Развитие и создание нового поколения высокопроизводительных и надежных станов для производства горячекатаных бесшовных труб. Тартаковский Игорь Константинович

g і а аз j

ЇЇШЇЇШ

Рис. 3. Планировка прошивного стана с грибовидными валками с индивидуальным приводом валков и примыкающим оборудованием ТПА-140 Челябинского трубопрокатного завода: 1

водоохлаждаемый рольганг; 2 — зацентровщик; 3 — решетка; 4 — передний стол; 5 — вталкивателъ; б - рольганг; 7 — стационарный упор; 8 — решетка; /— входная сторона; //

рабочая клеть; ///— выходная сторона; IV - главный привод; V — передающее устройство.

Теоретическим обоснованием создания шпинделей третьего поколения явилось установление факта значительных усилий вдоль оси крестовины, что приводило к частым поломкам, особенно упорных подшипников, расположенных на переферии шпиндельных головок и поэтому имеющих сравнительно малые габариты. В новой конструкции, предложенной и разработанной с участием автора, специальные упорные подшипники размещены во внутреннем пространстве шарнирных головок между соответствующими радиальными подшипниками и имеют значительно большие габариты и долговечность (рис. 4) [36]. Это позволяют упростить конструкцию универсального шарнира и значительно повысить его нагрузочную способность как за счет установки значительно более мощного упорного подшипника, так и за счет увеличения плеча радиального подшипника без увеличения диаметра шарнира шпинделя.

Долговечность предлагаемых шпинделей в 6—8 раз выше, чем шпинделей второго поколения, имеющих радиальные подшипники, расположенные между соответствующими упорными. Эксплуатация этих шпинделей на самых производительных прошивных станах ТПА 30-102 на Первоуральском новотрубном заводе и на Никопольском южнотрубном заводе позволила решить проблемы, связанные с безаварийной работой этих станов и всего агрегата в целом.

Установка шпинделей третьего поколения в главной линии прошивного стана ТПА 350 НЮТЗ, прокатывающего тяжелый сортамент гильз из нержавеющих марок сталей, практически ликвидировала систематические простои оборудования, необходимые для замены старых универсальных шпинделей, так как срок службы новых шпинделей превышал 3 года.

упорные подшипники Рис. 4 Шпиндель: а — новый; б — старый

Особенно важно, что высокая надежность и долговечность новой конструкции шпинделей, подтвержденная всеми трубопрокатными заводами страны, сочетается с уменьшением трудоемкости их изготовления в 1,5—1,8 раза по сравнению с ранее выпускаемыми конструкциями (число деталей уменьшилось на 16 единиц).

1.4. Опытно-промышленный прошивной стан.

Одной из центральных задач теории и технологии процесса прошивки является установление влияния на производительность и качество получаемых гильз основных конструкторско-технологических параметров прошивных станов: размеров валков, углов подачи, углов раскатки, окружных скоростей валков, типа привода. В настоящее время эти параметры в значительной мере определяются и задаются на основании эмпирических данных и зависимостей, обобщающих некоторый опыт, и не имеют достаточного теоретического обоснования, базирующегося на внутренних закономерностях процесса прошивки. В известной степени это объясняется с одной стороны тем, что большинство исследований по поперечно-винтовой прокатке посвящено изучению кинематики и геометрии процесса, а исследованию сложнейших вопросов, связанных с напряженным состоянием металла при поперечно-винтовой прокатке, в решении которых заложен ключ к определению основных параметров станов поперечно-винтовой прокатки, уделяется гораздо меньше внимания, а с другой стороны, отсутствием специального оборудования для проверки теоретических выводов.

В настоящее время известно три типа валковых прошивных станов - с бочковидными, грибовидными и чашевидными валками, различающихся между собой значением угла ракатки (3=0, |3>0 и |3<0 - соответственно.

Первые два типа станов получили преимущественное распространение как в России, так и за рубежом. Третий тип станов - распространен в меньшей степени.

Для возможности выбора оптимальной схемы прошивного стана применительно к каждому конкретному случаю установки его в различных трубопрокатных агрегатах по инициативе автора в 1967 - 1968 годах предложена и с личным участием разработана и изготовлена на ЭЗТМ конструкция универсального прошивного стана для экспериментальной базы Всесоюзнного научно-исследовательского трубного института (ВНИТИ) (рис. 5,6) [16].

Главной особенностью конструкции рабочей клети универсального прошивного стана является возможность установки в ней бочковидных, грибовидных и чашевидных валков (рис.6), устанавливаемых в кассеты трех типов с углами раскатки соответственно 17 и 7 и без угла раскатки. Клеть с грибовидными валками может быть превращена в клеть с чашевидными валками путем разворота барабана на угол 180-2 а, где а— угол подачи.

Главный привод стана (рис. 5) предназначен для передачи момента и вращения валкам рабочей клети 4, причем привод бочковидных и чашевидных валков размещен на входной стороне 3 стана, а привод грибовидных валков — на выходной стороне 7. Каждый привод состоит из двух электродвигателей 6 постоянного тока, передающих вращение валкам посредством зубчатых муфт, и универсальных шпинделей 2. Особенностью привода бочковидных и чашевидных валков является установка синхронизирующей шестеренной клети 1, которая позволяет вести процесс прокатки как с механической синхронизацией вращения рабочих валков, что соответствует условиям группового привода, так и без синхронизации при демонтированной синхронизирующей шестерне, что соответствует индивидуальному приводу рабочих валков. Это позволяет, в свою очередь, выявить оптимальные конструктивные решения для получения высококачественных гильз.

Привода спроектированы таким образом, что при значениях углов подачи 5-12 и углов 0,7, 17 углы перекоса в шарнирах шпинделей не превышают 12, а при наиболее вероятных средних углах подачи 8-12 равны в обоих шарнирах и не превышают 7, что значительно улучшает динамическую характеристику привода.

Исследования, проведенные на стане с участием автора, показали, что на выбор типа станов существенное влияние оказывают отношение диаметра заготовки к диаметру гильзы.

Так при сізаг < (Гильзы , предпочтение следует отдать стану с грибовидными валками; при d_3ar = с1_ГИльзы - стану с бочковидными валками; d_3ar > с1_ГИльзы - стану с чашевидными валками.

Физика явления заключается в том, что для получения, например тонкостенных гильз стан должен работать по типу расширителя. Для этого

скорости на выходе из очага деформации должны непрерывно возрастать, увеличивая одновременно результирующие силы трения, способствующие получению тонкостенных гильз при высокой производительности. В этом случае необходимо применение грибовидного прошивного стана (d_3ar < с1_ГИЛьзы). В чашевидном прошивном стане скорость на входе в очаг деформации должна непрерывно уменьшаться и возникающие силы трения осуществляют необходимый «подпор» заготовки в очаге деформации, что и способствует уменьшению диаметра выходящей гильзы. В бочковидном прошивном стане равенство заготовки и гильзы может быть объяснено рациональным распределением скоростей в очаге деформации.

Кроме того, на выбор типа прошивного стана влияют материалы заготовок, толщины стенок получаемых гильз, скоростные условия прошивки и т.д.

Рис.5. Опытно-промышленный прошивной стан: 1 - шестеренная клеть синхронизирующая; 2 -универсальный шпиндель; 3 - входная сторона; 4 -рабочая клеть; 5 - главный привод; 6 - электродвигатель; 7 - выходная сторона.

Создание конструкции универсального прошивного стана решило длительные теоретические споры о выборе оптимальной конструктивной схемы и заметно усилило интерес специалистов к изучению процесса прошивки на чашевидных и грибовидных валках с двухопорным креплением и, главное, послужило толчком для создания в 1970г. первого отечественного грибовидного прошивного стана с двухопорным креплением валков для ТПА 140 ЧТПЗ и в 1980г. - универсального стана с установкой как бочковидных, так и чашевидных валков на ВТЗ. Следует заметить, что в 2008г. ВТЗ заказал дополнительно к имеющимся еще два комплекта чашевидных валков [3], [4], [25], [12].

Рис. 6. Схемы установки в рабочей клети различных валков: а - бочковидных; б - чашевидных; в - грибовидных

1.5. Высокопроизводительный грибовидный прошивной стан поперечно-винтовой прокатки.

Прошивные станы предназначены для получения полой гильзы из сплошной заготовки и входят в состав различных ТПА (с непрерывным станом, автоматическим станом, трехвалковым раскатным станом и др.). Станы могут быть использованы для получения гильз диаметром 70...450 мм из углеродистых и легированных марок сталей.

Действующие в стране до 60-х годов прошивные станы в основном зарубежных фирм были бочковидными (р = 0) с групповым приводом валков и грибовидными (р = 45) также с групповым приводом валков.

Первые отечественные прошивные станы с бочковидными валками были спроектированы и изготовлены в конце 50-х годов УРАЛМАШем для ТПА 400 и ТПА 250 (Руставский и Сумгаитскийи мет. заводы) и в конце 60-х годов ЭЗТМ для ТПА 30-102 (ПНТЗ и ЮТЗ) и ТПА 140 (ЧТПЗ). Подробное описание этих станов см. [5].

Основными конструктивными особенностями этих станов были:

Рабочие клети имели станину закрытого типа, в нее устанавливались барабаны, в комертонную часть которых с зазорами вводились узлы валков с подушками, извлекаемыми при перевалке. Наличие зазоров предопределяло вибрацию этого ответственного узла под воздействием динамических нагрузок от вращающейся с большой скоростью заготовки. Это сказывалось на качестве гильз и долговечности оборудования. Кроме того, такая конструкция приводила к значительному завышению ее массы и неудобству обслуживания. Заметим, что масса рабочей клети ТПА 400 старой конструкции составляла 420 тонн (см. книгу П.М.Соловейчика «Трубопрокатные агрегаты с автомат станом» 1967, Металлургия стр.30), в то время, как рабочая клеть стана 450 для Северского трубного завода, выполненная по новой схеме имеет массу 250 тонн.

В главных приводах шестеренные клети не были развернуты на угол, обесчевивающий равенство углов шарниров шпинделей, что вызывало кинематическую неравномерность вращения валков и дополнительные

динамические нагрузки в главной линии стана.

- Выходная сторона прошивного стана была выполнена с боковой выдачей с

канатным перемещением упорного механизма. Сравнительно большое

вспомогательное временя цикла, низкая долговечность оборудования,

сложность в эксплуатации - недостатки такой конструктивной схемы.

Подробности см. ниже.

Рабочие клети грибовидных прошивных станов старой конструкции (зарубежных

фирм), эксплуатируемые на ЧТПЗ и Ижорском заводе в ТПА 140, имели консольные

валки, нерегулируемые углы подачи, постоянное положение верхней линейки и

групповой привод влков. Станы были малопроизводительными и выпускали трубы с

низким качеством по наружной поверхности и большой разностенностью. Однако по

данным, полученным из литературных источников и данным, полученным на

трубопрокатных заводах, брак по наружным и внутренних пленам в установках с

этими станами не превышал 0,6%, в то время как брак по наружным и внутренним

пленам в установках с прошивными станами с бочковидными валками составлял 2%. В

связи с этим в 1967 году автором утверждалось, что направление, принятое при

конструировании отечественных прошивных станов, заключающееся в повсеместном

применении бочковидных станов, нельзя было считать правильным [3], [10].

Это объясняется тем, что прошивные станы с грибовидными валками в технологическом отношении наиболее совершенны, так как возникающее при прошивке напряженное состояние металла благоприятно влияет на качество получаемых гильз. Изложенное следует из рассмотрения распределения скоростей в очаге деформации бочковидных и грибовидных станов. Для любой точки, лежащей на поверхности валка (как грибовидного, так и бочковидного) и находящейся в некотором сечении, удаленном на расстоянии от одного из торцов валков, можно написать (без учета скольжения)

u_x=<»Rx, (12)

где ^и_х - окружная скорость валка;

^R_x - радиус валка в рассматриваемом сечении;
0 - угловая скорость валка (без учета скольжения),
го = и^coscp=coR cosф ИЗ")

где ^ш _х - окружная скорость вращения заготовки;

Ф - угол подачи.
^v_x^=coR_xs^[n(P , (14)

где ^v_x - осевая скорость заготовки; ю*— угловая скорость заготовки в рассматриваемом сечении (без учета

скольжения).

R_x
u)_x=a)coscp— , (15)

где ^г_х - радиус заготовки в рассматриваемом сечении.

Из формул 12-15 видно, что в бочковидном стане окружная скорость валка (и_х), угловая скорость вращения заготовки ( ^ ) и скорость подачи ( и_х ) возрастают к «пережиму» валков и уменьшаются от «пережима» к выходу гильзы из валков, а в грибовидном прошивном стане эти параметры все время

нарастают от входа к выходу гильзы из валков, что увеличивает скорость

прошивки.

В грибовидном прошивном стане угловая скорость заготовки

R_x
непрерывно увеличивается, так как отношение возрастает за счет

соответствующего подбора угла раскатки/? (угол между проекцией оси валка на горизонтальную плоскость и осью прокатки).

Изменения угловой скорости заготовки вдоль очага деформации приводят к скручиванию металла при прошивке. В бочковидных станах ввиду того, что угловая скорость заготовки до «пережима» возрастает, а после «пережима» падает, скручивание металла во входном конусе направленно в сторону вращения заготовки, а в выходном - в обратную сторону.

В грибовидных прошивных станах скручивание металла вдоль всего очага деформации направленно в сторону вращения заготовки и не меняется в процессе прошивки. Таким образом наиболее благоприятное распределение скоростей заготовки вдоль очага деформации наблюдается при прокатке на грибовидном прошивном стане, в котором скорости возрастают вместе с вытяжкой гильзы от входа заготовки в валки к выходу, позволяя увеличить производительность стана. В свою очередь характер распределения скоростей определяет и характер скручивания металла при прошивке, которое также наиболее благоприятно в станах с грибовидными валками, так как направленно в одну сторону, тогда как в бочковидных станах заготовка подвергается скручиванию в двух противоположных направлениях.

Изложенное дает основание утверждать, что напряженное состояние металла при прошивке в грибовидном прошивном стане наиболее благоприятно с точки зрения получения качественных гильз при повышении производительности стана и прошивать высоколоегированные стали.

Учитывая это, по предложению и личному участию автора в 1967 году была разработана конструкция грибовидного прошивного стана, у которого грибовидные (конусные) валки имели две опоры и угол раскатки до 17. Конструкция стана позволяла регулировать в необходимых пределах углы раскатки и подачи, а механизм верхней линейки позволил легко изменять ее положение относительно оси прокатки. Определение угла раскатки было основано на следующих соображениях. Как видно из формулы 15 необходимым условием «грибовидности» стана является непрерывное нарастание катающего радиуса валка R_x на всем протяжении очага деформации. Это условие будет соблюдено, если угол раскатки (3 > у, как это видно из рис.бв, стр.23. Угол у — это угол выходного конуса валка прошивного стана. Величина угла у составляет не более 6. Таким образом для обеспечения «грибовидности» прошивного стана необходимо выполнение условия (3 > 6. Но по чисто конструктивным соображениям угол раскатки (3 < 17 невозможен из-за «налезания» шпинделей на центрователь выходной стороны стана, как это видно из рис. 3. В то же время увеличение угла раскатки (3 > 17 приводит к

недопустимому уменьшению подшипников второй опоры валка грибовидного стана [3], [13].

В 1972 году этот стан был изготовлен и пущен в эксплуатацию впервые в отечественной и зарубежной практике.

Автор принял участие в изучении особенностей технологического процесса прошивки на грибовидном стане с целью совершенствования его конструкции, что было реализовано в грибовидном прошивном стане ТПА 140 СинТЗв1976году[12].

Главным результатом этой работы явилось создание новой модели рабочей клети грибовидного прошивного стана, выполненной по конструктивной схеме, обеспечивающей большую устойчивость к динамическим нагрузкам, что было реализовано во всех последующих конструкциях рабочих клетей прошивных станов, см. ниже.

1.6. Особенности конструкции рабочих клетей прошивных станов.

В новых конструкциях рабочих клетей прошивных станов, по предложению автора, реализован один из главных постулатов теории колебаний, который утверждает, что чем больше масса оборудования и меньше зазоров в соединениях узлов и деталей машины, тем меньше амплитуда ее колебаний под воздействием вибрационных нагрузок.

Поэтому в конструкции рабочих клетей станов поперечно-винтовой прокатки, в том числе и прошивных, было выработано, по предложению автора, новое направление в их создании, предусматривающее зажатие барабанов вместе с жестко закрепленными на них валками крышкой клети с помощью силовых (эксцентриковых) механизмов. Это решение позволяет полностью и надежно исключить зазоры между станиной, крышкой, валками и барабанами в процессе прокатки и уменьшить влияние динамических нагрузок вибрационного характера на амплитуду колебаний узла валка и других узлов вследствие значительного увеличения сопротивляющейся колебаниям массы оборудования клети под воздействием вращающейся с большой частотой (до 1000 об/мин) гильзы. В свою очередь, уменьшение вибрации клети позволяет повысить надежность и долговечность узлов и механизмов; улучшить качество получаемых гильз; увеличить частоту вращения валков, что дает возможность поднять производительность стана, улучшить условия захвата и снизить расходный коэффициент металла. Главной особенностью конструкции всех двухвалковых рабочих клетей станов поперечно-винтовой прокатки, в том числе и прошивных, является зажатие барабана 11 с валком 12 откидной крышкой 7 (рис. 7) с помощью эксцентрикового механизма 37 (рис.8) [33]. Кроме того в этих клетях возможна установка как бочковидных, так грибовидных и чашевидных валков, как показано на рис.6, стр.23, что достигается заменой узла барабана с валком. Во всех случаях валки имеют две опоры, расположенные в расточках барабана, что особенно важно для конструкции грибовидного прошивного стана.

Ґ-^А

Рис. 7. Рабочая клеть прошивного стана: 1 - уравновешивающее устройство; 2 - пружина; 3 -уравновешивающая гайка; 4 - глобоидный редуктор; 5 - пята; 6 - опора; 7 - крышка; 8 -электродвигатель; 9 - червячный редуктор; 10 - вал-шестерня; 11 - барабан; 12 - станина; 13 -рабочий валок; 14 - тяга; 15 - гайка; 16- зажимной винт.

Рис.8. Рабочая клеть прошивного стана: 17 - червячный редуктор; 18 - электродвигатель; 19 -пневмоцилиндр; 20 - рычаг; 21 - тяга; 22 - вводная проводка; 23 - гидроцилиндр; 24 - стул; 25 -нижняя линейка; 26 - пневмоцилиндр; 27 - рычаг; 28 - линейка; 29 - линейкодержателъ; 30 -нажимной винт; 31 - гайка; 32 - цилиндрическая опора; 33 - тяга; 34 - траверса; 35 -подпружиненные брусья; 36 - бронзовая планка, 37 — эксцентриковый механизм зажатия крышкой барабна с валком.

В связи с этим в 1973 году, после пуска первого в отечественной и зарубежной практике грибовидного прошивного стана с двухопорными валками на ЧТПЗ автором было предложено отказаться от прежней конструктивной схемы клети прошивного стана с неразъемной станиной, спроектированной для грибовидного прошивного стана ТПА 140 ЧТПЗ.

Предложение было принято и с личным участием автора были разработаны новые конструкции рабочих клетей прошивных станов для ТПА 80 и ТПА 140 для СинТЗ, ТПА 50-200 для ВТЗ и Румынии, ТПА 250 для ТМЗ и для кольцепрокатного агрегата США [3].

Перевалку, по предложению автора, осуществляют путем извлечения барабанов вместе с неподвижно закрепленными на них валками, что является необходимым условием создания жесткой конструкции клети и уменьшения времени самой перевалки. Также значительно сокращает эту операцию применение быстроразъемных соединений шпинделей с валками рабочей клети предложенных и разработанных с личным участием автора. [55]

В старых конструкциях перевалку осуществляли заменой только узлов валков, что предопределяло наличие зазоров между деталями узла валков и посадочными местами барабанов [1], [5], [6], [9], [31], [32], [33], [46],[58], [59], [67].

1.7. Выходные стороны станов поперечно-винтовой прокатки.

Выходная сторона стана поперечно-винтовой прокатки предназначена для удержания и центрирования стержня с оправкой в процессе прокатки; перемещения стержня с оправкой как вхолостую для регулирования положения оправки в очаге деформации, так и в процессе прокатки; подачи воды высокого давления через стержень к оправке; приема и центрирования трубы (гильзы), выходящей из клети без оправки (длинной) и с длинной оправкой, удерживая ее в процессе прокатки; выброса гильзы или трубы с оправкой (длинной) или без оправки за пределы рабочей линии стана.

Главным направлением проектирования выходных сторон станов поперечно-винтовой прокатки является уменьшение времени цикла, высокая надежность и долговечность оборудования и возможность осуществления новых технологических процессов.

По способу выброса гильзы за пределы рабочей линии стана выходные стороны станов поперечно-винтовой прокатки, работающие на короткой оправке, различают с боковой и осевой выдачей. За рубежом преимущественное распространение получили станы с боковой выдачей.

При боковой выдаче упорный подшипник вместе с закрепленным в нем стержнем перемещается вдоль оси прокатки, освобождая трубу для выброса с линии стана, и возвращается в исходное положение прокатки.

При прокатке на сменяемой оправке, когда последняя свободно лежит на проводке клети при выбросе трубы, в момент подхода стержня (даже при наличии механизма смены оправки) неизбежны ручные операции и частые потери времени на установку оправки в очаге деформации.

Работа на несменяемой оправке затруднена, так как, с одной стороны, оправку приходится протаскивать через уже подстывшую трубу, что не всегда удается, а с другой, — стойкость оправки падает за счет непрерывного контакта с раскаленным металлом. Кроме того, при прошивке на несменяемых оправках часто появляется брак внутренней поверхности за счет попадания в гильзу инородных тел (продуктов износа при разрушении оправки) во время извлечения из нее стержня с оправкой.

Следует отметить, что при боковой выдаче прокатка полых изделий на «посад» на несменяемой оправке невозможна, так как в этом случае внутренний

диаметр полого изделия меньше наружного диаметра оправки. Это снижает технологические возможности оборудования.

Известные выходные стороны с боковой выдачей гильз имеют большое вспомогательное время цикла, сложны и ненадежны ввиду наличия перемещающихся с большой скоростью масс, плохо поддаются автоматизации.

Нами разработана усовершенствованная конструкция выходной стороны прошивного стана с боковой выдачей гильз, отличающейся стационарным расположением упорно-регулировочного механизма, что значительно улучшает функциональные и эксплуатационные характеристики оборудования. Такая выходная сторона спроектирована на ЭЗТМ с участием автора и поставлена в США в 2001г. [86].

Однако и эта выходная сторона с боковой выдачей, несмотря на усовершенствования, не ликвидирует основных недостатков этого оборудования, изложенных выше.

В связи с этим была создана конструкция выходной стороны короткооправочных станов поперечно-винтовой прокатки с осевой выдачей гильз, позволяющая ликвидировать изложенные выше недостатки выходных сторон с боковой выдачей гильз, но имеющая сравнительно большое вспомогательное время цикла. Это обяснялось тем, что в прежних конструкциях выходных сторон прошивных станов с осевой выдачей гильз, стержень перехватывался механизмами, установленными за клетью (рис.9), при этом гильза останавливалась, что приводило к потере производительности, температуры, увеличивало окалинообразование и ухудшало деформацию на последующих станах. В новых конструкциях выходных сторон прошивных станов как только задний конец гильзы выходит из очага деформации стержень перехватывается предложенным автором специальным механизмом, установленным в клети (рис. 10,11) [2], [40], [91].

Теоретической основой создания новой выходной стороны станов поперечно-винтовой прокатки, в т.ч. и прошивных, с осевой выдачей явилось использование инерционного прохождения гильзы (трубы) за очаг деформации на расстояние S, определяемое по формуле:

(16) - скорость прокатки,

Q Mr/'{//}

Рис. 9. Выходная сторона прошивного стана: 1— центрирующий ролик; 2 — выдающий ролик; 3 станина упорно-регулировочного механизма; 4 — каретка упорно-регулировочного механизма; 5 проводка; б, 9 — вертикальные валы; 7 — упорная головка; 8— хвостовик стержня; 10 —замок 5 проводка; б, 9 — вертикальные валы; 7 — упорная головка; 8—хвостовик стержня; 10 — замок

го прошивного стана с осевой выдачей труо:

валки рабочей клети, 5 -оправкой, б - перехват стержня, 7

ролики, 10 - упорно-регулировочный механизм

Рис. 10. Схема современного прошивного стана

7 - толкатель, 2 - заготовка, 3 -упор, 4 - валки рабочей клети, - гипыа 8 - иентловатепь 9 - попики Ю-мпопно-,

li^vitiviiiiv/±u iijjvyj-uxiijiivyi vy ^ііліііл с осевой выдачей труо

но, z. - зисигпиоки, j -уПОр, 4 - валки рабочей """и"' ^ -/1>,/лЛ А _ идп«

- гильза, 8 - центрователъ, 9 - ------- '^Л -

Механизм перехвата переднего конце стержня Счнар-киго npct'iHBHOio «гана іччА «э ос< up к-їтки)

Рис.1 1 Механизм перехвата стержня: 1 — шарннир, 2 —рычаги перехвата, 3 — оси качания рычагов, 4 — проводка, 5 - пневмоцилиндр

В современных высокопроизводительных станах поперечно-винтовой прокатки, созданных за последние годы в нашей стране, по предложению автора и с его личным участием разработана осевая выдача которая получила исключительное распространение (ТПА 30-102 ПНТЗ и НЮТЗ, ТПА 140 СТЗ, Нижнє днепровского трубопрокатного завода и ЧТПЗ, ТПА 50-200 ВТЗ и т. д.).

На стане с осевой выдачей гильз по мере выхода из валков и продвижения гильзы на выходной стороне стана ролики центрователеи раскрываются и освобождают стержень оправки.

Установка перехвата стержня непосредственно у оправки в самой клети, когда рычаги перехвата монтируются в выводной проводке, позволяет на 40...50 % сократить вспомогательное время цикла за счет того, что сразу же после окончания процесса прошивки (сигнал — падения производной силы тока в цепи главного привода прошивного стана) гильза по инерции проскакивает зону перехвата (для этого достаточно иметь скорость прошивки

1,2 м/с и расстояние от торца валков до зоны перехвата 300-400 мм) и в промежутке между валками и задним концом гильзы рычаги перехвата захватывают стержень и сразу же отбрасывается упорная головка, давая проход гильзе, которая со скоростью до 7 м/с без остановки, транспортируется за пределы выходной стороны стана заранее раскрученными и постоянно включенными выдающими роликами, сводимыми только на прокатанную гильзу. Это решение позволило решить проблему производительности первого отечественного ТПА 30-102 на ПНТЗ.

Следует отметить, что предложенный автором упорно-регулировочный механизм с откидыванием головки в горизонтальной плоскости и размещением ее в каретке, перемещаемой с помощью винтового механизма по направляющим станины упорно-регулировочного механизма, повысил эксплуатационные и функциональные характеристики оборудования. Такой механизм имеет ряд преимуществ по сравнению с механизмом, откидывающим упорную головку в вертикальной плоскости, так как позволяет осуществлять перемещение оправки со стержнем на любую необходимую величину, что необходимо для осуществления новых технологических процессов [43].

Длительный опыт эксплуатации упорно-регулировочных механизмов с горизонтальным откидыванием на всех трубопрокатных заводах страны показал их высокую работоспособность, надежность и долговечность.

В выходных сторонах с осевой выдачей реализуются помимо изложенного и следующие преимущества конструктивного и технологического порядка:

стабильность настройки очага деформации, не требующая сложных и дорогих средств автоматизации. Это объясняется стационарным расположением упорно-регулировочного механизма, в то время как при боковой выдаче необходима точная остановка массивного упорного подшипникового узла стержня оправки, перемещающегося с большой скоростью,

значительно большая надежность и долговечность основных узлов и механизмов в связи с отсутствием быстроизнашивающихся частей, перемещающегося упорного подшипникового узла с системой подачи воды высокого давления и сложного стационарного механизма его остановки, закрепления в процессе прокатки и регулирования при настройке очага деформации, а также более простая конструкция центрирующих устройств, так как они выполняются на два положения роликов, а при боковой выдаче - на три,

вспомогательное время цикла на станах с осевой выдачей значительно меньше, чем на станах с боковой выдачей,

большая универсальность стана, так как главные приводы при осевой выдаче легко располагаются на выходной стороне, что особенно важно для грибовидного прошивного стана,

-возможность быстрого перемещения стержня с оправкой в процессе прокатки для улучшения условий захвата, получение переменных профилей, повышение качества внутренней поверхности изделий, увеличение долговечности длинных оправок. Это достигается за счет установки гидроци-

линдров, связанных с кареткой упорно-регулировочного механизма [39], [10], [37], [40], [41], [42], [43], [45], [48], [51], [60], [64], 14], [89].

Длительный опыт эксплуатации таких станов с осевой выдачей на всех трубопрокатных заводах страны показал их несравненные преимущества перед станами с боковой выдачей по основным показателям: производительности и качеству изделий, надежности и долговечности оборудования, уровню и простоте механизации и автоматизации, функциональным характеристикам. Именно наличие выходных сторон с осевой выдачей в большей степени предопределило тот общеизвестный факт, что отечественные прошивные станы в 1,2—1,8 раза по производительности превосходят лучшие зарубежные аналоги.

1.8. Входные стороны станов поперечно-винтовой прокатки.

Входные стороны станов поперечно-винтовой прокатки предназначены для передачи сплошной или полой заготовки без оправки на передний стол стана, зарядки оправки в гильзу (трубу), совмещения оси заготовки с осью прокатки, задачи заготовки с оправкой или без оправки в стан и удержания ее в процессе прокатки. Конструкции входных сторон определяются типом стана, технологическим процессом прокатки, сортаментом изделий, числом валков рабочей клети.

Главной частью входной стороны является передний стол.

Сортамент гильз и труб по диаметру определяет необходимость регулирования переднего стола входной стороны по высоте, сортамент по длине и массе — тип задающего устройства, конструкцию механизма подъема желоба. От числа валков клети зависит конструкция стола в сечении, перпендикулярном оси прокатки, с учетом размещения шпинделей при наличии привода на входной стороне стана.

1.8.1. Передние столы прошивных станов

Характерной особенностью конструкций передних столов прошивных станов является наличие сплошного желоба и заталкивателя, что вызвано большим разбросом заготовок по длине (1000...4000 мм) и значительными динамическими нагрузками, возникающими при прокатке от вращения заготовки с большими оборотами (до 1000 об/мин).

Передние столы прошивных станов эксплуатируются в крайне тяжелых условиях. Наличие весьма высокой температуры, большого количества окалины, громадных динамических нагрузок от вращающихся заготовок ставит проектирование передних столов в ряд сложных задач конструирования трубопрокатного оборудования. Причем главнейшим и трудновыполнимым условием здесь является обеспечение надежности и долговечности как деталей и узлов стола, так и прилегающих фундаментов.

Особенностями новой конструкции переднего стола прошивного стана, предложенного и разработанного с участием автора, являются [15], [62]:

установка корпуса желоба, имеющего сферическую поверхность контакта с винтовым подъемником, на поворотной опоре, вынесенной из зоны действия горячих температур, окалины, воды и грязи, вместо гладких плоских направляющих, расположенных в зоне прокатки, что характерно для ранее изготовляемых конструкций [74], наличие для выброса незахваченной заготовки специального механизма, состоящего из системы приводных рычагов и звеньев, выполнение механизма регулирования желоба по высоте в виде винтового подъемника, состоящего из двух приводных червячных редукторов, соединенных синхронизирующим валом, закрепленной на плите промежуточной опоры, в которой размещена гайка подъемника и редуктора привода,

выполнение крышки желоба в виде рычагов, служащих одновременно и задержниками заготовки (рис. 12),

размещение между желобом переднего стола и корпусом канатов, позволяющих демпфировать динамические нагрузки, улучшить шумовые характеристики.

Рис. 12. Передний стол прокатного стана: 1 — корпус; 2 — желоб; 3 — поворотная крышка; 4 — привод; 5— выбрасыватель; б — привод выбрасывателя; 7— поворотная опора; 8 — ось; 9 — вал; 10 — винт винтового механизма подъема корпуса; 11 — передаточный настил; 12 — заготовка

Перечисленные решения позволили: надежно осуществить механизированное регулирование стола по высоте, что необходимо при широком сортаменте заготовок, ликвидировать тяжелые ручные операции при извлечении незахваченных заготовок, снизить вспомогательное время цикла, поднять производительность стана, улучшить эксплуатационные характеристики. Это было невозможно в прежних конструкциях столов с плоскими направляющими, расположенными в зоне действия окалины, воды и высоких температур.

1.8.2. Передние столы калибровочных и обкатных станов

Главной технологической особенностью прокатки на этих станах, определяющими конструкцию входной стороны, являются:

- необходимость обеспечения надежной задачи трубы в валки клети. Это особенно трудно при прокатке тонкостенных труб, когда контактная поверхность невелика. Условия первичного захвата значительно улучшаются, если трубе к моменту подхода к валкам придать вращение.

Подъемный рольганг на входной стороне стана предназначен для задачи трубы в клеть вдоль оси прокатки, одновременно сообщая ей вращательное движение.

Для этого оси роликов, по предложению автора, наклонены к оси прокатки на угол, меньший 90, что позволяет придать трубе в момент задачи в валки вращательное движение вокруг оси прокатки и - поступательное вдоль этой же оси, что значительно улучшает условия захвата — одну из важнейших характеристик станов поперечно-винтовой прокатки. Внедрено на обкатных станах во всех ТПА 140 СТЗ, ЧТПЗ, Украины, Азербайджана и Чехословакии.

Особенностью конструкции входной стороны элонгатора, работающего на длинной оправке, является задача гильзы в стан таким образом, что торец каретки, соединенной со штоком цилиндра задачи, служит упором для гильзы, а упором для оправки служит шток. Это позволяет сохранить стабильное положение оправки по отношению к гильзе в течение всего процесса задачи в стан [44], [50], [54], [65].

1.9. Базовая конструкция трехвалковой рабочей клети стана поперечно-винтовой прокатки.

Трехвалковые клети поперечно-винтовой прокатки являются основными машинами трубопрокатных агрегатов, определяющими их производительность и качество труб. Обладая высокими технико-экономическими показателями (высокая производительность, отсутствие быстроизнашивающихся линеек, лучшие условия захвата, сниженный удельный расход электроэнергии, благоприятная схема напряженного состояния), эти станы получили большое распространение в различных трубопрокатных агрегатах в качестве прошивных, раскатных, обкатных, калибровочных и других станов в России и за рубежом.

Предложенные и разработанные с участием автора впервые в отечественной и зарубежной практике трехвалковые клети взамен двухвалковых в качестве обкатных получили внедрение на трех ТПА 140: ЧТПЗ, СинТЗ и Нижнеднепровском трубопрокатном заводе им.К. Либкнехта в 1972-1976 годах, - и в настоящее время успешно эксплуатируются (см. табл.) [2], [11], [91].

На основании широкого круга исследовании на оборудовании ЧТПЗ и Центрального научно-исседовательского института черной металлургии (ЦНИИЧЕРМЕТа), проведенных в конце 60-х годов, в которых было и участие

автора, определились технологические и конструктивные параметры трехвалковых обкатных станов, на основании которых автором был разработан в 1970 г. эскизный проект такого стана с регулировкой углов подачи в клети и индивидуальным приводом валков, а также совместно с другими специалистами был предложен новый способ получения тонкостенных труб [23], [11].

Автор принял участие и в освоении трехвалкового обкатного стана на ЧТПЗ, что позволило усовершенствовать оборудование и технологический процесс получения качественных труб на первом в мире трехвалковом обкатном стане.

Среди многих результататов, полученных при освоении стана , следует особенно отметить следующее:

Разработана эффективная калибровка инструмента, заключающаяся в том, что угол выходного конуса валка равен углу конусности оправки.

Автором был решен вопрос разработки новой конструкции механизма поворота и стопорения барабана трехвалквой клети обкатного стана, позволивший впоследствии значительно сократить время и трудоемкость замены валков при перевалке.

Освоение трехвалкового обкатного стана трубопрокатной установки 140 ЧТПЗ позволило установить, что процесс обкатки протекает при стабильных условиях захвата и установившемся процессе. Поперечная разностенность труб уменьшается, отсутствуют граненность и раструбы. Возможна прокатка труб при отношении диаметра к толщине стенки 35-40 и полная автоматизация процесса. Путем интенсивного обжатия по стенке достигается хорошая наружная и внутренняя поверхность труб.

Применение трехвалковых обкатных станов решило проблему устойчивого захвата труб, которая постоянно существовала на двухвалковых обкатных станах с групповым приводом валков и нерегулируемыми углами подачи [2], [4], [11], [17], [19], [23].

Таблица 1. Внедрение трехвалковых рабочих клетей
в различных агрегатах ^_

В 70-е годы также был пущен в эксплуатацию первый в отечественной практике трехвалковый прошивной стан для прокатки титановых сплавов, предложенный и разработанный с участием автора по заданию Всесоюзного института легких сплавов (ВИЛСа), поставлен на Верхне-Салдинский металлургический завод в 1970г. (см. таблицу 1).

На ВТЗ в 1970-80гг для ТПА 50-200 поставлено 16 трехвалковых клетей, используемых в качестве раскатных и калибровочных. Следует особенно отметить, что в ТПА 50-200 ВТЗ в горячей части по нашему предложению применены две линии трехвалковых раскатных станов, что не принято в мировой практике, и было весьма отрицательно принято оппонентами. Практика опровергла опасения [1].

На базе анализа и обобщения отечественных и зарубежных конструкций, а также теоретического и экспериментального исследования трехвалковых клетей, по предложению и с личным участием автора, создана базовая конструкция трехвалковой рабочей клети, которая положила начало новому направлению в конструировании трехвалковых станов поперечно-винтовой прокатки [1], [34], [91].

Клеть отличается от известных конструкций наличием объединенной кассеты-барабана и станины с откидной крышкой, что уменьшает амплитуду колебаний узла валков, неподвижно закрепленных на массивных барабанах и таким образом повышает устойчивость к вибрационным динамическим нагрузкам. В результате этого повышается производительность, жесткость, надежность, долговечность клети и качество получаемых труб. Клеть позволяет также осуществлять различные технологические процессы, в том числе и для производства тонкостенных труб, путем изменения углов подачи и раствора валков в процессе прокатки. Кроме того, достоинством клети является возможность быстрой и удобной замены валков (перевалки) с помощью специального механизма [66].

В этом механизме, в отличие от прежних конструкций, исключена шарнирная связь механизма поворота с барабаном-валком. В сочетании с новым механизмом откидывания крышки на 180 (в прежних конструкциях откидывание производилось только на 110), это решило проблему замены валков трехвалковых станов поперечно-винтовой прокатки (рис. 13,14,16). Указанные особенности позволили удовлетворить всем требованиям, предъявляемым к современным рабочим клетям с учетом перспективы развития оборудования и процессов винтовой прокатки, а также определили высокую эффективность оборудования. К их числу относятся:

-возможность широкого изменения с высокой точностью и большими скоростями углов подачи и раствора валков как вхолостую, так и в процессе прокатки при минимальных маховых моментах перемещаемых масс, что необходимо для получения широкого сортамента качественных труб при высокой производительности,

-надежность и долговечность основных узлов, удобство обслуживания, высокие эксплуатационные качества,

простота и удобство настройки очага деформации, куда входит установка необходимого раствора валков, углов подачи, совмещение калибров,

высокая жесткость конструкции, малая податливость калибра, что необходимо для интенсификации процесса прокатки и получения точных труб,

минимальное искажение очага деформации при изменении углов подачи, благодаря тому, что поворот барабана с валком осуществляется вокруг оси, проходящей через пережим валка. Это необходимо для повышения качества выпускаемых труб и уменьшения отходов,

возможность использования для осуществления различных технологических процессов: прошивки, раскатки, элонгирования, калибровки, обкатки,

- возможность быстрой и удобной замены узла валков при перевалках.
Перевалки валков в современных трубопрокатных агрегатах с трехвалковыми

раскатными станами производятся часто (иногда несколько раз в сутки) в связи с частой сменой сортамента, а также износа гребня на калибровочной части валка. Поэтому решение вопроса быстрой замены валков связано с повышением производительности и качества труб всего агрегата.

Рис.13. Рабочая клеть трехвалкового стана поперечно-винтовой прокатки: 1 — станина, 2 —

крышка, 15 — двигатель, 21-23 — гидроцилиндры.

Созданная новая базовая конструкция рабочей клети трехвалкового стана поперечно-винтовой прокатки позволяет осуществлять процесс перевалки в линии стана с минимальными по сравнению с известными способами затратами времени и тяжелого физического труда.

Рис. 14. Механизм поворота и стопорения рабочей клети: 24, 25 — башмаки, 26 — оси, 29,30 — ограничитель, 31, 32 — плунжерные гидроцилиндры, 33. 34 — направляющие.

Рис. 15. Гидромеханическое нажимное устройство: 11 - гайки; 12 - нажимные винты; 13 -червячные колеса, 14 - червяк, 16 - тяга, 17 - пята, 18 - корпус гидроцилиндра, 19 - шток, 20 -регулировочные гайки.

Это достигается, по предложению и разработке автора, путем откидывания крышки вокруг двух центров от одного гидроцилиндра на 180 (рис. 16) без применения крановых средств. Такой способ перевалки позволяет сократить вспомогательные площади и оборудование для специального стенда, а также уменьшить грузоподъемность крановых средств, особенно при создании крупных агрегатов [63].

Рис. 16. Клеть рабочая в процессе перевалки: 1 - плитовина; 2 - основание; 3 -подвижная штанга; 4 - гидроцилиндр; 5 - тяги; 6 - клинья; 7 - крышка; 8 и 9 - цапфы; 10-барабан; 11 -рабочие валки; 12 - гидроцилиндр откидывания крышки

В конструкции описанной рабочей клети трехвалкового стана поперечно-винтовой прокатки ликвидированы практически все недостатки распространенной ранее клети с поворотной шайбой, усиленно рекламируемой зарубежными фирмами (стан Трансвал и т.д.), и не случайно в настоящее время они заменяются клетями нашего типа. (Подробности см. В [1], [2], [7],[34], [47], [61], [63], [91])

1.10. Универсальный стан поперечно-винтовой прокатки.

Стан предназначен для получения труб и прутков из широкого сортамента легких сплавов.

Основными особенностями стана, предложенного и разработанного с личным участием автора, являются: возможность установки в его клети (рис. 17,18) как двух, так и трех валков. Это достигается путем специального исполнения станины клети, которое позволяет с минимальным временем (не более 2 ч) перейти от двухвалковой схемы клети к трехвалковой, и наоборот, а также наличием индивидуального привода валков, возможности установки в

клети как двухопорных валков, так и консольных с большим углом раскатки (45...50). Это достигается заменой барабанов с двухопорными валками на барабаны с консольными валками, при этом валки оборудованы передачами, позволяющими от одного и того же привода осуществить вращение как двухопорных, так и консольных валков. Наличие последних позволяет прокатывать трубы с D/S>20.

Рис. 17. Универсальная трехвалковая клеть стана поперечно-винтовой прокатки (установка двух валков): 2 — крышка. 3-5 — гнезда для барабанов, б — барабаны, 9 — 11 —рабочие валки, 17 — первый линейкодержателъ, 20 — второй линейкодержателъ.

Рис. 18. Универсальная трехвалковая клеть стана поперечно-винтовой прокатки (установка трех валков): 1 — основание станины, 12 — тяга, 13 — винт, 14 — механизм разворота на угол подачи, 15 — дополнительные гнезда, 16 — механизм перемещения линейкодержателя, 18 — цилиндр, 19 — нажимное устройство.

На стане возможны прошивка заготовок и получение гильз, раскатка гильз на короткой и длинной удерживаемой оправке, прокатка прутков с большими степенями обжатия. Эти особенности стана позволяют прокатывать на нем широкий сортамент изделий, многие из которых невозможно получить другими способами с такой степенью эффективности. Это подтверждено исследованиями, проведенными Пановым С.А. и описанными в автореферате его докторской диссертации. Созданием стана закончились все споры трубников о выборе типа стана (двух или трехвалкового) для прокатки труб и сплошных изделий широкого сортамента из различных труднодеформируемых твердых легких сплавов [52], [53].

1.11. Конструкция калибровочного стана поперечно-винтовой прокатки для Чехии.

Стан устанавливается в агрегате Асселя трубопрокатного завода в г. Хомутове. Особенностью стана является возможность прокатки на нем труб диаметром 46... 168 мм с высокой производительностью и точностью (0,5 мм на диаметр). В конструкции стана нашли отражение последние достижения в области создания станов поперечно-винтовой прокатки, в которых есть и личное участие автора:

- жесткая конструкция клети с механизированной сменой линеек; откидная
крышка, механизация и автоматизация всех настроечных операций,

индивидуальный привод валков, позволяющий регулировать скорость прокатки, в том числе и для улучшения условий захвата,

применение косорасположенного рольганга и закрытого желоба на входной стороне стана, что стабилизирует процесс захвата заготовок,

- вращающиеся проводки на выходной стороне стана,

- двухпозиционная выходная сторона стана, позволяющая в течение
нескольких минут заменять проводки. Замена проводок особенно важна при
прокатке труб малого диаметра во избежание значительных вибраций при
прокатке и, как следствие, потери точности трубы [33], [35], [38], [67], [87].

Таким образом, основными направлениями проектирования станов поперечно-винтовой прокатки, которые были выдвинуты автором, поддержаны специалистами-трубниками и реализованы с 60-х годов и по настоящее время явились:

замена бочковидных прошивных станов с групповым приводом грибовидными прошивными станами с двухопорными валками и индивидуальным приводом,

выбор оптимальных параметров главных линий стана с групповым и индивидуальным приводом,

создание принципиально новых конструкций рабочих клетей с откидной крышкой и объединенной кассетой-барабаном с повышенной устойчивостью к динамическим нагрузкам вибрационного характера,

применение осевой выдачи изделий с перехватом стержня в очаге деформации,

повсеместное применение индивидуальных приводов в главных линиях станов (прошивных, обкатных),

применение трехвалковых обкатных станов,

создание передних столов, гарантирующих устойчивые условия захвата (косой рольганг, надежная регулировка по высоте).

Это позволило создать станы с высокими функциональными и эксплуатационными характеристиками и осуществлять эффективные технологические процессы, которые используются взаимно и для получения другой продукции (коротких тел вращения, периодических профилей, труб из алюминиевых сплавов) [1]...[19], [20], [27]...[30], [35], [75]...[85], [91], [92].

2.1. Новый полунепрерывный трубопрокатный агрегат 140 со станом

тандем.

В настоящее время большую часть бесшовных труб в России и за рубежом получают на установках с автоматическими станами, что объясняется их большой маневренностью и сравнительно низкой себестоимостью продукции.

Однако трубопрокатным агрегатам с автоматстанами присущ ряд существенных недостатков, главными из которых являются низкая производительность, благодаря наличию непрерываемых вспомогательных операций из-за возвратно-поступательного движения труб и невозможность значительных обжатий по стенке, вследствие того, что оба прохода (черновой и чистовой) производятся в одном калибре и обжатие при втором проходе осуществляется только за счет замены оправки. Это, в свою очередь, ограничивает наибольшие отношения диаметра к толщине стенки получаемых труб. Возвратно-поступательное движение труб при прокатке приводит к тому, что более 70% рабочего времени затрачивается на вспомогательные операции и возврат труб на переднюю сторону стана. Последнее вызывает необходимость применения клинового механизма для регулировки положения верхнего валка и замены оправок между проходами. Клиновые механизмы с пневматическим приводом не обеспечивает стабильного положения рабочих валков. Попытки их модернизации (замена пневматического привода электрическим, изменение формы клина) положительных результатов не дали. Кроме того, рабочие клети автоматических станов для уменьшения потерь времени на перевалки имеют многоручьевые валки длиной до 1,8 м. В процессе прокатки эти валки получают прогиб.

Для устранения этих специфических недостатков прокатки труб на короткой оправке по нашему предложению и с участием автора разработаны конструкции основных деформирующих металл машин и в 1976 году на Нижнеднепровском трубопрокатном заводе и Синарском трубном заводе введен в эксплуатацию полунепрерывный трубопрокатный агрегат 140 со станом тандем, созданный совместными усилиями ВНИИМЕТМАШа, ЭЗТМ, ВНИТИ, Московского института стали и сплавов (МИСиСа), Всесоюзного заочного машиностроительного института (ВЗМИ), Украинского государственного института по проектированию металлургических заводов (Укргипромеза) и другими организациями и предназначенный для производства труб нефтяного сортамента и катаных тонкостенных труб диаметром 42-146 мм с толщиной стенки 3,25-11 мм из углеродистых и легированных сталей. Все деформирующие металл машины были спроектированы с личным участием автора, в том числе и с внедрением изобретений автора [73].

Исключение возвратно-поступательного движения труб между проходами путем установки двух клетей и осевая выдача труб с выходной стороны из

клетей создают благоприятные температурные условия прокатки. В сочетании с высокой жесткостью клетей и рациональной формой чернового и чистового проходов это позволяет не только повысить точность стенки и качество поверхности труб, но и увеличить их длину до 14-15 м. Это также кардинальным образом решает вопросы эффективной реализации возможностей высокопроизводительных станов винтовой прокатки в агрегатах с автоматстанами.

На этом агрегате впервые в мировой практике была применена новая технологическая схема, предусматривающая замену традиционного многоручьевого автоматстана двумя одноручьевыми станами продольной прокатки с осевой выдачей труб, применение грибовидного прошивного стана с двухопорными валками и 3-валкового обкатного стана.

Таким образом, применение на ТПА 140 двухклетьевого стана продольной прокатки, грибовидного прошивного стана и 3-х валкового обкатного стана с осевой выдачей позволило принципиально изменить технологическую схему агрегата, повысить качество продукции и производительность агрегата нового типа - полунепрерывного трубопрокатного агрегата для прокатки труб на короткой оправке со станом тандем [2], [3], [6], [7], [9], [10], [13], [16], [18], [31], [36], [40], [73].

2.2. Многоклетьевые станы продольной прокатки (непрерывные, редукционные, калибровочные).

Непрерывный стан осуществляет процесс прокатки наиболее прогрессивным и перспективным способом. Для этих агрегатов характерны непрерывность и поточность производства, высокая степень механизации и автоматизации, лучшее качество труб в сравнении с другими способами производства.

Трубопрокатные агрегаты с непрерывным станом позволяют повышать скорости прокатки при малой длительности вспомогательных операций и большие деформации металла, используя для этой цели толстостенные гильзы, что повышает производительность всего комплекса ТПА.

Преимущество непрерывной прокатки заключается также в возможности получения тонкостенных труб большой длины и более высокого качества (без рисок, царапин, с меньшей поперечной и продольной разностенностью). Благодаря большой длине труб более эффективно используются редукционно-растяжные станы.

Важными конструктивными особенностями многоклетьевых станов продольной прокатки для производства высококачественных труб широкого сортамента, подтвержденные изобретениями и патентами, определили их высокие функциональные характеристики и эксплуатационные качества, надежность и долговечность оборудования, а также укрепили приоритет России в создании таких трубопрокатных станов.

Вот некоторые из них:

предложена и разработана автором оригинальная схема главной линии стана с расположением двигателей под углом 45 к горизонту, который позволил исключить конические передачи из привода и передавать крутящие моменты, величины которых были недостижимы в других конструкциях таких станов в нашей стране и за рубежом (рис.19) [21], [68], что дало возможность:

сократить простои оборудования, которые в свое время на действующем ТПА 30-102 ПНТЗ достигали 15-18 суток в году, где в главном приводе были конические передачи,

ликвидировать ежегодные капитальные затраты на восстановление оборудования, вышедшего из строя в результате поломок. На действующем прототипе стане, ТПА 30-102 ПНТЗ, ежегодно заменялось 160т оборудования (редукторов) в связи с тем, что конические передачи выходили из строя,

уменьшить площади, занимаемые станом, что объясняется компактностью привода.

И пожалуй, самый главный вывод, который можно сделать на основании длительного опыта эксплуатации этих станов, определивший на долгие годы направление их проектирования, состоит в возможности горячей прокатки труб из высоколегированных сталей с малыми допусками, которые до этого получались только как холоднотянутые с большими трудо-нормозатратами.

Появление новых режимов процесса производства высоколегированных бесшовных труб на непрерывном стане объясняется практически беспредельной мощностью главных приводов, из которых исключены конические передачи, а двигатели расположены наклонно под углом 45 к горизонту (рис. 19).

Наклонные установки двигателей применены по нашему предложению на непрерывном стане ТПА 80 на Синарском трубном заводе, в калибровочном и редукционном станах ТПА 5-12 с пильгерстаном для ТМЗ, где они в настоящее время успешно эксплуатируются и являются типовыми при проектировании всех непрерывных и крупных редукционных станов.

Следует особо отметить, что крупнейшие зарубежные фирмы: «Mannesmann» (Маннесманн), Германия в настоящее время «SMS Meer» (CMC Меер) и «Innocenti Santeustacchio, INNSE» (Инноченти Сантеустаккио, ИННСЕ), Италия - повторили наше решение по главной линии непрерывного стана, применив наклонную установку двигателей. Кроме того, фирмой ИННСЕ был разработан, а итальянской фирмой «Italimpianti» (Италимпьянти) пущен в 1989г. трубопрокатный агрегат 340 на Волжском трубном заводе, где непрерывный стан выполнен по упомянутой конструктивной схеме. Таким образом, фирма ИННСЕ отказалась от своих традиционных прежних решений с установкой привода вертикальных клетей под станом.

Рис. 19. Непрерывный стан с наклонной установкой двигателя: 1 - передаточный механизм; 2 - двигатель; 3 -рабочий валок; 4 - клеть; 5 - фундамент; 6 - анкерные болты; 7 -рама; 8 -рама; 9 - стяжной болт; 10 - плита; 11 -упор.

По предложению автора и с его личным участием в 2002 — 2008 годах на Таганрогском металлургическом заводе были пущены в эксплуатацию новейшие пятиклетьевые калибровочные станы [56], [88].

2.3. Редукционные станы.

В настоящее время значительная часть трубопрокатных и трубосварочных агрегатов оснащена редукционно-растяжными станами, которые позволяют при минимальных затратах получать широкий сортамент труб по диаметрам и толщинам стенок с одновременным увеличением производительности агрегата и улучшением качества продукции.

Наибольшее распространение в России и за рубежом получили редукционные станы с двух- и трёхвалковыми рабочими клетями.

Главным направлением создания рабочих клетей редукционных станов с внутренним распределение момента является возможность передачи максимального момента прокатки в ограниченных габаритах клети и высокая долговечность и надежность оборудования.

В 1962 году по предложению автора и с его личным участием были спроектированы и затем изготовлены для ПНТЗ первые 10 отечественных 3-х

валковых рабочих клетей редукционного стана принципиально новой конструкции с неразъёмным корпусом, взамен действующих на ПНТЗ клетей с разъёмным корпусом (рис. 20) [22], [69].

Затем эти клети в количестве более 300 шт были изготовлены для ПНТЗ, ТПА 30-102 (производительность которого до 800 тыс. тонн в год - самая высокая в мире), для ТПА 30-102 НЮТЗ, для ТПА 100 трубного завода им. Ленина в г. Днепропетровске, для ТЭСА 114 Северского трубного завода и др. заводов. В настоящее время такие клети на долгие годы определили направление их проектирования и являются серийной продукцией завода ОАО

эзтм.

Замена старых клетей редукционного стана на новые в ТПА 30-102 ПНТЗ позволила резко сократить простои оборудования, снизить издержки эксплуатации и в большой степени способствовала достижению и в последствии перекрытию в 2-2,5 раза проектной производительности уникального трубопрокатного агрегата с непрерывным станом. Вместе с тем с пуском в эксплуатацию новых рабочих клетей была решена важнейшая задача по созданию первых отечественных редукционно-растяжных станов с высокими эксплуатационными характеристиками [22], [69], [70], [71], [72].

Рис. 20. Трехвалковая клеть редукционного стана: 1 - корпус; 2 -рабочий валок; 3 -конусная втулка; 4 - шестерня; 5 - подшипник; 6 - вал; 7 - вал; 8 - компенсационное кольцо; 9 - зажимное кольцо; 10 - болт; 11 -муфта

^ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Исследования позволили установить циклическую неравномерность
вращения валков станов поперечно-винтовой прокатки, получающих вращение
через пространственные универсальные шпиндели. Это послужило
обоснованием предложения для применения впервые индивидуального привода
валков в станах поперечно-винтовой прокатки, который ликвидирует главные
недостатки группового привода, связанные с двойным замыканием
кинематической цепи (через шестеренную клеть и прокатываемый металл). Это
создает статическую неопределенность контура, что может вызвать
перераспределение моментов на валках и значительное превышение их по
сравнению с расчетными значениями. Применение индивидуального привода
повышает надежность и долговечность оборудования, значительно снижает
издержки эксплуатации за счет ликвидации сложной шестеренной клети, в
известной степени стабилизирует и оптимизирует очаг деформации из-за
возможности выравнивания нагрузок на оба валка. Индивидуальный привод
применен на всех новых прошивных и обкатных станах заводов России и за
рубежом.

2. Предложена и разработана методика определения основных
параметров главных линий станов поперечно-винтовой прокатки,
обеспечивающая повышение производительности, надежности и долговечности
оборудования за счет уменьшения и выравнивания углов перекосов и снижения
динамических нагрузок в шарнирах шпинделей и благодаря оптимальному
выбору конструктивных схем главных линий. Использована при создании всех
станов поперечно-винтовой прокатки, работающих на заводах России и за
рубежом (США, Румынии и Чехословакии).

3. На основании теоретических выводов и анализа действующего
оборудования предложена и обоснована целесообразность создания первого в
отечественной и зарубежной практике грибовидного прошивного стана с
двухопорными грибовидными валками и определены его основные
технологические и конструктивные параметры. Показано, что применение
такого стана повышает качество получаемых гильз и интенсифицирует процесс
прошивки благодаря тому, что скручивание металла вдоль всего очага
деформации направлено в одну сторону, тогда как в бочковидных станах
заготовка подвергается скручиванию в двух противоположных направлениях.
Предложена и разработана конструкция первого в отечественной и зарубежной
практике грибовидого прошивного стана с двухопорными валками и
индивидуальным приводом для ТПА 140 ЧТПЗ. Впоследствии результаты
исследований, проведенных на этом стане, использовались при создании
аналогичных станов для СинТЗ, СТЗ и Украины.

4. Предложено, обосновано и разработано новое поколение двухвалковых клетей станов поперечно-винтовой прокатки, отличающееся

* Автор выражает благодарность д.т.н.Котенку В.И. за консультацию при оформлении доклада.

повышенной устойчивостью к вибрационным динамическим нагрузкам, что повышает качество труб, особенно по разностенности, увеличивает производительность, надежность и долговечность оборудования. Это достигается за счет применения рабочих клетей с объдиненной кассетой-барабаном и откидной крышкой, осуществляющей зажатие барабанов с жестко закрепленными на них валками. При этом значительно увеличивается масса, подверженная вибрационным нагрузкам узла барабана с валком. Таким образом в основе конструкции клети лежит известный постулат теории колебаний, который утверждает, что чем больше подверженная колебаниям масса, тем меньше амплитуда ее колебания. Станы эксплуатируются на всех трубопрокатных заводах России и за рубежом (США, Румыния, Чехия, Украина).

5. Предложена и разработана конструкция универсального прошивного стана, в котором возможна установка всех типов валков (бочковидных, грибовидных, чашевидных) и наличие как группового, так и индивидуального привода валков. Это дало возможность выбора оптимальных конструктивных схем прошивного стана для различных трубопрокатных агрегатов. Стан изготовлен для экспериментальной базы ВНИТИ в 1966г.

6. Предложена, обоснована и разработана базовая конструкция рабочей клети трехвалкового стана поперечно-винтовой прокатки, которая может применяться как прошивная, раскатная, обкатная и калибровочная. Клеть отличается от известных конструкций наличием объединенной кассеты-барабана и станины с откидной крышкой, что уменьшает амплитуду колебаний узла валков, неподвижно закрепленных на массивных барабанах и таким образом повышает устойчивость к вибрационным динамическим нагрузкам. В результате этого повышается производительность, жесткость, надежность, долговечность клети и качество получаемых труб. Клеть позволяет также осуществлять различные технологические процессы, в том числе и для производства тонкостенных труб, путем изменения углов подачи и раствора валков в процессе прокатки. Кроме того, достоинством клети является возможность быстрой и удобной замены валков (перевалки) с помощью специального механизма. Внедрена на многих трубопрокатных заводах России и за рубежом (США, Румыния, Украина).

7. Предложена и разработана конструкция первого в отечественной и зарубежной практике трехвалкового обкатного стана ТПА 140 для ЧТПЗ, которая позволила повысить качество труб и улучшить условия захвата за счет отсутствия линеек и наличия трех валков. Результаты исследований, проведенные на этом стане, использованы при создании аналогичных станов для СинТЗ и Украины.

8. Предложена и разработана конструкция универсального стана
поперечно-винтовой прокатки, позволяющая осуществлять процесс прокатки
по оптимальной технологической схеме за счет возможности установки как
двух так и трех валков, и получать широкий сортамент труб и прутков из
легких труднодеформируемых сплавов. Стан изготовлен для ВИЛСА.

9. Предложена, теоретически обоснована и разработана выходная сторона
стана поперечно-винтовой прокатки с осевой выдачей гильз с минимальным
вспомогательным временем цикла, надежностью и долговечностью
оборудования. Это достигается за счет установки механизма перехвата стержня
вблизи очага деформации на расстоянии от торца валка клети прошивного
стана, достаточного для инерционного прохождения гильзы за рычаги
перехвата, и применением спциального упорно-регулировочного механизма.
Указанное позволяет осуществлять процесс прокатки без остановки изделия в
линии стана и до минимума сократить вспомогательное время цикла. Внедрена
на всех трубопрокатных агрегатах страны и за рубежом (США, Румыния,
Чехия, Украина).

10. Предложены, теоретически обоснованы и разработаны конструкции
входных сторон станов поперечно-винтовой прокатки, обеспечиающих
устойчивые условия захвата заготовок, снижение шумовых характеристик
оборудования и повышение его надежности и долговечности. Это достигается
за счет расположения механизмов входной стороны вне зоны действия
окалины, высоких температур, а также применения косорасположенного
рольганга и канатных амортизаторов в желобе переднего стола.

11. Предложены и разработаны шпиндели усиленной конструкции, имеющие высокую нагрузочную способность в ограниченных габаритах, допускающие большие углы перекосов шарниров (до 15) и позволяющие осуществлять повышенные режимы деформации металла при высоких скоростях оборудования. Теоретическим обоснованием создания новой конструкции универсальных шпинделей явилось установление факта значительных усилий вдоль оси крестовины, что учтено в новой конструкции. Применены на прошивных и раскатных станах ПНТЗ, СинТЗ, ТМЗ и ВТЗ.

12. Предложены, обоснованы и разработаны конструкции станов продольной прокатки труб (непрерывные и калибровочные) с повышенной нагрузочной способностью и долговечностью оборудования главных линий станов благодаря наклонной установке двигателей. Теоретической основой применения таких станов послужила в том числе и необходимость получения высоколегированных труб с минимальными допусками, а также возможность осуществления повышенных режимов обжатия для исключения последующего холодного волочения. Применены на трубопрокатных заводах СинТЗ, ТМЗ, ВТЗ страны и используются фирмами Германии и Италии.

13. Предложена и создана конструкция рабочей клети редукционного стана с внутренней раздачей момента, позволяющая ускорить процесс замены валков, повысить надежность и долговечность оборудования и передавать повышенные крутящие моменты. Это достигается за счет применения неразъемного корпуса клети и установленными в нем усиленными коническими передачами и подшипниковыми узлами. Применена на трубопрокатных заводах России и за рубежом (Италия, Китай, Германия, Украина).

Похожие диссертации на Развитие и создание нового поколения высокопроизводительных и надежных станов для производства горячекатаных бесшовных труб.

Разработка,внедрение и освоение нового оборудования и технологии для производства горячекатаных трубТартаковский, Борис Игоревич

Развитие теории проектирования и создание комплекса механизмов и устройств обвязки сортового прокатаКутлубаев Ильдар Мухаметович

Развитие основ конструирования и создание промежуточных ковшей машин непрерывного литья заготовок с эффективными системами распределения потоков сталиТочилкин, Виктор Васильевич

Развитие методик расчета и создание элементов системы сталеразливочный ковш – промежуточный ковш – кристаллизатор сортовой МНЛЗМарочкин Олег Александрович

Развитие конструкции валковых узлов профилегибочных станов и технологии производства гнутых профилей с целью повышения их качества Морозов Юрий Анатольевич

Исследование и совершенствование процессов производства нефтяных труб диаметром 73-219 мм на трубопрокатных агрегатах с пилигримовым станом с целью улучшения их качестваФартушный Ростислав Николаевич

Развитие методов, разработка оборудования и технологии ультразвукового контроля электросварных труб в процессе производстваТкаченко Андрей Акимович

Развитие теории и практика создания источников вторичного электропитания нового поколения для систем управления и средств вычислительной техникиЗатикян, Георгий Павлович

Разработка и исследование систем управления производством труб большого и сверхбольшого диаметра Служенко Сергей Юрьевич

Напряженно-деформированное состояние при винтовой прокатке и совершенствование технологии производства труб и сортаНикулин Анатолий Николаевич