ПРОКАТНАЯ КЛЕТЬ С ПАРОЙ CVC-ВАЛКОВ Российский патент 2006 года по МПК B21B13/14 B21B27/02 

Изобретение относится к прокатной клети с парой CVC-валков, (валков с изменяющейся бочкообразностью) преимущественно парой рабочих CVC-валков и парой опорных валков, имеющих зону контакта, в которой действует горизонтально направленный момент, приводящий к разводке валков и за счет этого к возникновению осевых усилий в опорах валков.

В ЕР 0049798 В1 описан прокатный стан с рабочими валками, которые опираются при необходимости на опорные валки или опорные валки и промежуточные валки, причем рабочие валки, и/или опорные валки, и/или промежуточные валки установлены с возможностью осевого смещения по отношению друг к другу и каждый валок, по меньшей мере, одной из этих пар валков снабжен проходящим в направлении конца бочки криволинейным контуром, проходящим на обоих валках соответственно в противоположные стороны по части ширины прокатываемого материала. При этом на сечение прокатываемой ленты оказывает влияние практически исключительно осевое смещение снабженных криволинейным контуром валков, так что нет необходимости применять изгиб валков. Криволинейный контур обоих валков проходит по всей длине их бочки и имеет форму, дополняющую друг друга в определенном осевом положении обоих валков.

Из ЕР 0294544 В1 известны формы валков, контур которых описан полиномом пятого порядка. Эта форма валков позволяет производить значительную корректировку прокатываемой ленты.

Для того чтобы существенно уменьшить усилия в опорах и действующие под углом усилия прокатки, в JP-А-61-296904 предложено выполнить контур рабочих валков с такой кривизной, чтобы она трижды пересекала линию, проходящую параллельно оси валков. При этом криволинейные контуры на обоих валках направлены в противоположные стороны так, что образованный обоими валками общий диаметр остается одинаковым по всей длине валков.

В приведенных публикациях, однако, не обращено внимание на то, что в процессе прокатки CVC-валками роль играет не только форма очага деформации и установочный диапазон профиля. В частности, на конструктивные затраты на опоры валков влияют осевые усилия валков, которые могут возникнуть при применении неподходящего профиля валка.

Будучи обусловлены, хотя и небольшой, разницей диаметров по длине бочки CVC-валков, возникают разные контактные усилия и окружные скорости.

В местах парных валков, имеющих одинаковый диаметр, их окружные скорости одинаковы. В других местах зоны контакта валков диаметр и, тем самым, окружная скорость одного валка соответственно меньше или больше, чем его парного валка. Отсюда в зависимости от установления направления координат возникает отрицательная или положительная разность скоростей между парными валками по зоне их контакта.

Разные по величине и направлению относительные скорости приводят к разным по величине и направлению окружным усилиям. Это распределение окружных усилий валков вызывает момент вокруг середины клети, который может привести к разводке валков и, тем самым, к осевым усилиям в опорах валков.

Из JP-А-6-285518 известно выполнение контура аксиально перемещаемых по отношению друг к другу рабочих валков в соответствии с полиномом более высокого порядка, причем наивысший терм касается расстояния от середины валков в направлении осей валков, а три других терма касаются точечной симметрии. Контуры рабочих валков выполнены при этом так, что интегрирование произведения радиуса валков на расстояние от середины валков в направлении осей валков по всей длине контакта с другим валком, например опорным валком, дает значение нуль. За счет подобного контура рабочих валков могут быть уменьшены возникающие усилия в опорах, создаваемые в том числе наклонным положением рабочих валков.

В основе изобретения лежит задача усовершенствовать прокатную клеть таким образом, чтобы уменьшить осевые усилия на опоры валков. Эта задача решается посредством отличительных признаков пункта 1 формулы. Только за счет изменения формы CVC-валков можно без дополнительных затрат уменьшить действующие в горизонтальном направлении моменты.

Изменение формы осуществляется согласно изобретению за счет того, что радиус CVC-валка описывается полиномиальным выражением

R(x)=a₀+a₁·x+a₂·x²+......+a_n·xⁿ

и использован преимущественно так называемый фактор а₁ клина в качестве параметра оптимизации. Контур CVC-валка определяется полиномом третьего порядка:

R(x)=a₀+a₁·x+a₂·x²+a₃•x³

где

R(x) - радиус CVC-валка;

a_i - полиномиальный коэффициент;

x - координата в продольном направлении бочки.

У CVC-валков более высокого порядка учитываются еще другие полиномиальные члены (а₄,а₅ и т.д.).

Полиномиальный коэффициент а₀ возникает за счет актуального радиуса валка. Полиномиальные коэффициенты а₂,а₃, а также а₄,а₅ и т.д. рассчитывают так, чтобы возник нужный установочный диапазон для CVC-системы. Полиномиальный коэффициент а₁ независим от установочного диапазона и линейной нагрузки между валками и, тем самым, может быть произвольно выбран. Этот фактор клина или линейная доля а₁ может быть выбран или выбрана так, чтобы при работе CVC-валков возникали минимальные осевые усилия.

Практичности ради оптимальный фактор а₁ клина определяют автономно и в качестве среднего значения по различным положениям смещения CVC-валков (например, минимальное, нейтральное и максимальное положения смещения). За счет получения среднего значения не достигается, правда, полная компенсация осевых усилий в валках, однако достигается их значение, минимальное во всем диапазоне смещения валков.

При оптимальной клиновидности CVC-валков с выпукло-вогнутым контуром касательные, к одному концевому диаметру в вогнутом месте валка и выпуклому участку валка, и касательные, к другому концевому диаметру (в выпуклом месте валка) и вогнутому участку валка, проходят параллельно друг другу и наклонены относительно осей валков на оптимальный угол клина. У рабочих CVC-валков, имеющих традиционную форму, выполненных с целью достижения минимальных разностей диаметров, эти касательные проходят, напротив, также параллельно оси валка.

На основе математических рассуждений и эмпирических данных оказалось предпочтительным, что фактор а₁ клина для валка с полиномиальным выражением третьего порядка лежит в диапазоне

Соответствующие рассуждения приводят к тому, что фактор а₁ клина для валка с полиномиальным выражением пятого порядка описывается через

a₁=f₁·a₃·b² _cont+f₂·a₅·b⁴ _cont

где

Другие признаки изобретения приведены в формуле изобретения и последующем описании, а также на чертежах, на которых схематично изображены примеры выполнения изобретения.

На чертеже изображено:

на фиг. 1а,1b,1с представлена пара рабочих CVC-валков в разных положениях смещения и с опорными валками, а также распределение линейной нагрузки в растворе валков и между валками;

фиг. 2 - распределение окружных усилий в зоне контакта двух валков;

фиг. 3 - пара рабочих CVC-валков с традиционным контуром;

фиг. 4 - пара рабочих CVC-валков с оптимальной клиновидностью.

На фиг. 1а,1b,1с изображены рабочие CVC-валки 1 в разных положениях смещения. Рабочие валки 1 поддерживаются опорными валками 2. Между рабочими валками 1 находится прокатываемая лента 3.

Нагрузка в растворе валков принимается постоянной над прокатываемой лентой 3 и независимой от положения смещения рабочих валков 1. Она обозначена стрелками 4. Нагрузка между рабочими CVC-валками 1 и опорными валками 2 неравномерно распределена по зоне b_cont их контакта и изменяется с положением смещения рабочих валков 1. Эта нагрузка обозначена стрелками 5. Сумма обозначенных стрелками 4 и 5 нагрузок одинакова и встречнонаправлена.

Создаваемые формой валков нагрузки, показанные стрелками 5, и локальная положительная или отрицательная относительная скорость приводят согласно фиг. 2 к разным окружным усилиям Q_i по ширине b_cont контакта. Это распределение окружного усилия Q_i валков вызывает момент М вокруг середины 6 прокатной клети, что может привести к разводке валков 1, 2 и, тем самым, к возникновению осевых усилий в их опорах.

Этому препятствует соответствующая форма контура валков. У CVC-валков с контуром по полиномиальному выражению третьей степени

R(x)=a₀+a₁·x+a₂·x²+a₃·x³

в распоряжении имеется только фактор а₁, так называемый фактор клина для варьирования картины контура валка, поскольку полиномиальный коэффициент а₀ определяет соответствующий радиус валка, а полиномиальные коэффициенты а₂,а₃,а₄,а₅ и т.д. определяют нужный установочный диапазон CVC-системы. Лишь фактор а₁ клина независим от установочного диапазона и линейной нагрузки между валками и, тем самым, может быть произвольно выбран. У CVC-валков, контур которых определен полиномом третьего порядка, фактор а₁ клина вызывает минимальный момент М, когда он лежит в диапазоне

Для CVC-валков, контур которых определен полиномом пятого порядка, момент М достигает минимума, когда фактор а₁ клина составляет

a₁=f₁·a₃·b² _cont+f₂·a₅·b⁴ _cont

где

На фиг. 3 изображена пара рабочих CVC-валков с традиционным контуром, выполненная с целью достижения минимальных разностей диаметров. Касательная 8 к концевому диаметру 7 и выпуклому участку валка и касательная 10 к другому концевому диаметру 9 и вогнутому участку валка проходят параллельно осям рабочих валков с традиционным контуром. В противоположность этому соответствующие касательные CVC-валков на фиг. 4, выполненных с оптимизированной клиновидностью, проходят параллельно, однако наклонены относительно осей валков на оптимальный угол клина (альфа).

Перечень ссылочных позиций

1,1' - рабочие CVC-валки

2 - опорные валки

3 - прокатываемая лента

4 - стрелка (нагрузка в растворе валков)

5 - стрелка (нагрузка между рабочим 1 и опорным 2 валками)

6 - середина прокатной клети

7,7' - концевой диаметр

8,8' - касательная

9,9' - другой концевой диаметр

10,10'- другая касательная

Изобретение относится к области прокатного производства, а именно к конфигурации валков прокатной клети. Задача изобретения - уменьшение осевого усилия на опоры валков. В прокатной клети с парой CVC-валков, преимущественно парой рабочих CVC-валков и парой опорных валков, имеющих зону (b_cont) контакта, действует горизонтальный момент (М), приводящий к разводке валков и за счет этого к возникновению осевых усилий в опорах валков. Для того чтобы поддерживать минимальные осевые усилия в опорах валков, момент (М) уменьшают за счет выбора контура CVC-валков, определяемого полиномиальным выражением. CVC-контур при условии поддержания его оптимизированной клиновидности выполнен так, что касательная к концевому диаметру и выпуклому участку валка и касательная к другому концевому диаметру и вогнутому участку валка, проходят параллельно друг другу и наклонены относительно осей валков на оптимальный угол клина. Изобретение обеспечивает уменьшение моментов, действующих на опоры валков в горизонтальном направлении. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Прокатная клеть с парой CVC-валков, преимущественно парой рабочих CVC-валков (1,1') и парой опорных валков (2), имеющих зону (b_cont) контакта, в которой действует горизонтальный момент (М), приводящий к разводке валков (1,2) и за счет этого к возникновению осевых усилий в опорах валков, отличающаяся тем, что момент (М) уменьшен за счет выбора соответствующего контура валков (1,1'), определяемого полиномиальным выражением

R(x)=a₀+a₁·x+a₂·x²+......+a_n·xⁿ;

где R(x) - радиус;

х - координата в продольном направлении бочки;

а₀ - актуальный радиус валка;

а₁ - параметр оптимизации - фактор клина, образованный автономно в качестве среднего значения из разных положений смещения CVC-валков, например минимального, нейтрального и максимального положения смещения;

а₂-а_n - установочный диапазон CVC-системы,

причем CVC-контур при оптимизированной клиновидности выполнен так, что касательная (8') к концевому диаметру (7') и выпуклому участку валка (1') и касательная (10') к другому концевому диаметру (9') и вогнутому участку валка проходят параллельно друг другу и наклонены относительно осей валков на оптимальный угол (α) клина.

a₁=f₁·a₃·b² _cont,

а для валка (1,1') с радиусом в соответствии с полиномиальным выражением пятого порядка - в диапазоне

a₁=f₁·a₃·b² _cont+f₂·a₅·b⁴ _cont,

где