Результат интеллектуальной деятельности: ОПОРНЫЙ ИЛИ ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ВАЛОК В ПРОКАТНЫХ СТАНАХ ДЛЯ ПРОКАТКИ ПЛОСКОГО МАТЕРИАЛА

Изобретение относится к опорному или промежуточному валку в прокатных станах для прокатки плоского материала, в частности ленты, состоящему из цилиндрического сердечника и жестко соединенной с ним, коаксиально охватывающей его трубчатой рубашки, между которой и сердечником расположены гидравлически аксиально перемещаемые опорные тела, посредством которых рубашка валка опирается на сердечник.

В новейших полосовых горячепрокатных станах управление профилем и плоскостностью играет важную роль. При этом негативный и позитивный прогибы рабочих валков являются "классическим" исполнительным звеном, которое даже под нагрузкой обеспечивает изменение раствора валков. Поскольку, однако, условия, в которых прокатывается плоский материал, весьма различны, а ширина, толщина, профиль и материал изменяются так же, как скорость и температура прокатки, у обычных сегодня малых объемов партий должны существовать системы управления профилем и плоскостностью, располагающие большим диапазоном регулирования. По этой причине в последние годы в новых станах все шире используются дополнительные исполнительные звенья, из которых наиболее известными являются аксиально перемещаемые валки с ошлифованным профилем и поворачиваемые навстречу друг другу валки.

Эти известные системы в значительной степени отвечают, правда, требованию заказчиков новых прокатных станов, которым помимо прогиба рабочего валка хотелось бы иметь, по меньшей мере, одно дополнительное исполнительное звено, однако обе системы непригодны для регулирования также под нагрузкой.

Валки со шлифованным профилем, кроме того, не лишены недостатков, поскольку для получения нужных контуров необходима сложная шлифовальная обработка, которая к тому же должна быть очень точной по геометрии. Помимо этого прокатываемый материал при определенных условиях деформируется по краю и в середине по-разному; на каждую прокатную клеть требуется один валок с определенным контуром, который у каждой клети различен.

При перекрещивании валков, так называемый "Crossing", возникает тот недостаток, что угол перекрещивания валков требует особых мер для обеспечения равномерной угловой скорости, которая исключает использование для привода валков обычных шарнирных валов с крестовинами с цапфами. Кроме того, перекрещивание создает очень высокие осевые усилия, которые могут достигать до 10% радиального усилия прокатки. К тому же возникают проблемы при ведении прокатываемого материала; возникают скручивания прокатываемого материала.

В патенте ФРГ 3414242 предложен валок с родовыми признаками. У известного валка с рубашкой между сердечником и рубашкой помещают клинообразные кольца, которые при подаче жидкости под давлением перемещаются в продольном направлении валка. Клинообразные кольца взаимодействуют соответственно с клинообразно выполненными ответными поверхностями на внутренней стороне рубашки валка и за счет создания соответственно высокого гидравлического давления позволяют изменять бочкообразность валка, а также, тем самым, приспосабливаться к изменившимся усилиям прокатки и различной ширине прокатываемого материала. Клинья с относительно небольшим подъемом склонны, правда, к зажатию между сердечником и рубашкой валка, т.е. происходит самостопорение этих клиньев, лишь с трудом устраняемое под действием усилия прокатки. Поскольку клинья в известном решении выполняют функцию расширения рубашки валка, требуются очень высокие гидравлические давления, которые через поверхности клиньев следует преобразовывать в усилия расширения рубашки валка.

Задачей настоящего изобретения является за счет усовершенствования известного валка с рубашкой создание используемого, в частности, под действием усилия прокатки исполнительного звена для регулирования профиля и плоскостности, которое устраняло бы недостатки уровня техники и путем изменения профиля бочки валка обеспечивало бы в широких пределах подгонку к различным условиям при прокатке плоского материала.

Для решения задачи, согласно изобретению, предложено выполнить опорные тела, по меньшей мере, с двумя кольцевыми поршнями, расположенными симметрично середине валка и изолированными относительно сердечника и внутренней стороны рубашки валка, причем опорные тела состоят из нескольких, расположенных по наружной периферии кольцевых поршней, удаленных друг от друга в продольном направлении валка кольцеобразных опорных подшипников, к цилиндрической наружной поверхности которых может прилегать внутренняя поверхность рубашки валка.

В то время как в известных решениях расширяются большей частью края, в предложенном решении бочку можно сделать тоньше в средней зоне.

Предложенное решение пригодно для регулирования под нагрузкой, поскольку расширения рубашки валка не происходит, как в описанном выше уровне техники. За счет осевого перемещения, несущих опорные подшипники, кольцевых поршней изменяется их положение относительно длины валка, так что в зависимости от положения регулирования и, тем самым, поддерживающего действия рубашки валка возникает "жесткое" или "мягкое" выполнение валка. В наиболее простой возможной форме кольцевые поршни с опорными подшипниками движутся каждый в свое осевое конечное положение, где они, при необходимости, фиксируются неподвижными упорами. В конечном положении, в котором кольцевые поршни позиционированы в зоне середины валка, применен "жесткий" поддерживаемый валок. В конечном положении, в котором кольцевые поршни позиционированы вблизи краевой зоны валка, применен "мягкий" валок. Движение кольцевых поршней происходит посредством масла под давлением, которое по вращательным соединениям направляют через сердечник валка.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения предусмотрено, что кольцевые поршни выполнены по типу телескопических поршней и, в свою очередь, несут независимо управляемые, аксиально перемещаемые кольцевые поршни, на которых выполнены дополнительные, удаленные друг от друга кольцеобразные опорные подшипники, причем расстояния от опорных подшипников до расположенных на других кольцевых поршнях опорных подшипников, а также их положение могут изменяться относительно продольной протяженности валка за счет перемещения кольцевых поршней.

Таким образом, например, у жестко установленного валка для ширины ленты 2000 мм рубашка валка опирается на его сердечник посредством десяти или двенадцати опорных подшипников, которые установлены так, что примерно равное расстояние между опорными подшипниками посередине между двумя опорами составляет около 110 мм. При соответствующем расчете рубашки валка при нагрузке 4000 т может быть достигнут прогиб в середине бочки 2 мм.

В "мягком" положении того же валка между опорными подшипниками устанавливают пролет около 1350 мм. При соответствующем расчете прогиб в середине бочки валка составляет при нагрузке 4000 т приблизительно 6 мм. На этом примере видно, что разные прогибы валка при одинаковой нагрузке и различных положениях кольцевых поршней обеспечивают установку, по меньшей мере, двух различных венцов, причем точное регулирование может происходить посредством до сих пор применяемого прогиба рабочего валка. Преимущество изобретения за счет независимо управляемых кольцевых поршней, аксиально перемещаемых по первым кольцевым поршням, обеспечивает произвольное число промежуточных положений, в которых кольцевые поршни и, тем самым, опорные подшипники могут быть установлены асимметрично середине валка. Для этой цели используют расходомеры подаваемого количества масла, благодаря чему кольцевые поршни занимают произвольное промежуточное положение.

FEM-исследования показали, что распределение усилия прокатки по рабочему валку в упрощенном виде соответствует погонной нагрузке и что распределение опорного усилия по опорному валку имеет, однако, иной характер. Опорное усилие возрастает от края ленты к середине и примерно на 1/3 ширины ленты достигает своего максимального значения. Максимальное значение сохраняется примерно до 2/3 ширины ленты, а затем снова падает до нуля. Исследования показывают, что 2/3 нагрузок должны восприниматься на среднем отрезке опорного валка.

В соответствии с этим фактом, согласно другому признаку изобретения, предложено, что, по меньшей мере, четыре, предпочтительно десять-двенадцать опорных подшипников, по меньшей мере, на двух-четырех кольцевых поршнях симметрично распределены по длине валка, причем расстояния между соседними опорными подшипниками в средней зоне валка выбраны меньше, чем увеличивающиеся к краю расстояния. Расстояния, меньшие в средней зоне валка из-за более высокой нагрузки, возрастают, следовательно, к краю до больших значений, благодаря чему может быть достигнута гармоническая кривая прогиба валка.

Таким образом, диапазон регулирования можно использовать в большей степени, чем это было возможно до сих пор, поскольку, согласно изобретению, учтен тот фактор, что при переходе на рабочий валок и прокатываемый материал теряется большая часть опорного усилия. Ориентировочно учтено то, что около 1/3 венца на опорном валке приходится на прокатываемый материал. Достигаемого благодаря изобретению значения около 1,3 мм в большинстве случаев достаточно, и это в сочетании с эффективным прогибом валка является приемлемым исполнительным звеном, даже у переналаженных прокатных клетей.

Расчеты значений прогиба валка, согласно изобретению, показывают, кроме того, что валок в жестком положении имеет прогиб лишь на 0,2 мм больше, чем массивно выполненный валок. Это означает, что даже выполненный, согласно изобретению, из сердечника и рубашки опорный валок обладает еще достаточно высокой жесткостью.

В оптимальном выполнении изобретения предложено, что кольцевые поршни, расположенные симметрично непосредственно с обеих сторон от середины валка, выполнены с возможностью упора друг в друга торцами в своих выдвинутых конечных положениях. Это означает, что соседние в зоне середины валка кольцевые поршни для достижения своего среднего конечного положения нагружаются гидравлической жидкостью до тех пор, пока они не будут самоцентрированно прилегать друг к другу.

В особенно оптимальном выполнении изобретения предусмотрено, что в середине валка на его сердечнике и/или на внутренней стороне рубашки расположена двухконусная опорная кольцевая поверхность с имеющим в сечении форму крыши с крутым конусом, которая взаимодействует с соответственно конически уплощенными концевыми частями кольцевых поршней в их среднем конечном положении. За счет этого предложения становится возможным зажимать или ослаблять систему с малым осевым ходом, причем из-за крутого конуса около 10^o или более не может возникнуть самостопорение, как это происходит в уровне техники. Конически выполненная концевая часть кольцевого поршня используется только в "жестком" положении, когда прилегающие друг к другу конусные поверхности поддерживают рубашку валка в средней зоне и из "построенного" валка с рубашкой создают практически цельный валок.

Конечно, также в этом решении можно за счет повышения гидравлического давления кольцевого поршня использовать конусную пару между рубашкой валка и кольцевым поршнем для расширения рубашки посередине и, таким образом, в жестком положении немного компенсировать прогиб рубашки вследствие усилия прокатки. Основным смыслом двухконусной опорной кольцевой поверхности является, однако, поддержание средней рубашки валка в "жестком" положении базовых кольцевых поршней, т.е. в середине валка.

Согласно другому выполнению изобретения, рубашка валка может состоять из охватывающей кольцевые поршни базовой и сменной быстроизнашивающейся частей. При этом можно закрепить наружную рубашку на базовой части за счет усадки или нанести на рубашку валка удаляемые покрытия.

В оптимальном выполнении изобретения поверхности скольжения в отверстиях азотированы, а кольцевые поршни имеют снаружи бронзовую поверхность, с тем чтобы улучшить скользящие свойства и уменьшить износ. По той же причине, согласно другому признаку изобретения, предложено использовать в качестве гидравлической жидкости смазочное масло, поскольку, с одной стороны, давления, необходимые для перемещения кольцевых поршней, малы (около 30 бар) по сравнению с давлениями, необходимыми в решении, согласно уровню техники, а, с другой стороны, используемое смазочное масло способствует скользящим свойствам.

Пример выполнения изобретения изображен на чертеже и описан ниже. Позицией 1 обозначен опорный валок, согласно изобретению, который состоит из сердечника 2, шеек 4, опирающихся на роликоподшипники 3 с цилиндрическими роликами, и жестко соединенной с сердечником 2 рубашки 5. Вращение рубашки 5 вместе с сердечником обеспечивается гильзой 6, которая зубчатым венцом 7 входит в зацепление с зубчатым венцом 8 шейки валка. Опорный валок 1 снабжен в изображенном примере составной рубашкой 5, состоящей из базовой 5а и сменной быстроизнашивающейся 5b частей. Рубашка валка может быть, само собой, также цельной. Между рубашкой валка, обозначенной далее упрощенно поз. 5, и сердечником 2 расположены заявленные кольцевые поршни 9, на которых расположены дополнительные кольцевые поршни 10, те и другие аксиально перемещаемые независимо друг от друга, причем в верхней части чертежа показано, что кольцевые поршни смещены, образуя "жесткий" опорный валок, а в нижнем изображенном положении кольцевые поршни образуют "мягкий" опорный валок.

Кольцевые поршни 9 скользят своими покрытыми бронзой поверхностями по азотированным поверхностям рубашки и сердечника и герметизированы (не показано) как от сердечника, так и от внутренней поверхности рубашки. За счет подачи средства под давлением, в данном случае смазочного масла, по вращательному вводу (не показан) и подающим отверстиям 11 и 12 кольцевые поршни 9 перемещаются с каждой стороны середины валка, за счет чего изменяется положение опорных подшипников, обозначенных буквами от А до К. В равной степени можно за счет нагружения маслом под давлением изменять установку кольцевых поршней 10, скользящих по кольцевым поршням 9 и также герметизированных от внутренней поверхности рубашки 5, так что может изменяться и положение опорных подшипников по длине опорного валка 1. Изображенный в примере выполнения опорный валок содержит, в целом, десять опорных подшипников А-К, образованных кольцеобразными выступами кольцевых поршней 9, 10 и имеющих цилиндрические наружные поверхности, которые прилегают к цилиндрической внутренней стороне рубашки 5, поддерживая ее. Опорные подшипники Е и F, непосредственно соседние со средней зоной опорного валка 1, выполнены в виде крутого конуса, прилегающего к двойному конусу 15 в форме крыши, выполненному на внутренней поверхности рубашки 5. В конечном положении смещенных кольцевых поршней 9, показанном в верхней части чертежа, конусообразные концевые части кольцевых поршней 9 прилегают к двойным конусным поверхностям 15 и поддерживают, тем самым, "жесткую" версию опорного валка 1, когда его средняя зона опирается непосредственно на сердечник 2. В нижней части чертежа кольцевые поршни 9 отведены назад настолько, что двойной конус 15 освобождается и опорный валок 1 может, тем самым, "мягко" деформироваться.