автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка, исследование и внедрение рациональных технических решений, обеспечивающих повышение точности прокатки

о

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА. ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНШНИ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ ■

На правах 'рукописи: КОГОМИН Михаил Васильевич

РАЗРАБОТКА, ИССЛЕДОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ, 0БЕСП2ЧШАЩИХ ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ПРОКАТКИ

Специальности: 05.03,05 - Процессы-и машины обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена в АО "Черметавтоматика"

Научный руководитель ■Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

- доктор технических наук, профессор Меерович И.М.

- доктор технических наук, профессор Полухин Б.П.

- кандидат технических наук, доцент передников В .А.

- Электрометаллургический завод "Электросталь"

«3& М^&и^ 1994 г. в ^'

Защита состоится 1994 г. в _час. на

заседании специализированного Совета К 053.08.02 в Московском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени институте' стали и сплавов по адресу: Москва, 117936, ГСП-1, . Ленинский проспект, дом 4.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан 1994 г.

л 7

Ученнй секретарь специализированного Совета профессор

Чиченев Н.А.

ОБШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ .

Актуальность рабога. Постоянно растущие требования как к качеству готовой продукции, так и к надежости работы -оборудования послужили причиной поиска путей усовершенствования существугаЕдах конструкций клете»! прокатных станов. Одним из основных показателей качества продукции прокатного производства является точность геометрических размеров, зависящих в свою очередь среди других факторов от упругих свойств клети, определяющих ее поведение как при настройке стана, так и в саком процессе прокатки.'

Наличие гистерезиса упруго'': де.^ортлгции клети вносит существенную погрешность при регулировании .и измерении усилий в клетях прокатных станов, в результате чего происходит отклонение .геометрических размеров готового проката от заданного значения и снижение возмоннсстей систем регулирования.

На основе исследования факторов, обусловливающих гистерезис клети, поставлена задача уменьшения его влияния на точность гото-. вого проката путем создания новых гидростатических опор подушек и измерителей усилия прокатки. Внедрение и использование этих уст- ■ роиств позволит повысить эксплуатационные качества клети и улучшить качество выпус."семои продукции.

Цель работы. Повышение качества проката листа и полос на че-тырехзглковых станах холодной и горячей прокатки за счет создания и внедрения принципиально новых, гидростатических опор подушек валков, исполь'зуекых одновременно'в качестве измерителей усилия прокатки, обеспечивающих с одной стороны существенное уменьшение трения в элементах клети, и с другой - высокуй точность измерения усилия прокатки.

Методы исследования.'Разработан аналитический метод оптимизации с точки зрения прочности геометрических соотношений и размеров

тороидальных оболочек гидравлических камер, лежащих в основе созданных устройств. Поставленные в работе теоретические задачи решались методами ыоментной теории осесимметркчных оболочек вращения, численными методами интегрирования систем дифференциальных уравнений с использованием метода начальных параметров на ЭВМ. Результаты теоретических исследований подвергались экспериментальной проверке в лабораторных условиях и в промышленной эксплуатации.

Научная новизна. Выявлены основные закономерности гистерезиса. четырехвалковой клети прокатного стана в зависимости от эксплуатационных и конструктивных характеристик используемых на станах ■ устройств передача усилий и самоустановки подушек опорных валков. Установлен характер влияния приложенных к подушкам сил и моментов, а такке контактных условий их приложения на распределение нагрузок в клети для рассматриваемого случая, позволивший за счет выравнивания последних -значительно улучшить условия работы узлов валков и их подшипников. Исследованы особенности эксплуатации опор подушек и измерителей усилия прокатки принципиально новой конструкции, в основе которой лежит использование гидравлических камер с гибким упругим элементом в виде, тонкостенной оболочки тороидальной формы. Разработана методика измерения усилия прокатки на основе использования явления гидростатики в замкнутых камерах с тороидальными оболочками в качестве гидростатических опор подушек, позволившая выявить основные закономерности изменения усилий в процессе прокатки для рассматриваемого случая. Разработан аналитический метод . оценки напряженно-деформированного состояния тороидальных оболочек гидравлических камер, позволившая оптимизировать их конструктивные характеристики. .• . . ...

Практическая ценность. Разработаны, исследованы и испытаны в лабораторных условиях и в процессе длительной промышленной эксплуатации гидростатические опоры полушек и измерители усилия прокатки

на основе гидравлически камер с тороидальными оболочками. Эти камеры выполняют роль высокоэффективного шарнира, обеспечивающего самоустановку полушки опорного валка в проеме клети и создающего оптимальные условия с точки зрения распределения нагрузки в узлах •клети. Ванной особенностью этих камер является то, что они допускают взаимные перекосы нажимного винта и подушки. Практически отсутствие трения позволяет с высокой точностью (до 0,5 %) измерять усилие прокатки по давлению рабочей жидкости в камере, в результате чего отпадает необходимость в установке дорогостоящих измерите-■ лей-усилия.на стане. Внедрение полученных теоретических и практи-' ческих результатов на металлургических предприятиях создает дополнительные возмонности для повышения качества выпускаемой продукции, улучшения условий работы и увеличения срока службы оборудования. Простота конструкции и отсутствие каких-либо специальных требований к установке и монтажу в клети дозволяют использовать разработанные устройства не только на вновь проектируемых и строящихся, ко танке на большинстве действующих станах.

Реализация работы. Разработанные в процессе выполнения 'данной работы измерители усилия гидростатические ЮТ внедрены на електро-мэталлургическом заводе "Электросталь", Новосибирском металлургическом заводе и Магнитогорском металлургическом комбинате, а такке закуплены по контракту итальянской фирмой "Даниэли". В настоящее время осуществлены поставки измерителей ИУГ для установки в клети реверсивного стана горячей прокатки 12С0 Нозолияецкого металлургического комбината и для четырехклетьевого стана холодной прокатки 1700 Череповецкого металлургического комбината. Наиболее эффективно применение разработанных устройств в системах автоматического регулирования'толщины полосы. В стадии изготовления находятся измерители ИУГ, предназначенные для стана горячей прокатки 2250 Ал-чевского металлургического комбината.

Апробация работы. Основное содержание и результаты работы докладывались и обсувдалксь ка Всесоюзном научно-техническом совещании "Автоматизация процессов взвешивания и дозирования" (1901 г., г.Одесса), на 9-си Мекщгнароднш конгрессе IMEX0 (198.? г., г.Берлин), на республиканской межотраслевой научно-технической конференции "Автоматизация производственных процессов в отраслях тяжелой промышленности Казахстана" (IS86 г., г .Караганда), 1У научно-технической конференции "Автоматизированный электропривод прокатных "станов" (IS90 г., г.Екатеринбург),, на секции Научно-технического Совета ВЕШЕТМАШ (1992 г., г.Москва), на заседании научно-технического Совета .АО "Черметавтоматкка" (1993 г., г.Москва), на заседании научного семинара кафедр ПДСС и МАШ ШЗиС (1993 г., г.Москва

Публикации. 'Основное содержанке диссертации изложено в восьми печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и. 3 приложений,. содерниг 151 страницу машинописного текста, 41 рисунок, 10 таблиц и список литературы из 69 наименований.

• " _ . СОДЕРЖАНИЕ РАБСШ

В первой главе рассмотрено влияние конструкции рабочих клетей четырехвалковых станов на точность готового проката. Установлено, что статическое и динамическое трение мезду узлами исследованных "■ "клетей как при настройке стана, так в процессе прокатки приводит к - возникновению гистерезиса их упругих деформаций, величина которого в зависит,гости от Конструкция и степени'износа клети может достигать 10 %. Аналитический-обзор технической литературы показал различнее гипотезы появления гистерезиса и подтверди актуальность да) ной проблемы. Показано, что гистерезис вносит существенную погреш-.ность при регулировании и измерении усилий в клетях прокатных станов, серьезно нарулает работу быстродействующих систем автоматичес кого иегуяиоовання толцпеы полосы.-

Наличие гистерезиса является объективным показателем неудовлетворительного состояния клети, для которого характерно значительное трение, полное или частичное отсутствие самоустановки узлов, отсутствие равномерного распределения нагрузки по рабочим поверхностям.

Дана оценка реально достияимой точности задания зазора между • валками, подкрепленная полученными аналитическими зависимостями для . компенсации по усилию влияния гистерезиса на точность проката.

Установлено, что гистерезис в значительной степени определяется условиями работы и характером взаимодействия с клетью подушек • опорных валков. •

В соответствии с изложенным постановка задачи. уменьшения влияния гистерезиса клети на точность готового проката сфордулирована в общем виде как поиск лут.ей дальнейшего усовершенствования конструкции клети за счет создания.принципиально новых опор подушек и' измерителей усилия с одновременной разработкой научно обоснованных рекомендаций по их применению в клетях прокатных станов.

Сформулированная цель работы достигается при решении следующих задач исследования: '

анализ ограничений самоустановки подупек опорных валков и выработка предложений по обеспечении удовлетворительной самоустановки их при значительном снижении потерь на трение;

анализ характера нагрукения современных измерителей усилия' прокатки и выработка предложений по улучшению контактных условий при повышении точности измерения;

разработка на этой основе конструкции гидростатических опор и измерителей усилия прокатки; '

проведение экспериментальных исследований разработанных устройств, а также клети в целом для оценки правильности теоретических посылок;

■ исследование влияния разработанных устройств на повышение точности"прокатки.

Вторая глава посвящена разработке метода уменьшения гистерезиса клети на основе гидростатических -опор подушек и измерителей ус:1лия прокатки.

В основе применяемых в настоящее время разновидностей опор верхних и нижних подушек в том числе с упорными узлами скольжения и качения, лежит кинематическая пара в виде двух сфер, в работе которой обнаружены существенные недостатки. Угловой поворот подушки -относительно продольной оси опорного валка, необходимый для компенсации несоосности опор подушек и шеек валка вследствие прогиба валков под действием-приложенной нагрузки, в этом случае невозможен. Бри отсутствии самоустаяовки подушки в клети, нарушается режим жидкостного трения в ПЕТ, происходит контакт трущихся поверхностей шейки валка -и вкладыша. У подшипников качения при прогибе валка происходит неравномерное распределение нагрузки между рядами роликов. При этом роликовый г.шогорядный подшипник воспринимает дополнительные усилия от трения между элементами опор и осевой фиксации подушки. В результате перегрузка отдельных элементов подшипниковой опоры приводит к быстрому износу и поломке.

Предлагаемые в настоящее время метода и конструкции устройотв самоустановки подушек опорных валков хотя частично и могут при оп- ' "ределенных условиях улучшать их работу, однако далеки от совершен-'.-ства как в части конструкции, так и в части надежности работы, а • зачастую просто не* выполняют своего назначения.

Сформулированы требования к устройствам самоустановки подушек ■ в клетях прокатных.станов, суть которых заключается в необходимости обеспечить: передачу усйлия прокатки при практически равномерном ■распределении нагрузки по рабочим поверхностям, то есть устранение перегрузки какой-либо нз'эон контакта; угловой поворот подушки

вдоль оси валка.

Как показывает практика, вопросы обеспечения эффективной работы измерителей усилия прокатки при возникновении несимметричных сил и моментов в реальных условиях эксплуатации на -стане такг.е имеют достаточно острый характер и требуют тщательного подхода.

Погрешности измерителей усилия прокатки оцениваются чаще всего при так называемых нормальных условиях. В технических характеристиках приводятся некоторые дополнительные погрешности, которые, могут быть достаточно легко измерены в лабораторных условиях. В то же время наибольшая дополнительная погрешность, обусловленная изменением условий нагружения, не оговаривается. Тем не менее для измерителей больших сил (от меганьютоиа и выше), которые разрабатываются для прокатных станов, и поэтому имеют хесткие ограничений по высоте, погрешность от изменения распределения нагрузки по рабочей поверхности измерителя может составлять до 30 %, Это присуще' практически всем типам измерителей больших сил с твердотельными упруги,® элементами 'независимо от способа преобразования их дефор^ мации в электрический сигнал (тензорезисторный, магнитоупрутий и др.). ■

Все' известные меры по устранению влияния этого фактора при наличии ограничений но высоте измерителя хотя и позволяют в определенной степени минимизировать этот вид погреиности, однако сделать ее ниже 2 % не удается. На основании анализа возможных вариантов решения поставленных задач практически однозначно был сделан вывод о необходимости использования явления гидростатики.

Большинство гидравлических устройств, реализующих этот метод, представляют систем "циливд'р-поршень". Одним из основных недостатков этих устройств является склонность к.самозаклиниваншо при перекосах. Для того, чтобы избежать его, длину, поршня делают .соизмеримой с поперечными размерами, что исключает в большинстве случаев

возможность встраивания подобных поршневых устройств в технологические агрегаты. Кроме того, такие' устройства требуют постоянной подпитки рабочей жидкостью, что усложняет их конструкцию. Исследования показали, что такой метод измерения усилия из-за трения в уплотнениях поршня особенно при перекосах последнего, дает погрешность 1-20 %, величина которой обратно пропорциональна диаметру поршня.

Всестороннее решение задачи можно получить, избавившись от самой необходимости иметь уплотнения. Решить задачу с нужной точностью удалось за счет создания замкнутой гидравлической камеры со свободно деформируемым гибким элементов в виде тонкостенной оболочки- тороидальной форлы;- обеспечивающей минимизацию эквивалентных напряжений,- а, следовательно, и большую усталостную прочность.

Представлены принципиально новые конструктивные схемы торой- . дальних оболочек с опорными площадками, защищенные авторским свидетельством; показаны их преимущества по сравнению с известными высоконагруженными поршневыми и мембранными конструкциями.

В-третьей главе приведены относительные характеристики кест-костей и прочности применяемых в замкнутых гидравлических камерах гибких элементов:" плоских и гофрированных мембран и тонкостенных ' оболочек тороидальной формы.

Сравнительный анализ показал, что наибольшие эквивалентные, напряжения в опасных точках тороидальных оболочек в 2,6 раза меньше напряжений в опасных точках гофрированных мембран и в 4,6 раза' -плоских, мембран. В то же время жесткости тороидальных оболочек в' 1,6 раза; меньше, чем у гофрированных мембран и в 3,7 раза меньше, чем у плоских мембран при одинаковых геометрических параметрах. Подученные относительные характеристики гибких элементов позволяют остановить свой выбор на тороидальной форте гибкого элемента, относящегося к классу тонкостенных оболочек вращения.

Предложен уточненный расчет напряженно-дефор/иррваннога состояния разработанных типов тороидальных оболочек, основанный на моментной теории осесимметричных оболочек вращения с учетом присущих им специфических особенностей геометрии,условий. Нагрунения. Пользуясь принципом независимости действия сил, рассмотрены . отдельные самостоятельные задачи: •

I. Осесимметричная задача исследования напряженно-деформиро- ' •ванного состояния оболочки от действия осевой силы Р и нормального давления р .

. 2. Анализ напряженно-деформированного состояния оболочки от перекоса опорных поверхностей гидравлической камеры на угол оС ■ 3. Определение напряжений в оболочке от действия крутящего момента М«р и горизонтальной силы к .

Предложен метод расчета тороидальных оболочек, сущность которого состоит в следующем. В-каждой из перечисленных задач рассматривается многомерный вектор X. , который полностью определяет напряженно-деформированное состояние в произвольной точке текущего сечения оболочки. Конечная цель состоит в определении компонентов этого вектора , входящих в системы дифференциальных уравнений, ' полученных при решении перечисленных задач. Зная эти компоненты,, можно по известным формулам определить внутренние силовые факторы и соответственно напряжения и перемещения в любой точке рассматриваемой оболочки. . • '

• При решении осесиммётричной задачи получена система из четырех дифференциальных уравнений следующего вида:

пущая толщина отэнки оболочки; 1 - текущий радиус срединной поверхности: - радиус тора; ^ - угловая координата;^- коэффициент Пуассона материала оболочки; Е - модуль упругости материала оболочки.

В качестве основных переменных приняты компоненты чегырехмер-. ного вектора )( :

где [ и 'Г - радиальное и угловое перемещения в произвольной точке; Л® - толщина' стенки в -некоторой фиксированной точке; Л/ - сила распора; - изгибающий меридиональный момент.

• При решении кососимметричной задачи при перекосе опорных поверхностей рассмотрена более сложная картина напряженно-деформированного состояния оболочки, для наиболее полного описания которого получена система: из шести дифференциальных уравнений:

где X]... )((. компоненты состояния оболочки; Ж- изгибающий момент.

у .и._• У _. I/ _ и/ ■ и _ & ■ \/ Тг и _ 0__

Л1~'г$1п(р' Лг~з1шр1 *<> ~ЕНзспЦ

где & , У , Ь/ - перемещения точек срединного слоя оболочки соответственно в меридиональном, окружном и радиальном направлениях;

^У - угол поворота нормали к срединному слою; и' $ - меридиональные продольная и поперечная силы; - текущий утол в окружном направлении. "

Численное интегрирование полученных систем уравнений при га-данных начальных условиях выполняется на ЭВМ по' стандартной программе с обходом контура оболочки с некоторым фиксированным шагом. Чтобы не определять большое количество постоянных интегрирования для различных участков оболочки, применен метод начальных параметров с использованием способа нескольких расчетов.

' Получены выражения частного решения для определения величины давления рабочей жидкости внутри тороидальной оболочки;, для определения продольной и вертикальной осадки гидравлической камеры под нагрузкой.•-

Проведен числовой анализ напряженно-деформированного состоя- 1 ■ ния тороидальных оболочек, который позволил установить следующие, закономерности: I) с увеличением радиуса гофра и уменьшением толщины оболочки ее осадка увеличивается, а продольная жесткость камеры без жидкости уменьшается; 2) с увеличением толщины оболочка изгцбные напряжения, увеличиваются по- сравнению с растягивающими; 3) с уменьшением толщины оболочки эквивалентные напряжения а опасных точках растут; 4) наибольшие касательные напряжения при вращении нажимного-винта будут в-месте примыкания оболочки к жесткому центру, их величина обратно пропорциональна толщине оболочки; 5) исследование влияния перекоса опорных поверхностей камеры на напряженное состояние оболочки показано, что наибольшее нормальное

напряжение, возникающее в стенке оболочки от перекоса опорных поверхностей составляет 36 % от эквивалентного напряжения в этой точке в случае осевого сжатия камеры.

В-четвертой глава приведены результаты экспериментальных исследований разработанных опор подушек и измерителей усилия прокатки. При проведении лабораторных исследований имитировались реальные условия эксплуатации созданных устройств в клети прокатного стана. -Результаты экспериментальных исследований метрологических •характеристик гидростатических измерителей усилия прокатки ИУГ подтвердили их инвариантность к характеру приложения нагрузки за счет способности эффективно ее выравнивать. Особое внимание при исследовании метрологических 'характеристик уделялось изучению влияния изменения контактных условий приложения нагрузки за счет сме-.щения равнодействующей усилий в различных направлениях от оси симметрии и перекосе опорных поверхностей. Дополнительная погрешность измерения, выявленная лри этом, не превысила 0,1/2. Полученная при этих неблагоприятных условиях нагрукения точность измерения в 0,5 % оценена как высокая и вполне достаточная для реализации сигналов измерителя в самых высокоточных современных системах автоматического регулирования. Экспериментально установлено, что жесткость тороидальной оболочки по отношению к жесткости камеры, заполненной рабочей «едкостью, составляет тысячные доли и практически не оказывает влияния-на точность измерения усилия при различных условиях нагрухения.

Денежной оценкой качества разработанных устройств является их усталостная прочность. Исследование усталостной прочности гидравлических камер проводилось'в лабораторных условиях на. специально спроектированном и изготовленном для этих целей стенде. При испы- . таниях гидравлических камер с однослойной и многослойной тороидальными оболочками было наработано 10® циклов нагружения с амплитудой

перемещения опорных поверхностей от ±0,1 до +2,5 мм в диапазоне усилий от 0,1 до 10 МН. Экспериментальные исследования усталостной прочности показали высокую'надежность разработанных устройств и возможность их применения в тяжелых условиях прокатного производства .

С целью подтверждения теоретических выводов, а также правильности выбора путей решения поставленных.задач получены экспериментальные данные при исследовании рабочей клети реверсивного стана 400. Согласно разработанной методике эксперимента было проведено: I) исследование силового гистерезиса клети, 2).исследование процесса самоустановки подушки верхнего опорного валка в проеме станины рабочей клети этого же стана. Исследования проводились до у<£ тановки в клеть разработанных устройств и после их установки при прочих равных условиях. В том и другом случае получены упругие линии клети для различных скоростей вращения валков. .Установка в клети гидростатического измерителя прокатки ИУГ позволила уменьшить гистерезис клети при неподвижных валках в 1,9 раза, а при вращении валков со скоростью ^ = 5 м/с в 2,6 раза. На основании анализа полученных результатов исследований упругих линий клети был сделан вывод о том, что в механизме'образования гистерезиса произошли существенные изменения в сторону уменьшения его величины.

Экспериментально подтверждено, что при работе клети со штатным подпятником традиционной конструкции имеет место поворот подушки в горизонтальной плоскости,. характерный для перекоса ее в проеме станины.

Экспериментально подтверждено, что характерной особенностью движения подушки при работе с гидростатической' опорой является практически отсутствие ее поворота в горизонтальной плоскости. В связи с этим сделан вывод об эффективном центрировании подушки в

проеме станины в направлении оси прокатки. С другой стороны установлено, что по мере движения внутрь клети подушка совершает угловой поворот относительно продольной оси валка, компенсируя тем самым несоосность подшипниковых опор валка вследствие его прогиба под действием приложенной нагрузки. Тем самым обеспечивается самоустановка подушки.

В пятой главе обобщен опыт внедрения гидростатических опор подушек и измерителей усилия прокатки ИУГ в рабочих клетях действующих станов. В технологической части приведены результаты прокатки, подтвердившие возможность повышения точности геометрических размеров готового проката.

Показаны преимущества гидростатических опор по сравнению с существующими, главным из которых является возможность выравнивания приложенной нагрузки по опорным поверхностям подушки, что позволяет улучшить условия работы узлов клети. Подтверждением тому может служить сокращение количества поломок валков и их подшипников за год в среднем на 25 %. За счет обеспечения самоустановки подушек верхнего опорного валка удалось уменьшить фактическую величину гистерезиса клети в среднем для различных режимов работы прокатного стана в'два раза. При этом практически подтверждено, что функциональные возможности разработанных опор подушек валков не ограничиваются ролью высокоэффективного гидравлического шарнира. Опыт промышленной эксплуатации показал, что максимальный эффект от использования разработанных устройств может быть получен, если они одновременно будут работать в режиме измерения усилия прокатки. При использовании современных датчиков давления рабочей жидкости и незначительной конструктивной доработке опор эта задача была успешно реализована на практике. В результате были разработаны высокоточные гидростатические измерители усилия прокатки серии ИУГ, которые вошли в состав современных систем управления

клетью, где их функциональные' возможности используются наиболее полно и с наибольшим эффектом.

Измерители усилия прокатки ЮТ разработаны в соответствии с требованиями, предъявляемыми к средствам измерения усилий, применяемым в черной металлургии с особо тяжелыми условиями эксплуатации и с учетом факторов воздействия окружающей среды.

В качестве устройств, выравнивающих приложенную нагрузку и одновременно являющихся силовым'преобразовательным элементом, служат гидравлические камеры с тороидальными оболочками, рассчитанные в зависимости от типоразмера на работу в диапазоне усилий до 10 Ш.

Поскольку сами тороидальные оболочки и гидравлические камера, имеют относительно малые габариты и, что особенно важно, по высо- . те, их можно встраивать практически во все без исключения промыт-. ленные агрегаты.

Унифицированная электрическая схема обеспечивает нормирование выходного сигнала и взаимозаменяемость датчиков, давления рабочей жидкости. Измерители усилия прокатки ИУГ прошли Ведомственные приемочные испытания.

Промышленные испытания подтвердили возможность уменьшения влияния гистерезиса клети на точность прокатки. В промышленных условиях проведены иссхедования эффективности работы.системы автоматического регулирования толщины полосы на реверсивном четырех-валковом стане 400 завода "Электросталь" при прокатке полос различных марок стали. Оценка качества работы системы проводилась по повышению точности прокатки, которая определялась путем сравнения количественных показателей разнотолщинности полос, прокатанных до установки в клеть гидростатического измерителя усилия прокатки ИУГ и соответственно после его установки, причем условия прокатки

опытных полос отличались только использованием результатов коррекции технологических параметров, полученных с помощью измерителя ИУГ.

Полученные данные свидетельствуют, что применение быстродействующего и высокоточного гидростатического измерителя усилия прокатки ИУГ заметно сокращает колебания разнотолщинности прокатываемых полос за счет существенного устранения влияния гистерезиса клети на точность прокатки. Было зафиксировано уменьшение максимального амплитудного значения отклонения толщины в 2,3 раза.

Полученные данные подтверждают эффективность корректировки коэффициентов передачи существующей на стане системы регулирования толщины полосы. Ра знотолщинность полос для различных марок стали уменьшалась в среднем в 1,9 раза.

Оценивая предпочтительные области применения гидростатических измерителей усилия прокатки ИУГ на прокатных станах, необходимо отметить, что наиболее целесообразно их применять в системах автоматического управления, то есть эти устройства являются эффективным измерительным органом систем автоматики.

Промышленные испытания и длительная эксплуатация измерителей ИУГ в рабочих клетях четырехвалковых станов 400, 850 и 2500 подтвердили эффективность реализованных новых технических решений, их высокую надежность и хорошие метрологические и эксплуатационные показатели. Полученные результаты испытаний и накопленный опыт эксплуатации открывают широкие перспективы для внедрения разработанных устройств в прокатном производстве.

ЗАКЛЯЕНИЕ

I. Установлено, что в результате статического и динамического трения между подушками опорных валков и стойками станины рабочих клетей листопрокатных станов имеет место гистерезис юс упругих дефо-

рмаций, который вносит существенную погрешность при регулировании и измерении усилий прокатки. При этом величина гистерезиса клети по мере увеличения ее срока службы и износа может достигать 10 %.

2. Проведена оценка реально достижимой точности задания зазора между рабочими валками и получены аналитические зависимости для компенсации по усилию прокатки влияния гистерезиса клети на точ- ■ ность готового проката.

3. Установлено, что в основе применяемых в настоящее время опор подушек лежит климатическая пара, в виде двух сфер, в работе которой обнаружена существенные недостатки. В результате на практике имеет место смещение равнодействующей приложенных к опоре усилий, а также наличие неравномерного распределения нагрузки по' рабочим поверхностям опор верхних и нияиих подушек валков.

4. Теоретически и экспериментально установлено наличие серьезных ограничений самоустановки верхних и нижних подушек опорных валков, резко ухудшающее количественное и качественное распределение усилий в клети прокатного стана. Это приводит к перегрузке отдельных элементов подвипниковых узлов, подпятников нажимного механизма, опор подушек, измерителей усилия прокатки, приводящей к отклонениям от нормального режима работа, быстрому износу и поломке.

5. Анализ существующих методов измерения усилий в клетях прокатных станов показал'* что они не позволяют создать- Измерители, показание которых незначительно зависели бы от перекосов подушек

и изменения контактных условий, имеющих место в реальных условиях эксплуатации на стане и обуславливающих дополнительную погрешность до 30 55.

6. По результатам проведенных теоретических и экспериментальных ибследовань! разработаны гидростатические опоры, выполняющие роль высокоэффективного шарнира, обеспечивающего самоустановку по-

душки б гг ->еме клети и создающего опишальные условия с точки зрения распределения нагрузки в ее узлах. Б основе конструкции разработанных опор легат замкнутые камеры, заполненные рабочей жидкостью, в качестве гибкого элемента которых используются тонкостенные оболочки тороидальной Форш. Важной особенностью этих камер является то, что они допускают взаимные перекосы нажимного винта и подушки. Практическое отсутствие трения (до 0,5 %) позволяет измерять усилие прокатки по давлению рабочей жидкости в камере, в результате чего отпадает необходимость установки дорогостоящих измерителей усилия прокатки на стане.

7. Предложен уточненный расчет напряженно-деформированного состояния разработанных типов тороидальных оболочек, который позволил определить"оптимальные с точки зрения прочности геометричес-■кие соотношения и размеры гибких оболочек гидравлических камер, установленных в рабочих клетях четырехвалковых станов 400, 850

и 2500.

8. Построены эпюры изгибающих моментов и продольных сил для оконкретных оболочек, а также графики зависимости осадки и эквивалентных напряжений от геометрических размеров гофра. Исследование влияния перекоса опорных поверхностей камеры на напряженное состояние ободочки показало, что наибольшее нормальное напряжение, возникающее в оболочке от перекоса составляет 36 $ от эквивалентного напряжения в этой точке в случае осевого сжатия камеры.

9. Экспериментально подтверждено, что жесткость тороидальной

с полочки по отношению к жесткости камеры, заполненной рабочей жидкостью, составляет тысячные доли и практически не оказывает влияния на точность измерения усилия при различных условиях нагружения.

10. При испытаниях гидравлических камер с однослойными и многослойными тороидальными оболочками на усталостную прочность было

наработано 10® циклов нагружеьия с амплитудой перемещения опорных поверхностей от +0,1 до ¿2,5 мм в диапазоне усилий от 0,1 до 10 МН, при этом перегрузочная способность в отдельных случаях достигала 300 %. По результатам испытаний был сделан вывод о высокой надежности разработанных устройств.

П. Экспериментальные исследования метрологических характеристик созданных гидростатических измерителей усилия прокатки . подтвердили их инвариантность к характеру приложения нагрузки за счет способности эффективно ее выравнивать. Дополнительная погрешность вследствие перекоса и изменения контактных условий приложе- • ния нагрузки не превысила 0,1 %. При самых неблагоприятных условиях нагружения достигнута высокая точность измерения в 0,5 %.

12. При исследовании работы гидростатических измерителей уси- ' лия прокатки на реверсивном четырехвалковом стане 400 экспериментально установлено, что величина гистерезиса упругой.- линии клети при неподвижных валках уменьшилась в 1,9 раза, а при вращении валков со скоростью 5 м/с в 2,5 раза.

13. Экспериментально подтверждено, что характерной особенностью движения подушки при работе с гидростатической опорой является практически отсутствие ее поворота в горизонтальной Плоскости, приводящее к перекосу и в худшем случае заклиниванию в проеме станины. С другой стороны установлено, что по-мере движения внутрь клети подушка совершает угловой поворот относительно продольной оси валка,, компенсируя тем самым несоосность подшипниковых опор валка вследствии его прогиба под действием приложенной нагрузки. Тем самым обеспечивается самоустановка подушки опорного валка.

14. Как показывает опыт промышленной эксплуатации, при установке в клети разработанных измерителей И7Г не требуется примене-

ния каких-либо распределительных плит и т.п. устройств. При этом ■ нет необходимости выполнения практически большинства специальных мероприятий и требований, касающихся конструкции и точности установки.узлов клети, что позволяет потребителю в кратчайшие сроки установить в клети соответствующий узел, а также разместить необходимую электронную аппаратуру и приборы.

15. Промышленные испытания подтвердили возможность уменьшения влияния гистерезиса клети на точность прокатки. Использование гидростатического измерителя усилия прокатки ЮТ в системе автоматического регулирования толщины полосы реверсивного четырехвал-кового стана 400 позволило уменьшить максимальное амплитудное значение отклонения толщины в 2,3 раза. Полученные данные подтверждают эффективность корректировки коэффициентов передачи существующей на стане систеглы регулирована толщины в зависимости от прокатываемого металла в пределах от 4 до 12 %. Разнотолщинность полос для различных марок стали уменьшилась в среднем в 1,9 раза.

Успешная практическая реализация полученных в данной работе теоретических и экспериментальных результатов дает основания для дальнейшего распространения и использования разработанных устройств в тяжелых условиях прокатного производства не только на вновь проектируемых и строящихся, но также на большинстве действующа прокатных станах.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в сле-душцих работах:

I. Чарихов Л.А., Шишкинский Б.И., Кулиш В.Г., Котомин М.В. Гидростатический силоизмерительный преобразователь.- В кн.: Автоматизация процессов взвешивания и дозирования: Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания г.Одесса, 1981. С.250--251.

2. Котомин ГЛ.З. Гидравлические силоизмерители повышенной точности для прокатных станов. - ГЛ., 1981. - 7с. - Деп. в институте Черметинформация 03.03.82, й 1538 утл - Д82.

3. Чарихов Л.А., Шишкинский В.И., Кулиш В.Г., Котомин М.В. Гидростатический метод измерения усилий на прокатных станах - В сб. Технологические средства измерения, регулирования и управле- ■ ния в черной металлургии. - М.: Металлургия, 1982. - С.61-65. " .

4 .ChauAAriTZA SfcskiMky. t?„ KoiomUt M. f, XtdisK

Hydno static inanscLuertS

afftCcaiLons. TzchrioioyLcai and MIetfwd&ioyicaP flcbfarices in Measivumerut ACTA. JMEK0498Z.-R 13343Z.

5. Шишкинский В.И., Котомин H.B., Кулиш В.Г., Алексеев B.C., . Окин Ю.Г. Повышение точности измерения усилия в клетях прокатных . станов путем использования явления гидростатики в замкнутых тороидальных камерах.- В кн.: Автоматизация производственных процессов в отраслях тяжелой промышленности Казахстана: Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции. - г.Караганда, IS8S.

6. Шишкинский В.И., Котоглин М.В., Кулиш. В.Г.,' Алексеев В.С-., Окин Ю.Г. Беспоршневые гидравлические чсполнительные механизмы с тороидальными камерами - как основной путь технического перевооружения нажимных устройств станов холодной прокатки и повышения качества прокатываемой полосы. - В кн.: Автоматизация производственных процессов в отраслях тяжелой промышленности Казахстана: Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции. -г.Караганда, 1986.

7. Шишкинский'В.И., Кулиш В.Г., 'Котомин М.В., Окин Ю.Г." Система управления сильфонным гидронажимным устройством прокатного

pyi Aza/Jf-dufy CndusbUai