Совершенствование процесса пилигримовой прокатки на основе выбора рациональных параметров и модернизации подающего аппарата

• Автор: Попов, Юрий Антонович
• Шифр специальности: 05.02.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 118 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ И ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ПОДАЧИ ЗАГОТОВКИ ПОДАЮЩИМ МЕХАНИЗМОМ
ПИЛИГРИМОВОГО СТАНА
Выводы и задачи исследования
ГЛАВА 2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПОДАЮЩЕГО АППАРАТА
СТАНА ПИЛИГРИМОВОЙ ПРОКАТКИ
2.1 Влияние работы подающего аппарата на процесс пилигримовой прокатки
2.2 Особенности процесса пилигримовой прокатки
2.3 Модернизация конструкции подающего аппарата
Выводы
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ
АНАЛИЗ ЗАКОНА ДВИЖЕНИЯ ПОДАЮЩЕГО АППАРАТА
3.1 Задачи и основы определения закона движения подающего аппарата циклического действия
3.2 Объект исследования
3.3 Динамическая модель подающего аппарата пильгерстана
3.4 Анализ и выбор рациональных параметров управления законом
движения заготовки
Выводы
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ
И КИНЕМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
4.1 Экспериментальное определение влияния параметров профилирования
буксы тормозной камеры на кинематику
4.2 Особенности нагружения деталей механизма ограничения подачи
в режиме прокатки
4.3 Характеристики нагружения форголлера при извлечении дорна
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. АКТ Внедрения результатов НИР
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Программа расчета кинематических и динамических характеристик
форголлера SMS MEER

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в мире используется более 50 станов пилигримовой прокатки. Основными достоинствами этого оборудования является возможность получения бесшовных горячекатаных труб большой длины с широким диапазоном значений толщины стенки от 5 до 150 мм. Бесшовные трубы диаметром более 406 мм производят только на пилигримовых станах. Достоинством станов этого типа является экономичность процесса при производстве труб малыми партиями. Пилигримовые станы относятся к оборудованию периодического действия, сочетая процессы ковки и продольной прокатки. Одним из наиболее динамически нагруженных устройств таких станов является подающий механизм (форголлер), предназначенный для осуществления периодической подачи заготовки в рабочую клеть на строго определенную величину. Особенностью пилигримового стана является перемещение заготовки в виде гильзы во время разового цикла прокатки навстречу направлению выхода готовой трубы из клети на большую длину рабочей части ручьев прокатных валков. По завершению разового обжатия металла раскрываются зевы валков, и заготовка с вращением вокруг своей оси возвращается в зону прокатки на ту же длину, дополненную значением циклической подачи, со средней скоростью около 3 м/с. При возвратно-поступательном движении заготовки со значительной массой (до 14 т) максимальные значения динамических нагрузок достигают 800 кН.
Актуальность. От работы подающего аппарата во многом зависит стабильная работа всего стана, его производительность и качество выпускаемой продукции. В связи с динамически тяжелым режимом работы на долю подающего механизма стана приходится большинство отказов. В результате на станах большого типоразмера при эксплуатации оборудования осуществляют замену подвижной части форголлера с периодичностью, не превышающей 10 суток.

Этим объясняется необходимость совершенствования конструкций и поиск рациональных параметров управления процессом подачи.
Степень разработанности. Несмотря на то, что процесс пилигримовой прокатки известен и применяется в промышленности более 100 лет, вопросы повышения надежности оборудования остаются нерешенными до сих пор. В частности, проблемой динамического нагружения подающих аппаратов, их кинематических и силовых характеристик, занимались многие отечественные и зарубежные исследователи. Большое количество реализованных конструктивных вариантов, направленных на повышение работоспособности подающих аппаратов пилигримового стана, привели к использованию пневмогидравлических движителей заготовки и гидромеханических устройств формирования стабильных значений разовой подачи за цикл прокатки. С течением времени повышались требования увеличения производительности пильгерных установок и качества труб. Однако высокая цикличность и большие значения периодически изменяющихся напряжений определяют весьма ограниченный ресурс работы форголлера и требуют решения задач совершенствования его конструкции и поиска рациональных параметров для достижения минимума динамического нагружения.
Цели и задачи работы. Разработка устройства перемещения заготовки, обеспечивающего дальнейшее снижение динамических нагрузок, безотказного устройства ограничения подач, реализующего заданные номинальные их значения, исследование и определение рациональных параметров управления законом движения заготовки.
Научная новизна работы.
1. Для вновь предложенного пневмогидравлического привода возвратного движения заготовки исследованы зависимости, выполнен анализ и получены рекомендации выбора значений начального давления в

переменным диаметральным зазором по отношению к зеркалу тормозной буксы, а также систему настраиваемых дросселирующих выходных отверстий. Режим торможения существенно зависит от механических характеристик материала прокатываемых труб, определяющих силы сцепления заготовки с дорном, и от характеристик вязкости используемой рабочей жидкости (воды или масел). При этом материал заготовки определяет значения сил сцепления прокатываемой гильзы с дорном, а вязкость рабочей жидкости в существенной степени влияет на характеристики гидравлического торможения.
К основным недостатком рассмотренной конструкции следует отнести большие массы подвижных частей, обусловленные завышенным диаметром и длиной штока, несущего последовательно пневматический, гидравлический и направляющий поршни с длиной хода каждого из них, равной максимальной дистанции перемещения прокатываемой заготовки за цикл прокатки. Результатом этого являются высокие значения динамических нагрузок в период замедления возвратного движения заготовки в рабочую клеть. Кроме того, под действием веса штоковой системы в пределах изгибной податливости штока происходит его проседание, сопровождаемое интенсивным износом зеркала направляющей камеры, уплотняющих устройств и утечками масла из тормозной камеры. При этом межремонтные промежутки времени для восстановления изношенных деталей, как правило, не превышают двух недель. Таким образом, одной из основных задач дальнейшего совершенствования рассмотренной конструкции является необходимость сокращения длины и масс штоковой системы, а также переход к использованию охлаждаемой воды в качестве рабочей жидкости в камере гидравлического торможения
Другая конструкция подающего аппарата, используемая на трубных предприятиях, представляет собой систему пневматического привода разгона и механического торможения инерционных масс.