СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЯ ПРОКАТКИ В ПРОКАТНОЙ КЛЕТИ И ПРОКАТНАЯ КЛЕТЬ
METHOD TO DETERMINE ROLLING FORCE IN ROLLING MILL AND ROLLING MILL

Изобретение относится к способу определения усилия прокатки в прокатной клети, а также к прокатной клети.
Из документа DE-OS 2259143 в возможной области применения изобретения, а именно в прокатных клетях для прокатки прутковой или трубной заготовки, известна установка по меньшей мере одного из описанных там трех валков, звездообразно расположенных вокруг продольной оси прокатываемого материала, для образования калибра обеими концевыми шейками в эксцентриковых втулках с возможностью вращения. Подобные эксцентриковые втулки имеют внутреннюю круговую выемку, в которой находится радиальный подшипник, преимущественно радиальный подшипник качения, для шеек валков, а также круговую периферию выемки, на которой предусмотрена опора эксцентриковой втулки в корпусе прокатной клети. Эксцентриситет эксцентриковой втулки возникает от того, что внутренняя окружность, образованная направленной внутрь поверхностью эксцентриковой втулки, и поверхность, образованная ее направленной наружу поверхностью, выполнены некоаксиальными. Как более подробно поясняется в данной публикации, подобные конструкции могут использоваться для установки валков подобной прокатной клети, то есть, например, для подвода к прокатываемому материалу.
В документе DE-OS 2259143 также описаны установочные механизмы для перемещения эксцентриковой втулки в желаемое положение вращения относительно корпуса. Через расположенную на выполненном с возможностью вращения регулировочном шпинделе установочную цапфу вращательное движение установочного вала с регулировочным кольцом передается на эксцентриковую втулку через передаточный рычаг, шарнирно соединенный с регулировочным кольцом и эксцентриковой втулкой. В качестве альтернативы предусмотрен жестко установленный в осевом направлении ходовой винт, по которому в осевом направлении движется резьбовая втулка. Посредством шарнира резьбовая втулка соединена с регулировочным кольцом, которое, в свою очередь, охватывает втулкообразный выступ эксцентриковой втулки и жестко соединено с ней посредством призматической шпонки. Эти установочные механизмы позволяют вращать эксцентриковую втулку относительно корпуса, в котором она установлена. Фиксация ходового винта препятствует его вращению, так что за счет этой фиксации эксцентриковая втулка удерживается в установленном желаемом положении.
Из DE-OS 2259143, в целом, известно, что предпочтительно, если прокатная клеть дает возможность регулировки валков, это значит, что валки могут радиально подводиться к прокатываемому материалу, чтобы целенаправленно изменять окончательный диаметр прокатки или компенсировать влияния за счет термоусадки прокатываемого материала или износа валков.
В DE-OS 2259143 предусмотрено, что эксцентриковая втулка содержит подшипник скольжения в корпусе, то есть наружная поверхность эксцентриковой втулки при ее установке скользит по поверхности корпуса. Из-за этого установка возможна только тогда, когда в клети отсутствует прокатываемый материал. В противном случае эксцентриковая втулка находится под действием усилия прокатки, так что между корпусом клети и эксцентриковой втулкой возникают повышенные, действующие по касательной, силы трения скольжения.
Другой вид установки валков прокатной клети для прутковой или трубной заготовки описан в документе US 6041635. В этом варианте валки удерживаются в хомутах в виде стремян, которые могут перемещаться внутри рамы вдоль своей продольной оси, перпендикулярной оси валков. Для перемещения предусмотрены гидроцилиндры, концы поршней которых могут взаимодействовать с хомутами, таким образом регулировка валков обеспечивается за счет перемещения поршней. Также возможно определение усилия прокатки путем измерения действующего в гидроцилиндре гидравлического давления.
Регулирвка валков посредством гидроцилиндров связана, однако, со многими недостатками.
В случае если гидроцилиндры являются частью сменной прокатной клети, то есть при смене клети (например, из-за переналадки на другой размер продукции) не остаются в прокатном стане, необходимо предусмотреть разъединительную гидромуфту в подводящем трубопроводе к каждому из расположенных в прокатной клети цилиндров. Это связано с огромными техническими затратами и затрудняет бесперебойную эксплуатацию такого прокатного стана.
В случае же если гидроцилиндры прочно встроены в прокатном стане и вследствие этого при смене клети остаются в прокатном стане, неизбежно возникает множество других серьезных недостатков:
- усилия прокатки воспринимаются не в самой клети, а направляются дальше в подпятники (опоры) гидроцилиндров и, тем самым, в стальную конструкцию самого прокатного стана, в результате чего эта стальная конструкция должна быть выполнена очень массивной и, тем самым, более дорогостоящей;
- для извлечения клетей из прокатного стана требуются также повышенные конструктивные и аппаратные затраты, поскольку гидроцилиндры звездообразно расположены вокруг оси прокатки и, тем самым, делают невозможным извлечение клетей поперек оси прокатки;
- если клети не находятся в прокатном стане, то контроль образованного тремя валками так называемого прокатного калибра невозможен, поскольку определяющие точность конструктивные элементы, а именно гидроцилиндры, находятся в прокатном стане. Если же клети находятся в прокатном стане, то контроль калибра из-за недоступности также невозможен.
Регулировка валков против усилия прокатки посредством гидроцилиндров является крайне дорогостоящей.
При выходе из строя гидравлики прокатка становится невозможна, и отсутствует присущая системе функция „fail-safe“.
В основе изобретения лежит задача создания прокатной клети, которая обеспечивала бы установку валков против усилия прокатки, а также измерение действующего усилия прокатки и не имела бы, по меньшей мере, одного из перечисленных недостатков.
Эта задача решается посредством способа по п.1 и посредством прокатной клети по п.7 формулы. Предпочтительные варианты приведены в зависимых пунктах.
Изобретение исходит из основной идеи усовершенствования опоры эксцентриковой втулки за счет того, что в противоположность раскрытому в DE-OS 2259143 подшипнику используют подшипник с малыми потерями на трение, так что обусловленному усилием прокатки возвратному моменту на эксцентриковую втулку больше не мешает противодействующий возвратному движению момент трения опоры эксцентриковой втулки. Это означает, что возвратный момент, образованный усилием прокатки в сочетании с эксцентриситетом эксцентриковой втулки, не направляется дальше, как обычно, большей частью за счет трения в корпус, а в идеальным случае полностью воспринимается установочным механизмом, который удерживает эксцентриковые втулки в желаемом положении. Это, в свою очередь, означает, что действующие в деталях установочного механизма усилия, моменты и напряжения в данном положении эксцентриковой втулки пропорциональны действующему усилию прокатки. Благодаря этому можно определить действующее усилие прокатки за счет измерения действующего с одной стороны в установочном механизме усилия (или момента, или напряжения). Далее можно также определить действующее усилие прокатки не по действующему в самом установочном механизме установочному усилию, а по опорному усилию, оказываемому установочным механизмом на неподвижный корпус, поскольку это опорное усилие пропорционально действующему в установочном механизме усилию и, тем самым, также действующему усилию прокатки.
Способ применяют в прокатной клети, содержащей, по меньшей мере, один валок, шейки или валы которого установлены с возможностью вращения в эксцентриковых втулках. Эксцентриковые втулки, в свою очередь, установлены с возможностью вращения в корпусе прокатной клети, причем эти опоры эксцентриковых втулок выполнены в виде подшипников с малыми потерями на трение. Используемая прокатная клеть содержит далее регулировочный механизм, с помощью которого эксцентриковые втулки могут вращаться и удерживаться в желаемом положении относительно корпуса, в котором они установлены.
Согласно изобретению, под подшипником с малыми потерями на трение понимают такой подшипник, у которого противодействующий движению перемещения момент трения пренебрежимо мал по сравнению с установочным усилием для удержания эксцентриковой втулки в желаемом положении. В частности, под подшипником с малыми потерями на трение понимают такой подшипник, у которого коэффициент трения µ<0,2, в частности µ<0,1, и особенно предпочтительно µ<0,05. В качестве подобных подшипников с малыми потерями на трение могут быть использованы, например, игольчатые подшипники или так называемые гидроподшипники, у которых между внешней поверхностью эксцентриковой втулки и обращенной к ней внутренней поверхностью корпуса предусмотрена снижающая трение жидкость. В качестве альтернативы одна из или обе обращенные друг к другу поверхности подшипника, выполненного в виде подшипника скольжения, имеют снижающее трение покрытие.
Способ предусматривает измерение установочного усилия, когда эксцентриковая втулка удерживается в желаемом положении, и определение по нему усилия прокатки.
Для определения усилия прокатки по измеренному установочному усилию, согласно одному предпочтительному варианту способа, измеряют угловое положение эксцентриковой втулки. При известном угловом положении с конструктивно обусловленным твердым эксцентриситетом эксцентриковой втулки возникают сразу же эффективное плечо действующего усилия прокатки и, тем самым, прямая связь между этим усилием прокатки и измеренным усилием или измеренным моментом в установочном механизме.
Способ применяют, в частности, предпочтительно в прокатной клети для прокатки прутковой или трубной заготовки, где, по меньшей мере, три валка звездообразно расположены вокруг продольной оси прокатываемого материала для образования калибра.
Ставшее возможным благодаря способу, согласно изобретению, определение усилия прокатки может быть использовано, в частности, предпочтительно для управления или регулирования процесса прокатки. Так, например, информацию об усилии прокатки можно использовать в качестве регулируемого параметра, чтобы выходящее сечение целенаправленно варьировать по длине прутка. В качестве альтернативы измерение усилия прокатки позволяет констатировать и компенсировать известное как таковое упругое подпружинивание клети.
Далее возможность непрерывного измерения усилия прокатки дает возможность дальнейшего усовершенствования математических моделей деформации материала с целью повышения точности вычисленной предварительной настройки клетей.
Точно так же измеренное усилие прокатки может быть использовано для корректировки и уточнения хранящихся в базе данных о материале, например о сопротивлении деформации, которые нередко являются основой способов регулирования и влияют на точность базирующихся на них регулировок.
Прокатная клеть, согласно изобретению, содержит, по меньшей мере, один валок, шейки или валы которого установлены с возможностью вращения в эксцентриковых втулках. Эксцентриковые втулки, в свою очередь, установлены с возможностью вращения в корпусе прокатной клети, причем эти опоры эксцентриковых втулок выполнены в виде подшипников с малыми потерями на трение. Используемая прокатная клеть содержит далее регулировочный механизм, с помощью которого эксцентриковые втулки могут вращаться и удерживаться в желаемом положении относительно корпуса, в котором они установлены.
Используемые в способе, согласно изобретению, и в прокатной клети, согласно изобретению, установочные механизмы могут иметь разнообразное конструктивное выполнение. В частности, предпочтительно, по меньшей мере, одна эксцентриковая втулка имеет зубчатый венец, взаимодействующий с зубчатым колесом регулировочного механизма, так что за счет вращения зубчатого колеса можно вызвать вращение эксцентриковой втулки. Установочное усилие можно определить тогда, в частности, за счет измерения действующего на зубчатое колесо крутящего момента. Точно так же в качестве регулировочных механизмов могут быть предусмотрены, например, регулировочные механизмы, известные из DE-OS 2259143.
Ниже изобретение более подробно поясняется на примере его осуществления, изображенном на чертежах, на которых представляют:
- фиг.1: схематично сбоку опоры шейки валка прокатной клети и регулировочный механизм;
- фиг.2: основанную на фиг.1 принципиальную схему, на которой показаны необходимые величины для расчета усилия прокатки.
Неизображенная прокатная клеть содержит валок, у которого показан только сегмент 11 поверхности. Шейка 1 валка установлена через радиальный подшипник 4 в эксцентриковой втулке 2. Эксцентриковая втулка 2 установлена через игольчатый подшипник 5 в корпусе 3 прокатной клети.
Эксцентриковая втулка 2 имеет сегмент 6 зубчатого венца, находящийся в зацеплении с шестерней 7 регулировочного механизма. Регулировочный механизм содержит измерительное устройство (не показано), с помощью которого можно измерить установочное усилие 22, необходимое для удержания эксцентриковой втулки 2 в показанном положении.
Между валком и расположенным напротив него валком, у которого показан также только сегмент 12 поверхности, образован межвалковый зазор 9. Движущийся через межвалковый зазор 9 прокатываемый материал (не показан) проходит через прокатную клеть вдоль оси 8 прокатки. Прокатываемый материал оказывает на валок усилие, обозначенное стрелкой 10.
Для регулирования межвалкового зазора 9 вращают шестерню 7. Это вращение через сегмент 6 зубчатого венца передается на эксцентриковую втулку 2 и вызывает ее поворот вокруг центра 13 игольчатого подшипника 5. За счет эксцентриситета 27, возникающего от внецентренного расположения радиального подшипника 4 и установленной в нем шейки 1 валка в эксцентриковой втулке 2, поворот последней вызывает увеличение или уменьшение межвалкового зазора 9. Если межвалковый зазор 9 отрегулирован на желаемый размер, то шестерню 7 фиксируют.
Как видно на фиг.2, для удержания сегмента 6 зубчатого венца в показанном положении необходимо действующее по касательной установочное усилие 22. Оно вызывает установочный момент, противодействующий вызванному усилием 10 прокатки возвратному моменту. За счет эксцентриситета 27 центра шейки валка относительно центра 13 вращения эксцентриковой втулки 2 (центр игольчатого подшипника 5) усилие 10 прокатки, показанное для простоты в виде действующего в центре шейки валка усилия, создает возвратный момент, действующий вокруг центра 13 вращения эксцентриковой втулки 2. Поскольку за счет опоры с малыми потерями на трение можно, в основном, оставить без внимания другие моменты и усилия, усилие 10 прокатки возникает из следующего отношения:
Walz
Anst
F = F * a/(e*cos α),
где
Anst
а - эффективное плечо 25 установочного усилия 22 (F);
е - эксцентриситет 27 эксцентриковой втулки 2 (расстояние 26 от центра шейки валка до центра 13 вращения эксцентриковой втулки 2);
α - угол 28 положения эксцентриковой втулки 2 (угол между проходящей через центр шейки валка и центр 13 вращения прямой и проходящей через этот центр 13 вращения параллелью к оси 8 прокатки);
Walz
F = усилие 29 прокатки = усилию 10 прокатки.