ГИДРОСТАТОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОДШИПНИК ЖИДКОСТНОГО ТРЕНИЯ ДЛЯ ВАЛКОВ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ Российский патент 2001 года по МПК B21B31/02 

Изобретение относится к области прокатного производства, а точнее к опорам валков листовых прокатных станов.

Применяемые в настоящее время в качестве опор прокатных валков гидростатодинамические подшипники жидкостного трения имеют ограничения по нагрузочной способности и скорости вращения, на которые в значительной мере влияет давление подаваемой гидростатической смазки, которое в свою очередь ограничено возможностями используемой гидроаппаратуры.

Известен гидростатодинамический подшипник для валков прокатных станов (см. авт. свид. СССР N 329915, кл. B 21 B 31/00, заявл. 02.12.70, опубл. 24.02.72 г. ), включающий корпус, втулку-вкладыш, полость высокого давления рабочей жидкости, выполненную в корпусе или во втулке-вкладыше, и каналы по длине подшипника, многорядно размещенные по дуге рабочей зоны, соединяющие полость высокого давления с рабочей поверхностью втулки-вкладыша.

Многорядное расположение каналов по дуге рабочей зоны подшипника способствует выравниванию давления и температуры в диаметральных сечениях. Однако в осевом сечении подшипника при перекосах цапфы валка относительно втулки-вкладыша в зоне большего зазора увеличивается расход смазки высокого давления, хотя в этом нет необходимости, так как температура в зоне большего зазора меньше, чем в зоне меньшего. При сохранении производительности гидростатической системы смазки давление в полости рабочей жидкости снижается, несущая способность подшипника падает, расход смазки используется неэффективно.

Из известных наиболее близким по технической сущности (прототипом) является гидростатодинамический подшипник жидкостного трения для валков прокатных станов, описанный в авторском свидетельстве СССР N 810315, кл. B 21 B 31/02, заявл. 12.02.79 г., опубл. 7.03.81 г.

Этот гидростатодинамический подшипник включает корпус, втулку-вкладыш с гидростатическими карманами на ее рабочей поверхности и каналами, соединяющими через дроссели карманы с полостью высокого давления, выполненной в корпусе и связанной с системой смазки высокого давления. Дроссели выполнены с различным гидравлическим сопротивлением. При этом в каналах, соединяющих с полостью высокого давления гидростатические карманы, расположенные ближе к бочке валка, установлены дроссели с наименьшим гидравлическим сопротивлением, а в каналах, соединяющих с полостью высокого давления гидростатические карманы, расположенные ближе к торцу втулки-вкладыша, противоположному бочке валка, установлены дроссели с наибольшим гидравлическим сопротивлением. Таким образом, через дроссель с наименьшим гидравлическим сопротивлением смазка поступает в более нагруженную область зазора между цапфой валка и втулкой-вкладышем, расположенную со стороны бочки валка (величина этого зазора, как показывают измерения, как правило, меньше, чем со стороны, противоположной бочке валка). Это позволяет увеличить прокачку смазки через нагруженную область зазора и снизить тем самым максимальную температуру, увеличить давление в карманах этой области за счет меньшего падения давления на дросселе и увеличить несущую способность смазочного слоя этой области. В итоге происходит выравнивание температуры по длине подшипника.

Недостаток известного гидростатодинамического подшипника заключается в необходимости применения дросселей с различным гидравлическим сопротивлением, так как это усложняет конструкцию, снижает ее ремонтопригодность, усложняет монтаж. Поскольку применяемые к различным гидростатическим карманам втулки-вкладыша дроссели не взаимозаменяемы, при монтаже требуются повышенные внимание и квалификация обслуживающего персонала. В случае неправильной установки дросселей нагрузочная способность и долговечность гидростатодинамического подшипника резко снижаются.

Задача настоящего изобретения состоит в создании гидростатодинамического подшипника с высокой нагрузочной способностью, имеющего при этом высокую ремонтопригодность, технологичность, простоту и удобство монтажа.

Поставленная задача достигается тем, что в гидростатодинамическом подшипнике жидкостного трения для валков прокатных станов, содержащем корпус и втулку-вкладыш с гидростатическими карманами на ее рабочей поверхности и каналами, соединяющими через дроссели эти карманы с системой смазки высокого давления, согласно изобретению положение геометрических центров гидростатических карманов определяют из соотношения

где i - порядковый номер кармана, считая от торца втулки-вкладыша со стороны бочки валка до середины длины втулки-вкладыша; n - порядковый номер кармана, считая от торца втулки-вкладыша со стороны, противоположной бочке валка, до середины длины втулки-вкладыша при четном числе карманов и до среднего кармана включительно, если число их нечетное; l_i - расстояние от торца втулки-вкладыша со стороны бочки валка до геометрического центра единственного или каждого из карманов, расположенных между упомянутым торцом и серединой длины втулки-вкладыша; L_n - расстояние от торца втулки-вкладыша со стороны, противоположной бочке валка, до геометрического центра каждого из карманов, расположенных между упомянутым торцом и серединой длины втулки-вкладыша при четном числе карманов и до единственного или среднего кармана включительно, если число их нечетное.

Такое конструктивное выполнение обеспечивает более рациональное расположение гидростатических карманов по длине втулки-вкладыша, при котором все карманы смещаются в сторону бочки валка относительно середины длины втулки-вкладыша, благодаря чему создаваемая в них гидростатическая сила позволяет повысить несущую способность гидростатического смазочного слоя, так как наиболее эффективно уравновешивает внешнюю нагрузку на рабочую поверхность втулки-вкладыша, суммарная линия приложения которой как показывают эксперименты, как правило, смещена в сторону бочки валка относительно оси нажимных винтов клети из-за изгиба валков под действием усилия давления прокатываемого металла на валки.

Это позволяет обеспечить одновременно высокую нагрузочную способность без увеличения давления в системе смазки высокого давления, а также высокую ремонтопригодность, технологичность и удобство монтажа подшипника благодаря возможности использования для карманов дросселей с одинаковым гидравлическим сопротивлением. Наиболее оптимальным, как показывают эксперименты является отношение При отношении смещение результирующей гидростатической силы в сторону бочки валка будет слишком велико, что приведет к перекосу втулки-цапфы относительно втулки-вкладыша при снижении внешней нагрузки, например, при прокатке более пластичных металлов и повреждению антифрикционного слоя втулки-вкладыша. При смещение результирующей гидростатической силы в сторону бочки валка очень мало и не приводит к увеличению грузоподъемности подшипника.

Для пояснения изобретения ниже приводится конкретный пример выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых
на фиг. 1 изображен гидростатодинамический подшипник жидкостного трения для валков прокатных станов, осевой разрез;
на фиг. 2 - втулка-вкладыш с четным числом гидростатических карманов в осевом разрезе с диаграммой распределения действующей на нее нагрузки;
на фиг. 3 - втулка-вкладыш с нечетным числом гидростатических карманов в осевом разрезе с диаграммой распределения действующей на нее нагрузки.

Гидростатодинамический подшипник жидкостного трения для валков прокатных станов содержит корпус 1, втулку-вкладыш 2 с гидростатическими карманами 3 на ее рабочей поверхности и каналами 4, соединяющими через дроссели 5 карманы 3 с каналом 6, выполненным в корпусе 1 и связанным с системой смазки высокого давления 7, переднюю 8 и заднюю 9 крышки. Положение геометрических центров гидростатических карманов 3 определяют из соотношения в котором i - это порядковый номер кармана, считая от торца втулки-вкладыша 2 со стороны бочки валка 10 до середины длины 0-0 втулки-вкладыша 2; n - это порядковый номер кармана, считая от торца втулки-вкладыша 2 со стороны, противоположной бочке валка 10, до середины длины 0-0 втулки-вкладыша 2 при четном числе карманов и до среднего кармана включительно, если число их нечетное; l_i - это расстояние от торца втулки-вкладыша 2 со стороны бочки валка 10 до геометрического центра единственного или каждого из карманов, расположенных между упомянутым торцом и серединой длины 0-0 втулки-вкладыша 2; L_n - это расстояние от торца втулки-вкладыша 2 со стороны, противоположной бочке валка 10, до геометрического центра каждого из карманов, расположенных между упомянутым торцом и серединой длины 0-0 втулки-вкладыша 2 при четном числе карманов и до единственного или среднего кармана включительно, если число их нечетное. Например, когда карман во втулке-вкладыше единственный, i = N 1, n = N 1, l₁ - расстояние от геометрического центра кармана до торца втулки-вкладыша со стороны бочки валка, L₁ - расстояние от геометрического центра кармана до торца втулки-вкладыша со стороны, противоположной бочке валка. Отношение расстояния l₁ к расстоянию L₁ выполняют равным
При нечетном числе карманов во втулке-вкладыше, равном, например, 5 (см. фиг. 3), порядковые номера i карманов, расположенных между торцом втулки-вкладыша со стороны бочки валка до середины длины 0-0 втулки-вкладыша, будут: N 1, N 2, N 3. Порядковые номера n карманов, расположенных от торца втулки-вкладыша со стороны, противоположной бочке валка, до среднего кармана включительно будут: N 1, N 2, N 3. l₁ в этом случае - расстояние от торца втулки-вкладыша со стороны бочки валка до геометрического центра первого от этого торца кармана; l₂ - расстояние от торца втулки-вкладыша со стороны бочки валка до геометрического центра второго от этого торца кармана; l₃ - расстояние от торца втулки-вкладыша со стороны бочки валка до геометрического центра третьего от этого торца кармана (среднего по отношению ко всем пяти карманам). L₁ - расстояние от торца втулки-вкладыша со стороны, противоположной бочке валка, до геометрического центра первого от этого торца кармана; L₂ - расстояние от торца втулки-вкладыша со стороны, противоположной бочке валка, до геометрического центра второго от этого торца кармана; L₃ - расстояние от торца втулки-вкладыша со стороны, противоположной бочке валка до геометрического центра третьего от этого торца кармана (среднего по отношению ко всем пяти карманам). Отношение расстояний выполняют равным
При четном числе карманов, например, при наличии во втулке-вкладыше четырех карманов (см. фиг. 2) порядковые номера i карманов, расположенных между торцом втулки-вкладыша со стороны бочки валка и серединой длины 0-0 втулки-вкладыша будут N 1 и N 2. Порядковые номера n карманов, расположенных между торцом втулки-вкладыша со стороны, противоположной бочке валка и серединой длины 0-0 втулки-вкладыша будут: n 1 и N 2. l₁ - расстояние от торца втулки-вкладыша со стороны бочки валка до геометрического центра первого от этого торца кармана; l₂ - расстояние от торца втулки-вкладыша со стороны бочки валка до геометрического центра второго от этого торца кармана; L₁- расстояние от торца втулки-вкладыша со стороны, противоположной бочке валка до геометрического центра первого от этого торца кармана; L₂ - расстояние от торца втулки-вкладыша со стороны, противоположной бочке валка, до геометрического центра второго от этого торца кармана. Отношения соответствующих расстояний выполняют равными
Конкретный пример. Для гидростатодинамического подшипника диаметром 1120 мм и длиной втулки вкладыша 840 мм с двумя гидростатическими карманами по длине подшипника расстояние от торца втулки-вкладыша со стороны бочки валка до геометрического центра кармана, расположенного между упомянутым торцом и серединой длины втулки-вкладыша l₁ выбрано равным 190 мм. При этом расстояние от торца втулки-вкладыша со стороны, противоположной бочке валка до геометрического центра кармана, расположенного между упомянутым торцом и серединой длины втулки-вкладыша L₁ выбирают равным 210 мм, с учетом соотношения Конкретное соотношение т.е. входит в оптимальное.

Гидростатодинамический подшипник жидкостного трения работает следующим образом.

В процессе работы смазка от системы высокого давления 7 через канал 6, дроссели 5 и каналы 4 подается в гидростатические карманы 3, создавая гидростатическую силу для уравновешивания внешней нагрузки P. Поскольку расположение в осевом направлении гидростатических карманов 3 на рабочей поверхности втулки-вкладыша 2 выполнено в соответствии с соотношением величина и положение суммарной гидростатической силы наиболее оптимальны и процесс уравновешивания внешней нагрузки P происходит наиболее эффективно.

Предложенный гидростатодинамический подшипник жидкостного трения для валков прокатных станов по сравнению с известными позволяет при высокой нагрузочной способности повысить его ремонтопригодность, упростить и унифицировать операции монтажа.

Использование: изобретение относится к области прокатного производства и может быть использовано в опорах валков листовых прокатных станов. Сущность: гидростатодинамический подшипник жидкостного трения для валков прокатных станов содержит корпус, втулку-вкладыш с гидростатическими карманами и каналами, соединяющими через дроссели карманы с системой смазки высокого давления. Положение геометрических центров гидростатических карманов определяют из соотношения где i - порядковый номер карманов, считая от торца втулки-вкладыша со стороны бочки валка до середины длины втулки-вкладыша; n - порядковый номер кармана, считая от торца втулки-вкладыша со стороны, противоположной бочке валка, до середины длины втулки-вкладыша при четном числе карманов и до среднего кармана включительно, если число их нечетное; l_i - расстояние от торца втулки-вкладыша со стороны бочки валка до геометрического центра единственного или каждого из карманов, расположенных между упомянутым торцом и серединой длины втулки-вкладыша; L_n - расстояние от торца втулки-вкладыша со стороны, противоположной бочке валка, до геометрического центра каждого из карманов, расположенных между упомянутым торцом и серединой длины втулки-вкладыша при четном числе карманов и до единственного или среднего кармана включительно, если число их нечетное. Изобретение обеспечивает высокую нагрузочную способность подшипника, высокую ремонтопригодность, технологичность, простоту и удобство монтажа. 3 ил.

Гидростатодинамический подшипник жидкостного трения для валков прокатных станов, содержащий корпус и втулку-вкладыш с гидростатическими карманами на ее рабочей поверхности и каналами, соединяющими через дроссели эти карманы с системой смазки высокого давления, отличающийся тем, что положение геометрических центров гидростатических карманов определяют из соотношения

где i - порядковый номер кармана, считая от торца втулки-вкладыша со стороны бочки валка до середины длины втулки-вкладыша;
n - порядковый номер кармана, считая от торца втулки-вкладыша со стороны, противоположной бочке валка, до середины длины втулки-вкладыша при четном числе карманов и до среднего кармана включительно, если число их нечетное;
l_i - расстояние от торца втулки-вкладыша со стороны бочки валка до геометрического центра единственного или каждого из карманов, расположенных между упомянутым торцом и серединой длины втулки-вкладыша;
L_n - расстояние от торца втулки-вкладыша со стороны, противоположной бочке валка, до геометрического центра каждого из карманов, расположенных между упомянутым торцом и серединой длины втулки-вкладыша при четном числе карманов и до единственного или среднего кармана включительно, если число их нечетное.