предохранительно-разгрузочное устройство прокатной клети

Формула изобретения

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНО-РАЗГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ПРОКАТНОЙ КЛЕТИ, включающее в себя размещенные под нажимным средством пуансон и корпус, образующие рабочую полость, заполненную материалом, передающим давление, и разрушаемый элемент, отличающееся тем, что разрушаемый элемент выполнен в виде кольцевого бандажа, установленного на корпусе с охватом материала, передающего давление, при этом кольцевой бандаж выполнен с вертикальной проточкой, а в качестве материала, передающего давление, использован эластомер, причем бандаж имеет бурт, выполненный на его внутренней поверхности со стороны опорного торца.

Описание изобретения к патенту

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

Известно предохранительное устройство прокатной клети, включающее расположенный между подушками валков и нажимным устройством клиновый предохранительный механизм, выполненный несамотормозящимся, с пружинным элементом, размещенным между клином и регулировочным винтом (авт.св. N 601060, кл. В 21 В 33/00).

Недостатком клинового механизма является нестабильность величины силы срабатывания вследствие эффекта приработки трущихся поверхностей, а также попадания в рабочие контакты механизма частиц окалины, воды, смазки, паров и т.п., что изменяет коэффициент трения.

Известно также предохранительное устройство прокатной клети, размещенное между нажимным механизмом и подушкой прокатного валка, в котором для ограничения технологических нагрузок использованы пакеты гибких пластин, установленных своей плоскостью параллельно воспринимаемой нагрузки (авт.св. N 1011288, кл. В 21 В 33/00).

Известное устройство снижает жесткость прокатной клети вследствие прогиба пластин еще до потери их устойчивости, а также подвержено эффекту усталостного разрушения пластин при их эксплуатации. Более того вертикальное расположение пластин увеличивает габариты устройства, что требует увеличения размеров прокатной клети.

Известно также предохранительно-разгрузочное устройство прокатной клети содержащее пуансон и корпус, образующие рабочую полость, заполненную легкоплавким металлом (свинцом), а также дополнительную полость, огражденную от рабочей полости срезным диском и размещенную под рабочей полостью [1].

Недостатком устройства является сложность восстановления его работоспособности, требующая для замены срезного диска извлечения устройства из клети, удаления остатков легкоплавкого металла и заливку полости новой порцией свинца. Наличие дополнительной полости обуславливает также необходимость увеличения вертикальных размеров прокатной клети, что увеличивает ее металлоемкость и снижает жесткость.

Задачей изобретения является создание конструктивно простого, компактного и удобного в эксплуатации устройства, позволяющего снизить продолжительность аварийных простоев стана и уменьшить трудоемкость восстановительных работ.

Для этого в предохранительно-разгрузочном устройстве прокатной клети, включающем размещенные под нажимным средством пуансон и корпус, образующие рабочую полость, заполненную материалом, передающим давление, а также разрушаемый элемент, согласно изобретению корпус образован основанием и разрывным бандажом, установленным с охватом основания, причем разрывной бандаж выполнен в виде кольца, на внешней стороне которого размещена проточка, параллельная оси нажимного средства. В качестве материала, передающего давление, использован эластомер, а именно полиуретан. Пуансон снабжен ограничителем перемещений, выполненным в виде цилиндра, ось которого совпадает с осью нажимного средства, а торец размещен в отверстии, выполненном в основании корпуса, бандажное кольцо снабжено буртом, выполненным на внутренней поверхности кольца со стороны его опорного торца.

На фиг. 1 представлена схема устройства с разрывным бандажом, установленным с охватом основания; на фиг.2 - схема бандажа, выполненного в виде кольца с проточкой; на фиг.3 - схема распределения давления на внутренние поверхности рабочей полости устройства; на фиг.4 - схема деформирования пластичного материала, передающего давление, при разрушении бандажа; на фиг.5 - схема устройства с ограничителем перемещений, рабочая полость которого заполнена эластомером; на фиг.6 - схема деформирования эластомера при разрушении бандажного кольца; на фиг.7 - схема восстановленного эластомера при снятии технологической нагрузки.

В пространстве между нажимным средством 1 (фиг.1) и подушкой 2 прокатной клети размещено предохранительно-разгрузочное устройство, включающее пуансон 3, установленный в корпусе, образованном основанием 4 и боковой стенкой, выполненной в виде бандажа 5, охватывающего основание. Рабочая полость, образованная пуансоном, бандажом и основанием, заполнена материалом 6, передающим давление, в качестве которого может быть использован пластичный материал, например легкоплавкий металл (свинец) или упругий материал, эластомер (резина, полиуретан).

Пластичный материал для заполнения рабочей полости устройства целесообразно использовать в случае, когда для разгружения прокатной клети необходимы значительные перемещения, например, в предохранительных устройствах линеек-кантователей блюмингов. Упругие материалы- эластомеры целесообразно применять в предохранительных устройствах прокатных клетей, для разгружения которых не требуются значительные перемещения валков, например, в слябингах, черновых клетях толстолистовых станов и т.п.

Форма бандажа в плане определяется пластическими свойствами материала, из которого он изготовлен. Так, для хрупких материалов (чугун, высокоуглеродистая сталь) форма бандажа допускается произвольной (круглая, эллипсная, квадратная, шестигранная, восьмигранная, с лыской, с проточкой и т.п.) и обусловлена формой свободного пространства в клети для размещения предохранительного устройства, а также технологическими условиями изготовления бандажа.

Для пластичных материалов (низко-, среднеуглеродистая сталь, цветные металлы) бандаж 5 (фиг.2) выполнен в виде кольца внутренним диаметром D и толщиной h. На внешней поверхности бандажного кольца выполнена проточка 7 глубиной b и радиусом скругления r.

Устройство работает следующим образом.

При эксплуатации клети в рабочем диапазоне технологических нагрузок пуансон 3 (фиг.3), воспринимая внешнее усилие Q, приходящееся на нажимное средство клети, создает в рабочей полости давление

P = .

При этом в замкнутом пространстве рабочей полости материал 6, передающий давление, ведет себя как жидкость, передавая давление на внутреннюю поверхность бандажа 5. Под действием давления Р в осевом сечении бандажа с минимальной площадью F_min возникает нормальное напряжение

= , а при выполнении бандажа в виде кольца с проточкой 6 (фиг. 2) - напряжение

= k₁, где H, H₁ - высоты соответственно рабочей полости устройства и его бандажного кольца;

k₁ - коэффициент концентрации напряжений, вызванный проточкой 6.

При превышении нагрузки, действующей на нажимное средство, максимально допустимой величины

Q_max = , а при использовании бандажного кольца

Q_max = , происходит разрушение бандажа в опасном сечении, а вместе с ним и разрушение рабочей полости.

В результате предохранительное устройство теряет свою жесткость, происходит его осадка на величину Н (фиг.4) при которой внешнее технологическое усилие Q, существенно уменьшенное в результате разведения валков, уравновешивается давлением Рo оставшейся части материала 6.

Для восстановления работоспособности прокатной клети следует удалить прокатываемый материал из межвалкового пространства, зафиксировать подушку прокатных валков от вертикальных перемещений, поднять нажимное средство и заменить предохранительно-разгрузочное устройство. При восстановлении несущей способности предохранительного устройства, использующего пластичный материал, необходимо удалить остатки материала, передающего давление, заменить бандаж, заполнить рабочую полость устройства новой порцией материала.

Применение эластомеров в качестве материала, передающего давление, упрощает операции при восстановлении несущей способности предохранительных устройств. Однако при этом их конструкции нуждаются в дополнительных отличительных признаках, которые заключаются в следующем.

Пуансон 3 (фиг.5), установленный в корпусе, образованном основанием 4 и бандажом 5, снабжен ограничителем перемещений, выполненном в виде цилиндра 8, ось которого совпадает с осью нажимного средства 1, а торец размещен в отверстии 9, выполненном в основании корпуса. На внутренней поверхности бандажа имеется бурт 10, размещенный со стороны его опорного торца.

Устройство, использующее эластомер, работает следующим образом.

Предельная технологическая нагрузка, при которой происходит разрыв бандажа произвольной формы, с учетом диаметра d ограничителя перемещений, равна

Q_max = .

При использовании кольцевого бандажа с проточкой

Q_max = , где k₂ - коэффициент, учитывающий влияние бурта 10. В зависимости от размеров бурта k₂ = 0,90...0,95.

При колебаниях технологической нагрузки, величина которой не превышает предельно допустимое значение, бурт 10 предотвращает вертикальное перемещение бандажа 5 вдоль оси устройства.

При превышении нагрузки предельно допустимой величины происходит разрушение бандажа в сечении, ослабленном проточкой 7. Эластомер 6 (фиг.6) теряет жесткость и частично выдавливается в окружающее пространство, раздвигая разрушенный бандаж 5. Наибольшая деформация эластомера определена ходом Н ограничителя перемещений 8 и не превышает максимальной упругой деформации этого материала, поэтому при полном разгружении устройства эластомер 6 полностью восстанавливает свою форму и размеры (фиг.7), после чего необходимо установить новый бандаж и передать устройство в эксплуатацию.

Среди эластомеров, рекомендуемых к применению в предохранительно-разгрузочных устройствах, следует выделить резину и полиуретан.

Вулканизированную резину, как более дешевый материал, целесообразно применять в рабочих клетях заготовочных станов, к жесткости которых не предъявляются строгие требования. С другой стороны этот эластомер требует минимальных зазоров между пуансоном и бандажом, что вынуждает повышать точность и качество обработки внутренней поверхности бандажа, а также допускает использование бандажей, выполненных только из хрупкого материала.

Полиуретаны относятся к жестким эластомерам, хотя и более дорогим материалам. Их область применения в качестве материала, передающего давление, в предохранительно-разгрузочных устройствах прокатных клетей охватывает не только обжимные клети заготовочных станов, но и черновые клети толстолистовых станов. Полиуретан допускает наличие зазоров между пуансоном и бандажом в 3. . . 4 раза больших, чем вулканизированная резина, а материал бандажа может быть как хрупким, так и пластичным. Последнее обстоятельство позволяет существенно снизить стоимость расходуемых бандажей.

В качестве примера конкретного выполнения заявленного технического решения может быть приведено предохранительно-разгрузочное устройство обжимной клети слябинга 1150 Карагандинского металлургического комбината. Установка эластомера, выполненного в виде шайбы из полиуретана марки СКУ-ПФЛ-100 (Е = 58 МПа, = 0,493) с размерами D = 420 мм, d = 160 мм, Н = 50 мм позволяет применить в качестве разрушаемого элемента бандажное кольцо толщиной 40 мм, высотой 70 мм из стали 45 (ГОСТ 1050-81) с проточкой глубиной b = 12 мм и радиусом скругления r = 5 мм. Габаритные размеры устройства: высота - 120 мм, диаметр - 500 мм. Указанные параметры обеспечивают срабатывание устройства в диапазоне Q_maх = 10700...11000 кН с раздвижением валков на 18...22 мм.

Использование устpойства, описанного в примере выполнения, позволяет сократить аварийные простои стана, связанные с восстановлением работоспособности устройств, на 60...80%, снизить трудоемкость восстановительных работ в 5...8 раз и затраты на восстановление - в 10...12 раз.

Таким образом, совокупность отличительных признаков заявленного технического решения упрощает конструкцию и эксплуатацию устройства, а также повышает его компактность.