Упор прокатного стана

Полезная модель относится к вспомогательному прокатному оборудованию и может быть использована при производстве горячекатаных листов толщиной более 10 мм. Назначение упора - плавное торможение движущегося горячекатаного листа путем «гашения» его кинетической энергии (специальным демпферным устройством упора). Обычно упоры выполняются стационарными, реже подвижными.
Известен упор состоящий из: цилиндрической пружины сжатия, упорного щита, защитного кожуха, пневмоцилиндра, штока, рычага (А.А. Королев «Механическое оборудование прокатных и трубных цехов», М., «Металлургия», 1985, с. 162).
Этот упор содержит упорный элемент, цилиндрическую пружину сжатия и характеризуется тем, что он установлен в конце отводящего рольганга стана горячей прокатки, упорный элемент выполнен в форме толстого диска, а демпферное устройство содержит цилиндрическую пружину сжатия.
Известный упор не приемлем для точной остановки толстых листов.
Действительно, при использовании в демпферном устройстве упора цилиндрической пружины сжатия неизбежно происходит некоторое «разжатие» пружины (после ее сжатия от удара металла об упор), что приводит к «откату» металла и, следовательно, к ухудшению точности остановки листа в требуемом положении.
Наиболее близким аналогом (прототип) заявленной полезной модели является стационарный упор толстолистового стана, содержащий упорный элемент и демпферный узел, демпферный узел выполнен из установленных подвижно в полом цилиндре тарельчатых и плоских шайб, при этом тарельчатые шайбы установлены попарно и выпуклыми сторонами наружу, а между парами этих шайб расположено по одной плоской шайбе (RU 58397 U1, МПК В21В 39/14, опубл. 27.11.2006).
Недостатком прототипа является недостаточная жесткость демпфирующего узла упора, обладающих «податливостью», в связи с чем невозможно с его помощью осуществлять точную остановку толстого листового проката.
Предлагаемая полезная модель предназначена для точной остановки толстолистового проката на рольганге, с которого осуществляют его отгрузку, после прохождения им правильной машины.
Технической задачей настоящей полезной модели является обеспечение возможности плавного торможения и точной остановки толстых прокатных листов при помощи предлагаемого упора.
Технический результат достигается за счет того, что упор прокатного стана, содержит упорный элемент и демпферный узел, выполненный из подвижно установленных в полом корпусе выпуклыми сторонами наружу пакет из тарельчатых пружин и плоских шайб, при этом между тарельчатыми пружинами расположено по одной плоской шайбе, согласно полезной модели, в корпусе установлены три тарельчатые пружины разных диаметров и жесткости, начиная от малого диаметра, последовательно друг за другом до большого, пружины обращены выпуклой стороной к головке штока, перед каждой пружиной и между ними установлены плоские шайбы, причем диаметры пружин выбраны по нормативам в соответствии с сортаментом проката.
1
2
3
2
1
3
1
Кроме того, большие диаметры трех тарельчатых пружин D, D, D при прокатке листа из стали 20, толщиной 10 мм, шириной 1500 мм составляют D=1,12 D, D=1,38 D.
На стане 2300/1700 Челябинского металлургического комбината (ЧМК) за универсальной клетью 2300 расположена правильная машина. За правильной машиной установлен рольганг с предлагаемым упором в его конце.
На фиг. 1 схематично изображен продольный разрез демпферного узла упора.
Упор прокатного стана (фиг. 1), содержит упорный элемент, состоящий из головки 2 и штока 7, и демпферный узел. Шток упорного элемента одним концом жестко соединен с головкой, а на другом его конце выполнена резьба. Демпферный узел состоит из корпуса 1, закрепленного на основании 6, имеющего цилиндрическую полость, в которой подвижно установлены, выпуклыми сторонами наружу три тарельчатые пружины 3 разного диаметра и жесткости. Впереди и позади каждой пружины установлены плоские шайбы 4. Пружины 3 и шайбы 4 установлены соосно на штоке 7 упорного элемента с возможностью перемещения их вдоль продольной оси штока, причем в корпусе расположено три тарельчатые пружины 3 разной жесткости и соответственно четыре шайбы 4.
Пакет из пружин 3 и шайб 4 через резиновую прокладку 8 стянут гайкой 5, размещенной на резьбовом конце штока 7.
Плоские шайбы 4 подбираются из условия прочности металла из которого они изготовлены.
Устройство работает следующим образом
При ударе движущегося металла о головку 2 упорного элемента кинетическая энергия Е удара поглощается штоком 7 упорного элемента. От штока 7 энергия передается на тарельчатые пружины 3. Часть энергии Е гасится первой тарельчатой пружиной, имеющей минимальную жесткость «С» и диаметр, вторая пружина поглощает другую часть энергии, оставшаяся часть энергии поглощается последней пружиной, имеющей максимальную жесткость и диаметр D. После этого металл останавливается. И за счет упругих свойств пружины происходит ее отдача. Металл двигается в противоположном направлении и останавливается на рольганге. После этого удаляется с него подъемным краном на склад.
Приведем расчет жесткости одной тарельчатой пружины «С», он определяется из диаграммы - осевое усилие - деформация (фиг. 2.) (Устиновский Е.П., Шевцов Ю.А., Вайчулис Н.В. - Детали машин и основы конструирования. Челябинск, изд. ЮУРГУ, 2010 - 305 с.)
где N - осевое усилие, Н
Δl - деформация, мм.
После расчета жесткости тарельчатой пружины «С» по диаграмме (фиг. 2) и формуле (1) определяются геометрические размеры пружины (табл. 1).
Например, для стана 2300 Челябинского металлургического комбината (ЧМК) для листа из стали 20 толщиной 10 мм, шириной 1500 мм осевое усилие (воздействие) проката на демпфирующий узел упора составляет для первой пружины 20000 Н - по величине которой по ГОСТ 3057-90 выбирается тарельчатая пружина со следующими параметрами (табл. 1)
В табл. 1 приняты следующие обозначения (фиг. 1).
D - больший диаметр пружины, 80 мм,
d - меньший диаметр пружины, 40 мм,
h - высота пружины, 6 мм,
S - толщина листа, из которого отштампована пружина, 4 мм,
ƒ - отдача пружины, 2 мм,
N - осевое усилие, 2000 Н.
C
1
2
3
Для того, чтобы увеличить жесткость (уменьшить отдачу) демпферный узел выполнен в виде размещенных друг за другом трех пружин разной жесткости и диаметров. Для стана 2300 ЧМК в соответствии с прокатываемым сортаментом максимальная суммарная осевая сила составляет N=90000 Н Принимаем, что для первой пружины N=20000 Н, для второй - N=30000 Н, для третьей - N=40000 Н.
По диаграмме на фиг. 2 после определения осевой силы N для каждой из трех пружин определяется деформация Δl, а далее рассчитывается жесткость пружин по формуле (1).
Если демпферный узел упора имеет большую жесткость «С», то отдача пакета всех пружин минимальна. И наоборот, если демпферный узел упора имеет небольшую жесткость «С», то отдача пакета всех пружин - максимальна.
Кинетическую энергию движущегося проката (листа), запишем в виде
где m - масса листа,
V - транспортная скорость движения листа по рольгангу.
Определим отдачу пружины ƒ после удара о шток
где С - жесткость пружины.
Деформация пружины Δl определяется в виде
(Формулы (2, 3, 4) см. Королев А.А. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов, М.: Металлургия, 1985. - 363 с.)
Результаты расчета параметров каждой из трех пружин, представлены в табл. 2
В соответствии с данными табл. 2 и ГОСТ 3057-90 выбираем размеры диаметров и жесткость трех пружин.
Пример конкретного исполнения демпферного узла упора.
Упор прокатного стана располагается за правильной машиной после рольганга и служит для остановки листа из стали 20 толщиной 10 мм, шириной 1500 мм, (схематично показан на фиг. 1).
Упор имеет длину штока 120 мм, длина штока без резьбы - 61 мм, длина головки штока - 50 мм.
1
1
2
2
3
3
Ш
Длина всего упорного элемента составляет 170 мм, диаметр штока d=40 мм. На штоке размещены три тарельчатые пружины из стали 65Г: первая - D=80 мм, h=6 мм; вторая - D=90 мм, h=7 мм; третья - D=110 мм, h=8 мм и четырех плоских шайб из стали 45, каждая толщиной h=10 мм.
1
2
3
2
1
3
1
Соотношения больших диаметров трех тарельчатых пружин D, D, D, установленных в упоре для указанного сортамента проката составляют - D=1,12 D, D=1,38 D.
Предлагаемая полезная модель позволяет осуществлять плавное торможение и точную остановку проката на рольганге.