СТАН ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
PIPES COLD ROLLING MILL

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а точнее к станам холодной прокатки труб с движущейся возвратно-поступательно рабочей клетью, масса инерции которой может компенсироваться за счет противовесов, эксцентрично расположенных на кривошипно-шатунном механизме, соединенном через шатуны с рабочей клетью.
Известен стан холодной прокатки труб, см. патент РФ №2247613, кл. B21B 21/00, заявл. 05.09.2003 г., опубл. 10.03.2005 г. (фиг. 3а, 3б). Известный стан холодной прокатки труб содержит возвратно-поступательно перемещающуюся по направляющим станины рабочую клеть, размещенные в ней валки с калибрами и шестернями, приводной кривошипно-шатунный механизм, соединенный через шатуны с рабочей клетью, который включает горизонтально расположенные кривошипный и уравновешивающие валы с размещенными между шатунами шестернями и противовесами для уравновешивания сил инерции от рабочей клети. Валки с калибрами в рабочей клети установлены горизонтально. Приводной механизм расположен ниже уровня рабочей клети. Шатуны закреплены к основанию рабочей клети.
Недостатком известного стана холодной прокатки труб является значительный опрокидывающий момент на рабочей клети из-за крепления шатунов к основанию корпуса рабочей клети, в результате чего происходит ускоренный износ направляющих клети и станины. Снижается долговечность оборудования, повышаются затраты на ремонт и обслуживание стана.
Следующим недостатком этого стана является необходимость выполнения глубокого фундамента под стан, что ведет к большим затратам средств и затрудняет обслуживание.
Другим недостатком известного стана является недостаточная надежность и долговечность приводного кривошипно-шатунного механизма. Это объясняется тем, что вал с кривошипами установлен на двух подшипниках большого диаметра, при этом диаметр подшипника больше длины хода рабочей клети, а расстояние между подшипниками недопустимо мало - меньше диаметра подшипника более чем в 5 раз. По существу вал стоит на сферической опоре и в работе будет подвергаться знакопеременному перекосу, что приведет к интенсивному износу зубчатой передачи механизма и выходу ее из строя.
Кроме того, уравновесить рабочую клеть противовесами, интегрированными в соответствующие шестерни с расположением их по оси прокатки, невозможно. Масса противовеса кривошипного вала слишком мала и может уравновесить только массы кривошипов с шатунами. При этом масса противовеса уравновешивающего вала выбирается из условия равенства дисбалансов кривошипного вала и уравновешивающего вала для обеспечения остановки клети в любом положении по длине хода. В данном случае масса противовеса будет равна нулю. В итоге уравновешивание клети отсутствует. В случае попытки полного уравновешивания рабочей клети в динамике габариты шестерен кривошипного и уравновешивающего валов резко возрастут, что приведет к увеличению габаритов приводного кривошипно-шатунного механизма, увеличению диаметра подшипников кривошипного вала и снижению надежности и долговечности стана.
Из известных станов холодной прокатки труб наиболее близким по технической сущности является стан холодной прокатки труб, описанный в патенте РФ №2048218, кл. B21B 21/00, заявл. 26.05.1992 г., опубл. 20.11.1995 г. (фиг. 8, 9).
Этот стан холодной прокатки труб содержит возвратно-поступательно перемещающуюся по направляющим станины рабочую клеть, размещенные в ней валки с калибрами и шестернями, приводной кривошипно-шатунный механизм, соединенный через шатуны с рабочей клетью и включающий горизонтально расположенные кривошипный и уравновешивающий валы с размещенными между шатунами шестернями и противовесами для уравновешивания сил инерции от рабочей клети. Валки с калибрами в рабочей клети расположены горизонтально. Оси крепления шатунов размещены в противовесах.
Недостаток известной конструкции стана холодной прокатки труб заключается в том, что установка валков рабочей клети горизонтально предопределяет наличие небольшого расстояния между шатунами, что не позволяет разместить между шатунами на валах приводного кривошипно-шатунного механизма требуемые по величине уравновешивающие массы (противовесы), поэтому можно обеспечить только частичное уравновешивание сил инерции (≈ до 50%). Неуравновешенность приводного механизма с клетью приводит к повышенным потерям электроэнергии, снижению надежности и долговечности стана.
Недостатком является также использование одного ряда зубчатых шестерен, смещенных от оси прокатки, что создает несимметричное действие усилий на валах привода, возникают знакопеременные перекосы валов, в результате происходит интенсивный износ шестерен, снижение надежности и долговечности стана.
Кроме того, горизонтальная установка валков в рабочей клети затрудняет перевалку клети, увеличивает время простоев стана при замене прокатного инструмента, в результате снижается годовая производительность стана.
Другим недостатком известной конструкции стана холодной прокатки труб является то, что размещение осей крепления шатунов в противовесах снижает эффективность этих противовесов, так как часть массы противовесов будет уравновешивать не массу клети, а массы мест установки осей кривошипов, в результате ухудшается степень уравновешенности системы рабочая клеть - привод, снижается коэффициент полезного действия стана.
Следующим недостатком стана является то, что применение в приводном механизме трех валов с противовесами ведет к увеличению металлоемкости и трудоемкости изготовления приводного механизма.
Задача настоящего изобретения состоит в создании стана холодной прокатки труб, позволяющего повысить надежность, долговечность, коэффициент полезного действия и производительность за счет полного уравновешивания инерционных сил от рабочей клети, оптимального размещения противовесов и кривошипов и применения лабиринтных уплотнений.
Поставленная задача достигается тем, что в стане холодной прокатки труб, содержащем возвратно-поступательно перемещающуюся по направляющим станины рабочую клеть, размещенные в ней валки с калибрами и шестернями, приводной кривошипно-шатунный механизм, соединенный через шатуны с рабочей клетью и включающий горизонтально расположенные кривошипный и уравновешивающий валы с размещенными между шатунами шестернями и противовесами для уравновешивания сил инерции от рабочей клети, согласно изобретению валки с калибрами установлены в рабочей клети вертикально, кривошипный и уравновешивающий валы снабжены дополнительными шестернями, оси крепления шатунов размещены на шестернях кривошипного вала, а приводной кривошипно-шатунный механизм снабжен двумя лабиринтными уплотнениями, каждое из которых размещено между шатуном и зубчатым венцом шестерни кривошипного вала.
Такое конструктивное выполнение стана холодной прокатки труб позволяет повысить надежность и долговечность, улучшить коэффициент полезного действия, поднять производительность.
Повышение надежности и долговечности, улучшения коэффициента полезного действия достигается за счет полного уравновешивания инерционных сил от рабочей клети противовесами кривошипного и уравновешивающего валов приводного кривошипно-шатунного механизма. Происходит разгрузка узлов и механизмов стана, снижаются общие затраты электроэнергии при сохранении полезной работы.
Это достигается также за счет установки валков рабочей клети вертикально, что позволяет увеличить расстояние между шатунами, в которое свободно размещаются требуемые габариты противовесов кривошипного и уравновешивающего валов приводного кривошипно-шатунного механизма. Это позволяет выполнить приводной кривошипно-шатунный механизм с минимальным количеством валов и двухпоточным симметричным относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось прокатки. Кроме того, с применением лабиринтных уплотнений, каждое из которых установлено между шатуном и зубчатым венцом шестерни кривошипного вала, исключается попадание технологической смазочно-охлаждающей жидкости в систему циркуляционной смазки, что продлевает срок службы подшипников и зубчатых зацеплений механизмов.
Увеличение годовой производительности стана достигается за счет уменьшения простоев при замене прокатных валков. Замена вертикальных валков в клети осуществляется с минимальной разборкой стана.
Для пояснения изобретения ниже приводится конкретный пример выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 изображен стан холодной прокатки труб, общий вид;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2;
на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1;
на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 1;
на фиг. 6 - место Д на фиг. 5;
на фиг. 7 - разрез Е-Е на фиг. 3.
Стан холодной прокатки труб содержит рабочую клеть 1, возвратно-поступательно перемещающуюся по направляющим 2 станины 3, размещенные в рабочей клети валки 4 с калибрами 5 и шестернями 6, приводной кривошипно-шатунный механизм, соединенный через шатуны 7 с рабочей клетью 1. Приводной кривошипно-шатунный механизм включает горизонтально расположенные кривошипный 8 и уравновешивающий 9 валы, на которых размещены шестерни 10, 11, дополнительные шестерни 12, 13, противовесы 14, 15, 16, 17 для уравновешивания сил инерции от рабочей клети 1 и ведущий вал 18, установленный на подшипниках 19 с шестернями 20. Все шестерни и противовесы размещены между шатунами 7. Кривошипный вал 8 установлен в подшипниках 21. Уравновешивающий вал установлен в подшипниках 22. Валки 4 с калибрами 5 установлены в рабочей клети 1 вертикально и имеют привод. Оси 23 крепления шатунов размещены на шестернях 10, 12 кривошипного вала 8. Между шатунами 7 и зубчатыми венцами шестерен 10, 12 кривошипного вала 8 расположены лабиринтные уплотнения 24, обеспечивающие гидроизоляцию полости Ж, где применяется жидкая циркуляционная смазка от полости 3, в которую попадает технологическая смазка, применяемая при прокатке труб. Лабиринтное уплотнение 24 состоит из кольца 25 с выступом И, который облицован антифрикционными планками 26, резинового шнура 27 и кольца 28 с впадиной К под выступ И кольца 25. Кольцо 25 с резиновым шнуром 27 установлено в разъемном корпусе кривошипно-шатунного механизма между основанием 29 и крышкой 30, а кольцо 28 установлено на шестернях 10, 12 кривошипного вала 8. Для отвода и сбора технологической смазки, попадающей в полости 3, приводной кривошипно-шатунный механизм оснащен крышками 31 и сливным коллектором 32.
Стан холодной прокатки труб работает следующим образом.
При прокатке трубы вращающийся кривошипный вал 8 приводного кривошипно-шатунного механизма сообщает через шатуны 7 рабочей клети 1 с валками 4 возвратно-поступательное движение стационарной станине 3, при этом калибры 5 периодически обкатывают трубу профилями своих ручьев, осуществляя ее деформацию, в крайних положениях клети, в периоды раскрытия ручьев калибров 5 труба прерывисто поворачивается и подается вперед.
В процессе работы стана сила инерции от рабочей клети уравновешивается суммарной инерционной силой от противовесов приводного кривошипно-шатунного механизма, что обеспечивает минимизацию колебаний крутящего момента на ведущем валу 18 происходит снижение нагрузок на приводной кривошипно-шатунный механизм, повышаются надежность и долговечность стана, снижаются затраты электроэнергии на работу стана.
При прокатке трубы в очаг деформации подается смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ). Основной объем СОЖ стекает в станину 3 и возвращается по сливному трубопроводу в систему технологической смазки, но часть СОЖ разбрызгивается движущейся рабочей клетью и попадает на шатуны 7 приводного механизма, а с них - на оси крепления шатунов 23 и боковые поверхности шестерен 10. В то же время на зубчатые зацепления шестерен 10, 11, 20 и в подшипники 21, 22, 19 приводного кривошипно-шатунного механизма поступает масло из специальной системы жидкой циркуляционной смазки (ЖЦС).
Для исключения смешивания СОЖ и ЖЦС применены лабиринтные уплотнения 24, работающие следующим образом. При вращении кривошипного вала 8 центробежные силы сбрасывают СОЖ и ЖЦС из впадины К вдоль выступа И к кольцу 25, не допуская смешивания смазок. СОЖ стекает в полости 3, собирается коллектором 32 и возвращается в систему технологической смазки. ЖЦС собирается в полости Ж и по сливному трубопроводу возвращается в систему жидкой циркуляционной смазки. На стане не допускается смешивание СОЖ и ЖЦС, что понижает расход смазочных материалов и повышает надежность и долговечность оборудования.
Перевалка валков 4, установленных вертикально в рабочей клети 1, осуществляется быстро с минимальной разборкой стана. Валки 4 в паре извлекаются из клети 1 вертикально вверх и парой устанавливаются на место. Разборки и сборка валков 4 осуществляется в стороне от стана на стенде, при этом стан может продолжать работать, используя другие предварительно подготовленные валки.
Предложенный стан холодной прокатки труб по сравнению с известными позволяет повысить надежность и долговечность, коэффициент полезного действия и производительность за счет полного уравновешивания инерционных сил от рабочей клети, оптимального размещения противовесов и кривошипов и применения лабиринтных уплотнений.