Упор для остановки проката на рольганге Советский патент 1991 года по МПК B21B39/14 

Изобретение относится к транспортному оборудованию прокатных станов и предназначено для точной остановки на рольганге движущегося проката.

Целью изобретения является уменьшение металлоемкости и предотвращение поврежденияпереднеготорцаостанавливаемого проката.

На фиг. 1 изображен упор, общий вид; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - зависимость усилия Р, действующего на амортизатор, от перемещения его конца X в процессе взаимодействия с прокатом.

Устройство состоит из корпуса 1, на котором установлен привод 2 поворота вала 3, например гидравлический, с жестко посаженным на нем (защемленным) амортизатором 4, выполненным в виде пакета пластин трапецеидальной формы На свободном конце меньшею основания трапеции установлена клиновая планка 5 со стороны останавливаемого проката 6 транспортируемого рпльгангом 7 с бортами 8 В частности, устройство может быть вы полнено двустороннею действия

Упор работает следующим о рязом В исходном положении амортизатор 4 опущен под рольганг 7 Для остановки проката включением привода 2 за счет поворота вала 3 амортизатор 4 переводят в верхнее (рабочее) положение о котором он является преградой на пути проката б движущеюся

Eaeijb

О XJ

А

СО 00

о

вдоль бортов 8. При встрече проката с планкой 5 происходит удар с последующим упругим изгибом пакета пластин амортизатора 4 и поглощением кинетической энергии проката, Во избежание изгиба переднего проката в первый момент соударения масса амортизатора должна быть как можно меньше, а его центр масс удален как можно дальше от места соударения -- свободного конца пдлстпн. Этим условиям, как и условию минимальной металлоемкости амортизатора, отвечает в общем случае трапецеидальная форма пластин с размерами, обоснованными ниже. Благодаря выполнению на свободном конце пластин клиновой планки 5 толщиной и и под углом 0 взаимодействие оогйнапп-. наемого проката (заготовки) 6 с амортизатором 4 происходит всегда в одном и том же месте - на его конце, независимо от расположения проката 6 по ширине рольганга 7 (фиг. 1, 2). Этим же достигается и наименьший импульс I и сила PI в начальный момент соударения проката и гарантированное усилие РО к моменту наибольшего про: иба Х0 амортизатора (фиг. 2, 3). воздействующее на корпус и фундамент устрой- сюа.

Оптимальные соотношения выведены из следующих зависимостей. Энергоемкость - W амортизатора 4 в области упругих деформаций материала определяем, интегрируя выражение для упругого потенциала пластин переменной ширины b (у) и постоянной толщины h:

o.5h L .. ,. лл.т2

)а

W - 2 / /

00 г Ь ПР, 2 г i2 °.25 liL2

4В fff П г гJC

Е Пр. h2 L о о ь .+

Ь(У),„,.(В:Ь1Х,

- dxdy --

d dym

Bjlbjy / j - - L- - - J

M - P0y

(2)

Enps E/(l -V -),

о -- 12X РоУ/nbh ,

где х, у -- координаты поперек и по длине пластин соответственно (фиг. 2).

Уравнения изгибающих моментов - М в сечениях пластин:

„Е bjy) h3 n

12 R (y)( PV) ГДР R(y) текущий радиус кривизны пластин. Услопи- прочности для сечений ппастин по нормальным напряжением (от изгиба): И 6Роу/ВЬ2п, 0 у L. (3) Прочность на сдвиг определяется допу- скпеммм напряжением среза

Pn/nhh. (4)

Условие возврата амортизатора в исходное положение после остановки проката

W mg«xo.(5)

где х0 - наибольший прогиб пластин (фиг. 2). // - коэффициент трения проката о рольганг.

Для гарантированного взаимодействия

проката 6 шириной d с концом амортизатора 4 вдоль оси X (фиг. 2) независимо от его положения по ширине бочки роликов рольганга 7 необходимо, чтобы борта 8 рольганга были установлены на расстоянии, меньшем двойной ширины проката, и толщина клина составляла, по меньшей мере

(3 xo-x(d),(6)

гдех(й)- прогиб амортизатора под действием

силы РО в точке с координатой у d.

Трансцендентная система уравнений (1) - (6) не позволяет получить искомые оптимальные параметры упора для остановки проката. Однако проведенный численный анализ показал, что при заданной энергоемкости W объем и масса пластин с уменьшением отношения b/В монотонно снижаются и при b/В 0,1 с точностью до 3% по РО. И, х0 при прочих равных условиях искомые параметры могут

быть аппроксимированы выражениями: В 12EW/(1 - V2) (5-6(1 - V2)P0L(2L-d)d/EBh3; 0-2(1 -V2)L a /Eh;(7)

0,1В b А/3 ,

h-(1 -V2) Po L2 o /2EW;

РО 2mgfi.

Нетрудно показать, что согласно выражениям (7) обьем и масса пластин амортизатора 4 втрое меньше, чем в известном устройстве

при прочих равных условиях, за счет выбора их оптимальной формы. Кроме того, масса пластин существенно снижается за счет закрепления их непосредственно на валу 3 и за счет гарантированного взаимодействия

проката с клиновой планкой 5 вдоль оси X (фиг. 2), Определяем снижение импульса 1 в предлагаемом устройстве, который развивается в первый момент соударения проката со щитом по сравнению с

соответствующим импульсом Г в известном. Существенное снижение этого импульса, а следовательно, и усилия PI по сравнению с соответствующим импульсу I усилием Pi (см, фиг. 3) предотвращает по® вреждение или изгиб передних концов проката, соударяющегося со щитом предлагаемой формы. В общем случае неупругого удара проката массой т, движущегося со скоростью V0 о пластины массой М.

5 коэффициент восстановления равен

K (AV2- Vi)/Vi. О К 1.(8) где - мгновенное приращение скорости свободного конца пластин под действием импульса 1;

Vi - скорость проката после соударения.

При этом по принципу сохранения импульса и момента импульса с достаточной точностью справедливы выражения

I m(V0 - V,);(9)

AV2/L IL/I, l

L(l-

dM

(Ю)

где I - момент инерции пластин амортизатора 4, выполненных в форме трапеции, от- носительно оси, проходящей через большее основание этой трапеции.

При линейном возрастании ширины Ь(у) пластин от меньшего основания b к большему В в зависимости от координаты у: Ь(у)

-:у момент инерции I приниЬ +

В -Ь

- у ) х

мает вид L

l / n h/9(b +

х (L - y)2dy,(11)

где р- плотность материала пластины. Отсюда с учетом массы их

М Lhpn,

после интегрирования и упрощения получаем

|-hpnL +- -)

М L2(B +3 Ь )

6(В + b )

В частности для амортизатора из прямоугольных пластин массой М (как в известном устройстве) момент инерции I1, соответствующий зависимости (12) при прочих равных условиях, составляет

(12)

l M1L2/3.

(13)

Решение (8) - (10) относительно I дает:

К + 1 ) I Уо L + (1 + К ) l/m

Следовательно, снижение I по сравне(14)

выражается отношением

(1 +K)1

m

+ 1+K)-

urn 4-hUi M(B+3bb

( )

(B+3b) (1 +

)

(16)

Например, для абсолютно неупругого удара (К 0), достаточно точно отвечающего характеру взаимодействия проката, особенно го- рячего, со стальными пластинами, с учетом (12) и (13) получаем:

Даже при наибольшем значении b/B 0,1 в широком интервале изменения практически существующих значений т/М1: (0,5; 50) согласно (16) при М1 ЗМ:

JQ

15

20

25

30

11/1 3.5-5.

А при b/В 0,1 при прочих равных условиях снижение импульса I по сравнению с I1 еще больше. Снижению I по сравнению с I способствует, кроме того, закрепление большего основания пластин непосредственно на приводном валу, а не через разъемные соединения с одноплечими рычагами, и обеспечение взаимодействия с прототипом свободного конца их за счет закрепления клина с необходимой толщиной д и наклоном в Таким образом, благодаря значительному снижению ударных импульсов 1 и, следовательно, ударных усилий Pi предотвращается повреждение и изгиб передних концов проката.

Для остановки проката массой m - 100 кг, шириной d 50 мм с кинетической энергией W 100 Дж 105 Нм используется п - 1 пластина с рабочей длиной L 1м 10 мм из пружинной стали с пределом упругости о 500 МПа. модулем Юнга Е 2 10 МПа. коэффициентом Пуассона V- 0,3. Ускорение свободного падения g для простоты g 10 м/с , коэффициент трения проката о рольганг / 0,2.

Пример 1. В соответствии с предлагаемой формулой (в системе СИ) положим

P0 2mg// 2 100 10 0,2 400 Н;

, (1 - V2) Ро L2 а П2 Е W

(1-0,32)400 10003 500

|1ЗО ,

2 2 -105 105

35

40

45

50

55

В

12 Е W

(1 - V2) L h (af n 12 2-Ю5.105

(1 -0,32) 1000 4,55-5002.1 232 MM;

6 6(1-V2)PoL(2L-d)d

Е В h3 6 ( 1 -0.32) 400 IP3 (2 103 -50 ) 50

2 105 232 4.553 48,7 MM;

0

Eh 2(1 -0,32)1000 500 1 Q.

2 105 455

0.1 В 23,2 мм b V3Po

400 4,55 -500-1

h a n 0,3 MM.

В соответствии с последним выражением в интервале (0,3 мм; 23,2 мм), например, b (23.2 + 0,3)/2 12мм,

Пример 2. При Прочих равных условиях положим Ро 2mg /и, например, Ро 5тд/1 ; тогда аналогично предыдущему получаем:

Ро-ЮООН,

h 11,4 мм

В 93 мм

(5 19 мм

,4

Ь (0,3 мм; 9,3 мм), например

к 9.3 +0.3 о2

5 мм,

Пример 3. При прочих равных условиях за исключением m - 1000 кг, W - 1000 Дж 106 Нмм, n - 10, положим Р0 3mg,u , тогда аналогично предыдущему получаем Р0 6000 Н,

h 6,8 мм

В 155мм

(5 32,5 мм

,67;

b 6 (15,5 мм: 0,3 ).

Формула изобретения

Упор для остановки проката на рольганге, содержащий корпус, амортизатор, консольно установленный на приводном поворотном валу и выполненный в виде пакета пластин, отличающийся тем, что, с целью уменьшения металлоемкости и предотвращения повреждения переднего торца останавливаемого проката, пластины

амортизатора жестко связаны с приводным поворотным валом, выполнены трапецеидальной формы, обращенной большим основанием к поворотному валу привода, а их основания и толщина определяются соотношениями соответственно: 12 Е W

В

(1 - v2) h L of n

0,1 В Ь

V3P0

h а п

h (1-)P0L2M 2 Е W

и снабжены клиновой планкой, расположенной на свободном конце пластин амортизатора со стороны останавливаемого проката, причем угол клина планки равен

g.2(i-)nai

где В, b - ширина большего и меньшего оснований трапеции пластин амортизатора,

мм;

h - толщина пластин, мм;

L - рабочая длина пластин, мм;

n - количество пластин

Е - модуль Юнга кг/мм ;

v- коэффициент Пуассона

о - допускаемое напряжение пластин, кг/мм ;

W - потенциальная энергия амортизатора, кг . мм;

Ро - допустимое усилие, действующее на амортизатор при максимальном изгибе, кг.

Фиг.1

W

Изобретение относится к транспортному оборудованию прокатных станов и предназначено для точной остановки на рольганге движущегося проката. Цель изобретения - уменьшение металлоемкости и предотвращение порчи переднего торца останавливаемого проката. Устройство содержит корпус 1, поворотный вал 3 с приводом 2, амортизатор в виде пакета пластин 4 и рольганга 7 с бортами 8. Пластины амортизатора выполнены трапецеидальной формы с большим основанием β, жестко установленном на поворотном валу 3. На свободном конце пакета пластин со стороны останавливаемого проката закреплена клиновая планка 5 толщиной δ, плоскость которой наклонена к плоскости пластин под углом Θ, борта 8 рольганга 7 установлены на расстоянии, не превышающем двойную ширину проката. Заявлены математические зависимости определения толщины пластин, обоих оснований трапеции, их формы и угла клина планки 5. 3 ил.