составной прокатный валок
Классы МПК: | B21B27/03 валки на бандажах |
Автор(ы): | Милованов И.И., Денисенко Н.Я., Убейволк А.А., Антонов В.И., Мухатдинов Н.Х., Бровко Л.А. |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество Челябинский металлургический комбинат "Мечел" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-06-20 публикация патента:
20.05.1999 |
Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве прокатных валков. Составной прокатный валок содержит ось с буртом, имеющим коническую поверхность, бандажи и средство крепления бандажей. В кольцевых полостях бандажей расположены распорные втулки. Средства крепления бандажей выполнены в виде фиксирующей гайки. Распорные втулки выполнены из материала с большим коэффициентом температурного расширения, чем у материала бандажей. Кольцевые полости бандажей и сопряженные контактные поверхности распорных втулок и бурта оси выполнены с цилиндрическими участками и коническими участками одинаковой конусности. Диаметр цилиндрических участков кольцевых полостей бандажей больше или равен диаметру цилиндрических участков распорных втулок и бурта оси валка. Разность между шириной конических участков кольцевых полостей бандажей и шириной конических участков распорных втулок и бурта оси валка зависит от требуемого момента прокатки. Предложенная конструкция составного прокатного валка позволяет обеспечить необходимые радиальные давления по контактным поверхностям в валке и поддерживать их при работе валка с большими перепадами температуры. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Составной прокатный валок, содержащий ось с буртом, имеющим коническую поверхность, бандажи, в кольцевых полостях которых установлены распорные втулки с образованием сопряженных контактных поверхностей, и средства крепления бандажей в виде фиксирующей гайки, при этом распорные втулки выполнены из материала с большим коэффициентом температурного расширения, чем у материала бандажей, отличающийся тем, что кольцевые полости бандажей и сопряженные контактные поверхности распорных втулок и бурта оси выполнены с цилиндрическими участками и коническими участками одинаковой конусности, диаметр цилиндрических участков кольцевых полостей бандажей больше или равен диаметру цилиндрических участков распорных втулок и бурта оси валка, а разность между шириной конических участков кольцевых полостей бандажей и шириной конических участков распорных втулок и бурта оси валка зависит от требуемого момента прокатки. 2. Валок по п. 1, отличающийся тем, что между бандажами установлены кольцевые элементы, выполненные из материала с большей теплопроводностью, чем у материала бандажей. 3. Валок по пп.1 и 2, отличающийся тем, что ось валка на участке посадки бандажа выполнена с продольными канавками, в которых установлены стержневые элементы, выполненные из материала с большей теплопроводностью, чем у материала оси валка.Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве прокатных валков. Известен составной прокатный валок, состоящий из оси и бандажа, в кольцевых полостях которого установлены пружинно-затяжные кольца, выполненные с односторонними или двухсторонними коническими контактными поверхностями, обеспечивающими центрирование оси и бандажа и фиксации бандажа в осевом направлении. Внутренние и наружные пружинно-затяжные кольца под действием осевых сил, создаваемых при стягивании болтами центральных пружинно-затяжных колец, упруго деформируются и при этом диаметр наружных колец увеличивается, а диаметр внутренних колец уменьшается. Создаваемое при этом радиальное давление, за счет сил трения на поверхности контакта, обеспечивает передачу крутящего момента и предохраняет бандаж валка от смещения вдоль оси валка (SU N 384581 A, 29.05.73). Недостатком данной конструкции валка является то, что использование стяжных элементов в виде гаек и болтов, кроме трудностей при выполнении операции затяжки, не позволяет гарантировать достижение необходимой величины радиальных давлений на поверхностях контакта и тем самым обеспечить передачу требуемого крутящего момента, предохранить бандаж валка от смещения относительно оси валка при прокатке, а также от разрушения бандажа при увеличении радиальных давлений, вследствие чрезмерной затяжки элементов валка или дополнительных напряжений, вызванных погрешностями при изготовлении и сборке валка. Кроме того, наличие в конструкции валка асимметричных деталей типа болтов, гаек, распорных клиньев и т.п. приводит к смещению центра тяжести валка относительно оси валка и, как следствие, к биению валков в процессе прокатки, даже при небольших оборотах валка. К недостаткам данной конструкции валка относится сложность предусматриваемой в конструкции дополнительной затяжки элементов крепления валка после установки его в клеть, вследствие конструктивных особенностей валкового узла прокатных клетей. Известен составной прокатный валок, состоящий из оси с буртом, бандажа с внутренней конической поверхностью и механизма предварительного напряжения бандажа, выполненного в виде распорной втулки с конической наружной поверхностью, установленной на оси и взаимодействующей с соответствующей внутренней поверхностью бандажа, и снабженного винтовым приводом осевого перемещения. При этом распорная втулка выполнена из материала с большим коэффициентом температурного расширения, чем у материала бандажа (SU N 1616735 A1, 30.12.90) - ближайший аналог. Недостатком данной конструкции составного валка является неконтролируемая величина натяга и возможность биения валков, вследствие асимметричности элементов валка. Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение стойкости валка, технологичности и надежности валка в работе. Это достигается тем, что составной прокатный валок содержит ось с буртом, имеющим коническую поверхность, бандажи, в кольцевых полостях которых установлены распорные втулки с образованием сопряженных контактных поверхностей, и средства крепления бандажей в виде фиксирующей гайки, при этом распорные втулки выполнены из материала с большим коэффициентом температурного расширения, чем у материала бандажей, отличающийся тем, что кольцевые полости бандажей и сопряженные контактные поверхности распорных втулок и бурта оси выполнены с цилиндрическими участками и коническими участками одинаковой конусности, диаметр цилиндрических участков кольцевых полостей бандажей больше или равен диаметру цилиндрических участков распорных втулок и бурта оси валка, а разность между шириной конических участков кольцевых полостей бандажей и шириной конических участков распорных втулок и бурта оси валка зависит от требуемого момента прокатки. Кроме того между бандажами установлены кольцевые элементы, выполненные из материала с большей теплопроводностью, чем у материала бандажей, а ось валка на участке посадки бандажа выполнена с продольными канавками, в которых установлены стержневые элементы, выполненные из материала с большей теплопроводностью, чем у материала оси валка,На фиг.1 показан описываемый валок, продольный разрез; на фиг.2 - то же, узел II на фиг.1 в положении деталей до сборки валка; на фиг.3 - то же, сечение A-A на фиг. 1. Бандажированный прокатный валок содержит ось 1, бандажи 2 и 3 (или более), размещенные на оси между буртом 4 оси и фиксирующей гайкой 5, навинченной на резьбовой участок оси. Бандажи 2, 3 имеют с обеих сторон кольцевые полости с цилиндрической и конической поверхностями, причем угол между образующей конической поверхности и осью валка больше угла трения сопряженных поверхностей. Внутри кольцевой полости бандажей установлены, с сопряжением поверхностей, бурт 4 и распорные втулки 6, 7 и 8 с наружными цилиндрическими и коническими участками и внутренней цилиндрической поверхностью. При этом диаметр цилиндрических участков кольцевых полостей бандажей больше или равен диаметру цилиндрических участков распорных втулок и бурта оси валка, а разность между шириной конических участков кольцевых полостей бандажей и шириной конических участков распорных втулок и бурта оси валка зависит от допустимого момента прокатки. Бурт 4, распорные втулки 6, 7, 8 выполнены одинаковыми по величине. Между бандажами расположены кольцевые элементы 9, а в продольных канавках оси валка расположены стержневые элементы 10, выполненные из материала с большей теплопроводностью, чем материал колец-бандажей и оси валка. Валок работает следующим образом:
На ось 1 с буртом 4 одеваются последовательно бандаж 3, распорная втулка 6, кольцевой элемент 9, бандаж 2, распорная втулка 8 и производят стяжку валка на прессе. После этого устанавливают фиксирующую гайку 5. При установке бандажей более двух сборку проводят аналогично. Ширина конического участка бандажей 2, 3 (Lк.б) и ширина конического участка распорных втулок 6, 7, 8 (Lк.вт), соответственно и ширина цилиндрических участков задана заранее, зависящей от заданных размеров валка, пластических и упругих свойств материала оси, втулки и бандажа и требуемого момента прокатки. Ширина конических поверхностей полостей определяется в зависимости от максимально допустимого давления при прокатке. Вследствие разности ширины конических участков кольцевых полостей бандажей и конических участков распорных втулок или бурта оси, происходит упругая деформация элементов валка: внутренний диаметр конических поверхностей кольцевых полостей бандажей увеличивается, а наружный диаметр конических поверхностей распорных втулок и бурта оси уменьшается. В общем сличав величина натяга по радиусу определяется по формуле
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130348/2130348-2t.gif)
где Lк.б - ширина конического участка кольцевой полости бандажа;
Lк.вт - ширина тонического участка втулки или бурта оси валка;
Dк.б - диаметр цилиндрической поверхности кольцевой полости бандажа;
Dв.т - диаметр цилиндрической поверхности втулки или бурта оси валка;
tg
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130008/945.gif)
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130348/2130348-3t.gif)
П
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130002/183.gif)
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130002/183.gif)
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130002/183.gif)
где Pо - радиальное давление по контактной поверхности распорная втулка - ось валка.
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130348/2130348-4t.gif)
Pб - радиальное давление по контактной поверхности бандаж - распорная втулка. где Мпр - требуемый момент прокатки;
Кз - коэффициент запаса по моменту прокатки;
Dо - диаметр оси валка;
Dвт - диаметр втулки;
Bвт - ширина втулки;
Lк.б - ширина конического участка бандажа;
fвт.-о - коэффициент трения по поверхности контакта втулка - ось валка;
fб.-вт - коэффициент трения по поверхности контакта бандаж - втулка. После определения величины необходимых контактных давлений Pб и Pо, используя известные методики расчета составных толстостенных труб, определяется требуемая величина натяга Н в системе бандаж - распорная втулка и посадочный технологический зазор S в системе распорная втулка - ось валка по следующим формулам:
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130348/2130348-5t.gif)
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130348/2130348-6t.gif)
где Kб - коэффициент формы и материала бандажа;
Kвт - коэффициент формы и материала распорной втулки;
Mвт - коэффициент Пуассона материала втулки;
Мо - коэффициент Пуассона материала оси валка;
Eо - модуль упругости материала оси валка. При этом коэффициенты формы и материала бандажа и втулки предварительно определяются по следующим зависимостям:
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130348/2130348-7t.gif)
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130348/2130348-8t.gif)
где Dб - наружный диаметр бандажа;
Eб - модуль упругости материала бандажа;
Eвт - модуль упругости материала втулки;
Mб - коэффициент Пуассона материала бандажа. Определив значения требуемого натяга в системе бандаж - распорная втулка и посадочного зазора в системе распорная втулка - ось валка, выбирается соотношение ширины конических участков кольцевой полости бандажа и распорных втулок или бурта оси валка. В табл. 1 задаваемые величины для расчета необходимой величины натяга и посадочного зазора для составного прокатного валка проволочного стана размером бочки 320 и 500 мм при различном диаметре цилиндрической поверхности распорной втулки и цилиндрической поверхности кольцевой полости бандажа. В табл. 2 - результаты расчета величины натяга и посадочного зазора. Пример конкретного расчета. Рассмотрим пример расчета величины необходимого натяга, технологического зазора и ширины контактного участка распорной втулки для составного прокатного валка проволочного стана с размерами бочки 320х500 мм, с осью Dо=200 мм, с шириной контактной поверхности распорной втулки с осью, равной Ввт=50 мм, шириной конического участка бандажа Lк.б=45 мм, диаметром цилиндрической поверхности втулки 260 мм. Коэффициент запаса по моменту прокатки равен 3, коэффициент трения по поверхности контакта втулка - ось валка равен fвт.-о= 0,17, коэффициент трения по поверхности контакта втулка - бандаж fб.-вт= 0,15, требуемый момент прокатки задаем Мпр=2,0 тн
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130002/183.gif)
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130348/2130348-9t.gif)
и величину радиальных давлений по контактной поверхности бандаж - распорная втулка по формуле (3).
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130348/2130348-10t.gif)
Далее, используя методику расчета составных толстостенных труб, определяем величину натяга N в системе бандаж - распорная втулка и посадочный технологический зазор S в системе распорная втулка - ось валка (см. формулу 4 и 5, предварительно найдя Кб по формуле 6 и Квт по формуле 7):
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130348/2130348-11t.gif)
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130348/2130348-12t.gif)
И, зная величину натяга из формулы 1
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130348/2130348-13t.gif)
определяем ширину конического участка втулки или бурта оси валка (они одинаковы). Но, так как при расчете принято, что диаметры цилиндрических поверхностей равны, т.е Dк.б = Dвт, то
N = (Lк.б-Lк.вт)
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130002/183.gif)
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130008/945.gif)
или отсюда
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130348/2130348-14t.gif)
tg
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130008/945.gif)
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130002/183.gif)
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130348/2130348-15t.gif)
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130348/2130348-16t.gif)
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130002/183.gif)
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130002/183.gif)
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130002/183.gif)
![составной прокатный валок, патент № 2130348](/images/patents/341/2130002/183.gif)
Класс B21B27/03 валки на бандажах