Предохранительное устройство Советский патент 1983 года по МПК B21B33/02 

Изобретение относится к неразруш щимся средствам защиты от аварийных и динамических нагрузок, преимущест венно прокатных станов. Известно неразрушающееся предохр нительное устройство, включающее пакет пластин, разделенных по краям в местах соединения прокладкеиши и расположенных своими плоскостями йараллельно направлению воспронимаб Мых сил. За счет потери устойчивоети и. продольного изгиба пластин уст ройство обеспечивает защиту клети п катного стана от динамических нагру зок tlj. Недостатками устройства является малая предельно передаваемая нагруз ka и допускаемый рабочих ход. Поэтому область применения устройства Маже при использовании в качестве Ьластин лучших пружинных сталей и сплавов ограничена станами холодной прокатки труб. Наиболее близким к изобретению . является предохранитель.ное устройство, преимущественно прокатной клети включающее пакет гибких плас тин, установленных своей плоскостью параллельно направлению воспринимае мой нагрузки 23. „ Недостатком известного устройст-ва является то, что габариты указанных предохранительных устройств применительно к наиболее нагруженным станам горячей прокатки остаются весьма .значительными. Это особен но сказывается при реконструкции, .действующих станов, поскольку в заданные ограниченные размеры клетей, особенно между подпятником нажимного устройства и верхней подушкой валка, не удается вписать предохранительные устройства названной конструкции.. . Цель изобретения - уменьшение габаритов предохранительного устрой ства и повышение надежности за счет увеличения рабочего хода устройства Указанная цель достигается тем, что предохранительное устройство, преимущественно прокатной клети, включающее пакеты гибких пластин, установленных своей плоскостью параллельно направлению воспринимаемой нагрузки, снабжено выпуклыми гибкими цилиндрическими панелями, установленными между пакетами, причем выпук лости панелей и гибких пластин противонаправлены. На фиг. 1 по казано. предлагаемое :предохранительное устройство, вертикальный разрез по плоскости симметрии; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг. 4 - график зависимости усилия Р на предохранительное устройство от величины сближения X нагруженных краев гибких пластин. Устройство состоит из пакетов гибких пластин 1, установленных в каждом пакете своими плоскостями параллельно направлению воспринимаемых сил, вплотную друг к другу и нагруженных по верхним 2 и нижним 3 краям, опирающимся; шарнирно-подвижно (с возможностью поворота), например, на подушку 4 валка и подпятник 5 на- жимного устройства. Боковые края 6 пластин 1 изогнуты по радиусу в плоскости, перпендикулярной воспринимаемым силам, а между пакетами установлены гибкие цилиндрические панели 7, выпуклые в плоскости, па-, раллельной, воспринимаемым силам. Пластины 1 и панели 7 стянуты посе-, редине их высоты стяжкой 8. Устройство работает следующим образом. До тех пор, пока усилие Р, воспринимаемое подушкой 4 и тем самым предохранительным устройством не достигнет величины предельно допустимого (верхнего критического) .значeния Pg , пакет гибких пластин 1 сжимается как мополитный блок сеченй ем ЫЬхп высотой L (участок а на фиг. 4) и имеет весьма высокую жбсткость С, составляющую не менее (пренебрегая подпирающим влиянием изогнутых краев б): Cg bb|iE|l., где b -длина нагруженного (прямолинейного) края пластины; h,-L - толщина и высота пластины соответственно; п - полное число пластин в предохранительном устройстве; Е - модуль упругости материала пластин. Это.практически не снижает жесткость клети в целом и обеспечивает высокую точность прокатки. Если усилие в клети достигает величины, равной РВ, то пакеты пластин с изогнутыми боковыми краями б теряют устойчивость, выпучиваются и далее работают ;в закритической области деформации на продольный изгиб. Жесткость предохранительного устройства становится близкой к нулю, обеспечивая надежное ограничение динамических (и статических) нагрузок в клети. При этом изогнутые по радиусу боковые края б пластин 1 выпрямляются в плоскости, перпендикулярной направлению воспроизводимых сил, за счет чего сила Pg падает до РН - нижнего критического значения силы. Гибкие цилиндрические па.нели 7, установленные между, пакетами пластин 1, выпуклые в плоскости, параллельной воспринимаемым силам, обеспечивают прилегание друг к другу вплотную пластин 1 в пакетах, напри мер за счет стяжки 8, расположенной посередине высоты пластин 1 и панелей 7. Кроме того, направлением своик выпуклостей панели 7 задают однозначное направление выпучивания пластинами 1. Найлуч шим направление выпучивания пластин I для обеспече ния наибольшего хода устройства является, очевидно, такое, при котором оба главных напряжения в каждой точке поверхности пластин одного знака, т.е. в исходном положении выпуклости панелей 7 и пластин противонаправлены. После выхода из валков раската, при&едшего к перегрузке, пластины 1 и панели 7 распрямляются, возвращая подушку 4 валка в исходное положение. Предлагаемое устройство ввиду ег компактности можно использовать не .только при проектировании новых рабочих клетей прокатных станов, но и при реконструкции действующих. Благодаря использованию более тонко .стенных пластинок при том же усилии |СрабатЕ аиия можно обеспечить в несколько раз больший ход и тем самам более надежную защиту от аварий иых и динамических иагрузок. Наилучшей формой боковых краев, пластин 1 является круговая цилиндрическая поверхность постоянного радиуса R, определяемого расчетным путем в зависимости от требуемых параметров предохранительного устройства и механических характеристик материала пластин по формуле ntGyb X 2.01. VlCH( . -максимальный (допустимый) ход предохранительного ус ройства, равный сближению нагруженных краев 2 и 3 .тпластин. . -преде л г.упругости материала пластин; - исходный угол, характеризующий длину круговой цилиидрической поверхности боковых краев. При заданной высоте пластин L пол ное число их в предохранительном устройстве определяется выражением ш, округленным до целого числа .(2) где . - коэффициент Пуассона. Значение) (или РН) определяется .исходя из того, чтобй устройство возвращалось под действием сил упругости в исходное положение, преодолевая усилия переуравновешиванйя. Толщина каждой пластины состав ))б;,Ул ТГЕ Выражения (i) и - (3) получены из следующих соотношений; Как показывают сравнительные расчеты, верхняя критическая нагручка для каждой пластины 1 с изогнутыми боковыми краями б и тем более для тонкостенного стержня (при L Ь) открытого профиля -значительно вьиле верхней критической нагрузки для плоского участка АВСД (фиг. 3) пластины свободно (шарнирно-подвижно) опертой по всем четырем краям и сжатой по двум противоположным АО и ВС% Для пакетов из п изотропных пластин . постоянной толщины в упругой области деформации значение Pg можно определить из известного соотношения пренебрегая подпирающим влиянием гибких цилиндрических панелей 7 о IC) . Ь b ь VMb/. 12(4-1)) где D m - изгибная жесткость пластины; - целое число, выбираемое та- i КИМ образом, чтобы обратить в минимум множитель ж-i/L + + b/rab; в практических рас- четах при L/b 1,6 с погрешностью не более 5% можно положить га L/b. В результате потери устойчивости, -пластин усилие падает до величины / PJ, (участок сГ фиг. 4). njpH дальнейшем сближении нагруженных краев пластины переходят к новой форме рав новесия (участок-5) с образующей, перпендикулярной направлению приложенного усилиям и с жесткостью, близкой к нулевой. В закритической области деформации напряженное coci тояние каждой пластины может быть описано двумя главными направления- : ми G , 7 О йа растянутой стороне поверхности от изгиба в двух взаим но перпендикулярных плоскостях. Наибольшего значения ff AocTHraet посередине высоты L пластины(фиг.З). и составляет при прогибе (попврвч:ном выпучивании) я соответствую щёмему усилий Р (в частности ма ибольшему прогибу Зд соофветстчует усилие R)J и&ъ где В - полная ширина пластины (фиг. 3) . При исходном постоянном радиусе R значение Са практически постоянно на всем участке поверхности эаглуты боковых краев 6 пластин (на плоскос ти, ограниченной контурам АВСД ( Соотношение между Р, Рц и мож Ио представить с погрешностью до 1% с помощью известной формулы Миэеса, расширяв ее область применения на большие значения . Вводя дополнительный сомножитель Р /t-fri(-). или при 1,0- Р/Рц5;1,15(0;йх/1«0,25)| с ошибкой не более 2% можно в выражении (7) пренебречь величиной 8 Р„ v. ZI.VZ(P-PH)PH ТГр Величина нижней критической нагрузки Рц определяется выражением Эйлеровой критической силы с учетом повышения жесткости пластин по срав со стержневой жесткостью в (1 -)} раз-TC hEuiiIIO-V -)- Связь между немалым продольным перемещением (сближением нагруженных краев) X и поперечным прогибом для пластинки со свободными боковыми краями точно задается в параметрической форме относительно угла поворота V опорных краев через выражения, содержащие эллиптические ин тегралы Лежандра. Разложив их в ряды удержав по одному члену каждого ряда и исключив If , получим с погрешностью менее 3% при L/x JS 8 -г- 10 V.LX-X Приравняв выражения (9) и (11),j, дифференцируя по X и полагая бесконечно малой по сравнению с x/L получают после упрощения выражение для жесткости предохранительного .устройства на участке -в (фиг. 4) (12) L(,25причем, поскольку dcb/dx О, наиболь шей величины Cg, достигает при Х Подставляя выражение (10) в (12) получают, например, при L/y--/0,V.O,3: С -f nEMt . nL(1-i; Hl+VM i(b)Vq26-(xl70 il 1 Х.2(1г)Са,. цз) где С„ - жесткость пакета на участке а (фиг, 4). Из выражения (13) видно, что С0 (10-4 - 10-) Са при L/n 100-400 соответственно с ростом L/n значения С становятся еще меньше. Таким образом, с достаточной точностью можно полагать С0 О, а величину Р на участке -5 (фиг. 4). равной нижней критической силе Р Рц- const . Исходные выражения для R, п, h при заданных значениях ,7 получают из совместного решения уравнений (4-7, 10, 11), полагая при V Ь1д; Р Р , 0 CTj. в и пренебрегая для простоты Хд/4Ь по сравнению с единицей. При этом значения В и b последователна вычисляются по формулам. TThC li--Ь-- (15) Проведенные статистические .и динамические испытания подтверждают разработанную методику расчета пакетов гибких пластин с изогнутыми по радиусу боковыми краями и позволяют установить наименьший угол (фиг.2), при котором удовлетворительно выполняется соотношение (4) : /6. Максимальный угол составляет оче Видно o.jy,(jy 1(2, Поэтому наилучшее значение исходного (при изготовлении .пластин) угла с6 составляет об (0,2 0,25)7fc, а наибольшее число пластин IB каждом пакете (исходя из условия, чтобы при сборке устройства , soi (ишопределяется соотношением; г R/h. Необходимая величина зазора & (фиг, 2) между пакетами пластин 1 и панелями J равна A--(1-C05-l/)g Значительное уменьшение габаритов и массы предлагаемого устройства (в 6-8) раз по сравнению с прототипом достигается благодаря применению значительно более тонкостенных пластин с изогнутыми боковыми краями по сравнению с толщиной плоских пластин при равных верхних критических усилиях. Кроме того, максимальный ход Предохранительного устройства может достигать 10-12% от их высоты, что ,в 3-4 раза превышает ход устройства по принятому прототипу и превышает

тем самым надежность защиты клети ТГ трансмиссии привода от перегрузок.

Устройство может быть вписано не только под нижней подушкой валка.

но и между нажимным винтом и верхней подушкой, что значительно удобнее в эксплуатации, причем не только для вновь проектируемых, но и для реконструируе ых станов.

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, преимущественно прокатной клети, включающее пакеты гибких пластин, установленные своей плоскость параллельно направлению воспронимаемой нагрузки, отличающееся тем, что, с целью снижения габаритов и повышения нгщежности устройства за счет увеличения его рабочего хода, оно снабжено выпуклыми гибкими цилиндрическими панелями, установленными между пакетами, причем выпуклости панелей и гибких пластин противонаправлены. tC 00 00

PUSL2

S-S

X

РигЗ