УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ОПОРЫ ПРОКАТНОГО ВАЛКА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1996 года по МПК B21B31/02 

Изобретение относится к области прокатного оборудования, конкретно, к уплотнительным устройствам опор прокатных валков.

Из уровня техники известны уплотнительные устройства, применяемые в опорах прокатных валков /см. например, И.А. Тодер и др. Гидродинамические опоры прокатных валков. М. Металлургия, 1968, с. 166-170/. Известное устройство выполнено в виде радиальных резиновых манжет, размещенных своим корпусом в неподвижной крышке узла опоры и прижатых уплотнительной кромкой к вращающейся втулке, охватывающей шейку валка. Такая конструкция уплотнения не обеспечивает, однако, эффективного слежения за радиальным перемещением /биением/ уплотняемой поверхности, возникающим благодаря зазорам в подшипниках и подушках, что снижает эффективность уплотнения и срок службы устройства.

Известны более совершенные конструкции уплотнительных устройств опоры прокатного валка /см. например, заявку ФРГ N 1908374, кл. B 21 В 31/02, 1977/. Данное устройство выполнено в виде оболочки вращения и состоит из корпуса, жестко закрепленного на одной из взаимно подвижных деталей, губки с уплотнительной кромкой, контактирующей с поверхностью другой детали, а также из соединяющей корпус и губку перемычки. Описанная конструкция уплотнительного устройства благодаря высокой податливости губки позволяет отслеживать биение уплотняемой поверхности и обеспечивает уплотнение при малом усилии прижатия губки, что предопределяет низкие потери на трение и низкий износ. Вместе с тем конфигурация губки в известном устройстве такова, что кромочная ее часть, имея низкую изгибную жесткость, контактирует с уплотняемой деталью по поверхности. Это отрицательно сказывается на долговечности и фактически сводит на нет потенциальные преимущества конструкции, указанные выше.

Наиболее близка к изобретению по технической сущности конструкции уплотнительного устройства, показанная в авторском свидетельстве СССР N 198061, кл. В 21 В 31/02, 1967 на фиг. 3. В этом уплотнительном устройстве, состоящем из корпуса, губки и соединяющей их перемычки, губка выполнена с постепенным утолщением кромочной части в направлении к кромке со стороны уплотняемой поверхности. Такая конструкция, в принципе, позволяет обеспечить одно из главных условий эффективности работы таких манжет-линейный контакт кромки губки с уплотняемой поверхностью. Однако в прототипе это условие обеспечивается лишь частично как показал анализ деформированного состояния манжет при целом ряде соотношений размеров и деформации в процессе работы происходит такая деформация губки, при которой ее контакт с сопряженной поверхностью происходит не по линии, а по плоскости, то есть не кромкой манжеты, а поверхностью стенки губки, причем на значительном по протяженности участке. Это снижает эффективность такой манжеты как по герметичности, так и по долговечности. В прототипе для повышения эффективности манжеты используют дополнительные пружины, что усложняет конструкцию и снижает долговечность манжеты.

Задачей изобретения является такое усовершенствование конструкции уплотнительного устройства описанного типа, которое обеспечивало бы постоянный линейный контакт кромки уплотнительной губки с поверхностью детали без применения специальных дополнительных средств, типа пружины.

При решении этой задачи было установлено, что определенная регламентация параметров формы уплотнительной губки позволяет оптимизировать ее эксплуатационные характеристики и обеспечить максимальный срок службы и надежную герметизацию.

Указанная задача решена тем, что в уплотнительном устройстве опоры прокатного валка, состоящем из корпуса губки и соединяющей их перемычки, причем губка выполнена с постепенным утолщением кромочной части в направлении к кромке со стороны уплотняемой поверхности, согласно изобретению, при использовании уплотнительного устройства в качестве торцового, геометрические параметры устройства отвечают соотношению
f/l ≅ 0,7+Δl,
где f pасстояние между положением манжеты в свободном состоянии и уплотняемой поверхностью;
l длина губки;
Δ величина утолщения губки.

В другом варианте указанная задача задача решена тем, что в уплотнительном устройстве опоры прокатного валка, состоящем из корпуса, губки и соединяющей их перемычки, причем губка выполнена с постепенным утолщением кромочной части в направлении к кромке со стороны уплотняемой поверхности, согласно изобретению, при использовании дополнительного устройства в качестве радиального, геометрические параметры устройства отвечают соотношению
f/l ≅ 0,3+Δ/l.
На фиг. 1 изображен вариант торцового уплотнительного устройства; на фиг. 2 вариант радиального уплотнительного устройства.

Устройство состоит из корпуса 1, уплотнительной губки 2 и соединяющей их перемычки 3. На губке 2 выполнено местное утолщение 4 кромочной части, возрастающее в направлении к кромке 5, со стороны уплотняемой поверхности 6.

Указанные выше соотношения между геометрическими параметрами уплотнительного устройства вытекают из следующих соображений.

Исследование деформации тел с таким весьма сложным сечением как в торцовых и радиальных манжетах /фиг. 1 и 2/ требует использования современных методов, таких как метод конечных элементов /МКЭ/. Реализация этого метода требует счета на компьютере по специально разработанной программе. В основы этой программы положены основные уравнения объемной упругой задачи в приращениях перемещений, которые в тензорной форме имеют вид
dσ_ij,j= 0
dσ_ij= 2G(dε_ij+(ν/1-ν)dε_ккδ_ij
dε_ij= 1/2(du_i,j+du_j,i)
при (i, j 1, 2, 3)
где σ_ij, ε_ij компоненты тензоров напряжений и деформаций;
δ_ij символ Кронекера;
U_i компоненты перемещений;
G = E/2(1+ν) модуль сдвига;
E модуль Юнга;
ν коэффициент Пуассона.

Приведенная система уравнений содержит 15 уравнений /3 уравнения равновесия, 6 уравнений состояния среды, 6 геометрических уравнений связи перемещений с деформациями/ с 15 неизвестными /6 компонент тензора напряжений, 5 компонент тензора деформаций и 3 компоненты перемещений/. Решение этой системы уравнений должно удовлетворять граничным условиям на контактной и свободной поверхности исследуемой манжеты. Для решения таких задач во ВНИИМЕТМАШе разработана компьютерная программа МЕГА, с помощью которой на персональном компьютере были выполнены необходимые для моделирования деформации вышеуказанных манжет исследования.

Указанное моделирование позволило установить пределы эффективного использования торцовых и радиальных манжет предложенной конструкции применительно к диапазону параметров, характерному для использования в машиностроении, в частности, в прокатном.

Получены соотношения размерных параметров манжет, таких как f - расстояние между положением кромкой манжеты в свободном состоянии и уплотняемой поверхностью, l длина губки и D величина утолщения губки. Приведенные параметры показаны на фиг. 1 и 2.

Найденные соотношения представлены в виде:
-для торцовых манжет
f/l ≅ 0,7+Δ/l
-для радиальных манжет
f/l ≅ 0,3+Δ/l.
Выполненные в соответствии с приведенными соотношениями манжеты обладают значительно более высокими герметичностью и долговечностью.

Использование: обеспечение постоянного линейного контакта уплотнительного устройства опоры прокатного валка с поверхностью детали. Сущность изобретения: уплотнительное устройство опоры прокатного валка включает в себя корпус, губку и соединяющую их перемычку, причем губка выполнена с постепенным утолщением кромочной части в направлении к рабочей кромке со стороны уплотняемой поверхности. При использовании уплотнительного устройства в качестве торцового геометрические параметры устройства отвечают соотношению f/l ≅ 0,7+Δ/l, где f - расстояние между положением кромки манжеты в свободном состоянии и уплотняемой поверхностью, l - длина губки, Δ - величина утолщения губки. В другом варианте при использовании уплотнительного устройства в качестве радиального геометрические параметры устройства отвечают соотношению f/l ≅ 0,3+Δ/l. 2 ил.

1. Уплотнительное устройство опоры прокатного валка, содержащее корпус, губку, выполненную с постепенным утолщением в направлении к ее рабочей кромке, и перемычку, соединяющую корпус и губку, отличающееся тем, что при размещении уплотнительного устройства в торце опоры его геометрические параметры регламентируются соотношением
f/l ≅ 0,7 + Δ/l,
где f расстояние между положением рабочей кромки губки в свободном состоянии и уплотняющей поверхностью;
l длина губки;
Δ величина утолщения губки. 2. Уплотнительное устройство опоры прокатного валка, содержащее корпус, губку, выполненную с постепенным утолщением в направлении к ее рабочей кромке, и перемычку, соединяющую корпус и губку, отличающееся тем, что при размещении уплотнительного устройства радиально относительно опоры его геометрические параметры регламентируются соотношением
f/l ≅ 0,3 + Δ/l,
где f расстояние между положением рабочей кромки губки в свободном состоянии и уплотняемой поверхностью;
l длина губки;
Δ величина утолщения губки.