Совершенствование технологии и оборудования пилигримовых станов для прокатки бесшовных труб тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.09, доктор технических наук Раскатов, Евгений Юрьевич

• Раскатов, Евгений Юрьевич
• доктор технических наук
• 2012

Оглавление диссертации доктор технических наук Раскатов, Евгений Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА ТРУБ НА ПИЛИГРИМОВЫХ СТАНАХ.

1.1. Описание процесса периодической прокатки и стана пилигримовой прокатки труб.

1.2. Современное состояние способа производства труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами.

1.3. Направления повышения производительности пилигримовых станов за счёт совершенствования калибровок валков.

1.4. Повышение производительности пилигримовых станов и сокращение расхода металла за счёт определения рациональных размеров заготовок для прокатки максимальных длин труб.

1.5. Анализ существующих методов расчёта калибровок валков пилигримовых станов для прокатки труб.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОКАТКИ СТАЛЬНЫХ ТРУБ НА ПИЛИГРИМОВЫХ СТАНАХ.

2.1. Математическая модель процесса прокатки стальных труб на пилигримовых станах

2.1.1. Постановка задачи.

2.1.2. Описание задачи, варианты расчёта, исходные данные и система допущений.

2.1.3. Расчётная схема, граничные условия и алгоритм расчёта.

2.1.4. Определение модуля упругости, сопротивления пластической деформации и коэффициента трения.

2.2. Теория решения краевых задач теории упругопластичности в объёмной постановке.

2.2.1. Закон изменения объёма.

2.2.2. Закон изменения формы.

2.2.3. Закон связи обобщённого напряжения с обобщённой деформацией при активном нагружении.

2.2.4. Закон пассивной деформации.

2.2.5. Закон упрочнения.

2.3. Алгоритм решения нелинейных задач упругопластичности, использованный при моделировании прокатки трубы и напряжений в валке.

2.3.1. Критерий текучести.

2.3.2. Закон текучести.

2.3.3. Закон упрочнения.

2.3.4. Приращение пластических деформаций.

2.3.5. Реализация в пакете АМБУБ.

2.3.6. Упругопластическая матрица «напряжения-деформации».

2.3.7. Полилинейное кинематическое упрочнение (MKIN).

2.3.8. Процедура решения нелинейной задачи методом Ньютона-Рафсона.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ КАЛИБРОВКИ ВАЛКОВ ПИЛИГРИМОВЫХ СТАНОВ.

3.1. Разработка калибровок валков для прокатки тонкостенных труб.

3.1.1. Калибровка гребня пилигримовых валков.

3.1.2. Калибровка полирующего участка пилигримовых валков.

3.1.3. Калибровка угла продольного выпуска пилигримовых валков.

3.1.4. Определение оптимального угла поперечного выпуска в полирующей части калибра валков для прокатки тонкостенных труб.

3.1.5. Калибровка валков пилигримового стана с бойком по схеме с переменным сечением.

3.2. Выбор рациональной калибровки валков пилигримовых станов.

3.2.1. Постановка задачи.

3.2.2. Результаты расчёта усилий и моментов пилигримовой прокатки для различных калибровок валков.

3.2.3. Результаты расчёта тангенциальных и продольных напряжений в очаге деформации для различных калибровок валков в зависимости от величины подачи гильзы в валки.

3.2.4. Оценка и выбор рациональной калибровки валков пилигримовых станов.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО

ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГИЛЬЗЫ ПРИ ЕЁ ЗАХВАТЕ ВАЛКАМИ.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Усилия и моменты в начальной стадии процесса пилигримовой прокатки.

4.3. Напряженно-деформированное состояние металла в мгновенном очаге деформации при захвате гильзы валками.

4.4. Динамика захвата гильзы валками пилигримового стана.

Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛА В МГНОВЕННОМ ОЧАГЕ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ КВАЗИУСТАНОВИВШЕМСЯ ПРОЦЕССЕ ПРОКАТКИ.

5.1. Общая математическая постановка моделирования прокатки труб на пилигримовом стане.

5.2. Результаты расчёта напряжённого состояния гильзы при прокатке в валках 110-65-45140 и подаче 10 и 30 мм.

5.3. Результаты расчета характера и уровня обжатия и перемещения металла вдоль оси трубы.

5.4. Результаты расчёта напряжённого состояния трубы при пилигримовой прокатке и оценка качества тонкостенных труб.

5.5. Характер обжатия гильзы в валках при угле поворота валка 110 градусов и подачах 10 мм и 30 мм.

5.6. Характер течения металла в вершине калибра при прокатке трубы в пилигримовых валках.

5.7. Оценка калибровки валков на основе исследования обжатий гильзы в мгновенных очагах деформации.

Выводы по главе 5.

ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ВАЛКАХ ОТ УСИЛИЯ ПРОКАТКИ НА ПИЛИГРИМОВЫХ СТАНАХ.

6.1. Постановка задачи, исходные данные, граничные условия и допущения.

6.2. Общий алгоритм решения объёмной задачи теории упругости методом конечных элементов.

6.3. Постановка задач теории упругости в объёмной постановке.

6.4. Реализация решения краевых задач теории упругости МКЭ в объемной постановке.

6.5. Результаты расчёта и их анализ.

Выводы по главе 6.

ГЛАВА 7. ДВУХУРОВНЕВАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СТАНА ПИЛИГРИМОВОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ.

7.1. Общая постановка задачи.

7.2. Оптимизация технологических параметров пилигримовой прокатки.

7.2.1. Постановка задачи.

7.2.2. Выбор критериев оптимизации.

7.2.3. Математическая модель процесса пилигримовой прокатки.

7.2.4. Результаты решения задачи оптимизации.

7.3. Расчет оптимальных параметров линии привода пилигримового стана.

7.3.1. Постановка задачи оптимизации.

7.3.2. Выбор целевой функции.

7.3.3. Выбор метода оптимизации.

7.3.4. Математическая модель линии привода пилигримового стана.

7.3.5. Результаты решения задачи оптимизации.

Выводы по главе 7.

ГЛАВА 8. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТАНА ПИЛИГРИМОВОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ.

8.1. Краткая характеристика пилигримового стана ОАО «ЧТПЗ».

8.2. Методика экспериментальных исследований крутящих моментов, давлений металла на валки пилигримового стана и системы «подающий аппарат - рабочая клеть».

8.2.1. Система регистрации параметров.

8.2.2. Структура и функциональные компоненты системы.

8.2.3. Тарирование измеряемых характеристик.

8.2.4. Оснастка для экспериментального определения нагрузок в шпинделях привода валков рабочих клетей пилигримового стана.

8.2.5. Специальные устройства для опытных замеров характеристик нагружения в линии форголлера и закона движения заготовки.

8.3. Результаты экспериментальных исследований нагрузок главной линии пилигримового стана.

8.4. Результаты экспериментальных исследований системы «подающий аппарат - рабочая клеть».

8.4.1. Анализ и оценка конструкции форголлера с учётом особенностей узла гидравлического торможения.

8.4.2. Расчётно-теоретическое исследование процесса работы узла торможения при использовании принципа гидравлического сопротивления рабочей жидкости в изменяющихся зазорах.

8.4.3. Измерение нагрузок в системе подающего аппарата пилигримового стана.

8.4.4. Определение скоростей движения подвижных частей форголлера (возвратно-поступательное движение с присоединёнными массами).

Выводы по главе 8.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии и оборудования пилигримовых станов для прокатки бесшовных труб»

Для создания и совершенствования материально-технической базы и оборонной мощи России необходимо развитие ряда важнейших отраслей промышленности, а именно, металлургической, энергетической, химической, нефтяной, газовой, машиностроения, а также оборонной и капитального строительства.

Трубная промышленность является одной из базовых отраслей народного хозяйства страны и в ближайшие годы будет развиваться более быстрыми темпами, чем другие составляющие чёрной металлургии [1-5]. Это объясняется тем, что дальнейшее развитие в первую очередь нефтегазового и топливно-энергетического комплексов страны, а также машиностроения, атомной энергетики и многих других отраслей требует все большего количества труб самого разнообразного сортамента. В связи с этим перед трубной промышленностью стоит задача - увеличить объем производства труб повышенного качества, расширить их сортамент, увеличить выпуск экономичных профилей и повысить степень обеспечения трубами необходимого сортамента ведущих отраслей страны.

В настоящее время, одним из основных способом производства бесшовных горячекатаных труб большого и среднего диаметров с толщинами стенок от 7 до 100 мм и более является прокатка на установках с пилигримовыми станами. Использование непрерывнолитых заготовок круглого сечения обеспечило значительные преимущества пилигримового способа производства труб.

Общеизвестны преимущества пилигримовой прокатки труб: возможность применения литого слитка, получение труб большого диаметра (до 630 мм) без применения станов - расширителей, прокатка труб длиной до 40 м, прокатка особотолстостенных, профильных и труб переменного сечения, возможность производства труб более мелкими партиями (до одной трубы) и др. На пилигримовых станах производят трубы весьма широкого сортамента и практически любого назначения: трубы нефтяного сортамента, обсадные, баллонные, котельные, трубы из специальных сталей и сплавов, биметаллические трубы разных сочетаний (для АЭС и для транспортировки сыпучих абразивных материалов), трубы спецназначения для ВПК. Эти преимущества дают основание считать, что способ пилигримовой прокатки труб ещё долгие годы будет успешно конкурировать с другими способами производства труб.

Бесшовные трубы диаметром более 406 мм с разными толщинами стенок без применения специального оборудования (гидравлических прессов и станов расширителей) можно производить только на ТПУ с пилигримовыми станами. Экономичность производства труб малыми партиями (до одной грубы) также следует отнести к достоинствам установок с пилигримовыми станами. Об этом также свидетельствует анализ технико-экономических показателей различных способов производства стальных труб [6J. Технико-экономические исследования показывают, что производство бесшовных труб большого диаметра на установках с пилигримовыми станами может успешно конкурировать с производством труб методом электросварки. Низкая себестоимость труб, получаемых из мартеновских слитков и непрерывнолитых заготовок на установках с пилигрмовыми станами, делают этот способ рентабельным.

В развитие теории и совершенствования процесса горячей пилигримовой прокатки труб большой вклад внесли советские учёные Г1.Т. Емельяненко, А.И. Целиков, П.К. Тетерин, O.A. Пляцковский, Я.Е. Осада, В.Я. Осадчий, А.П. Чекмарев, А.Н. Ирошников, Ю.М. Матвеев, Ю.Ф. Шевакин, O.A. Семенов, С.И. Борисов, B.C. Рудой, A.A. Чернявский, Б.Н. Матвеев, В.И. Линденбаум, М.А. Шубик и др.

Однако, в связи с увеличением выпуска экономичных профилей и толстостенных труб специального назначения, освоением и расширением сортамента труб из легированных и труднодеформируемых марок стали и сплавов, повышением требований к качеству, необходимо дальнейшее совершенствование технологического процесса производства труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами для прокатки тонкостенных и толстостенных труб специального назначения и внедрение их в производство.

Возможности трубных заводов России не позволяют производить трубы нефтяного сортамента с гарантированным уровнем качества, соответствующим требованиям стандартов технически развитых стран; техническое состояние большинства цехов по производству бесшовных труб не отвечает современному уровню техники: агрегаты были ведены в эксплуатацию в 30-40 годы; износ основных производственных фондов превышает 50% (например, пилигримовые станы Северского трубного, Таганрогского металлургического, Челябинского трубопрокатного заводов и др.) [3-6].

В технически развитых странах до 95% бесшовных труб изготавливают из непрерывнолитой заготовки, что обеспечивает экономию металла до 15% и лучшее качество, чем при использовании катаных заготовок [7-12].

Настоящая работа посвящена дальнейшему исследованию и совершенствованию процесса пилигримовой прокатки тонкостенных и толстостенных труб большого диаметра с целью повышения производительности пилигримовых установок, улучшения качества прокатанных труб данного сортамента, изготовлению и исследованию новых калибровок валков пилигримового стана для прокатки тонкостенных и толстостенных труб и стойкости рабочего инструмента. В связи с этим, изучение в настоящей работе закономерностей распределения напряжений и пластического формоизменения непрерывнолитых заготовок на пилигримовых станах горячей прокатки, разработка методов прогнозирования и расчёта параметров данных процессов, а также выбора износостойкого материала технологического инструмента и расчёта его калибровки имеют важное научное и практическое значение. Разработка на их основе научно-обоснованных технических и технологических решений в области прокатки бесшовных труб и их внедрение в производство представляет актуальную задачу.

Актуальность диссертационной работы состоит в необходимости совершенствования современных технологий производства важнейшего вида металлопродукции - бесшовных труб и повышения их качества.

Таким образом, весьма актуальным является исследование и совершенствование процесса пилигримовой прокатки тонкостенных и толстостенных труб большого диаметра с целью обеспечения заданной производительности пилигримовых станов, снижения нагруженности оборудования и приводов, обоснованию рациональных калибровок валков, повышения стойкости калиброванных валков и улучшения качества бесшовных труб.

Цель работы заключается в разработке научных основ совершенствования станов пилигримовой прокатки труб и алгоритмов расчёта напряжений и перемещений металла в мгновенном очаге деформации при захвате гильзы валками и квазиустановившемся процессе, динамических нагрузок в линии привода и напряжений в валках и внедрение новых калибровок валков и оптимальных режимов пилигримовой прокатки, обеспечивающих выпуск конкурентоспособных бесшовных труб.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана математическая модель процесса прокатки гильзы в валках пилигримового стана, которая позволила получить новые теоретические знания о закономерностях изменения напряжённо-деформированного состояния металла в мгновенном очаге деформации, как при захвате, так и в квазиустановившейся стадии процесса пилигримовой прокатки, о характере распределения и величине нормальных, касательных, тангенциальных и продольных напряжений по длине и периметру мгновенного очага деформации гильзы пилигримовыми валками;

- разработан алгоритм и решена в объёмной постановке задача, одновременного определения напряжений в мгновенном очаге деформации и пилигримовых валках, что позволило определить закономерности распределения и их величину в валках от усилия пилигримовой прокатки;

-разработана методика расчёта динамических нагрузок, возникающих в линии привода пилигримового стана при мгновенном приложении нагрузки;

- предложен алгоритм и решена задача двухуровневой оптимизации параметров пилигримового стана, что позволило определить оптимальные по энергоёмкости параметры технологического процесса прокатки и оценить уровень динамических нагрузок в линии привода пилигримового стана.

Практическая ценность работы определяется тем, что теоретические и экспериментальные исследования позволили получить следующие результаты:

-определить основные направления совершенствования станов пилигримовой прокатки бесшовных труб;

- оценить схему напряжённого состояния в мгновенном очаге деформации гильзы валками пилигримового стана и на базе этого прогнозировать качество бесшовных труб;

- определить для различных калибровок валков уровень и характер распределения усилий и моментов прокатки и напряжений по длине и периметру очага деформации в зависимости от величины подачи гильзы в валки, что позволило дать рекомендации по выбору рациональной калибровки валков пилигримовых станов;

-определить уровень и характер распределения радиальных и тангенциальных напряжений в пилигримовых валках, что позволило дать рекомендации по выбору рациональных технологических параметров процесса пилигримовой прокатки.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: «Трубы России - 2004» (Екатеринбург, 2004); «Непрерывные процессы обработки давлением (посвящена 100-летию со дня рождения академика А.И. Целикова)» (Москва, 2004); «Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов» (Санкт-Петербург, 2007); XV Международная конференция «Трубы-2007» (Челябинск, 2007); «Технические науки: проблемы и перспективы» (Санкт-Петербург, 2011); «Актуальные проблемы машиностроения» (Самара, 2011); «Технические науки в России и за рубежом» (Москва, 2011); IX международная научно-техническая конференция «Современные металлические материалы и технологии» (Санкт-Петербург, 2011); «Современные тенденции технических наук» (Уфа, 2011); XIX Международная конференция «Трубы-2011» (Челябинск, 2011) и на кафедре «Металлургические и роторные машины» УрФУ в 2011 г.

Аннотация и структура диссертации. В первой главе рассмотрено современное состояние способа производства труб на пилигримовых станах. Отмечено, что от калибровки валков пилигримовых станов в значительной мере зависит производительность станов, качество прокатываемых труб, расход энергии, износ инструмента и другие показатели процесса. Во второй главе представлено построение математической модели процесса прокатки стальных труб на пилигримовом стане, которое выполнялось в объёмной постановке. В третьей главе разработаны и определены рациональные калибровки валков пилигримовых станов для различных условий прокатки. В четвертой главе проведено теоретическое исследование напряжённо-деформированного состояния гильзы при её захвате валками. В пятой главе приведены результаты расчёта напряжённо-деформированного состояния металла в мгновенном очаге деформации при квазиустановившемся процессе прокатки. В шестой главе исследованы напряжения в валках от усилия прокатки на пилигримовых станах. В седьмой главе проведена двухуровневая оптимизация параметров стана пилигримовой прокатки труб для повышения эффективности использования станов пилигримовой прокатки бесшовных труб большого диаметра при переводе на работу с непрерывнолитой заготовкой круглого сечения. В восьмой главе представлены результаты экспериментальных исследований для анализа адекватности разработанных математических моделей. В заключении отмечено, что работа является комплексным исследованием, содержащим новые научные, теоретические и экспериментальные результаты, направленные на совершенствование существующих процессов горячей пилигримовой прокатки труб.

Диссертация содержит список литературы, включающий 247 источников, и 4 приложения. Она имеет 180 рисунков и 25 таблиц.

Автор выражает благодарности коллегам по работе к.т.н. Кузнецову В.И., к.т.н. Песину Ю.В., к.т.н. Душкину В.М., к.т.н. Волегову И.Ф., Олькову И.С. Автор приносит благодарность сотрудникам ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» Муратову С.Г., Соколинскому Б.Я., Муратову A.C., к.т.н. Сафьянову A.B. за активную помощь при оснащении действующего оборудования специальной оснасткой и в организации проведения экспериментальных исследований в цеховых условиях.

Автор выражает благодарности научным консультантам д.т.н., профессору Лехову О.С., д.т.н., профессору Чечулину Ю.Б., д.т.н., профессору Паршину B.C.

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Раскатов, Евгений Юрьевич

Выводы по главе 8

1. Характер изменения крутящих моментов на шпинделях линии привода рабочих валков зависит от характера движения заготовки и работой подающего аппарата - форголлера.

2. Измерения крутящих моментов на шпинделях обеих рабочих клетей пильгерстана свидетельствует о том, что максимальные значения крутящих моментов имеют колебания значений как в период образования рабочего конуса (затравки), так и во время установившегося процесса прокатки.

3. При прокатке заготовок из нержавеющей стали математическое ожидание максимального значения крутящего момента на нижнем, наиболее нагруженном шпинделе по 113 циклам составило 1630 кН-м при общем диапазоне изменений значений моментов от 500 до 2350 кН-м. При этом наибольшее число максимальных значений приходятся на диапазон 13002100 кН-м и только 14-17 зарегистрированных максимальных значений крутящих моментов на нижнем шпинделе не превышали 1000 кН-м. Данные результаты хорошо соотносятся с результатами теоретического анализа, представленного в предыдущих главах, что подтверждает адекватность математической модели.

5. Установлено, что усилия и напряжения, воспринимаемые через траверсу-упор механизмом подачи в период установившегося процесса в процессе прокатки изменяются во времени по циклическому закону, достигая максимального пикового значения при положении поршня в конце передней части тормозной камеры. Предложенное нами ранее и выполненное изменение геометрических параметров тормозной камеры форголлера обеспечило при прокатке устойчивый режим торможения слитка в крайнем положении перед его захватом бойками рабочих валков.

6. Расчёт параметров процесса торможения форголлера при существующей геометрии деталей узла торможения подтверждает высокий уровень остаточных скоростей рабочего штока. Для уменьшения влияния ударного воздействия на детали рекомендуется при работе снижение уровня дросселирования до 40-25% поворотом внешней втулки. При уменьшении уровня дросселирования до 25-35% для штока с поршнем диаметром 569.5 мм: увеличивается продолжительность цикла торможения на 30%; уменьшается уровень давлений в тормозной камере в 3.5-4.5 раза; уменьшается остановочная скорость штока к моменту окончания хода штока в тормозной камере в 2-2.2 раза; повышается стабильность значений разовых подач.

7. Получены решения и проведён сравнительный анализ тормозных характеристик при варьировании параметров гидравлического демпфера; проведена сравнительная оценка результатов расчёта с показателями натурных испытаний, показавшая хорошую сходимость.

8. Выполненные измерения позволили установить значения показателей работы исполнительных и приводных устройств пильгерстана, выполнить их оценку и разработать рекомендации для совершенствования оборудования, настройки и управления станом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате теоретических и экспериментальных исследований [230-247] разработаны научные основы и определены основные направления совершенствования технологии и оборудования станов пилигримовой прокатки труб на основе анализа, позволяющего определить напряжённо-деформированное состояние металла, определить энергосиловые параметры и формоизменение труб, найти и обосновать рациональную калибровку валков и оптимальные режимы пилигримовой прокатки, обеспечивающих выпуск конкурентоспособных стальных труб.

Для достижения этих целей поставлены и решены следующие научные задачи: разработана математическая модель и алгоритм одновременного определения напряжённо-деформируемого состояния металла в мгновенных очагах деформации и напряжений в валках при прокатке стальных труб на пилигримовых станах, которая позволяет определить энергосиловые параметры и формоизменение труб, уровень и характер распределения напряжений и перемещений металла в очаге деформации, разработать рекомендации по совершенствованию процесса и оборудования пилигримовой прокатки труб; на основании теоретического исследования силовых параметров и уровня и характера распределения напряжений по длине и периметру очага деформации при пилигримовой прокатке труб для различных калибровок валков определена и обоснована рациональная калибровка валков пилигримовых станов; проведена оценка условий захвата гильзы гребнями бойковой части валков пилигримового стана, определён уровень и характер распределения напряжений и перемещений по периметру и длине мгновенного очага деформации для заданной калибровки валков в зависимости от величины подачи в валки; установлено, что захват гильзы валками сопровождается мгновенным приложением нагрузки, при этом образуется мгновенный очаг деформации, а нормальные сжимающие напряжения достигают величины 38 МПа; растягивающие тангенциальные и продольные напряжения, достигающие соответственно значений 23 МПа и 60 МПа, наблюдаются в начале мгновенного очага деформации; разработана методика расчёта максимальных динамических нагрузок в линии привода пилигримового стана при захвате гильзы валками; установлено, что при мгновенном приложении нагрузки максимальная амплитуда динамического момента равна 520 кН-м; определён уровень и характер распределения силовых параметров и напряжений по длине и периметру очага деформации в зависимости от величины подачи гильзы в валки при квазиустановившемся процессе пилигримовой прокатки труб; установлено, что в зоне контакта вершины калибра с гильзой наибольшей величины, равной 200 МПа, продольные растягивающие напряжения возникают при углах поворота валка 90-100 градусов, а продольные напряжения в зоне выпуска достигают максимальной величины 170 МПа при длине наклонного очага деформации 700 мм; с увеличением подачи гильзы в валки до 30 мм и угла бойкового участка валка происходит увеличение продольных растягивающих напряжений до 263 МПа; установлено, что неравномерный характер распределения по длине и периметру очага деформации и высокий уровень растягивающих тангенциальных напряжений является основной причиной образования дефектов типа рванин на поверхности тонкостенных труб из легированных марок стали при пилигримовой прокатке; анализ характера течения металла в зоне вершины калибра показал, что в основном гребень металла образуется за счёт обжатия гильзы в мгновенном очаге деформации, причём к концу прокатки при углах поворота валков 100-110 градусов гребень металла становится выше исходного положения линии вершины калибра; установлено, что направление продольного течения металла вдоль линии пилигримовой прокатки противоположно направлению подачи гильзы в валки; поставлена и решена объёмная задача определения уровня и характера распределения радиальных и тангенциальных напряжений в пилигримовых валках; установлено, что радиальные напряжения являются сжимающими, не превышают 500 МПа, и действуют в области очага деформации; тангенциальные напряжения в области очага деформации являются также сжимающими, а тангенциальные растягивающие напряжения возникают вне очага деформации и в области валка, ближней к участку готовой трубы, и их уровень не превышает 76 МПа; разработан алгоритм двухуровневой оптимизации параметров пилигримового стана, включающий решение следующих задач: 1) оптимизация параметров технологического процесса (верхний уровень оптимизации); 2) оптимизация конструктивных параметров линии привода пилигримового стана; решена задача оптимизации технологических параметров пилигримовой прокатки, в результате чего определена оптимальная по энергоёмкости величина подачи гильзы в валки, равная 20 мм; разработана математическая модель линии привода пилигримового стана, учитывающая технологические, скоростные и силовые параметры начальной стадии процесса прокатки, конструктивные параметры линии привода, демпферы и зазоры в шпиндельных соединениях. При моделировании установлено, что высокие динамические нагрузки в линии привода пилигримового стана возникают при мгновенном приложении нагрузки в начальной стадии захвата гильзы валками; решена задача оптимизации конструктивных параметров линии привода пилигримового стана; установлено, что при мгновенном приложении нагрузки в начальной стадии процесса пилигримовой прокатки жёсткости шпинделей практически не влияют на уровень динамических нагрузок; комплексное экспериментальное исследование параметров технологического процесса и оборудования пилигримового стана ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» позволило определить уровень силовых параметров процесса прокатки и динамических нагрузок в линии привода, сравнить результаты эксперимента и теоретического исследования и оценить адекватность математических моделей; разработан ряд новых эффективных конструкций устройств и инструмента для производства труб; в результате проведённой работы по совершенствованию технологии и оборудования пилигримового стана ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» внедрены рациональные калибровки валков пилигримового стана, отработаны оптимальные настройки подающего аппарата.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Раскатов, Евгений Юрьевич, 2012 год

1. Данченко В Н Технология трубного производства / В Н Данченко, А П Коликов, Б А Романцев, С В Самусев М Интермет Инжиниринг, 2002 -640 с

2. Чикалов С Г Производство бесшовных тр\б из непрерывноли тй заготовки / Под научн ред АП Коликова Волгоград Комитет по печати и информации 1999 -416 с

3. Матвеев Б Н , Никитина Л А Современное состояние и перспективы производства труб в России и за рубежом // Производство проката 1999 -№12 - С 28-32

4. Коликов АП, Нуриахметов ФД Актуальные проблемы трубного производства России // Сталь -2001 № 1 -С 50-54

5. Шевакин Ю Ф , Коликов А П , Райков 10 Н 11роизводсгво тр\б -М Интермет Инжиниринг, 2005 564 с

6. Оборудование фирмы «Маннесман-Демаг-Меер» для изготовления и отделки бесшовных труб / В Г Балакин, Ю Г Крупман, Л Н Скоробогатская и др // Черная металлургия Бюллетень института «Черметинформация» -1982 -вып 10 С 19-37

7. Данилов ФА, Глейберг АЗ, Балакин В Г Горячая прокатка и прессование тр\б М Металлургия, 1972 - 576 с

8. Технология и оборудование трубного производства / В Я Осадчий, АС Вавилин, В Г Зимовец, А П Коликов М Интермет Инжиниринг, 2000 -608 с

9. Повышение качества непрерывнолитых трубных заготовок из коррозионностойкой хромоникелевой стали / В В Фролочкин, В А Салаутин, В Я Генкин и др // Сталь 1992 -№ 3-С 32-37

10. Романцев Б А Полые профилированные за1 оговки повышенной ючност Теория, технология и конструирование машин Автореферат диссерт докт техн наук М 1993 -45 с

11. Матвеев Б Н Классификация процессов продольной периодической (шаговой) прокатки // Известия высших учебных заведений Серия «Черная метапп) ргия» -1990 № 3 -С 59-61

12. Тетерин П К Теория периодической прокатки -М Металлургия, 1978 -256 с

13. Машины и агрегаты металлургических заводов В 3-х томах ТЗ Машины и агрегаты для производства и отделки проката / А И Целиков П И Полухин В М Гребеник и др М Металлургия, 1981 - 576 с

14. Опыт совершенствования сортамента и качества труб / В Г Поярков, А В Гончарук, Б А Романцев, Р Н ФарТушный, А В Поливец // Сталь 2008 -№ 1 -С 47-5018