центрователь трубопрокатного стана

Классы МПК:B21B39/14 направление, фиксирование и центрирование проката
B21B25/02 направляющие, держатели или опоры для оправок, например каретки; регулирующие устройства для оправок 
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Акционерное общество "Электростальский завод тяжелого машиностроения"
Приоритеты:
подача заявки:
1992-07-21
публикация патента:

Использование: центрователь трубопрокатного стана может быть применен для центрирования прокатного стержня или круглой заготовки. Сущность изобретения: центрователь содержит установленные на осях качания в корпусе два рычага, один из которых снабжен двумя центрирующими роликами, а другой - одним центрирующим роликом. Рычаги шарнирно взаимосвязаны синхронизирующим звеном. При этом угол между двумя прямыми: соединяющей центры роликов двухроликового рычага и проходящей через ось качания этого рычага и центр ближайшего к этой оси ролика, определяется математической зависимостью геометрических параметров устройства и центрируемого изделия, что обеспечивает повышение точности центрирования. 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

Формула изобретения

ЦЕНТРОВАТЕЛЬ ТРУБОПРОКАТНОГО СТАНА, содержащий корпус, установленные в корпусе на осях качания два рычага, один из которых снабжен одним центрирующим роликом, а другой - двумя центрирующими роликами, шарнирно соединяющее рычаги синхронизирующее звено, отличающийся тем, что угол центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 между прямыми, проходящими соответственно через центры роликов двухроликового рычага и через центр ролика, ближайшего к оси качания этого рычага, и его ось качания, определяются из соотношения

центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750

где r1 - наименьшее требуемое значение радиуса центрирующего калибра;

r2 - наибольшее расчетное значение радиуса центрирующего калибра;

R - радиус центрирующего ролика;

L - расстояние от центра центрирующего ролика, ближайшего к оси качания двухроликового рычага, до оси качания рычага,

при этом наибольшее расчетное значение радиуса центрирующего диаметра определяется из соотношения

центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750

где r3 - наибольшее требуемое значение центрирующего калибра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а точнее к устройствам для центрирования проката. Изобретение наиболее эффективно может быть использовано в трубопрокатных станах для центрирования прокатного стержня или трубной круглой заготовки.

Известен центрователь стержня с оправкой, содержащий корпус, верхний рычаг с центрирующим роликом, нижний рычаг с парой аналогичных роликов и индивидуальные приводы поворота рычагов, работающие навстречу друг другу [1].

Для поддержания точности центрирования усилие привода нижнего рычага должно всегда превышать усилие привода прижима верхнего рычага.

Однако, высокая температутра со стороны прокатываемого металла и значительное количество окалины, с одной стороны, изменяют условия в узлах центрователя, увеличивая сопротивление повороту верхнего и нижнего рычагов, а с другой стороны, приводят к неравномерному износу уплотняющих узлов в силовых цилиндрах привода, а значит, к падению в них величины давления и изменению усилия, развиваемого на штоках.

Вследствие этих факторов возможно выравнивание усилий приводов прижимов верхнего и нижнего роликов, в результате чего ось центрирования начнет "плавать", что приведет к дополнительному изгибу стержня, большей его вибрации, а, следовательно, к нестабильному положению оправки в очаге деформации, изгибу прокатного стержня и снижению точности прокатываемых труб.

Из известных центрователей прокатных станов наиболее близким по технической сущности является трехроликовый центрователь трубопрокатного стана, который содержит корпус, два рычага, на одном из которых закреплен один центрирующий ролик, а на другом - два центрирующих ролика, и синхронизирующее звено [2].

Однако, такое конструктивное выполнение центрователя дает единственное положение оси качания двухроликового рычага, координаты которой зависят от определенных значений радиуса центрирующего ролика и наименьшего радиуса центрируемого стержня. Поэтому при изменении диапазона диаметров стержня нарушается точность центрирования, т.к. для ее обеспечения необходимо изменять координаты оси качания двухроликового рычага.

В предлагаемом центрователе трубопрокатного стана, содержащем корпус, два рычага, один из которых с одним центрирующим роликом, другой - с двумя центрирующими роликами, шарнирно соединяющее рычаги синхронизирующее звено, согласно изобретению, угол центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 между прямыми, проходящими, соответственно, через центры роликов двухроликового рычага и через центр ролика, ближайшего к оси качания рычага, и ось качания этого рычага, определяется из соотношения

sinцентрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 = центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750, где r1 - наименьшее требуемое значение радиуса центрирующего калибра (изделия);

r2 - наибольшее расчетное значение радиуса центрирующего калибра (изделия);

R - радиус центрирующего ролика;

L - кратчайшее расстояние от центра центрирующего ролика, ближайшего к оси качания двухроликового рычага, до оси качания рычага - вторая координата оси качания;

центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 - угол между двумя прямыми, одна из которых проходит через центры роликов двухроликового рычага, а вторая - через центр ролика, ближайшего к оси качания двухроликового рычага, и ось качания этого рычага; при этом, наибольшее расчетное значение радиуса центрирующего калибра (изделия) определяется из соотношения

r2 = центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750, где r3 - наибольшее требуемое значение радиуса центрирующего калибра (изделия).

Такое конструктивное выполнение центрователя трубопрокатного стана обеспечивает повышение точности центрирования изделий внутри заданных диапазонов, например внутри диапазонов Ф 80-160 мм или Ф 60-120 мм с точностью до 1 мм.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлены: на фиг. 1 - центрователь трубопрокатного стана, в разрезе; на фиг. 2 - кинематическая схема центрователя; на фиг. 3 - график изменения смещения оси центрирования роликов центрователя относительно оси центрируемого изделия в пределах граничных значений радиуса изделия; на фиг. 4 - то же, при использовании расчетного радиуса изделия при расчете положения оси качания рычага.

Центрователь трубопрокатного стана содержит корпус 1, верхний рычаг 2 с центрирующим роликом 3, нижний рычаг 4 с парой аналогичных роликов 5 и 6, синхронизирующее шарнирное звено в виде рычага 7 и привод 8 поворота рычагов 2 и 4 в виде силового цилиндра.

Центрователь работает следующим образом.

Центрирующие ролики 3, 5, 6 под действием усилия силового цилиндра 8 через рычаги 2 и 4 и промежуточное звено 7 зажимают центрируемое изделие, образуя тесный калибр, а по окончании процесса прокатки при обратном ходе цилиндра последние разводятся.

Положение оси качания двухроликового рычага 4 определяемое координатами, рассчитанными в зависимости от угла согласно формуле изобретения, позволяет обеспечить большую точность центрирования внутри заданного диапазона размеров изделий.

Для упрощения расчетной схемы (фиг.2) рассматривается один двухроликовый рычаг, т.к. именно он определяет точность центрирования центрователя. Второй же рычаг с одним роликом качается синхронно с двухроликовым с помощью синхронизирующей тяги (фиг.1) либо с помощью других технических средств (например, зубчатых секторов). Поэтому в расчетной семе однороликовый рычаг не рассматривается.

Исходными данными для расчета являются:

- r1 и r2 наименьший и наибольший требуемый радиус центрируемого роликами прокатного стержня;

- L - кратчайшее расстояние от центра центрирующего ролика, ближайшего к оси качания двухроликового рычага, до оси качания рычага; выбирается конструктивно;

- Rцентрователь трубопрокатного стана, патент № 20317506r1 - радиус центрирующего ролика центрователя, определяемый конструктивно из условия пересечения в пространстве;

- центрирующие ролики, сведенные на прокатный стержень наименьшего радиуса (r1), располагаются равномерно по окружности с углом 120о между собой.

Координаты а и b оси качания Е двухроликового рычага (фиг.2) могут быть определены с помощью угла центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 между двумя отрезками АВ и ВЕ, соединяющими, соответственно, центры центрирующих роликов рычага и центр ближайшего к оси качания ролика с осью качания.

Таким образом угол центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 является одним из основных геометрических параметров трехроликового двухрычажного центрователя и его определения осуществляется следующим образом.

Рассмотрим центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750ОВЕ.

В этом треугольнике: АО = ОВ = r1 + R; BE = L;

центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 = центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 OBE = 180центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750-(30центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750+центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750) (1)

По теореме косинусов ОЕ2 = ОВ2 + ВЕ2 - 2центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750ОBцентрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750ВЕцентрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750cos центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 (2) или OE2 = (r1 + R)2 + L2 - 2(r1 + R)L cos (150o - центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750) (3) Рассмотрим центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750ОВ1Е.

В этом треугольнике ОА1 = ОВ1 = r2 + R

В1Е = L

центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 = центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 OB1E = центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750) (4)

По теореме косинусов ОЕ2 = ОВ12 + В1Е2 - 2ОВ1центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750ВEcosцентрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 , (5) или ОЕ2 = (r2 + R)2 + L2 - 2(r2 + R)Lцентрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 cos(180o -центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750-центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750); (6)

Угол центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750определяется из центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750ОА1В1 по теореме косинусов

cosцентрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 = центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750; (7) Из центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750OAB : A1B1 = AB

AB = OB центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750cos30o + AO центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750cos30o = 2(r1 + R) cos30o (8)

Подставляя уравнения (4) и (8) в равенство (7) получаем

cosцентрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 = центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 (9)

Приравнивания правые части равенства (3) и (6) и подставляя значение угла центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750из формулы (9), после необходимых преобразований получаем в окончательном виде

sinцентрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 = центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 (10)

Соответственно координаты оси качания Е двухроликового рычага в прямоугольной системе координат с началом координат в точке О определяется

a = (r1 + R) cos30o + L sin(30o - центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750) (11)

b = (r1 + R) sin30o + L cos(30o - центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750) (12)

Характерной особенностью двухрычажного трехроликового центрователя является то, что он обеспечивает абсолютно точное центрирование только для двух граничных значений радиусов центрируемого стержня r1 и r3. Внутри этого диапазона точность центрирования нарушается, что характеризуется смещением центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 оси центрирования роликов центрователя относительно оси центрируемого стержня (фиг.3).

Графически установлено, что для повышения точности центрирования стержней внутри заданного диапазона с граничными значениями их радиусов r1 и r3 при расчете в формуле (10) для определения координат оси качания двухроликового рычага вместо r3 необходимо вводить расчетный радиус r2определяемый из соотношения

r2 = центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 (13)

Это позволит располовинить смещение оси центрирования роликов центрователя относительно оси центрируемого стержня (фиг.4).

Пример конкретного применения.

Для определения конкретных координат а и b оси качения двухроликового рычага трехроликового центрователя с требуемыми наименьшим и наибольшими значениями радиуса центрируемого стержня r1 = 40 мм, r3 = 80 мм находят: наибольшее расчетное значение r2центрируемого стержня по соотношению (13) и конструктивно определяют кратчайшее расстояние L от центра центрируемого ролика, ближайшего к оси качания двухроликового рычага, и радиус R центрирующих роликов

r2 = центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 = центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 = 70 мм; R не более 6r1 = 220 мм;

L = 600 мм.

Из предложенного в формуле изобретения соотношения (10) находим значение

центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750iцентрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 =

центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 = 15центрователь трубопрокатного стана, патент № 20317506центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750

Координаты оси качения Е двуроликового рычага в прямоугольной системе координат с началом координат в точке 0 - оси центрирования определяют по уравнениям (11), (12)

a = (r1 + R) cos30o + Lцентрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750sin(30o - центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750);

b = (r1 + R) sin30o + Lцентрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750cos(30o - центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750);

a = (40 + 220) x 0,866 + 600центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750sin 14o54 =

= 225,16 + 154,278 = 378,438 мм

b = (40 + 200) x 0,5 + 600центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750cos 14o454 =

= 130 + 549,828 = 709,838 мм.

Значения координат оси качания двухроликового рычага центрователя, выбранного в качестве прототипа, при тех же технических параметрах (r1, r2, R, L) составляет а = 169,54 мм, b = 727,38 мм.

Погрешность центрирования предложенного и взятого за прототип центрователей может быть оценена определением наибольшей разности (центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750max) расстояний (АОi, ОВi) от оси центрирования до центров роликов двухроликового рычага по следующей аналитической зависимости (вывод не приводится):

центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750max = (OAi-OBi) = центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 - центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750, где P = центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750;

C = центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750;

центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 = arccos центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750;

A = Cцентрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750cos(центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750- центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750) - L cos( центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 - центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750);

B = Cцентрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750sin(центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750- центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750) - L sin( центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 - центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750);

центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 = arctg центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750;

центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 = arctg центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750;

центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750 = arctg центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750.

Приведенные расчеты и графические построения показывают, что максимальное смешение оси центрирования (центрователь трубопрокатного стана, патент № 2031750max) для расчетной конструкции центрователя будет наблюдаться при радиусах центруемых изделий, равных r1 = 55 мм, r1 = 80 мм.

Это подтверждает, что по сравнению с прототипом предлагаемая конструкция центрователя обеспечивает более высокую точность центрирования внутри заданного диапазона (r1 = 40 мм, r2 = 80 мм) центрируемых изделий.

Класс B21B39/14 направление, фиксирование и центрирование проката

регулирование боковой направляющей металлической полосы -  патент 2524485 (27.07.2014)
направляющее устройство для полосопрокатного стана -  патент 2507018 (20.02.2014)
регулирование боковых направляющих металлической полосы -  патент 2501616 (20.12.2013)
модульное направляющее устройство -  патент 2500495 (10.12.2013)
устройство для направления полосы -  патент 2499642 (27.11.2013)
способ и устройство для обработки сляба -  патент 2479367 (20.04.2013)
способ продольной подачи прокатываемого материала, в частности горячекатаной стальной полосы, и стан горячей прокатки для осуществления способа -  патент 2466810 (20.11.2012)
устройство для зацентровки заготовок под прошивку -  патент 2345857 (10.02.2009)
устройство для охлаждения прокатной заготовки на участке охлаждения прокатной установки -  патент 2313411 (27.12.2007)
устройство для центрирования рулонов полосы на разматывателе -  патент 2301716 (27.06.2007)

Класс B21B25/02 направляющие, держатели или опоры для оправок, например каретки; регулирующие устройства для оправок 

способ прокатки и прессования полых профилей и устройство для его осуществления -  патент 2457051 (27.07.2012)
устройство для перемещения с регулируемой скоростью длинной оправки прокатного стана -  патент 2450875 (20.05.2012)
головка держателя оправки с устройством разгрузки -  патент 2405641 (10.12.2010)
задний стол трубопрокатного стана -  патент 2392075 (20.06.2010)
прокатный стан для изготовления бесшовных труб и способ эксплуатации прокатного стана -  патент 2379141 (20.01.2010)
механизм перехвата стержня с оправкой стана поперечно-винтовой прокатки -  патент 2375131 (10.12.2009)
подающее устройство прокатываемого материала и способ подачи прокатываемого материала -  патент 2358822 (20.06.2009)
центрирующее устройство прокатного стержня трубопрокатного стана -  патент 2352413 (20.04.2009)
дорновое устройство стана периодической прокатки труб -  патент 2351418 (10.04.2009)
способ установки стержня с короткой оправкой стана поперечно-винтовой прокатки -  патент 2341342 (20.12.2008)
Наверх