КЛЕТЬ С ОБЪЕДИНЕННЫМИ ИЗГИБАЮЩИМ И СМЕЩАЮЩИМ УСТРОЙСТВАМИ ДЛЯ РАБОЧИХ ВАЛКОВ ПОД НАГРУЗКОЙ, МЕЖДУ КОТОРЫМИ УСТАНОВЛЕН БОЛЬШОЙ РАСТВОР
STAND WITH INTEGRATED BENDING AND SHIFTING DEVICES FOR LOADED WORKING ROLLS WITH LARGE OPENING BETWEEN THEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к клети прокатного стана, в которой изгибающее устройство объединено со смещающим устройством для одновременного смещения рабочих валков под нагрузкой и приложения изгибающей нагрузки к подушкам рабочих валков, даже в том случае, если должен быть обеспечен большой раствор между рабочими валками в клети прокатного стана.
Уровень техники
В клетях прокатных станов, в результате приложения значительных усилий, требуемых для прокатки материала, в особенности, когда между рабочими валками установлен большой раствор для прокатки материала большой толщины, создаются значительные силы реакции, которые разгружаются на конструкции клетей прокатного стана. Согласно известному уровню техники в клетях прокатного стана предусмотрены изгибающие устройства для рабочих валков, позволяющие компенсировать нормальную деформацию валков, которые в процессе прокатки искривляются под нагрузкой и придают прокатному зазору чечевицеобразную форму. Если не предпринимать необходимых корректирующих или компенсационных мер, то в результате деформации валков прокатка в областях, приближенных к боковым кромкам прокатываемого материала будет некачественной, так как деформация прокатываемого материала в указанных областях будет больше, и поперечное сечение материала будет приобретать выпуклую чечевицеобразную форму. К тому же, поскольку области прокатываемого материала, приближенные к боковым кромкам, охлаждаются сильнее, именно в этих областях рабочие валки испытывают большее сопротивление, вследствие чего указанные области поверхности валков изнашиваются больше, что отрицательно сказывается на качестве проката.
Чтобы минимизировать указанный износ валков и причины, приводящие к возникновению углублений или других поверхностных дефектов и, следовательно, повысить срок службы прокатных валков, в клетях прокатного стана предусмотрены соответствующие изгибающие и смещающие устройства для валков. С помощью указанных устройств к подушкам рабочих валков прикладывается нагрузка, в результате чего подушки нижних рабочих валков приближаются к соответствующим подушкам верхних рабочих валков, что является реакцией на деформацию рабочих валков, вызываемую опорными валками. Таким образом, рабочие валки стремятся принять форму, благодаря которой они могут противостоять естественной деформации под нагрузкой при прокатке, в результате чего минимизируется или исключается чечевицеобразная форма проката, выходящего из клети.
Разные типы изгибающих устройств для прокатных валков раскрыты в патентах США №4770021, №5752404, №6112569. Указанные изгибающие устройства, в основном, находят применение в клетях прокатных станов для прокатки тонкого материала, однако их применение ограничено, когда необходимо обеспечить большой зазор между рабочими валками для прокатки материала большой толщины, и требуется взаимно-обратное смещение рабочих валков. Смещающие устройства установлены в клетях прокатных станов определенного типа и в процессе прокатки обеспечивают смещение прокатных валков в направлении, поперечном оси прокатки, чтобы в контакт с областями боковых кромок прокатываемого материала вступали не одни и те же области поверхности рабочих валков, а разные области. Указанные устройства позволяют уменьшить износ и увеличить срок службы валков.
В документе WO 2005/011885 раскрывается клеть прокатного стана, оснащенная изгибающим устройством и смещающим устройством под нагрузкой. С каждой стороны оси верхнего рабочего валка имеются два гидравлических поршня с промежуточным передающим давление элементом, который может скользить вертикально и противодействовать наклону, вызванному осевыми силами сдвига. Осевое смещающее устройство предусмотрено с той и с другой стороны от центра верхнего рабочего валка. Указанные устройства одним из осевых концов жестко соединены с клетью прокатного стана. Подушка рабочего валка имеет две поперечины, проходящие симметрично относительно оси рабочего валка. В фиксированном положении концы поперечин удерживаются в приемном шлице осевого смещающего устройства, продолжающемся вертикально и обеспечивающем возможность вертикального позиционирования подушки рабочего валка и таким образом рабочего валка и закрепления в клети прокатного стана на высоте, которая соответствует требуемому прокатному зазору. Приемный шлиц с одной стороны ограничивается линейной направляющей, которая имеет запорный механизм рабочих валков, и ограничена с другой стороны фиксатором. Недостатками указанной системы вертикального позиционирования рабочего валка является ее сложность и недостаточная адаптация к условиям работы, в связи с чем, в процессе прокатки осевая сила, действующая на рабочий валок, может не сохранить коаксиальность, и может возникнуть риск создания изгибающих моментов на осевом смещающем устройстве. Кроме того, при наличии промежуточного передающего элемента, который может скользить вертикально, необходим другой элемент, предохраняющий передающий элемент от износа; при износе вертикально скользящего элемента появляется возможность его смещения в горизонтальном направлении и, следовательно, точность зазора между валками подвергается риску.
Таким образом, имеется насущная потребность в клети прокатного стана, снабженной изгибающим устройством и смещающим устройством для прокатных валков, которая не будет иметь вышеупомянутых недостатков.
Раскрытие изобретения
Основная задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить клеть прокатного стана, снабженную изгибающим устройством для прокатных валков, а также смещающим устройством, которые после приведения в действие улучшают процесс прокатки, в особенности, при большом зазоре между прокатными валками.
Таким образом, для решения задачи изобретения предлагается клеть прокатного стана с изгибающим и смещающим устройством для прокатных валков, определяющая ось прокатки и содержащая согласно п.1 формулы изобретения две станины, каждая из которых расположена с одного осевого конца прокатных валков, два или более верхних прокатных валков, один из которых является верхним рабочим валком со своей собственной продольной осью, и два или более нижних прокатных валков, один из которых является нижним рабочим валком со своей собственной продольной осью, причем на первой из указанных двух станин установлены два нижних блока, два верхних блока, верхняя подушка и нижняя подушка, при этом смещающее устройство для верхнего рабочего валка соединено с верхней подушкой, чтобы посредством первого скользящего соединения обеспечивалось первое смещение верхнего валка параллельно его оси, смещающее устройство для нижнего рабочего валка соединено с нижней подушкой, чтобы посредством второго скользящего соединения обеспечивалось второе смещение нижнего валка параллельно его оси, причем в верхней подушке установлен, по меньшей мере, один верхний подшипник, позволяющий верхнему рабочему валку вращаться вокруг продольной оси, и в нижней подушке установлен, по меньшей мере, один нижний подшипник, позволяющий нижнему рабочему валку вращаться вокруг продольной оси, к тому же на первой станине целиком установлены два нижних блока, причем нижняя подушка и нижние блоки образуют третье скользящее соединение, которое обеспечивает третье смещение нижней подушки в вертикальном направлении, чтобы изгибающая нагрузка передавалась к нижнему валку посредством исполнительных механизмов, противодействующих двум зафиксированным нижним блокам, причем два верхних блока и первая станина образуют четвертое скользящее соединение, которое обеспечивает четвертое вертикальное смещение верхних блоков относительно первой станины, чтобы изгибающая нагрузка передавалась к верхнему валку посредством исполнительных механизмов, противодействующих двум зафиксированным нижним блокам, причем первое смещение верхнего валка обеспечивается посредством скользящего соединения между верхней подушкой и двумя верхними блоками, при этом указанное первое и второе смещения осуществляются под нагрузкой в процессе проведения прокатки.
Благодаря размещению элементов, формирующих изгибающее устройство для обеспечения изгиба нижнего рабочего валка, штоки цилиндров двух указанных исполнительных механизмов изгибающего устройства воздействуют непосредственно на подушки нижнего рабочего валка, в то время как штоки цилиндров исполнительных механизмов верхнего рабочего валка не воздействуют непосредственно на подушки верхнего валка, а смещают верхние изгибающие блоки, которые, в свою очередь, прижимаются к накладкам подушек верхнего рабочего валка. Таким образом, также оптимизирована передача силы давления между верхним изгибающим блоком и подушкой верхнего рабочего валка благодаря тому, что предусмотрена большая контактная поверхность. При этом гарантируется, что подушки, размещенные с обоих концов верхнего рабочего валка, постоянно находятся в контакте с изгибающими блоками и точно направляются изгибающими блоками в вертикальном направлении, поскольку обеспечивается превосходное скользящее соединение между верхними изгибающими блоками и подушками верхнего рабочего валка, к тому же, во время прокатки подушки занимают устойчивое положение. Фактически, все силы, которые создаются в процессе прокатки и направлены параллельно оси валков, разгружаются на неподвижных направляющих, размещенных между блоками и станинами, благодаря чему, штоки цилиндров верхних исполнительных механизмов, как правило гидравлического типа, не нагружаются в поперечном направлении по отношению к оси.
Благодаря техническому решению согласно изобретению достигается ряд преимуществ, среди которых следует отметить обеспечение смещения рабочих валков под нагрузкой без риска повреждения как приводных роликов, так и блоков, которые воздействуют на валки. Фактически, благодаря тому, что смещающие блоки рабочего валка не соединены жестко непосредственно со станиной, а соединены жестко с изгибающими блоками, которые, в свою очередь, соединены со станиной с возможностью скольжения, обеспечивается вертикальное смещение, достаточное для того, чтобы компенсировалось вертикальное смещение рабочего валка, в результате чего обеспечивается параллельность осевых сил, приложенных посредством смещающих блоков к оси рабочих валков для создания зазора требуемой ширины. Таким образом, предотвращается возникновение нежелательных изгибающих сил, которые могут перегрузить систему смещения и могут поставить под угрозу работоспособность любых устройств, т.е. подшипников, и не только. К тому же, поскольку отсутствуют нежелательные изгибающие силы, облегчается контроль всей клети прокатного стана при помощи средств автоматического управления.
Кроме того, техническое решение согласно изобретению может быть применено как к клетям прокатного стана, в которых имеются смещающие устройства для прокатных валков, так и к клетям, в которых отсутствуют указанные смещающие устройства, а также к клетям, в которых при прокатке установлен очень большой зазор между валками.
Когда к прокатным валкам прикладывается изгибающая сила, подушки верхнего рабочего валка ориентируются должным образом, без возможности непредусмотренного перемещения параллельно направлению прокатки, в результате чего уменьшается гистерезис клети прокатного стана.
Другое преимущество технического решения согласно изобретению состоит в том, что оно может применяться в клетях прокатного стана, содержащих смещающие блоки для верхних и нижних рабочих валков, которые приводятся в действие, когда прокатываемые изделия имеют большую толщину и, следовательно, требуется большой зазор между валками.
Кроме того, в этой конфигурации верхний и нижний изгибающие блоки остаются близко к вертикальной оси станины клети прокатного стана, следовательно, исключаются большие напряжения в выступах подушек, которые могут создать изгибающий момент, когда изгибающая нагрузка приложена к прокатным валкам.
Краткое описание чертежей
Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи предпочтительных, но не исключительных, вариантов клети прокатного стана, содержащей изгибающее и смещающее устройства для прокатных валков, причем указанные варианты являются иллюстративными и не ограничивают изобретение.
Фиг.1 - вид клети прокатного стана согласно изобретению в разрезе по оси А-А. Фиг.2 - вид клети прокатного стана согласно изобретению в разрезе по оси B-В.
Фиг.3 - увеличенный вид участка клети прокатного стана, представленной на фиг.1.
Фиг.4 - увеличенный вид участка клети прокатного стана, представленной на фиг.2.
Осуществление изобретения
На чертежах участок клети 1 прокатного стана показан при рассмотрении в направлении, перпендикулярном оси прокатки, обозначенной Z. Обычно изгибающие устройства размещают как на рабочей стороне, так и на управляющей стороне, в то время как смещающие устройства могут быть размещены либо на рабочей стороне, либо на управляющей стороне, и в прокатных клетях их обычно размещают только с одной стороны, где они предусмотрены согласно конструкции.
На чертежах показана рабочая сторона клети 1 прокатного стана согласно указанному предпочтительному варианту осуществления изобретения, при этом конструкция изгибающего и смещающего устройств, по существу, не отличается от конструкции тех же самых устройств, размещаемых на управляющей стороне клети 1.
Как правило, в клетях систем горячей прокатки моторизованы рабочие валки, однако в клетях систем холодной прокатки или на технологических линиях могут быть моторизованы опорные валки. В варианте осуществления изобретения, проиллюстрированном и описанном здесь, двигатели приводят в действие рабочие валки 10 и 11. Клеть 1 прокатного стана может представлять собой клеть четвертого типа, которая содержит два валка, а именно, верхний 10 и нижний 11 рабочие валки, а также содержит два опорных валка 8, 9 (показанные на чертеже частично), диаметр которых больше диаметра рабочих валков 10, 11. В зависимости от типа клети прокатного стана может быть предусмотрено более двух опорных валков, которые могут быть установлены как над, так и под прокатываемым изделием. Верхний рабочий валок 10 имеет продольную ось X', в то время как нижний рабочий валок 11 имеет продольную ось X'', которая параллельна оси X'.
Клеть 1 прокатного стана определяет ось Z прокатки изделия (не показано на чертежах) и вертикальное направление Y, которое ортогонально оси Z и осям X' и X'' валков. Прокатываемое изделие может представлять собой как ленту, так и, например, сляб, т.е. изделие большей толщины. Клеть 1 содержит две станины, каждая станина расположена с одного осевого конца прокатного валка, при этом на чертежах показана только станина 2, расположенная на рабочей стороне, следует отметить, что станина, расположенная на управляющей стороне, не показана, поскольку ее конструкция подобна первой из вышеупомянутых.
Клеть 1 содержит как изгибающее устройство для прокатных валков 10, 11, так и смещающее устройство, которые будут описываться более подробно ниже.
Два нижних изгибающих блока 12, 13 посредством, например, винтов и гаек или других подходящих крепежных деталей соединены со станиной 2, составляя с ней единое целое. Каждый из двух осевых концов нижних прокатных валков 11 поддерживается двумя подшипниками 19, 19', установленными в двух нижних подушках, причем на чертежах показана только подушка 17. Подшипники 19, 19' позволяют рабочему валку 11 вращаться вокруг его продольной оси для выполнения операции прокатки. Количество подшипников 19, 19' может быть равно 1 (в этом случае, упорный подшипник отсутствует) или более.
Нижний изгибающий блок 12 для валков содержит один или несколько гидравлических исполнительных механизмов 20, а нижний изгибающий блок 13 для валков содержит один или несколько гидравлических исполнительных механизмов 21. Исполнительные механизмы 20 и 21 передают нагрузку, соответственно, к двум выступам 39 и 40 нижней подушки 17, в результате чего снимается нагрузка с другой стороны нижних изгибающих блоков 12 и 13, созданная силами реакции. Подушка 17 и нижние блоки 12, 13 образуют скользящее соединение, содержащее, по меньшей мере, две поверхности 37 и 38 скольжения. Указанное скользящее соединение позволяет нижней подушке 17 смещаться в вертикальном направлении, при этом подушка 17 центрирована относительно продольной оси Z и не затрудняет прокатку. При создании нагрузки посредством исполнительных механизмов 20, 21, силы реакции разгружаются на двух нижних блоках 12, 13, изгибающая нагрузка прикладывается к нижнему валку 10, в результате чего валок 10 слегка изгибается в соответствии с его жесткостью, таким образом компенсируется изгиб, вызванный нагрузкой, действующей на валок 10 при прокатке. Как отмечено выше, указанная нагрузка определяется как положительная изгибающая нагрузка.
Образованные или закрепленные на станине 2 две направляющие 41, 42 совместно с двумя дополнительными профильными направляющими 43 и 44 формируют скользящее соединение, которое позволяет двум верхним изгибающим блокам 14, 15 выполнять вертикальное смещение относительно станины 2. В вариантах осуществления изобретения, представленных на чертежах, направляющие 43 и 44 имеют Т-образную форму и, как показано на фиг.4, два направляющих элемента 44' и 44'' образуют единое целое и вместе с направляющей 42 формируют скользящее соединение, имеющее одну единственную степень свободы, соответствующую вертикальному смещению в направлении Y, в то время как подушка 16 удерживается от продольного перемещения, соответствующего направлению Z, при этом допускается ее скольжение в направлении, параллельном оси X'. Благодаря вертикальному восходящему или нисходящему смещению в направлении Y обеспечивается расширение или сужение прокатного зазора G, при этом блоки 14 и 15 нагружаются силами, созданными исполнительными механизмами 23 и 22 валков, в результате чего силы реакции разгружаются на двух нижних блоках 12, 13, целиком закрепленных на станине 2. Блоки 14 и 15 передают изгибающую нагрузку выступам 45 и 46 подушки 16 и, само собой разумеется, выступам другой симметрично размещенной подушки с другого осевого конца верхнего рабочего валка 10. В результате нагрузки, приложенной гидравлическими исполнительными механизмами 22 и 23, верхний валок 10 деформируется именно так, чтобы компенсировалась деформация, вызванная нагрузкой, действующей на валок 10 в процессе прокатки.
Указанные два подшипника 18, 18' установлены в верхней подушке 16 и позволяют верхнему валку 10 вращаться вокруг продольной оси X' при заданных параметрах вращения, требуемых для прокатки изделия. Подшипники 19 и 19', относящиеся к нижнему рабочему валку 11, размещены и действуют аналогичным образом.
Конструктивные элементы вышеуказанных изгибающих и смещающих устройств аналогичны конструктивным элементам изгибающих и смещающих устройств, расположенных со второго осевого конца прокатных валков 10, 11, т.е. на противоположной стороне по отношению к клети 1 прокатного стана (не показано на чертежах). Следует уточнить, что изгиб и смещение валков также выполняется на противоположной стороне клети 1, которая не показана на чертеже и не описывается далее. Четыре смещающих блока 30, 31 предусмотрены на рабочей стороне относительно оси прокатки Z или на управляющей стороне относительно оси прокатки Z.
Из указанных четырех смещающих блоков два верхних смещающих блока (на чертежах показан только блок 30) соединены соответственно с двумя изгибающими блоками 14, 15 верхней подушки 16 верхнего рабочего валка 10, в результате чего к верхней подушке 16 прикладывается сила, направленная параллельно верхней продольной оси X'.
Два других смещающих блока (на чертежах показан только блок 30) соединены со станиной 2 или с другой конструкцией, составляющей единое целое с клетью 1 прокатного стана, в результате чего к нижней подушке 17 нижнего рабочего валка 11 прикладывается сила, направленная параллельно нижней продольной оси X''.
Смещающий блок 30 составляет единое целое с верхней подушкой 16 за счет плит 53', 53'', закрепленных на оконечности подушки 16, и посредством жестких конструктивных элементов 51, 55 жестко соединен с верхним изгибающим блоком 14. Поскольку верхний изгибающий блок 14 соединен со станиной 2 с возможностью скольжения, смещающий блок 30, в свою очередь, может перемещаться в вертикальном направлении, скользя совместно с блоком 14. Таким образом, смещающий блок 30 следует точно за изгибающим блоком 14 во время операции включения или выключения двух рабочих валков 10, 11 для изменения амплитуды зазора G.
Следует отметить, что в отличие от технических решений известного уровня техники, согласно настоящему изобретению исключается возможность возникновения нежелательных изгибающих сил, способных повлиять на конструкцию, образованную подушками 16 совместно с плитами 53', 53'' и конструктивными элементами 51, 55, при этом смещающие силы, действующие на рабочий валок 10, всегда направлены параллельно оси X'.
A
В устройстве согласно изобретению при приложении рабочим валком 10 осевой силы F к подушке 16 будет возникать сила реакции станины 2, только не самой станины, а блока 14 и направляющей 42, что способствует лучшему распределению нагрузки.
Когда подушка 16 сдавлена или растянута, смещающий блок 30 допускает смещение верхнего валка 10 в направлении, параллельном оси X', благодаря скользящему соединению, содержащему поверхности 47 и 49 скольжения на стороне блока 14 и поверхности 48 и 50 скольжения на стороне блока 15. Поскольку смещение рабочих валков 10 в направлении оси X' обеспечивается благодаря скользящему соединению, содержащему поверхности 47, 49 и 48, 50, расположенные соответственно с двух сторон подушки 16, два гидравлических исполнительных механизма 22 и 23 не подвергаются нагрузкам, изгибающим поршневой шток, таким образом, на поршневой шток действует только сжимающая нагрузка.
Согласно изобретению два гидравлических исполнительных механизма 22 и 23 установлены так, что поршневые штоки располагаются под поршнем 60, 61, при этом блоки 14 и 15 образуют корпус для поршней 60, 61 и поверхности 47, 49 и 48, 50 создают большую область скольжения, благодаря чему улучшается скольжение подушки 16.
Благодаря указанной конфигурации поршневые штоки исполнительных механизмов 22 и 23 могут быть более длинными, что позволяет получить прокатный зазор большей величины.
Смещающий блок 31 нижнего рабочего валка 11 целиком закреплен на нижней подушке 17 и может обеспечить смещение нижнего рабочего валка 11 параллельно его оси X'' посредством скользящего соединения, которое содержит контактные поверхности 35 и 37, расположенные сбоку блока 12 и контактные поверхности 36 и 38, расположенные сбоку блока 13. Поршневые штоки исполнительных механизмов 20 и 21 могут быть короткими, т.к. нижняя подушка, и соответственно рабочий валок 11, должны совершать меньшее перемещение, в связи с тем, что высота прокатного зазора G определяется, главным образом, перемещением верхнего рабочего валка. Чтобы верхние исполнительные механизмы 22 и 23 могли приложить требуемую изгибающую силу, когда необходим большой прокатный зазор, штоки верхних исполнительных механизмов 22 и 23 должны быть длиннее штоков нижних исполнительных механизмов 20, 21. К тому же, клеть прокатного стана снабжена устройством регулировки высоты прокатного зазора G, обеспечивающим установку зазора требуемой величины.
Смещение валков, регулируемое смещающими блоками 31, может быть выполнено под нагрузкой во время процесса прокатки, так как даже более длинные штоки верхних исполнительных механизмов 22 и 23 не подвергаются поперечным нагрузкам относительно их оси и отсутствует риск их изгиба, в то время как штоки нижних исполнительных механизмов 20 и 21, которые скользят по поверхностям 35 и 36 относительно выступов 39 и 40, являются короткими и могут противостоять боковым нагрузкам, создающимся во время скольжения за счет смещения, при этом не возникает риск их изгиба. В качестве альтернативы описанной конфигурации исполнительные механизмы 23 и 22 при установке могут быть повернуты на 180°, чтобы их действие было направлено вверх на выступы 46 и 45 подушки 16 (указанное техническое решение уже применялось). Для установки большого прокатного зазора G требуется значительное перемещение исполнительных механизмов 22 и 23, в этом случае штоки должны иметь больший диаметр, чтобы исключались проблемы, которые могут возникнуть при максимальной нагрузке.
Во всех вышеописанных скользящих соединениях, обеспечивающих смещение подушек между поверхностями, формирующими скользящее соединение, во время процесса прокатки создается большая нагрузка, в связи с чем, предпочтительно, предусматривается покрытие, т.е. поверхности скольжения покрывают металлами, имеющими низкий коэффициент трения, например, наносят медные сплавы, которые можно быстро заменить при износе, вызываемом скольжением под нагрузкой.
Гидравлические исполнительные механизмы 20, 21, 22, 23 валков установлены на подушках 16 и 17 верхних и нижних валков, при этом на каждой подушке, предпочтительно, установлено два исполнительных механизма, которые, предпочтительно, размещены с обеих сторон каждой подушки и образуют пару, как, в частности, показано на фиг.2 и 4. Благодаря попарному размещению исполнительных механизмов, прикладываемая к подушкам валков изгибающая нагрузка будет перераспределяться по осевой длине каждого подшипника 18, 19. Фактически, когда только с одной стороны подшипника находится один исполнительный механизм, сила, созданная исполнительным механизмом и компенсирующая изгиб, перегружает ограниченную осевую область подшипника, что приводит к увеличению износа подшипника в указанной области. При установке двух исполнительных механизмов обеспечивается почти равномерное распределение нагрузки по всей длине подшипника, и результирующая изгибающей нагрузки, практически, всегда действует вдоль оси подшипника, неодинаково нагружая таким образом два исполнительных механизма, которые образуют пару.