ОПОРА ВАЛКА ТОЛСТОЛИСТОВОГО СТАНА

Полезная модель относится к оборудованию для обработки металлов давлением и может быть использовано при горячей прокатке на толстолистовых станах.
На этих станах, содержащих рабочие клети кварто, трио или дуо (соответственно, с четырьмя, тремя и двумя валками), прокатывается листовая сталь толщиной более 4 мм.
Концевые части (шейки) валков устанавливаются обычно в открытых подшипниках скольжения, которые состоят из подушек - опор с размещенными в их цилиндрических углублениях (пазах) дугообразными вкладышами из текстолита или бронзы, контактирующими с шейками. Конструкции цельноштампованных вкладышей достаточно подробно описаны, например, в книге А.И.Целикова и В.В.Смирнова «Прокатные станы», М., Металлургиздат, 1958, с.76-77 и рис.59 и 60. На внутренней (рабочей) поверхности вкладышей нередко выполняются замкнутые (которые более сложны в изготовлении, но лучше удерживают смазку) или сквозные канавки для смазки.
Открытые опоры (подшипники) скольжения несложны в изготовлении и эксплуатации и выдерживают значительные нагрузки, возникающие при прокатке толстых листов.
Известна опора прокатного валка нереверсивного стана, содержащая подушку и цилиндрический (дугообразный) вкладыш, на рабочей поверхности которого выполнена замкнутая смазочная канавка, а на заданных расстояниях от продольной оси вкладыша имеются две канавки, заполненные антикоррозионным материалом (см. а.с. СССР №1581396 кл. В 21 В 31/02, опубл. в БИ №28, 1990 г.).
Однако такая опора имеет недостаточный рабочий ресурс, например, при эксплуатации на реверсивном стане, где постоянно изменяется направление вращения валков.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является опора валка стана горячей прокатки, описанная в справочнике под ред. Е.С.Рокотяна «Прокатное производство», т.1, М., «Металлургия», 1962, с.191-192 и рис.16 и 18.
Эта опора содержит продольное цилиндрическое углубление для шейки валка с размещенным в нем дугообразным вкладышем заданных размеров и характеризуется тем, что вкладыш выполнен наборным с краевыми канавками (срезами) для аккумуляции смазки. Недостатком такой опоры является недостаточная длительность работы вкладыша, что приводит к дополнительным простоям стана и снижению его производительности.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение производительности толстолистового стана за счет сокращения его простоев на замену вкладышей опор прокатных валков и снижение энергозатрат.
Для решения этой задачи у опоры валка, содержащей продольное цилиндрическое углубление для шейки валка с размещенным в нем дугообразным вкладышем заданных размеров с двумя краевыми канавками для смазки, текстолитовый вкладыш охватывает 90° дуги окружности шейки и на нем дополнительно выполнены две замкнутые средние канавки, симметричные продольной оси вкладыша, а также четыре ряда отверстий, по два с каждой стороны от упомянутой оси, с расположением отверстий в рядах в шахматном порядке и между краевыми и средними канавками; ширина средних канавок, расположенных под углом 22...23° к вертикальной осевой плоскости, может быть равна 0,11...0,13 величины радиуса R шейки валка, а ширина краевых канавок - (0,16...0,17)R, диаметр отверстий может составлять 0,35...0,40 от толщины вкладыша S, их глубина - (0,4...0,5)S, расстояние между смежными рядами отверстий и между отверстиями в каждом ряду - (0,7...0,8)S, а в отверстиях установлены дисульфидмолибденовые стержни.
Приведенные соотношения параметров вкладыша получены в результате опытов и являются эмпирическими.
2
Сущность заявляемого технического решения заключается в продлении работоспособности вкладыша за счет увеличения числа смазочных канавок, использования элементов (стержней) из дисульфидмолибдена (MoS) и оптимизации основных параметров вкладыша подшипника скольжения (опоры) валка.
2
Так как при прокатке толстых листов максимум нормальных напряжений от давления металла на валки не совпадает с их продольной осевой плоскостью, а смещен в сторону выхода металла из валков (см., например, книгу А.И.Целикова и др. «Теория продольной прокатки», М., «Металлургия», 1980, с.75-80), то местоположение отверстий со стержнями из MoS, снижающими коэффициент трения на контактной площади шейка - вкладыш, удалено на определенное расстояние от середины длины вкладыша. Очевидно, что при переменном направлении вращения валка отверстия на вкладыше (и стержни) должны располагаться по обеим сторонам от средней линии вкладыша, совпадающей с вертикальной осевой плоскостью валка, и на одинаковом удалении от нее. Шахматное расположение отверстий в их смежных рядах увеличивает контактную площадь стержней с шейкой.
Предлагаемая опора валка схематично показана на Фиг.1.
к
с
Дугообразный вкладыш 1, выполненный из текстолита, установлен в продольном цилиндрическом углублении 2 опоры 3 прокатного валка симметрично осевой плоскости yy. Длина вкладыша L соответствует 90° дуги окружности шейки валка с радиусом R. Ширина вкладыша (и опоры) - В, толщина вкладыша - S. Две краевые канавки 4 для смазки имеют ширину b=(0,16...0,17)R, а средние замкнутые канавки - ширину b=(0,11...0,13)R. Глубина всех канавок обычно равна 0,5 S.
2
Между канавками 4 и 5 с обеих сторон от осевой плоскости yy и симметрично к ней расположены четыре ряда отверстий 6 для размещения в них стержней из MoS. диаметр этих отверстий d=(0,35...0,40)S их глубина h=(0,4...0,5)S, а расстояние между смежными рядами отверстий и между отверстиями l=(0,7...0,8)S.
При работе стана шейка вращающегося валка контактирует с поверхностью вкладыша и с торцами стержней, установленных в его отверстиях. Максимальное усилие от давления металла на валки при любом направлении их вращения приходится на стержни соответствующей стороны вкладыша, снижая коэффициент трения пары шейка валка - вкладыш, что уменьшает износ последнего и продляет его работу.
Опытную проверку заявляемого технического решения осуществляли на толстолистовом стане 4500 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». С этой целью при горячей прокатке стальных листов различного сортамента использовали вкладыш известной конструкции (см. выше) и предлагаемой с различными ее вариациями.
Наилучшие результаты (максимальная длительность работы вкладышей и наибольшая производительность стана получены для опор предлагаемой конструкции. Отклонения от вышерекомендованных их параметров снижали достигнутые показатели.
Так, уменьшение угла охвата вкладышем шейки валка до 80...89° снижало его ресурс на 5...30%, а увеличение этого угла до 91...105° повышало расход энергии на прокатку из-за возрастания контактной площади шейка - вкладыш и сил трения. Износ вкладыша возрастал и при несимметричном относительно yy расположении средних канавок и стержней, по видимому, из-за несовпадения их местоположения с зоной максимальных удельных давлений металла на валок при реверсивной его работе.
При увеличении ширины средних канавок происходило ослабление вкладыша, что в отдельных случаях приводило к разрушению текстолита. Уменьшение же ширины краевых канавок приводило к повышению «выноса» смазки за пределы вкладыша, что также увеличивало его износ и повышало энергозатраты.
Уменьшение количества отверстий (увеличение расстояния между ними и двухрядное их расположение), а также диаметры отверстий (и стержней) повышало трение с известными отрицательными последствиями. Увеличение же количества отверстий или их диаметра и глубины вызывало
недопустимое ослабление вкладышей и преждевременный их износ. При уменьшении глубины h отверстий наблюдались случаи выпадения стержней из них, а увеличение h ослабляло вкладыш.
Увеличение угла α до 23...30° вынуждало либо уменьшать ширину всех канавок, либо увеличивать угол охвата шейки, что повышало силы трения при вращении шейки и энергозатраты.
При α=15...22° наблюдалось недопустимое ослабление текстолитового вкладыша.
Использование опор валка известной конструкции, взятой в качестве ближайшего аналога (см. выше), уменьшило достигнутую длительность работы вкладышей почти в 1.5 раза и снизило производительность стана на 8%.
Таким образом, опыты подтвердили приемлемость найденного технического решения для достижения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.
Технико-экономические исследования, проведенные в ОАО «ММК» показали, что использование настоящего изобретения на стане 4500 (и аналогичных ему толстолистовых станах) позволит повысить производительность не менее чем на 8% без увеличения энергозатрат.
Пример конкретного выполнения
Опора валка толстолистового стана имеет вид, показанный на фиг.1.
к
с
2
Ее размеры: R=425 мм; β=90°; L=336 мм; В=630 мм; S=50 мм; длина всех канавок - 580 мм; b=0,165R=0,165×425=70 мм; b=0,12R=0,12×425=51 мм; α=22,5°; d=0,38S=0,38×50=19 мм; h=0,45 S=0,45×50≈23 мм; l=0,75S=0,75×50≈38 мм; общее количество отверстий - 54. В отверстиях установлены стержни из МоS.