ВАЛОК (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1999 года по МПК B65G39/02 

Изобретение в общем касается валка, смонтированного на подшипниках, и особенно шарового шарнира между керамическим валком и опорными поверхностями, предназначенного для устранения локализованных напряжений, которые могут вызывать выкрашивание валка.

Уже известны валки, сконструированные для поддержки нагрузок типа металлической ленты в термической печи, в которой лента должна отжигаться при сравнительно высокой температуре. Такие валки состоят из цилиндра, изготовленного из керамического огнеупорного материала. На каждом конце керамического цилиндра закреплена торцевая крышка, смонтированная вращательным образом на подшипнике. В патенте США N 4399598 описан керамический валок, предназначенный для перемещения стеклянных листов через место термической обработки. Цилиндр смонтирован вращательным образом на подшипниках с помощью торцевых крышек, смонтированных с люфтом. Между наружным диаметром цилиндра и внутренним диаметром торцевой крышки расположены один или больше способные сжиматься в радиальном направлении металлические кольца с прорезью. Валок аналогичного типа раскрыт также в патенте США 4404011; он состоит из цилиндра, изготовленного из огнеупорного материала, на концах которого прикреплены торцевые крышки. Между торцевыми крышами и цилиндром обеспечивают зазор. По периферии этого зазора размещены плоские листовые пружины.

Эти известные системы обеспечивают возможность устранять дифференциальное расширение между валком и торцевыми крышками, когда валок подвергается нагреву. В нагретом состоянии цилиндр из огнеупорного материала практически совсем не расширяется, тогда как металлические торцевые крышки, с другой стороны, подвержены значительному расширению. Следовательно, зазор между цилиндром и торцевыми крышками измеряется по существу в функции температуры. Вот почему в этом пространстве необходимы упругие элементы, которые будут предотвращать появление зазора между торцевыми крышками и валком в широком диапазоне температур.

Однако эти известные системы имеют недостаток, состоящий в том, что под нагрузкой они не гарантируют соосность между торцевыми крышками и цилиндром. Фактически, когда цилиндр несет нагрузку, упругие элементы, включающие в себя либо кольца с прорезью, раскрытые в патенте США N 4399598, либо листовые пружины, соответствующие патенту США N 4404011, деформируются так, что торцевые крышки смещаются под углом относительно оси цилиндра, вызывая, таким образом, эксцентрическое вращение цилиндра относительно подшипников.

Для устранения этих недостатков был разработан валок с коническим сочленением, как показано в патенте США N 5096051. Он включает в себя керамический цилиндр, например из плавленого кварцевого стекла, на конце которого смонтирована по крайней мере одна торцевая крышка. Соединение между цилиндром и торцевой крышкой представляет собой коническое соединение. Цилиндр может быть сплошным или состоять из оболочки, сквозь которую проходит металлический вал. В этом последнем случае торцевые крышки монтируют на металлическом валу, причем по крайней мере одну из торцевых крышек монтируют упругим образом (например, с помощью винтовых пружин) относительно одного конца оболочки.

Валок такого типа устраняет недостатки, связанные с прототипом, и гарантирует соосность цилиндра и торцевых крышек под нагрузкой. На эту соосность не влияет действие даже повышенной нагрузки на валок. Тем не менее устройство этого типа также имеет ряд недостатков. Теоретически контакт между торцевыми крышками и цилиндром (сплошным или полым) осуществляется по площади усеченного конуса, т.е. коническая площадь концов валка сцепляется с коническими поверхностями торцевых крышек. На практике, поскольку конические поверхности цилиндра и торцевых крышек не могут быть полностью дополнительными из-за допусков на обработку, контакт осуществляется только вдоль удлиненной зоны на всех боковых сторонах контактной образующей. При вращении валка эта контактная зона вращается вокруг периферии поверхности раздела цилиндра и торцевой крышки. Другими словами, когда валок вращается, контакт между торцевыми крышками и концами цилиндра постепенно распространяется по всей периферии окружности поверхности раздела. Металлический вал под нагрузкой деформируется. Следовательно, контактная зона, уже уменьшенная до удлиненной зоны, расположенной вдоль образующей из-за допусков на обработку, трансформируется в зову точечной опоры. В этом случае контактное давление между торцевыми крышками и валком значительно увеличивается до тех пор, пока не превысит допустимый предел для керамики, из которой сделан цилиндр. После этого это приводит к выкрашиванию и (или) растрескиванию керамики.

Целью настоящего изобретения является валок, сконструированный неограничивающим способом, для использования в стекольной или металлургической промышленности, в котором устранены недостатки известного уровня техники.

Соответствующий изобретению валок сохраняет достаточную величину контактной поверхности между торцевыми крышками и цилиндрической оболочкой (или сплошным валком), несмотря на неизбежный изгиб вала под нагрузкой. Понятно, что достаточная контактная поверхность должна быть поверхностью, которая достаточно большая для того, чтобы контактное давление между материалами никогда не превышало величину допустимого предела. Таким образом устраняется растрескивание материала, составляющего оболочку, например, керамического материала, следовательно, сильно возрастает срок службы установки.

Эти цели достигаются в соответствии с настоящим изобретением благодаря тому, что валок содержит установленную с возможностью вращения оболочку, выполненную из огнеупорного материала, имеющую два конца и опорную поверхность, выполненную на каждом из этих концов, две торцевые крышки, расположенные на одной прямой с осью вращения оболочки на каждом из концов и принимающие опорную поверхность оболочки, причем торцевые крышки выполнены из материала, имеющего более высокий коэффициент расширения, чем коэффициент расширения огнеупорного материала оболочки, при этом одна торцевая крышка жестко смонтирована на валу, а другая торцевая крышка смонтирована на валу с возможностью скольжения в осевом направлении относительно вала и содержит упругое средство, обеспечивающее ей прижатие к оболочке.

Между оболочкой и торцевыми крышками смонтированы промежуточные детали, при этом поверхности промежуточных деталей, обращенные к торцевым крышкам, имеют сферическую спорную поверхность того же радиуса сферичности, как и опорные поверхности торцевых крышек, а поверхности промежуточных деталей, обращенные к оболочке, имеют опорную поверхность и виде усеченного конуса той же конусности, как и опорные поверхности оболочки.

Промежуточная деталь выполнена из меди в виде кольца или манжеты небольшой ширины и толщины относительно ее диаметра. Оболочка является полой и вал является единственным валом, который проходит сквозь оболочку.

Одна торцевая крышка жестко смонтирована на одном валу, а другая торцевая крышка смонтирована на другом валу, при этом нет вала со сквозным прохождением через оболочку.

В другом варианте валок содержит установленную с возможностью вращения оболочку, выполненную из огнеупорного материала, имеющую два конца, и опорную поверхность, выполненную на каждом из этих концов, две торцевые крышки, расположенные на одной прямой с осью вращения оболочки на каждом из концов и принимающие опорную поверхность оболочки, причем торцевые крышки выполнены из материала, имеющего более высокий коэффициент расширения, чем коэффициент расширения огнеупорного материала оболочки, при этом одна торцевая крышка жестко смонтирована на валу, а другая торцевая крышка смонтирована на валу с возможностью скольжения в осевом направлении относительно вала и содержит упругое средство, обеспечивающее ее прижатие к оболочке. Между оболочкой и торцевыми крышками смонтированы промежуточные детали, при этом поверхности промежуточных деталей, обращенные к торцевым крышкам, имеют опорную поверхность в виде усеченного конуса, а поверхности промежуточных деталей, обращенные к оболочке, имеют сферическую опорную поверхность.

Фиг. 1 - представляет схематическое изображение с частичным разрезом известного валка, фиг. 2 - иллюстрирует контактную зону между оболочкой и торцевой крышкой в случае валка, изображенного на фиг.1; фиг.3 - представляет вид с частичным разрезом первого варианта осуществления соответствующего изобретению валка; фиг.4, 5 и 6 представляют виды с частичными разрезами других вариантов осуществления настоящего изобретения; фиг. 7 - представляет схематический перспективный вид, иллюстрирующий контактную зону между оболочкой и торцевой крышкой в валке; фиг.8 - представляет вид с частичным разрезом еще одного варианта осуществления изобретения, в котором шаровой шарнир расположен между торцевой крышкой и валком; фиг.9 - иллюстрирует другой вариант валка, в котором цилиндрическая оболочка сплошная.

Позиция 1 обозначает вал. Он проходит сквозь цилиндрическую оболочку 2 из огнеупорного материала, например, керамики. На одном конце оболочки 2 смонтирована торцевая крышка 3, например, из металла. Вторую торцевую крышку 4 монтируют на другом конце оболочки 2. В этом известном валке торцевая крышка 3 смонтирована на валу неподвижно. Торцевая крышка 4 смонтирована на валу 1 с возможностью скольжения, а спиральная пружина 5 смещает ее по направлению к оболочке 2 (из фиг.1 оболочка и две торцевые крышки показаны разнесенными друг от друга для того, чтобы лучше можно было видеть элементы). На каждом конце оболочки 2 имеется поверхность 6 в виде усеченного конуса, в то время как торцевые крышки 3 и 4 имеют поверхность в виде усеченного конуса 7, угол конусности которой равен углу конусности поверхности 6. Угол конусности предпочтительно относительно большой, чтобы избегать явления заклинивания или заедания наружного конуса (оболочки) во внутреннем конусе (торцевых крышках 3 и 4). Этот угол зависит от коэффициентов трения присутствующих материалов. Например, для поверхности раздела между сталью и кварцевым плавленым стеклом угол может составлять порядка 70^o.

Этот валок обладает упомянутым выше недостатком, заключающимся в том, что контактная зона между каждой из торцевых крышек 3 и 4 и оболочкой уменьшается почти до точечной зоны, когда вал 1 изгибается под нагрузкой.

На фиг. 2 показана зона контактной поверхности между оболочкой (или сплошным валком) и торцевой крышкой в случае показанного на фиг.1 известного валка. Очевидно, что эта зона 17, имеющая небольшую ширину, распределена по всем боковым сторонам образующей поверхности усеченного конуса 6 оболочки 2. Это происходит вследствие того, что диаметр усеченной части конической оболочки обязательно немного меньше, чем внутренний диаметр торцевых крышек 3 и 4 (не показанных на фиг.2), а также из-за того, что торцевая крышка деформируется очень мало, поскольку она сплошная. Понятно, что незначительный дефект в центровке торцевой крышки относительно валка резко уменьшает площадь контактной зоны 17 до точечной зоны.

На фиг. 3 показан валок, который устраняет недостатки валка, описанного со ссылкой на фиг.1. Детали с позициями от 1 до 7 идентичные. Однако торцевые крышки 3 и 4 модифицированы так, что представляют сферические опорные поверхности 8 вместо поверхностей в виде усеченного конуса 7. Следует также отметить наличие промежуточной детали 9, расположенной между оболочкой 2 и каждой из торцевых крышек 3 и 4. Каждая из деталей 9 имеет форму манжеты или кольца. Лицевая поверхность деталей, обращенная к торцевым крышкам 3 и 4, имеет сферическую опорную поверхность того же радиуса сферичности, как и поверхности 8 торцевых крышек 3 и 4. Лицевые поверхности деталей 9, обращенные к оболочке 2, имеют опорную поверхность в виде усеченного конуса той же конусности, как и поверхности 6 оболочки 2. Центры шаровых шарниров разнесены для определения точного положения оси валка.

Когда вал 1 изгибается под нагрузкой, площадь контактной зоны между промежуточной деталью 9 и сферической опорной поверхностью 8 торцевых крышек 3 и 4 перемещается так, чтобы сохранить постоянной площадь поверхности контактной зоны.

Фиг.4-6 иллюстрируют другие варианты осуществления изобретения. На фиг.4 между торцевыми крышками и оболочкой отсутствует промежуточная деталь 9. Сферическая опорная поверхность 11 образована прямо на оболочке 2. На фиг.5 обеспечена промежуточная деталь 12, которая имеет поверхности в форме усеченного конуса и сферы, обратных относительно детали 9. Ее поверхность в виде усеченного конуса направлена к торцевым крышкам 3 и 4, тогда как сферическая поверхность обращена к оболочке 2.

Промежуточные детали 9, 12 имеют небольшую ширину и толщину относительно их диаметров. Это облегчает осуществление изменения ориентации контактной зоны. В действительности, поскольку промежуточная деталь имеет небольшую ширину, она может легко упруго деформироваться, чтобы приспосабливаться к очертанию конца оболочки. На фиг.7 показана зона опорной поверхности (или контактная зона) 19 оболочки 2 (или сплошного валка) на торцевую крышку в случае соответствующего изобретению валка, в частности, в случае использования промежуточной детали типа деталей 9, 12. Зона 19 распределена по дуге прямолинейного участка части в виде усеченного конуса оболочки 2 через плоскость, перпендикулярную продольной оси валка. Эта дуга окружности определяется углом α, начинающимся у оси вращения цилиндрической оболочки. Величина угла α зависит от упругости промежуточной детали 9, 12. При условии, что ширина и толщина такой детали сравнительно малы, она деформируется под нагрузкой и согласуется с формой оболочки по дуге, стягивающей угол α . Предполагается, что в случае изменения центровки между торцевой крышкой и оболочкой поверхность контактной зоны 19 уменьшается весьма мало. Если контактная зона не уменьшается при изгибе вала 1 под нагрузкой, как в известном валке, то больше нет необходимости изменять толщину оболочки для компенсации напряжений точечного контакта. Последнее приводит к уменьшению веса.

Из-за уменьшения толщины оболочки 2 опорную поверхность подшипника 10 на валу 1 можно легко распределять по всем сторонам плоскости приложения нагрузки, оказывающей давление на торцевую крышку 4, т.е. веса самой оболочки увеличенной на нагрузку, передаваемую оболочкой. Таким образом, устраняется действие заедания или зажатия, которое можно наблюдать в известном валке из-за изменяющейся опоры.

На фиг. 8 показан другой вариант осуществления изобретения, в котором шаровой шарнир получается не между оболочкой и торцевой крышкой, а между торцевой крышкой и валом 1. Для этого на валу 1 смонтировано кольцо 20. Оно имеет сферическую поверхность 22. Центр сферы расположен на продольной оси 24 вала 1. Таким образом, торцевая крышка 4 может поворачиваться вокруг центра 0, создавая шаровой шарнир. Промежуточную деталь 9, 12 предпочтительно делают из материала, имеющего хороший коэффициент трения между металлом и металлом, например медью.

На фиг.6 показан вариант изобретения, в котором шаровой шарнир получают с помощью сферической поверхности 15, образованной на оболочке, поддерживаемой на поверхности усеченного конуса 16 торцевой крышки.

На фиг.9 показан окончательный вариант осуществления изобретения, в котором оболочка 2 сплошная, а не полая. Следовательно, здесь нет вала с сквозным прохождением, типа вала, показанного на фиг.1-8. Вместо этого каждая торцевая крышка 3, 4 смонтирована на валу 1а, 1в. Торцевую крышку 3 монтируют неподвижно на валу 1a. Торцевую крышку 4 монтируют на валу 1в с возможностью скольжения. Она сильно прижата к оболочке 2 с помощью пружины.

Изобретение относится к транспортирующим валкам. Валок содержит установленную с возможностью вращения оболочку, выполненную из огнеупорного материала, имеющую два конца и опорную поверхность, выполненную на каждом из этих концов, две торцевые крышки, расположенные на одной прямой с осью вращения оболочки на каждом из концов и принимающие опорную поверхность оболочки. Торцевые крышки выполнены из материала, имеющего более высокий коэффициент расширения, чем коэффициент расширения огнеупорного материала оболочки. Одна торцевая крышка жестко смонтирована на валу, а другая торцевая крышка смонтирована на валу с возможностью скольжения в осевом направлении относительно вала и содержит упругое средство, обеспечивающее ее прижатие к оболочке. Между оболочкой и торцевыми крышками смонтированы промежуточные детали. Поверхности промежуточных деталей, обращенные к торцевым крышкам, имеют сферическую опорную поверхность того же радиуса сферичности, как и опорные поверхности торцевых крышек, а поверхности промежуточных деталей, обращенные к оболочке, имеют опорную поверхность в виде усеченного конуса той же конусности, как и опорные поверхности оболочки. В другом варианте выполнения валка поверхности промежуточных деталей, обращенные к торцевым крышкам, имеют опорную поверхность в виде усеченного конуса, а поверхности промежуточных деталей, обращенные к оболочке, имеют сферическую опорную поверхность. Увеличивается надежность работы валка. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Валок, содержащий установленную с возможностью вращения оболочку, выполненную из огнеупорного материала, имеющую два конца и опорную поверхность, выполненную на каждом из этих концов, две торцевые крышки, расположенные на одной прямой с осью вращения оболочки и на каждом из концов и принимающие опорную поверхность оболочки, причем торцевые крышки выполнены из материала, имеющего более высокий коэффициент расширения, чем коэффициент расширения огнеупорного материала оболочки, при этом одна торцевая крышка жестко смонтирована на валу, а другая торцевая крышка смонтирована на валу с возможностью скольжения в осевом направлении относительно вала и содержит упругое средство, обеспечивающее ее прижатие к оболочке, отличающийся тем, что между оболочкой и торцевыми крышками смонтированы промежуточные детали, при этом поверхности промежуточных деталей, обращенные к торцевым крышкам, имеют сферическую опорную поверхность того же радиуса сферичности, как и опорные поверхности торцевых крышек, а поверхности промежуточных деталей, обращенные к оболочке, имеют опорную поверхность в виде усеченного конуса той же конусности, как и опорные поверхности оболочки. 2. Валок по п.1, отличающийся тем, что промежуточная деталь выполнена из меди. 3. Валок по п.1, отличающийся тем, что промежуточная деталь выполнена в виде кольца или манжеты небольшой ширины и толщины относительно ее диаметра. 4. Валок по п.1, отличающийся тем, что оболочка является полой и вал является единственным валом, который проходит сквозь оболочку. 5. Валок по п. 1, отличающийся тем, что одна торцевая крышка жестко смонтирована на одном валу, а другая торцевая крышка смонтирована на другом валу, при этом нет вала со сквозным прохождением через оболочку. 6. Валок, содержащий установленную с возможностью вращения оболочку, выполненную из огнеупорного материала, имеющую два конца и опорную поверхность, выполненную на каждом из этих концов, две торцевые крышки, расположенные на одной прямой с осью вращения оболочки на каждом из концов и принимающие опорную поверхность оболочки, причем торцевые крышки выполнены из материала, имеющего более высокий коэффициент расширения, чем коэффициент расширения огнеупорного материала оболочки, при этом одна торцевая крышка жестко смонтирована на валу, а другая торцевая крышка смонтирована на валу с возможностью скольжения в осевом направлении относительно вала и содержит упругое средство, обеспечивающее ее прижатие к оболочке, отличающийся тем, что между оболочкой и торцевыми крышками смонтированы промежуточные детали, при этом поверхности промежуточных деталей, обращенные к торцевым крышкам, имеют опорную поверхность в виде усеченного конуса, а поверхности промежуточных деталей, обращенные к оболочке, имеют сферическую опорную поверхность.