Основное оборудование прокатных станов Рабочие клети и их приводы

Рабочая клеть прокатного стана состоит из двух литых станин, сверху соединенных траверсами, внизу каждая станина своими лапами опирается на плитовины, которые крепятся к фундаменту анкерными болтами (рис. 1).

Основным технологическим инструментом прокатного стана являются рабочие валки, для регулировки их положения клети оснащают нажимными механизмами, уравновешивающими устройствами и механизмами осевой установки и фиксации. На входе и выходе из рабочей клети к станинам крепятся столы с линейками, направляющими заготовку. Под нажимные механизмы устанавливают устройства, предохраняющие от перегрузок.

Различают 2-валковые (дуо), 3- (трио), 4- (кварто), и многовалковые рабочие клети, реверсивные и нереверсивные. Рабочие клети колесопрокатных, бандажепрокатных, шаропрокатных, осепрокатных и других станов специального назначения в настоящем учебном пособии не рассматриваются.

Рабочую клеть стараются спроектировать как можно менее металлоемкой для облегчения всей конструкции прокатного стана и экономии материала, но при этом как можно более жесткой для улучшения качества выпускаемого металлопроката. Увеличение общей жесткости рабочей клети за счет укрупнения поперечных сечений всех деталей, воспринимающих нагрузку при прокатке, не всегда приводит к достижению обозначенной цели. Так, при увеличении диаметра рабочего валка повышается его жесткость и уменьшается прогиб при прокатке, но при этом сильнее сплющивается бочка валка от контакта с прокатываемым металлом.

Ниже перечисляются варианты одновременного изменения диаметра бочки рабочего валка и площади поперечного сечения стойки станины, позволяющие достичь наибольшей жесткости клети

Диаметр бочки рабочего валка , % ……………… 100; 120; 156; 120

Поперечное сечение стойки станины, % ……… 100; 100; 100; 120

Жесткость рабочей клети , % ……………………. 100; 111; 117; 115

Масса рабочей клети , % ……………………….. 100; 122; 148; 136

Расчетные значения относительной жесткости клети в зависимости от соотношения длины и диаметра бочки при различных значениях отношения произведения длины бочки на длину верхней поперечины станины к площади верхней поперечины станины показывают, что максимальная жесткость клети достигается при = 1,4 (рис. 2).

Жесткость клети также повышается при увеличении отношения диаметра шейки к диаметру бочки рабочего валка . Так, при использовании подшипников жидкостного трения (ПЖТ) без конической втулки цапфы проседание бочки валка уменьшается в 3,0 – 3,5 раза при отношении. Дальнейшее увеличениене дает существенного уменьшения деформаций.

Жесткость рабочей клети можно повысить сразу на 25…30 % (без увеличения ее массы), если верхний и нижний рабочие валки прижать друг к другу с силой, превышающей силу прокатки. Тогда предварительная нагрузка устранит зазоры в соединениях. Такие предварительно напряженные клети (ПНК) целесообразно применять в чистовых группах.

ПНК оснащают механизмами для регулирования раствора валков по показаниям измерителя размеров полосы, что резко снижает разнотолщинность проката.

Для горячекатаных листов толщиной 4…10 мм поле допусков по существующему стандарту составляет 10…25 % толщины. Применение быстродействующих нажимных механизмов с системами автоматического регулирования раствора валков позволяет уменьшить это поле в 3 раза, т.е. расход металла на равновеликую площадь листов снижается на 6 %. Экономия металла за счет сокращения положительного поля допусков и использования отрицательного для мелкосортных профилей составляет 2 %, а для среднесортных — 1 %.

У бесшовных труб поле допусков на толщину стенки достигает 12,5…15 % номинальной толщины стенки. Если эту разность уменьшить вдвое, экономия металла составит 6,8 %.

При прокатке листов шириной более 1000 мм для уменьшения поперечной разнотолщинности и улучшения планшетности проката станинные рабочие клети оснащаются гидромеханическими устройствами принудительного изгиба рабочих и опорных валков. Эти устройства, создающие дополнительные напряжения в элементах рабочей клети, включаются только после захвата валками переднего конца полосы и выключаются по завершении прокатки. Клети с гидромеханическими устройствами для принудительного изгиба валков не относятся к классу ПНК.

Бесстанинные ПНК с жесткой стяжкой подушек (рис. 3) широко применяются на сортовых станах, имеют примерно в 3 раза меньшую массу и в 4 раза большую жесткость, чем станинные ненапряженные клети.

Дальнейшее усовершенствование ПНК связано с применением в них ПЖТ для восприятия радиальной нагрузки, а также гидростатических упорных подшипников для восприятия осевой нагрузки.

Гидростатические упорные подшипники имеют преимущества перед подшипниками качения по жесткости и надежности при высоких скоростях. При этом достигается гораздо более высокое предварительное напряжение. Так, радиальная жесткость ПНК 370 примерно в 7 раз выше, чем у станинных клетей. Применение гидростатических упорных подшипников позволяет увеличить осевую жесткость в 12 раз.

Привод клети или нескольких клетей прокатного стана, вращающий рабочие или опорные валки, называется главным. Он может быть электрическим или гидравлическим. Ручные приводы используются только в небольших станках для проката олова, свинца и других мягких цветных металлов.

Различают индивидуальные и групповые электроприводы (рис. 4).

У индивидуального электропривода каждый рабочий валок имеет собственный электродвигатель (мотор-редуктор), но при этом необходима система синхронизации вращения валков. В случае группового электропривода один электродвигатель вращает все валки, но тогда необходима шестеренная клеть или редуктор - шестеренная клеть.

Режим работы электроприводов может быть нереверсивным, реверсивным и периодическим. Наиболее распространен нереверсивный режим, при котором каждый рабочий валок вращается только в одном направлении. Реверсивный режим работы состоит в том, что после прохода заготовки каждый рабочий валок меняет направление своего вращения на противоположное. Особенность периодического режима работы состоит в том, что прокатка заготовки рабочими валками осуществляется не на всех ее участках.

К конструированию и расчету главного электропривода приступают после того, как спроектирована рабочая клеть прокатного стана, рассчитаны скорость, сила и момент прокатки.