LU83210A1 - Cylindre a bombement variable - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un cylindre à bombement variable conçu de telle sorte que son degré de bombement soit contrôlé en réglant la pression d’un milieu.
Un cylindre à bombement variable comprend généralement un arbre sur lequel un manchon est adapté par retrait, ce cylindre comportant également une cavité annulaire d’une largeur et d’une profondeur prédéterminées formée entre cet arbre et ce manchon $ un milieu de transmission de pression tel que l’huile, l’eau, la graisse ou analogues (que l’on appellera simplement
V
ci-après •'milieu”) est chassé à travers un passage d’entrée ménagé dans cette cavité afin de contrôler le degré de bombement du cylindre en réglant la pression de ce milieu. Ce passage d'entrée comprend un passage s’étendant axialement d’une extrémité à l’autre de l’arbre, ainsi que des passages radiaux établissant une communication entre ce passage axial et les extrémités opposées de la cavité.
Jusqu'à présent, on a utilisé des cylindres à bombement variable pour des laminoirs à faible sollicitation tels que les trains d'écrouissage pour les tôles ou les feuillards laminés à chaud, mais non pour les laminoirs dans lesquels des sollicitations extraordinaires ont tendance à se produire, par exemple, dans les laminoirs en tandem à chaud ou à froid. Si le cylindre à bombement variable est utilisé dans des laminoirs de ce type, des inconvénients risquent de se manifester au cours du laminage * ou des craquelures ont tendance a se former dans le manchon par suite de ces sollicitations extraordinaires. Dans les cylindres classiques à bombement variable, étant donné que la profondeur initiale de la cavité (profondeur de la cavité au moment de 1* assemblage du cylindre) est relativement importante^ la surface intérieure de la partie centrale du manchon n'entre pas en contact avec la surface périphérique de l’arbre, même si , Λ i / ce manchon .subit une dé foi-mat ion dii i'ji’c ratli al «. ment vers 1* intérieur sous 1*effet des sollicitations extraordinaires survenant au cours du laminage au degré normal de bombement du cylind En conséquence, les tensions que subit le manchon, augmentent sensiblement en proportion de la charge appliquée à ce dernier pour y créer finalement des craquelures lorsque la limite élastique de la matière dont est constitué ce manchon, est dépassée. En conséquence, un cylindre à bombement variable selon la technique antérieure ne peut être utilisé dans des i ‘ laminoirs où des sollicitations extraordinaires risquent de se produire.
Dans les cylindres à bombement variable selon la technique antérieure, la profondeur initiale de la cavité était, ainsi qu’on l’a mentionné ci—dessus, relativement importante du fait que l’application de ce cylindre était limitée à un laminage de faible réduction, si bien que l’on ne devait pas tenir compte des craquelures formées dans le manchon sous l’effet des sollicitations extraordinaires, tandis que la formation de cette cavité et la coulée du milieu dans cette dernière étaient ainsi facilitées.
De plus, un problème s’est posé lors de l’évacuation de l’air hors de la cavité du cylindre à bombement variable lors de la coulée du milieu de transmission de pression dans cette cavité. Jusqu’à présent, lors du remplissage de la cavité et des passages du cylindre à bombement variable avec le milieu précité, on a chassé l’air hors de cette cavité du cylindre en procédant aux étapes consistant à suspendre verticalement le cylindre à bombement variable à une grue, ouvrir l’extrémité supérieure du passage axial communiquant avec la cavité, introduire le milieu dans le passage axial par l’extrémité inférieure de ce dernier en en chassant l'air qui y est contenu, puis place f un bouchon à 11 extrémité supérieure de 11 ouverture axiale au terme de llintroduction du milieu précité.
Dans le cylindre à bombement variable selon la technique antérieure et sur toute la longueur duquel s’étend l’ouverture axiale précitée, il était impossible d’assurer une évacuation suffisante de l’air, car le milieu atteignait l’extrémité supérieure de l’ouverture axiale avant de se répandre à suffisance dans la cavité. La présence de l’air dans le cylindre i posait quelques problèmes tels qu’une réponse plus lente de la pression du milieu suite à la compression de l’air résultant de l’élévation de la pression du milieu, de même que des projections plus intenses du milieu suite à l’accroissement de l’énergie pneumatique accumulée si des craquelures s’étaient formées dans le manchon.
En conséquence, un objet de la présente invention est de fournir un cylindre à bombement variable pouvant être utilis dans des laminoirs dans lesquels des sollicitations extraordinaires ont tendance à se produire.
Un autre objet de la présente invention est de fournil un cylindre à bombement variable duquel l’air peut être aisémei évacué lorsque le milieu y est introduit.
Un cylindre à bombement variable suivant la présente invention est réalisé de la manière suivante : une cavité annulaire d’une profondeur prédéterminée est formée entre un arbre et un manchon, une extrémité de cette cavité est mise ; en communication avec un passage d’entrée pour un milieu, tand: que l’autre extrémité de cette cavité communique avec un passa, de sortie pour ce milieu.
On forme cette cavité en pratiquant une excavation dans l’arbre et/ou le manchon, mais à l’interface de ceux-ci. La profondeur de cette cavité est prédéterminée à une valeur f / / inférieure à la valeur de déformation maximale du manchon sous l’effet, d’une sollicitation extraordinaire se produisant en cours de laminage alors que le cylindre a un degré de bombement normal. Grâce à la structure décrite ci—dessus, en présence d’une sollicitation extraordinaire, la surface intérieure du manchon définissant la surface extérieure radiale de la cavité entre en contact, dans une de ses parties, avec la surface périphérique de l’arbre définissant la paroi intérieure radiale de la cavité, si bien que la sollicitation extraordinaire est » supportée par le manchon et par l’arbre, de sorte que les tensions survenant dans le manchon sont considérablement éliminées Afin d’introduire le milieu de transmission de pressic (par exemple, l’huile, l’eau ou la graisse) dans le cylindre à bombement variable suivant la présente invention, on dispose le cylindre en position inclinée ou dressée, le passage d’entre du milieu étant maintenu vers le bas, tandis que le passage de sortie de ce milieu est maintenu vers le haut, après quoi on verse le milieu dans le cylindre par le passage d’entrée, tout en évacuant l’air contenu dans la cavité et les passages et, après l’introduction du milieu, on place un bouchon sur la sori du passäge de sortie.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci—après donnée en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d’un cylindre à bombement variable suivant une forme de réalisation de la présente invention ; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d’un cylindre à bombement variable selon une autre forme de réalisa tion de la présente, invention 5 !a la figure 3 est une vue en coupe 11 ..n- versale partit·]] prise suivant la ligne III—XXI de la figure 2 3 la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'un cylindre à bombement variable selon une autre forme de réalisation de la présente invention 3 la figure 5 est une vue en coupe transversale partiell prise suivant la ligne V-V de la figure 4 5 la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'un cylindre à bombement variable selon une autre forme de réalisa- » tion encore de la présente invention ; la figure 7 est une vue en coupe transversale partiell prise suivant la ligne VII-VII de la figure 6 3 les figures 8 et 9 sont des vues en coupe longitudinal partielles d'un cylindre à bombement variable, ces figures montrant différents stades de déformation du manchon 5 la figure 10 est un diagramme illustrant la relation entre la sollicitation survenant au cours du laminage et l'accroissement des tensions dans le manchon à différents stades de déformation de ce dernier 3 et la figure 11 est un diagramme analogue à celui de la figure 10, illustrant une autre forme de réalisation de la présente invention.
Dans les dessins annexés et, plus particulièrement, er figure 1, on représente une forme de réalisation du cylindre à bombement variable suivant la présente invention, ce cylindi comprenant un arbre 1 sur lequel un manchon 2 est adapté par retrait, une cavité annulaire 3 d'une profondeur prédéterminée étant définie entre cet arbre et ce manchon. Une extrémité de la cavité 3 communique, via un passage radial 4 ménage dans l'arbre 1, avec un passage axial 5 prévu pour l'entrée d'un milieu à une extrémité de cet arbre 1, tandis aue l'autre extr< /' mité de; la cavité 3 commun que, via un passage radial 6 ménagé dans 1*arbre 1, avec un passage 7 prévu pour la sortie de ce milieu et pratiqué axialement a l'autre extrémité de cet arbre 1.
Un joint rotatif classique 52 est fixé à l'admission 51 du passage 5 prévu pour l'entrée du milieu# Le milieu de transmission de pression (par exemple, l'eau, l'huile ou la graisse) est chassé, via ce joint rotatif 52, dans le passage 5 prévu pour l'entrée du milieu, le passage radial 4* la cavité 3a le passage radial 6 et un passage axial 7 prévu pour la sortie du milieu. Pendant que le milieu est chassé dans le cylindre à bombement variable, l'air contenu dans les passages et la cavité est évacué par une sortie J1· Lorsque le milieu a atteint cette sortie 71* celle-ci est fermée hermétiquement au moyen d'un bouchon classique 72·
Une autre forme de réalisation du cylindre à bombement variable suivant la présente invention est illustrée dans les figures 2 et 3 dans lesquelles un passage 7a prévu pour la sortie du milieu est pratiqué dans le manchon 2 et communique directement avec une extrémité de la cavité 3 sans aucun passage radial.
Une autre forme de réalisation du cylindre à bombement variable suivant la présente invention est illustrée dans les figures 4 et 5 dans lesquelles un passage 7b prévu pour la sortie du milieu est pratiqué dans l'arbre 1, au voisinage de la périphérie de ce dernier, ce passage de sortie communiquant directement avec une extrémité de la cavité 3 sans aucun passage radial.
Une autre forme de réalisation encore du cylindre à bombement variable suivant la présente invention est illustrée dans les figures 6 et 7 dans lesquelles une partie 7a du nassa-ge pour la sortie du milieu est prévue dans le manchon 2, tandis que l'autre partie 7b de ce passage est prévue dans l'arbre 1,
au vnisinao-e de la nftri nhéri e de ce dernier, les deux Tïb C c 5. rr PC
précités communiquant l’un avec l’autre, tandis qu’une extrémité du passage 7b communique avec une extrémité de la cavité 3·
Dans le cylindre à bombement variable suivant la présente invention et ayant une structure dans laquelle, comme on 1¾ décrit ci—dessus, l’ouverture axiale est éléminée et les passages sont pratiqués de telle sorte que le milieu passe d’une extrémité de l’arbre à l’extrémité opposée du manchon via la cavité précitée, on peut réduire la quantité du milieu qui existait jusqu’à présent dans l’arbre et l’on peut également * évacuer l’air aisément et de manière fiable, augmentant ainsi la vitesse de réponse, tout en réduisant l’énergie accumulée.
On décrira à présent la façon de déterminer la profondeur initiale d de la cavité 3 en se référant aux figures δ à 11. En règle générale, lorsque le cylindre à bombement variable est assemblé, les surfaces opposées de la cavité 3 sont mutuelleiiient parallèles comme indiqué en figure 8. Toutefois, dans une forme de réalisation modifiée, le manchon 2 a une surface intérieure en V inclinée vers son milieu, de telle sorte que la profondeur d de la cavité augmente ou diminue progressivement. En conséquence, la profondeur d sera prise ici en considération sur la base de la profondeur existant au milieu du manchon.
En figure 8, la ligne en trait plein A représente le manchon 2 lorsque le milieu est à une pression PM = 0 kg/cm2 (pression manométrique) et lorsque la sollicitation de laminage P = 0 kg. La ligne en traits discontinus B représente le manchoi 2 lorsque la pression du milieu P., atteint une certaine valeur
M
(O—500 kg/cm2) pour donner un degré normal de bombement et lorsque la pression de laminage P atteint également une certaine valeur P^ pour effectuer un laminage normal. La ligne en trait: pleins et discontinus C représente le manchon 2 au moment où une sollicitation extraordinaire Pç survient brusquement de telle sorte qu'une partie de la surface intérieure de ce manchon 2 entre en contact avec une partie de la périphérie de l’arbre 1 dans la cavité 3.
Ensuite, en figure 9* la ligne en trait plein D représente le manchon 2 lorsque la sollicitation extraordinaire Pç a atteint une valeur P^, Dans les conditions illustrées par cette ligne en trait plein D, la majeure partie de la surface intérieure du manchon 2 entre en contact avec la surface périphérique de l’arbre 1 dans la cavité 3.
En figure 9j la ligne en traits pleins et discontinus D* représente le manchon 2 lorsque la profondeur initiale d de la cavité 3 est suffisante pour que le manchon 2 soit déformé librement et qu’ ainsi sa surface intérieure soit maintenue à l’écart de la surface périphérique de l’arbre 1 dans la cavité 3· Dans ces conditions, la valeur de déformation maximale du manchon 2 (par rapport à l’état initial A) est désignée par
Suivant la présente invention, la profondeur initiale j d de la cavité 3 est inférieure à la valeur de la déformation maximale <£. Lors d’une application pratique, la profondeur initiale d est fixée, de préférence, à 0—2 mm compte tenu de la propriété de réponse du milieu.
La figure 10 illustre, par un graphique, la relation entre la sollicitation survenant en cours de laminage et les tensions ainsi provoquées lorsque le manchon 2 est dans les conditions mentionnées en se référant aux figures 8 et 9· Dans le diagramme de la figure 10, cette sollicitation de laminage P (kg) est portée en abscisse, tandis que l’accroissement des tensions AG~(kg/cm2) survenant dans le manchon 2 par rapport à l’état initial A de ce dernier, est porté en ordonnée.
* / Λ t t
Comme représenté en figure 10, dans les conditions représentées par le segment de ligne AB, le manchon 2 se situe dans l'intervalle de laminage normal et il subit une déviation dans les limites de la dilatation. Dans les conditions représentées par le segment de ligne BC, le manchon 2 se déforme librement dans les limites de la profondeur initiale d de la cavité 3· De plus, dans les conditions représentées par le segment de ligne CD, le manchon 2 entre en contact avec 1*arbre 1, limitant ainsi la déformation de ce manchon. Dans les condi tions représentées par le point D, 1*accroissement maximum des tensions Δ<Χdu manchon 2 diminue considérablement de D1 dans le cylindre à bombement variable selon la technique antérieure, jusqu*à D.
En conséquence, lorsque, dans le cylindre à bombement variable suivant la présente invention, une sollicitation extraordinaire résultant, par exemple, d'un étirage, vient à se produire au cours d'une opération de laminage, les tensions survenant dans le manchon peuvent être réduites considérablernen si ce manchon est supporté par l'arbre en entrant en contact avec ce dernier à l'intérieur de la cavité. En conséquence, le cylindre à bombement variable suivant la présente invention peut être utilisé même dans des laminoirs dans lesquels des ! sollicitations extraordinaires ont tendance à se produire.
Il est' difficile de déterminer avec précision la valeur de déformation 6_ du manchon. Toutefois, cette valeur à peut être évaluée théoriquement sur la base de la conception suivante : la valeur de la déformation maximale O peut être une somme d'une déformation par flexion (Y-,) due à une sollici— £> tation de laminage, d’une déformation par cisailler.ent (Yç) et d’un aplatissement 0^χ) du manchon du cylindre (O — Υβ -f Υς -r On calcule chaque terme de la manière suivante :
A
v i. Déformation par flexion (Yg) et déformation par cisaillement (Yg) ,
On détermine ces deux termes en résolvant une équation de résistance des matériaux et en supposant qu'un cylindre d'un modèle spécifique subit une sollicitation uniforme, ii. Aplatissement {6 ^-) du manchon du cylindre.
En supposant qu'une sollicitation concentrée F est appliquée à la partie centrale de la surface périphérique d'un manchon d'un rayon moyen R, d'une épaisseur t et d'une longueur L, l'aplatissement ê (x) est exprimé par la formule suivante ; f , o,135FR2 Ο (X) = -x- e PX (cosßY + sinßY) (1)
Etd Λ Λ où E = module de Young β = 0,3125/R, en supposant également qu'une sollicitation q par unité de longueur du manchon est uniforme sur une très petite longueur Si la sollicitation n'est pas concentrée, F est remplacé par q.Aj dans la formule (l). En supposant qu'une force q* agit à l'encontre d'une dépression créée par la sollicitation q venant de l'intérieur dans la partie du manchon qui est adaptée par retrait9 on obtient la valeur 6 (x) en déterminant la valeur de q' de telle sorte que chacune des valeurs intégré« de la formule (l) par q· Δ χ et q'.Ax soit égale à zéro à l'ex. trémité adaptée par retrait, C et C',
La figure 11 illustre, par un graphique, un exemple de la relation existant entre la sollicitation de laminage (en tonnes) et l'accroissement des tensions (A(T) (kg/mm2) surv< nant dans la surface intérieure du manchon du cylindre à bombe· ment variable utilisé comme cylindre d'appui dans un laminoir d'une hauteur de 4 m, Les dimensions des cylindres utilisés „ sont les suivantes : - 12 - |f
Cylindre de travail
Diamètre 700 mm x longueur du tambour 2032 mm x distance moyenne d*appui 3124 mm x longueur hors tout 5435 mm.
Cylin dre d1appui
Diamètre 1382 mm x longueur du tambour 2032 mm x dis- » tance moyenne d1 appui 31^4 mm x longueur hors tout 5435 mm.
La largeur de la matière laminée est de 1.000 mm.
Bien que lTon ait représenté et décrit certaines formes de réalisation spécifiques de la présente invention, il est entendu que celles-ci sont données simplement à des fins d*illustration et d1explication et que différentes autres formes de réalisation peuvent être envisagées dans le cadre de 1*invention tel qu*il est défini par les revendications ci-après.
/ •ί'Λ
Claims (5)
1· Cylindre à bombement variable, caractérisé en ce qu’il comprend : : un arbre ; un manchon adapté par retrait sur cet arbre ; une cavité annulaire définie entre cet arbre et ce manchon et ayant une profondeur prédéterminée ; un passage prévu pour 1*entrée d’un milieu à une . * extrémité de cet arbre et communiquant avec une extrémité de cette cavité 3 et un passage prévu pour la sortie de ce milieu et communiquant avec lfautre extrémité de cette cavité 3 la profondeur de la cavité étant prédéterminée à une valeur inférieure à la valeur de déformation maximale de ce manchon suite à une sollicitation extraordinaire survenant en cours de laminage à un degré normal de bombement du cylindre
2. Cylindre à bombement variable suivant la revendice tion 1, caractérisé en ce que le passage de sortie du milieu est prévu dans une partie axiale à 1*autre extrémité de 1*arbre ce passage communiquant avec 1*autre extrémité de la cavité via des passages radiaux.
3. Cylindre à bombement variable suivant la revendiez tion 1, caractérisé en ce que le passage de sortie du milieu ► est prévu dans 1*arbre juste en dessous de la périphérie de l’autre extrémité de cet arbre, ce passage communiquant directement avec l’autre extrémité de la cavité.
4· Cylindre à bombement variable suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le passage de sortie du milieu est prévu dans le manchon et communique directement avec une extrémité de la cavité. / /> g / - 1h -
5· Cylindre à bombement variable suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu’une première partie du passage de sortie du milieu est prévue dans l’arbre juste en dessous d la périphérie de ce dernier, une deuxième partie de ce passage étant prévue à une extrémité de ce manchon, cette première et * cette deuxième partie communiquant l’une avec l’autre, tandis que la première partie communique avec l’autre extrémité de la cavité. IV v. V ViV'
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