Brevet FR2561552A1 — publié le 19850927

Dispositif de protection contre les surcharges pour une cage de laminoir L'invention concerne un dispositif de protection contre les sur- charges pour une cage de laminoir comportant un bâti dans lequel sont mon- tés au moins deux cylindres de laminage, par l'intermédiaire d'éléments coo- pérant avec le bâti pour résister à l'effort de laminage. ai 5 Les laminoirs pour tôles ou pour barres de forte épaisseur sont généralement constitués par une cage comportant, à l'intérieur d'un bâti, deux ou quatre cylindres de laminage à axe horizontal, superposés dans la direction verticale et dont les extrémités sont montées rotatives dans des empoises. 1o Dans le cas d'un laminoir à deux cylindres ou laminoir duo, les deux cylindres sont des cylindres de travail et dans le cas d'un laminoir à quatre cylindres ou laminoir quarto, les deux cylindres extremes sont des cylindres d'appui et les deux cylindres intermédiaires des cylindres de tra- vail. Les empoises sont montées dans le bâti de façon que l'intervalle de laminage correspondant à l'épaisseur du produit et la force de serrage du laminoir puissent être réglés grâce à des moyens également montés dans le bâti de la cage. On utilisera par exemple un dispositif de serrage à vis placé dans la partie supérieure du bâti et exerçant une force de serrage di- rigée vers le bas sur le ou les cylindres supérieurs, par l'intermédiaire de leurs empoises. La reprise de l'effort de laminage est donc assurée par l'intermédiaire des empoises et des moyens de serrage en appui sur le bâti. Dans le cas de laminoirs subissant de très grands efforts de lami- nage, tels que les laminoirs pour tôles fortes, il est nécessaire de pré- voir, lors de la conception de la cage de laminoir, un dispositif de sécuri- té pour éviter la rupture de composants mécaniques de la cage en cas de sur- charge pouvant apparaître en cours de laminage. Les dispositifs de sécurité connus sont soit des dispositifs méca- niques peu précis et peu fiables présentant des temps de réponse relative- ment longs, soit des dispositifs hydrauliques à huile ou à graisse qui sont compliqués et coûteux et dont la fonction principale est d'assurer la régu- lat;on automatique d'épaisseur du laminoir. De tels dispositifs hydrauli- ques ne réalisent que de façon auxiliaire la mise en sécurité du laminoir en cas de surcharge. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de pro- tection contre les surcharges pour une cage de laminoir comportant un bâti dans lequel sont montés au moins deux cylindres de laminage, par l'intermé- diaire d'éléments coopérant avec le bâti pour résister à l'effort de lamina- ge, dispositif qui soit très fiable, d'une conception simple et qui permet- te une mesure précise de l'effort de laminage. Dans ce but, le dispositif suivant l'invention est constitué par un vérin hydraulique intercalé entre deux éléments transmettant l'effort de laminage au bâti de la cage, dont la chambre remplie par un liquide sous pression communique par l'intermédiaire d'un clapet avec une zone de déchar- O10 ge du liquide sous pression, le clapet étant associé à des moyens le mainte- nant fermé pendant le fonctionnement normal du laminoir et permettant son ouverture pour la décharge du liquide sous pression, en cas de dépassement d'une pression déterminée dans la chambre du vérin résultant d'une augmenta- tion excessive de l'effort de laminage. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décri- re à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un dispositif de protection contre les sur- charges, suivant l'invention, dans le cas d'une cage quarto d'un laminoir à tôles fortes. La figure 1 est une vue en élévation latérale de la cage de lami- noir. La figure 2 est une vue en coupe très agrandie du dispositif de protection contre les surcharges de cette cage. La figure 3 est une représentation schématique du circuit hydrau- lique associé au dispositif de protection de la cage de laminoir. Sur la figure 1, on voit le bâti 1 d'une cage de laminoir quarto pour le laminage de tôles forte d'une épaisseur de 50 à 500 mm. Le bâti 1 comporte un socle la, deux montants verticaux lb et lc à chacune de ses extrémités latérales et une traverse ld horizontale re- liant les montants à leur partie supérieure. A l'intérieur du bâti sont montés deux cylindres d'appui 2 et 3 et deux cylindres de travail 4 et 5 constituant un ensemble inférieur 3-5 et un ensemble supérieur 2-4 dans lesquels le cylindre de travail est en ap- pui sur toute sa longueur sur - le cylindre d'appui. Les cylindres consti- tuant l'ensemble inférieur 3-5 sont montés rotatifs dans des empoises 7 fixées dans le socle la de la cage, en position fixe dans la direction ver- ticale. Le cylindre de travail 5 en position fixe dans la direction vertica- le et des rouleaux d'appui 8 et 9 montés rotatifs dans le socle la de la 2 5615 52 cage définissent le plan inférieur d'appui du produit plat en cours de lami- nage. Le cylindre supérieur de travail 4 est monté rotatif dans une em- poise 10 et le cylindre supérieur d'appui 2 est monté rotatif dans une em- poise 12. Les empoises 10 et 12 sont montées mobiles en translation vertica- le dans le bâti 1 grâce à des pièces de guidage vertical 14, 15 fixées sur les montants lb et lc respectivement. Un dispositif de serrage par vis 16 du laminoir est fixé à l'inté- rieur de la traverse supérieure ld. L'extrémité inférieure de la vis de ser- rage 16 du laminoir permet d'exercer une force verticale de serrage sur l'ensemble supérieur de cylindres de laminage 2-4, par l'intermédiaire du dispositif de protection 20 qui sera décrit plus en détail en se référant à la figure 2 et de l'empoise du cylindre d'appui supérieur 12. On peut ainsi régler, grâce à la vis 16, l'emprise de la cage de laminoir correspondant à l'épaisseur de sortie de la tôle et la force de serrage du laminoir. L'effort de laminage est transmis au bâti 1 par l'intermédiaire des cylindres de travail, des cylindres d'appui et de leurs empoises. L'em- poise 12 du cylindre supérieur 2 est elle-même en appui sur la traverse su- périeure ld du bâti par l'intermédiaire du vérin 20 et de la vis 16. Le vé- rin 20 est donc intercalé entre l'empoise 12 et la vis 16 transmettant l'ef- fort de laminage au bâti. Sur la figure 2, on voit le vérin 20 constitué par un cylindre 21 en appui sur l'empoise 12 et un piston 22 en contact avec la vis 16 par l'intermédiaire d'un coussinet 17. Le cylindre 21 est usiné intérieurement pour recevoir le piston 22. A l'intérieur du cylindre 21 est usiné une cham- bre annulaire 23 et une partie en saillie 24 dont la surface latérale exter- ne comporte deux cannelures circulaires 25 et 26 sur une partie de sa cir- conférence, le piston 22 étant lui-même usiné intérieurement pour consti- tuer des cannelures correspondantes 27 et 28. La coopération des cannelures 25 et 27 d'une part et 26 et 28 d'autre part, lorsque le piston est en place dans le cylindre comme représenté à la figure 2, permet de réaliser une fixation à baïonnette du piston 22 dans le cylindre 21. Le montage du piston dans le cylindre peut être réalisé en présentant les cannelures dans une orientation telle qu'elles ne sont pas en coïncidence puis en faisant tourner l'une des deux pièces par rapport à l'autre d'un quart de tour. On obtient ainsi une fixation très rapide des deux pièces et la matérialisa- tion de butées haute et basse pour le mouvement relatif dans la direction verticale du cylindre et du piston. Sur la figure 2, le piston 21 a été re- présenté en position de butée haute, o ses cannelures 27 et 28 sont en ap- pui respectivement sur les cannelures 25 et 26 du cylindre 21 respective- ment. La butée basse est réalisée par appui du piston 22 sur le fond du cy- lindre 21 et par appui de la cannelure 28 du piston sur la cannelure 25 du cylindre. Le piston comporte un joint composite spécial 30 maintenu par une bague en laiton 31 et une fente de guidage 32 coopérant avec une pièce anti- rotation 33 montée sur le cylindre 21, pour éviter la rotation du piston dans le cylindre. Le cylindre 21 est fermé à sa partie supérieure par un carter 34 relié à son extrémité supérieure au piston 22 par un joint à soufflet défor- mable 35. Le piston est ainsi totalement isolé du milieu extérieur. En se reportant aux figures 2 et 3, on va maintenant décrire le circuit d'alimentation en huile hydraulique du vérin 20. La chambre annulai- re 23 limitée par le cylindre 21 et le piston 22 est alimentée en huile par une conduite 37 traversant le cylindre 21, débouchant dans la chambre 23 à l'une de ses extrémmités et dans un bloc 38 fixé de façon étanche par un joint 39 sur le cylindre 21 à son autre extrémité. Le bloc 38 est percé d'un canal 41 dans le prolongement du conduit 37. Le canal 41 communique avec l'ouverture calibrée 42 de la chambre d'un clapet 40. On voit sur la figure 2, deux raccords de conduite 43 et 44 solidaires du bloc 38. La conduite 43 est en communication, à l'intérieur du bloc 38, avec la partie de la chambre du clapet située vers l'ouverture 42 alors que la conduite 44 est en communication avec l'extrémité à grand diamètre du clapet 40 opposée à l'ouverture 42 de petit diamètre. L'obturateur du clapet 40 est représen- té dans sa position de fermeture sur la figure 2. Sur la figure 3, on voit qu'un second clapet 48 est monté dans le bloc 38 de la même façon que le clapet 40. Une conduite 64 est reliée à la partie à grand diamètre du clapet 48 et des conduites 49 (en communication avec le canal 41) et 63, à la partie à petit diamètre du c8té de son ouver- ture calibrée 62. A l'intérieur du bloc 38, une électrovanne 50 est interca- lée sur la conduite 44 qui est reliée à l'extérieur du bloc 38 à une pompe hydrauliquee 53 et à un accumulateur oléopneumatique 54 permettant l'alimen- tation du vérin 20 en huile àpression constante par l'intermédiaire des dif- férents éléments du bloc 38. La conduite 64 est reliée à la conduite 44 avec interposition d'une électrovanne 51. La conduite 63 est elle-même re- liée à l'électrovanne 51. La conduite 43 est reliée à l'extérieur du bloc 38 à un accumulateur oléopneumatique 56 et à un récipient d'huile 57 à la pression atmosphérique. Enfin, le bloc 38 porte également un capteur de pression 46 -en communication par un canal percé dans le bloc hydraulique 38 avec le canal 41 en aval du clapet 40. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif en se ré- férant à l'ensemble des figures. Le clapet 40 joue le rôle de clapet de sé- curité et le clapet 48, le rôle de clapet de remplissage du circuit. Après un arrêt prolongé du laminoir, la chambre 23 du vérin 20 est vide d'huile et le piston 22 est en appui sur le fond du cylindre 21. Pour effectuer le démarrage de l'installation, on ouvre l'électro- vanne 51 et on met en marche la pompe hydraulique 53 qui envoie de l'huile sous pression par la conduite hydraulique 63 du bloc 38. L'huile parvient dans la chambre du clapet 48 et de là par ouverture de ce clapet dans les canaux 41 et 42 et la conduite 37 d'alimentation de la chambre 23. L'alimen- tation de la chambre est facilitée par la mise en pression grâce à l'accumu- lateur oléopneumatique 54 également en communication avec la partie d'en- trée de la chambre du clapet 48. L'huile sous pression ne peut traverser le clapet 40 qui est soumis sur sa partie de grand diamètre à la pression de l'huile dans la conduite 44. Le clapet 40 reste ainsi hermétiquement fermé. Lorsque la mise en pression de la chambre 23 est suffisante, le piston 22 vient dans sa position représentée à la figure 2 et le vérin hy- draulique 20 est susceptible de transmettre la pression entre la vis 16 et l'empoise 12 sur laquelle il repose. Les électrovannes 50 et 51 sont en po- sition de fermeture o l'huile sous pression vient dans la partie à grande section des clapets 40 et 48. Pendant le laminage du produit, la force de laminage s'exerçant sur le cylindre de travail 4 et par son intermédiaire sur le cylindre d'ap- pui 2 et sur son empoise 12 est transmise à la vis 16 par l'intermédiaire du vérin 20. La vis 16 permet de modifier le serrage du laminoir également par l'intermédiaire du film d'huile contenu dans la chambre 23 du vérin 20. Pendant le fonctionnement du laminoir, les parties à petites sec- tions des clapets 40 et 48 sont soumises à la pression régnant dans la cham- bre 23 par l'intermédiaire des conduites 37, 41, 49 et 59 et les grandes sections de ces clapets sont soumises à la pression de la pompe 53. Les rap- ports de section de ces clapets assurent la fermeture hermétique des cla- pets 40 et 48. Le film d'huile contenu dans la chambre 23 totalement isolé du circuit hydraulique assure la transmission des efforts entre les cylin- dres du laminoir' et son bâti. La pression de l'huile dans la chambre 23 est transmise au cap- teur 46 par la conduite 37 et les canaux ménagés dans le bloc 38. Cette pression mesurée par le capteur 46 est transformée par une unité de calcul en une valeur numérique représentant l'effort de laminage. Cette valeur numérique peut être affichée ou visualisée d'une façon quelcon- que pour donner les indications à l'opérateur en charge du pupitre de lami- nage. On garde en mémoire les valeurs maximales atteintes au cours d'une passe de laminage et l'on réalise des enregistrements des efforts de laminage pour tous les produits laminés. Le signal fourni par le capteur de pression est également utilisé dans un circuit électrique de commande de l'électrovanne 50 o ce signal é- lectrique est comparé à un signal prédéterminé représentant la pression maximum acceptable dans la chambre 23 correspondant à l'effort de laminage maximal admis. L'effort maximal de laminage admis est fonction des caractéristi- ques du bâti de la cage dont on veut s'assurer qu'il ne subira aucune dété- rioration ni aucune déformation. On choisit donc un coefficient de sécurité suffisant pour déterminer la valeur de l'effort maximal à partir de la ré- sistance mécanique du bâti. Dans le cas o un dépassement de la valeur de la pression admise dans la chambre 23 est enregistré par le capteur de pression 46, le circuit électrique de commande de l'électrovanne 50 provoque son ouverture. L'obtu- rateur du clapet qui n'est plus soumis à la pression de l'huile sur sa par- tie à grande section peut s'ouvrir. Ce qui met en communication la conduite 43 avec l'ouverture 42 du clapet 40 et les conduites 59 et 41. L'ouverture de l'électrovanne 50 provoque donc la décharge de l'huile sous pression par la conduite 43 vers l'accumulateur oléopneumatique 56 qui permet d'encais- ser le coup de bâlier produit par l'huile sous pression de la chambre 23 et vers le récipient 57. La pression dans la chambre 23 diminue très brutalement et le film d'huile n'assure plus la transmission des efforts ce qui se traduit par un déplacement vers le haut des cylindres supérieurs de la cage. Le bâti n'est donc pas soumis à un effort tendant à dépasser la limite admise. Mais la sécurité du dispositif est double puisque dans le cas o l'électrovanne 50 commandée par le capteur de pression 46 ne s'ouvrirait pas, la pression dans la chambre 23 s'appliquant sur la partie à faible sec- tion du clapet 40 crée une force qui devient supérieure à la force exercée par l'huile de la centrale hydraulique 53 s'appliquant sur la partie à gran- de section du clapet 40. Le rapport de section du clapet 40 est en effet choisi de façon qu'en cas de dépassement d'une certaine pression dans la chambre 23, la force exercée sur la partie à faible section du clapet 40 de- vienne supérieure à la force exercée par l'huile à pression constante four- nie par la centrale 53, sur la partie à grande section du clapet 40. Le rapport de section du clapet 48 est supérieur à celui du cla- pet 40 pour éviter que le clapet de remplissage 48 ne s'ouvre avant le cla- pet de sécurité 40. En particulier, ces rapports de section sont choisis de façon à ne pas nécessiter des valeurs de pression trop élevées soit au remplissage, soit au moment du déclenchement du clapet. En particulier, on choisira une limite de pression telle qu'on ne risque pas d'engendrer une explosion de cette huile par un effet du type Diesel dans la chambre du vérin. On voit que les principaux avantages du dispositif suivant l'in- vention sont l'obtention d'une fiabilité parfaite grâce à une double sécuri- té électrique et hydraulique avec un dispositif qui peut être facilement in- tercalé entre deux éléments d'une cage de laminoir existant et donc sans né- cessiter de modification ainsi que la mise à la disposition de l'opérateur, au pupitre de commande du laminoir, d'une mesure précise et continue de l'effort de laminage supporté par le bâti. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit; elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'on peut imaginer un dispositif de sécurité électri- que et hydraulique différent de celui qui a été décrit associant un clapet et une électrovanne. On peut imaginer l'utilisation d'un clapet comportant un moyen de verrouillage à commande électrique qui se déclenche en cas de dépassement de la pression de consigne. On peut également imaginer un dispositif de remplissage du vérin hydraulique différent de celui qui a été décrit. Le montage du cylindre et du piston utilisant un système à baron- nette a l'avantage de permettre la fixation du piston dans le cylindre en même temps que la réalisation d'une butée haute et d'une butée basse du pis- ton à l'intérieur du cylindre, tout en limitant la hauteur du vérin hydrau- lique, mais on peut imaginer d'autres types de montage. L'invention s'applique non seulement dans le cas d'un laminoir quarto pour tôles fortes mais également dans le cas de tout laminoir duo ou quarto pour tôles ou pour barres. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de protection contre les surcharges pour une cage de.laminoir comportant un bâti (1) dans lequel sont montés au moins deux cy- lindres de laminage (2, 3, 4, 5) par l'intermédiaire d'éléments (7, 10, 12, 16) coopérant avec le bâti (1) pour résister à l'effort de laminage, caractérisé par le fait qu'il est constitué par un vérin hydraulique (20) intercalé entre deux éléments (12, 16) transmettant l'effort de laminage au bâti (1) de la cage, dont la chambre remplie par un liquide sous pression communique, par l'intermédiaire d'un clapet (40), avec une zone de décharge du liquide sous pression, le clapet (40) étant associé à des moyens (50) le miaintenant fermé pendant le fonctionnement normal du laminoir et permettant son ouverture pour la décharge du liquide sous pression, en cas de dépasse- entL d'une pression déterminée dans la chambre du vérin (20) résultant d'une augmentation excessive de l'effort de laminage. 2.- Dispositif de protection contre les surcharges suivant la re- vendication 1, caractérisé par le fait que le clapet (40) comporte une chambre communi- quant par une ouverture calibrée de petite dimension (42) avec la chambre (23) du vérin hydraulique et par une ouverture de plus grand diamètre avec au moins un dispositif (53) fournissant un liquide hydraulique à pression constante pour le maintien de l'obturateur du clapet (40) en position de fermeture contre la pression dans la chambre (23). 3.- Dispositif de protection contre les surcharges suivant la re- vendication 2, caractérisé par le fait qu'une électrovanne (50) commandée pour son ouvertu- re par les indications d'un capteur de pression (46) mesurant la pression dans la chambre (23) du vérin hydraulique (20) est intercalée sur une conduite (44) mettant en communication le dispositif (53) à pression cons- tante et le clapet (40). 4.- Dispositif de protection contre les surcharges suivant la re- vendication 3, caractérisé par le fait qu'il comporte un circuit de remplissage de la cham- bre (23) du vérin (20) permettant le remplissage en liquide sous pression de la chambre (23), à partir du dispositif (53) fournissant du liquide hy- draulique sous pression, par l'intermédiaire d'une électrovanne (51) et d'un clapet de remplissage (48). 5.- Dispositif de protection suivant la revendication 4, caractérisé par' le fait que des accumulateurs oléopneumatiques (54, 56) sont placés de façon à être en communication avec la zone de décharge du li- quide hydraulique et avec le circuit de remplissage respectivement. 6.- Dispositif de protection contre les surcharges suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans le cas d'un laminoir quarto com- portant un dispositif de serrage dans sa traverse supérieure, caractérisé par le fait que le vérin hydraulique (20) est intercalé entre le dispositif de serrage (16) et l'empoise (12) du cylindre d'appui supé- rieur du laminoir. 7.- Dispositif de protection contre les surcharges suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le cylindre (21) et le piston (22) du vérin hy- draulique (20) sont reliés par un système à baïonnette (25, 27, 26, 28) à l'intérieur du cylindre (21), constituant en même temps le dispositif de bu- tée du piston (22) dans ses positions extrêmes à l'intérieur du cylindre (21). 8.- Dispositif de protection contre les surcharges suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif (46) de mesure de pres- sion dans la chambre (23) du vérin hydraulique associé à des moyens de cal- cul de l'effort de laminage à partir de la pression mesurée et d'affichage de cet effort de laminage.