СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УКЛАДЫВАНИЯ РУЛОНОВ МЕТАЛЛА
METHOD AND DEVICE FOR STOWING METAL COILS

Изобретение относится к способу укладывания смотанной в рулон металлической ленты на первую и вторую опорные точки устройства. Далее, изобретение относится к самому устройству, например, в форме погрузчика рулонов.
При производстве традиционных горячекатаных полос существует тенденция производить материалы с высокой прочностью и большой толщиной ленты. Данные ленты применяют для изготовления стальных труб, а также для поверхностей износа. Если данные материалы сматывают, в рулоне остается остаточное напряжение, которое стремится снова размотать (открыть) конец ленты. Если предел для остаточного напряжения превышен, то рулон, уложенный на погрузчик рулонов не по центру, может самостоятельно подбрасываться от погрузчика или резко раскрываться (эффект часовой пружины).
Согласно уровню техники известны различные устройства и способы, которые предназначены для стабильного хранения и перемещения намотанных материалов с высоким остаточным напряжением.
В WO/2006/111259 обсуждается стационарное устройство для отбора образцов из рулонов металла, в котором рулон в стабильном положении держится на основном валике с помощью по меньшей мере одного прижимного валика, при этом обычно неподвижный второй основной валик может подниматься от наружной поверхности рулона для того, чтобы можно было получить подходящую свободную длину ленты для отбора образцов. Прижимные валики при этом отстоят более чем на 90° от неподвижного валика. Далее, данная заявка относится к устройству и способу отбора образцов из рулонов металла.
В неопубликованной патентной заявке DE 102009060257.7 предлагается опирание рулонов металла, а также разгрузка рулонов из наматывающего устройства, в котором рулон удерживается на по меньшей мере 3 опорных точках. Здесь предлагаются две разъезжающиеся опоры для принятия рулонов различных диаметров. Недостатком данного решения является то, что всегда имеются три опорные точки, независимо от того, являются ли они необходимыми для стабильного опирания рулонов металла в конкретном случае или нет. Три опорные точки требуют в случае рулонов металла без высокого остаточного напряжения излишне большого места.
В JP 6047438 A раскрывается погрузчик рулонов с двумя опорными точками для укладывания рулонов металла. Опорные точки расположены так, что они могут регулироваться по высоте на погрузчике, но относительно друг друга установлены неподвижно. Обе опорные точки выполнены в форме роликов, которые могут приводиться в действие мотором и цепным приводом.
Исходя из упомянутого уровня техники, в основе данного изобретения лежит задача усовершенствования способа и устройства для укладывания рулона металла на две опорные точки в том отношении, чтобы рулон металла мог более надежно опираться.
Данную задачу решают с помощью заявленного в п.1 формулы изобретения способа. Данный способ отличается следующими этапами: проверка и определение, лежит ли или будет ли лежать рулон металла в нестабильном положении равновесия на обеих неподвижных опорных точках, и если да: укладывание рулонов металла на обе неподвижные опорные точки, если только это уже не произошло в рамках проверки положения равновесия, и установка по меньшей мере одной третьей подвижной опорной точки к внешнему периметру рулона металла для стабилизации рулона металла на устройстве.
Понятие «нестабильное положение равновесия» обозначает в рамках данного изобретения то, что имеются различные риски или неустойчивость, которые при манипуляциях с рулонами металла, в частности при укладывании рулонов металла, могут вызывать высокое остаточное напряжение. По причине высокого остаточного напряжения на погрузчике рулон металла может находиться не по центру, и вследствие эффекта часовой пружины рулон может самостоятельно раскручиваться. Тогда существует опасность того, что рулон подскочит и упадет с подъемника. Все эти эффекты представляют собой нестабильное положение равновесия рулонов металла в контексте данного описания.
Вклад данного изобретения основан на том, что выявлены возможности, как можно обнаружить подобные проблемные рулоны металла, чтобы затем при необходимости провести надлежащие мероприятия для того, чтобы обеспечить надежное укладывание таких рулонов металла на две опорные точки.
В данном изобретении исходят из того, что первая и вторая опорные точки выполнены неподвижными. Это значит, что при укладывании нестабильного рулона металла на данные обе опорные точки они не могут изменять своего положения относительно друг друга так, чтобы можно было бы таким образом стабилизировать укладывание рулонов на первую и вторую опорные точки. Таким образом, укладка рулона металла на первой и второй опорных точках остается нестабильной. Поэтому, для того чтобы можно было обеспечить стабилизацию укладки, а также для более поздней транспортировки рулонов металла, согласно данному изобретению предусмотрено, чтобы устанавливалась третья подвижная опорная точка к внешнему периметру рулона металла. Установка происходит предпочтительно таким образом, чтобы третья опорная точка противодействовала, или, соответственно, задерживала, или предотвращала нежелательное движение рулона металла, являющееся следствием внутренней нестабильности или внутреннего остаточного напряжения.
Проверка упомянутых проблемных свойств рулонов металла может происходить либо если рулон металла уже лежит на обеих опорных точках, либо, чисто условно, если рулон металла мог бы там лежать. По этой причине в п.1 формулы изобретения говорится «… лежит или будет лежать». Конкретное понимание данного аспекта следует из последующего обсуждения примеров осуществления.
Согласно первому примеру варианта осуществления этап проверки и определения положения равновесия включает следующие стадии:
проверка, выполняется ли следующее условие, а именно: диаметр рулона металла меньше предельной величины диаметра, и толщина рулона металла больше предельной величины толщины, и прочность материала рулона металла больше предельной величины прочности; и
предположение об определении, что рулон металла будет лежать в неустойчивом положении равновесия на обеих неподвижных опорных точках, если условие выполнено.
Данная первая возможность проверки происходит предпочтительно только путем оценки упомянутых критериев ленты металла и рулона металла. Рулон металла для проведения проверки не должен фактически укладываться на обе опорные точки. Не нужно производить трудоемкие измерения самих рулонов металла или опорных точек. Критерии для типичных обрабатываемых материалов вносят в таблицу. Тогда данные критерии для отдельных рулонов металла быстро доступны для рабочих на месте. Нестабильное положение равновесия для случая, если бы рулон металла был уложен на опорные точки, прогнозируется. Поэтому упомянутое определение нестабильного положения равновесия в данном примере осуществления только имитируется в рамках допущений, или предположений, или прогнозирования.
6
2
Предпочтительно предельная величина диаметра задана 2200 мм, предельная величина толщины задана 5 мм, и предельная величина прочности, в частности прочность при растяжении в горячем состоянии материала, задана 250·10 Н/м.
Проверяемое в случае первой возможности проверки нестабильного положения равновесия условие может дополнительно включать следующие критерии, а именно, чтобы температура рулонов металла при укладывании была меньше заданной предельной величины температуры, а предел текучести при повышенных температурах материала ленты металла был больше заданной предельной величины предела текучести. Условие может быть выполнено только тогда, когда все критерии, даже дополнительные, выполняются. Преимущество этого состоит в том, что прогнозируемое в данном случае определение нестабильного положения равновесия более надежно и тем самым стабильно.
6
2
Предпочтительно для дополнительных критериев предельная величина температуры задана 600°C, и предельная величина предела текучести задана 250·10 Н/м.
Наряду с первой возможностью существует вторая возможность проверки и определения положения равновесия. Эта вторая возможность включает следующие этапы: укладывание рулона металла на обе неподвижные опорные точки; опускание перпендикуляра от середины рулона металла вниз до опорных точек; проверка, попадает ли перпендикуляр посередине между обеими опорными точками; и определение, что рулон металла лежит на обеих опорных точках в нестабильном положении равновесия, если перпендикуляр не попадает по меньшей мере с заданным предельным значением допуска перпендикуляра в середину между обеими опорными точками. Преимущество данной второй возможности состоит в том, что ее можно осуществить без дорогого и сложного оборудования, в случае необходимости также рабочими на месте.
Предельное отклонение перпендикуляра может быть установлено, например, +/-10% диаметра рулона металла по отношению к середине между опорными точками.
Наряду с первой и второй возможностями существует третья возможность проверки и определения положения равновесия. Эта третья возможность включает следующие этапы: укладывание рулона металла на обе неподвижные опорные точки; измерение воспринимаемой первой опорной точкой силовой нагрузки, сравнение измеренной силовой нагрузки с общим весом рулона металла; и определение, что рулон металла лежит на обеих опорных точках в нестабильном положении равновесия, если измеренная силовая нагрузка на первую опорную точку отклоняется более чем на заданное предельное значение допуска нагрузки от половины общего веса рулона металла. Для осуществления этой третьей возможности нуждаются, несмотря на необходимость контрольного устройства с интегрированным устройством для обработки данных для сравнения веса, в устройстве для измерения силы только у одной из двух опорных точек.
Наряду с первой, второй и третьей возможностями существует четвертая возможность проверки и определения положения равновесия. Эта четвертая возможность включает следующие этапы: укладывание рулона металла на обе неподвижные опорные точки; измерение воспринимаемой первой и второй опорными точками силовой нагрузки, когда рулон металла лежит на обеих опорных точках; сравнение измеренных силовых нагрузок друг с другом; и определение, что рулон металла лежит на обеих опорных точках в нестабильном положении равновесия, если измеренные силовые нагрузки на каждую опорную точку отклоняются более чем на заданное предельное значение допуска нагрузки друг от друга.
Предельное значение допуска нагрузки для одной из опорных точек для третьей и четвертой возможностей предпочтительно задано +/-25%, более предпочтительно +/-10% или еще более предпочтительно +/-5% от веса рулона металла.
Обычно применяют только одну из указанных четырех возможностей для проверки и определения положения равновесия, так как эти возможности являются альтернативными. Конечно, можно также применять несколько возможностей к одному рулону металла.
Предпочтительно третью и возможно следующие подвижные опорные точки устанавливают ниже горизонтальной средней плоскости рулона металла у его внешнего периметра так, чтобы данные опорные точки наряду с двумя неподвижными опорными точками принимали по меньшей мере часть общего веса рулона металла.
Предпочтительно третью и возможные следующие опорные точки устанавливают снаружи дальше, чем обе неподвижные опорные точки, ниже средней плоскости у периметра рулона металла. Третью и четвертую опорные точки можно устанавливать зеркально симметрично. Вследствие этого еще повышается надежность опирания рулона металла по сравнению с более узкой установкой.
Третью опорную точку предпочтительно устанавливают в сегменте поперечного сечения рулона металла, в котором расположена неподвижная опорная точка с более высокой силовой нагрузкой при лежащем рулоне металла. В этой области существует опасность, что рулон металла размотается или соскочит с погрузчика рулонов, что выгодным образом предотвращается благодаря установленной в этой области третьей опорной точке.
Согласно первой альтернативе установка по меньшей мере третьей опорной точки может происходить с регулированием положения за счет того, что третью опорную точку перемещают в заданное в зависимости от диаметра рулона металла положение и там закрепляют. Закрепление необходимо для того, чтобы сила, возникающая при возможном движении рулона металла, могла восприниматься третьей опорной точкой или компенсироваться ею для того, чтобы прекратить нежелательное движение рулона металла.
Согласно второй альтернативе установка по меньшей мере третьей опорной точки может происходить с регулированием положения за счет того, что третью опорную точку перемещают в заданное в зависимости от диаметра рулона металла положение, и заданное положение удерживается за счет регулирования, если потребуется с приложением силы к рулону металла, с помощью регулирующего устройства, которое осуществляет регулировку положения. В данном случае не происходит закрепления опорных точек в заданном положении. При регулировании положения достижение или, соответственно, сохранение заданного положения осуществляется с помощью устройства с датчиком положения.
Наконец, установка по меньшей мере третьей опорной точки согласно третьей альтернативе может происходить с приложением силы таким образом, что третью опорную точку устанавливают с прижимным усилием к внешнему периметру рулона металла и прижимное усилие регулируют на заданное значение силы.
Установка по меньшей мере третьей опорной точки к рулону металла происходит без изменения нестабильного положения рулона металла на обеих неподвижных опорных точках. Стабильного положения достигают согласно данному изобретению только установкой по меньшей мере третьей опорной точки к рулону металла.
В случае рулонов, которые не требуют дополнительной стабилизации по причине низкого остаточного напряжения в рулоне, можно дополнительную третью опорную точку поместить таким образом, чтобы она не касалась рулона. Благодаря возможности перемещаться третью опорную точку можно выгодным образом компактно и защищенно помещать в конструкцию под двумя неподвижными опорами. Таким образом, в случае мягких и тонких лент возможно при максимальной норме производства быстро разгружать рулоны. При этом избегают дополнительных затрат времени на размещение третьей опоры. Избегают дополнительных поверхностных нагрузок и возможных поверхностных эффектов из-за дополнительных опор.
По меньшей мере третью опорную точку устанавливают к рулону металла в области горизонтального расстояния x, где x=200-1200 мм, от перпендикуляра из середины рулона металла.
В случае устройства речь может идти о погрузчике рулонов или другом, также неподвижном, устройстве для укладки рулонов металла.
Способ может осуществляться вручную или автоматически.
Далее, упомянутую выше задачу решают с помощью способа согласно п.22 формулы изобретения, устройства согласно п.26 формулы изобретения и погрузчика рулонов согласно п.45 формулы изобретения. Преимущества данных решений соответствуют, если речь идет о тех же самых признаках или комбинации признаков, упомянутым выше преимуществам.
Важно, что данное изобретение не ограничивается определенными комбинациями/конфигурациями описанных возможностей для проверки положения равновесия и для установки по меньшей мере третьей опорной точки. Более того, считаются раскрываемыми все комбинации/конфигурации, если они технически осуществимы/совместимы и рационально применимы.
Другие предпочтительные варианты осуществления данного изобретения являются объектами зависимых пунктов формулы изобретения.
К описанию прилагается фиг.1, на которой представлен пример осуществления данного изобретения.
На фиг.1 представлено соответствующее изобретению устройство, например погрузчик рулонов для укладывания и транспортировки смотанной в рулон ленты металла. Устройство 100 включает в себя первую опорную точку 110-1 и вторую опорную точку 110-2. Обе опорные точки выполнены, например, в форме роликов, которые расположены с возможностью вращения предпочтительно на одной высоте, но в остальном неподвижно расположены на устройстве. «Неподвижно» означает, что обе опорные точки не могут двигаться относительно друг друга.
Наряду с опорными точками соответствующее изобретению устройство включает в себя контрольное устройство 120 для проверки и определения, лежит ли или будет ли лежать рулон 200 металла в стабильном положении равновесия на обеих неподвижных опорных точках 110-1 и 110-2.
Для проверки нестабильного положения равновесия согласно данному изобретению предусмотрены различные способы, как подробно разъяснено выше в общей части описания. Некоторые из этих способов требуют, чтобы рулон 200 металла фактически лежал на обеих неподвижных опорных точках 110-1, 110-2. Согласно другому способу, как символически представлено на фиг.1, нестабильность рулона 200 металла проверяют чисто теоретически или, соответственно, абстрактно с помощью оценки различных параметров материала и рулона металла. Предпочтительно условия или критерии для типичных рулонов 200 металла внесены в таблицу 50, так что, например, рабочий на месте очень просто считыванием или оценкой табличных данных может установить, имеется ли риск для определенного рулона 200 металла относительно присущего остаточного напряжения или выводимого из него положения равновесия или нет. Как альтернатива рабочему, считывание или оценка таблицы согласно данному изобретению может выполняться также контрольным устройством 120. Рабочий 80 или контрольное устройство 120 активирует в случае рискованного рулона 200 металла управляющее устройство 130, которое может быть выполнено также как регулирующее устройство, для установки третьей опорной точки 140; на фиг.1, например, с помощью гидравлического цилиндра 150. Третья опорная точка 140 на фиг.1, например, выполнена как выполненный с возможностью установки откидной щиток.
Предпочтительно третью опорную точку устанавливают только к таким рулонам 200 металла, которые являются проблемными по причине их высокого внутреннего остаточного напряжения при укладывании на обе неподвижные опорные точки 110-1 и 110-2. Подобный рулон 200 металла представлен на фиг.1. Укладка рулона на обе неподвижные опорные точки 110-1, 110-2 является проблематичной из-за того, что он лежит на обеих неподвижных опорных точках не по центру. Эту «нецентральность» определяют по тому, что перпендикуляр 5 не проходит одновременно через середину между обеими опорными точками и середину 210 рулона металла.
Поскольку обе опорные точки 110-1 и 110-2 расположены неподвижно, то положение равновесия рулона 200 металла по отношению к обеим опорным точкам 110-1 и 110-2 нельзя стабилизировать с помощью изменения положения опорных точек относительно друг друга. Напротив, укладку рулона 200 металла на обеих неподвижных опорных точках согласно данному изобретению стабилизируют с помощью установки третьей опорной точки 140 на расстояние a2 от перпендикуляра 5 к внешнему периметру рулона 200 металла.
Вес рулона металла пропорционален его диаметру. Поэтому в упомянутой выше первой возможности для проверки и определения положения равновесия альтернативно или дополнительно к сравнению диаметра рулона металла с предельной величиной диаметра можно производить сравнение веса рулона с предельной величиной веса рулона. Тогда в рамках условий наряду с другими упомянутыми критериями вес соответствующего рулона металла должен быть меньше предельной величины веса рулона, чтобы в целом выполнялось условие высокого остаточного напряжения. Предельная величина находится в области 30 т. Этот критерий сравнения веса действителен для всех заявляемых способов и устройств.
Проверка и определение положения равновесия могут происходить не только для отдельных рулонов, но и для группы рулонов. Для группы рулонов проверку необходимо проводить только один раз, если она состоит из рулонов с по существу одинаковыми геометрическими, физическими и технологическими свойствами.