Механизмы и устройства рабочих клетей прокатных станов

Московский государственный технический университет  
имени Н.Э. Баумана 
 
 
 
 
 
 
А.Г. Колесников, Р.А. Яковлев 

 
 
МЕХАНИЗМЫ И УСТРОЙСТВА  
РАБОЧИХ КЛЕТЕЙ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ 
 
 
 
Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э. Баумана  
в качестве учебного пособия по курсу  
«Расчет и конструирование прокатных станов» 

 
 
 
 
 
 
 
М о с к в а 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2 0 0 8 

УДК 621.771(075.8) 
ББК 34.42  
         К603 
 
 
Рецензенты:  Н.В. Пасечник, О.А. Ряховский 
 
    Колесников А.Г., Яковлев Р.А. 
Механизмы и устройства рабочих клетей прокатных 
станов: Учеб. пособие по курсу «Расчет и конструирование 
прокатных станов».  – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 
2008.  –  63 с.: ил. 

ISBN 978-5-7038-3259-2 

Рассмотрены вопросы расчета и конструирования нажимных 
механизмов, уравновешивающих и предохранительных устройств 
рабочих клетей прокатных станов. 
Для студентов старших курсов, изучающих дисциплину «Расчет 
и конструирование прокатных станов». Пособие может быть 
использовано при курсовом и дипломном проектировании. 
                                                                                                        
УДК 621.771.(075.8)  
  ББК 34.42 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

ISBN 978-5-7038-3259-2                                           © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008 

К603 

ВВЕДЕНИЕ 

Рабочая клеть как исполнительный механизм технологической 
машины (прокатного стана) оснащена кроме рабочего инструмента 
(валков) различными устройствами и системами для получения 
качественного проката.  
К таким системам и устройствам относятся:  
• устройства для изменения раствора валков (с целью получения 
заданного обжатия полосы);  
• устройства для осевой установки и фиксации калиброванных 
валков с целью совмещения ручьев калибров или для осевой 
сдвижки и фиксации профилированных валков с гладкой бочкой с 
целью снижения поперечной разнотолщинности прокатываемых 
полос;  
• устройства для уравновешивания и охлаждения валков;  
• устройства для направления полосы на входе и выходе из 
рабочей клети (в том числе для предотвращения окова валков);  
• системы автоматического управления скоростным режимом 
валков для снижения динамических нагрузок при захвате и выбросе 
полосы и уменьшения продольной разнотолщинности прокатываемых 
полос, а также для снижения энергозатрат при прокатке за 
счет снижения соответствующего режима натяжения полосы меж-
ду клетями или создания скоростной асимметрии внутри клети;  
• системы автоматического регулирования толщины полосы с 
помощью соответствующих гидравлических устройств для пред-
варительного нагружения клети и принудительного изгиба валков; 
• устройства и системы для ограничения динамических нагру-
зок и предохранения от статических перегрузок. 
В данном пособии рассмотрены вопросы расчета и конструи-
рования устройств для установки валков (нажимные механизмы), 
устройств для уравновешивания валков и предохранительных  
устройств для защиты от перегрузок рабочей клети и трансмиссии 
прокатного стана. Информацию по другим устройствам и систе-
мам можно получить из учебной и справочной литературы  
[1–5, 12–16].  

1. МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ УСТАНОВКИ ВАЛКОВ  
(НАЖИМНЫЕ МЕХАНИЗМЫ) 

Регулирование взаимного положения валков необходимо для 
обеспечения прокатки профиля заданных размеров и с заданными 
обжатиями, причем у реверсивных станов (обжимные, толстолисто-
вые и др.) расстояние между валками меняется почти после каждого 
прохода. Необходимое взаимное положение валков обеспечивается 
специальными механизмами для установки валков, называемыми 
нажимными. С помощью этих механизмов осуществляется верти-
кальная, горизонтальная и радиальная установка валков на задан-
ный раствор. Первая применяется для валков с горизонтальными 
осями (наиболее часто), вторая – для валков с вертикальными ося-
ми, третья – для трехвалковых станов, валки которых расположены 
под углом 120° по отношению друг к другу [1–4]. 
Наряду с установкой валков на заданный раствор необходимо 
регулирование положения валков по отношению к уровню роль-
гангов для исключения асимметрии нагружения валков, обуслов-
ленной углом наклона полосы в вертикальной плоскости на входе 
в валки [5]. Кроме того, необходимо регулирование по отношению 
к валкам других клетей непрерывных групп с целью сохранения 
прямолинейности оси прокатки. 
Механизмы для осевой установки валков (с целью совмещения 
ручьев калибров) или осевой сдвижки гладких валков с соответст-
вующей профилировкой (для уменьшения поперечной разнотол-
щинности прокатываемых полос) приведены в работах [1, 6] и в 
данном пособии не рассматриваются. 

1.1. Классификация нажимных механизмов 

К нажимным механизмам предъявляются требования точности 
и быстродействия при отработке заданных перемещений в процессе 
установки валков. Однако быстродействие нажимного механизма 
в свою очередь зависит от требуемой точности размеров прока-

та, величины перемещения, времени паузы между пропусками, 
типа привода. 
По виду привода на практике различают нажимные механизмы: 
• c электромеханическим приводом; 
• гидравлическим приводом; 
• гидромеханическим приводом, сочетающим электро- и гидропривод. 

По способу установки заданного раствора валков применяют 
нажимные механизмы с перемещением: 
• верхнего валка (листовые, полосовые, обжимные станы и др.); 
• верхнего и нижнего валков (на двухвалковых сортовых и непрерывно-
заготовочных станах – для сохранения линии прокатки 
на одном уровне, на трехвалковых станах – при неподвижном 
среднем валке). 
По времени перемещения находят применение нажимные механизмы, 
работающие: 
• во время пауз (отсутствие полосы в валках) – реверсивные 
станы (обжимные, листовые); 
• на ходу, т. е. в процессе прокатки полосы. 
По скорости перемещения валка различают нажимные механизмы: 
• 
быстроходные до 250 мм/с (обжимные станы); 
• среднескоростные (5…25 мм/с) – средне- и толстолистовые 
станы; (2…5 мм/с) – сортовые станы; 
• тихоходные (до 0,1 мм/с) – тонколистовые станы. 

1.2. Электромеханические нажимные механизмы 

К электромеханическим устройствам для установки валков относят 
два типа – быстро- и тихоходные. 

1.2.1. Быстроходные нажимные механизмы 

Эти механизмы с приводом от вертикальных фланцевых электродвигателей 
через цилиндрические шестерни применяют на 
блюмингах, слябингах и толстолистовых станах для сокращения 
паузы между проходами при установке верхнего валка. 
На рис. 1, а приведены кинематические схемы нажимных  
механизмов I и II типов, а рис. 1, б – общий вид нажимного механизма 
II типа для блюмингов 1150 конструкции УЗТМ [3]. Литой 
стальной корпус 4 закреплен на станинах рабочей клети и сцентрирован 
с ними двумя установочными кольцами 5. В корпусе  
установлена  горизонтальная  косозубая  цилиндрическая передача 

Рис. 1. Быстроходные устройства для установки валков блюминга 1150: 
а – кинематические схемы нажимных механизмов I и II типов; б – общий вид 
нажимного механизма II типа: 1 – шестерня на валу электродвигателя; 2 – пара-
зитные колеса; 3 – электродвигатель; 4 – литой стальной корпус; 5 – установоч-
ное кольцо; 6 – зубчатые колеса; 7 – зубчатый венец; 8 – ступица с квадратным 
отверстием; 9 – нажимная гайка; 10 – нажимной винт; 11 – плунжер; 12 – гидро- 
цилиндр; 13 – торцевая шпонка; 14 – сферическая пята; 15 – штифт;  
                                     16 – промежуточная коническая передача 

из семи зубчатых колес. Шестерни 1 насажены непосредственно 
на концы валков электродвигателей 3, смонтированных на верхней 
части корпуса 4, и сцепляются с паразитными колесами 6, кото-
рые, в свою очередь, передают вращение зубчатым венцам 7, по-
саженным на высокие ступицы 8 с квадратными отверстиями. При 
вращении колес 7 и ступиц 8 осуществляется вращение винтов 10 

в нажимных гайках 9 и поступательное их перемещение. Соедини-
тельная шестерня 6 свободно посажена на ось, которая одновре-
менно является плунжером 11 двух гидроцилиндров 12, вмонтиро-
ванных в корпус нажимного устройства и предназначенных для 
вывода шестерен 6 из зацепления при необходимости работы од-
ним винтом (правым или левым).  
При работе стана полости верхних цилиндров заполнены мас-
лом, выход которого на них перекрыт, а из нижних цилиндров 
масло вытеснено в бак, установленный сверху на площадке. Прак-
тика эксплуатации блюмингов показала, что, несмотря на преду-
смотренные тормоза на электродвигателях, происходит самоот-
винчивание нажимных винтов вследствие больших динамических 
нагрузок на них при прокатке. С целью предохранения от самоот-
винчивания на концах нажимных винтов сделаны сферические пя-
ты 14 увеличенного диаметра, что несколько повышает момент 
трения в пяте. Для удобства сборки пяту делают отъемной и за-
крепляют на нажимном винте торцевой шпонкой 13 и сквозным 
штифтом (валком) 15. Указатель обжатий присоединен к нажим-
ному устройству через промежуточную коническую передачу 16. 
Нажимные устройства имеют привод от двух электродвигателей 
мощностью 180…270 кВт (n = 500…750/1000 об/мин). Смазка 
жидкая циркуляционная. Наружный диаметр нажимного винта  
440 мм, резьба однозаходная, шаг 48 мм, диаметр пяты 500 мм, 
передаточное отношение от электродвигателя к нажимному винту  
i = 4,5; скорость перемещения винтов до 250 мм/с. 
Нажимные устройства этой конструкции по сравнению с уст-
ройствами, применявшимися ранее на блюмингах, обладают сле-
дующими преимуществами: 
• отсутствие быстроизнашивающихся червячных передач, со-
единительных муфт и муфт переключения; 
• уменьшение возможности самоотвинчивания винтов; 
• увеличение мощности электродвигателей, что обеспечивает 
повышение производительности стана за счет увеличения скоро-
сти перемещения нажимных винтов и соответствующего умень-
шения пауз между пропусками. 

1.2.2. Тихоходные нажимные механизмы 

Такие механизмы с электроприводом через глобоидные чер-
вячные передачи применяют на среднелистовых, тонколистовых и 
полосовых четырехвалковых станах горячей и холодной прокатки, 
где скорость перемещения валков невелика ввиду необходимости 
точной регулировки толщины листов и полос.  

Рис. 2. Тихоходное устройство для установки валков стана 
500/1500× 2500: 
a – кинематическая схема; б – общий механизм; 1 – электромагнитная муфта; 2 – 
электродвигатель; 3 – зубчатая муфта; 4, 5 – червячные глобоидные редукторы; 6 
– нажимной винт; 7 – коническая шестеренная передача; 8 – кинематический 
редуктор; 9 – сельсин-датчик; 10 – командоаппарат; 11 – гидроцилиндр для урав- 
                                                   новешивания валков 

На рис. 2 приведены кинематическая схема (а) и общий вид (б) 
механизма установки верхних валков четырехвалковой клети ста-
на 2500 НКМЗ. Привод нажимных винтов осуществляется от двух 
электродвигателей МН-82 (N = 115 кВт, n = 500 об/мин), установ-
ленных на одной оси и соединенных между собой электромагнит-
ной муфтой 1, рассчитанной на момент, равный 3 кН⋅ м. Вращение 
от электродвигателей 2 к нажимным винтам 6 передается через 
зубчатые муфты 3 и червячные глобоидные редукторы 4 и 5. Об-
щее передаточное число от двигателя к нажимному винту  
i = 1122; скорость перемещения нажимного винта 0,11…0,22 м/с. 
Диаметр нажимного винта 560 мм, шаг 12 мм. Редуктор нажим-
ного механизма смонтирован в отдельном корпусе, установленном 
на верху станины. Между редуктором установлен гидроцилиндр для 
уравновешивания валков 11. Крайнее верхнее положение нажимно-
го винта (ход винта 530 мм) фиксируется командоаппаратом 10,  
соединенным со ступицей червячного колеса через коническую 
шестеренную передачу 7 и кинематический редуктор 8. У этого нажимного 
механизма нет циферблата на самой станине и положение 
валков контролируется сельсин-датчиком 9, передающим импульс 
на сельсин-приемник, установленный на пульте управления и снабженный 
диском с цифровым делением. Приводы сельсин-датчиков 
аналогичны приводу командоаппарата.  
При необходимости пользования одним нажимным винтом 
(для настройки валков) электромагнитная муфта 1 выключается. 
В отличие от сортовых станов на листовых прокатных станах 
при прокатке тонких листов и полосы верхний валок можно установить, 
когда полоса находится между валками, что необходимо 
для выравнивания толщины прокатываемой полосы. 
Таким образом, механизмы привода нажимных винтов должны 
быть рассчитаны на полную силу, действующую на валки при 
прокатке. 
В данном случае этот механизм рассчитан на 35 МН (на оба 
нажимных винта). 
Вследствие применения в приводе каждого винта двух червячных 
передач КПД таких механизмов значительно ниже, чем КПД 
нажимных механизмов блюминга, у которого в приводе винтов 
предусмотрены только цилиндрические шестерни. 
Кроме того, при большом передаточном числе червячных ре-
дукторов 
общ
(
22,5 44
1122)
i
=
⋅
=
этого нажимного механизма им-
пульс от летучего микрометра (толщиномера) на включение элек-
тродвигателей вызывает перемещение нажимного винта с боль-

шим опозданием (0,5…1,0 с). За это время при скорости прокатки 
10…30 м/с полоса пройдет путь 5…30 м. 
Для повышения быстроты и точности установки валков на но-
вых широкополосовых станах применяют нажимные механизмы с 
червячно-цилиндрическим приводом (а) и двухскоростные (б) 
(комбинированные) (рис. 3). 

Рис. 3.  Кинематические схемы установочных устройств:  
а – черновых четырехвалковых клетей непрерывных широкополосовых станов 
горячей прокатки; б – двухскоростное устройство толстолистового четырехвал-
кового стана 1100/2300× 2500 для прокатки дюралюминия: 1 – нажимной винт;  
2 – червячное колесо; 3 – глобоидный червяк; 4 – электродвигатель; 5 – муфта 
зубчатая; 6 – цилиндрическая шестерня; 7 – расцепная муфта (электромагнитная, 
зубчатая или фрикционная); 8 – гидроцилиндр уравновешивания верхнего опор-
ного валка; 9 – пневматический тормоз; 10 – пневматическая расцепная муфта;  
11 – гидроцилиндры для противоизгиба опорного валка; 12 – гидроцилиндр  
                                    уравновешивания верхнего шпинделя