Предохранительное устройство Советский патент 1987 года по МПК B21B33/02 

11

Изобретение относится к неразрушающимся средствам защиты от перегрузок машин и механизмов, преимущественно прокатных станов и кузнеч- но-прессового оборудования.

Цель изобретения - повышение надежности и расдирение технологически возможностей устройства.

На фиг. 1 показано предлагаемое предохранительное устройство с подвижным в направлении образующей до- полнительным кольцом, имеющим внут- ,ренний резьбовой фланец, разрез; на фиг. 2 - устройство с наружным резьбовым фланцем на подвижном кольце и трапецеидальными радиальными пазами, сквозными и дополнительными не сквозными в радиальном направлении, разрез; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. и 1; на фиг. 4 - лента, пластически изогнутая по всей длине в ненапряженном состоянии; на фиг. 5 - пример устройства для осуществления намотки ленты; на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 5.

Устройство (фиг. 1) состоит из ленты 1, навитой с натягом.на кольца 2 в цилиндрическую спираль и пластически изогнутой в плоскости, перпендикулярной образующей, вогнутостью внутрь спирали, свободно опирающейся торцами 3 и 4, например, на нажимной винт 5 и подпятник 6. Вдоль образующей спирали вьшолнены сквозные пазы 7 в радиальном направлении.Спираль охвачена дополнительным кольцом 8. Радиальны пазы 7 вьтолнены в виде прямоугольно трапеции в меридиональной плоскости с прямым углом со стороны подвижного кольца 8 и большим основанием 9 снаружи спирали. Дополнительные не сквозные в радиальном направлении пазы 10 расположены между сквозными пазами 7 и имеют ту же форму. Дополнительное кольцо 8 выполнено подвижным в направлении образующей спирали и может быть снабжено внутренней резьбой 11 (фиг. 1) или наружной резбой 12 (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом.

До тех пор, пока усилие Р, воспринимаемое нажимным винтом 5 либо подпятником 6 и предохранительным устройством, не достигнет предельно допустимог значения Pg , цилиндрическая спираль, свернутая из ленты 1, сжимается как монолитньй блок поперечным сечением

1г( -Гц) и высотой Н (фиг. 1-3) и имеет высокую жесткость, равную жесткости монолитного блока тех же габаритов. Это практически не снижает жесткости машины, в которую встроено устройство, и сохраняет высокую точность выполнения ею технологических операций (правки, ковки, штамповки, резания и т.п.). Благодаря применению не плоской, а пластически изогнутой по всей длине ленты выпуклостью наружу спирали с радиусом изгиба г лента до срабатывания устройства не раз гибается в средней его части по высоте Н, что повьшает жесткость уст-. ройства, величину и стабильность

усилия

Когда усилие на устрой

ство достигает значения Р , лента теряет устойчивость, вьшучивается (см. пунктир на фиг. 1) и .работает далее в закритической области на продольный изгиб. Жесткость предохранительного устройства благодаря этому

падает практически до нуля, обеспечивая надежную защиту машины от перегрузок. Кольца 2 задают однозначное направление вьтучивания ленты при потере устойчивости и ограничивают

максимальньш ход предохранительного устройства, равньш сближению торцов 3 и 4 устройства. Подвижное в направлении образующей кольцо 8, охватывающее спираль по наружному радиусу Гц , обеспечивает регулирование усилий срабатывания устройства в процессе работы, например, за счет поворота его резьбового фланца 11, сопряженного с нажимным винтом 5 (фиг. 1),

либо фланца 12, сопряженного с подпятником 6 (фиг. 2). При увеличении высоты Н значение Р уменьшается, а при уменьшении возрастает (см. штрих- пунктирные линии на фиг. 1 и 2), что

более удобно в эксплуатации и расширяет технологические возможности применения устройств для различных машин и механизмов при различных условиях эксплуатации.

50

55

Для повьш1ения равнопрочности устройства, т.е. обеспечения равенства наибольших напряжений при наибольшем его рабочем ходе зо всех лепестках прорезанной ленты, сквозные в радиальном направлении пазы 7 и дополнительные не сквозные в радиальном направлении пазы 10 (фиг. 2 и 3) вьтолнены в виде прямоугольной трапеции с прямым углом и большим основанием 9 со стороны подвижного кольца 8, Изготовление таких пазов элект роэрозионным методом более технологично за счет повышения точности при применении трапецеидальных электродов-инструментов и снижения их расхода по сравнению с прямоугольными.

Дополнительные пазы 10 также способствуют повышению равнопрочности устройства, особенно при больших относительных значениях г„/Гд(г„/Гц 4-5) , что позволяет при прочих

10

вают в радиальном направлении пазы с помощью электрода-инструмента 18 (фиг, 6) в виде прямоугольной трапеции. Такая форма не только повьшает равнопрочность предохранительного устройства, но и точность прошивки и снижает расход электрода-инструмента по сравнению с прямоугольнрй его формой. Действительно, из фиг. 6 видно, что износ боковых кромок трапецеидального электрода-инстру - мента в значительной мере компенсируется износом его передней кромки

20

равных условиях увеличить его рабочий 15 (сравнить пунктирную и сплошнУ ю линии) . В случае электрода-инструмента прямоугольной формы этот эффект очевидно отсутствует.

Значение радиуса г (фиг. 4), по которому пластически изгибают ленту 1, определяется таким образом.

Упругий потенциал U ленты пластически изогнутой до радиуса г„ , а затем намотанный в спираль с ним и наружным радиусами Гц и г, ответственно определяется текущими значениями главных нормальных напряжений растяжения С, , С (или сжатия) в каждой точке:

ход.

После устранения причины, вызвавшей перегрузку машины, в которой установлено предохранительное устройство, лента 1, упруго распрямляясь, возвращает подпятник 6 в исходное положение.

Для придания ленте изгиба по всей длине в продольном направлении ее наматывают на кольца 2 на устройстве (фиг. 5), которое состоит из рулона 13 ленты, установленного на валу 14 с тормозом 15, причем ось рулона параллельна осям внутренних колец 2, а лента 1 перекинута через брусок 16 и передний конец ее закреплен на ..: кольце 2, имеющем привод 17 вращения. На фиг. 6 показан электрод-инструмент 18 в виде прямоугольной трапеции (в плане) для прошивки радиальных пазов соответствующей формы в цилиндрической спирали.

Намотка осуществляется таким образом.

При вращении внутреннего кольца 2 с радиусом г.. приводом 17 по часовой

О

стрелке за счет регулирования усилия натяжения в ленте 1 тормозом 15 ее пластически изгибают перед навивкой на внутреннее кольцо в зоне контакта с бруском 16 до требуемого радиуса г„. В результате рулон 13 ленты разматывается против часовой стрелки, а цилиндрическая спираль наматывается по часовой стрелке до требуемого наружного радиуса г„ (см. пунктир на . фиг. 5). После этого ленту обрезают.

25

и внутренсо30

и

Gf

, 2Е

(1)

6, . С,

35

где Е - модуль упругости материала;

5 - коэффициент Пуассона. При этом для тонкой изотропной ленты по ее h и текущему ра- 40 диусу спирали г модуль напряжений изменяется таким образом:

45

и г г,.

50

(2)

(3)

(4)

).

При

г„ ,.цилиндрическая спираль оказывается самозатянутой, т.е. лента в ней не стремит- ся к распрямлению и поэтому не нужда- ется в закреплении снаружи после обрезки заднего конца. После навивки цилиндрической спирали в ней проши

вают в радиальном направлении пазы с помощью электрода-инструмента 18 (фиг, 6) в виде прямоугольной трапеции. Такая форма не только повьшает равнопрочность предохранительного устройства, но и точность прошивки и снижает расход электрода-инструмента по сравнению с прямоугольнрй его формой. Действительно, из фиг. 6 видно, что износ боковых кромок трапецеидального электрода-инстру - мента в значительной мере компенсируется износом его передней кромки

20

Упругий потенциал U ленты пластически изогнутой до радиуса г„ , а затем намотанный в спираль с ним и наружным радиусами Гц и г, ответственно определяется текущими значениями главных нормальных напряжений растяжения С, , С (или сжатия) в каждой точке:

5

и внутренсо30

Gf

, 2Е

(1)

6, . С,

35

где Е - модуль упругости материала;

5 - коэффициент Пуассона. При этом для тонкой изотропной ленты по ее h и текущему ра- 40 диусу спирали г модуль напряжений изменяется таким образом:

(2)

45

(3)

и г г,.

50

(4)

).

текущая координата рассматриваемой точки по толщине; напряжение по наружной поверхности ленты.

Нижняя граница искомого радиуса г определяется неравенством, отвечающим большей энергии деформации наружных разогнутых витков спирали (при г по сравнению с внутренними (при г

г„)

г„):

LI 0.5 Ь

UHdLdti

(5)

L,

г г

и

(6)

г г

и

(7)

.Где L - длина спирали по развертке,

L L, + Li (Гн-Гд) / h. Из неравенства (5) после подстановки (1) - (4), (6), (7)5 интегрирования и упрощений получено

i 22

+ fEii. lEalH.

2 г:

+ 2(,IlJ.o. (8)

Трансцендентное неравенство (8) не может быть решено в явном виде относительно г,, однако численный анализ позволяет установить, что в широком интервале практически важных для машиностроения случаев 20 с высокой точностью (погрешность по г не превьшгает 0,5%) это неравенст- ;во можно аппроксимировать, т.е. заменить равносильным:

(r-B + Гч)

г

2г„+0,0088г„

(9)

Верхняя граница значения г, определяется упругими деформациями ле- пестков ленты после их распрямления в закритической области:

2h

2(1 )GM

g

(10)

где б предел упругости материала, Таким образом, искомые значения отвечают условию

+ rj

Eh

Ю,.0088 r

.

2()СГи

с

Предлагаемое устройство обеспечивает высокую стабильность и надежность

0

5

0

срабатывания по сравнению с известными, а усилия срабатывания при прочих равных условиях в 1,8-2,4 раза выше. Кроме того, с помощью кольца, подвижного в направлении образующей спирали, это усилие можно регулировать в процессе эксплуатации устройства, что значительно расширяет его . технологические воз1;южности по сравнению с прототипом.

Изобретение позволяет сократить число аварий и простоев машин и механизмов благодаря обеспечению возможности размещения в них более надежных и маневренных предохранительных устройств со значительно более высокой несущей способностью, а также за счет уменьшения габаритов защищаемых машин.

Формула изобретения

35

1. Предохранительное устройство 25 преимущественно прокатных станов, включающее гибкую ленту, навитую с натягом на внутренние кольца в виде цилиндрической спирали со сквозными в радиальном направлении пазами вдол 30 образующей, отличающееся тем, чт.о, с целью повьш1ения его надежности и расширения технологически возможностей, устройство снабжено подвижным в направлении образующей дополнительным кольцом, предпочтительно резьбовым фланцем, а лента по всей длине выполнена пластически деформированной в продольном направлении и навита выпуклостью наружу. 2-. Устройство по По 1, о т л и40

5

0

5

ческая спираль снабжена дополнительными пазами вдоль образующей, глухими в радиальном направлении и расположенными между сквозными.

3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что пазы выполнены в виде прямоугольной трапеции в меридиональной плоскости с прямым углом со .стороны подвижного в направлении образующей кольца и большим основанием снаружи спирали.

4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что лента деформирована по дуге радиусом изгиба г,

и (г

2 г,

которьш находится в пределах

Eh + О, 008 8 г

,)

(1-)

г„ и г

1 1340848

-наружный и внутренний радиусы цилиндрической спирали соответственно;J.

-толщина ленты;

//

di.

8

GIJ - модуль и предел упру- гости материала ленты

соответственно; -5 - коэффициент Пуассо - на.

{J2.

Изобретение относится к неразрушающимся средствам защиты от перегрузок машин и механизмов, преимущественно, прокатных станов и кузнеч- но-прессового оборудования. Целью изобретения является повышение надежности и расширение технологических возможностей устройства. При достижении усилий;, прокатки, превосходящих допустимые, лента теряет dl устойчивость и вспучивается. Лента в этом случае работает в закритической области на продольный изгиб. Жесткость устройства падает практически до 0. Обеспечивается надежная защи- ,.та машин от перегрузок. Втулка 8 своим перемещением по резьбе 12 обеспечивает регулирование усилий срабатывания устройства. При увеличении высоты спирали значение допустимого усилия уменьшается, а при уменьшении возрастает. Сквозные пазы 7 и несквозные пазы 10 способствуют равно- прочности устройства особенно при больших отношениях наружного радиуса спирали к ее внутреннему радиусу. Устройство отличается высокой стабильностью и надежностью срабатывания, а усилия срабатывания при про чих равных условиях в 1,8-2,4 раза по сравнению с известными. Кроме того, возможна регулировка усилия. Стабильность работы обеспечивается также тем, что лента по всей длине в продольном направлении по дуге регламентированного радиуса и . намотана на кольца выпуклостью наружу . 3 3.п. ф-лы, 6 ил. 7 5 V i О) со 4 о 00 00

w

0US,3

10

и

и

.

фиг.5

S 5

I

Редактор М. Дылын Заказ 4380/13

Составитель Г. Ростов Техред Л. Сердюк рва

Корректоры

Тираж 480Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул Проектная, 4

фиг. 6

Корректоры. Король