опорный узел рабочего валка прокатной клети

Формула изобретения

Опорный узел рабочего валка прокатной клети, включающий подушки валка с вертикальными направляющими, боковые поверхности которых параллельны оси валка, установленные в проемах станины клети или подушек опорных валков, систему осевой фиксации подушек рабочего валка, расположенную со стороны клети, противоположной приводу, отличающийся тем, что между внешней упорной поверхностью приливов подушек рабочего валка и осевыми фиксаторами станины клети или подушки опорного валка, а также между внутренней упорной поверхностью этих же приливов и станиной клети или подушкой опорного валка со стороны входа металла в клеть устанавливаются упругие элементы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к прокатному производству, а точнее к конструкциям подушек рабочих валков нереверсивных клетей кварто станов горячей и холодной прокатки.

Известен опорный узел рабочего валка клети кварто, установленный в проемах станин клети или проемах подушек опорных валков (см. Королев А.А. Атлас "Прокатные станы и оборудование прокатных цехов". М.: Металлургия, 2 изд. 1981). Внешние направляющие обеих подушек рабочего валка данного технического решения параллельны оси валка, причем подушка, расположенная со стороны клети, противоположной приводу (сторона перевалки), снабжена механизмом осевой фиксации.

Недостатком известного устройства является наличие больших осевых усилий (до 3^oC10% усилия прокатки), воздействующих на подшипники рабочих валков на стороне перевалки и резко снижающих их долговечность, вплоть до аварийного разрушения при прокатке. Основной причиной появления осевых усилий является постоянно существующий взаимный перекос осей рабочего и опорного валков в горизонтальной плоскости (до 50"), вызванный, главным образом, различием величин зазоров между направляющими подушек и проемов станин клети или проемов подушек опорных валков со стороны привода и со стороны перевалки из-за практически неустранимых неточностей монтажа и неравномерного износа направляющих планок на подушках и в проемах.

Известен опорный узел рабочего валка нереверсивной клети кварто с размещением подушек рабочих валков в проемах подушек опорных валков, причем боковые опорные поверхности подушек рабочих валков сопряжены с внутренними направляющими поверхностями опорных валков по плоскостям, расположенным под углом к оси прокатки, симметрично относительно этой оси с каждой стороны валка (см. а.с. СССР N 668731, МКИ B 21 B 31/02, 1979 г.). При взаимном перекосе осей рабочего и опорного валков и появлении, в результате этого перекоса, на рабочем валке осевого усилия рабочий валок вместе с обеими подушками, которые не имеют осевой фиксации, начинает перемещаться в направлении действия осевого усилия. В процессе этого осевого перемещения, из-за наличия угла между направляющими подушек со стороны привода и со стороны перевалки, рабочий валок разворачивается, уменьшая угол перекоса своей оси с осью опорного валка, при этом одновременно снижается осевое усилие.

Недостатком этой конструкции является то, что любые изменения перекоса валков и осевого усилия рабочего валка, вызванные колебаниями натяжения полосы, усилия прокатки, наличием или отсутствием полосы в клети приводят к осевому перемещению незафиксированного в осевом направлении рабочего валка с подушками. Эти постоянные осевые перемещения валка приводят к интенсивному износу направляющих поверхностей, увеличивают зазоры и углы перекоса осей валков, осевые силы и вероятность смещений прокатываемой полосы от оси прокатки. Кроме того, в связи с постоянным наличием на рабочем валке продольных усилий (вдоль оси прокатки), вызванных либо конструктивным смещением осей рабочего и опорного валков ("свал"), либо разницей сил переднего и заднего натяжения прокатываемой полосы, из-за созданного перекоса направляющих подушек рабочего валка, появляются неконтролируемые осевые силы и смещения валка.

Известен опорный узел рабочего валка прокатной клети, имеющий механизм осевой фиксации подушки валка со стороны перевалки и одну клиновую направляющую на этой же стороне с уклоном в 5^o к продольной оси валка (см. а.с. СССР N 865447, МКИ B 21 B 31/02, 1981 г.). При действии на рабочий валок осевого усилия, он, так же как и в предыдущей конструкции, вместе с подушками смещается вдоль своей продольной оси в пределах люфта, создаваемого механизмом фиксации (35 мм). При этом подушка со стороны перевалки будет смещаться в горизонтальной плоскости в радиальном направлении по уклону клиновой направляющей на величину до 3 мм при продольном смещении в 35 мм. В результате, рабочий валок развернется в горизонтальной плоскости, уменьшая перекос с опорным валком и снижая этим осевое усилие.

Недостатками данного технического решения являются повышенный износ поверхностей подушки и проема на клиновой направляющей и лимит компенсируемого угла перекоса осей валков (около 4"), из-за ограничений осевого люфта валка в механизме фиксации и уклона опорных поверхностей клиновой направляющей к продольной оси валка.

В заявляемом устройстве решается задача уменьшения осевых усилий на рабочих валках за счет самоустановки рабочих валков относительно опорных в горизонтальной плоскости путем поворота рабочих валков действующим осевым усилием вокруг одной из точек прилива ("заплечика") подушки рабочего валка со стороны входа полосы. Данная задача решается установкой между внешней упорной поверхностью прилива подушки рабочего валка и осевым фиксатором механизма осевой фиксации, а также между внутренней упорной поверхностью этого же прилива и станиной клетки со стороны входа металла в клеть упругих элементов. В этом случае осевое усилие, возникшее в рабочем валке из-за перекоса его оси с осью опорного валка в горизонтальной плоскости, деформируя один из упругих элементов, поворачивает рабочий валок вокруг точки на приливе рабочего валка со стороны, противоположной деформируемому элементу, уменьшая угол перекоса с опорным валком и этим снижая осевое усилие на рабочем валке.

На фиг. 1 показана конструкция устройства, а также план скоростей и схема сил, действующих на рабочий валок в момент выборки осевого зазора опорного узла, на фиг. 2 - работа устройства по уменьшению осевых усилий.

Опорный узел рабочего валка 1 состоит из подушек валка 2 и 3, установленных в проемах станин 4 и 5 прокатной клети или подушек (не показаны) опорного валка 6. Подушка 3 рабочего валка 1 со стороны клети, противоположной приводу (сторона перевалки), фиксируется в осевом направлении планками 7, 8 механизма осевой фиксации и приливами (заплечиками) 9, 10 подушки 3, расположенными со стороны входа и выхода полосы из клетки. Между внешней поверхностью прилива 9 и планкой 7 механизма осевой фиксации, а также между внутренней поверхностью этого же прилива 9 и станиной 5 со стороны входа полосы в клеть установлены упругие элементы 11 и 12, например резиновые вставки. Сумма толщин прилива 9 с упругими элементами 11 и 12 равна толщине прилива 10.

Устройство работает следующим образом. В наиболее распространенных конструкциях клетей "кварто" рабочие валки 1 смещены по ходу прокатки относительно опорных валков 6 примерно на 10 мм ("свал" валков). Из-за этого сдавливающая сила P опорного и рабочего валков имеет горизонтальную составляющую P_x, прижимающую рабочий валок с подушками 2 и 3 к выходным стойкам проемов станции 4 и 5. При этом реакция станин на подушки рабочего валка R_r1 и R_r2.

Если, по каким-либо причинам, между осями рабочего и опорного валков в горизонтальной плоскости появляется угол перекоса ₀, то и между векторами окружных скоростей рабочего валка V_p и опорного V_оп будет существовать такой же угол (см. фиг. 1). При этом сила трения скольжения T в контакте "рабочий-опорный валки", колинеарная и противонаправленная вектору скорости скольжения V_ск имеет окружную T_тян и осевую T_a составляющие. Окружная составляющая силы трения вращает опорный валок, а осевая смещает рабочий валок вдоль его оси, в данном случае на сторону перевалки. Величина результирующей сил трения скольжения T равна результирующей силы сопротивления в окружном и осевом направлении и в пределе равна T_max=Pf, где f - коэффициент трения скольжения. В процессе осевого перемещения и выборки существующего осевого зазора между заплечиками 9, 10 фиксированной подушки 3 рабочего валка и планками 7, 8 механизма осевой фиксации или стойками станины 5 (в зависимости от направления осевой силы) величина осевого усилия незначительна и равна силам трения скольжения подушек о выходные стойки станин. После выборки осевого зазора и создания контактов "заплечик 10 - упорная планка 8", а также "упругий элемент 11 - упорная планка 7", осевая сила начнет возрастать в соответствии с ростом реакций R_a1 и R_a2 на упорных планках. Под воздействием силы R_a1 упругий элемент 11 деформируется на величину y=R_a1/c_a, где c_a - жесткость упругого элемента, а рабочий валок повернется против часовой стрелки вокруг точки приложения реакции R_a2 на планке со стороны выхода полосы на угол y/2a в направлении уменьшения угла перекоса ₀ между осями рабочего и опорного валков, где 2a - расстояние между реакциями осевых сил на планках механизма фиксации (см. фиг. 2). Рабочий валок установится в новом положении равновесия всех сил, действующих на него, вплоть до отрыва подушки 2 со стороны привода от станины 4, с новым углом перекоса к оси опорного валка _{1 0}-, меньшим по сравнению с первоначальным ₀. Это уменьшение угла между осями валков приведет к повороту вектора скорости скольжения валков V_ск в сторону окружного направления и, следовательно, к снижению осевой составляющей T_а силы трения T.

Если первоначально, между осями рабочего и опорного валков в горизонтальной плоскости существует отрицательный угол перекоса (-₀ , то есть опорный валок повернут относительно рабочего по часовой стрелки, то осевая сила T_a смещает рабочий валок вдоль его оси в сторону привода. В этом случае устройство работает аналогично вышеописанному случаю, но только деформируется упругий элемент 12 при контакте с входной стойкой станины 5, а рабочий валок повернется по часовой вокруг контакта заплечика 10 с выходной стойкой станины 5.

В условиях чистовой клети стана 2000 АО НЛМК и жесткости упругих элементов c_a= 0,1 т/мм, при начальном перекосе валков ₀=15" упругий элемент 11 деформируется на y = 5 мм, рабочий валок поворачивается против часовой стрелки и угол между валками уменьшается до ₁=4", а относительное осевое усилие на рабочем валке от опорного валка становится равным T_a/P=0,022, где P - величина усилия прокатки, вместо T_a/P=0,079 при отсутствии предлагаемого устройства, т.е. достигается снижение осевого усилия на 95%.