предохранительное устройство прокатной клети
Классы МПК: | B21B33/00 Предохранительные устройства, не отнесенные к другим рубрикам; блоки выключения; устройства для расклинивания валков |
Автор(ы): | Артюх Г.В. |
Патентообладатель(и): | Мариупольский металлургический институт |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-06-24 публикация патента:
15.10.1994 |
Использование: защита от технологических перегрузок рабочих клетей обжимных станов, черновых групп толстолистовых и тонколистовых станов горячей прокатки. Предохранительное устройство прокатной клети, размещенное между нажимным средством и подушкой прокатного валка, включает пуансон, основание и бандаж, образующие рабочую полость, заполненную эластомером. Бандаж образован двумя взаимодействующими друг с другом кольцами, одно из которых является внешним и выполнено из хрупкого или пластичного материала, а другое - внутренним и выполнено из пластичного материала. При выполнении внешнего кольца из хрупких материалов отношение временного сопротивления разрыву материала внешнего кольца к пределу текучести материала внутреннего кольца должно быть меньше отношения модулей продольной упрогости материалов внешнего и внутреннего колец. При выполнении внешнего кольца из пластичного материала оно снабжено по меньшей мере двумя проточками, выполненными в виде канавок, размещенных на внешней поверхности кольца параллельно оси нажимного средства. Возможна установка пластичного кольца относительно внутреннего с натягом. Внешнее и внутреннее кольца выполнены равновысокими. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7
Формула изобретения
1. ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ПРОКАТНОЙ КЛЕТИ, включающее пуансон и корпус, образующие рабочую полость, заполненную материалом, передающим давление, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде основания и кольцевого бандажа, в качестве материала-заполнителя рабочей полости применен эластомер, при этом бандаж образован двумя взаимодействующими коаксиально установленными кольцами, внутреннее из которых выполнено из эластичного материала. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внешнее кольцо выполнено из хрупкого материала, при этом механические характеристики материалов внешнего и внутреннего колец удовлетворяют условию![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021048/963.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021048/963.gif)
где
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021048/963.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021048/963.gif)
E1, E2 - модули продольной упругости материалов внешнего и внутреннего колец. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на внешней поверхности внешнего кольца выполнены по меньшей мере две проточки в виде канавок, параллельных продольной оси устройства и равномерно распределенных по периметру кольца. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что внешнее кольцо установлено относительно внутреннего с натягом. 5. Устройство по пп.1 - 4, отличающееся тем, что внешнее и внутреннее кольца равны между собой по высоте.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для защиты от технологических перегрузок рабочих клетей обжимных станов, черновых групп толстолистовых станов и тонколистовых станов непрерывной прокаткиИзвестно предохранительно-разгрузочное устройство прокатной клети, в котором пуансон и корпус, установленные над нажимным средством, образуют рабочую полость, заполненную передающим давлением материалом и связанную с дополнительной полостью сквозным отверстием, перекрытым разрывным стаканом (1) либо срезным диском (2). Недостатком устройства являются большие динамические нагрузки в клети при срабатывании устройства, конструктивная сложность, обусловленная необходимостью выполнения в корпусе двух полостей; увеличение габаритов устройства по высоте, что снижает жесткость клети и увеличивает ее металлоемкость. Однако наиболее существенным недостатком устройств является высокая трудоемкость и продолжительность восстановительных работ, связанная с необходимостью извлечения предохранительного устройства из прокатной клети после его срабатывания, удаления остатков материала; передающего давление, в качестве которого использован легкоплавкий металл; заменой разрушенного элемента и заполнение рабочей полости новой порцией материала. Задачей изобретения является создание предохранительного устройства, обеспечивающего снижение динамических нагрузок в прокатной клети при его срабатывании за счет плавного перемещения элементов валкового узла клети. Для решения этой задачи в предохранительном устройстве прокатной клети, включающем размещенные над нажимным средством пуансон, основание, а также бандаж, образующие замкнутую рабочую полость, заполненную эластомером, бандаж образован двумя взаимодействующими друг с другом кольцами, одно из которых является внешним, а другое, внутренним, причем внутреннее кольцо выполнено из пластичного материала, а при выполнении внешнего кольца из хрупкого материала механические характеристики материалов внешнего и внутреннего колец удовлетворяют неравенству
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/2021050t.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/2021050-2t.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021048/963.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021048/963.gif)
E1, E2 - модули продольной упругости материалов внешнего и внутреннего колец. Внешнее кольцо снабжено по меньшей мере двумя проточками, равномерно распределенными по его периметру, и выполнены в виде канавок, размещенных на внешней поверхности кольца параллельно оси нажимного средства, причем внешнее кольцо установлено относительно внутреннего с натягом, а внутреннее кольцо имеет высоту, равную высоте внешнего кольца. В отличие от известных технических решений в заявленном предохранительном устройстве разрушаемый элемент (бандаж) выполнен в виде двух взаимодействующих друг с другом колец, одно из которых является внешним и изготовлено из хрупкого или пластичного материала, а другое кольцо является внутренним и выполнено из пластичного материала. Этот отличительный признак обеспечивает жесткое сопротивление бандажа внешним технологическим усилиям при возрастании их до опасного для клети уровня. В процессе срабатывания устройства, сопровождающегося хрупким разрушением внешнего кольца, технологические усилия воспринимает внутреннее кольцо, которое, пластически деформируясь, плавно разводит прокатные валки без динамического нагружения подшипниковых узлов и нажимного средства клети. Заявленное соотношение механических характеристик материалов внешнего и внутреннего колец, связанное с отношением их упругих характеристик, гарантирует первоочередное разрушение внешнего кольца, изготовленного из хрупкого материала, и нормальное плавное срабатывание всего устройства. В противном случае предельное технологическое усилие, которое воспринимает предохранительное устройство, приводит к разрушению внутреннего кольца при сохранении прочности кольца внешнего, что обуславливает мгновенную потерю жесткости валковой опоры при срабатывании устройства и значительные динамические нагрузки в клети при перемещении валков. Снабжение внешнего кольца по меньшей мере двумя проточками, равномерно распределенными по его периметру и выполненными в виде канавок, размещенных на внешней поверхности кольца параллельно оси нажимного средства, позволяет применить для изготовления внешнего кольца не только хрупкий, но и пластичный материал. При его разрушении пластическая деформация сосредотачивается в области проточек и внешнее кольцо, выполненное из пластичного материала, разрушается как кольцо из хрупкого материала. Более того, при равномерном распределении канавок по периметру внешнего кольца, в процессе срабатывания устройства пластически деформируемое внутреннее кольцо отгибает концы разорванного внешнего кольца, жесткость которого существенно снижается в сечениях, ослабленных канавками. Тем самым уменьшается сопротивление пластическому течению внутреннего кольца со стороны кольца внешнего. Установка внешнего кольца относительно внутреннего с натягом создает во внешнем кольце растягивающие усилия, что повышает свойства хрупкого разрушения внешнего кольца, а следовательно, расширяет выбор пластичных материалов для его изготовления. Выполнение внешнего кольца по высоте, равной высоте внутреннего кольца, обеспечивает компактность устройства, важную для повышения жесткости прокатной клети. На фиг. 1 представлен общий вид устройства, разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же при наличии проточек, равномерно распределенных по периметру внешнего кольца; на фиг. 4 - схема распределения внешних и внутренних нагрузок, действующих на бандаж предохранительного устройства; на фиг. 5 - схема деформации внешнего кольца с проточками после его разрушения; на фиг. 6 и 7 - диаграмма растяжения для материалов колец, установленных свободно и с натягом. Предохранительное устройство размещено между нажимным средством 1 (фиг. 1) и подушкой 2 прокатного валка. Состоит из пуансона 3, основания 4 и двух бандажных колец, 5 и 6, установленных с охватом основания и пуансона. Рабочая полость устройства, образованная пуансоном, основанием и кольцами, заполнена эластомером 7. Внешнее кольцо 5 выполнено из пластичного или хрупкого материала (сталь, чугун), а внутреннее кольцо толщиной
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021048/963.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021002/948.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021039/961.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021002/948.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/949.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/949.gif)
С учетом закона Гука при линейном напряженном состоянии в области упругих деформаций
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/949.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/2021050-3t.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/949.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/2021050-4t.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021048/963.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021048/963.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/2021050-5t.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/2021050-6t.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/2021050-7t.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/2021050-8t.gif)
В момент разрушения внешнее кольцо испытывает предельную деформацию
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/949.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/2021050-9t.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/949.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021002/8773.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/2021050-10t.gif)
Таким образом, равенство (1) с учетом выражений (4) и (5) имеет вид
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/2021050-11t.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/2021050-12t.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/2021050-13t.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/2021050-14t.gif)
После разрушения внешнего кольца нагрузка на внутреннее кольцо существенно возрастает, что приводит к его интенсивному пластическому течению, осадке эластомера и в конечном счете, срабатыванию устройства, при плавном снижении предельной нагрузки. Следовательно, плавный характер срабатывания устройства обеспечен в случае, когда отношение временного сопротивления разрыву материала внешнего кольца к пределу текучести материала внутреннего кольца меньше отношения модулей продольной упругости материалов внешнего и внутреннего колец. В случае установки внешнего кольца с натягом относительно внутреннего кольца в их телах возникают предельные напряжения
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021048/963.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021048/963.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/949.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021048/963.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021048/963.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021002/948.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021048/963.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021002/948.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021005/729.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021048/963.gif)
или
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/2021050-15t.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/2021050-16t.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021048/963.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/2021050-17t.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021050/2021050-18t.gif)
При наличии канавок 10 под действием усилий на концах разрушенного кольца 5 (фиг. 5) происходит его пластический изгиб в сечениях, ослабленных проточками. В результате концы разорванного кольца изгибаются в направлении от оси натяжного средства, освобождая пространство для осадки эластомера. Примером конкретного выполнения заявленного технического решения является предохранительное устройство обжимной клети слябинга 1150. Рабочая полость устройства диаметром 400 мм и высотой в исходном состоянии 60 мм образована бандажом из двух колец. Внешнее кольцо толщиной 40 мм выполнено из стали марки сталь 50
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021048/963.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021048/963.gif)
![предохранительное устройство прокатной клети, патент № 2021050](/images/patents/452/2021002/948.gif)
Класс B21B33/00 Предохранительные устройства, не отнесенные к другим рубрикам; блоки выключения; устройства для расклинивания валков