6. Энергосиловые параметры шестивалковых клетей [13.7, 13.13]

В производстве холоднокатаной тонколистовой стали, наряду с клетями «кварто», начиная с 80-х ХХ века, применяют шестивалковые клети, в которых между опорным и рабочим валками установлен промежуточный валок. Эти клети, по сравнению с клетями»кварто», требуют бόльших капитальных затрат, однако их использование при прокатке особо тонких полос (толщиной менее 0,2 -0,3мм) из высокопрочных марок сталей с повышенными требованиями по точности размеров, плоскостности и микрогеометрии поверхности позволяет получить конкурентоспособную высококачественную продукцию.

Основные параметры действующих шестивалковых клетей приведены в таблице:

Диаметр рабочих валков Dр, мм	180-470
Диаметр промежуточных валков Dпр, мм	450-650
Диаметр опорных валков Dоп, мм	1000-1525
Длина бочки рабочего валка, L мм	1400-2500
Ширина полос, мм	500-2050
Максимальная скорость прокатки, м/с	до 30

Из этих данных видно, что диапазоны основных параметров клетей данного типа весьма широкие: соотношение максимального и минимального диаметров рабочих валков составляет 2,6, промежуточных – 1,44, опорных – более 1,5. От указанных соотношений зависят металлоемкость, капитальные затраты и расход энергии при прокатке.

Главный привод шестивалковых клетей осуществляют одним из трех вариантов: через рабочие, промежуточные или опорные валки; выбор варианта главного привода также влияет на технико-экономические показатели при эксплуатации этих клетей.

Один из вариантов конструкции шестивалковой клети показан на рис.13.14. Подушки 1 и 2 рабочих валков 3 и подушки 4, 5 опорных валков 6 расположены таким образом, чтобы их вертикальные осевые плоскости 7, 8 были смещены относительно вертикальной осевой плоскости 9 промежуточных валков 10, установленных в подушках 11 и 12, на расстояния е_р и е_оп. Цель этого смещения – обеспечить устойчивое положение в клети рабочих и промежуточных валков, исключив тем самым один из факторов вибраций клети и колебаний межвалкового зазора. Величины е_р и е_оп можно регулировать разными способами, например, е_р - с помощью системы горизонтальной стабилизации рабочих валков, включающей боковые опорные ролики 13 и гидроцилиндры 14, смонтированные в корпусах 15, а е_оп – меняя толщину сменных планок 16, закрепляемых на вертикальных плоскостях окна станины 17.

Рис. 13.14 Конструктивное исполнение валкового узла шестивалковой клети

Подушки рабочих валков контактируют с корпусами 15, закрепленными на корпусах 18 в окне станины 17. Подушки всех валков контактируют со своими опорными плоскос- тями по ходовой посадке с возможностью свободного перемещения в вертикальном направлении, в результате на подшипники и шейки валков со стороны вертикальных опорных плоскостей окна станины действуют горизонтальные усилия, при этом шейки рабочих и промежуточных валков свободны от вертикальных нагрузок, возникающих от усилия прокатки, а на шейки опорных валков, как и в клети «кварто», действуют вартикальные усилия со стороны гидравлического нажимного устройства (ГНУ), на рисунке не показанного, являющиеся реакциями на усилие прокатки.

В корпусах 15 установлены гидроцилиндры дополнительного изгиба рабочих валков 19, 20 и их противоизгиба 21, 22, при этом цилиндры 21 выполняют еще одну роль – уравновешивание верхнего рабочего валка. В корпусах 18 смонтированы гидроцилиндры 23 уравновешивания верхнего опорного валка, гидроцилиндры дополнительного изгиба промежуточных валков 24, 25 и их противоизгиба 26, 27, при этом цилиндры 26 имеют дополнительное назначение – они уравновешивают верхний промежуточный валок.

Для конструкторского и технологического расчета шестивалковых клетей, оптимизации их основных конструктивных параметров и режимов прокатки необходимо использовать достоверную методику расчета их энергосиловых параметров.

Ниже изложена методика энергосилового расчета клетей данного типа, разработанная в Череповецком государственном университете [13.7, 13.13]. Её методологические положения аналогичны методике энергосилового расчета четырехвалковых клетей, изложенной в п.13.5. Анализ показал, что при диаметре бочки рабочих валков D_р>250-300 мм шестивалковая клеть теряет главное преимущество перед клетями «кварто» - возможности прокатывать особо тонкие полосы (h=0,1 -0,2мм).

Поэтому наиболее перспективны шестивалковые клети с рабочими валками, имеющими диаметр бочки не более 180-200мм.

В таких клетях главный привод через рабочие валки не применяют, так как в шейках этих валков при передаче моментов прокатки возникают опасные для их прочности напряжения кручения. В соответствии с этим рассмотрим две альтернативные расчетные схемы, представленные на рис. 13.15 и 13.16.

На этих схемах, относящихся к режиму работы клети с постоянной скоростью, приняты следующие обозначения, являющиеся исходными данными для расчета сил и моментов, действующих на валки.

Конструктивные параметры: D_р, D_пр, D_оп - диаметры бочек рабочих, промежуточных и опорных валков; L_р, L_пр, L_оп - длины бочек рабочих, промежуточных и опорных валков; _р, _пр, _оп - радиусы кругов трения в подшипниках рабочего, промежуточного и опорного валков; e_р, e_оп - горизонтальные смещения рабочего и опорного валков относительно промежуточного. Зная смещения, можно вычислить углы наклона к вертикальной

Рис. 13.15 Расчетная схема сил и моментов, действующих на валки шестивалковой клети (приводные валки – промежуточные)

Рис. 13.16 Расчетная схема сил и моментов, действующих на валки шестивалковой клети (приводные валки - опорные)

плоскости плоскостей, проходящих через оси рабочего и промежуточного валков - ₁, промежуточного и опорного валков - ₂:

. (13.81)

Технологические параметры: h_o, h₁ - толщина полосы на входе и на выходе из валков; ₁ - линейная скорость выхода полосы из очага деформации;  - относительное обжатие; N_o, N₁ - силы заднего и переднего натяжения полосы; -коэффициент трения в очаге деформации.

Энергосиловые параметры:P - сила прокатки; N_пр - мощность прокатки; l_c -длина площадки контакта между полосой и валками, а - плечо силы прокатки, вычисляемые, исходя из сортамента и режима прокатки, по формулам, изложенным в разделах 4, 11, 12 данного учебника.

К исходным данным также следует отнести: f_п - коэффициент трения покоя в межвалковых контактах, характеризующий способность приводного валка осуществлять без пробуксовки вращение холостого валка по принципу фрикционной передачи; m₁, m₂ - плечи моментов трения качения соответственно между рабочим и промежуточным, между промежуточным и опорным валками. Эти величины определяют так же, как и для клетей «кварто» (см. п.13.5).

Параметры, подлежащие определению: Р_пр, Р_оп – межвалковые усилия, действующие соответственно между рабочим и промежуточным валками и между промежуточным и опорным валками; ₁ - угол наклона Р_пр к линии, соединяющей оси рабочего и промежуточного валков; ₂ - угол наклона Р_оп к линии, соединяющей оси опорного и промежуточного валков; М_пр – момент главного привода, приведенный к оси промежуточного валка (половина суммарного приведенного момента рабочей клети) (рис.13.15); М_оп – момент главного привода, приведенный к оси опорного валка (рис. 13.16); а_р, а_пр1 – плечи силы Р_пр относительно осей рабочего и промежуточного валков; а_пр2, а_оп – плечи силы Р_оп относительно осей промежуточного и опорного валков; 2R_p, 2R_пр, 2R_оп – суммарные усилия, действующие на шейки рабочего, промежуточного и опорного валков в качестве реакций, возникающих в подушках и подшипниковых опорах под влиянием рабочих нагрузок. Как было объяснено при описании конструкции клети (рис.13.14), силы 2R_p, 2R_пр направлены горизонтально, а сила - параллельно силе р_оп (рис. 13.16) или совпадает с направлением силы р_оп (рис. 13.15). Она может быть разложена на горизонтальную (2R_оп.г) и вертикальную (2R_оп.в) составляющие. Горизонтальная составляющая воспринимается опорными плоскостями стоек станин, а вертикальная - нажимными устройствами.

Таким образом, подлежат определению 13 параметров, для чего необходимо иметь систему из 13 уравнений. Девять из них характеризуют равновесие рабочего, промежуточного и опорного валков, а остальные уравнения можно получить из соотношений между тригонометрическими функциями углов ₁, ₂, ₁, ₂, плечами межвалковых сил а_пр1, а_пр2, плечом а усилия прокатки Р и величинами m₁, m₂ , _р, _пр, _оп.

При анализе равновесия валков следует учитывать ряд методологических положений, касающихся направлений действия межвалковых сил Р_пр, Р_оп и опорной реакции 2R_оп.

Направление силы Р_пр, действующей между промежуточными и рабочими валками, определяется тем, что эта сила для холостого рабочего валка является движущей, а для промежуточного, вне зависимости от того, приводной он или холостой – рабочей нагрузкой. Поэтому на схемах рис. 13.15, 13.16 сила Р_пр относительно оси рабочего валка действует слева, создавая для него вращающий момент Р_пр а_р, а относительно оси промежуточного валка противоположно направленная сила Р_пр создает основной нагрузочный момент Р_пр а_пр1, требующий учета при определении момента главного привода.

В отличие от сил Р_пр, направление силы Р_оп, действующей в контакте опорного и промежуточного валков, зависит от того, какой из валков является приводным: опорный или промежуточный.

В клети с приводными промежуточными валками (рис.13.15) сила Р_оп, действующая на опорный валок, является для него движущей силой, следовательно, при постоянной скорости прокатки она проходит по касательной к кругу трения в его подшипниках, создавая вращательный момент Р_оп_оп, равный моменту трения в подшипниках. Для приводного промежуточного валка эта сила создает нагрузочный рабочий момент Р_оп а_пр2 дополнительно к основному рабочему моменту Р_пр а_пр1.

При этом реактивная сила 2R_оп, возникающая в подшипниках холостого опорного валка, как показано на рис. 13.15, направлена по линии действия силы Р_оп противоположно этой силе, так как только такое направление 2R_оп обеспечивает выполнение условия равновесия опорного валка.

Если же главный привод осуществлен через опорные валки (рис. 13.16), направление и роль силы Р_оп меняются: для промежуточного валка она является движущей силой, обеспечивающей процесс прокатки, а для опорного – рабочей нагрузкой, силой сопротивления вращению, момент которой Р_оп а_пр2 направлен противоположно движущему моменту М_оп со стороны главного привода. В результате в схеме рис. 13.16 не только направление сил Р_оп противоположно относительно осей вращения валков, по сравнению со схемой рис. 13.15, но и плечи этих сил относительно обоих валков а_оп и а_пр2 имеют значительно бόльшую длину.

Реактивная сила 2R_оп в схеме рис. 13.16 действует, в отличие от схемы рис.13.15 не по линии действия силы Р_оп, а параллельно ей, с противоположной стороны от оси опорного валка. При таком направлении сил Р_оп и 2R_оп приводной момент М_оп уравновешивает сумму рабочего момента Р_оп а_оп и момента трения в подшипниках 2R_оп _оп.

Исходя из вышеизложенного, уравнения равновесия сил и моментов для каждого из валков имеют вид, представленный в табл.13.1.

Таблица 13.1