Прокатный валок Советский патент 1988 года по МПК B21B27/02 

114

Изобретелие относится к металлургической промышленности и может .быть использовано при обработке металлов давлением на станах горячей прокатки, в частности на широкополосных и толстолистовых станах.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности валка за счет снижения концентрации напряжений.

На фиг, 1 изображен прокатный валок, общий вид; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1 (участок сопряжения шейки и торцовой поверхности бочки валка).

Прокатный валок содержит бочку 1 :и сопряженные с ней переходными участками 2 шейки 3„ Нейки диаметра d соединены с трефами 4„ Переходный участок 2 выполнен с двумя проточка- ми первой 5 и второй 6 кольцевыми. На торцовой поверхности 7 бочки 1 имеются две кольцевые проточки 8 и 9. Кольцевая проточка 8 сопряжена с образующей переходного участка 2. Парная проточка 9 расположена от проточки 8 на расстоянии 1. Глубина t и t и ашрина Ъ и Ъ, проточек 8 и 9, а также расстояние 1 между ними определяются соотношениями

.1(0,01-0,025)6; - 1,0-1,5 и

ъ

,0-1,5,

Проточка на образующей переходного участка 2 выполнена от торцовой поверхности 7 бочки Е,на расстоянии 1, не превышающем 0,01 d. Параметры bj и 1-2 проточки 5 соответствуют параметрам Ъ и t проточки 8. При этом проточка 6 расположена от проточки 5 на расстоянии ,005-0,015)d, глубина t и ширина Ъз проточки 6 определяются из соотношения

Ь -0,7-1,0 и А 0,7-1,0.

t-jbj.

Дно 10 каждой из проточек 5, 6, 8 и 9 выполнено радиусом г, равным по ловине их ширины,

Прокатньм валок работает следуюшим образом.

После подготовки комплекта валков и установки их в клеть шейки валков находятся в подшипн иках, которые служат им опорой. Посредством муфт тре- (|ь) валков соединень с приводом двига- тел я. Валкам сообщают от двигателя

472

вращение и пропускают между ними раскат. Деформируя раскат, валки испытывают напряжения кручения и изгиба. При этом максимальные напряжения возникают в местах сопряжения шейки и торцовой поверхности бочки валка. Величина экстремальных напряжений характеризуется коэффициентом концентра напряжений, зависяшим от конструктивного исполнения участка сопряжения шейки и бочки валка.

При вращении валков под нагрузкой имеет место циклическая смена напряжений сжатия и напряжений растяжения. Выполненные попарно проточки в задан- ных пределах их конструктивного исполнения вызывают скачкообразное в количественном отношении и качественное изменение эпюры напряжений на участке сопряжения шейки и бочки валка. Качественное изменение эпюры напряжений обусловлено ее рассредоточением в направлении парных проточек,

которое изменяет величину максимальных напряжений характеризуюшуюся коэффициентом концентрации напряжений. При этом циклические напряжения сжатия и растяжения, имеющие место при

нагрузке валков стана 2000 НЛМК, вызывают дополнительный эффект снижения концентрации напряжений, которые имеет валок при статическом нагружении. Это достигается за счет растяжения

эпюры напряжений по окружности валка при циклическом его нагружении, вследствие чего снижается градиент изменения напряжений растяжения и сжатия. В связи с этим свойство долговечности и безотказности валка возрастает в 2,5-3,0 раза.

Исследованиями установлено, что максимальный эффект снижения концентрации напряжений достигается при

выполнении взаимосвязанных между собой попарно проточек ла образующей переходного участка и торцовой поверхности бочки. При этом верхний предел глубины t первой проточки на торцовой поверхности бочки, равный 0,045 d, и соответствующий ему верхний предел глубины to первой проточки на образующей переходного участка, также равный 0,045 d, определены из условия предотвращения поломок: скалывания торцовых поверхностей бочки и полного разрушения валка на переходшлх участках в плоскости, перпендикулярной оси бандажа. Нижний предел глубины

указанных проточек, равный 0,03 d, выявлен из условия достижения заданного эффекта снижения концентрации напряжений.

При этом глубины указанных проточек взаимосвязаны с их ширинами, при которых эффект достигается для минимальной глубишл при выполнении проточек шириной, соответствующей их нижнему пределу 0,02 d. Соответст- .венно увеличение глубины проточки для сохранения эффекта вызывает необходимость пропорционального возрастания и ширины проточки до верхнего предела 0,03 d. Выход за верхний предел -0,03d ширины проточки приводит к снижению достигаемого эффекта и при двукратной величине верхнего предела практически не оказывает влияния на снижение концентрации напряжений.

Расстояния 1 и 1 между проточками определены из условия дополнительного влияния парных проточек на снижение концентрации напряжений.При этом верхние пределы 0,025 d и 0,015 d ограничены прогрессирующим снижением влияния парных проточек на изменение концентрации напряжений.

Верхний предел 1 между первыми протрчками на торцовой поверхности и переходном участке также ограничен совместным влиянием указанных проточек на снижение концентрации напряжений, превышение которого приводит к исчезновению эффекта.

Нижние пределы 0,01 d для 1 и 0,005 d для 1 ограничены прочностными характеристиками перемычки шириной 1 и 1 между проточками в результате воздействия на него скалывающих напряжений, образующихся от изгиба прокатного валка, а также из условия 11редотврашения разрушения выступов с шириной 1 и l,j при хранении, транспортировании и подготовке валков к эксплуатации. В то же время нижний предел для 1, не ограничен.

Из изложенного следует, что оптимальными параметрами для ширины и глубины первых проточек являются их значения, соответствуюпме средним значениям.

В то время как япя расстояний 1, 1 и 1 оптимальными параметрами являются их нижние пределы.

Аналогично параметрам первых проточек установлены и взаимосвязи ширИ ны (Ь,, Ъ,) и глубины (t, , t}) соот9/. 7

ношения параметров вторых проточек на торцовой j.noBepxHocTH и переходном участке. При этом оптимальт-.гми их значениями являются их верхние пределы, оказывающие максимальное влияние на общее снижение концентрации напряжений во взаимосвязи с параметра-, ми первых проточек. Выход за верхние

1Q их пределы ограничен конструктивными- параметрами собственно самого валкар а выход за нижний предел приводит к появпению концентраторов напряжений, приводящих к разрушению валков в мес15 тах расположения этих проточек.

В качестве примера приведем средние значения параметров заявляемого прокатного валка широкополосного стана 2000 НЛМК. Для диаметра шейки рав20 ного мм имеем следующие значения параметров,- мм; ,87; ,3; ,4; ,0; ,08; t,24,1; r 8,04; ,15; ,87; 4,1 9,3; r-2.6,4; ,15; ,9; ,4 и

25 ,45.

Расчетом по известной методике и в результате физического моделирования установлено, что коэффициент концентрации напряжений в местах сопря30 Ж8НИЯ бочки с шейкой дпя высокотвер- дого чугуна ЛПХНд 78-82 з известных валках составляет 1,97, а для валка предлагаемой конструкции 1,23, т.е. в 1,6 раза меньше. Это CBi-щетельст- вует о том, что надежность прокатного валка при заданных в настоящее время режимах нагружения стана 2000 НЛМК в 1,6 раза вьшде или, исходя из прочностных свойств валков, возможно 40 ужесточение режимов их нагружения на ту же величину.

В таблице приведены данные эксплуатационной надежности прокатного валка на основании физического моде45 лирования при различных параметрах.

В предлагаемом диапазоне эксплу-. атационная надежность валков используется полностью, т.е. на 100%.

5Q Согласно данным физического моделирования прокатного валка предлагаемое изобретение в сравнении с известным обладает следующими преимуществами: позволяет снизить коэффи55 циент концентрации напряжений и тем самым повысить надежность и долговечность валков; позволяет повысить интенсивность прокатки за счет увеличения обжатия в клетях вследствие

514

повытения надег:ности валков в ,6 раза.

Предлагаемый прокапгый валок представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как улучшает условия эксплуатации тяжелонагруженных валков широкополосных и толстолитовых станов, интенсифицирует процес прокатки и, как следствие, обеспечи- isaeT повышение производительности ст на и труда.

Формула изобретения

Прокатный валок, содержащий бочку К сепряженные с ней шейки, переходный участок между ними с кольцевой проточкой и приводной треф, отличающийся тем, что, с целью иовышения эксплуатационной надежнос- -ти валка за счет снижения концентра- ;ций напряжений, на переходном участ- ке. выполнена вторая кольцевая проточ- |ка, а на торцовой поверхности бочки - две проточки, одна из которых сопряжена с образующей переходного участка и имеет глубину t(0,03-0,045)d (d - диаметр ошйки), парная ей проточка расположена от первой на расстоянии (0,01-0,025)d и связана с ней соотношениями

Ь 1,0-1,5 и 1 -1,0-1,5,

проточка на образующей переходного участка расположена от торцовой поверхности бочки на расстоянии, не превьппающем 0,01 d, с параметрами, соответствующими первой проточке на торцовой поверхности, при этом вторая проточка расположена от первой на расстоянии (О,005-0,015)d и связана с ней соотношениями.

1 0,7-1,0 и ,7-1,0,

где t,b5. - глубина и ширина первой, проточки на образующей ,переходного участка соответственно j

tj и Ъ - глубина и ширина второй

проточки на образующей переходного участка соответственно,

причем основания каждой из проточек выполнены с радиусом, равным половине их ширины.

7947

Первая кольцевая про- точка на торцовой поверхности бочки

Ширина проточки (Ь): 0.01 d

0,02 d

0,025 d

0,03 d

0,04 d

Глубина проточки (t): 0,02 d

0,03 d 0,037 d 0,045 d 0,055 d

1,19

1,0

1,0

1,0

1,89

1,24

1,0

1,0

1,0

1,64

Расстояние 1 между первой и второй про- точкают на торцовой поверхности бочки:

0.00 0,01 d

0,017 d

0,025 d

0,035 d

Вторая кольцевая проточка на торцовой поверхности : бочки

Ширина проточки (Ъ) : 0,9 Ъ

1 ,0 Ъ 1,25 Ъ 1 ,5 Ъ

1,0 1,0 1,0

1,01 2,36

1,83 1,01 1,00 1 ,00

Изобретение может быть использовано в металлургии при обработке металлов давлением на непрерывных широкополосных станах. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности валка за счет снижения концентра. ции напряжений. Переходный участок от бочки к шейке валка выполнен с второй кольцевой проточкой, а торцовая поверхность бочки имеет две проточки, одна из которых сопряжена с образующей переходного участка и выполнена глубиной t(0,03-0,045)d (где d - диаметр шейки), а другая парная ей проточка расположена на расстоянии l(0,01-0,025)d и связана с ней соотношениями ,0-l,5 и /Ъ 1,0-1,5, где t, и Ъ., - глубина и ширина парной проточки, Первая проточка на образующей переходного участка вьтолнена от торцовой поверхности на расстоянии 1, не превьшзающем 0,01 d, с параметрами, соответствуюш5ми первой проточке на торцовой поверхности, при этом вторая проточка расположена от первой на расстоянии 1j(0,005- 0,015)d и связана с ней соотношениями t3/ti 0,7- ,0 и b ,7-1 ,0, где 17 и Ъ - глубина и ширина первой проточки на образующей переходного участка соответственно; t и bj - глубина и ширина второй проточки на образующей переходного участка соот. ветственно. Причем основания каждой из проточек выполнены с радиусом, равным половине их ширины. 2 ил., I табл. Н со