Устройство торможения вертикального валка универсальной клети прокатного стана

Полезная модель относится к прокатному производству, в частности к устройствам вертикальных валков универсальных реверсивных клетей прокатных станов.
Известен вертикальный валок универсальной балочной клети (авторское свидетельство SU №869878: МПК3 В21В27/02, опубл. 09.07.1979, бюл.№ 37) [1], содержащий ступицу, диск и биконический обод бочки, при этом с целью увеличения его долговечности при сохранении металлоемкости за счет снижения напряжений изгиба в месте сопряжения диска и ступицы, образующие конической поверхности обода бочки валка выполнены перпендикулярно к прямым, соединяющим середину ступицы по ее внешней образующей и середины участков рабочей конической поверхности бочки.
Недостатком вертикального валка универсальной балочной клети является то, что сам валок не компенсирует динамические удары, а лишь имеет более высокую долговечность за счет снижения напряжения изгиба.
Известно устройство автоматического торможения проката до заданной скорости (авторское свидетельство SU №1034804; МПК3 В21В37/00, опублик.15.08.83, бюл.№ 30) [2], содержащее датчики конца проката, наличия металла в валках и скорости, блоки определения начала торможения, коррекции начала торможения, памяти, формирования записи и формирования считывания, причем выход последнего соединен со входом «Считывание» блока памяти, второй вход которого соединен с выходом блока формирования записи и со входом блока определения начала торможения, другие входы которого соединены с выходом датчика наличия металла в валках, а выход - со входами соответственно блока формирования записи, системы автоматического управления главным приводом и блока коррекции начала торможения, другие входы которого соединены с выходами датчиков наличия металла в валках и скорости и блока задания, входы блока формирования считывания соединены с выходами датчиков конца проката и наличия металла в валках, второй вход блока формирования записи соединен с выходом датчика скорости, при этом с целью повышения точности торможения проката до заданной скорости, она дополнительно содержит блок задания начала торможения главного привода оператором и генератор частоты, выход которого соединен с соответствующими входами блоков определения начала торможения и коррекции начала торможения, дополнительные входы которого соединены с выходами блока формирования считывания, датчика конца проката и вторым входом блока определения начала торможения, дополнительные входы которого соединены с выходом блока памяти, информационный вход которого соединен с выходом блока коррекции начала торможения, выход блока задания начала торможения главного привода оператором соединен с одним из входов блока коррекции начала торможения.
Недостатком устройства автоматического торможения проката до заданной скорости является то, что торможение валков происходит за счет индивидуальных систем привода для вертикальных валков, которые невозможно применить в большей части вертикальных валков из-за ограничения пространства и их компактности.
Известно устройство торможения вертикального валка универсальной клети прокатного стана (патент РФ №2726532; МПК3 В21В37/00, опубл. 14.07.2020, бюл.№ 20) [3]. Кассета вертикального валка универсальной клети прокатного стана, содержащая раму 1, состоящую из двух одинаковых верхней и нижней частей, в которых установлены крышки 4, с надетым на них через подшипники 6 и манжеты 7 вертикальным валком 2, причем кассета снабжена тормозными колодками 3, жестко соединенными с рамой 1, при этом рама 1 и крышки установлены с зазором, величина которого составляет 2-20 мм, с обеспечением свободного хода вертикального валка 2 в направлении, перпендикулярном оси прокатываемой полосы и нажимного устройства 5, посредством горизонтального смещения крышек 4 с вертикальным валком 2 в сторону тормозных колодок 3.
Недостатком устройства торможения вертикального валка универсальной клети прокатного стана является то, что потребуется изменять конструкцию кассеты вертикального валка.
Наиболее близким (прототипом) по технической сущности к заявленному устройству, по количеству сходных признаков, является валковый комплект (авторское свидетельство SU №1215776; МПК3 В21В27/02, опубл. 11.04.1984, бюл.№ 9) [4], содержащий горизонтальные и вертикальные валки, расположенные в одной плоскости, причем бочки вертикальных валков имеют конические участки для их привода от горизонтальных валков, при этом с целью повышения качества проката путем обжатия фланцев в режиме холостого хода вертикальных валков, горизонтальные валки снабжены подпружиненными кольцами, установленными по обеим сторонам их бочек, а внешние образующие колец выполнены коническими и оперты на смежные конические участки бочек вертикальных валков и обращенных к ним поверхностях колец с равномерным шагом на окружностях равного радиуса выполнены пазы, в которых смонтированы указанные пружины.
Недостатком этого устройства является то, что контакт между горизонтальными и вертикальными валками обеспечивается непрерывно при помощи использования сложного пружинного механизма, а из-за условий работы валков с горячим металлом, контакт между валками во время прохождения полосы нежелателен.
В процессе прокатки полоса захватывается горизонтальными валками универсальной клети, в это время полосу затягивает в зону обжатия и за счет движения полосы вертикальные валки приводятся во вращение, которые пассивно также обжимают прокатываемую полосу. После прокатки полосы, в большинстве случаев по схеме обжатия, горизонтальным валкам придается вращение в противоположном направлении, а полоса задается в валки с другой стороны, при этом до осуществления захвата и контакта с вертикальными валками они, имея инерционный маховый момент, продолжают вращаться в ту же сторону, а после контакта резко тормозятся полосой и начинают приобретать вращение в противоположном направлении. За счет моментального времени замедления, а затем ускорения вертикальных валков до линейной скорости прокатки происходит динамический удар, сопровождающийся разнополярностью вращательных моментов полосы, и валков.
Технический результат, на достижение которого направлена предполагаемая полезная модель, является уменьшение воздействия динамической разнополярной нагрузки на сборочные элементы вертикального валка универсальной клети.
Указанный технический результат достигается за счет применения предлагаемой полезной модели, в которой универсальная клеть прокатного стана содержит вертикальные валки 1, установленные в кассетах 2, и бандажи горизонтальных валков 3, находящиеся на осях 4, которые образуют между собой калибр для прокатки полосы 5. При этом устройство торможения вертикального валка универсальной клети прокатного стана содержит расположенные на горизонтальных валках 3 тормозные кольца 6, имеющие в поперечном сечении L-образную форму, установленные по обеим сторонам  горизонтального валка 3, закрепленные при помощи гаек 9, посредством шпилек 8, причем к наружной части тормозных колец 6 присоединена тормозная колодка 7.
Кроме того, тормозные кольца 6 изготавливают металлическими, а тормозные колодки 7 из фрикционного материала (например, феродо).
Кроме этого, тормозные колодки 7 присоединены к тормозным кольцам 6 путем вулканизации или заклепки.
Кроме этого, диаметр тормозных колец 6 зависит от диаметра бандажей горизонтальных валков 3 с учетом их поджатия, а ширина тормозных колец 6 не зависит от ширины бандажей горизонтальных валков 3.
Техническая сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены
Фиг.1 – положение горизонтальных валков в режиме прокатки;
Фиг.2 - положение горизонтальных валков в режиме холостого хода;
Позиции по чертежам:
1 - вертикальные валки;
2 - кассеты;
3 - бандажи вертикальных валков;
4 - ось;
5 - прокатываемая полоса;
6 - тормозные кольца;
7 - тормозные колодки;
8 - шпилька;
9 - гайка.
Устройство торможения вертикального валка универсальной клети прокатного стана (Фиг.1 и Фиг.2) содержит вертикальные валки 1, установленные в кассетах 2, бандажи горизонтальных валков 3, находящихся на осях 4, образуя между собой калибр для прокатки полосы 5, тормозные кольца 6, закрепленные по обеим сторонам горизонтальных валков 3 при помощи шпильки 8, и стягиваются гайкой 9, тормозные колодки 7.
Тормозные кольца 6 имеют в поперечном сечении L-образную форму, что обеспечивает наилучшее поджатие к горизонтальным валкам 3.
Диаметр тормозных колец 6 зависит от диаметра горизонтальных валков 3 с учетом их поджатия для обеспечения плотного их прилегания.
Ширина тормозных колец 6 не зависит от ширины горизонтальных валков 3.
Тормозные кольца 6 изготавливают металлическими для придания жесткости.
Тормозные колодки 7 изготавливают из фрикционного материала (например, феродо) для обеспечения трения.
Тормозные колодки 7 могут быть присоединены к наружной части тормозных колодок 6 путем вулканизации или путем заклепки и обеспечивает мягкий контакт между горизонтальными 3 и вертикальными валками 1.
Полезная модель работает следующим образом.
В рабочем режиме вертикальные валки 1 (Фиг.1), установленные в кассеты 2 и бандажи горизонтальных валков 3, находящихся на осях 4, образуют калибр, в котором прокатывается полоса 5. После выхода полосы 5 из межвалкового зазора, вертикальные валки 1 продолжают свободно вращаться, в этот момент нагрузка на горизонтальные валки 3 снижается до величины холостого хода. После получения сигнала о том, что нагрузка на горизонтальные валки 3 упала, система в автоматическом режиме включает работу нажимных устройств (на Фиг.1 и Фиг. 2 не показана), которые обеспечивают прижатие горизонтальных валков 3 к вертикальным 1 (Фиг.2), через тормозные кольца 6, на которые прикреплены путем наклепки или вулканизации тормозные колодки 7 для обеспечения мягкого контакта между горизонтальными валками 3 и вертикальными валками 1. В связи с этим крутящий момент от горизонтальных валков 3 передаётся вертикальным валкам 1, и они работают синхронно. После обеспечения контакта горизонтальные валки 3, замедляют свое движение, останавливаются и начинают вращаться в противоположном направлении, а вертикальные валки 1 принужденно повторяют данное действие. Перед тем как полоса 5 задается в реверс, вертикальные валки 1 уже имеют направление вращения в одну сторону с горизонтальными валками 3, и непосредственно перед задачей полосы 5 в реверс система автоматики отслеживает положение полосы 5 перед валками и дает сигнал на нажимные устройства для разведения горизонтальных валков 3 в монтажный зазор между валками.
Для обеспечения точности прокатки в момент настройки прокатного стана монтажный зазор выставляют с учетом перемещения горизонтальных валков 3 при помощи нажимных устройств до соприкосновения с вертикальными валками 1.
Подтверждено, что использование предлагаемого устройства торможения вертикального валка универсальной клети прокатного стана обеспечивает
уменьшение разнополярного момента захвата полосы реверсивной задачи полосы синхронизацией вращения вертикальных и горизонтальных валков и, как следствие, снижение динамических ударов с возможностью увеличения долговечности элементов сборочного узла, включая подшипники, кассеты и валки;
не изменять конструкцию кассет вертикальных валков для обеспечения их торможения;
возможность использования предлагаемого устройства на вертикальных валках с любым профилем.
Источники информации
[1] Авторское свидетельство SU № 869878 «Вертикальный валок универсальной балочной клети» (заявка №2793476/22-02) МПК3 В21В27/02, опубл. 09.07.1979, бюл.№ 37;
[2]. Авторское свидетельство SU № 1034804 «Устройство автоматического торможения проката до заданной скорости» (заявка № 3406284/22-02) МПК3 В21В37/00, опублик.15.08.83, бюл.№ 30;
[3] Патент РФ № 2726532 «Устройство торможения вертикального валка универсальной клети прокатного стана» (заявка №2019138983 от 02.12.2019) МПК3 В21В37/00, опубл. 14.07.2020, бюл.№ 20;
[4] Авторское свидетельство № SU 1215776 (заявка №3729868/22-02) МПК3 В21В27/02, опубл. 11.04.1984, бюл.№ 9.