Механизм и устройства для установки валков

4.6.1. Классификация

Установка валков в общем случае имеет два основных назначения:

1. регулирование взаимного положения валков с целью обеспечения прокатки профиля заданных размеров и с заданными обжатиями, причем у некоторых станов это расстояние меняется после каждого пропуска.

2. регулирование положения валков по отношению к уровню рольганга.

В клетях дуо, кварто и двойное дуо расстояние между валками изменяется перемещением верхних валков. Нижние валки перемещаются лишь во время перенастройки стана или во время смены валков с целью сохранения постоянного уровня прокатки.

В клетях трио с постоянным взаимным положением калибров расстояние между валками регулируют перемещением верхнего и нижнего валков. Средний валок неподвижен.

У листовых клетей трио, где расстояние между валками меняется почти при каждом проходе, нижний валок неподвижен и расстояние между валками меняется перемещением верхнего валка. Средний валок специальным механизмом прижимается то к верхнему, то к нижнему валкам. Установочный механизмы верхнего валка наиболее распространены. Конструкции их зависят от скорости, величины перемещения

В зависимости от типа привода различают нажимные механизмы:

1. с ручным приводом для большинства сортовых станов, работающих с постоянным взаимным положением калибров, где ими пользуются при настройке и смене валков;

3. с электромеханическим приводом;

4. с гидравлическим приводом.

В зависимости от скорости установки валка различают:

1. быстроходные электрифицированные со скоростью перемещения больше 3мм/сек., применяются у заготовочных, толсто и средне сортовых станов;

2. тихоходные электрифицированные со скоростью перемещения менее 3 мм/сек., применяются у станов «дуо» и «кварто» при прокатке тонких листов с малыми обжатиями;

3. гидравлические нажимные устройства, применяются для автоматизации регулирования толщины прокатываемого металла и уменьшения инерционности нажимного механизма.

4.6.2. Устройство нажимных механизмов

Характерной особенностью быстроходных нажимных механизмов является значительная высота подъема валка. Поэтому во всех механизмах данного типа валок перемещается нажимными винтами, а редких случаях - гидравлическими цилиндрами. Кинематическая схема быстроходного нажимного механизма блюминга «1250» представлена на рисунке 26:

7 8 9 11

А А А

10

1 2 3 4 5

6

7 12 8 9 3

1-станина, 2- гайка, 3-винт, 4-узел пяты с подпятником, 5- рабочий валок, 6-подушка, 7-приводное колесо, 8- промежуточная (паразитная ) шестерня, 9-шестерня сцепления, 10- гидроцилиндр, 11- электродвигатель.

Рисунок 26 – Кинематическая схема нажимного механизма блюминга «1250»

Нажимной механизм включает в себя два нажимных винта, квадратные хвостовики которых скользят в соответствующих отверстиях ступиц приводных колес горизонтального цилиндрического редуктора. Вращение нажимным винтам передается от двух вертикальных двигателей постоянного тока, на валы которых насажены приводные шестерни. Жесткая кинематическая связь между винтами обеспечивается паразитными шестернями, одна из которых может выходить из зацепления с помощью гидроцилиндра. Такая конструкция позволяет включать независимо каждый электродвигатель для регулировки положения подшипников рабочего валка при настройке стана во время перевалки, или при неравномерном их износе в процессе работы.

В тихоходных нажимных механизмах (рисунок 27) нажимные винты приводятся во вращение через два последовательно установленных редуктора. При этом часто применяются глобоидные передачи, обеспечивающие большую нагрузку при меньших габаритах. У этих механизмов передаточное отношение достигает величины несколько тысяч для обеспечения заданной скорости и возможности осуществлять перемещение валка во время прокатки.

1-муфта сцепления; 2-электродвигатель ; 3- муфта; 4-червячный редуктор; 5- глобоидный редуктор; 6-нажимной винт; 7-коническая передача механизма указателя раствора между валками; 8-кинематический редуктор; 9-сельсин; 10- электродвигатель механизма указателя раствора; 11- гидроцилиндр уравновешивания валка.

Рисунок 27 - Тихоходный нажимной механизм

Нажимные винты воспринимают усилие прокатки и передают его через нажимные гайки станине. Промежуточными элементами между подушкой валка и винтом являются сферические стальная пята, закрепляемая на винте, и подпятник, устанавливаемый на подушке. Нажимные винты выполняют из легированных сталей, гайки и подпятники из бронзы АЖМц 10-3-1,5. Гайки устанавливаются в станинах и от проворачивания закрепляются с помощью шпонок. Гайки нажимных винтов являются наиболее быстроизнашивающими деталями, поэтому у реверсивных обжимных станов они выполняются с увеличенной высотой профиля по отношению к профилю винта, смазывают жидкой смазкой и выполняют водоохлаждаемыми. Форма резьбы винтовой передачи прямоугольная или трапецеидальная, угол подъема винтовой линии не должен превышать угла трения для предотвращения самоотвинчивания под нагрузкой (обычно меньше 6⁰ ). В связи с низким КПД винтовых передач, большим моментом инерции и ростом установленной мощности двигателей электромеханических нажимных механизмов, особенно на реверсивных обжимных станах, привлекает внимание опыт использования для этих целей гидравлического привода на блюминге «850» в г.Сент-Этьен (Франция) (рисунок 28). Установка валка вниз осуществляется рабочим цилиндром, а подъем – при помощи возвратного цилиндра. Эти перемещения происходят при соединении полости рабочего цилиндра с насосно-аккумуляторной станцией (НАС) или со сливом включением двигателя управляющего золотника. Двигатель располагается на подвижной траверсе, которая соединена с подушкой валка и с плунжером возвратного цилиндра штангами. Так как управляющий золотник закреплен на станине, а траверса штангами прикреплена к подушке, то изменение расстояния между управляющим золотником и конической передачей компенсируется движением конического колеса с запрессованной в нем гайке по длинному винту со скоростью установке валка. При этом двигатель работает в течении всего времени установки валка. Длина винта соответствует максимальному перемещению валка. Так как диаметр рабочего цилиндра гораздо больше диаметра возвратного, то при движении вниз жидкость из возвратного цилиндра вытесняется в напорную магистраль. При подъеме валка полость рабочего цилиндра соединяется со сливом и усилия возвратного цилиндра достаточно, чтобы перемещать его вверх с заданной скоростью.

В связи с тем, что высота столба жидкости в рабочем цилиндре значительная, то при приложении нагрузки произойдет ее сжатие и отход валка. То есть обжатие заготовки не будет соответствовать заданному. Для компенсации сжатия жидкости в гидросистеме предусмотрена установка плавающего золотника, который автоматически совместно с управляющим золотником соединяет НАС со вспомогательным цилиндром мультипликатора, рабочий цилиндр которого создает давление, превышающее давление в рабочем цилиндре валка и дополнительно подает жидкость в размере объема сжатой жидкости. В начале роста давления в рабочем цилиндре валка происходит отжатие валка с одновременным подъемом траверсы, винта. Управляющий золотник соединяет НАС с плавающим золотником, который в свою очередь смещается давлением жидкости в рабочем цилиндре, соединяя вспомогательный цилиндр мультипликатора с напорной магистралью. Жидкость из рабочего цилиндра мультипликатора подается в рабочий цилиндр валка, валок возвращается в исходное положение с одновременным возвратом управляющего золотника в нейтральное положение. По окончанию прокатки давление в рабочем цилиндре валка снижается, плавающий золотник возвращается в исходное положение, соединяя вспомогательный цилиндр мультипликатора со сливом и возвратом его плунжеров в исходное положение.

9 10 11

8

7 к НАС

13 12

3 4 6 5

1

2

1-валок; 2-подушка; 3-станина; 4-рабочий цилиндр; 5-возвратный цилиндр; 6-штанга; 7-мультипликатор; 8-траверса; 9-электродвигатель; 10- коническая передача; 11-винт; 12-управляющий золотник; 13-плавающий золотник.

Рисунок 28 - Гидравлическое нажимное устройство блюминга «850» в Сент-Этьене (Франция)

4.6.3. Устройства для уравновешивания валков

Для того, чтобы не было ударов при захвате металла валками из-за возможных зазоров подушек с нажимными винтами и в резьбе последних применяются уравновешивающие устройства. Для выборки зазоров со стороны уравновешивающего механизма прикладывается усилие (Р_ур), превышающее вес валка, нажимных винтов, подпятников и проводковой арматуры (G_ур ) на 10-30%:

Р_ур = (1,1 – 1,3)G_ур

Уравновешивающие устройства подразделяются на:

1. .грузовые;

2.пружинные;

3.гидравлические.

Грузовое уравновешивание (рисунок 29) применяется на обжимных станах при перемещениях валка до 2000мм.

Рисунок 29 - Грузовое уравновешивание верхнего валка

Уравновешивание происходит с помощью вертикальных штанг, упирающихся в подвески подшипника прокатного валка. Усилие на штангах создается двумя контрогрузами, расположенных на грузовых рычагах и промежуточные серьги.

Грузовое уравновешивание весьма надежно в работе, однако расположение громоздких грузов под клетью сильно усложняет фундамент, затрудняет перевалку.

Пружинные уравновешивающие устройства (рисунок 30) используются на станах, где положение валка в процессе работы не меняется. Пружины затягиваются с помощью гаек установленных на тягах, прикрепленных к траверсе. Усилие переуравновешивания, создаваемое пружинами, в пределах перемещения валка должно обеспечить плотное прижатие подушек к нажимным винтам.

Рисунок 30 – Пружинное уравновешивающее устройство

Установочные механизмы с гидравлическим уравновешиванием рисунок 31) выполняют обычно с одним или четырьмя гидроцилиндрами. Обычно для уравновешивания используются плунжерные цилиндры, усилие которых обеспечивается давлением от насосно- аккумуляторных станций. Верхний валок уравновешивается цилиндром, установленным на траверсе, соединяющей станины рабочей клети. Плунжер цилиндра связан с коромысломи посредством двух тяг с траверсой, соединяющей подушки валка между собой.

Рабочие валки уравновешиваются двумя парами гидроцилиндров, установленными между их подушками.

Насосы насосно-аккумуляторной станции используются только для зарядки аккумуляторов и пополнения утечек. Возможно использование как грузового, так и газового аккумуляторов.

О

Рисунок 31- Схема гидравлического уравновешивания валков стана «кварто».

4.6.4. Расчет мощности привода нажимного механизма

Для станов с постоянным расположением калибров, непрерывных станов, у которых нажимной механизм работает только при настройке стана, мощность двигателей определяется по статическому моменту:

,

где - угол трения в резьбе; ;

-коэффициент трения;

d_ср – средний диаметр винта;

d_п - диаметр пяты;

_{α –} угол подема винтовой линии, α=arctg

h – шаг винта;

_{i –} передаточное число редуктора.

ŋ_мех - кпд редуктора.

В уравнении знак плюс относится к расчетам момента при движении валка вниз, а знак минус - при движении вверх.

Необходимая мощность двигателей равна:

где - число оборотов двигателя в минуту.

Нажимные механизмы реверсивных обжимных станов работают в повторно-кратковременном режиме и двигатели их должны проверяться на нагрев за цикл прокатки с учетом графика перемещения валка. При этом необходимо предварительно выбрать двигатели на основе статического момента или по аналогам существующих механизмов.

При работе в повторно кратковременном режиме эквивалентный момент за цикл не должен превышать номинальный мо­мент двигателя

.

Величина эквивалентного момента определяется по формуле

,

где - текущее значение момента механизма, приведенное к валу двигателя;

- текущее время;

- цикл работы механизма.

Время работы нажимного устройства, необходимое для установки верхнего валка, зависит от величины перемещения валка и от ускорений, и скоростей, с которыми это ускорение осуществляется. Подъем валка часто осуществляется быстрее, чем опускание, ввиду действия усилия переуравновешивания.

При перемещениях валка в пределах, не превышающих величины обжатий, скорость перемещения обычно не достигает своего максимального значения и диаграмма изменения скоростей изображается треугольником (рисунок 32,а). При значительных перемещениях валка (кантовке, ребровых пропусках, на­чальной паузе) диаграмма перемещений имеет форму трапеции (рисунок 32б).

а) б)

Рисунок 32 - Графики скорости перемещения валка

В соответствии с этим графики изменения моментов на двигателе будут иметь участки как суммы (разности) динамического и статическо­го моментов, так и участки только статического момента. Причем зна­чения динамического и статического моментов не являются постоянными величинами и зависят от направления движения валка, разгона или тор­можения механизма.

Значение статического момента, приведенного к валу двигателя, определяется по выше приведенной формуле:

Динамический момент равен:

,

где ε- угловое ускорение (замедление) привода.

- момент инерции механизма, приходящийся на один двигатель:

.

Угловое ускорение (замедление) привода зависит от величины и направления действия момента двигателя и статического момента. При разгоне угловое ускорение

где - коэффициент перегрузки двигателя во время разгона,

При торможении угловое замедление определяется по формуле

где - коэффициент перегрузки двигателя при торможении

.

Соответственно угловому ускорению и замедлению двигателя линей­ные ускорение и замедление нажимных винтов

; .

На практике для удобства работы операторов станов настройку ускорений привода производят на примерно одинаковую величину регу­лированием и .

С целью упрощения расчетов используют эквивалентные угловые и линейные ускорения при пуске и торможении (рисунок 33):

Рисунок 33 - Усредненные графики скорости перемещения валка и действующих моментов

; .

Для определения времени при расчете эквивалентного мо­мента необходимо определить номинальную скорость опускания винтов :

^,

где - число оборотов двигателя в минуту.

При малых перемещениях двигатель нажимного устройства не выхо­дит на номинальную скорость, тогда время разгона механизма бу­дет равняться времени торможения .

.

Работа по треугольному графику имеет место, когда перемещение меньше критического соответствующего достижению номинальной скорости вращения двигателя .

При перемещениях валка, когда , имеет место участок на скоростной диаграмме с постоянной скоростью. Тогда время установившегося движения:

.

Определив значения моментов и время их действия для каждого перемещения валка за цикл прокатки, определяется эквивалентный момент, который должен быть меньше номинального момента двигателя. В случае, если эквивалентный момент больше номинального, двигатель нажимного устройства не проходит по нагреву, тогда необходимо увеличить мощность двигателя. А для действующего стана необходимо пересмотреть режим ускорений привода или увеличить цикл прокатки до величины равной: