Прокатный стан
Иллюстрации
Реферат
Изобретение относится к прокатному производству, в частности к конструкции прокатных станов, и может быть использовано при производстве горячекатаных и холоднокатаных полос и листов. Цель изобретения - повышенре производительности за счет увеличения скорости задачи металла в клеть путем уменьшения взаимного смещения верхнего и нижнего рабочих валков вдоль оси прокатки и снижения изгиба переднего конца раската при одновременном повышении долговечности элементов приводов за счет снижения динамических нагрузок. Установлены оптимальные соотношения крутильных жесткостей соединительных валов трансмиссий стана, имеющего в составе одной из трансмиссий зубчатую передачу , при которых дополнительные динамические усилия, действующие на валки вдоль оси прокатки и изгибающие полосу, минимальны или близки к нулю. 3 ил. (Л 00 05 о СХ) со. со
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ÄÄSUÄÄ 1360833 А1
Ш4 В 21 В 35/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4060736/22-02 (22) 24.04.86 (46) 23.12.87. Бюл. № 47 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения им.А.И.Целикова (72) И.К.Азимов, M.M.Ванинский, С.Д.Гарцман, А.А.Жуков, В.И.Пономарев, IO.A.Ðóáàíîâè÷, А.A.Ôèëàòoâ, В.Н.Чекулаев и A.Â.ØèáàíoB (53) 62 1.771.2.06-88(088.8) (56) Целиков А.И., Смирнов В.В. Прокатные стены. — M.: Металлургиэдат, 1958, с. 53, рис. 37.
Авторское свидетельство СССР
¹ 1091956, кл. В 21 В 35/00, 1983. (54) ПРОКАТНЫЙ СТАН (57) Изобретение относится к прокатному производству, в частности к конструкции прокатных станов, и может быть использовано при производстве горячекатаных и холоднокатаных полос и листов. Цель изобретения— повышение производительности за счет увеличения скорости задачи металла в клеть путем уменьшения взаимного смещения верхнего и нижнего рабочих валков вдоль оси прокатки и снижения изгиба переднего конца раската при одновременном повышении долговечности элементов приводов за счет снижения динамических нагрузок. Установлены оптимальные соотношения крутильных жесткостей соединительных валов трансмиссий стана, имеющего в составе одной из трансмиссий зубчатую передачу, при которых дополнительные динамические усилия, действующие на валки вдоль оси прокатки и изгибающие полосу, минимальны или близки к нулю. 3 ил.
Ч M пр Mпрл В
Ч.«Мопр«Мпр.«в (2) где I „, I« пр » М пр 11 пр Ap 1< (3) (4) М p< = Р1„+ Tr;
М„p„,=PI„„-Tr, P (1 1 ) Th (5) 13608
Изобретение относится к прокатному производству, в частности к конструкции прокатных станов, и наиболее эффективно может быть использовано
5 при производстве горячекатаных и холоднокатаных полос и листов.
Целью изобретения является поны «;.- ие производительности за счет увеличения скорости задачи металла в клеть )p путем уменьшения взаимного смещения ьерхнегс и нижнего рабочих валков вдоль оси прокатки и снижения изгиба переднего конца раската при одновреме ном повышении долговечности эле- 15 ментов прйнодон за счет снижения динамических нагрузок, На фиг. 1 приведена схема прокатного стана с горизонтальной рабочей кле:.ю, в которой только одна из 20 трансмиссий содержит зубчатую нередачу: па фиг. 2 — схема сил, действую;цих на налконые системы; на фиг, 3 — схема сил, действующих на рабочие и опорные валки в четырех- 25 вилковой рабочей клети.
Прокатный стан включает горизон-, альную рабочую клеть, содержащую нерхгюю 1 и нижнюю 2 валковые системы . верхним 3 и нижним 4 рабочими нал- Зр
:,;а»и., каждый из которых имеет индивидуальный привод 5 и 6. Последние
cодер;кат :; .ектродвигатели 7 и 8 и тран":;.иссии., одна из которых включает зубчатую передачу 9 и соединительные залы 10 и 11, а другая — соединительный нал 12. Валы 10 и 11 осуществля.ередачу вращения от электродви. -:-..ел;: 8 к рабочему валку 4, а вал 12 г ;;):-.дает -:ращение от электродвигателя 40
paà c÷å.-"у валку 3.
".;à-,èсимасти от компановки рабои;:: клетей " ана и их приводов зубчaòая пере ;,.:.ча может быть установлена в приводе 6 нижней валковой системы 2 45 фиг, 1) или н приводе 5 верхней валFîDîê системы 1. В последнем случае принод 6 нижней налконой системы 2 не содержит зубчатую передачу. Место установки зубчатой передачи не меняет сущности изобретения и работу устройстна, При прокатке полос в рабочей клети .:;рс;патного стана н приводах S и 6
p,"5o÷ã. валков формируются моменты сил упругости,а на рабочие .валки 3 и 4 со стороны полосы 13 (фиг. 2) дейст-вуют усилия прокатки, равнодействующие P которых смещены от оси вращения валка 3 на величину 1„ и валка 4 на величину 1 . Параллельно оси прокат11 ки на валки действуют усилия Т.
Уравнения движения валковых систем записываются следующим образом: приведенные к оси вра-. щения рабочих валков динамические моменты инерции валковых систем 1 и 2 соответственно; угловые ускорения ра6очих валков 3 и 4 соответственно; моменты сил упругости в соединительных валах;
12и10; моменты прокатки соответственно на рабочих валках 3 и 4, равные (фиг. 2) где — радиус рабочего валка.
Из условия равновесия полосы под действием сил P и Т получают, что где h — - плечо сил Т.
Учитывая, что разность моментов прокатки на рабочих валках 3 и 4 пропорциональна разности их угловых скоростей и „„, с учетом зависимостей (3) — (5) получаем выражение
Т (2г+ h) = k (ׄ— Ч,), (6) где k — коэффициент пропорциональности.
Дифференцируя выражение (6) по времени, получаем
Ч - и = 1, (2r + h), (7)
Т где T — производная усилия Т по времени t.
Учитывая, что для большинства прокатных станов величины I u I
11 практически равны, вычитая из выражения (1) выражение (2), с учетом
1360833 (АЛ-Л, il, ) Se dS (14) 10
% хЕ " Ь, (9) (10) on 11 on лл (17) 40 (12) М„ t=O=AA, pt » pte
50 ветственно; — угловые ускорения опорных валков 14 и 15 соответст 7
on 1 венно; — радиус опорного
М,Ä, „„ /t 0 Л„Я„, R
Ф
Примем, что оп °
1 зависимостей (3)-(5) и (7) получаем следующее выражение:
k k
Т+Т вЂ” = --- — — — (М -М ) (8) (2r+h) I упр1 У пр лл
t 1
Начальное условие для уравнения (8) имеет вид Т=О при t=O.
Решая уравнение (8), получаем — 1
k
T= (2r+h) I е " ((М упр „™ ynp «)" о
Таким образом, в случае неравенства моментов сил упругости М„„, ф
ФМ „пр „ на полосу и рабочие валки действуют усилия, стремящиеся переместить валковые системы вдоль оси прокатки и изогнуть полосу. Усилия, изгибающие передний конец раската, формируются в начале процесса прокатки полосы валками в относительно короткий промежуток времени.
Внутри этого промежутка моменты сил упругocTH M „, и M yttpttt ìÎà T быть аппроксимированы функциями и
Мупр,, Мупр,!" э где М у„р „ I t=O, М t=0 — значения производных . упр. лл по времени величин
М у и М ynp tt В мо мент t = О.
Величина М и Jt = 0 может быть упр л принята равной где и — частота собственных крутильных колебаний привода 5, Гц;
А — коэффициент пропорциональности, H м.
Аналогично в приводе 6, когда амплитуды колебаний моментов сил упругостей во второй форме колебаний существенно меньше амплитуд по первой форме колебаний, можно принять где,1, — первая частота собственных крутильных колебаний привода 6, Гц;
А, — коэффициент пропорциональности, Н м.
Подставляя выражения (10) и (11) в уравнение (9) с учетом соотношений (12) и (13) получаем
fc к
t — 9
Т= — — - — е (2r+h)I, Учитывая, что при л = .1, величины
А = А„, из выражения (14) получаем, что в этом случае величина Т близка
15 к нулю и, следовательно, усилия, изгибающие передний конец раската при прокатке его в рабочей клети, при и =, минимальны.
Для стана с клетями, валковые системя 1 и 2 которых выполнены в виде двух рабочих и двух опорных ьалков
3 и 4 и 14 и 15 (фиг. 3), в дополнение к усилиям Т в зоне контакта опорных и рабочих валков формируются
25 усилия, составляющие которых, параллельные оси прокатки и действующие на верхние и нижние валки,обозначают через Q, и Q соответственно. Эти
11 силы перемещают и изгибают валковые
30 системы в направлении оси прокатки.
Для определения их записывают следующие уравнения движения рабочих и опорных валков:
35 Ion ont— (15) I рt1 /It M ynpлл Mnptt 01лгв (18) где Т „, I on „ — динамические моменonл
45 ты инерции опорных валков 14 и 15 соответственно; — динамические моменты инерции рабочих валков 3 и 4 соотвалка.
Iont ontt
I р. При отсутстR 4, r4 „; (20) р мр1 "Р1
Ч
Э
Ip R2 (— — -+1)
r2
)4 оп (21) 5 1360 вин проскальзывания рабочих валков относительно опорных справедливы соотношения
Решив уравнения (15) — (20) относительно Q „ Q « получаем выраже- 10 ния
833 6 привода 6 и частоты крутильных колебаний привода 5 при одновременном уменьшении:амплитуд колебаний моментов сил упругости по второй форме колебаний в приводе 6, трансмиссия которого содержит зубчатую передачу.
Для обеспечения сформулированных условий соединительные валы трансмиссий рабочей клети следует выполнять с крутильными жесткостями, удовлетворяющими заявляемым зависимостям.
Свободные крутильные колебания масс привода 6, трансмиссия которого содержит зубчатую передачу, могут быть описаны уравнениями
11р „ с 11
g- р))г (- — —;+ 1) х
I«r (22) 20
t 2 (М„„- М,„„,)4 dS). (23)
45
Иэ выражения (23) следует, что чем меньше разность моментов сил упругости на. верхнем и нижнем рабочих валках, тем меньше влияние сил Q u на изгиб переднего конца раската.
11
Используя соотношения (10) и (11) аналогично (12) — (14) можно показать, что уменьшение разности величин усилии Q 1 Q „H уменьшение усилия
Т, а следовательно, снижение величины изгиба переднего конца полосы может быть достигнуто путем выравнивания первой частоты крутильных колебаний
Из выражений (21) и (22) следует, что величины и направления составляющих Я1 i) Q „ в общем случае не одинаковы и зависят от соотношений моментов сил упругости и моментов прокатки, действующих на верхний и нижний рабочие валки. В случае неравенства сил 0, и (происходит взаимное
1 11 30 смещение рабочих валков вдоль оси прокатки за счет их перемещения и изгиба, что приводит к изгибу переднего конца раската. Указанное смещение может быть охарактеризовано разно-. стью Q „ — 0 „,, которая из выражений (21), (22), (3), (4), (5) и (9) равна t
-о =- — -- — — — — (м -М
Q1 . 1, т,.-)г
У)) Р1 (-- †вЂ, +1)r îc)r (24) М„+ Ц„„-Чг, =0;
9 г V,„+ +4,Д++""(Чг1 Чз )
З1 31 Р г" З1 (26) 1+И И 9 „
>-8 (1+ + )+, — — — =0.
9, 0„9,9
Таким образом (27 ) 1 1+И И рг г (1+ + +
921 e„
1+И гр .Х.1
1+ — — + )г 4 )л —.- — ). (28)
+ ez1 Вз 9г1 911
Первая 1„„ и вторая )1, (Гц) частоты свободнйх крутильных колебаний. /,„, з1 — углы закручивания приведенных к оси вращения рабочего валка 4 масс соответственно валковой системы 2, зубчатой передачи 9 и якоря электродвигателя 8, рад;
Чг цз1 вторые производ
11 ные величин (11
LE i H 1 31 ветственно по безразмерному времени
= 4 C,/Ä, Рар.
Квадраты Рг первой и q2 второй безразмерных собственных частот крутильных колебаний указанной системы являются корнями характеристического уравнения
1360833 (29)
5 (30) (31) М+ (г,— срг=оэ (32) 15
ОЦ2- Ц„+ 42 = 0 где, ц
Частота ний масс пр уравнениями
IIo формуле
С вЂ” /(2Г) .
6 (33) 35 (34) С = С Р» (1 — --)
I 1 1, масс привода 6 определяются иэ безразмерных частот по формулам
P (с,/д „ /(2ir); др= q Гс,/х „ /1zi).
Для крутильной системы привода 5, трансмиссия которого не содержит зубчатой передачи, уравнения свобод- 10 ных колебаний имеют вид — углы закручивания приведенных к оси вращения рабочего валка 3 масс валковой системы 1 20 и якоря электродвигателя 7 соответственно, рад; — вторые производные углов 1 и ц соответ2 ственно по безразмерному BpGMBHH Ь2=
= c fc(z,.
Л(Гц) свободных колебаивода 5 в соответствии с (31) и (32) определяется
Приравнивая выражения (33) и (29) для частот и и Л и разрешая полученное равенство относительно кру40 тильной жесткости С, имеем
Выполнение последнего соотношения 45 обеспечивает равенство первых частот колебаний приводов. верхней и нижней валковых систем.
При выборе конструктивных параметров привода 6, трансмиссия которого содержит зубчатую передачу, для обеспечения снижения амплитуд колебаний моментов сил упругости в соединительных валах 10 и 11 по второй форме колебаний сравнительно с амплитудами по первой форме учитывается, что при линейно растущих во времени от нуля до установившихся значений моментах прокатки, характерных для начального периода захвата металла рабочими валками, амплитуды колебаний моментов сил упругости в каждой из форм соотносятся друг с другом приблизительно как величины, обратно пропорциональные квадратам собственных частот. Поэтому при
Л,, — 3 (35)
11 амплитуды колебаний моментов сил упругости по первой и второй формах отличаются не менее, чем в три раза.
С учетом демпфирования колебаний в результате внутреннего трения эта разница становится еще больше.
Поскольку близость собственных частот в первой и второй формах колебаний приводит к росту динамических нагрузок, формирующихся в приводе 6 во время переходного процесса при захвате металла валками, выполнение условия (35) обеспечивает снижение этих нагрузок и, следовательно, повышение долговечности элементов этого привода.
Подставляя в условие (35) значения
Л„1 и Л, из соотношений (29) и (30) с учетом выражения (28), получаем:
6 „(1+ 9„)+U — (g 1 )
С2
) 2,3. (36) Таким образом, .получены зависимости (34) и (36), адекватные предлагаемым.
Пример. Прокатный стан (фиг. 1) имеет следующие характеристики: динамический момент инерции валковых систем 1 и 2 I, = I
10 " кг м2; динамический момент инерции зубчатой передачи 9 — 3 10 кг-м, динамический момент инерции якорей электродвигателей
7и8 I=510 кгм I-„ — 10 кг-М 2; крутильные жесткости соединительных валов - нала 10 С, 108 Н-м/рад, вала 11 С = 1,5 х х 108 Н.м/рад,,вала 12 С = 8,8 х х 10 Н.м/ рад; передаточное отношение зубчатой передачи 9 U = 2,5.
Безразмерные динамические моменты инерции масс приводов равны 82< =
3,0; . 9 1 = 62,5; 8 = 66,5; 8,=
136083
Дчя прокатного стана, содержащего четырехвалковую рабочую клеть, дополнительно уменьшается разница межу..илиями, c30pMHp o@ H B
Безразмерная крутильная жесткость соединительного вала 11 равна и.=9,4.
Квадрат первой безразмерной частоты собственных крутильных колебаний масс привода 6 определяется по форму- 5 ле (28) и равен P 0,90.
Подставляя полученные величины в правую часть соотношения (34), получаем -: 8,8 107.
Сравнивая результат вычислений 10 со значением С, получаем, что соотношение (34) выполняется.
Подставляя исходные данные в левую,часть соотношения (36), получаем
" 2,5, о куда следует, что для 15 предлагаемого прокатного стана соотношение (36) выполняется.
Прокатный стан работает следующим образом.
При захвате металла рабочими валками в их приводах формируются динамиче:.,ие моменты сил упругости, изменение которых во времени носит колебательный характер, причем час-.oòà колебания момента в приводе 5 . верхнего и первая частота колебаний момента в приводе 6 нижнего рабочих валков одинаковы, а вторая частота в приводе 6 отличается от первой не менее,, чем в 1,7 раза. Последнее 30 обеспечивает эффективное снижение макст1альных динамических моментов сил упругости в трансмиссии привода 6 при захвате металла и увеличение долговечности элементов привода 6.
В результате указанного разнесе ния первой и второй частот амплитуды моментов сил упругости по второй форме колеб".íêé малы по сравнению с амплитудами по первой форме. Благодаря этому 40 уменьшают "я усилия, действующие параллельно оси прокатки в зоне контакта полосы и рабочих валков. Это обеспечивает. уменьшение изгиба переднего конца полосы, Кроме того, 45 .уменью-.åò."я взаимное смещение или .:згиб верхнего и нижнего рабочих валков, что также приводит к уменьшению изгиба переднего конца полосы.
Снижение изгиба переднего конца поло- 50 сы позволяет увеличить скорость ее задачи в следующую клеть и обеспечивает увеличение производительности прокаткого стана.
3 l0 контакта рабочих и опорных валков верхней и нижней валковых систем, так как в предлагаемом стане эти усилия, близкие по величине, действуют в одном направлении, причем смена направления происходит практически одновременно. Это также приводит к уменьшению взаимного смещения рабочих валков вдоль оси прокатки.
В конце прокатки при выходе полосы из рабочей клети имеют место динамические процессы, аналогичные указанным. Следовательно, предлагаемый прокатный стан обеспечивает также уменьшение изгиба заднего конца полосы и, таким образом, в частном случае реверсивного прокатного стана повышение его производительности за счет увеличения скорости задачи металла в клеть.
Использование предлагаемого прокатного стана обеспечивает по сравнению с известными повышение производительности эа счет увеличения скорости задачи металла в рабочую клеть, а также снижение динамических нагрузок, возникающих в трансмиссиях при захвате раската валками, и увеличение долговечности элементов привода.
Формула изобретения
Прокатный стан„ включаюший горизонтальную рабочую клеть, содержа:цую верхнюю и нижнюю валковые системы с рабочими валками, каждый из которых имеет индивидуальный привод в виде электродвигателя и трансмиссии, содержащей соединительные валы, причем одна из трансмиссий имеет зубчатую передачу, а соединительные валы трансмиссий выполнены с заданными соотношениями крутильных жесткостей, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности за счет увеличения скорости задачи металла в клеть путем уменьшения взаимного смещения верхнего и нижнего рабочих валков вдаль оси прокатки и снижения изгиба переднего конца раската при одновременном повышении долговечности элементов приводов за счет снижения динамических нагрузок, соотношения крутильных жесткостей соединительных валов трансмиссий определяются зависимостями
13б0833 гдс С рг суммарная крутильная жесткость соединительных валов трансмиссии, не содержащей зубчатую передачу, 10
Н.м/рад; суммарная крутильная жесткость соединительных валов между рабочим валком и зубчатой передачей, Н м/рад; квадрат первой безразмерной частоты собственных крутильных-колебаний участка валковая система — трансмиссия — якорь электродви20 гателя привода, трансмиссия которого содержит зубчатую передачу, равный Р
1 1+9. (1+ — -+
2 8м
Е (1 + В )+U2 — ( — 1) С2
3i 21 С,,. 2,3, 12 приведенный к оси вращения рабочего валка динамический момент инерции валковой системы привода, трансмиссия которого содержит зубчатую передачу, кг. м ; приведенный к оси вращения рабочего валка безразмерный динамический момент инерции якоря электродвигателя привода, трансмиссия которого содержит зубчатую передачу, равный
Д = Ц 1 /Х динамический момент инерции якоря электродвигателя привода, трансмиссия которого содержит зубчатую передау, « ° м ; безразмерный суммарный динамический момент инерции масс привода, трансмиссия которого содержит зубчатую передачу, рйвный 6 1
1 + 82 + 2 приведенная к оси вращения рабочего валка безразмерная суммарная крутильная жесткость соединительных валов, расположенных между электродвигателем и зубчатой передачей, равная p.=
=uc/с,; передаточное отношение зубчатой передачи; суммарная крутильная жесткость соединительных валов, расположенных между электродвигателем и зубчатой передачей, H м/рад; безразмерный динамический момент инерции зубчатой передачи, равный 8 „ =
I 2Ä/I приведенный к оси вращения рабочего валка динамический момент инерции зубчатой передачи, кг.м ; — приведенный к оси вращения рабочего валка динамический момент инерции валковой системы привода, трансмиссия которого не содержит зубчатую передачу, кг.м2;— безразмерный суммарный динамический момент инерции масс привода, трансмиссия которого не содержит зубчатую передачу, равный
В =1+e;
9 — безразмерный динамический момент инерции якоря электродвигателя привода, трансмиссия которого не содержит зубчатую передачу, равный
8= I/I,;
I — динамический момент инерции якоря электродвигателя привода, трансмиссия которого не содержит зубчатую передачу, кг м, 13Ь0833 еаза 2
+IMP (Составитель Б. Бейнфест
Редактор И, Шулла Техред M.Õoäàíè÷ Корректор Л. Патай
Заказ а171!12 Тираж 481 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Произ-:.:одственно-полиграфическое предприятие, г..Ужгород, ул. Проектная, 4