Предохранительные устройства

В процессе прокатки металла нередко возникают аварийные ситуации, приводящие к перегрузке деталей и узлов рабочей клети и ее привода. В таких ситуациях кинетическая энергия вращающихся масс в этих ситуациях расходуется на деформацию деталей и преодоление сил сопротивления в очаге аварии, что может привести к поломке оборудования.

Разрушение ответственных дорогостоящих деталей и узлов сопряжено с большими материальными затратами, поэтому необходимо проводить мероприятия, направленные на предотвращение аварий и простоев прокатных станов от перегрузок с помощью предохранительных устройств.

Предохранительное устройство, установленное в рабочей клети прокатного стана, защищает от перегрузок не только саму клеть, но и ее привод, поскольку сила прокатки , умноженная на соответствующее плечо, дает момент прокатки — внешний нагрузочный момент привода.

Максимальные силу и момент прокатки можно найти из энергетического соотношения, означающего переход кинетической энергии вращающихся масс в потенциальную энергию деформации упругих связей и работу пластической деформации прокатываемого металла.

Для рабочей клети и привода прокатного стана необходимость применения предохранительных устройств можно оценить неравенствами

; (4)

, (5)

где , — допускаемые значения силы и момента прокатки.

Если неравенства (4) и (5) удовлетворяются, трансмиссия и рабочая клеть нуждаются в специальных предохранительных устройствах. В противном случае их установка необязательна.

При заклинивании рабочих валков почти вся запасенная кинетическая энергия вращающихся масс привода переходит в потенциальную энергию упругой деформации деталей привода. Условие необходимости применения предохранительных устройств записывается в виде , или

,

где , — момент инерции и угловая скорость й вращающейся массы; , — крутильная жесткость и угол закручивания связи между й и й массами.

Как правило, предохранительное устройство с разрушающимися элементами или пружинное предохранительное устройство размещают между подушкой верхнего рабочего валка и нажимным винтом.

Предохранительные устройства с разрушающимися элементами являются наиболее компактными и малоинерционными механическими устройствами, содержат такие разрушающиеся элементы, как стяжки, кольца, мембрану или просто разрываемые болты (рис. 24, а).

Для упрощения замены разрушающихся элементов применяют клиновые пары, преобразующие вертикальную силу в станинах в горизонтальную силу. Наряду с отмеченными достоинствами предохранительные устройства с разрушающимися элементами имеют следующие недостатки: низкая точность, связанная с разбросом прочностных характеристик материалов, накопление усталостных повреждений, остановки технологического процесса, вызванные заменой разрушенных элементов.

Пружинные предохранительные устройства сами восстанавливаются после предотвращения перегрузок, имеют высокую точность ограничения нагрузок, достаточный рабочий ход, примерно равный наибольшему обжатию в клети, а также минимальные габариты, но обладают инерционностью при срабатывании. Наиболее перспективными считаются предохранительные устройства с начальной затяжкой до силы упругих элементов в виде витых цилиндрических либо тарельчатых пружин.

Для предохранительного устройства (рис. 24, б) с пакетом из цилиндрических винтовых пружин, вставленных одна в другую с минимальным зазором и сжатых до полного соприкосновения витков, отношение полной энергии деформации к объему , занимаемому пакетом при полном сжатии пружин,

,

где — коэффициент Пуассона; — допускаемое касательное напряжение в витках пружины.

Если , величина составит не более 0,28…1,12 МПа, а обратная величина, т. е. удельный объем, .

В предохранительном устройстве (рис. 24, в) пакет тарельчатых пружин зажат между опорной гайкой и фланцем цилиндра. Сила прокатки передается на пружины буртом направляющего штока. Для повышения жесткости устройства на начальном участке пакет может быть предварительно поджат гайкой, имеющей резьбовое соединение с цилиндром.

Такое предохранительное устройство имеет мягкую характеристику (рис. 24, г). Пока сила прокатки , податливость предохранительного устройства близка к нулю, затем податливость резко возрастает и в момент, когда , устройство полностью срабатывает на величину , и предотвращает перегрузку.

Расчеты показывают, что значения отношения для тарельчатых пружин приблизительно равны соответствующим значениям для винтовых пружин. Однако благодаря высоким допускаемым нормальным напряжениям при растяжении эти отношения для тарельчатых пружин составляют: , т.е. в 1,6 — 3,7 раза меньше соответствующих значений для устройств с винтовыми пружинами.