Предохранительное устройство рабочей кисти прокатного стана и способ его настройки Советский патент 1988 года по МПК B21B33/00 

12

1

15

(

Hjao прокатку. Замеряют деформацию , стакана в зоне проточек. После пробной прокатки стакан нагружают таким же усилием и фиксируют днище 3 стакана 1 гайкой 11. Стакан 1 разгружают и вновь замеряют деформацию 6 стакана. Если 0 уменьшают жесткость контактной зоны между торцом 6 кольца 5 и фланцем 4 стакана 1 путем установки дополнительной шайбы в набор шайб 12. Так продолжа ют до тех пор, пока не получат (f /Ei 0,8. При такой конструкции и способе настройки устройства обеспечивается стабильность ограничения нагрузок в рабочей клети. Приращение усилия в стенке стакана 1 существенно меньше усилия, приложенного к днищу 3. Это позволяет уменьшить усилия срабатывания устройства, т.е. повысить его. чувствительность к перегрузкам. 2 С.и 3.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для защиты рабочих клетей прокатных станов от перегрузок. Цель изобретения - повышение производительности прокатного стана и долговечности элементов клети за счет стабильного ограничения нагрузок. Оборудование предохранительного устройства фиксирующей гайкой 1 1 и набором шайб 12 позволяет эффективно снизить амплитуду напряжений в стенке предохранительного стакана 1. В процессе настройки устройства производят пробlO

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для защиты рабочих клетей прокатных станов от перегрузок.

Целью изобретения является повьппе- ние производительности прокатного стана и долговечности элементов клети за счет стабильного ограничения нагрузок.

На фиг, 1 приведено предохранительное устройство рабочей клети прокатного стана, продольньм разрез; на фиг. 2 - схема взаимодейст- ВИЯ элементов предохранительного устройства; на фиг. 3 - график зависимо- сти отношения переменной составляющей усилия в стенке предохранительного стакана к внепией нагрузке от усилия предварительного растяжения, также отнесенного к велт1ине внешней нагрузки, действующей на предохранительное устройство..

Предохранительное устройство рабочей клети прокатного стана (фиг. 1) содержит пустотелый предохранительный стакан 1 с ослабляющей проточкой 2, днищем 3 и фланцем 4 и опорное кольцо 5 с торцами 6 и 7. расположенное между подушкой 8 верхнего валка (не показан) и фланцем 4 стакана 1. К внутренней поверхности днища 3 прижат подпятник 9 нажимного, винта 10. Предохранительное устройство снабжено средством для фиксации днища 3 отно- тельно обращенного к подущке В торца 11 опорного кольца 5, представляюш ш собой фиксирующую гайку 11, установленную в области днища 3 на предохранительном стакане 1, имеющем в указанной области наружную цилиндрическую резьбу. Между фланцем 4 и опорным кольцом 5 установлены шайбы 12, имеющие различную толщину и различный наружньй диаметр. Набор шайб 12 является средством для регулировки жесткости контактной зоны между торцом опорного кольца 5 и фланцем 4 предохранительного стакана 1. Шайбы 12 выполнены из материала с модулем упругости меньшим, чем модуль упругости материалов стакана и опорного кольца, например, при выполнении последних из стали шайбы 12 могут быть из- гсЗтовлены дюралюминиевыми. Сечения 13 - 15 - поперечные сечения предохранительного устройства.

,Цля пояснения сущности способа настройки предохранительного устройства рабочей клети прокатного стана представим рассматриваемую конструкцию в виде упрощен ной расчетной схемы (фиг. 2). На этой схема реальные упругие характеристики системы заменены дискретными жесткостями C, С к С- (Н/м), приведенными соответственно к сечению 13 в зоне ослабляющей проточки 2, сечению 14 контактной зоны между торцом 6 опорного кольца 5 и фланцем 4 и сечению 15 контакта средства 1J фиксации с. торцом 7 опорного кольца 5, обращенным к подушке В верхнего валка.

Рассмотрим нагружение элементов . предохранительного устройства. В об- . щем случае наг1эужения на элементы действует система внешних и внутренних сил Р, R, , R, R,, (фиг. 2), величины которых удовлетворяют условиям равновесия и совместности деформаций а именно Р - приложенная к днищу 3 внешняя нагрузка, Н; R, - растягивающее усилие в стенке предохранительного стакана 1, Н; R - усилие, возникающее при нагружении в контактной зоне между торцом 6 опорного кольца 5 и фланцем 4, Н; Rj - усилие взаимодействия средства I1 фиксации с опорным кольцом 5, Н.

В частности, при нагружении днища усилием R, для величия (R), (R) и (R) усилий в упругих связях справедливы следующие зависимости:

(RI), №г), р.

(Ri), о

При этом перемещение точки О днища 3 относительно опорного кольца 5 равно

11

или с учетом (1)

-1г

После фиксации днища 3 относитель- 40 но торца 7 опорного кольца 5 и разгрузки предохранительного стакана 1 . от осевого усилия Р величины (Ri) (Rj) и (RS) усилий в упругих связях равны между собой и равны усилию Q(H) 45 затяжки, т.е.

(R,),, (R),, (R,) CU (4)

Перемещение точки О днища 3 отно- 50 сительно опорного кольца составляет в этом случае аналогично (3)

Л -.

- С, с.

Кроме того, справедливо соотношение

, S

. 0

с.

(6)

где S S

Из выражений (3), (5) и (6) получаем, что

&.Л,

S,

S, 5

(7)

где S S

приведенные к сечениям 13-15 податливости, равные S, 1/С,; г 1/С

7

Еепи теперь приложить к днищу 3 произвольное усилие Р, величины (R,),, (R), (R,), связях удовлетворяют условию

1/С,,

ь усилий в упругих

20 (R,) (R), Р, + (R,), (8) (1) а перемещение точки О составляет

25

Л - РЗ + (з)э . РЗ + (Кз)з .04 а .

30

Кроме того, по аналогии с выражением (6)

/ п ч

(10)

Из (3) и (7) - (10) получаем, что усилия и в этом случае определяются выражениями

..-ч s,/l,s. . «Л-ч-

Очевидно, что выражение (11) справедливо для случая, когда (Rj), О. Как нетрудно получить из (7) и (12), это будет в случае, если

РЗ Р,.

(13)

50

55

Таким образом, в случае нагружения устройства усилием Р с последующей фиксацией днища 3, разгрузкой устройства от усилия Р, и последующим циклическим приложением усилия Р,, удовлетворяющего условию (13), амплитуда переменного усилия, действующего в сечении 13, составляет

д - (КОз - (RQi А,

(14)

Или согласно выражениям (4) и (М)5 А, 0,5% PJ,(J5)

(16)

При Р, 5 Р, усилие (К,)з равно нулю, а величина А, в соответствии с выражениями (4), (7), (8) и (14) составляет15

А, 0,5 PJ - Р, ( --К). (17)

Графики относительных амплитуд уси 20 ЛИЙ в стенке предохранительного стакана 1 A,/Pj в функции от отношения Р(/РЗ для различных значений t (кривая 16 -Тс К, , кривая 17 - ТС К причем Тс , ХJприведены на фиг, 3, из 25 которой следует, что при Р, Р, достигается минимальное значение амплитуды переменного растягивающего усилия, действующего в Сечении 13, Практически достаточно принять Р Р, с ЗО целью избежать возможного смятия контактных поверхностей при неоправданно больших значениях усилия предвари- тельного растяжения Р, . Однако сог ласно (15) предварительное растяжение ,- предохранительного стакана 1 с последующей фиксацией днища 3 и рагрузкой iпозволяет добиться эффективного сни- 1жения амплитуды усилия, действующего в стенке .предохранительного стакана дО 1, лишь при условии, что параметр % достаточно мал. Ниже приведена оценка максимального значения параметра %, обеспечивающего снижение усталостных напряжений в зоне ослабляющей 45 проточки 2 до допустимого уровня.

Цикл нагружения предохранительного стакана может быть представлен как результат наложения постоянного напря-50 жения (У (МПа) на напряжение, меняющееся по симметричному циклу с амплитудой GQ (МПа). При этом коэффициент запаса усталостной прочности определяется по формуле55

G--,

GD а

,

(18)

G, - предел выносливости на растяжение для материала де тали, МПа;

( - коэффициент асимметрии цикла;

CD

15 + - 1.

Ее F

G-

эффективный коэффициент концентрации напряжений; р - коэффициент масштабного

фактора;

/3 - коэффициент влияния качества обработки поверхности, С учетом того, что для пульсирующего цикла (J Gg , выражение (18) принимает вид

- - . (19)

U fi

1 +V)(5 q

Значение коэффициента асимметрии I цикла ф 0,2, а значение коэффициента Р , характеризующего влияние на усталостную прочность качества обработки поверхности детали, 6 0,8.

Для оценки эффективного коэффициента концентрации напряжений воспользуемся выражением

1 + q (oda- О

(20)

где tiQ- теоретический коэффициент концентрации, значение которого принимает равным

.oic 2.

q - коэффициент чувствительности материала к местным напряжениям, значение которого принимаем q 0,8. Таким образом, UQ- 1,8. Значение коэффициента масштабного фактора принимаем равным 0,6.

Для дальнейших расчетов необходимо определить величину ам глитуды напряжений цикла (Jp . Пусть Р(Н) - средняя величина усилия, приходящегося на один нажимной винт, при прокатке типоразмера полос, характеризующегося наибольшими значениями усилий прокатки. Тогда с учетом выражения (15) средняя амплитуда напряжений в зоне проточки составляет

а. У

« F

F - площадь поперечного сечения стакана в зоне ослабляющей проточки, м .

(21)

Согласно данным исследований, для толетолистовых станов можно считать, что величины усилий прокатки распределены по нормальному закону с коэффициентом вариации , не превышающим 0,15.

В соответствии с известным правилом трех сигма для нормального распределения определяем наибольшее воз можное усилие при нормальной эксплу-

атации Р (Н), равное

Р„ (1 + 3 )Р

и принимаем для последующих расчетов усилие разрушения предохранительного стакана равным Р, В этом случае справедливо выражение

+ 3 )Р

.

(23)

где G - предел прочности материала предохранительного стакана, МПа.

Предел вьмосливости материала стакана считаем равным половине от предела прочности, т.е.

., 0,5Ge

Из выражений (19), (21), (23) и (24) следует

1 +3

f + i.. Ucj (Э

1 +9 )

Принимая ) 0,15 и задаваясь . значением коэффициента запасов уста- 40 постной прочности П( 2, получаем тс 0,2.

Таким образом, при значении параметра тс 0,2 предлагаемый способ на- ,стройки предохранительного устройства 45 Р прокатке. Указанное нагружение

Пример. Перед прокаткой на стане дуо 450x900 партии полос 40х хЗООх1500 мм из цинкового сплава ус танавливают фланец 4 предохранитель ного стакана 1 с ослабляющей проточ кой 2 и днищем 3 и набор шайб 12 на опорном кольце 5, а последнее на по душке 8 верхнего валка под нажимным винтом 10 и прижимают подпятник 9 -нажимного винта 10 к внутренней поверхности днища 3 предохранительног стакана 1. После этого прокатывают пробную полосу в режимах предполага емой прокатки партии полос и измеря ют при этом величину осевой деформа ции , в зоне ослабляющей проточки 2. Измерение осуществляют с помощью проволочного тензсдатчика сопротивления. Результат измерения , 6,О X 10 . Деформация , вызьшается дей ствием усилия прокатки, приходящего на один нажимной винт. После прокат полосы предохранительный стакан 1 Нагружают осевым усилием, вызывающи такую же деформацию 6, 6,010 в зоне проточки 2, как и замеренная

рабочей.клети прокатного стана обес печивает эффективное снижение усталостных напряжений в предохранительном стакане. Уменьшить значение параметра Ос в соответствии с (16) можно, например, за счет уменьшения жесткости Сп (увеличения податливости 8 ).

50

осуществляется гидроцилиндром, уста новленным между нажимным винтом 10 и подпятником 9. Затем фиксируют днище 3 предохранительного стакана 1 относительно обращенного к подушк торца 7 опорного кольца 5 путем по ворота фиксирующей гайки 11 до со- лрикосновения с опорным кольцом 5, разгружают стакан 1 от осевого усилия и измеряют деформацию в зоне ос лабляющей проточки 2. Получив в результате измерения величину г 4,5 10 , определяют отношение равное /6, 4,5- i О /6,

Из выражений (7) и (16) следует.

что

JT -

(26)

Кроме того, ввиду пррпорционально- сти деформации предохранительного .

стакана 1 вызывающему ее усилию R, с учетом (1) и (4) можно записать

е,

;

(27)

10

15

20

25

30

35

40

45 Р прокатке. Указанное нагружение

где ,, Е - осевые деформации в зоне ослабляющей проточки 2 после нагружения усилием Р, и после фиксации днища 3 относительно опорного кольца 5 и разгрузки соответственно.

С учетом двух последних выражений требование Тсё 0,2 равносильно требованию ,, / Е, i 0,8.

Пример. Перед прокаткой на стане дуо 450x900 партии полос 40х хЗООх1500 мм из цинкового сплава ус- танавливают фланец 4 предохранительного стакана 1 с ослабляющей проточкой 2 и днищем 3 и набор шайб 12 на опорном кольце 5, а последнее на подушке 8 верхнего валка под нажимным винтом 10 и прижимают подпятник 9 -нажимного винта 10 к внутренней поверхности днища 3 предохранительного стакана 1. После этого прокатывают пробную полосу в режимах предполагаемой прокатки партии полос и измеряют при этом величину осевой деформации , в зоне ослабляющей проточки 2. Измерение осуществляют с помощью проволочного тензсдатчика сопротивления. Результат измерения , 6,Ох X 10 . Деформация , вызьшается действием усилия прокатки, приходящегося на один нажимной винт. После прокатки полосы предохранительный стакан 1 Нагружают осевым усилием, вызывающим такую же деформацию 6, 6,010 в зоне проточки 2, как и замеренная

50

55

осуществляется гидроцилиндром, установленным между нажимным винтом 10 и подпятником 9. Затем фиксируют днище 3 предохранительного стакана 1 относительно обращенного к подушке торца 7 опорного кольца 5 путем поворота фиксирующей гайки 11 до со- лрикосновения с опорным кольцом 5, разгружают стакан 1 от осевого усилия и измеряют деформацию в зоне ослабляющей проточки 2. Получив в результате измерения величину г 4,5 10 , определяют отношение , равное /6, 4,5- i О /6,Ох

X 0,75. Поскольку отношение ) меньше 0,8, вновь нагружают предохранительньп1 стакан 1 осевым усилием, освобождают днице 3 от фиксации, разгружают предохр-анительньш стакан 1 и уменьшают жесткость контактной зоны между торцом 6 опорного кольца 5 и фланцем 4 стакана 1 путем установки дополнительной шайбы в набор шайб 12. Затем вновь с помощью гидроцилиндра нагружают предохрани- тельньй стакан I до уровня осевой деформации в зоне проточки 2 , 6,Ох X 10, фиксируют днище 3 гайкой 11 и разгруткают стакан 1 от осевого усилия. Результат измерения осевой деформации в зоне ослабляющей проточки Ei 4,9 . Ю Так

г

после разгрузки

прочности, т.е. имеет место стабильное ограничение нагрузок в клети прокатного стана. При перегрузке, например при нарутяении технологического режима, по мере роста нагрузки сначала происходит раскрытие стыка между фиксирующей гайкой 11 и торцом 7 опорного кольца 5, после чего рас10 тягивающее усилие в стенке стакана становится равным внешней нагрузке, а при превьщ1ении внешней нагрузкой предельного уровня предохранительный стакан 1 разрушается в зоне ослабля 5 ющей проточки 2, защищая клеть от перегрузки. Вследствие возможности стабильного ограничения предохранительным устройством нагрузок в рабочей клети предохранительный стакан

как отношение 4, х 20 выполнен таким образом, что усилие X 0,81 больше 0,8, предлагае- , его разрушения максимально приближе- мый способ осуществлен.«о к наибольшему усилию, реализующеУстройство : работает следующим образом,.,

муся при нормальном процессе прокатки Тем самым предотвращается поврежПри прока.тке в клети партии полос 25 дение элементов конструкции клети

ка днище 3 предохранительного стакана 1 со стороны подпятника 9 нажимного винта 10 действует переменное усилие, изменяющ;ееоя от нуля до максимальной величины. Такое же по величи- не, но противоположное по направлению переменное усилие действует со сто- роны подушки 8 верхнего йалка на опорное кольцо 5 предохранительного устройства о При этом усилие взаимодействия фиксирующей гайки 11 с торцом 7 опорного кольца 5 уменьшается по сравнению с ненагруженным состоянием, а усилия взаимодействия фланца 4 стакана 1 с набором шайб 12 и послед- него с торцом 6 опорного кольца 5, а также растягивающее усилие в зоне ослабляющей проточки 2 увеличиваются, Причем приращение усилия, действующего в стенке предохранительного стакана 1 , сущес.твенно меньше усилия, приложенного к днищу 3„ Таким обра- зом, несмотря на циклический характер нагрузки накопление усталоетньсх повреждений отсутствует, поскольку настройка предохранительного устройства в. соответствии с предлагаемьм способом обеспечивает эффективное снижение амплитуды напряжений в стенке предохранительного стакана. Вследствие этого срабатьшание предохрани тельного устройства не происходит прежде чем напряжения в зоне ослабляющей проточки 2 достигнут предела

„

прочности, т.е. имеет место стабильное ограничение нагрузок в клети прокатного стана. При перегрузке, например при нарутяении технологического режима, по мере роста нагрузки сначала происходит раскрытие стыка между фиксирующей гайкой 11 и торцом 7 опорного кольца 5, после чего растягивающее усилие в стенке стакана становится равным внешней нагрузке, а при превьщ1ении внешней нагрузкой предельного уровня предохранительный стакан 1 разрушается в зоне ослабляющей проточки 2, защищая клеть от перегрузки. Вследствие возможности стабильного ограничения предохранительным устройством нагрузок в рабочей клети предохранительный стакан

муся при нормальном процессе прокатки Тем самым предотвращается повреж30 .Q 45

50

55

прокатного стана.

Выполнение и настройка предохранительного устройства в соответствии с изобретением обеспечивают стабильное ограничение нагрузок в рабочей клети прокатного стана. За счет этого можно ожидать снижения простоев последнего примерно на 3%. Это позволяет выпустить дополнительное количество проката и снизить на 3% условно-постоянные расходы, Стабильное ограничение нагрузок в клети позволяет при том же уровне нагружения уменьшить усилие срабатывания предлагаемого устройства по сравнению с известным, т,е. повысить его чувствительность к перегрузкам.

Формула изобретения

2,Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство для регулировки жесткости контактной зоны между торцом опорного кольца и фланцем стакана выцолнено в виде набора шайб, имеющих различную толщину

и различный наружный диаметр, причем шайбы изготовлены из материала с модулем упругости, меньшим модуля упру гости материалов стакана и опорного кольца..

ограничения нагрузок, после прижатия подпятника нажимного винта к днищу прокатьшают пробную полосу в режимах предполагаемой прокатки партии полос, измеряют при этом осевую деформацию предохранительного стакана в зоне . ослабляющей проточки, после прокатки пробной полосы нагружают предохранительный стакан осевым усилием до уровня осевой деформации в зоне ослабляющей проточки, равного замеренному при прокатке пробной полосы, фиксируют днище предохранительного стака41а относительно торца опорного кольца, обращенного к подушке, разгружают предохранительный стакан от осевого усилия, измеряют осевую деформацию стакана после разгрузки, определяют отношение , , где Е., и б деформации предохранительного стакана, замеренные соответственно при прокатке пробной полосы и после разгрузки, и, если отношение 2/, меньше 0,8, вновь нагружают предохранительный стакан упомянутым осевым усилием, освобождают днище стакана от фиксации, разгружают предохранительный стакан от осевого уснпия, уменьшают жесткость контактной зоны между торцом опорного кольца и фланцем стакана и повторяют те же действия, что и после прокатки пробной полосы.

15

Фие.2

0,5

77

0.5,

0,5 X.

Фиг.З