Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ НАСТРОЙКИ КОСОВАЛКОВОЙ ПРАВИЛЬНОЙ МАШИНЫ ПРИ ПРАВКЕ ТРУБ С ТЕМПЕРАТУРОЙ 500-700°C

Изобретение относится к трубопрокатному производству и может быть использовано при настройке косовалковых трубоправильных машин в линиях термических отделений трубопрокатных цехов.

Известен способ правки цилиндрических изделий косорасположенными валками, включающий регулировку угла подачи, установку раствора валков, установку раствора между профилированными заходными участками валков [Патент РФ №2011452, МПК(5) В21D 3/02, заявл. 26.07.1991, опубл. 30.04.1994].

Недостатком известного способа является его применение только для настройки правильных машин, используемых для правки цилиндрических изделий типа труб, имеющих выпуклые поверхностные неровности.

Также известен способ настройки косовалковой правильной машины, согласно которому, задаваясь начальной кривизной и кривизной перегиба трубы в холодном состоянии, расчетным путем определяют конечную кривизну трубы после правки, а затем после проведения нескольких настроечных правок определяют необходимую величину смещения изгибающей обоймы для получения прямой трубы. [Маскилейсон A.M. Трубоправильные машины // A.M.Маскилейсон, А.И.Сапир, Ю.С.Комиссарчук - М.: Машиностроение, 1971 - С.88].

Недостатком способа является его применение для настройки косовалковых правильных машин, используемых для правки холодных труб.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ настройки косовалковой правильной машины для холодной правки труб, состоящей из приводных тянущих и изгибающих двухвалковых обойм, включающий определение необходимой величины смещения изгибающей обоймы путем расчета прогиба балки на двух опорах под действием приложенной силы, в качестве которой рассматривается давление металла на валки, с последующим проведением настроечных правок [Безклубенко Н.Б. Правка труб. - Москва-Ленинград: ОНТИ НКТП СССР, 1936. С.54-55].

Недостатком способа по прототипу является низкая точность настройки, так как расчетная величина смещения изгибающих обойм на 73-78% соответствует необходимой для получения прямой трубы, что приводит к снижению производительности.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в разработке способа настройки косовалковых трубоправильных машин, предназначенных для правки труб с температурой 500-700°С в линиях термических отделений, обеспечивающего повышение производительности трубоправильной машины за счет высокой точности расчета величины смещения изгибающих обойм.

Решение технической задачи достигается тем, что способ настройки косовалковой трубоправильной машины, содержащей приводные тянущие и изгибающие двухвалковые обоймы, включает смещение изгибающих обойм от оси правки в направлении, противоположном искривлению трубы на величину, определяемую из выражения:

Н≥σ_т×k×(2L_ш-0,8L_б)²/(6Е×D), мм,

где σ_т - предел текучести материала выправляемой трубы в зависимости от температуры, кгс/мм²;

k - коэффициент кривизны трубы перед правкой определяется опытным путем;

L_ш - шаг валков, мм;

0,8 - отношение длины линии контакта трубы к длине бочки валка;

L_б - длина бочки валка, мм;

Е - модуль упругости материала выправляемой трубы в зависимости от температуры, кгс/мм²;

D - наружный диаметр выправляемой трубы, мм;

Способ настройки выполняется следующим образом.

В линиях термических отделений, в состав которых входят правильные машины и многоклетьевые двух- или трехвалковые калибровочные станы, обрабатывают высокопрочные трубы различной групп прочности с температурой 500-700°С и максимальной величиной предела текучести σ_т, равной 113,7 кгс/мм². В связи с чем при настройке правильных машин учитывают механические характеристики труб: предел текучести σ_т, модуль упругости Е в вышеуказанном температурном интервале и исходную кривизну трубы с помощью коэффициента k, определяемого опытным путем, исходя из соотношения исходной (начальной) и конечной (требуемой) кривизны выправляемой трубы. Под кривизной в этом случае понимают стрелу прогиба трубы в миллиметрах, на 1 метр трубы, как это предусмотрено в нормативной документации на трубы.

При правке труб, имеющих исходную (начальную) кривизну, которая в 1,3-1,5 раза превышает конечную (требуемую) кривизну, коэффициент кривизны труб k определяют как частное от деления исходной (начальной) кривизны на конечную (требуемую) кривизну.

При правке труб с большей исходной (начальной) кривизной коэффициент кривизны труб k определяют как частное от деления конечной (требуемой) кривизны на исходную (начальную) кривизну.

Указанный порядок в определении коэффициента кривизны k сохраняется для каждой обоймы в правильных машинах с двумя изгибающими обоймами.

Правку выполняют путем изгиба трубы при ее продольном и вращательном перемещении за счет смещения изгибающих обойм от оси правки вверх или вниз в направлении, противоположном искривлению трубы, на величину, определяемую из выражения:

Н≥σ_т×k×(2L_ш-0,8L_б)²/(6Е×D), мм;

где σ_т - предел текучести материала выправляемой трубы в зависимости от температуры, кгс/мм²;

k - коэффициент кривизны трубы перед правкой определяется опытным путем;

L_ш - шаг валков, мм;

0,8 - отношение длины линии контакта трубы к длине бочки валка;

L_б - длина бочки валка, мм;

Е - модуль упругости материала выправляемой трубы в зависимости от температуры, кгс/мм²;

D - наружный диаметр выправляемой трубы, мм,

при этом пластическая деформация превышает упругую, что позволяет выправить трубу за счет остаточной деформации.

Если калибровку выполняют в двухвалковом калибровочном стане, а правку осуществляют в косовалковых трубоправильных правильных машинах с двумя двухвалковыми тянущими обоймами на входе и выходе и одной двухвалковой изгибающей обоймой между ними, то величину смещения Н изгибающей обоймы от оси правки меняют в пределах от 3 мм до 20 мм. В случае, если калибровку труб выполняют в трехвалковом калибровочном стане, а правку труб осуществляют в косовалковых правильных машинах с двумя двухвалковыми изгибающими обоймами, размещенными между тремя двухвалковыми тянущими обоймами, то величину смещения Н первой изгибающей обоймы меняют в пределах 0,1-5,7 мм, а второй изгибающей обоймы - в пределах 0,0-2,8 мм.

В связи с тем, что контакт трубы с косораспопоженным валком с гиперболоидной формой рабочей поверхности определяется его размерами, в выражение введено отношение длины линии контакта трубы к длине бочки правильного валка, равное 0,8.

Наличие неровностей различного характера и размеров по всей длине правящихся труб приводит к тому, что смещение изгибающих обойм осуществляют вверх или вниз от оси правки.

При настройке правильной машины оперируют параметрами механических свойств металлов выправляемых труб при реальной температуре правки, учитывают исходную кривизну труб, при этом расчетная величина смещения изгибающих обойм на 97-99% соответствует необходимой для получения прямой трубы, что способствует уменьшению времени настройки и повышению производительности трубоправильной машины на 10-18%.

Пример использования

Правке подвергают трубы нефтяного сортамента размером 73×5,5 мм марки стали 30ХМА, группа прочности М, Р110:

- Правку труб после отпуска с температурой 550°С и калибровки в двухвалковом калибровочном стане проводят в косовалковой правильной машине с двумя двухвалковыми тянущими обоймами - на входе и выходе и двухвалковой изгибающей обоймой между ними. Средняя исходная (начальная) кривизна трубы 1,861 мм на 1 м, а конечная (требуемая) 1,5 мм на 1 м. Коэффициент кривизны k=1,861/1,5=1,241.

L_ш=750 мм; L_б=440 мм; σ_т=54 кгс/мм²; Е=1,68×104 кгс/мм²; D=73 мм; k=1,241.

Смещение изгибающей обоймы:

Н≥54×1,241×(2*750-0,8*440)²/6*1,68×10⁴×73>12 мм;

- Правку труб после отпуска с температурой 570°С и калибровки в трехвалковом калибровочном стане проводят в косовалковой трубоправильной машине с тремя двухвалковыми тянущими обоймами и двумя двухвалковыми изгибающими обоймами, размещенными между ними. Средняя исходная (начальная) кривизна трубы равна 8,7 мм на 1 м, а после прохождения первой изгибающей обоймы кривизна трубы равна 1,5 мм на 1 м. Коэффициент кривизны k₁=1,5/8,7=0,172. Конечная (требуемая) кривизна после прохождения второй изгибающей обоймы равна 0,2 мм на 1 м, начальной является кривизна, полученная после прохождения трубой первой изгибающей обоймы, и равна 1,5 мм на 1 м. Коэффициент кривизны k₂=0,2/1,5=0,13.

L_ш=800 мм; L_б=440 мм; σ_т=54 кгс/мм²; Е=1,65×10⁴ кгс/мм²; D=73 мм²; k₁=0,172; k₂=0,13.

Смещение первой изгибающей обоймы:

H₁≥54×0,172×(2*800-0,8*440)²/6*1,65×10⁴×73≥2,0 мм;

Смещение второй изгибающей обоймы:

Н₂≥54×0,13×(2*800-0,8*440)²/6*1,65×10⁴×73≥1,0 мм;

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не были выявлены. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

Заявленное техническое решение опробовано в промышленных условиях при производстве нефтегазовых труб размером 159×10 мм марки стали 20 с, гр. прочности К52 в количестве 1975 штук. Правка труб производилась в косовалковой трубоправильной машине с тремя тянущими обоймами и двумя изгибающими обоймами после калибровки в трехвалковом калибровочном стане. Смещение первой изгибающей обоймы H₁=0,4 мм, смещение второй изгибающей обоймы Н₂=0,2 мм, температура перед правкой 670°С. Кривизна фактически составила 0,1-0,9 мм/м. Расчетная величина смещения изгибающих обойм на 99,95% соответствовала необходимой для получения прямой трубы.