далее предпочтительно, чтобы массы прокатной клети, уравновешивающего груза и противовеса или противовесов были выбраны с включением масс используемых кривошипов или шатунов с возможностью компенсации сил инерции первого порядка клети при работе приводной системы, по меньшей мере, в основном, преимущественно полностью. Этому предпочтительным образом способствует то, что размещающий противовес уравнительный вал расположен в направлении прокатки за коленчатым валом, в основном, на одной высоте с последним. У этого выполнения, согласно одному варианту, отдельное приведение в действие противовеса или уравнительного вала может происходить посредством набора цилиндрических зубчатых колес, включающего в себя шестерню на валу двигателя, которая с повышением приводит зубчатое колесо на коленчатом валу, причем это зубчатое колесо находится в зацеплении с таким же по величине зубчатым колесом уравнительного вала.

В отношении компенсации сил или моментов инерции далее предпочтительно, если зеркально-симметрично относительно средней плоскости приводной системы расположено по два противовеса; в отношении этой плоскости за счет этого простым образом возникает компенсация моментов инерции.

Отдельный привод для противовесов является предпочтительно электродвигателем. В частности, может применяться серводвигатель, т.е. двигатель, который после задания скорости и угла вращения самостоятельно соблюдает, т.е. регулирует, эти параметры. Между приводом плеча кривошипа и отдельным приводом или приводами расположены преимущественно средства для управления или регулирования отдельного привода или приводов; эти средства управляют или регулируют отдельные приводы в зависимости от угла поворота и/или скорости вращения привода плеча кривошипа.

За счет этих средств можно гарантировать приведение в действие плеча кривошипа и противовеса или противовесов с одной и той же скоростью вращения. Далее может происходить точная по фазе эксплуатация привода плеча кривошипа и отдельного привода или приводов. Особенно предпочтительно предусмотрено, что средства пригодны для синхронной по скорости и углу вращения эксплуатации привода плеча кривошипа и отдельного привода или приводов. Таким образом, достигается оптимальная компенсация инерции.

Для компенсации моментов инерции может быть наконец предпочтительным образом предусмотрено, что центр вращения противовеса или противовесов выбран так, что с включением сил инерции прокатной клети и/или уравновешивающего груза с дополнительным включением масс используемых кривошипов или шатунов моменты инерции всех масс приводной системы компенсируются, по меньшей мере, в значительной степени.

На чертеже изображен пример выполнения изобретения. На чертеже схематично показан вид сбоку приводной системы для пильгерного стана холодной прокатки.

На чертеже показана конструкция приводной системы 1 пильгерного стана холодной прокатки, который как таковой не показан. В прокатной клети 2 расположена пара пильгерных валков (также не показаны), посредством которых осуществляют известный процесс пильгерования.

Для осуществления процесса прокатная клеть 2 должна совершать осциллирующее, т.е. возвратно-поступательное движение. Для его реализации предусмотрен кривошипно-шатунный механизм 3, который содержит плечо кривошипа 4 или коленчатый вал, по меньшей мере, с одним изгибом и уравновешивающим грузом 5, расположенным эксцентрично по отношению к точке опоры. Плечо кривошипа 4 и прокатная клеть 2 соединены шатуном 7, который шарнирно расположен как на плече кривошипа 4, так и на прокатной клети 2. Для осциллирующего приведения в действие прокатной клети 2 кривошипно-шатунный механизм 3 перемещают посредством привода 6 (выполнен в виде электродвигателя). При этом привод 6 вращает плечо кривошипа 4 с углом ϕ₆ и со скоростью .

Уравновешивающий груз 5 уже обеспечивает частичную компенсацию сил инерции, вызванных прокатной клетью 2 при ее осциллирующем движении; в данном случае примерно половина силы инерции прокатной клети 2 компенсируется половиной силы инерции уравновешивающего груза 5. Как схематично показано на чертеже, сила F₂ инерции прокатной клети 2 противонаправлена силе F₅ инерции уравновешивающего груза 5, так что происходит частичная компенсация этих сил.

Однако этой частичной компенсации сил инерции недостаточно для приемлемой эксплуатации приводной системы 1.

Это достигается только за счет противовесов 8, 9. Эти массы 8, 9 по отношению к их соответствующему центру 13, 14 вращения, который совпадает с эксцентриковым валом или образован им, эксцентрично установлены на кривошипах 15, 16. Вращение противовесов 8, 9 осуществляется приводами 10, 11.

Следует заметить, что противовесы 8, 9 разделены на частичные массы, которые расположены со смещением перпендикулярно плоскости чертежа. Противовесы 8, 8’ и 9, 9’ позиционированы тогда зеркально-симметрично относительно средней плоскости пильгерного стана холодной прокатки. Кроме того, возможна приводная система только с одним уравнительным валом, на котором расположены противовесы 8 или 8, 9.

При вращении противовесов 8, 9 они вызывают в своих центрах 13, 14 вращения силы F₈, F₉ инерции. При правильном, ориентированном по фазе вращении противовесов 8, 9 относительно движения плеча кривошипа 4 обе эти силы инерции суммируются с силами инерции прокатного стана 2 (F₂) и уравновешивающего груза (F₅) до нуля, так что достигается оптимальная компенсация сил инерции.

Существенным при этом является правильное в отношении фазы и скорости вращения управление приводами 10, 11. Для этого предусмотрен электронный блок 12 управления или регулирования, который в качестве входного сигнала получает угол ϕ₆ вращения привода 6 и скорость его вращения. Блок 12 управления или регулирования в качестве “электрического вала”, исходя из этих полученных данных, управляет приводами 10, 11 так, что для обоих приводов 10, 11 возникает одна и та же скорость , вращения. Кроме того, управление противовесами 8, 9 происходит так, что для угла ϕ₁₀ вращения привода 10 и для угла ϕ₁₁ вращения привода 11 возникает правильное по фазе положение относительно угла ϕ₆ вращения привода 6. Плечо кривошипа 4 на одной стороне и кривошипы 15, 16 на другой стороне вращаются одинаково быстро, однако во встречном направлении (см. стрелки, обозначающие направления вращения), причем противовесы 8, 9 достигают своей самой низкой точки, когда уравновешивающий груз 5 достигает своего самого верхнего положения.

Опоры трех вращающихся масс 5, 8, 9 позиционированы на приводной клети 17 при этом так, что компенсируются не только силы инерции, но и моменты инерции. Известным сам по себе образом положение y₂ по высоте центра тяжести прокатной клети 2, положения х₅ и y₅ центра вращения уравновешивающего груза 5, положения х₈ и y₈ центра 13 вращения первого противовеса 8 и положения х₉ и y₉ центра 14 вращения второго противовеса 9 выбраны так, что моменты инерции, т.е. произведения сил инерции на их соответствующие действующие плечи рычага, в целом, суммируются.

Приводная система 1 имеет, тем самым, очень простую конструкцию, что вызывает лишь небольшие инвестиционные затраты. С другой стороны, возможна хорошая компенсация сил и моментов инерции, так что возможна низковибрационная эксплуатация пильгерного стана холодной прокатки.

Концепция изобретения пригодна также для использования единственного противовеса. С другой стороны, может быть предпочтительным использование описанным образом двух и более уравновешивающих масс.

Перечень ссылочных позиций

1 – приводная система

2 – прокатная клеть

3 – кривошипно-шатунный механизм

4 – плечо кривошипа или коленчатый вал

5 – уравновешивающий груз

6 – привод

7 – шатун

8, 8’ – первый противовес

9, 9’ – второй противовес

10 – привод первого противовеса

11 – привод второго противовеса

12 – блок управления или регулирования

13 – центр вращения или уравнительный вал

14 – центр вращения или уравнительный вал

15 – кривошип

16 – кривошип

17 – приводная клеть

ϕ₆ – угол вращения привода 6

– скорость вращения привода 6

ϕ₁₀ – угол вращения привода 10

– скорость вращения привода 10

ϕ₁₁ – угол вращения привода 11

– скорость вращения привода 11

y₂ – положение по высоте центра тяжести прокатной клети 2

х₅, y₅ - положение центра вращения уравновешивающего груза 5

х₈, y₈ - положение центра вращения первого противовеса 8

х₉, y₉ - положение центра вращения второго противовеса 9

F₂ – сила инерции прокатной клети

F₅ - сила инерции уравновешивающего груза

F₈ - сила инерции первого противовеса 8

F₉ - сила инерции второго противовеса 9

Изобретение относится к приводной системе для прокатного стана, в частности пильгерного стана холодной прокатки. Приводная система состоит, по меньшей мере, из одной установленной с возможностью возвратно-поступательного движения прокатной клети, по меньшей мере, одного кривошипно-шатунного механизма, который содержит плечо кривошипа с уравновешивающим грузом для, по меньшей мере, частичной компенсации созданных прокатной клетью сил инерции, привод и шатун, шарнирно соединяющий прокатную клеть и плечо кривошипа, и по меньшей мере, из одного противовеса, установленного с возможностью эксцентричного вращения для компенсации сил инерции и/или моментов инерции. Для обеспечения эффективной компенсации сил инерции при простой конструкции приводной системы, по меньшей мере, один противовес установлен с возможностью приведения его во вращение отдельным приводом, независимым от привода кривошипно-шатунного механизма. Кроме того, независимый привод для приведения в действие противовеса действует в направлении вращения, встречном направлению вращения плеча кривошипа, массы прокатной клети, уравновешивающего груза и противовеса или противовесов выбраны с возможностью, по меньшей мере, в основном, компенсации сил инерции первого порядка клети при работе приводной системы, при этом предусмотрено средство для управления или регулирования отдельного привода) в зависимости от угла (ϕ₆) и/или скорости вращения привода плеча кривошипа, и центр (х₈, y₈; х₉, y₉) вращения противовеса выбран так, что с включением сил инерции прокатной клети и/или уравновешивающего груза моменты инерции всех масс приводной системы компенсируются, по меньшей мере, в значительной степени. Изобретение обеспечивает повышение производительности стана и упрощение конструкции стана. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Приводная система (1) для прокатного стана, в частности пильгерного стана холодной прокатки, состоящая, по меньшей мере, из одной установленной с возможностью возвратно-поступательного движения прокатной клети (2), по меньшей мере, одного кривошипно-шатунного механизма (3), который содержит плечо кривошипа (4) с уравновешивающим грузом (5) для, по меньшей мере, частичной компенсации созданных прокатной клетью (2) сил инерции, привод (6) и шатун (7), шарнирно соединяющий прокатную клеть (2) и плечо кривошипа (4), и, по меньшей мере, из одного противовеса (8, 9), установленного с возможностью эксцентричного вращения для компенсации сил инерции и/или моментов инерции, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один противовес (8, 9) установлен с возможностью приведения его во вращение отдельным приводом (10, 11), независимым от привода (6) кривошипно-шатунного механизма (3).2. Система по п.1, отличающаяся тем, что независимый привод (10, 11) для приведения в действие противовеса (8, 9) пригоден в направлении вращения, встречном направлению вращения плеча кривошипа (4).3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что массы прокатной клети (2), уравновешивающего груза (5) и противовеса или противовесов (8, 9) выбраны с возможностью, по меньшей мере, в основном, компенсации сил инерции первого порядка клети при работе приводной системы (1).4. Система по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что зеркально-симметрично относительно средней плоскости приводной системы (1) расположено по два противовеса (8, 8’, 9, 9’).5. Система по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что размещающий противовес (8, 9) уравнительный вал (13, 14) расположен в направлении прокатки за коленчатым валом, по существу, на одной высоте с последним.6. Система по п.5, отличающаяся тем, что уравнительный вал (13, 14) приводится в действие посредством набора цилиндрических зубчатых колес, включающего в себя шестерню на валу двигателя, которая с повышением приводит в действие зубчатое колесо на коленчатом валу и находящееся в зацеплении с ним, такое же по величине зубчатое колесо на уравнительном валу (13, 14).7. Система по одному из пп.1-6, отличающаяся тем, что отдельный привод (10, 11) представляет собой электродвигатель.8. Система по п.7, отличающаяся тем, что электродвигатель представляет собой серводвигатель.9. Система по одному из пп.1-5 и 7 или 8, отличающаяся тем, что предусмотрено средство (12) для управления или регулирования отдельного привода (10, 11) в зависимости от угла (ϕ₆) и/или скорости вращения привода (6) плеча кривошипа (4).10. Система по п.9, отличающаяся тем, что средство (12) пригодно для эксплуатации привода (6) плеча кривошипа (4) и отдельного привода (10, 11) с одной и той же скоростью вращения.11. Система по п.9 или 10, отличающаяся тем, что средство (12) пригодно для точной по фазе эксплуатации привода (6) плеча кривошипа (4) и отдельного привода (10, 11).12. Система по пп.9, 10 или 11, отличающаяся тем, что средство (12) пригодно для синхронной по скорости и углу вращения эксплуатации привода (6) плеча кривошипа (4) и отдельного привода (10, 11).13. Система по одному из пп.1-12, отличающаяся тем, что центр (х₈, y₈; х₉, y₉) вращения противовеса (8, 9) выбран так, что с включением сил инерции прокатной клети (2) и/или уравновешивающего груза (5) моменты инерции всех масс приводной системы (1) компенсируются, по меньшей мере, в значительной степени.