ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ ШПИНДЕЛЬ ПРИВОДА ПРОКАТНОЙ КЛЕТИ Российский патент 1998 года по МПК B21B33/00 

Изобретение относится к области прокатного производства и может быть использовано для защиты от технологических перегрузок главных линий приводов прокатных клетей, преимущественно маховичных станов.

В настоящий момент в данной области не решена проблема надежной механической защиты от поломок дорогостоящего прокатного оборудования.

Известен предохранительный шпиндель, содержащий трефовые концы, профильный участок, состоящий из двух конусов, обращенных друг к другу и сопряженных между собой цилиндрической поверхностью, на которой выполнена кольцевая проточка, в качестве основного концентратора напряжений. При этом в сквозном канале по оси шпинделя выполнен дополнительный концентратор напряжений в виде проточки, расположенной в одной плоскости с основным концентратором напряжений [1].

Известный предохранительный шпиндель из-за наличия концентраторов напряжений подвержен усталостному разрушению при номинальных нагрузках. Кроме того, известный предохранительный шпиндель является одноразовым, то есть восстановление его работоспособности невозможно.

Известен также предохранительный шпиндель привода прокатной клети (принятый за прототип), содержащий левую и правую трефовые головки, соединенные разрушаемым элементом, который выполнен в виде трубы и прикреплен к трефовым головкам при помощи сварных швов. Одна из трефовых головок выполнена с осевым цилиндрическим выступом входящим в осевое цилиндрическое отверстие другой трефовой головки [2].

Известный предохранительный шпиндель после срабатывания восстановить довольно дорого и сложно из-за необходимости проводить сварочные работы. При этом сварной шов должен быть прочнее ослабленного сечения разрушаемого элемента.

В основу изобретения поставлена задача разработать предохранительный шпиндель привода прокатной клети, в котором новые элементы и их взаимное расположение позволили бы упростить восстановление его работоспособности после срабатывания, повысить надежность работы и упростить обслуживание, а также сократить простои стана, связанные с заменой разрушенных элементов.

Для решения поставленной задачи в предохранительном шпинделе привода прокатной клети, включающем левую и правую трефовые головки, соединенные разрушаемым элементом, причем одна из трефовых головок выполнена с осевым цилиндрическим выступом, входящим в осевое цилиндрическое отверстие другой трефовой головки, согласно изобретению, разрушаемый элемент выполнен в виде резьбовой втулки, навинченной на резьбовые концы трефовых головок.

Трефовые головки могут быть выполнены из высокопрочного материала.

Образующая внешней поверхности разрушаемого элемента выполнена по дуге ее стрелой прогиба посередине его длины.

Разрушающаяся втулка может быть выполнена из хрупкого или пластичного материала.

Резьба на внутренней поверхности разрушающейся втулки и резьбовых концах трефовых головок может быть выполнена самотормозящейся или ходовой.

Кроме того, между торцами трефовых головок может быть установлен упорный подшипник или фрикционная прокладка.

Выполнение трефовых головок предохранительного шпинделя привода прокатной клети с резьбовыми концами позволяет упростить восстановление работоспособности предохранительного шпинделя после срабатывания. Разрушаемая деталь (втулка) проста в изготовлении и дешева, т.к. представляет собой отрезок трубы с резьбой.

Полный крутящий момент, передаваемый предохранительным шпинделем, определяется по формуле
Mполнк

= Mрк+Mтк, ,
где
Mрк - момент трения в резьбе;
Mтк - момент трения на торцах трефовых головок.

Момент трения на торцах трефовых головок вычисляется по формуле
,
где
N - осевое усилие в резьбе;
f - коэффициент трения между торцами трефовых головок;
d₁ - внутренний диаметр резьбы.

Таким образом, возможны три варианта разрушения втулки. Если свести Mтк

к минимуму, то практически весь крутящий момент будет передаваться втулкой. Уменьшить Mтк можно снижением коэффициента f (установить упорный подшипник между торцами трефовых головок) и уменьшением величины N (применить многозаходную ходовую резьбу). Для того, чтобы втулка разрушилась прямым изломом (сдвигом), необходимо изготовить ее из пластичного материала (например, малоуглеродистой стали).

Если, наоборот, увеличить Mтк

, то растягивающие усилия во втулке могут привести к ее разрыву. Этого можно добиться увеличением коэффициента f (установить между торцами трефовых головок фрикционную прокладку) и применением сомотормозящейся резьбы. Для получения прямого излома необходимо втулку изготовить из хрупкого материала (например, чугуна).

Также возможен срез резьбы втулки (в зависимости от параметров резьбы). Для того, чтобы не произошел срез резьбы на концах трефовых головок, их необходимо выполнить из высокопрочного материала (например, легированной стали).

С целью увеличения усталостной прочности разрушающейся втулки наиболее ослабленное ее сечение выполняется путем плавной проточки наружной поверхности (без концентрации напряжений).

В случае выполнения резьбы самотормозящейся предохранительный шпиндель привода прокатной клети в процессе эксплуатации самозатягивается на величину Mтк

, т.е. получается предварительно напряженным. Это позволяет повысить усталостную прочность разрушаемого элемента предохранительного шпинделя.

На фиг. 1 представлен осевой разрез предохранительного шпинделя прокатной клети; на фиг. 2 - график зависимости угла закручивания от крутящего момента в предварительно напряженном предохранительном шпинделе привода прокатной клети; на фиг. 3 - вариант предохранительного шпинделя привода прокатной клети с упорным подшипником, установленным между торцами трефовых головок; на фиг. 4 - вариант выполнения предохранительного шпинделя привода прокатной клети с фрикционной прокладкой, установленной между торцами трефовых головок.

Предохранительный шпиндель привода прокатной клети размещен в главной линии привода и включает левую 1 и правую 2 трефовые головки, установленные в трефовых муфтах (на чертеже не показаны) и соединенные разрушающейся втулкой 3. Осевой цилиндрический выступ 4 одной из трефовых головок входит в осевое цилиндрическое отверстие 5 другой трефовой головки.

Возможен вариант выполнения предохранительного шпинделя привода прокатной клети с упорным подшипником 6, установленным между торцами трефовых головок 1 и 2.

Возможен вариант выполнения предохранительного шпинделя привода прокатной клети с фрикционной прокладкой 7, установленной между торцами трефовых головок 1 и 2.

Предохранительный шпиндель привода прокатной клети работает следующим образом.

При эксплуатации предохранительного шпинделя в рабочем диапазоне технологических нагрузок крутящий момент Mполнк

передается с левой трефовой головки 1 через втулку 3 на правую трефовую головку 2 (или наоборот) за счет трения в резьбе и на торцах трефовых головок.

При превышении передаваемым крутящим моментом определенного заранее значения выключающего момента Mвк

разрушающаяся втулка 3 разрушается либо отрывом, либо сдвигом, либо на ней срезается резьба. Трефовые головки 1 и 2, не соединенные более разрушающейся втулкой 3, не выпадают на трефовых муфт и сохраняют прямолинейность оси вследствие наличия связи в виде цилиндрического выступа 4 одной трефовой головки, который свободно входит в цилиндрическое отверстие 5 другой трефовой головки.

Сборка предохранительного шпинделя привода прокатной клети производится в механических мастерских в вертикальном положении. На трефовую головку 1 с осевым цилиндрическим выступом 4 надевается упорный подшипник 6 или фрикционная прокладка 7, затем надевается и навинчивается разрушающаяся втулка 3. Далее сверху на осевой цилиндрический выступ 4 головки 1 надевается другая трефовая головка 2 и закручивается до соприкосновения торцов трефовых головок.

Модель предложено предохранительного шпинделя привода прокатной клети была изготовлена и испытана в лаборатории кафедры "ПГС и сопротивление материалов" Приазовского государственного технического университета.

Использование предохранительного шпинделя привода прокатной клети в сравнении с прототипом позволяет снизить в 2,0-2,5 раза простои стана, связанные с восстановлением работоспособности разрушенных предохранительных звеньев, снизить затраты на замену разрушаемого элемента в 1,5-2,0 раза, уменьшить трудоемкость восстановительных работ в 2-4 раза.

Таким образом, совокупность отличительных признаков заявленного технического решения обеспечивает выполнение поставленной задачи.

Использование: прокатное производство, для защита от технологических перегрузок главных линий прокатных клетей (преимущественно маховичных станов). Суть изобретения: предохранительный шпиндель привода прокатной клети представляет собой левую и правую трефовые головки, соединенные разрушающейся втулкой, навинченной на их резьбовые концы. Разрушающаяся втулка может разрушаться тремя различными способами. Если втулка выполнена из хрупкового материала, а резьба самотормозящаяся, то наиболее вероятно разрушение отрывом. С этой же целью между торцами трефовых головок устанавливается фрикционная прокладка. Если втулка выполнена из пластичного материала, а резьба ходовая, то наиболее вероятно разрушение сдвигом. С этой же целью между торцами трефовых головок устанавливается упорный подшипник. Кроме того, возможен срез резьбы втулки. Трефовые головки выполняются из высокопрочного материала и являются многоразовыми. Ослабленное сечение разрушающейся втулки выделяется плавной проточкой, чтобы избежать концентрации напряжений. После разрушения втулки трефовые головки не выпадают из трефовых муфт и сохраняет прямолинейность оси вследствие наличия связи в виде цилиндрического выступа одной трефовой головки, который свободно входит в цилиндрическое отверстие другой трефовой головки. Для восстановления работоспособности предохранительного шпинделя прокатной клети после срабатывания необходимо удалить разрушенные части втулки и навинтить новую втулку на резьбовые концы трефовых головок. Использование предохрани- тельного шпинделя привода прокатной клети в сравнении с прототипом позволяет снизить в 2,0- 2,5 раза простои стана, связанные с восстановлением работоспособности разрушенных предохранительных звеньев, снизить затраты на замену разрушаемого элемента в 1,5 - 2,0 раза, уменьшить трудоемкость восстановительных работ в 2 - 4 раза. Все это позволит повысить качество проката и обеспечить безаварийную работу оборудования, 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Предохранительный шпиндель привода прокатной клети, включающий левую и правую трефовые головки, соединенные разрушаемым элементом, причем одна из трефовых головок выполнена с осевым цилиндрическим выступом, входящим в осевое цилиндрическое отверстие другой трефовой головки, отличающийся тем, что разрушаемый элемент выполнен в виде резьбовой втулки, навинченной на резьбовые концы трефовых головок. 2. Шпиндель по п.1, отличающийся тем, что трефовые головки выполнены из высокопрочного материала (например, легированной стали). 3. Шпиндель по п.1, отличающийся тем, что образующая внешней поверхности разрушаемого элемента выполнена по дуге со стрелой прогиба посередине его длины. 4. Шпиндель по п.1, отличающийся тем, что разрушающая втулка выполнена из хрупкого материала (например, чугуна). 5. Шпиндель по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что резьба на внутренней поверхности разрушающейся втулки и резьбовых концах трефовых головок выполнена самотормозящейся. 6. Шпиндель по пп.1, 4 и 5, отличающийся тем, что между торцами трефовых головок установлена фрикционная прокладка. 7. Шпиндель по п.1, отличающийся тем, что разрушающая втулка выполнена из пластичного материала (например, малоуглеродистой стали). 8. Шпиндель по пп.1 и 5, отличающийся тем, что резьба на внутренней поверхности разрушающей втулки и резьбовых концах трефовых головок выполнена ходовой. 9. Шпиндель по пп.1, 7 и 8, отличающийся тем, что между трефовыми гоовками установлен упорный подшипник.