ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПРОТИВОИЗГИБА ВАЛКОВ ЧЕТЫРЕХВАЛКОВЫХ КЛЕТЕЙ ЛИСТОВЫХ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ

Полезная модель относится к прокатному производству, преимущественно к системам противоизгиба валков четырехвалковых клетей листовых прокатных станов горячей и холодной прокатки.
Известна гидравлическая система противоизгиба валков четырехвалковых клетей листовых прокатных станов (аналог), включающая подушки нижних рабочих валков со стороны привода и перевалки, в которых установлены гидроцилиндры противоизгиба, штоки которых взаимодействуют с подушками верхних рабочих валков. Регулирование давления рабочей жидкости (масла) в гидроцилиндрах со стороны привода и перевалки осуществляется с помощью блока управления, включающего регулятор давления и запорный клапан, установленные между насосной установкой и гидроцилиндрами (Г.Г.Фомин, А.В.Дубейковский, П.С.Гринчук. Механизация и автоматизация широкополосных станов горячей прокатки. М.: Металлургия, 1979 г., с.136-137, рис.76).
Недостатком аналога является невозможность раздельного, независимого регулирования давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах, установленных со стороны привода и перевалки. При появлении разницы давлений и усилий противоизгиба в этих гидроцилиндрах, вызываемых нарушениями герметичности и протечками уплотнений гидроцилиндров или различными гидравлическими сопротивлениями в гидролиниях подачи жидкости к гидроцилиндрам, установленным на приводной стороне и стороне перевалки, снижается усилие противоизниба и нарушается равномерность распределения усилия прокатки по ширине прокатываемой полосы. Это приводит к появлению поперечной разнотолщинности, валнистости и коробоватости, нарушению требуемой планшетности, снижению точности прокатки и качества прокатывемых полос. При этом исключается возможность регулирования профиля прокатываемых полос в случае неравномерности нагрева или распределения механических свойств по ширине полосы. При отказах оборудования или аппаратуры управления в одной из гидравлических линий подачи масла к гидроцилиндрам и работоспособной другой гидролинии возникает необходимость вывода из работы гидросистемы, рабочей клети и аварийной остановки прокатного стана, так как отсутствует резервирование гидросистемы. Это приводит к снижению надежности гидросистемы, увеличению внеплановых простоев и снижению производительности прокатного стана. При выходе полосы из клети возникают большие динамические нагрузки на валковую систему, что снижает надежность оборудования, увеличивает расход валков и подшипников валков, аварийные простои прокатного стана и снижает его производительность.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является гидравлическая система противоизгиба валков четырехвалковых клетей листовых прокатных станов, включающая гидроцилиндры противоизгиба, установленные в подушках нижних рабочих валков со стороны привода и перевалки, штоки которых взаимодействуют с подушками верхних рабочих валков, масляный бак, теплообменник для охлаждения масла, насосные установки и блок управления работой гидросистемы (С.Н.Кожевников, В.Ф.Пешат. Гидравлический и пневматический приводы металлургических машин. М.:
Машиностроение, 1973 г., стр.121-122, рис.89). В отличие от аналога в прототипе для защиты от перегрузок гидросистемы и оборудования валковой системы - валков и их подшипников вместо демпфирующего гидроцилиндра применен разгрузочный клапан, что в некоторой степени повышает надежность гидросистемы и оборудования. Однако, как и в аналоге, блок управления работой гидросистемы не обеспечивает возможности раздельного регулирования давления жидкости и усилий противоизгиба в гидроцилиндрах, установленных со стороны привода и перевалки, а также резервирования гидросистемы в случае выхода из строя гидравлической аппаратуры или оборудования одной из гидролиний подачи жидкости к гидроцилиндрам. Соответственно, прототип обладает недостаточной надежностью и другими такими же недостатками, как и аналог.
Техническим результатом является повышение точности прокатки и качества прокатываемых полос, надежности гидросистемы противоизгиба валков и оборудования валковой системы, сокращение расхода прокатных валков и подшипников валков, аварийных простоев прокатного стана и повышение его производительности.
Технический результат достигается тем, что в гидравлической системе противоизгиба валков четырехвалковых клетей листовых прокатных станов, включающей гидроцилиндры, установленные в подушках нижних рабочих валков со стороны привода и перевалки, штоки которых взаимодействуют с подушками верхних рабочих валков, масляный бак, теплообменник, насосные установки и блок управления гидросистемой, этот блок включает разветвляющиеся после напорной магистрали гидравлические линии подачи рабочей жидкости (масла) к гидроцилиндрам противоизгиба, установленным со стороны привода и перевалки. На гидролиниях установлены одинаковые гидравлическая аппаратура и оборудование, аппаратура включает двухпозиционные двухлинейные гидрораспределители, трехпозиционные гидрораспределители с пропорциональным управлением, предохранительные клапаны с пропорциональным управлением и аналоговые датчики расхода и давления рабочей жидкости. Трехпозиционные гидрораспределители с пропорциональным управлением соединены отходящими от них сливными трубопроводами со сливными трубопроводами, отходящими в сливную магистраль после предохранительных клапанов с пропорциональным управлением. Гидравлическое оборудование установлено на трубопроводах гидролиний и включает обратные клапаны для пропуска рабочей жидкости в направлении от блока управления к гидроцилиндрам и фильтры высокого давления, на трассах подачи жидкости к гидроцилиндрам смонтировано по два байпаса, на одном из байпасов установлен обратный клапан для пропуска рабочей жидкости от гидроцилиндров к блоку управления, минуя фильтр, на другом байпасе, огибающем фильтр, установлен обратный клапан для пропуска жидкости от блока управления к гидроцилиндрам, также минуя фильтр, узлы соединения трубопроводов, выходящих из двухпозиционных двухлинейных гидрораспределителей, и трубопроводов, соединяющих эти гидрораспределители с гидроцилиндрами, соединены трубопроводом, на котором установлены гидрозамки, на ответвляющемся от напорной магистрали трубопроводе установлен двухпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель, после которого трубопровод разветвляется на два трубопровода, соединяющие этот гидрораспределитель с гидрозамками.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена схема гидравлической системы противоизгиба валков.
Гидравлическая система противоизгиба валков четырехвалковых клетей листовых прокатных станов включает гидроцилиндры противоизгиба 1 и 2, установленные в подушках нижних рабочих валков со стороны привода и перевалки, масляный бак, теплообменник для охлаждения масла, насосные установки и блок управления гидросистемы. При этом штоки гидроцилиндров нижних валков взаимодействуют с подушками верхних рабочих валков.
Блок управления соединен с напорной магистралью Р гидросистемы входным трубопроводом 3 через шаровый штуцерный кран 4. На входном трубопроводе установлен аналоговый датчик 5 расхода рабочей жидкости. Блок включает две гидролинии, соединенные с гидроцилиндрами 1 и 2, которые трубопроводами 6 и 7 ответвляются от входного трубопровода 3.
На гидролиниях установлены одинаковые гидравлическая аппаратура и гидравлическое оборудование. Гидравлическая аппаратура включает двухпозиционные двухлинейные гидрораспределители 8 и 9, соединенные трубопроводами 10 и 11 с трехпозиционными гидрораспределителями 12 и 13 с пропорциональным управлением, которые соединены с трубопроводами 14 и 15, разветвляющимися на трубопроводы 16, 17 и 18, 19. На трубопроводах 17 и 19 установлены предохранительные клапаны с пропорциональным управлением 20 и 21, предназначенные для защиты гидросистемы от перегрузок при превышении в ней максимально допустимого давления рабочей жидкости и слива через них жидкости по трубопроводам 22, 23, 24 через шаровый штуцерный кран 25 в сливную магистраль Т. Трубопроводами 16 и 18 гидрораспределители 12 и 13 соединены с каналами четырехлинейных гидрораспределителей 8 и 9, которые соединены с трубопроводами 26 и 27, разветвляющимися на трубопроводы 28, 29 и 30. По трубопроводам 28 и 29 жидкость подается к гидроцилиндрам 1 и 2. Трубопровод 30 в узлах разветвления трубопроводов 26 и 27 объединяет обе гидролинии подачи рабочей жидкости к гидроцилиндрам 1 и 2, установленным со стороны привода и стороны перевалки.
На трубопроводах 28 и 29 в направлении подачи жидкости к гидроцилиндрам установлено следующее гидравлическое оборудование: обратные клапаны 31 и 32, фильтры высокого давления 33 и 34, аналоговые датчики давления 35 и 36, шаровые штуцерные краны 37 и 38 и смонтированы байпасы 39, 40 и 41, 42. На байпасах 39 и 41 установлены обратные клапаны 43 и 44 для пропуска рабочей жидкости от блока управления к гидроцилиндрам, минуя фильтры. На байпасах 40 и 42, огибающих фильтры 33 и 34, установлены обратные клапаны 45 и 46 для пропуска жидкости от гидроцилиндров к блоку управления. Клапаны 45 и 46 выполняют функцию предохранительных каналов для пропуска рабочей жидкости от гидроцилиндров к блоку управления без вывода из работы гидросистемы противоизгиба валков, прокатной клети и аварийной остановки прокатного стана в случае засорения фильтров. Это способствует повышению надежности гидросистемы, сокращению простоев и повышению производительности прокатного стана.
Трубопроводы 28 и 29 соединены с гидроцилиндрами 1 и 2 гибкими гидравлическими рукавами 47 и 48.
Трубопроводы 49 и 50, соединяющие сливные трубопроводы 22 и 23 гидролиний с трехпозиционными гидрораспределителями 12 и 13, предназначены для отвода рабочей жидкости от гидроцилиндров через трубопроводы 28 и 29, гидрораспределители 8 и 9, трубопроводы 1би 18, 14и 15и гидрораспределители 12 и 13 в сливные трубопроводы 22 и 23 при уменьшении зазора между валками и подушками валков после выхода полосы из клети и выдавливании жидкости из гидроцилиндров 1 и 2.
На трубопроводе 30, объединяющем гидролинии блока управления, установлены гидрозамки 51 и 52, открыванием которых управляет двухпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель 53, установленный на трубопроводе 54. Этот трубопровод соединен с входным трубопроводом 3 и разветвляется на трубопроводы 55 и 56 (показаны пунктирными линиями), по которым от напорной магистрали Р через гидрораспределитель 53 жидкость под давлением подается на открытие гидрозамков 51 и 52. От гидрозамков жидкость по трубопроводам 57, 58 и 59 через шаровый штуцерный кран 60 отводится в дренажную магистраль L и далее в масляный бак. Гидросистема реализуется в блочном варианте в составе двух блоков гидролиний блока управления и двух блоков с гидрооборудованием подачи масла к гидроцилиндрам. Блоки на схеме гидросистемы ограничены штрихпунктирными линиями и обозначены римскими цифрами: I - блоки гидролиний: II - блоки гидрооборудования.
Рабочее давление жидкости в напорной магистрали Р обеспечивается гидростанцией, состоящей из насосных установок низкого и высокого давления. Насосные установки низкого давления снабжены фильтрами и соединены с всасывающим трубопроводом насосов высокого давления, от которого рабочая жидкость подается в напорную магистраль Р. В качестве рабочей жидкости, например на непрерывном широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО "Северсталь" (г.Череповец), используется масло индустриальное И20А. Для охлаждения масла используется пластинчатый теплообменник. Температура рабочей жидкости поддерживается в пределах 38-43°С. На каждой рабочей клети стана устанавливается блок управления гидросистемой противоизгиба валков и регулирования давления масла в гидроцилиндрах подушек нижних рабочих валков со стороны привода и перевалки.
Гидросистема может работать в двух режимах: с раздельным регулированием давления масла в гидроцилиндрах приводной стороны и стороны перевалки при управлении от обоих гидрораспределителей и с совместным одновременным регулированием давления в гидроцилиндрах обеих сторон при управлении от одного из гидрораспределителей 12 или 13.
Управление работой гидросистемы осуществляется с помощью контроллера, обеспечивающего возможность автоматического и ручного управления.
При работе с раздельным регулированием напряжение на соленоид гидрораспределителя 53 не подается, и он перекрывает подачу масла по трубопроводу 54, соединенному с напорной магистралью Р, к гидрозамкам 51, 52. Гидрозамки закрыты, и трубопроводы 28 и 29 разделены между собой трубопроводами 6 и 7, разветвляющимися от входного трубопровода 4. На соленоиды двухпозиционных четырехлинейных гидрораспределителей 8 и 9 подано напряжение, оба канала этих гидрораспределителей открыты и соединены с каналами трехпозиционных гидрораспределителей 12, 13 с пропорциональным управлением, через которые масло подается к гидроцилиндрам 1 и 2. Управление работой гидросистемы осуществляется с помощью гидрораспределителей 12, 13, на соленоиды которых для изменения положения связанных с ними золотников подается напряжение. Регулирование давления масла в гидроцилиндрах выполняется оператором с помощью ключей, сигналы от которых поступают на контроллер, управляющий изменением напряжения на соленоидах гидрораспределителей 12 и 13. Оператор в зависимости от профиля прокатываемой полосы, усилия прокатки, температуры, натяжения полосы и других факторов, влияющих на точность прокатки, может раздельно задавать разное давление в гидроцилиндрах приводной стороны и стороны перевалки.
Принцип раздельного регулирования давления в гидроцилиндрах 1 при управлении от гидрораспределителя 12 и в гидроцилиндрах 2 при управлении от гидрораспределителя 13 одинаков.
Если, например, требуется изменить давление жидкости в гидроцилиндрах 1 оператор с помощью гидрораспределителя 12 с пропорциональным управлением устанавливает требуемое давление, и масло по трубопроводам 6, 10 и 14 через сообщающиеся каналы гидрораспределителей 8 и 12 по трубопроводу 16 обратно поступает к другому открытому каналу гидрораспределителя 8. Далее по трубопроводам 26, 28 байпасу 39, через обратный клапан 43, минуя фильтр 33, через шаровый штуцерный кран 37 и гибкий гидравлический рукав 47 жидкость поступает в подплунжерные полости гидроцилиндров 1 до достижения заданного давления жидкости, контролируемого аналоговым датчиком давления 35.
При необходимости регулирования давления жидкости в гидроцилиндрах 2 управление гидросистемой осуществляется с помощью гидрораспределителя 13. При этом масло к гидроцилиндрам подается по трубопроводам 7, 11, 15, через гидрораспределители 9 и 13, по трубопроводам 18, 29, байпасу 41, через обратный клапан 44, шаровый кран 38 и гибкий рукав 48. Давление контролируется датчиком 36.
При выходе полосы из клети за счет энергии деформации валковой системы происходит ее сжатие и резкое уменьшение зазора между валками, сопровождаемое ударной нагрузкой на плунжера гидроцилиндров 1 и 2, валки и подшипники валков, передаваемой от подушек верхнего рабочего валка, и пиковым повышением давления жидкости в гидросистеме. При повышении давления сверх допустимого срабатывают предохранительные клапаны 20, 21, сигналы от датчиков давления 35, 36 поступают в управляющий контроллер, и часть масла из подплунжерных полостей гидроцилиндров по трубопроводам 22, 23 и 24 выдавливается в сливную магистраль. Благодаря этому, сглаживаются пики давления в гидроцилиндрах при выходе металла из валков, снижаются ударные нагрузки в гидросистеме, динамические нагрузки на валки и подшипники валков и сокращается расход валков и подшипников валков. Это способствует повышению надежности гидросистемы противоизгиба, оборудования валковой системы и сокращению аварийных простоев прокатного стана.
Предохранительные клапаны 20, 21 настроены на допустимое пиковое давление масла в гидроцилиндрах и срабатывают при его превышении. Выдавливание масла из гидроцилиндров при срабатывании предохранительных клапанов 20, 21 происходит по тем же трубопроводам, что и при подаче масла к гидроцилиндрам, но через фильтры 33, 34, гидрораспределители 8, 9, по трубопроводам 16, 18 и 17, 19, через предохранительные клапаны 20, 21 с пропорциональным управлением, и по трубопроводам 22, 23 в сливную магистраль Т гидросистемы. После трубопроводов 16, 18 часть масла по трубопроводам 14, 15 проходит в сливную магистраль Т через гидрораспределители 12, 13 по трубопроводам 49, 50 и 22, 23. В этом случае гидрораспределители 12, 13 автоматически устанавливаются в нейтральное положение, и трубопроводы 14, 49 и 15, 50 через каналы гидрораспределителей, как показано на гидравлической схеме, соединяются между собой, т.е. давление жидкости в этих трубопроводах снижается до атмосферного, и жидкость свободно сливается в масляный бак. Это в еще большей степени снижает пиковые давления в гидросистеме, динаические нагрузки на оборудование валковой системы валки, подшипники валков, подушки и способствует повышению надежности гидросистемы и оборудования рабочей клети.
На чертеже гидравлической системы трассы прохождения жидкости от гидроцилиндров до предохранительных клапанов 20, 21 и далее в сливную магистраль показаны штриховыми стрелками.
Если требуется изменить давление жидкости в гидроцилиндрах 2 оператор управляет гидрораспределителем 13, и процесс регулирования давления происходит аналогично регулированию в гидроцилиндрах 1 с подачей жидкости по другой гидролинии, соединяющей блок управления с гидроцилиндрами со стороны перевалки.
При регулировании давления жидкости в гидроцилиндрах от одной стороны блока управления гидрораспределитель 8 или 9, установленный в гидролинии другой стороны клети, закрыт и выполняет функцию отсечного клапана. Он одновременно перекрывает напорную линию масла на другой гидрораспределитель 13 или 12 и подачу масла к гидроцилиндрам другой стороны клети.
При работе гидросистемы в режиме совместного регулирования давления масла одновременно в гидроцилиндрах приводной стороны и стороны перевалки управление гидросистемой осуществляется от одного из гидрораспределителей 12 или 13. Принцип управления гидросистемой одинаков при работе с любым из этих гидрораспределителей, поэтому регулирование давления рассмотрим на примере управления гидросистемой при работе с гидрораспределителем 12.
Для работы гидросистемы в режиме с совместным регулированием на соленоид двухпозиционного однолинейного гидрораспределителя 53 подается напряжение, через этот гидрораспределитель масло от напорной магистрали по трубопроводам 54, 55 и 56 подается к гидрозамкам 51 и 52, и гидрозамки открываются. Гидролинии подачи масла к гидроцилиндрам приводной стороны и стороны перевалки соединяются между собой трубопроводом 30, и гидросистема готова к работе.
На соленоид гидрораспределителя 8 подается напряжение, и он соединяется трубопроводом 10 с трехпозиционным гидрораспределителем 12. Соленоид гидрораспределителя 9 обесточен, и гидрораспределитель перекрывает подачу масла на гидрораспределитель 13 и к гидроцилиндрам 2, т.е. гидрораспределитель 9 выполняет функцию отсечного клапана. Таким образом давлением в гидроцилидрах 1 и 2 обеих сторон клети управляет гидрораспределитель 12.
При работе гидросистемы масло после гидрораспределителя 12 по трубопроводам 14, 16, через гидрораспределитель 8, по трубопроводу 26 и разветвляющимся от него трубопроводам 28 и 30 подается к гидроцилиндрам обеих сторон клети. К гидроцилиндру 1 масло подается по байпасу 39 как при работе гидросистемы при раздельном режиме работы, к гидроцилиндру 2 - через открытые гидрозамки 51 и 52 и далее по байпасу 41.
Контроль расхода жидкости в гидроцилиндрах обеих сторон при совместном регулировании давления осуществляется аналоговым датчиком расхода 5.
Давление жидкости в гидроцилиндрах контролируют датчиком давления 36, т.е. датчиком, расположенным на длинной линии подачи масла к гидроцилиндрам 2 через гидрораспределитель 12. Датчики 5 и 36 выдают сигналы на контроллер, который их обрабатывает и выдает команду на гидрораспределитель 12 на увеличение или уменьшение подачи масла и установку заданного давления жидкости одновременно в цилиндрах приводной стороны и стороны перевалки.
При пиковых давлениях в гидроцилиндрах в периоды выхода полосы из клети срабатывает предохранительный клапан 20 и масло выдавливается в масляный бак из гидроцилиндров обеих сторон клети одновременно. Из гидроцилиндров 2 масло выходит по трубопроводам 29, 30, из гидроцилиндров 1 - по трубопроводу 28. Трубопроводы 28 и 30 соединяются в трубопровод 26, и через гидрораспределитель 8, по трубопроводам 16, 17 и через предохранительный клапан 20 масло по трубопроводам 22, 24 отводится в сливную магистраль Т.
При работе гидросистемы с управлением от гидрораспределителя 13 принцип совместного регулирования такой же, как и при работе с управлением от гидрораспределителя 12. В этом случае включен соленоид гидрораспределителя 9 и обесточен соленоид гидрораспределителя 8. Гидролиния блока управления, связанная с гидроцилиндрами 1, гидрораспределитель 12 и предохранительный клапан 20 выведены из работы. Функцию клапана 20 выполняет предохранительный клапан 21. Контроль давления жидкости в гидроцилиндрах обеих сторон клети выполняется с помощью датчика 36.
При эксплуатации системы противоизгиба валков ее настраивают на работу с раздельным регулированием давления масла в гидроцилиндрах приводной стороны и стороны перевалки. Это обеспечивает возможность независимого регулирования и поддержания заданного давления в гидроцилиндрах приводной стороны и стороны перевалки в зависимости от механических свойств, температуры прокатываемых полос, состояния уплотнений гидроцилиндров, гидравлических сопротивлений в гидролиниях подачи рабочей жидкости к гидроцилиндрам и других факторов и поддерживать необходимое распределение усилия прокатки по ширине полосы. Благодаря этому появляется возможность точного регулирования профиля, уменьшается разнотолщинность, волнистость и коробоватость, обеспечивается требуемая планшетность, точность прокатки и повышается качество прокатываемых полос.
При отказах оборудования или аппаратуры управления в одной из гидравлических линий блока управления и работоспособной другой гидравлической линии гидросистема автоматически переходит на работу в режиме совместного регулирования давления в гидроцилиндрах приводной стороны и стороны перевалки. В этом случае управление работой гидросистемы осуществляется от трехпозиционного гидрораспределителя работоспособной гидролинии. После перехода гидросистемы на работу с совместным регулированием давления в гидроцилиндрах параметры гидросистемы быстро восстанавливаются до требуемых значений. Например, на стане 2000 ОАО "Северсталь" восстановление параметров происходит в течение 0,5 сек. Это обеспечивает резервирование гидросистемы, повышение ее надежности, исключает необходимость вывода из работы рабочей клети, аварийной остановки прокатного стана и повышает его производительность. Сокращению внеплановых простоев стана способствует также применение обводных байпасов с обратными клапанами вокруг фильтров на гидролиниях подачи масла к гидроцилиндрам. Байпасы обеспечивают возможность замены фильтров и их очистки без вывода из работы рабочей клети и стана. Применение трубопроводов 49 и 50 для слива части жидкости из гидроцилиндров в сливную магистраль через гидрораспределители 12 и 13 при выходе полосы из валков уменьшают пиковые давления масла в гидросистеме и динамические нагрузки на оборудование валковой системы валки и подшипники валков, что также способствует повышению надежности оборудования и сокращению расхода валков и подшипников.
Благодаря применению обводных байпасов 40 и 42 вокруг фильтров 33 и 34 гидросистема может работать на менее дорогом масле без снижения надежности, что позволяет сократить расход масла и эксплуатационные расходы на производство листового проката.
Таким образом, применение предлагаемого технического решения обеспечивает достижение поставленного технического результата изобретения и рекомендуется к его широкому распространению в листопрокатном производстве.