Комплекс перечисленных и других элементов и составляет конструкцию клети. Видно, что конструкции клети могут быть самые разные.
Прокатка производится в клетях прокатных станов.
Рабочая клеть — основной элемент главной линии прокатного стана, включающий устройства для размещения, регулирования и закрепления прокатных валков; для деформации металла в прокатных валках. Состоит из двух массивных стальных или чугунных литых станин, установленных на плитовинах, прикрепляемых к фундаменту анкерными болтами. В станинах— подушки с подшипниками и прокатными валками, устройства для перемещения верхнего и нижнего валка по высоте, направляющие проводки для прокатываемого материала и др.
В данном проекте разрабатывается конструкция сортовой клети дуо 350 (чертёж ФМ – 102.03.00.00 СБ).
Конструкция основных деталей и механизмов прокатного стана и, в частности прокатной клети, несмотря на их различное назначение и многообразие, во многих случаях одинакова.
Станина 3 рабочей клети воспринимает все усилия, возникающие при прокатке металла, и поэтому выполняется массивной — до 60—120 т и более. Станина устанавливается на фундаментных стальных плитах (плитовинах 7), которые прикрепляются болтами к бетонному или железобетонному фундаменту. По конструкции станины рабочей клети делят на два типа: закрытого и открытого.
Выбираю станину открытого типа.
Станина открытого типа (применяется в клетях сортовых станов) состоит из двух частей: собственно станины и крышки. Крышку скрепляют со станиной болтами или клиньями. Такая станина характеризуется меньшей жёсткостью по сравнению со станинами закрытого типа, однако позволяет осуществлять перевалку валков непосредственно краном (вверх) при снятой крышке.
Размеры станин определяются следующими условиями:
1. Возможностью размещения в окне станины подушек валков и конца нажимного винта;
2. Требуемой прочностью и жёсткостью.
Чтобы процесс прокатки протекал нормально, валки должны занимать в рабочей клети определённое положение. Для этого в каждой рабочей клети предусмотрены следующие механизмы и устройства:
1. Вертикальной установки валков (нажимные механизмы);
2. Осевой установки валков;
3. Уравновешивания верхнего валка.
Установка валков в вертикальной плоскости на большинстве станов осуществляется при помощи специального механизма с нажимными винтами, который называется нажимным.
На сортовых станах дуо положение валков при прокатке не меняется, необходимое расстояние между ними устанавливают заранее при настройке стана. Необходимое расстояние между валками устанавливают перемещением верхнего и нижнего валков. На сортовых станах дуо скорость перемещения валков ограничивается требуемой точностью их настройки. На практике скорость установки верхнего валка на сортовых станах принимают 5…25 мм/сек.
Для своей клети выбираю нижнее нажимное устройство 4 с приводом через редуктор с червячной передачей, а верхнее нажимное устройство 5 с приводом через промежуточное (паразитное) зубчатое колесо.
Устройства для уравновешивания верхнего валка применяются для устранения следующих отрицательных явлений:
1. При холостом ходе стана под действием массы верхнего валка и его подушек между торцами нажимных винтов и их подпятников, а также в резьбе нажимной гайки неминуемо образовались бы зазоры. При последующей задаче металла в валки возникли бы динамические нагрузки на шейки валка и на нажимные винты, которые сопровождались бы сильными ударами;
2. Раствор между валками не соответствовал бы требуемому обжатию вследствие неизвестной величины зазоров.
На сортовых станах перемещение валков и масса уравновешиваемых деталей невелики, поэтому применяют пружинное устройство 6 для уравновешивания верхнего валка.
При прокатке на сортовых станах необходимо точно установить валки не только по высоте, но и в осевом направлении, чтобы калибры были правильной формы. Для этого применяют устройство для осевой регулировки валка.
Осевое регулирование положения валков на сортовых станах выполняют при помощи двух рычажных систем. В клети дуо 350 такое устройство монтируется на станине с одной стороны рабочей клети для осевой регулировки верхнего валка.
Узел валка состоит из (чертёж ФМ – 102.03.01.00 СБ) собственно валка 1, двух роликовых радиально–упорных конических четырёхрядных подшипников 12, двух подушек 2 и разного типа крышек, колец, втулок, уплотнителей и др.
Подшипники прокатных валков работают при очень больших нагрузках, доходящих на некоторых станах до 30—60 МН (3000—6000 тс) на валок. Возможные габариты их ограничиваются диаметром бочки валков. Подшипники (качения или жидкостного трения) устанавливаются в массивных корпусах, называемых подушками, которые располагаются в проёмах станины. Подушки перемещаются по направляющим станины при установке валков.
Клеть (чертёж ФМ – 102.03.00.00 СБ) включает в себя: узел станин 1, узлы верхнего 2 и нижнего 3 рабочих валков, нижний нажимной механизм 4, верхний нажимной механизм 5, уравновешивающее устройство 6, узел плитовин 7.
Валки прокатных станов (чертёж ФМ – 102.03.01.00 СБ)выполняют основную операцию прокатки — пластическую деформацию (обжатие) металла. Валки 1 за счёт сил трения захватывают металл и в дальнейшем деформируют его для придания нужного профиля и размеров. В процессе деформации металла, вращающиеся валки воспринимают давление, возникающее при обжатии металла, и передают это давление на подшипники.
Валок состоит из нескольких элементов: бочки, которая при прокатке непосредственно соприкасается с прокатываемым металлом, шеек, расположенных с обеих сторон от бочки и опирающихся на подшипники, и концевых частей.
Особенностью сортопрокатных валков является обеспечение постоянства или небольшого спада твёрдости на глубину вреза ручьёв.
При горячей прокатке сортового металла используют валки из углеродистой стали, легированной хромом, марганцем и др. Например, сталь 50Х. Ведущими мировыми производителями валков используются стали класса полубыстрорежущих и быстрорежущих, которые имеют повышенную сопротивляемость растрескиванию при тепловом ударе и во время проскальзывания, обладают повышенной износостойкостью и обеспечивают более долгий срок службы и лучшие эксплуатационные качества.
Размеры валков выбирают исходя из расчётов и из практических соображений. Например, для сортовых станов рациональные соотношения между длиной бочки валков и её диаметром составляет 1,6…2,5.
На сортовых станах широко применяют подшипники качения 12. Роликовые четырёхрядные подшипники хорошо самоустанавливаются и способны воспринимать большие осевые нагрузки. На каждой шейке рабочего валка установлен четырёхрядный конический роликовый подшипник. В качестве смазки применяют жидкие масла марки П – 28, автотракторное АК – 10 и другие. Жидкие масла обладают рядом преимуществ по сравнению с густыми мазями: допускают более высокие скорости вращения валков, более высокие температуры внутри подшипника, лучше работают в условиях низких температур. Подача жидкой смазки к узлам трения и возврат её для очистки и охлаждения осуществляются циркуляционными автоматическими системами.
Чтобы смазка не вытекала из узлов трения, а также для предохранения этих узлов от воды, пыли и окалины применяют резиновые манжетные уплотнения. Смазка подшипниковых узлов осуществляется через систему отверстий внутри валка.
Четырёхрядный конический роликоподшипник монтируют в подушку 2 прокатного валка в строго определённом порядке согласно нормировке. Перед монтажом на шейку валка подшипник устанавливают в горизонтальном положении на подставках. Подушку подшипника надевают на посадочную шейку валка. Затем монтируют детали, фиксирующие подшипник на валке. Лёгкость монтажа и демонтажа подшипника обеспечивается применением способа гидрораспора, при котором напрессовка и распрессовка неподвижных соединений осуществляется с помощью масла, подаваемого под высоким давлением. Для этого в корпусе подушки предусмотрены отверстия для подачи масла.
Для опускания и поднимания валков в клети предусмотрены верхнее и нижнее нажимные устройства. Применяются для установки валков в вертикальной плоскости. Опишем принцип работы на примере верхнего нажимного устройства.
От электродвигателя момент передаётся на вал нажимного механизма посредством трёх зубчатых колёс. Одна из шестерён насажена на конец вала электродвигателя и сцепляется с паразитным колесом, которое в свою очередь передаёт вращение зубчатому венцу, посаженному на ступицу. На одном конце вала нажимного механизма нарезаны шлицы, которые входят в пазы ступицы. Таким образом, вращение передаётся на вал нажимного механизма. При вращении колёс и ступицы осуществляется вращение винтов в нажимных гайках и поступательное перемещение нажимных винтов. Привод нижнего нажимного винта осуществляется через червячный редуктор. Поверхности трения в пяте нажимного винта придана сферическая форма для лучшей самоустановки подушки с подшипником по оси нажимного винта.
Гайки нажимных винтов — наиболее быстроизнашивающиеся детали. Их изготовляют из литой бронзы марок БрАЖ9 – 4 и БрАЖМц10 – 3 – 1,5. для экономии бронзы гайки делают составными с наружным бандажом из высокопрочного чугуна. Применяется жидкая смазка нажимной пары винт – гайка. В этом случае износ их резьбы в 1,5…2 раза меньше, чем при густой смазке. При подаче жидкой смазки масло стекает по резьбе винта в его подпятник и оттуда — в общую циркуляционную систему. На нажимных винтах обычно применяют одноходовую упорную резьбу.
Для уравновешивания верхнего валка с подушками в сортовых клетях применяют пружинное уравновешивающее устройство, так как масса уравновешиваемых деталей невелика. Валок уравновешивается при помощи двух пружин, опирающихся на траверсу, соединяющую вверху две станины между собой. Пружины установлены в расточках траверсы прокатной клети. Пружинам сообщается предварительная затяжка с помощью гаек, предусмотренных на концах тяг. К концам этих тяг прикреплена траверса, соединяющаяся с подушками верхнего валка. Пружины поджимаются до прижатия подушки к винту.