Варианты формулировок идеального технического решения (ИТР).

1. Обжимной вал сам обеспечивает такую величину обжатия прокатываемого листа, которая позволяет уменьшить количество клетей прокатного стана при высоком качестве обработки листа.

2. Внешняя среда сама обеспечивает такую величину обжатия прокатываемого листа, которая позволяет уменьшить количество клетей прокатного стана при высоком качестве обработки листа.

Техническое решение по п.1. Основу решения, приближающего рабочий валок к идеальному, составляет идея, направленная на устранение недостатка обжимных валков малого диаметра – большой величины их прогиба, т.е. идея увеличения способности валков сопротивляться изгибающей нагрузке. Например, создавать в рабочем валке при его изготовлении или до момента его непосредственной работы систему внутренних напряжений, в частности, напряжений сжатия, которые будут оказывать дополнительное сопротивление валка действию изгибающей нагрузки, возникающей при прокатке листа.

Предлагается следующая конструкция валка. Валок имеет центральное сквозное отверстие по продольной оси. В этом отверстии расположен стержень с неподвижным упорным буртом на одном из своих концов. Другой конец стержня имеет подвижный бурт, способный фиксировать заданную величину растяжения стержня в валке.

Предварительные напряжения в валке создаются путем растяжения стержня выбранным способом, например нагревом[1], и последующим закреплением в валке растянутого стержня с помощью подвижного бурта. При охлаждении стержень, уменьшая свою длину, будет сжимать валок, создавая в нем напряжения сжатия. Такой предварительно напряженный валок будет обладать повышенной сопротивляемостью к изгибающей нагрузке.

Техническое решение по п.2. Формулировка идеального технического решения п.2 предполагает поиск и использование существующих во внешней среде технических объектов, способных обеспечить такую величину обжатия прокатываемого листа, которая позволит уменьшить количество клетей прокатного стана при высоком качестве обработки листа, или создание объектов, выполняющих эту функцию. Предложений в этом направлении поиска решения нет.

Однако внешнюю среду можно использовать для предотвращения или уменьшения величины прогиба рабочих валков малого диаметра. Например, объектом внешней среды может служить дополнительный валок, введенный в клеть стана в качестве упорного для рабочего валка клети.

Поиск решения задачи методом анализа

Технического противоречия

Причинно-следственная цепочка структуры технического противоречия, обостряющегося при использовании рабочего валка малого диаметра, и результаты инверсии ее звеньев, приведены на рис. 2.

Рис. 2. Структура технического противоречия между величиной обжатия и качеством листового проката

Частные задачиисходной задачи уменьшения количества клетей прокатного стана:

1) задача достижения большой величины обжатия прокатываемого листа рабочим валком, имеющим большой диаметр;

2) задача создания высокой жесткости рабочему валку при его малом диаметре;

3) задача обеспечения высокой сопротивляемости валка изгибу при низкой его жесткости;

4) задача обеспечения малой величины прогиба валка при низкой сопротивляемости его изгибу;

5) задача обеспечения высокого качества прокатанного листа при большой величине прогиба рабочего валка в процессе прокатки.

Идеи технических решений перечисленных частных задач. Основу технического решения задачи 1 может составить идея нагрева прокатываемого стального листа до температуры, при которой материал листа приобретает высокую пластичность и не снижает при этом свои прочностные характеристики.

В задаче 2 требуется разработать такой прокатный валок, который при своем небольшом диаметре обладал бы высокой жесткостью при изгибе. Учитывая, что жесткость валка при изгибе определяется модулем упругости его материала и диаметром поперечного сечения, то идеи по повышению жесткости валка в виде цилиндра, не увеличивая его диаметр, связаны с поиском материалов, имеющих более высокий модуль упругости по сравнению со сталью. Идей по использованию таких материалов нет.

Идеей технического решения задачи 3 является создание в материале прокатного валка напряжений, создающих дополнительное с материалом валка сопротивление изгибу [9].

Идею решения задачи 4 составляет применение дополнительных опорных валков, установленных вместе с рабочими валками в одной вертикальной плоскости.

Идей решения задачи 5 нет.

Поиск идей разрешения физического противоречия. Узловым элементом противоречия является рабочий валок клети стана. Способность валка обеспечить большую величину обжатия стального листа и высокое качество прокатанного листа определяется величиной его диаметра. Валок малого диаметра обеспечивает большую степень обжатия прокатываемого листа, но прокатанный таким валком лист имеет низкое качество. Валок же, имеющий большой диаметр, обеспечивает хорошее качество проката, но малую величину его обжатия.

Физическое противоречие. Рабочий валок стана должен иметь малый диаметр, чтобы обеспечивать большую величину обжатия прокатываемого листа, но рабочий валок стана должен иметь большой диаметр, чтобы обеспечивать высокое качество прокатанного листа.

Идея технического решения, разрешающего физическое противоречие. Использовать в клети стана рабочий валок с разной величиной диаметра поперечного сечения вдоль его оси. Образующей рабочей поверхности такого валка может быть парабола, например, второй степени, вершина которой расположена на оси центрального поперечного сечения валка, а ее ветви направлены к оси валка (а.с. №398298). Это решение удовлетворяет указанным требованиям как в задаче 1, так и задаче 5 и базируется на известных положениях науки о сопротивлении материалов при изгибе балок.

Техническое решение задачи

В качестве технического решения поставленной задачи по увеличению степени обжатия рабочими валками стального листа, являющейся частной по отношению к исходной задаче уменьшения длины прокатного стана, принимаем решение по изменению геометрической формы рабочего валка. Согласно этому решению, обжимной валок имеет образующую своей рабочей поверхности в виде параболы второй степени, вершина которой расположена на оси центрального поперечного сечения валка, а ее ветви направлены к продольной оси валка

Приложение