Результат интеллектуальной деятельности: РОЛИК РОЛЬГАНГА ПРЕИМУЩЕСТВЕННО СТАНОВ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано в устройствах транспортирования горячего проката, например в отводящем рольганге широкополосного стана.

Известен ролик отводящего рольганга широкополосного стана, состоящий из цилиндрической бочки с коническими скосами на торцах. К каждому скосу примыкают насаженные на вал крыльчатки с изогнутыми лопастями, которые при вращении ролика отсасывают воздух с поверхности ролика в сторону подшипниковых опор. Предполагается, что при этом полоса прижимается к ролику и за счет этого повышается устойчивость полосы из-за исключения ее планирования при транспортировании на больших скоростях (см. авторское свидетельство СССР №1488053, В 21 В 39/10, 1987 г.).

Известное устройство имеет ряд недостатков. Для сохранения своей работоспособности все ролики отводящего рольганга широкополосного стана оборудованы принудительным охлаждением. В данной конструкции применима лишь внешняя подача охладителя, например воды, на бочку ролика. Под воздействием центробежных сил вода отрывается от поверхности ролика и в виде мелких капель взлетает над рольгангом, образуя между нижней поверхностью транспортируемой по рольгангу полосы и роликами рольганга водовоздушную смесь. При этом плотность воздушной среды под нижней поверхностью полосы становится намного больше, чем плотность относительно сухой среды над верхней поверхностью транспортируемой полосы. Из аэродинамики известно, что воздействие течения воздушного потока, имеющего скорость V, на каждую поверхность полосы можно описать как: р=р₀+ρV²/2, где р₀ - статическое давление воздуха, ρ - плотность воздушной среды (см., например, Альтшуль А.Д. и др. Гидравлика и аэродинамика - М.: Стройиздат, 1987. - 414 с.). Так как плотность воздушной среды под нижней поверхностью полосы из-за распыления воды роликами больше плотности среды над верхней поверхностью полосы, то аэродинамическое давление снизу превышает верхнее аэродинамическое давление, и передний конец полосы начинает «парить», взлетает вверх, полоса теряет устойчивость. Кроме того, вода из системы охлаждения роликов, попадая на полосу, неконтролируемо охлаждает ее, что вызывает трудности по учету величины этого охлаждения в системе управления температурой смотки полосы, которая существенна для получения требуемых механических свойств проката.

Также недостатком данного ролика является сложность его изготовления. Это связано с тем, что к различным участкам ролика предъявляются свои специфические требования: к бочке - износостойкость, к валу - прочность, и поэтому обычно элементы ролика изготавливают из различных материалов: бочка из чугуна, вал из стали. Эти материалы обладают разными механическими и теплофизическими свойствами, что при работе ролика на стане горячей прокатки может приводить к повышенным термическим напряжениям.

Известен ролик рольганга преимущественно станов горячей прокатки с внутренним охлаждением, содержащий бочку, насаженную через ступицы с отверстиями на полуоси. На торцах бочки смонтированы кольцевые фланцы, сквозь полости которых подается охлаждающая жидкость (см. авторское свидетельство СССР №503388, В 21 В 39/10, 1974 г.).

Недостатком конструкции известного ролика является разбрызгивание через полости фланцев охлаждающей жидкости, например воды, в окружающую среду и на транспортируемую полосу. Это приводит так же, как и у вышеописанного аналога, к потере устойчивости переднего конца тонкой полосы при транспортировке на высокой скорости и отклонении полученной температуры смотки полосы от заданной. Кроме того, в связи с тем, что источники разбрызгиваемой из ролика воды сосредоточены на торцах бочки ролика, которые не перекрываются полосой, происходит, во-первых, попадание большого количества воды на верхнюю поверхность полосы, что снижает достоверность показаний контрольно-измерительных приборов (датчики температуры, качества поверхности и геометрии полосы), во-вторых, неравномерное по ширине охлаждение полосы - боковые кромки охлаждаются интенсивнее, чем середина полосы, в третьих, вымывается смазка из подшипниковых опор роликов, что приводит к отказам подшипников и выходу из строя роликов из-за термического удара или местного износа роликов (дисбаланс).

В заявляемом устройстве решаются задачи повышения устойчивости транспортирования тонкой полосы по роликам, устранения неуправляемого неравномерного охлаждения полосы, повышения достоверности показаний контрольно-измерительных приборов и срока службы роликов рольганга и их подшипников. Данная задача решается за счет того, что у ролика рольганга с внутренним охлаждением преимущественно станов горячей прокатки, содержащего бочку, скрепленную с помощью несплошных ступиц с приводной и неприводной полуосями, с кольцевыми фланцами на торцах, образующими в бочке замкнутое пространство, в неприводной полуоси выполнено сквозное осевое отверстие для подачи охлаждающей жидкости, а кольцевые фланцы выполнены составными с упругими элементами и приспособлениями для их деформации, при этом бочка соединена с полуосями через ступицы жестко, а через фланцы - за счет сил трения деформированных упругих элементов, с возможностью продольного перемещения друг относительно друга.

На чертеже показан продольный разрез предлагаемого устройства.

Ролик рольганга с внутренним охлаждением преимущественно станов горячей прокатки состоит из бочки 1, закрепленной с помощью несплошных ступиц 2 с приводной полуосью 3 и неприводной полуосью 4, в которой выполнено сквозное осевое отверстие 5. На торцах бочки жестко закреплены составные кольцевые фланцы 6, которые включают в себя упругие элементы 7 и приспособления 8 для их деформации.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально, при сборке ролика с помощью приспособлений 8 для деформации упругих элементов 7, изготовленных из упругого эластичного материала, например из резины, производят некоторую монтажную деформацию упругих элементов 7, достаточную для герметизации сопряжении составных фланцев 6 с полуосями 3 и 4. На цапфы полуосей 3 и 4 устанавливают подшипниковые опоры (на чертеже не показаны), которые поддерживают ролик на рольганге. Передача крутящего момента на бочку 1, транспортирующую горячую полосу, производится через приводную полуось 3 и ступицу 2. Охлаждение бочки производится охлаждающей жидкостью, например водой, которая подается через осевое отверстие 5 в неприводной полуоси 4, например свободной струей из напорного сопла. Вода накапливается в пространстве, замкнутом бочкой 1, жестко закрепленными к ее торцам фланцами 6, упругими элементами 7, которые зажаты приспособлением 8 до появления герметичности в сопряжениях с полуосями и самими полуосями 3, 4. Под воздействием центробежной силы вода прижимается к внутренней поверхности бочки и равномерно распределяется вдоль ее образующей. Пар, образующийся в процессе охлаждения ролика, выходит из внутренней полости бочки в атмосферу через осевое отверстие 5 в полуоси 4 не оказывая никакого воздействия на полосу или оборудование. Если приток воды в полость превышает ее расход на испарительное охлаждение, то вода заполнит периферию полости бочки до осевого отверстия 5 и начнет через него выливаться наружу. При этом сливающийся поток не контактирует ни с полосой, ни с внешней поверхностью бочки ролика, ни с его подшипниковыми опорами так как, во-первых, слив достаточно удален от полосы и расположен за боковыми направляющими линейками рольганга и, во-вторых, отсутствует разбрызгивание воды из-за низкой окружной скорости потока, выливающегося через осевое отверстие.

В связи с тем, что температуры и материалы бочки и полуосей различные, существуют и различия в величине термические удлинения этих узлов в продольном направлении. Так как бочка через ступицы с полуосями соединена жестко, а через фланцы - не жестко, а лишь за счет сил трения деформированных упругих элементов 7, то различие в термических удлинениях бочки и полуосей не приведет к возникновению больших напряжений и разрушению узлов, а вызовет лишь продольное перемещение узлов друг относительно друга по сопряжению фланцев с полуосями.

Предлагаемый ролик преимущественно станов горячей прокатки позволяет устойчиво транспортировать тонкую полосу без взлетов и складываний, повысить достоверность показаний контрольно-измерительных приборов, повысить точность управления температурой смотки и равномерность распределения температуры по ширине полосы. Кроме того, это техническое решение позволяет повысить долговечность роликов рольганга и их подшипниковых опор, а также снизить расход воды на охлаждение роликов.