Основные теоретические сведения

Паспорт оборудования – документ, в котором дана его техническая характеристика. Паспортизация оборудования имеет в производственных условиях большое значение. Правильно составленный паспорт дает не только краткую и точную характеристику оборудования (механизма), необходимую для правильного суждения об условиях его эксплуатации, для установления соответствующих режимов работы, но и позволяет установить производительность и другие технико-экономические показатели (например, при подсчетах количества оборудования для выполнения производственного задания, месячного или годового объема производства и т.д.).

Паспорт оборудования включает основные технические данные оборудования в целом, а также техническую характеристику отдельных агрегатов и механизмов, входящих в комплекс оборудования.

Прокатным станом называется комплекс технологических машин и агрегатов, предназначенных для пластической деформации металла в валках, его транспортировки и отделки.

Все оборудование прокатного стана можно разделить на две группы – основное и вспомогательное. Основное оборудование непосредственно связано с вращением прокатных валков и пластической деформацией металла. Машины и агрегаты, используемые для выполнения всех остальных технологических операций при производстве проката (нагрев, транспортировка металла, кантовка, резка, охлаждение, правка, отделочные операции и т.д.), относят к вспомогательному оборудованию (печи, конвейеры, толкатели, манипуляторы, ножницы, пилы, правильные прессы, моталки, холодильники и т.д.).

Линия, на которой расположено основное оборудование, называется главной линией прокатного стана (рис. 2.1). Основными элементами ее являются: рабочая клеть, шестеренная клеть, редуктор, электродвигатель, соединительные устройства.

Рис. 2.1. Инструмент и оборудование прокатки:

а – главный валок; б – ручьевой валок; в – схема прокатного стана

Рабочая клеть. В ней устанавливаются прокатные валки, обеспечивающие деформацию металла. В главной линии может быть несколько рабочих клетей. Размеры прокатных валков (диаметр, длина бочки) являются определяющей характеристикой рабочей клети.

При этом для листопрокатных станов основной характеристикой является длина бочки, определяющая максимальную ширину проката (0, 8–0, 9 ), а для сортопрокатных станов – диаметр бочки валов, позволяющий определить максимальный размер проката ().

Валки промышленных листопрокатных станов (тонкий и толстый лист толщиной 0, 20–200 мм) имеют длину бочки 300–5000 мм, а валки сортопрокатных станов, прокатывающих круг, квадрат, уголок, рельсы и другой профиль, имеют диаметр 250–1300 мм.

Специализированные трехвалковые прокатные станы поперечно-винтовой прокатки, предназначенные для получения периодического проката, характеризуются максимальным диаметром выпускаемой продукции (10, 20, 50, 70, 80, 120, 220 мм). Характеристикой шаропрокатных станов поперечно-винтовой прокатки (шары диаметром 40–125 мм) является диаметр валков (станы 620–1010).

Частота вращения валков определяется с помощью тахометра или хронометражем. Окружная скорость валков определяется по формуле, м/с,

,

где – диаметр бочки валка, м; – частота вращения валков, с^–1.

В зависимости от назначения скорость прокатки для различных станов составляет:

· для слябингов и блюмингов – 3–7 м/с;

· для рельсобалочных – 3–10 м/с;

· для листопрокатных станов – 9–21 м/с;

· для мелкосортных станов – 5–20 м/с;

· для проволочных – 17–40 м/с.

Валки, которые производят формоизменение металла, расположены в станинах рабочей клети, воспринимающих давление металла на валки. Шейки прокатных валков вращаются в подшипниках различной конструкции (скольжения, качения, жидкостного трения). Для изменения расстояния между валками, а следовательно, и регулирования толщины прокатываемой полосы в верхней части станины имеется нажимное устройство, регулирующее положение верхнего валка. На станине установлен индикатор, указывающий величину зазора между валками. Станины рабочих клетей изготавливаются закрытого (цельнолитые) и открытого (со съемной верхней поперечной станиной, закрепляемой при сборке клети специальными тягами) типов. Станины закрытого типа обеспечивают большую жесткость рабочей клети и, следовательно, высокую точность проката. Их применяют главным образом для листопрокатных ставов, для станов, выпускающих полупродукт (слябинги, блюминги), а также для крупносортных станов готовой продукции (рельсобалочные и др.). Однако замена валков при перестройке стана, производимая через боковые проемы станины, в этом случае значительно сложнее, чем в станинах открытого типа: замена валков в данном случае производится без затруднений после снятия верхней поперечины станины.

В зависимости от конструкции и назначения рабочая клеть прокатного стана может иметь различное количество валков – 2, 3, 4, 6, 12, 20. По числу и расположению валков в рабочих клетях станы подразделяют на станы дуо, трио, кварто, многовалковые и универсальные (рис. 2.2).

Станы дуо (рис. 2.2, а) имеют два рабочих валка, которые вращаются либо в одном (нереверсивные станы), либо в разных (реверсивные) направлениях, что позволяет пропускать обрабатываемый металл в обе стороны.

В станах трио (рис. 2.2, б) имеются три рабочих валка с постоянным направлением их вращения. Прокатка ведется попеременно сначала между нижним и средним, а затем между средним и верхним валками, что дает возможность менять направление прокатки.

Рис. 2.2. Схемы рабочих клетей станов

Станы кварто (рис. 2.2, в) имеют четыре валка, из которых два являются рабочими и два опорными; последние предназначены для уменьшения прогиба рабочих валков.

Многовалковые станы (шести-, двенадцати- и двадцативалковые) также имеют только два рабочих валка. Опорные валки, располагаемые в один, два или три яруса, позволяют применять рабочие валки малого диаметра, благодаря чему увеличивается вытяжка и снижается давление металла на валки (рис. 2.2, г, е, д).

Планетарные станы, конструкции которых разработаны сравнительно недавно, наоборот, имеют большое число пар рабочих валков малого диаметра и два валка большого диаметра, являющихся опорными. Деформация ведется одновременно несколькими парами рабочих валков, что позволяет получить за один проход значительную вытяжку.

Универсальные станы (рис. 2.2, ж), кроме горизонтальных валков, деформирующих металл в вертикальной плоскости, имеют также и вертикальное расположение с одной или обеих сторон горизонтальных валков; вертикальные валки производят деформацию металла в горизонтальной плоскости. Универсальные станы предназначены для прокатки широкополосных балок.

Шестеренная клеть предназначена для разделения крутящего момента двигателя и распределения его между рабочими валками прокатной клети. В станине шестеренной клети установлены зубчатые шестерни одинакового диаметра, число которых равно числу рабочих валков в прокатной клети. Шестерни работают при больших нагрузках, носящих динамический характер, поэтому их изготовляют только с шевронным зубом, что улучшает зацепление шестерен, повышает их надежность, обеспечивает плавность работы шестеренной клети.

Редуктор используют для изменения (обычно для уменьшения) частоты вращения при передаче движения от двигателя к рабочим валкам через шестеренную клеть. На реверсивных станах (блюминги, слябинги, толстолистовые и рельсобалочные станы) редукторы не устанавливают, так как для данных условий работы применение сравнительно тихоходных реверсивных двигателей постоянного тока экономически более выгодно.

В зависимости от передаточного числа редукторы прокатных станов бывают одно-, двух- и трехступенчатыми. Частота вращения отдельных звеньев машин (валов, зубчатых колес, прокатных валков) может быть определена по формуле:

,

где – номинальная частота вращения двигателя, с^-1; – передаточное отношение от электродвигателя до звена, для которого определяется частота вращения.

Электродвигатель является приводом прокатного стана. Вращение вала электродвигателя через редуктор и шестеренную клеть передается на рабочие валки, сообщая им крутящий момент, необходимый для деформации металла. В станах с постоянным направлением прокатки (нереверсивные станы) применяют двигатель переменного тока; в станах с изменяющимся направлением прокатки в одной клети применяются двигатели постоянного тока, что позволяет проводить быстрое реверсирование вращения валков и направления прокатки. В большинстве прокатных станов применяют один электродвигатель для привода рабочих валков одной или нескольких рабочих клетей
(в станах линейного типа). Для мощных станов, прокатывающих слитки весом 10–250 т (блюминги, слябинги, толстолистовые бронепрокатные станы), применяют индивидуальный привод каждого рабочего валка. Максимальная мощность главного электродвигателя прокатного стана достигает 7500 кВт, суммарная мощность всех двигателей, предназначенных для привода нескольких рабочих клетей прокатного стана, достигает 45000 кВт.

Соединительные устройства (муфты, шпиндели) предназначены для передачи крутящего момента от электродвигателя через редуктор и шестеренную клеть на рабочие валки прокатного стана. Наибольшее применение находят зубчатые муфты, обеспечивающие передачу крутящего момента при некотором перекосе валков, а также пластичные и упругие муфты, уменьшающие действие ударных нагрузок на редуктор и двигатель.

При значительных перемещениях верхних валков в вертикальной плоскости (например, в блюмингах, слябингах, трубопрокатных и толстолистовых станах) для привода валков используют универсальные шпиндели с шарнирами Гука, основной особенностью которых является возможность передачи крутящего момента прокатки валком при перекосе шпинделя до 10–12°.