Brevet FR2594056A1 — publié le 19870814

La présente invention concerne une installation de laminage de tubes à froid appelée en pratique "pélerin à froid. Ainsi qu'on le sait, une telle installation comporte des cylindres (ou rouleaux) de laminage, dotés de gorges de laminage de profils appropriés, disposés transversalement à un axe d'amenée et montés dans une cage de laminoir mobile axialement. Un dispositif de commande en service est prévu pour appliquer à la cage un mouvement alternatif de translation axiale tandis qu'un dispositif d'entrainement en rotation applique aux cylindres des mouvements alternatifs de rotation, en sens opposés, en phase avec le mouvement alternatif de la cage. En vue d'une réduction régulière de l'épaisseur d'un tube par laminage, un mandrin est maintenu à l'intérieur du tube, entre les cylindres de laminage, au bout d'une tige porte-mandrin maintenue en amont de la cage par des mâchoires de maintien. Le tube en cours de laminage est engagé avec du jeu autour de la tige porte-mandrin et se déplace sous l'action d'un chariot-pousseur. Le fonctionnement d'une telle installation est cyclique, avec une interruption pour l'alimentation de chaque nouvelle ébauche de tube à laminer. De manière classique, l'alimentation d'une telle ébauche autour de la tige porte-mandrin, en amont d'un tube en fin de laminage, implique les opérations suivantes: - on ralentit le va-et-vient de la cage de laminoir jusqu'à son arrêt complet; - on ouvre les mâchoires maintenant la tige porte-mandrin et l'on engage, entre ces mâchoires, une ébauche de tube à laminer autour de cette tige; - on recule le chariot-pousseur jusqu'à ce qu'il puisse pousser cette ébauche vers la cage de laminoir; - on referme les mâchoires de maintien de la tige porte-mandrin; - on avance le chariot-pousseur jusqu'à ce qu'il amène axialement l'ébauche en contact avec la tranche arrière du tube en fin de laminage; et - on démarre le mouvement de va-et-vient de la cage de laminoir, ce mouvement se poursuivant de manière à laminer la portion résiduelle du tube en fin de laminage et la majeure partie de l'ébauche, jusqu'à l'introduction d'une nouvelle ébauche. Pour que chaque tube soit correctement laminé sur toute sa longueur (avec une épaisseur aussi constante que possible) il est essentiel que le mandrin reste rigoureusement fixe pendant toute la durée de laminage, y compris pendant l'alimentation de l'ébauche suivante. Ce maintien rigoureux en position du mandrin pendant l'introduction d'une ébauche est en outre nécessaire pour que les mâchoires de maintien se referment sur la tige porte-mandrin en une position toujours identique par rapport à celle-ci. En pratique ces mâchoires sont crantées et viennent en prise avec des crans complémentaires ménagés sur la tige porte-mandrin : la retombée en place des mâchoires sur ces crans lors de leur fermeture est indispensable. Si un choc se produit sur la tige porte-mandrin, ou dans le cas d'un frottement excessif de l'ébauche sur cette tige, ou dans le cas d'une imprécision lors de l'accostage de l'avant de la nouvelle ébauche contre l'arrière de l'ébauche de tube en fin de laminage, un déplacement de quelques millimètres de cette tige vers la cage peut se produire, d'où un décalage axial entre les crans de cette tige et les mtchoires de maintien. Ces mâchoires ne peuvent plus se refermer correctement, ce qui nécessite de difficiles manoeuvres en arrière de cette tige avec une perte considérable de temps. Pour éviter ce risque de dérive axiale de la tige porte-mandrin pendant l'introduction d'une nouvelle ébauche on procède classiquement comme suit : on commande le ralentissement de la cage de laminoir de manière à ce qu'elle s'arrête entre ses positions extrêmes de travail, de sorte que les cylindres de laminoir, écrasant ie tube, pincent puissamment le mandrin. Lorsque la majeure partie du travail de laminage est fournie lors de mouvements amont-aval, c'est au cours d'un tel mouvement que l'on décide le plus souvent de bloquer la cage. Une telle pratique implique que, lorsque l'on veut faire repartir le laminoir (dans un sens correspondant donc à la fourniture immédiate d'un important travail de laminage), son dispositif de commande doit fournir un effort de démarrage très supérieur aux efforts nécessaires, en service, au simple entretien du mouvement de va-et-vient. Ce dispositif, qui comporte généralement un moteur rotatif doté de volants d'inertie, ne reçoit en effet, lors du démarrage, aucune puissance stockée par ces volants alors que les cylindres de laminage sont arrêtés en une configuration de travail élevé (fort taux d'écrasement du tube). Il en découle que ce dispositif de commande et les éléments de transmission associés doivent être surdimensionnés par rapport à la puissance nécessaire en service.On s'aperçoit en effet, une fois que toute l'installation est relancée, que la puissance nécessaire du moteur en service n'est que de l'ordre de la moitié, voire du tiers, de la puissance nécessaire au démarrage. Comme il s'agit généralement de moteurs de plusieurs centaines de kilowatts, avec une alimentation en courant continu, suivis de réducteurs de vitesse, on constate que la fourniture de cette puissance de démarrage nécessite un investissement considérable, pour seulement quelques secondes par tube (le laminage d'un tube de 5 à 8 mètres, donnant une longueur finale de quelques 20 à 30 mètres, dure en pratique 4 à 5 minutes environ). L'invention a pour objet de supprimer un tel surdimensionnement du dispositif de commande en service de la cage de laminoir. Elle propose à cet effet l'adjonction d'un dispositif spécifique de démarrage adapté à fournir, pendant seulement la durée des démarrages, la surpuissance requise. L'invention propose une installation de laminage de tubes à froid du genre comportant deux cylindres de laminage montés dans une cage de laminoir commandée en translation alternative par un dispositif de commande en service parallèlement à l'axe (X-X) d'amenée de tubes à laminer, un mandrin destiné à être engagé dans un tube à laminer entre les cylindres et maintenu par une tige porte-mandrin retenue par un élément de maintien et un dispositif d'introduction de tubes à laminer autour de cette tige, après arrêt dudit dispositif de commande en service, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif spécifique de démarrage adapté à agir au démarrage sur la cage de façon mécaniquement indépendante du dispositif de commande en service. Selon des dispositions préférées de l'invention, ce dispositif spécifique de démarrage comporte des vérins hydrauliques, particulièrement bien adaptés à fournir une puissance élevée pendant une faible durée. Ces vérins sont avantageusement alimentés, en synchronisme avec le dispositif de commande en service, à partir d'un accumulateur hydraulique adapté à être rechargé entre deux démarrages successifs. Pour des raisons de sécurité, cet accumulateur a de préférence une capacité suffisante pour provoquer sans recharge deux démarrages successifs. Une installation de laminage de tubes à froid est classiquement munie d'une unité centrale hydraulique adaptée à commander par exemple le mouvement de divers éléments de ffta1atinn avantageusement rechargé à partir de cettre unité centrale. Ces vérins ont une tige qui vient, de préférence, simplement en appui contre la cage de laminoir sans lui être attelée, ce qui leur permet d'être séparés facilement de la cage entre deux démarrages. Ces vérins agissent par poussée sur cette cage dans le sens du laminage. Le dispositif spécifique de démarrage est de préférence adapté à agir avec une légère avance de phase par rapport au mouvement alternatif que le dispositif de commande en service tend à appliquer à la cage de manière à soulager efficacement ce dernier au démarrage. Les objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique, en élévation latérale après enlèvement partiel d'un carter de protection, de la cage de laminoir d'une installation conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue schématique, en élévation latérale, de la partie amont de cette installation en configuration d'arrêt; - les figures 3 et 4 sont des vues schématiques, en éIvation latérale, de cette partie amont pour deux étapes de l'introduction d'une nouvelle ébauche, représentant respectivement l'amenée de cette ébauche vers la cage de laminoir et le recul du chariot-pousseur; et - la figure 5 est un schéma du circuit hydraulique d'alimentation du dispositif spécifique de démarrage de la figure 1. Cette figure 1 représente de côté la portion active d'une installation de laminage selon l'invention. Cette partie active comporte une cage de laminoir 1 ayant un débattement horizontal, sur des guides non représentés, parallèlement à un axe X-X d'amenée de tubes T à laminer. Dans cette cage tourrillonnent deux cylindres de laminage 2 disposés transversalement à cet axe et munis de gorges de laminage à profil continGment évolutif. Pour la clarté du dessin seul le fond de ces gorges a été représenté en tirets à la figure 1, sans la section extérieure des cylindres eux-mêmes. Tel que représenté à titre d'exemple ce fond de gorge varie sur 2700 entre une profondeur maximale au moins égale au rayon de l'ébauche du tube à laminer et une profondeur minimale correspondant au rayon recherché pour le tube en fin de laminage.Sur les 900 restants, pour lesquels la gorge n'est pas destinée à venir au contact du tube, la profondeur subit une transition entre ses valeurs extrêmes. En aval de la cage 1 est disposé un dispositif de commande en service adapté à appliquer à cette cage 1 un mouvement axial de va-et-vient. I1 s'agit ici, de façon classique, d'un organe rotatif 3 à axe Y-Y, sur lequel sont montés, de façon excentrique, à une distance r de l'axe Y-Y égale à la moitié de la course de la cage 1, deux bielles 4 articulées à leurs autres extrémités 5 à la cage 1; ces bielles agissent sur la cage en avant et en arrière du plan de la figure 1 et elles sont superposées dans cette figure. Cet organe rotatif 3 est classiquement doté de volants excentrés (non représentés) adaptés à équilibrer les couples résistants rencontrés par cet organe lors de sa rotation (flèche F). Par cet organe rotatif 3 est porté un doigt 6 adapté à établir un contact électrique avec deux plots électriques fixes schématisés par les points P1 et P2, lesquels sont avantageusement décalés de quelques degrés dans le sens inverse de la flèche F (par exemple de O à 5 ). Le rôle de ce doigt et de ces points apparaîtra plus loin. Un dispositif d'entraînement en rotation est associé aux cylindres 2 en vue de leur faire suivre un mouvement angulaire alternatif, sur moins de 3600, en phase avec le mouvement alternatif de la cage en sorte de "rouler" sur un tube à laminer. I1 s'agit ici, de façon classique, de pignons 7 solidaires des cylindres engrenant sur des crémaillères 8 fixes (une partie seulement de l'une d'entre-elles est représentée) généralement portées par un carter 9 dont une partie n'a pas été représentée pour ne pas gêner la lisibilité du dessin. Sur cette cage 1 agit, indépendamment du dispositif de commande en service 3-4, un dispositif spécifique de démarrage ici constitué par deux vérins 10 (dont l'un est caché par l'autre à la figure 1 mais qui sont tous deux représentés à la figure 5) qui sont portés par une partie fixe 11 formant banc de laminoir, en amont de la cage elle-même. Ces vérins comportent une tige 12 orientée axialement adaptée à agir axialement sur cette cage, dans le sens du laminage. Ces tiges agissent ici sur la cage 1 par simple poussée sans lui être attelées. Ces tiges sont ici représentées comme étant disposées dans un plan horizontal contenant l'axe X-X. En variante non représentée, elles sont en nombre supérieur (3 ou plus), et sont décalées verticalement de part et d'autre de cet axe. Les figures 2 à 4 illustrent le déroulement des opérations intervenant de façon classique lors du chargement d'une nouvelle ébauche à laminer, la cage de laminoir ayant été préalablement arretée dans la configuration de la figure 1, c'est-à-dire en une configuration intermédiaire entre les positions extrêmes de la cage dans lesquelles les cylindres exercent sur le tube un serrage faible (ou nul). L'installation de laminage selon l'invention comporte de façon classique, en amont de la cage de laminoir, un chariot-pousseur 13 mobile axialement, adapté à pousser sur la tranche arrière des ébauches à l'aide d'organes de' poussée 13A pivotant autour d'axes perpendiculaires à l'axe X-X en sorte de permettre une traversée de ce chariot par une ébauche en cours de chargement. Entre les cylindres 2 est disposé, à l'intérieur du tube T, un mandrin 14 porté par une tige (ou tringle ou barre) porte-mandrin 15 sur laquelle sont ménagés, à son extrémité amont, des crans 16 adaptés à être enserrés par des mâchoires 17 fixes axialement. En amont de ces mâchoires par rapport à la cage 1 est disposé un chariot entringleur 18 mobile axialement. Divers éléments de maintien (non représentés) sont en outre prévus pour soutenir les tubes en amont de la cage et leur appliquer des mouvements appropriés de rotation tout en autorisant un coulissement axial sous l'action du chariot-pousseur 13. De façon classique, à partir de la configuration de la figure 2, le chargement d'une ébauche T' nécessite l'ouverture des mâchoires 17, l'introduction de l'ébauche T' entre ces mâchoires, autour de la tige 15, sous la poussée du chariot entringleur 18, le recul du chariot-pousseur 13 (avec pivotement de ses organes de poussée 13A) jusqu'à venir en arrière de l'ébauche T' (mais en aval des mâchoires 17), le recul du chariot-entringleur 18 et la refermeture des mâchoires 17, La figure 5 représente le schéma d'alimentation hydraulique des vérins 10 de la figure 1. Ces vérins sont alimentés à partir d'une unité centrale hydraulique 20 dont est classiquement dotée une installation de laminage de tubes à froid du type "pèlerin à froid" de cette unité partent diverses canalisations S pour l'actionnement d'éléments divers au sein de l'installation. Cette unité 20 alimente, au travers d'un clapet anti-retour 21, un accumulateur 22 adapté à se décharger, au travers d'une vanne commandée 23 dans la partie arrière des vérins 10. Une canalisation 24 est en outre prévue entre la partie arrière et la partie avant des vérins, au travers de vannes commandées 25 et 26; une canalisation 27 de retour à l'unité centrale 20 part de cette canalisation 24 entre ces vannes. Une canalisation 28 transmet en outre la pression de l'unité centrale à la partie avant des vérins 10. Une unité de pilotage 30, reliée notamment aux plots P1 et P2 de la figure 1 commande les vannes 23, 25 et 26. L'unité centrale fournit, à titre d'exemple, une pression de l'ordre de 100 bars et un débit relativement faible de l'ordre de 100 litres par minute, ce qui correspond à une pression de pompage de l'ordre d'une vingtaine de kilowatts. L'accumulateur a une capacité de 500 litres et permet de faire deux manoeuvres de poussée si nécessaire. Une manoeuvre de poussée s'effectue comme suit. Le système de pilotage 30 est déclenché (soit manuellement, soit de manière programmée) en synchronisme avec le démarrage du dispositif de commande en service 3-4 : de ce fait on ouvre la vanne 23, la vanne 25 étant maintenue fermée tandis que la vanne 26 reste ouverte. Les vérins 10 peuvent alors, en se déployant, additionner leur force à celle du dispositif de commande en service 3. Lorsque le doigt 6 lié à l'organe rotatif 3 atteint le plot P2, un contact électrique commande la fermeture de la vanne 23 et l'ouverture de la vanne 25. C'est la cage du laminoir elle-même qui refoule les tiges 12 des vérins. Ces derniers renvoient de l'huile à l'unité 20 tout en réalimentant leur côté tige en priorité, en raison de la longueur plus courte de la conduite 24 par rapport à la canalisation 27. Les tiges étant presque complètement rentrées-, le contact P1 provoque la fermeture de la vanne 26 et permet une action temporaire de la pression hydraulique dans la conduite 28, ce qui a pour effet de plaquer les pistons au fond des vérins créant ainsi un jeu de quelques millimètres entre la cage et les tiges de vérin, évitant ainsi tout matage intempestif pendant les allers et retours ultérieurs de la cage. Le cycle est prêt à recommencer quelques minutes plus tard lorsque l'opérateur le désirera, après l'introduction d'un nouveau tube. titre d'exemple d'application une installation du type précité peut traiter des ébauches de 5 à 8 mètres de diamètre maximal de 260 tra. La vitesse de travail est de 65 coups/minutes pour une puissance installée de 9G0 kw, voire moins (la puissance nominale à prévoir pour une installation traditionnelle de mêmes performances serait de 1500 kw en pratique). L'effort total à faire exercer par les vérins au lancement est d'environ 30 à 40 tonnes. L'allongement du métal d'un tube à laminer dépend considérablement de la nature de celui-ci : de 2 pour un acier à roulement, il peut aller jusqu'à 10 pour du cuivre. il va de soi que la description qui précède n'a été proposée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de 1' invention. REVENDICATIONS 1. Installation de laminage de tubes à froid du genre comportant deux cylindres de laminaqe (2) montés dans une cage de laminoir (1) commandée en translation alternative par un dispositif de commande en service (3-4) parallèlement à l'axe (X-X) d'amenée de tubes à laminer, un mandrin (14) destine à être engagé dans un tube à laminer entre les cylindres et maintenu par une tige porte-mandrin (15) retenue par un élément de maintien (17), et un dispositif (18) d'introduction de tubes à laminer autour de cette tige, après arrêt dudit dispositif de commande en service, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif spécifique de démarrage (10,12,20,28) adapté à agir au démarrage sur la cage (1) de façon-mécaniquement indépendante du dispositif de commande en service. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif spécifique de démarrage comporte au moins un vérin hydraulique. 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que ces vérins (10) sont alimentés, en synchronisme avec le dispositif de commande en service (3-4) à partir d'un accumulateur (22). 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'accumulateur (22) est rechargé à partir d'une unité hydraulique centrale (20) dont l'installation est équipée de façon connue en soi. 5. Installation selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisée en ce que la capacité de l'accumulateur est suffisante pour assurer deux démarrages successifs sans recharge 6. Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que les vérins sont activés avec un déphasage avant, par rapport au dispositif de commande en service, de O à 5 . 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que les vérins agissent sur la cage (1) dans un seul sens parallèlement à l'axe d'amenée. 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que les vérins agissent sur la cage (1) dans le sens du laminage.