Целесообразность использования устройств горизонтального распора рабочих клетей

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Рабочие клети прокатных станов, как правило, эксплуатируются с использованием интенсивных режимов работы, при которых масса раската непрерывно увеличивается по сравнению с первоначально рассчитанной изготовителями оборудования, и зачастую с использованием скоростей задачи в валки большими, чем соответствующие скорости прокатки на рабочих валках (РВ), что вызывает значительные увеличения коэффициентов динамичности прокатных клетей [1]. Такой динамический характер нагружения может приводить к явлениям усталости и даже к поломкам дорогостоящего оборудования. Кроме того, такой характер нагружения со временем приводит к пластическим деформациям проемов станин, лицевых планок, подушек и наделок [2, 3]. Восстановление этих деталей чрезвычайно трудоемко и дорого. Поэтому необходимым является использование технологических и конструктивных мер уменьшения динамических сил.

Анализ последних исследований и публикаций. Известно, что основными причинами возникновения динамических нагрузок при работе прокатного стана являются: захват металла валками и сброс нагрузки (выход металла из валков). Изначально нагрузки концентрируются в зоне пластической деформации металла, а их дальнейшее распространение происходит через верхний рабочий (ВРВ) и нижний рабочий (НРВ) валки.

Значительный рост динамических нагрузок при захвате металла валками связан с ростом зазоров и их ударным замыканием в соединениях: элементов главного привода; поверхностей, передающих усилие прокатки; элементов клети (подушек РВ и опорных валков (ОВ), станин, лицевых планок и наделок).

Одними из наиболее «опасных» динамических нагрузок, которые действуют на оборудование валковой группы и станин при прокатке, являются горизонтальные силы, величины которых могут достигать значений 9…12 МН [3, 4 и 5], в том числе и из-за наличия зазоров в горизонтальном направлении между элементами узлов подушек и станин. Поэтому целесообразным является нахождение конструктивных и технологических средств и технических решений, позволяющих обеспечить нулевые начальные условия и беззазорное движение системы при прокатке раската, что значительно улучшит динамические характеристики всего стана.

Наиболее интересные конструкторские и технические решения по использованию устройств горизонтального распора прокатных клетей и ликвидации зазоров между лицевыми планками и наделками их авторами предлагается внедрить на действующем прокатном оборудовании [6, 7]. общими недостатками этих решений являются: отсутствие возможности продолжать прокатку при поломке одного устройства горизонтального распора клети, значительная металлоемкость устройств; отсутствие демпфирующих элементов для снижения энергии удара ВРВ и НРВ в сборе с подушками, проводками, наделками и т.д. о станины прокатной клети. Устранению этих недостатков и служит данная статья.

Цель статьи - анализ целесообразности использования беззазорных соединений между контактными поверхностями подушек рабочих валков (наделок) и станин (лицевых планок) для уменьшения динамических горизонтальных сил при прокатке и увеличения срока службы оборудования. Для черновой толстолистовой прокатной клети кварто ЛПЦ-3000, которая является одной из основных прокатных клетей на ПАО «ММК им. Ильича», необходимо предложить техническое решение, обеспечивающее увеличение срока службы основного прокатного оборудования и качество получаемого проката. При этом его установка должна быть возможна на используемом оборудовании без значительных токарных операций, что может ослабить существующие детали и узлы.

Изложение основного материала. Ниже рассматривается техническое решение, обеспечивающее получение беззазорного соединения между контактными поверхностями наделок подушек РВ и лицевых планок станин на базе черновой толстолистовой прокатной клети кварто ЛПЦ-3000 ПАО «ММК им. Ильича» (Украина, г. Мариуполь). Объект и места предполагаемого монтажа устройств горизонтального клинового распора клети (ГКРК) выбраны не случайно, а исходя из того, что черновая клеть ЛПЦ-3000 эксплуатируется с 1983 года, и за это время на ее базе выполнено несколько научно-исследовательских работ [8, 9], данные из которых необходимы для выполнения прочностного расчета устройств ГКРК. При этом новая конструкция узлов ГКРК обеспечивает плавное и равномерное распределение горизонтальной нагрузки между контактными поверхностями лицевых планок станин и наделок подушек РВ, изготовленных из низкомодульного материала, и позволяет снизить горизонтальные динамические нагрузки и колебания, генерируемые в деталях валковой группы и станин, способствуя стабилизации взаимного положения РВ для улучшения качества проката.

В данной работе детально показана установка устройств ГКРК на базе подушек НРВ со стороны привода черновой прокатной клети кварто ЛПЦ-3000. Техническое решение поясняется описанием и прилагаемыми чертежами, где изображены: на рис. 1 -черновая прокатная клеть ЛПЦ-3000 (общий вид со стороны привода); на рис. 2 сечение А-А согласно рис. 1 (сторона привода); на рис. 3 -сечение Б-Б согласно рис. 2 (рабочее и нерабочее положения).

Черновая прокатная клеть кварто ЛПЦ-3000 с установленными узлами ГКРК (рис. 1) включает подушки 1 и 2 верхнего 3 и нижнего 4 ОВ, которые контактируют с соответствующими РВ 5 и 6.

Рис. 1 - Общий вид черновой прокатной клети с узлами ГКРК со стороны привода

клиновый распор клеть валковый

Подушки 7 ВРВ 5 установлены в проемах подушек 1 верхнего ОВ 3, а подушки 8 НРВ 6 установлены в проемах станин 20.

Узлы ГКРК в клети кварто ЛПЦ-3000 работают следующим образом. При завалке новых или вывалке отработавших РВ 5 и 6 с подушками 7 и 8 приводные клинья 15 находятся в нерабочем положении. После установки подушек 7 и 8 в рабочее положение, используя фиксаторы 14, гайки 18, шайбы 19 и рычаги 13 (рис. 2), перемещают приводные клинья 15 в рабочее положение. При этом перемещаются в рабочие положения подвижные клинья 16 и вставки 17 (рис. 3), что приводит к равномерному сжатию на требуемую величину д = 1- 3 мм вставок 17, наделок 11 и 12, изготовленных из низкомодульного материала. В результате полностью ликвидируется зазор Д (см. рис. 3) между контактными поверхностями планок 9 и 10, 11 и 12, что в несколько раз снижает величину горизонтальной силы удара при захвате металла РВ 5 и 6 и выходе прокатываемого металла из валков. При изменении величины «раствора» РВ 5 и 6 перемещение приводных клиньев 15 в нерабочее положение не потребуется, так как использование вставок 17 и наделок 11 и 12, изготовленных из низкомодульного материала, не препятствует перемещению подушек 7 и 8 РВ 5 и 6. При этом использование вставок 17 и наделок 11 и 12, изготовленных, например, из полиамида, полипропилена, полиэтилена или полиуретана с большой энергоемкостью позволяет: равномерно распределить горизонтальную нагрузку между контактными поверхностями планок 11, 12, подушек 7, 8 и планок 9, 10, подушек 1 и станин 20. При малых величинах динамической силы горизонтального удара целесообразно изготавливать вставки 17 и наделки 11 и 12 из полиамида или полипропилена, при значительных величинах горизонтальных сил из полиэтилена или полиуретана.

Выполненные аналитический и прочностные расчеты устройств ГКРК подтверждают целесообразность их использования не только на базе черновой прокатной клети кварто ЛПЦ-3000, но и в прокатных клетях различных типов станов, что позволит снизить энергию горизонтального удара подушек ВРВ и НРВ о станины (подушки ОВ).

Кроме этого, уменьшатся величины горизонтальных колебаний элементов клети за счет равномерного распределения и демпфирования горизонтальной нагрузки между контактными поверхностями лицевых планок станин (подушек ОВ) и наделок из низкомодульного материала подушек РВ.

Ниже приведены результаты прочностного расчета деталей узлов ГКРК, устанавливаемых на базе подушки НРВ (сторона привода) черновой прокатной клети кварто ЛПЦ-3000. Для этого определялись эквивалентные напряжения (для стальных деталей) и напряжения сжатия (для элементов из полиуретана) в системе «подушка НРВ со стороны привода (материал сталь 30ХГСФЛ по ГОСТ 977-75) - детали узлов ГКРК - наделка (материал полиуретан); лицевая планка станины (материал сталь 45 по ГОСТ 1050-88) - станина (материал сталь 20Л по ГОСТ 977-75)» возникающие при захвате металла валками. Для этого была построена математическая модель (ММ) (рис. 4), в которой узлы и детали находятся в рабочем положении, выполнены нагружение ее горизонталь-ной силой F=0,51МН [9] и расчет с использованием метода конечных элементов (МКЭ) в соответствии с последовательностью и рекомендациями при выполнении прочностных расчетов [10]. Результаты прочностного расчета эквивалентных напряжений по Mises-у показаны на рис. 5-6, где при одинаковых функциях (названиях) элементов узлов ГКРК приводятся детали с максимальными величинами напряжений. Результаты прочностного расчета напряжений сжатия показаны на рис. 6, где показана вставка с максимальными величинами напряжений. При таком нагружении деталей из полиуретана максимальное напряжение сжатия усж = 12,27 МПа (рис. 6) при допускаемом напряжении [усж] = 15…18 МПа, принимаемом в зависимости от марки полиуретана. суммарная осадка наделки подушки НРВ и вставки из полиуретана в направлении действия горизонтальной силы составила д = 0,9…1,2 мм, что является допустимым [10] и свидетельствует о необходимости выдвигания узлов ГКРК на величину 1,2…1,5 мм для ликвидации зазора в горизонтальном направлении.

Рис. 2 - Общий вид подушки НРВ с установленными узлами ГКРК

Рис. 3 - Сечение узла ГКРК: а - нерабочее положение; б - рабочее положение

Рис. 4 - Схема нагружения ММ силой F: 1 - подушка НРВ; 2 - клин приводной; 3 - клин подвижный; 4 - вставка; 5 - рычаг; 6 - наделка подушки НРВ; 7 - лицевая планка; 8 - станина

Для подтверждения целесообразности использования устройств ГКРК на базе подушки НРВ (сторона привода) черновой прокатной клети кварто ЛПЦ-3000 было выполнено нагружение ММ используемого в настоящее время оборудования согласно [10]. Результаты расчета приведены в таблице 1.

Для обоснования принятых технических решений по конструктивному исполнению устройства ГКРК необходимо сравнить результаты прочностных расчетов моделей (см. табл. 1). Результаты процентного уменьшения максимальных эквивалентных напряжений уэкв. max, возникающих в соответствующих элементах черновой клети с узлом ГКРК подушки НРВ, в сравнении с рассчитанными уэкв. max в элементах черновой клети имеющейся конструкции при горизонтальном динамическом ударе подушки НРВ о станину приведены в таблице 2.

Таблица 1. Величины максимальных напряжений в деталях ММ

Таблица 2. Процентное уменьшение максимальных эквивалентных напряжений при использовании узлов ГКРК

Как видно из результатов расчета (см. табл. 2), при использовании устройств ГКРК существенно уменьшатся максимальные эквивалентные напряжения в узлах черновой прокатной клети кварто ЛПЦ-3000. Материалоемкость и компактность узлов ГКРК позволяет выполнить их установку в установочные пазы в подушках РВ как в новое, так и реконструированное оборудование. Разработка защищена патентом Украины на изобретение [11].

Рис. 5

Рис. 6

Использование устройств ГКРК позволит: снизить горизонтальные динамические нагрузки и колебания, действующие на оборудование валковой группы и станины; более равномерно распределить горизонтальную нагрузку между контактными поверхностями лицевых планок станин и наделок подушек РВ; ликвидировать зазор между контактными поверхностями устройств ГКРК в горизонтальном направлении при эксплуатации прокатных клетей; стабилизировать взаимное положение РВ для улучшения качества проката.

Литература

1. Артюх В.Г. Влияние времени захвата раската рабочими валками на динамические нагрузки в листовых прокатных клетях / В.Г.Артюх, С.В. Казанцев, В.О. Мазур // Защита металлургических машин от поломок. - Мариуполь, 2010. - Вып. 12. - С. 163-171.

2. Повышение работоспособности валковых опор широкополосных станов / Ю.В. Липухин [и др.] // Сталь. - 1987. - №1. С. 56-61.

3. Ищенко А.А. Экспериментальная оценка ударных нагрузок на станины рабочих клетей листовых станов. / А.А.Ищенко, И.А.Калиниченко, В.П. Гришко // Сталь. - 2009. - №5.- С. 56-58.

4. Снижение динамических нагрузок при захвате полосы на широкополосных станах / В.Д. Плахтин [и др.] // Черная металлургия: Бюллетень ин-та «Черметинформация». - 1983. - №10. С. 36-37.

5. Мазур В.О. К вопросу определения горизонтальных сил при листовой прокатке / В.О. Мазур // Защита металлургических машин от поломок. - Мариуполь, 2008. - Вып. 10. - С. 79-86.

6. Пат. 2014919 Россия, МКИ В 21 В 31/04. Рабочая клеть листового прокатного стана / Плахтин В.Д., Бобух И.А., Канев Н.Г. и др. (Украина) // №5056022/27. Заявлено 02.06.1992; Опубл. 30.06.1994, Бюл. №12.- 5с.

7. Пат. 2025158 Россия, МКИ В 21 В 31/02. Комплект подушек валков прокатной клети / Бобух И.А., Плахтин В.Д., Пономарев В.И. и др. (Украина) // №5030585/27. Заявлено 04.03.1992; Опубл. 30.12.1994, Бюл. №12.- 9с.

8. Разработка мероприятий по стабилизации работы главных линий рабочих клетей ТЛС 3000 ММК им. Ильича при проектной производительности и их внедрение. Этап III. Разработка технических требований на изготовление и эксплуатацию основных деталей рабочих клетей стана и предложений в технологические инструкции по производству тяжелого сортамента: отчет о НИР: № 70 - 2462 / ВНИИМЕТМАШ; рук. Коновалов Л.В.; исполн.: Воронцова Г.В. и др. - Москва, 1992. - 218 с.

9. Исследование динамических нагрузок на станины клети стана 3000 в процессе прокатки и разработка предложений по оптимизации его работы: отчет о НИР: № 6/04 / ПГТУ; рук. Ищенко А.А.; исполн.: Гришко В.П. и др. - Мариуполь, 2006. - 118 с. - № ГР 0104U005363.

10. Артюх В.Г. Анализ напряженного состояния элементов прокатной клети / В.Г. Артюх [и др.] // Защита металлургических машин от поломок. - Мариуполь, 2010. - Вып. 12. - С. 172-178.

11. Пат. 92400 Україна, МПК В21В 13/00. Комплект подушок валків прокатної кліті / Артюх В.Г., Артюх Г.В., Мазур В.О. (Україна) // №a 2009 00190.- Заявлено 12.01.2009; Опубл. 25.10.2010, Бюл. №20.- 6с.

Размещено на Allbest.ru