автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.04, диссертация на тему:Совершенствование основных узлов намоточных устройств современных широкополосовых станов горячей прокатки

1. Введение

2. Особенности конструкций основных узлов и эксплуатационные возможности намоточных устройств отечественных широкополосовых станов горячей прокатки

2.1. Режимы работы и технологические параметры намоточных устройств

2.2. Конструкции основных узлов намоточных устройств и методы их расчета

2.3. Анализ эксплуатационных возможностей намоточных устройств

2.4. Лути совершенствования конструкций основных узлов намоточных устройств

2.5. Выводы

3. Исследование и совершенствование конструкций тянущих роликов и механизмов формирования тонколистовых моталок

3.1. Разработка усовершенствованной конструкции тянущих роликов

3.2. Анализ эффективности использования гидравлических демпферов в конструкциях тянущих роликов

3.3. Исследование и выбор рациональных схем приводов формирующих роликов.

3.4. Разработка конструкций механизмов формирования с дистанционной регулировкой перекоса формирующего ролика и с клиновым креплением его опор

3.5. Выводы

4. Исследование и выбор рациональных конструктивных параметров механизмов формирования толстолистовых моталок

4.1. Определение усилий, формирующихся при изгибе переднего конца полосы

4.2. Определение области рациональных конструктивных параметров междуроликовых проводок.

4.3. Кинематический и силовой анализ роликодержателей.

4.4. Определение области рациональных параметров амортизаторов формирующих роликов

4.5. Выбор рациональных конструктивных параметров механизмов формирования

4.6. Выводы

5. Внедрение и технико-экономический анализ усовершенствованных конструкций основных узлов намоточных устройств

5.1. Анализ эффективности новой конструкции тянущих роликов

5.2. Исследование гидротурбинного привода формирующих роликов

5.3. Совершенствование режимов работы традиционных приводов формирующих роликов

5.4. Внедрение устройств с дистанционной регулировкой перекоса и клиновым соединением с кассетой опор формирующих роликов

5.5. Исследование процесса намотка полос толщиной 12.«,20мм из низколегированных сталей.

5.6. Выводы

Создание высокопроизводительных листовых станов, улучшение качества и увеличение выпуска эффективных видов металлопродукции является одной из важнейших народнохозяйственных задач. Решение этой задачи неразрывно связано с совершенствованием оборудования шировополосовых станов горячей прокатки, на которых производится значительная доля общего объема листового проката. Одним из основных направлений развития широкополосовых станов горячей прокатки является увеличение их производительности до 6 10 млн.тонн в год, скорости прокатки от 20 25 до 30 35 м/с, максимальной толщины полос от 10 12 до 20 30 мм, относительной массы рулонов от 18 20 до 28 36 т/мм /41, 42. 44, 45, 46/. Рост технологических параметров широкополосовых станов горячей прокатки в значительной мере лимитируется возможностями намоточных устройств (моталок). Их недостаточно надежная работа даже при ограниченной до 10 м/с максимальной заправочной скорости полос является причиной значительных простоев стана, достигащих 20 30 от общего времени простоев, и брака продукции, составлящего до 40 от общего /36, 48, 51/. Анализ работы современных широкополосовых станов горячей прокатки показал, что без радикального решения вопросов снижения числа отказов, вызванных неудовлетворительной работой моталок, увеличения заправочной скорости и толщины сматываемых полос достижение указанной выше производительности не представляется возможным. Поэтому проблема совершенствования конструкций основных узлов намоточных устройств, обеспечивающих снижение простоев стана, повышение качества рулонов и расширение сортамента прокатываемых полос, весьма актуальна.Целью настоящей работы является совершенствование конструкции основных узлов моталок, обеспечивающее повышение качества цродукции, увеличение толщины сматываемых полос и снижение времени простоев оборудования, Для этого Новолипецким металлургическим заводом, Новокраматорским машиностроительным заводом и Всесоюзным научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом металлургического машиностроения при участии автора были проведены исследования процесса намотки полос толщиной 1,2 20 мм, начаты поиски путей повышения эффективности работы моталок и разработка соответстаущего оборудовбшия. В результате выполненных научно-исследовательских и проектноконструкторских работ автором были выявлены основные зависимости надежности захвата полосы моталкой и показателей качества сматываемых рулонов (телескопичность, распушивание) от конструктивных параметров моталки и технологических процесса, разработаны теоретические предпосылки для создания новых конструкций тянущих роликов, новых моталок с гидротурбинными цриводами формирующих роликов, а также новых механизмов формирования, в том числе для намотки толстых полос /12, 13, 14, 15, 33/. Эти теоретические предпосылки, методы расчета основных параметров машин, а также способы и результаты их конструктивной реализации являются содержанием настоящей диссертации и предметом защиты. Новыми элементами выполненной работы являются: результаты исследования влияния на процесс захвата полосы моталкой сил сопротивления движению верхнего тянущего ролика и конструктивных параметров механизма формирования; результаты исследования влияния перекосов тянущих и формирующих роликов, а также параметров настрбйки приводов последних на телескопичность рулонов; конструкции основных узлов толстолистовых моталок; конструкции тянущих роликов с гвдравлическими демпферами, гидротурбинных приводов формирущих роликов, механизмов формирования с дистанционной регулировкой перекоса роликов и клиновым соединением их подушек с кассетами, защищенные авторскими свидетельствами /26, 27, 28, 31, 32/ К На основе выполненных исследований и разработанных рекомендаций спроектированы и изготовлены, а на стане 2000 Ш ЕПМЗ внедрены: конструкции тянущих роликов с гидравлическими демпферами, обеспечивающие стабильный захват полос на повышенных заправочных скоростях, а также снижение телескопичности рулонов за счет дистанционной регулировки перекоса верхнего тянущего ролика; гидротурбинные приводы формирующих роликов, обеспечивающие улучшение условий привязки полосы к барабану и исключающие применение карданных валов, имеющих низкую работоспособность; механизмы формирования с быстроразъемными соединениями формирующих роликов с кассетой, обеспечивающие повышение ремонтопригодности моталок и стабильность положения роликов; устройства для дистанционной регулировки перекоса формирущих роликов, обеспечивающие снижение телескопичности рулонов в начальный период намотки; усиленные механизмы формирования, обеспечивакицие намотку полос из низколегированных сталей толщиной до 20 мм. Внедрение результатов работы в значительной мере способство Соавторы: Е.И.Азимов, А.Д.Белянский, М.М.Ванинский, П.Вережак, Д.Гарцман, Э.г.Дворкин, Е.А.жукевич-Стоша, Н.И.Крылов, ЮД.Кононок, Б.А.Морозов, В.Г.Макогон, Д.П.Мельник,И.М.Макеев, А.Ф.Надточенко, А.А.Осокин, Б.В.Розанов, Л.И.Рымаренко, А.8. Ракитин, Г.П.Росторгуев, Б.П.Суханов, И.В.Франценюк, Э.Й.Фагель.вало достижению на стане 2000 Новолипецкого металлургического завода впервые в мировой практике производительности 6 млн.тонн проката в TOJK Экономический годовой эффект в народном хозяйстве от внедрения новых механизмов намоточных устройств составляет 4,44 млн. руб. За указанную работу соискатель удостоен Государственной премии СССР в области науки и техники за 1980 год.

6. Основные результаты и выводы

6.1. Намоточные устройства (моталки) лимитируют рост производительности и расширение сортамента полос, прокатываемых на современных широкополосовых станах горячей прокатки из-за застревания полос при захвате, значительной трудоемкости перевалки формирующих роликов и поломок их карданных валов, снижают качество продукции из-за телескопичности рулонов и распушивания их витков.

6.2. На основании исследования процесса взаимодействия полос толщиной 1,2. 12,0 мм из углеродистых и низколегированных сталей с элементами намоточных устройств установлено:

6.2.1. Основными факторами, препятствующими стабильному захвату полосы, являются:

- отрыв верхнего тянущего ролика от полосы при захвате и, как следствие, деформация переднего конца тонкой полосы при соударении с наклонной проводкой;

- отвод кассеты от рулона при захвате толстых полос;

- снижение до 30.40$ окружных скоростей формирующих роликов по сравнению с поступательной скоростью полосы, вызванное колебаниями скоростей роликов из-за износа шарниров карданных валов.

6.2.2. Телескопичность рулонов в начальный период намотки обусловлена перекосами осей вращения формирующих роликов относительно барабана из-за неточностей монтажа и деформации консольного участка барабана, вызванного ростом натяжения полосы при формировании окружных усилий в зоне контакта формирующих роликов с рулоном. В заключительный период намотки причиной телескопичности рулонов является перекос оси вращения верхнего тянущего ролика относительно нижнего, вызванный, в основном, самоотвинчиванием резьбовых тяг.

6.2.3. Распушиванию рулонов из толстых полос способствует неравномерность распределения усилий прижатия формирующих роликов к рулону.

6.3. На основании теоретического анализа установлено, что существующий способ ограничения поступательных перемещений верхнего тянущего ролика путем постоянного прижатия его к полосе не устраняет отрыв- ролика от полосы в процессе захвата. Требуемый эффект достигается введением дополнительных сил сопротивления движению. Для этого целесообразно установить демпфирующие устройства в системе подвески ролика, выполненные в виде гидроцилиндров с дросселями. Эти устройства можно использовать и для дистанционной регулировки перекоса верхнего ролика в процессе намотки, что в сочетании с электромеханическим нажимным устройством обеспечивает эффективное снижение телескопичности рулонов. Предложена новая конструкция тянущих роликов с гидравлическими демпферами, исключающая применение резьбовых тяг для регулировки перекоса.

6.4. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что снижение жесткости характеристики двигателей формирующих роликов, а также крутящих моментов на двигателях позволяет уменьшить окружные усилия, формирующиеся в зоне контакта роликов с рулоном. При этом снижается деформация консольного участка барабана, что способствует уменьшению телескопичности рулонов. Показано, что увеличение перед захватом на 40.50% окружных скоростей формирующих роликов по сравнению с поступательной скоростью полосы не оказывает отрицательного влияния на процесс захвата и формирования первых витков рулона.

Предложена новая конструкция приводов формирующих роликов, выполненная в виде осевых гидротурбин. Использование нового привода исключает применение карданных валов, обеспечивает стабильность окружных скоростей роликов, улучшает условия захвата полос и качество рулонов.

6.5. На основании кинематического и силового анализа механизмов формирования 4-роликовых моталок установлено, что основными причинами неравномерности распределения усилий прижатия между формирующими роликами является поворот кассеты относительно оси барабана, обусловленный кинематикой кассеты и несоответствием между усилиями затяжки амортизаторов роликов и усилиями, создаваемыми пневмоцилиндрами кассет. Показано, что рациональная настройка амортизаторов формирующих роликов обеспечивает постоянный контакт роликов с рулоном и повышает качество рулонов из толстых полос за счет увеличения плотности намотки.

6.6. Обоснована целесообразность изменения конструкции крепления формирующих роликов к кассете и создания устройства для дистанционной регулировки перекосов оси вращения формирующих роликов.

Разработана новая конструкция крепления роликов с помощью клиновых соединений, обеспечивающая существенное сокращение времени перевалки.

Разработана новая конструкция роликодержателя с дистанционной ре1улировкой перекосов формирующих роликов, обеспечивающая эффективное снижение телескопичности рулонов в начальный период намотки.

6.7. Показано, что одним из основных факторов, определяющих возможность намотки толстых полос на роликобарабанных моталках, является предварительное прижатие кассет, препятствующее перемещению кассеты при формировании первых витков рулона. Разработан метод расчета этих усилий. Для обеспечения намотки полос толщиной 16.20 мм из низколегированных сталей рекомендовано реконструировать механизмы формирования современных моталок отечественных широкополосовых станов горячей прокатки.

6.8. На основании разработок диссертации изготовлены и на стане 2000 горячей прокатки Новолипецкого завода внедрены:

- тянущие ролики с гидравлическими демпферами и дистанционной регулировкой перекоса верхнего тянущего ролика;

- гидротурбинные приводы формирующих роликов и способ снижения крутящих моментов в электродвигателях формирующих роликов;

- моталки с клиновым соединением формирующих роликов с кассетой;

- механизмы формирования с дистанционной регулировкой перекоса первого и четвертого формирующих роликов;

- толстолистовые моталки с усиленными механизмами формирования, обеспечивающие высокое качество намотки полос толщиной 12.20 мм из низколегированных сталей.

6.9. Экономический годовой эффект в народном хозяйстве от внедрения результатов работы составляет 4,44 млн.руб.

1. Астахов М.С., Караваев A.B., Макаров С.Я., Суздальцев Я.Я. Справочная книга по расчету самолета на прочность. М.: Оборонгиз, 1954, 702 с.

2. Белянский А.Д., Ройзен М.Я., Зубков Ю.С. Скоростной режим отводящего рольганга широкополосного стана при прохождении передней части полосы. В кн.: Тонколистовая прокатка, Воронеж, 1981, с. I4I-I45.

3. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1980, 976 с.

4. Бычков В.П. Электропривод и автоматизация металлургического производства. М. :Высшая школа, 1977, 312 с.

5. Галани В.П., Чецуркин С.С., О причине образования петли на рольганге при входе полосы в моталку. Известия Вузов, Черная металлургия, В 3, 1965, с.115-120.

6. Галани В.П. Исследование динамических явлений в некоторых узлах моталок горячей полосы. Автореф. Дие. . канд.техн.наук,1. Донецк, 1966, 15 с.

7. Гарцман С.Д., Галани В.П., Доброскок А.И. и др. Экспериментальные исследования динамических усилий в моталке для горячекатаных полос. В кн.: Труды ВНИИМЕТМАШ, 1966, В 17, с. 84-105.

8. Гарцман С.Д., Галани В.П., Доброскок А.Н. и др. Исследования динамики работы моталки для горячекатаных полос. Сталь, 1966, В 7, с. 631-634.

9. Гарщан С.Д. Некоторые задачи динамического расчета роли-кобарабанных моталок для горячекатаных полос. В кн.: Труды ВНИИМЕТМАШ, 1966, № 17, с.106-136.

10. Гарцман С.Д. Расчет динамических усилий в роликобарабанныхмоталках для горячекатаных полос. В кн.: Труды ВНИИМЕТМАШ, 1968, В 22, с. 77-89.

11. Гарцман С.Д. Исследование и разработка методов динамического расчета роликобарабанных машин для свертывания горячекатаных полос. Дис. . Канд.техн.наук, Москва, 1968, 240 с.

12. Гарцман С.Д., Каретный З.П., Филатов A.A. Исследование натяжения в горячекатаной полосе в процессе намотки. В кн.: Тон-, колистовая прокатка, Воронеж, 1981, с. I37-I4I.

13. Гарцман С.Д., Каретный З.П., Пономарев В.И., Осокин A.A. Тянущие ролики моталки горячей полосы. В кн.: Оборудование для прокатного производства. М., ВДИИТЭИТЯМАШ, I-8I-I7, 1981, с. 7-9.

14. Гарпдеан С.Д., Филатов A.A., Каретный З.П., Пономарев В.И., Осокин A.A. ' Роликодержатель моталки горячей полосы. В кн.: Оборудование для прокатного производства, М., ЦНИИТЭИТЯМАШ, I-8I-I7, 1981, с. 9-1I.

15. Гарцман С.Д., Каретный З.П., Осокин A.A., Рубанович Ю.А. Анализ кинематических и силовых параметров роликодержателей моталок для толстых горячекатаных полос. М., 1981, 18 с. Руко

16. Д пись представлена ВНИИМЕТМАШ'ем. Деп. ЦНИИТЭИТЯМАШ, Библиогр. указ. ВИНИТИ "Депонирование рукописи" & 12 (122), 1981. с.118.

17. Голубев Т.М., Зайков М.А. Коэффициент трения при горячей прокатке. Сталь, 1950, № 3, с. 743-751.1. Ч" ft TT ft Ж Т1 ТЧ /Ч

18. Гринчук П.С., Фомин Г.Г. Сматывание горячекатаных полосстанатолщиной 12 мм в рулоны на моталках 1700. Металлургическое машиностроение, 1963, J£ 2, с.18-23.

19. Гуревич А.Е., Рокотян Е.С. Методы исследования прокатных станов. М.: Металлургиздат, 1957, 432 с.

20. Доброскок А.Н. Развитие конструкций моталок для горячекатаных полос. В кн,: Труды ВНИИМЕТМАШ, 1969, № 17, с. 72-83.

21. Королев A.A. Прокатные станы и оборудование прокатных цехов. Учебное пособие для вузов. М.: Металлургия, 1981, 203 с.

22. Макогон В.Г. и др. Механическое оборудование широкоплосных станов горячей прокатки. М.: Металлургия, 1969, 263 с.

23. Маслов Г.С. Расчеты колебаний валов: Справочное пособие. -М.: Машиностроение, 1968, 271 с.

24. Меерович И.М., Филатов A.C. Измерение усилий при прокатке. М.: Металлургия, 1965, 515 с.

25. A.C. 331836 (СССР). Механизм формирования моталки горячей полосы /Н.П.Погребняк. Опубл. в Б.И., 1972, $ 10.

26. Морозов Б.А., Сонин А.Л. Исследование свертывающих машин для горячей полосы. В кн.: Обработка металлов давлением, Метал-лургиздат, 1956, вып. 64, с. 32-43.

27. A.C. 4I72I4 (СССР). Моталка листового стана горячей прокатки /А.Д.Белянский, С.П.Вережак, З.Д.Каретный и др. Опубл.в Б.И., 1974, Ä 8.

28. A.C. 527227 (СССР). Моталка листового стана горячей прокатки /А.Д.Белянский, С.Д.Гарвдан, З.П.Каретный и др. -Опубл. в Б.И., 1976, & 33.

29. A.C. 822944 (СССР). Моталка листового стана горячей прокатки /А.Д.Белянский, З.П.Каретный, И. В. Франце шок и др. Опубл. в Б.И., 1981, & 15.

30. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории упругих колебаний. М.: Машгиз, 1967, 323 с.

31. Пащевский И.П. Новый непрерывный широкополосный стан 2000 горячей прокатки. В кн.: Оборудование для прокатного производства, М., НИИинформтяжмаш, 1-70-7, 1970, с. 6-II.

32. A.C. 72II52 (СССР).v Роликодержатель моталки горячей полосы /С.Д.Гарпман, З.П.Каретный, А.А.Осокин и др. Опубл. в Б.И., 1980, £ 10.

33. A.C. 451482 (СССР). Тянущий механизм моталки горячей полосы /А.Д.Белянский, С.Д.Гарцман, З.П.Каретный и др. Опубл. в Б.И., 1974, В 44.

34. A.c. 1003956 (СССР). Способ намотки в рулон горячекатаной полосы /С.Д.Гарцман, З.П.Каретный, Г.Н.Котлюба и др./.- Опубл. в Б.И, 1983, № 10.

35. Сыромятников В.Я., Ильясов Г.Ш. Расчет мощности двигателей формирующих роликов. В кн.: Магнитогорский горно-металлургический институт им. Г.И.Носова, Сборник научных трудов, Вып.93., 1971,с. 42-44.

36. Тиц Ю.В., Плахтин В.Д. Анализ простоев широкополосного стана 1700 горячей прокатки. Металлург, 1975, №10, с. 32-35.

37. Фомин Г.Г., Галани В.П., Кулик В.В. Проскальзывание барабана моталки при сматывании горячекатаных полос. В кн.: Оборудование для прокатного производства. М., НИИинформтяжмаш, 1-68-2, 1968, с. 49-50.

38. Фомин Г.Г., Богатырев A.A. Зарубежные конструкции моталок горячей полосы. М.: НИИинформтяжмаш, I-7I-2, 1970, 64 с.

39. Фомин Г.Г., Дубейковский A.B., Гринчук П.С. Механизация и автоматизация широкополосных станов горячей прокатки. М.: Металлургия, 1979, 231 с.

40. Хохлов В.А. Электрогидравлический следящий привод. М.: Наука, 1966, 239 с. стр. 41.

41. Целиков А.И., Сонин A.J1. Свертывание в рулоны и разматывание горячекатаных полос толщиной до 12 мм. Сталь, 1957, № 4,с. 432-453.

42. Целиков А.И., Смирнов В.В. Прокатные станы. М.: Металлург-издат, 1958, 534 с.

43. Целиков А.И. Основы теории прокатки. М.: Металлургия, 1965, 247 с.

44. Целиков А.И., Зюзин В.И. Современное развитие прокатных станов. М.: Металлургия, 1972, 399 с.

45. Целиков А.И. Металлургические машины и агрегаты: настоящее и будущее. М.: Металлургия, 1979- 143 с.

46. Целиков А.И. Перспективы развития металлургического машиностроения СССР. В кн.: Металлургическое оборудование, М., ЦНИИТЭИТЯДМАШ, 1980, В 32-36 с.

47. Шиманский Ю.А. Динамический расчет судовых конструкций. Л.; Судцромгиз, 1962, 482 с.

48. Шинкаренко М.И. Основные направления совершенствования прокатного оборудования на НКМЗ. В кн.: Труды ВШИМЕТМАШ, 1967, В 21, с. 24-37.

49. Вада К. и др. Развитие станов горячей прокатки полосы в Японии. Тэпу по хаганэ, 1973, т. 59, Л 13, с. 55-71.50. o&desrw Л. Zusn ¿¿and tron1975г 16, л/6, s 246-253.

50. Моммерец К.Г. и др. Факторы, влияющие на предельную производительность широкополосных станов горячей прокатки. Черные металлы, 1 2, 1976 (ФРГ).

51. Paxio/z C.tJ. et at %)€t?£fo/i/77£/zt с/a do J?at -/¿ъе/грёЛ featft/yafe „■jf-ze/z a/zds/eef б/г^слее?" ^ S3, л/Z, pp 40-46.

52. Пфаншмидт.М. Моталки для широкополосных станов горячей прокатки. Черные металлы, 1980, В 4, с. 3-9.54. dam о с/г i £? /¿oiief. ojf ¿fe^ J/a/zг Japan J-ta/z and /¿eef Jate-rszaftoszaf, *3ypp /S3 ~ / PO.