EP0181828B1 - Dispositif d'entraînement en rotation des galets de travail d'une installation de laminoir planétaire de produits longs - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B13/00—Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories
- B21B13/18—Metal-rolling stands, i.e. an assembly composed of a stand frame, rolls, and accessories for step-by-step or planetary rolling; pendulum mills
Definitions
- the present invention relates to planetary rolling mill installations for rolling long metal products, in particular steel. It relates more specifically to the rotation drive of the grooved working rollers which equip the rotors of these installations.
- a planetary rolling mill always consists, in principle, in the fact that the working rolls (or rollers) can not only rotate about their axis, but also move in space along a cylindrical trajectory which n is not necessarily revolutionary and which is not necessarily closed.
- the planetary rolling plants considered here are those in which the rollers are provided with a rolling groove and are mounted in free rotation on their axes, which are parallel to one another and distributed at the periphery of rotors whose axis of rotation is itself parallel to those of the pebbles.
- the rotors are grouped in pairs on either side of the product to be rolled.
- a so-called "universal" planetary rolling mill is a processing tool specific to long products and which has at least two pairs of rotors, angularly offset around the product to be laminated in order to be able to laminate each of its faces.
- rollers come periodically, over a portion of their orbit, called the working arc, into contact with the product to be rolled, the bottom of the groove laminating the edges of the product. They then suddenly acquire a high speed of rotation on themselves determined by the speed of the rotor which carries them and by the conditions of contact with the material to be laminated. We know that these sudden accelerations in the rotation of each roller during the first moments of contact with the product to be rolled can lead to slippage, and therefore to early wear of the rollers, as well as to subsequent defects on the surface of the rollers. products.
- the object of the present invention is to apply a similar solution to the case of long products, while substantially improving it.
- the subject of the invention is a device for driving in rotation the working rollers with a rolling groove of a planetary rolling mill installation for long products consisting of a ramp associated with each rotor, arranged outside thereof.
- any point on the ramp's track is located at a distance from the axis of the rotor comprised between the distances to this axis from the bottom of the groove of the roller and of the point of contact between the roller and the product to be rolled furthest from the axis of the roller, and in that each roller has a bearing formed at at least one end of said roller and the lateral surface of which constitutes a strip by means of which the roller comes into contact with the raceway of said ramp.
- pebbles have the general shape of a "diabolo".
- the two conical parts are connected to their small base by a rounding forming the bottom of a groove which laminates the edges of the product and the sides laminate the sides of the product on either side of this edge (see for example the request EP-A 0 000 290 or patent No. FR-A 2 559 689).
- the ramp it will be advantageous to arrange the ramp so that its running track is at a distance from the axis of the rotor close to, or even equal to, that of the half-depth of the groove.
- the running track of the ramp and / or the journals are provided with a friction lining to alleviate the tendency of the roller to slip on the ramp.
- the invention therefore consists, in its essential characteristics, of equipping a planetary rolling installation with long products with means intended to give the rollers a determined movement of rotation on themselves before they are brought into contact of the product to be laminated, the direction of this preliminary rotation being the same as that of the rotation on itself which the roller naturally acquires when it traverses its working arc.
- the prior rotation speed of the rollers is not arbitrary, but adapted to that normally acquired during the abrupt phase of rotation of the rollers in the first moments of their coming into contact with the product.
- the result sought by the invention is the elimination, or at least a strong attenuation, of the discontinuity of the rotational movement of a roller on itself which usually exists between the moment of its engagement on its working arc and the previous moments when it is free to rotate on its axis.
- FIGs 1a and 1 illustrate the concept of "rolling radius” which will help to understand the foundations of the invention.
- the "rolling radius” R is the internal radius of a fictitious ring 1, having as its axis the axis 2 of the rotor (not shown), and on which a fictitious rolled roller that 3, having the same axis as the axis 4 of the real roller 5 (represented on its working arc rolling a steel billet 6), would roll taking a rotational speed on itself ⁇ f , identical to the speed of true rotation ⁇ that the real roller 5 takes around its axis 4.
- cylindrical bearings 11 are provided at the ends of the roller 5 having a circular strip 9, of the same axis 4 as the roller and of radius p which can be determined by the preceding relationship.
- the roller comes to roll on the track 8 of the ramp 7 (by means of the band 9 of its end spans) where it already acquires the speed of rotation on itself that would normally impose contact with it - with the product to be laminated when it travels through its working arc TT '(fig. 3).
- the radius p of the strip 9 is necessarily between the extreme radii of the roller grip, that is to say between the radius G of the groove bottom 13 laminating the edge of the product 6 and the radius F end points 14 of the blanks 15 of the groove laminating the sides of the product on either side of this edge.
- the strip 9 is the outside face of a friction lining 12 constituted by a ring which is fitted to the end bearing surfaces 11.
- This lining is made of a material, such as those used in friction clutches, that is to say having good friction properties ensuring a satisfactory drive.
- a similar lining can of course also be provided to constitute the race track 8 of the ramp 7 and this separately or jointly with the ring 12 of the end bearings 11. Another advantage of the presence of such linings is to constitute bands easily replaceable.
- the ramp 7 for putting the rollers in advance is interrupted in the vicinity of the rolled bar 6 so that the roller is free to take the speed of rotation ⁇ corresponding to the conditions of contact with the rolled metal without risk of skating.
- the ramp can extend as far as desired around the rotor.
- a ramp length of the order of 1 m is sufficient for obtaining the desired result and this with the usual range. rotational speeds imposed on the rotor. Of course, this length of 1 m can be further reduced if friction linings are used.
- end bearings 11 of conical shape.
- This in combination with a ramp, such as 7, no longer fixed in space, but adjustable in translation parallel to the axis 2 of the rotor and radially with respect to this axis, makes it possible to modify the rolling radius R, and therefore set the rotation speed ⁇ of the roller 5 on the ramp 7 to the desired value.
- the means for fixing the ramp 7 must keep it in the same plane perpendicular to the axis 2 of the rotor while allowing it a slight tilting movement in this plane to take account of the fact that the envelope of the cross section of the conical bearing surface of the roller, contained in the plane of the ramp, is a circle whose radius varies with the lateral position of the ramp and cannot therefore remain constantly equal to the interior radius of the race track of the ramp.
- the ramp fastening means may consist of springs or hydraulic or pneumatic cylinders, distributed over the outer periphery of the ramp and exerting convergent thrust forces directed towards the axis of the rotor.
- Such fastening means allow both a tilting movement and a slight movement of radial translation relative to the axis of the rotor.
- separate additional means will be provided to ensure a radial adjustment of greater amplitude than that permitted by said fixing means.
- This variant which makes it possible to vary the radius p, is particularly advantageous since it is not possible in advance, without measuring ⁇ with precision, to know exactly the value of p which will give the roller the speed of rotation corresponding to optimal rolling conditions.
- this value is between the minimum radius G of the roller at the bottom of the groove and the maximum radius F of the part of the groove in contact with the rolled product
- we choose a priori a lateral position of the ramp such that the contact between the ramp and the conical bearing is made at the level of half the depth of the groove and the lateral position of the ramp is then adjusted so as to achieve the optimal rolling conditions between the roller and the rolled product which result in an absence of slippage, a good surface condition of the rolled product and minimal wear of the rollers.
- the option A% different from zero means that the user accepts, during the first moments of contact with the product to be rolled, a certain rate of sliding of the roller bearing on the product.
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Description
- La présente invention concerne les installations de laminoir planétaire pour le laminage de produits métalliques longs, notamment en acier. Elle a trait plus spécialement à l'entraînement en rotation des galets de travail à gorge qui équipent les rotors de ces installations.
- On rappelle qu'un laminoir planétaire consiste toujours, dans son principe, dans le fait que les cylindres (ou galets) de travail peuvent, non seulement tourner autour de leur axe, mais également se déplacer dans l'espace selon une trajectoire cylindrique qui n'est pas nécessairement de révolution et qui n'est pas nécessairement fermée.
- Les installations de laminage planétaire considérées ici sont celles dans lesquelles les galets sont pourvus d'une gorge de laminage et sont montés en rotation libre sur leurs axes, lesquels sont parallèles entre eux et répartis à la périphérie de rotors dont l'axe de rotation est lui-même parallèle à ceux des galets. Les rotors sont groupés par paire de part et d'autre du produit à laminer.
- Un laminoir planétaire dit «universel» est un outil de transformation spécifique aux produits longs et qui présente au moins deux paires de rotors, décalées angulairement autour du produit à laminer afin de pouvoir en laminer chacune de ses faces.
- Les galets viennent périodiquement, sur une portion de leur orbite, appelée arc de travail, au contact du produit à laminer, le fond de la gorge laminant les arêtes du produit. Ils acquièrent alors brusquement une vitesse élevée de rotation sur eux-mêmes déterminée par la vitesse du rotor qui les porte et par les conditions de contact avec le matériau à laminer. On sait que ces brusques accélérations de la rotation de chaque galet au cours des premiers instants du contact avec le produit à laminer peuvent conduire à un patinage, et donc à une usure précoce des galets, ainsi qu'à des défauts ultérieurs sur la surface des produits.
- Il est déjà connu, dans le cas des produits plats, pour atténuer ce patinage, d'imprimer aux cylindres de travail un mouvement de rotation, préalablement à leur entrée en contact avec le produit à laminer, en les faisant rouler sur une rampe (US-A 2978933).
- La présente invention a pour but d'appliquer une solution similaire au cas des produits longs, tout en l'améliorant substantiellement. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'entraînement en rotation des galets de travail à gorge de laminage d'une installation de laminoir planétaire de produits longs constitué par une rampe associée à chaque rotor, disposée extérieurement à celui-ci et sur laquelle roule chaque galet avant de venir laminer le produit, caractérisé en ce que tout point de la piste de roulement de la rampe est situé à une distance de l'axe du rotor comprise entre les distances à cet axe du fond de la gorge du galet et du point de contact entre le galet et le produit à laminer le plus éloigné de l'axe du galet, et en ce que chaque galet comporte une portée ménagée à une extrémité au moins dudit galet et dont la surface latérale constitue une bande par l'intermédiaire de laquelle le galet vient au contact de la piste de roulement de ladite rampe.
- On rappelle que les galets ont la forme générale d'un «diabolo». Les deux parties coniques sont raccordées à leur petite base par un arrondi formant le fond d'une gorge qui lamine les arêtes du produit et les flancs laminent les côtés du produit de part et d'autre de cette arête (voir par ex. la demande de brevet EP-A 0 000 290 ou le brevet n° FR-A 2 559 689).
- Conformément à l'invention, on aura avantage à disposer la rampe de manière que sa piste de roulement soit à une distance de l'axe du rotor proche, voire égale, à celle de la demi-profondeur de la gorge.
- Avantageusement, la piste de roulement de la rampe et/ou les tourillons sont pourvus d'une garniture à friction pour pallier la tendance du galet à patiner sur la rampe.
- Comme on le comprend, l'invention consiste donc, dans ses caractéristiques essentielles, à équiper une installation de laminage planétaire de produits longs de moyens destinés à conférer aux galets un mouvement déterminé de rotation sur eux-mêmes avant qu'ils soient mis au contact du produit à laminer, le sens de cette rotation préalable étant le même que celui de la rotation sur lui-même qu'acquiert naturellement le galet lorsqu'il parcourt son arc de travail. En outre, la vitesse de rotation préalable des galets n'est pas quelconque, mais adaptée à celle acquise normalement en phase de tion brutale de la rotation des galets dans les premiers moments de leur venue au contact du produit. En somme, le résultat recherché par l'invention est la suppression, ou du moins une forte atténuation, de la discontinuité du mouvement de rotation d'un galet sur lui-même qui existe habituellement entre le moment de son engagement sur son arc de travail et les instants précédents où il est libre de rotation sur son axe.
- L'invention sera de toute façon bien comprise, et d'autres aspects et avantages ressortiront plus clairement de la description qui suit, donnée en référence aux planches de dessins annexées, sur lesquelles:
- - les fig. 1 a et 1 b sont des schémas à finalité pédagogique permettant de bien comprendre le principe de l'invention, le schéma 1 a étant une représentation réelle d'un galet à gorge pour produit long, le schéma 1 b étant, en correspondance de cote, une représentation fictive du galet de la fig. 1 a;
- - la fig. 2 est une vue en section longitudinale médiane d'un galet de travail au contact par ses portées d'extrémité avec la piste de roulement;
- - la fig. 3 est une vue schématique en coupe transversale médiane du galet et la rampe de roulement selon le plan AA de la figure 2.
- Les figures 1 a et 1 illustrent la notion de «rayon de roulement» qui va permettre de comprendre les fondements de l'invention. Le «rayon de roulement» R, est le rayon intérieur d'une bague fictive 1, ayant pour axe, l'axe 2 du rotor (non représenté), et sur laquelle un galet fictif cylindrique 3, ayant même axe que l'axe 4 du galet réel 5 (représenté sur son arc de travail laminant une billette d'acier 6), roulerait en prenant une vitesse de rotation sur lui-même Ωf, identique à la vitesse de rotation vraie Ω que prend le galet réel 5 autour de son axe 4. Il s'agit ici de la vitesse Ω du mouvement de rotation stabilisé, donc sans glissement, que prend le galet 5 le long de son arc de travail au terme de sa phase d'accélération brutale qui a lieu au cours des premiers instants de sa venue au contact du produit 6. Cette vitesse Ω est une grandeur mesurable par des moyens usuels. De même, la vitesse de rotation w du rotor autour de son axe 2 est imposée et constante. On aura noté que son sens est bien entendu opposé à celui de la rotation du galet 5.
- On voit dès lors que si l'on désigne par «R» le rayon de l'orbite engendrée par l'asce 4 du galet réel 5, le galet fictif 3 a un rayon p = Rr-R et il existe entre le rayon connu R et le rayon inconnu p, la relation suivante qui exprime la condition du roulement sans glissement recherchée
-
-
- Dans l'installation de laminoir planétaire comme on le voit sur les figures 2 et 3, chaque rotor (symbolisé par son axe 2) est doté d'une rampe extérieure 7, solidaire du bâti de l'installation, présentant une piste de roulement 8 de profil longitudinal de forme circulaire centré sur l'axe 2 et de rayon R, = R+p, où p peut être déterminé à l'aide de la relation précédente. En outre, aux extrémités du galet 5 sont prévus des portées cylindriques 11 présentant une bande circulaire 9, de même axe 4 que le galet et de rayon p qui peut être déterminé par la relation précédente. Ainsi, avant d'aller au contact du produit à laminer 6, le galet vient rouler sur la piste 8 de la rampe 7 (par l'intermédiaire de la bande 9 de ses portées d'extrémité) où il ac- quiert déjà la vitesse de rotation sur lui-même que lui imposerait normalement par la suite le contact - avec le produit à laminer lorsqu'il parcourera son arc de travail TT' (fig. 3).
- On observera que le rayon p de la bande 9 est nécessairement compris entre les rayons extrêmes de l'emprise du galet, c'est-à-dire entre le rayon G du fond de gorge 13 laminant l'arête du produit 6 et le rayon F des points d'extrémités 14 des flans 15 de la gorge laminant les côtés du produit de part et d'autre de cette arête.
- Bien qu'en toute rigueur, une seule portée d'extrémité 11 par galet (donc également une seule rampe d'entraînement par rotor) suffise à la mise en oeuvre de l'installation, on comprend aisément que, pour des raisons de «porte-à-faux», de répartition des efforts et d'équilibrage des forces, il est préférable d'en prévoir deux.
- Conformément à une autre variante avantageuse, la bande 9 est la face extérieure d'une garniture à friction 12 constituée par une bague que l'on emmanche sur les portées d'extrémité 11.
- Cette garniture est constituée d'un matériau, tel que ceux utilisés dans les embrayages à friction, c'est-à-dire présentant de bonnes propriétés de frottement assurant un entraînement satisfaisant. Une garniture analogue peut bien entendu être également prévue pour constituer la piste de roulement 8 de la rampe 7 et ceci séparément ou conjointement avec la bague 12 des portées d'extrémité 11. Un autre avantage de la présence de telles garnitures est de constituer des bandes d'usure facilement remplaçables.
- On aura observé sur la figure 3, que la rampe 7 de mise en vitesse préalable des galets est interrompue au voisinage de la barre laminée 6 afin que le galet soit libre de prendre la vitesse de rotation Ω correspondant aux conditions de contact avec le métal laminé sans risque de patinage. A son autre extrémité, la rampe peut se prolonger aussi loin que l'on souhaite autour du rotor. Cependant, l'expérience montre que, dans le cas de galets à portées cylindriques 11 ayant 15 cm de rayon, une longueur de rampe de l'ordre d'1 m est suffisante pour l'obtention du résultat recherché et ceci avec la gamme habituelle des vitesses de rotation imposées au rotor. Bien entendu, cette longueur de 1 m, peut être encore réduite si l'on utilise des garnitures à friction.
- Il est clair que l'invention ne saurait se limiter à l'exemple décrit ci-avant mais s'étend à d'autres variantes ou équivalents dans la mesure où sont respectées les caractéristiques essentielles données dans les revendications ci-jointes.
- En particulier, il est très commode de prévoir des portées d'extrémité 11 de forme conique. Cela, en association avec une rampe, telle que 7, non plus fixe dans l'espace, mais réglable en translation parallèle à l'axe 2 du rotor et radialement par rapport à cet axe, permet de modifier le rayon de roulement R, et par conséquent de régler la vitesse de rotation Ω du galet 5 sur la rampe 7 à la valeur souhaitée.
- Bien entendu, dans cette variante, les moyens de fixation de la rampe 7 doivent la maintenir dans un même plan perpendiculaire à l'axe 2 du rotor tout en lui permettant un léger mouvement de basculement dans ce plan pour tenir compte du fait que l'enveloppe de la section droite de la portée conique du galet, contenue dans le plan de la rampe, est un cercle dont le rayon varie avec la position latérale de la rampe et ne peut donc rester constamment égal au rayon intérieur de la piste de roulement de la rampe.
- Les moyens de fixation de la rampe peuvent être constitués de ressorts ou vérins hydrauliques ou pneumatiques, répartis sur le pourtour extérieur de la rampe et exerçant des efforts de poussée convergents dirigés vers l'axe du rotor. De tels moyens de fixation permettent à la fois un mouvement de basculement et un léger mouvement de translation radiale par rapport à l'axe du rotor. Bien entendu, si nécessaire, on prévoira des moyens supplémentaires distincts pour assurer un réglage radial de plus grande amplitude que celle permise par lesdits moyens de fixation.
- Cette variante qui permet de faire varier le rayon p, est particulièrement intéressante dans la mesure où il n'est pas possible à l'avance, sans mesurer Ω avec précision, de connaître exactement la valeur de p qui donnera au galet la vitesse de rotation correspondant aux conditions optimales de laminage.
- Comme on sait néanmoins que cette valeur est comprise entre le rayon minimum G du galet en fond de gorge et le rayon maximum F de la partie de la gorge en contact avec le produit laminé, on choisit a priori une position latérale de la rampe telle que le contact entre la rampe et la portée conique se fasse au niveau de la moitié de la profondeur de la gorge et on ajuste ensuite la position latérale de la rampe de manière à réaliser les conditions de laminage optimales entre le galet et le produit laminé qui se traduisent par une absence de patinage, un bon état de surface du produit laminé et une usure minimale des galets.
- De même, si l'installation sera généralement mise en ceuvre de façon à égaliser la vitesse de rotation Ω du galet sur la rampe 7 à sa vitesse de roulement sans glissement sur l'arc de travail TT' il n'en reste pas moins envisageable, selon les souhaits ou nécessités de l'utilisateur, de prévoir un léger écart relatif de Δ % (par exemple 5 ou 10%) entre ces deux vitesses.
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- L'option A % différent de zéro, signifie bien entendu que l'utilisateur accepte, au cours des premiers instants du contact avec le produit à laminer, un certain taux de glissement du roulement du galet sur le produit.
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