РОЛИКОВАЯ АРМАТУРА ПРОКАТНОЙ КЛЕТИ Российский патент 1996 года по МПК B21B39/16 

Изобретение относится к машиностроению, связанному с прокатным оборудованием. Преимущественная область использования изобретения - удерживающая арматура в клетях сортовых и проволочных прокатных станов.

Известна роликовая арматура для сортовых и проволочных станов (см. книгу Федина В. П. Грицука Н. Ф. Валковая арматура сортовых станов. М. Металлургия. 1975, с.93 100), в которой в качестве опор роликов используются подшипники качения. Недостаток этой конструкции состоит в низкой долговечности этих подшипников. Нижний предел срока их службы в зависимости от скорости прокатки на высокоскоростных клетях достигает 5 15 ч. Использование более долговечных серий подшипников лимитируется ограничениями по габаритам ролика.

Ближайшим аналогом к изобретению является роликовая арматура прокатной клети, состоящая из двух роликодержателей с роликами, каждый из которых опирается на неподвижную ось через подшипник скольжения, выполненный в виде охватывающей ось втулки (SU 294658, кл. B 21 B 39/16, 1971).

В известной конструкции втулка с нанесенным по наружной поверхности антифрикционным слоем запрессована на зафиксированную в вилке роликодержателя ось. С поверхностью трения сопряжен своей внутренней поверхностью ролик. Осевые усилия от ролика воспринимаются упорными шайбами.

Эта конструкция позволила при скорости прокатки 25 27 м/с повысить ресурс подшипника с 4 6 ч (для шарикоподшипников N 60202) до 27 90 ч (для подшипников скольжения с парой трения сталь-фторопласт или сталь-текстолит). Однако использование этих подшипников при более высоких скоростях прокатки до 100 м/с), достигнутых на современных станах, связано с существенным повышением тепловыделения, и, как следствие, снижением ресурса.

Таким образом, недостаток известной конструкции роликовой арматуры на подшипниках скольжения ее недостаточный ресурс при весьма высоких скоростях, характерных для чистых клетей проволочных блоков.

Задачей изобретения является повышение ресурса подшипников роликовой арматуры при высокой скорости прокатки. Решение этой задачи достигается тем, что согласно изобретению подшипниковая втулка ролика установлена на оси с гарантированным зазором, образуя вторую поверхность трения, при этом соотношение радиального зазора Δ₁ (между наружной поверхностью трения втулки диаметром D и внутренней поверхностью ролика) к радиальному зазору Δ₂ (между внутренней поверхностью втулки диаметром d и наружной поверхностью оси) равно:

Такое решение позволяет обеспечить работу подшипника в роликах при скорости относительного перемещения поверхностей трения скольжения существенно меньшей, чем скорость между трущимися поверхностями в известной конструкции. Скорость скольжения плавающей втулки в зависимости от соотношения величин радиальных зазоров в зонах трения по наружной и внутренней поверхностям плавающей втулки может изменяться от нулевой до максимальной, что позволяет установить ее оптимальное по нагрузочной способности подшипников значение. Надежное обеспечение жидкостного трения на трущихся поверхностях позволит увеличить ресурс подшипников роликовой арматуры в десятки раз.

На фиг. 1 изображена конструкцию узла роликовой арматуры проволочного стана в привязке к рабочим валкам стана; на фиг. 2 узел ролика в сборе с подшипниками, разрез по сечению А-А.

На фиг. 1 показаны корпус проводки 1, два роликодержателя 2, в вилках 3 которых неподвижно закреплены оси 4, на которых установлены по две плавающие втулки 5 на каждый ролик 6. На наружной поверхности роликов выполнен калибр 7, который удерживает в калибре рабочих валков прокатываемый металл. Втулки от осевого смещения удерживаются торцевыми шайбами 8.

На фиг. 2 показан ролик 6 с внутренним буртом 9, по обе стороны которого установлены две плавающие втулки 5. Своей внутренней поверхностью плавающие втулки через смазочный слой контактируют с неподвижной осью 4, а наружной с внутренней поверхностью ролика 6. По всем поверхностям плавающих втулок 5, контактирующим с сопряженными поверхностями ролика 6, оси 4 и торцевых шайб 8, предусматриваются гарантированные зазоры, обеспечивающие подвижность втулок относительно этих поверхностей. Плавающие втулки выполнены либо полностью из антифрикционного материала, либо, например, наполненного графита, либо с покрытием антифрикционным материалом всех трущихся поверхностей втулки. Для снижения трения к трущимся поверхностям подводится смазка, для чего предусмотрена система отверстий 10 в оси и втулках и смазочные карманы 11.

Устройство работает следующим образом. С началом прокатки прокатываемый металл входит в калибр арматурных роликов 5 и приводит их во вращение с окружной скоростью, равной скорости металла. Вращающиеся ролики силами трения увлекают плавающие втулки, которые начинают вращаться, при этом относительная скорость на поверхности трения втулки и ролике оказывается существенно меньшей скорости самого ролика. Величина снижения этой скорости зависит от соотношения радиальных зазоров между втулкой и роликом, с одной стороны, и между втулкой и осью, с другой. Это соотношение можно получить исходя из оптимального условия равенства сил трения на наружной и внутренней поверхностях трения плавающей втулки. При таком условии втулка вращается независимо от сопряженных деталей.

Сила трения, создаваемая смазочным слоем, соответственно, на наружной (1) и внутренней (2) поверхностях плавающей втулки, определяется выражением:

где x, y, z координаты точки смазочного слоя, соответственно, в направлении скорости, поперек смазочного слоя и вдоль длины L подшипника;
θ угол охвата подшипника;
m вязкость смазки;
V_x скорость смазки в направлении координаты x.

Для наружной поверхности плавающей втулки скорость смазки имеет вид

где U скорость поверхности ролика на стыке с наружной поверхностью плавающей втулки;
V₁ скорость наружной поверхности плавающей втулки;
h_1,2 толщина смазочного слоя, соответственно на наружной и внутренней поверхностях плавающей втулки;
P давление смазки в смазочном слое.

На внутренней поверхности плавающей втулки скорость смазки представлена выражением

где V₂ скорость внутренней поверхности плавающей втулки.

Из условия равенства сил (коэффициентов) трения на наружной и внутренней поверхностях плавающих втулок с учетом выражений (1) (3) и пренебрегая малыми для данных условий величинами получим соотношение:

где D_р диаметр ролика;
d диаметр внутренней поверхности плавающей втулки;
D диаметр наружной поверхности плавающей втулки;
V_пр скорость прокатки.

Полагая актуальным для предлагаемого устройства наименьшее снижение скорости на поверхностях трения 20 соотношение (4) представим в виде:

При меньшем значении соотношения скорость наружной поверхности плавающей втулки снижается на 20 при большем значении в 5 раз. Так, например, для проволочного блока с максимальной скоростью прокатки 100 м/с при Δ₁ 0,02 мм и Δ₂ 0,08 мм скорость поверхности ролика относительно наружной поверхности втулки составит 50 м/с.

Необходимо отметить также следующее. В процессе работы при нарушении режима жидкостного трения на одной из трущихся поверхностей коэффициент трения на этой поверхности резко возрастает. При этом вращение будет осуществляться относительно другой поверхности, на которой коэффициент трения меньше. Это будет продолжаться до тех пор, пока причина, вызвавшая нарушение режима жидкостного трения, не исчезнет и коэффициенты трения на обеих поверхностях не сравняются. В этом содержится эффект саморегулирования, обеспечивающий повышение надежности работы подшипника.

Работа подшипников скольжения роликовой арматуры на сниженной скорости при высоких скоростях прокатки, соответствующих современным тенденциям развития сортопроволочных станов, дает существенный выигрыш в их надежности и долговечности.

Использование: в машиностроении для прокатного оборудования. Сущность изобретения: роликовая арматура состоит из двух роликодержателей с роликами, каждый из которых опирается на зафиксированную в вилке роликодержателя неподвижную ось через подшипник скольжения, выполненный в виде охватывающей ось втулки, между наружной поверхностью которой и внутренней поверхностью трения ролика предусмотрен гарантированный зазор, а также содержит средства подвода смазки. Новое в роликовой арматуре заключается в том, что подшипниковая втулка ролика установлена на оси также с гарантированным зазором, образуя вторую поверхность трения, при этом соотношение наружного Δ₁ и внутреннего Δ₂ радиальных зазоров на поверхностях трения втулки составляет:

где D и d - диаметр, соответственно, наружной и внутренней поверхностей втулки. Новым, кроме того, является то, что подшипниковая втулка ролика выполнена из двух частей, установленных по обе стороны бурта, выполненного на внутренней поверхности ролика. 2 ил.

1. Роликовая арматура прокатной клети, состоящая из двух роликодержателей с роликами, каждый из которых опирается на зафиксированную в вилке роликодержателя неподвижную ось через подшипник скольжения, выполненный в виде охватывающей ось втулки, между наружной поверхностью которой и внутренней повехностью трения ролика предусмотрен гарантированный зазор, а также содержащая средства подвода смазки, отличающаяся тем, что подшипниковая втулка ролика установлена на оси также с гарантированным зазором, образуя вторую поверхность трения, при этом соотношение наружного Δ₁ и внутреннего Δ₂ радиальных зазоров на поверхностях трения втулки составляет

где D и d соответственно наружный и внутренний диаметры втулки. 2. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что подшипниковая втулка ролика выполнена из двух частей, установленных по обе стороны бурта, выполненного на внутренней поверхности ролика.