Установка для ломки слитков Советский патент 1992 года по МПК B23D31/00 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в машиностроении для ломки слитков и проката на мерные заготовки,

Известна установка для холодной лом- ки металла (авт.св. СССР № 1237329, кл. В 23 D 23/00, Б ОИ, Г4г 22, 1986). Установка содержит инструмент-клин с приводом его перемещения, противоположно ему установлен опорный узел в виде непривод- ного ролика с упругим звеном и жестким ограничением, а также желоб и механизм подачи слитков, представляющий собой длинноходовый гидроцилиндр, имеющий поршень со штоком, установленные пер- пендикулярно приводу.

Установка работает следующим образом.

Слиток подается на желоб и далее перемещается к месту ломки механизмом под- ачи (гидравлическим толкателем) путем подачи давления в поршневую (рабочую) полость гидроцилиндра. При совпадении осей надреза и инструмента поступает от фотодатчика сигнал на остановку, после которой подается давление в штоковую полость, шток отводится назад на расстояние, достаточное для того, чтобы смещающиеся в осевом направлении заготовки от внедряющегося при ломке клина не воздей- ствовали на наконечник штока. После ломки толкатель перемещает слиток на расстояние, равное длине последующей заготовки, и процесс ломки повторяется.

Недостатком данной установки являет- ся то, что в длинноходовом механизме подачи слитков происходит повышенный износ направляющих втулок гидроцилиндра (особенно у его штоковой полости), увеличение зазоров в манжетных уплотнениях и, как следствие, увеличение гидравлических утечек. Это происходит из-за того, что на направляющие втулки и уплотнения штоковой части гидроцилиндра действует дополнительная, увеличивающаяся по мере выдви- жения штока, вертикальная нагрузка от консольно расположенного штока, причем конец штока снабжен массивным наконечником для упора в слиток, увеличивающим изгибающую нагрузку, Кроме того наличие роликовой опоры предполагает постоянный контакт ролика с поверхностью конического слитка, а это означает то, что при подаче металла конец штока уводится торцом слитка в горизонтальной плоскости, а после ос- тановки слитка на ломку и отвода штока (размыкается фрикционная связь между слитком и штоком) возникают колебания его конца. Эти колебания носят затухающий характер, частота которых переменна и изменяется по мере перемещения штока (уменьшается при выдвижении штока); конец штока, начиная колебаться в горизонтальной плоскости, затем описывает сложные круговые (эллиптические) траектории, максимальный размах которых - при полностью выдвинутом штоке. Причем уплотнения не рассчитываются на знакопеременные ради: альные нагрузки со стороны поступательно перемещающегося и совершающего колебания штока; выбор и прогнозирование их технического ресурса в этом случае затруднителен. Уплотнения и втулки изнашиваются не только от возвратно-поступательного движения штока, но на них дополнительно действуют знакопеременные радиальные нагрузки, что приводит к ускоренному их износу.

Ближайшим по технической сущности к предлагаемому объекту является установка для ломки слитков (заявка СССР N: 4490287/31-27, кл. В 23 D31/00, от 21.04.89 г.), выбранная в качестве прототипа.

Установка содержит привод с инструментом, опорный узел, желоб и толкатель слитков в виде гидроцилиндра со штоком, установленного перпендикулярно приводу. Толкатель снабжен промежуточной опорой, выполненной в виде рычага с роликом, имеющим вогнутую поверхность и контактирующим со штоком гидроцилиндра. Рычаг установлен на полые торсионные валы с перемещающимися в направляющих опорами, приводом которых служит вал с цепной передачей от ролика.

Установка работает следующим образом.

Слиток подается на приемный желоб и перемещается механизмом подачи к месту ломки. После проталкивания при отходе штока от слитка возникают его колебания, поскольку конический слиток, контактируя с технологической роликовой опорой, уводит шток в поперечном направлении. Кроме того, консольное выдвижение штока вызывает его вертикальный прогиб. При подаче слитка и выдвижении штока сила со стороны штока на предварительно затянутую рычажную систему промежуточной опоры возрастает, однако жесткость торсионных валов также пропорционально увеличивается за счет схождения опор, следовательно прЬгиб штока (в сечении ролика) примерно постоянный и вертикальная сила, действующая на уплотнения и направляющую втулку, несколько меньше. Ролик за счет наличия образующей, выполненной как часть окружности с диаметром, равным диаметру штока, воспринимает первоначально горизонтальные, а затем колебания штока по сложной пространственной траектории. Изменение жесткости торсионной рычажной системы опоры происходит синхронно с изменением вылета штока с помощью приводов передач: цепной ролика и винтовой перемещения торсионных опор в направляющих.

Самым существенным недостатком данной установки является то, что промежуточная опора не устраняет полностью колебания штока в местах его контакта с уплотнениями, а лишь снижает эти колебания на некоторую величину. Такие колебания штока в горизонтальной плоскости отрицательно влияют на стойкость промежуточной опоры в направлении ее наименьшей жесткости, что снижает технический ресурс узла. Недостатком является попадание посторонних абразивных частиц (например, окалины) в место контакта ролика со штоком, приводящее к повышенному износу его наружной рабочей поверхности и увеличению утечек рабочей жидкости в уплотнениях. Поскольку узел расположен в месте установки краном последующего слитка на приемный желоб, он требует применения защитных устройств.

Целью изобретения является повышение надежности установки за счет увеличениядолговечности уплотнений поршневого гидроцилиндра механизма подачи слитка.

Поставленная цель достигается тем, что известная установка, содержащая симметричный инструмент клиновой формы, установленный на плунжере силового привода, опору, выполненную в виде расположенного в плоскости симметрии клина ролика, подпружиненного относительно седла, и механизм подачи слитка, выполненный в виде поршневого гидроцилиндра, ось штока которого расположена перпендикулярно плоскости симметрии инструмента клиновой формы, снабжена расположенной по оси гидроцилиндра механизма подачи слитка шайбой со сферической торцовой поверхностью со стороны его штока, центр радиуса которой расположен на упомянутой оси, и телом шаровой формы, расположенным по оси штока с возможностью взаимодействия с сферической поверхностью шайбы, при этом торцовая поверхность штока выполнена симметричной сферической поверхности шайбы относительно плоскости, проходящей через центр тела шаровой формы, а шайба связана со штоком поршневого гидроцилиндра механизма подачи слитка посредством предварительно растянутых пружин, расположенных равномерно по периметру его поперечного сечения и под углом к его оси.

Указанные отличительные от прототипа признаки обусловливают соответствие 5 предлагаемого технического решения критерию Новизна, По научно-технической литературе и патентной документации (основные индексы МКИ) по всем отличительным признакам проведен поиск, в

0 результате которого не найдено известных технических решений с заявляемыми признаками. Исходя из этого можно сделать вывод о том. что предлагаемое техническое решение соответствует критерию Сущест5 венные отличия.

Поскольку предлагаемая совокупность существенных признаков позволяет достигнуть цель, обусловленную отличительными существенными признаками, предлагаемое

0 техническое решение соответствует критерию Положительный эффект по наличию разницы в результатах.

Применение замкнутой (с помощью пружин) системы, состоящей из шайбы со

5 сферической торцовой поверхностью, центр радиуса которой расположен на оси штока, контактирующего с шайбой тела шаровой формы и штока с торцовой поверхностью, симметричной сферической

0 поверхности шайбы относительно плоскости, проходящей через центр тела шаровой формы, дает возможность при проталкивании слитка и горизонтальном смещении его торца смещать также шайбы в том же на5 правлении и на ту же величину (вследствие их взаимного фрикционного контакта), сохраняя неизменным горизонтальное положение штока. Это возможно из-за того, что жесткость узла в горизонтальном направле0 нии мала, поскольку радиусы сфер по величине значительно больше радиуса тела шаровой формы. Причем горизонтальная (поперечная) жесткость соединения сфера штока - тело шаровой формы - сфера шай5 бы меньше, чем жесткость штока даже при максимальном его вылете. В процессе подачи плоскопараллельное или, например, угловое смещение оси слитка относительно оси механизма подачи вызывает попереч0 ное смещение шайбы относительно штока и выкатывание тела шаровой формы из нейтрального соосного положения. Это означает, что при постоянном поджатии сфер нормальная сила со стороны тела шаровой

5 формы на сферу шайбы раскладывается на две составляющие: осевую и перпендикулярную ей поперечную силы. Последняя оказывает восстанавливающее воздействие на шайбу, а следовательно, и на торец слитка и способствует его обратному смещению

или повороту. Это устраняет внецентренное нагружение штока при подаче, его изгиб и уменьшает поперечное воздействие на уплотнения механизма подачи.

После проталкивания слитка, остановки и обратного хода штока возникают колебания смещенной шайбы в поперечном направлении под действием пружин, Вследствие малой по сравнению со штоком массы шайбы последняя не вызывает заметных колебаний штока. Пружины не оказывают также столь большого влияния (в сторону увеличения) на поперечную жесткость узла и служат для постоянного поджатия шайбы к переходнику, когда толкатель не контактирует со слитком. Равномерное размещение пружин по периметру штока обеспечивает соосное расположение сферических поверхностей штока, шайбы и тела шаровой формы при разомкнутой связи шток-слиток. А установка пружин под углом к оси штока увеличивает коэффициент затухания колебаний шайбы, т.е. уменьшает количество циклов колебания штока и поперечных на- гружений уплотнений.

На чертеже изображена предлагаемая установка, вид в плане.

Установка состоит из силового привода 1, на плунжере которого жестко закреплен инструмент 2 клиновой формы, опорного узла 3 а виде расположенного в плоскости симметрии клина ролика, подпружиненного относительно седла. Перпендикулярно гидроцилиндру установлен желоб 4 для подачи слитков 5, имеющих кольцевые надрезы 6, и механизм 7 подачи (толкатель) в виде горизонтально расположенного поршневого гидроцилиндра, состоящего из корпуса 8, поршня 9 с уплотнениями 10. штока 11, направление движения коюрому обеспечивает направляющая втулка Y1, а грундбукса 13 зажимает манжетные уплотнения 14. Конец штока снабжен переходником 15, неподвижно насаженным на шток, торец переходника выполнен в виде вогнутой в сторону поршня части сферической поверхности 16. центр-радиуса которой расположен на продольной оси толкателя. Переходник своей поверхностью через тело 17 шаровой формы контактирует со сферической вогнуто в сторону слитка торцовой поверхностью 18 шайбы 19, имеющей радиус сферы, равный радиусу сферы на переходнике; центр радиуса этой сферы также расположен на продольной оси толкателя. Переходник (а следовательно, и шток) и шайба связаны между собой предварительно натянутыми пружинами 20, крепящимися с помощью кронштейнов 21 и 22 соответственно на переходнике и шайбе,

Пружины равномерно расположены по периметру поперечного сечения штока; их количество не менее 3-х штук и расположены они под углом к оси штока. Шайба имеет

защитный цилиндрический кожух 23.

Установка работает следующим образом.

Слиток 5 с надрезами 6, разделяющими слиток на головную и донную части и мерные заготовки, подается электромостовым краном на приемный желоб 4 и далее к месту ломки перемещается механизмом 7 подачи слитков - толкателем. Слиток останавливается таким образом, чтобы ось

первого надреза совпала с осью силового привода 1, после проталкивания шток 11 толкателя (7) отводится назад, Приводится в действие плунжер на котором расположен инструмент 2, и происходит ломка шейки

слитка на роликовой опоре (узле 3). Далее шток подается следующим надрезом и процесс ломки повторяется.

Подача конического слитка сопровождается смещением или поворотом его оси.

Из-за этого смещения, вызванного постоянным контактом слитка с роликом, происходит увод шайбы 19, контактирующей с торцом слитка. Смещаясь, шайба своей сферической поверхностью 18 выкатывает тело

17 шаровой формы из его нейтрального статического положения. При этом тело 17, кон- тактируя также со сферической поверхностью 16 переходника 15, смещается и по его поверхности. Например, при

смещении торца слитка в сторону силового привода 1 шайба также смещается в ту же сторону, тело 17 выкатывается из нейтрального положения в сторону смещения на ве- личину, равную половине смещения

(поскольку радиусы сфер равны). Теперь тело, находясь на левой по ходу движения части сферы переходника и правой шайбы, образует жесткую поступательно перемещающуюся систему сфера переходника

штока - тело шаровой формы - сфера шайбы.

Поперечное смещение шайбы и выкатывание тела шаровой формы не вызывают

существенного смещения оси штока в том

же направлении, поскольку радиусы сфер достаточно велики. Следует заметить, что поперечная сила, передаваемая на шток, была бы наименьшей при радиусах сфер, равных бесконечности, т.е. если обращенные торцы переходника и шайбы были бы плоскими. Такое смещенное относительно друг друга положение переходника и шайбы приводит к появлению нормальных сил со стороны тела шаровой формы на сферические поверхности, направленные к их центрам, которые раскладываются на осевую и перпендикулярную ей поперечную. Эти поперечные силы, действующие на переходник и шайбу, равны ло величине (система находится в неустойчивом равновесии). Причем при подаче, т.е. постоянном поджа- тии штоком слитка, и изменяющемся смещении тем больше эта величина, чем больше жесткость узла и поперечная - восстанавливающая сила. Сила со стороны тела шаровой формы на шайбу направлена в сторону, противоположную их смещению, т.е. стремится восстановить прежнее соосное положение слитка и уменьшить внецентрен- ное нагружение штока, а следовательно и его изгиб. Поперечное смещение конца штока в данной установке намного меньше, чем если бы происходил контакт непосредственно штока с торцом слитка (как в установках по авт.св. СССР N 1237329 и заявке СССР № 4490287/31-27) Все это увеличивает долговечность уплотнений гидроцилиндра толкателя, особенно манжетных уплотнений 14 со стороны штоковой полости, а также направляющих втулок 12.

Смещение шайбы вызывает деформацию пружин 20, а после размыкания связи слиток-шток под действием сил упругости затянутых пружин и восстанавливающих поперечных сил шайба занимает соосное со штоком положение, а тело 17 стремится в нейтральное положение Это обратное смещение сопровождается колебаниями шайбы относительно штока Поперечная собственная частота штока даже при его максимальном вылете выше, чем собственная частота колебаний шайбы, определяемая ее массой и приведенной жесткостью пружин. Поэтому колебания шайбы не могут вызвать резонансных колебаний штока.

Расположенные равномерно по периметру штока предварительно сдеформиро- ванные (растянутые) пружины в количестве не менее трех штук притягивают шайбу через тело шаровой формы к переходнику, образуя соосную систему (как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях) с расположением тела 17 во впадинах обеих сфер. Меньшее количество пружин не обеспечивает устойчивости шайбы по всем направлениям, так две диаметрально расположенные пружины обеспечивают устойчивость только в плоскости этих пружин. Расположение пружин под углом к оси штока и крепление их с помощью кронштейнов 21 и 22 предполагает увеличение коэффициента затухания колебания шайбы. Увеличение угла наклона увеличивает коэффициент затухания, однако сила притягивания шайбы к переходнику падает, поэтому выбор

оптимального угла осуществляется из условия количества пружин их жесткости и массы шайбы. Кожух 23 шайбы защищает пружины и сферы от попадания посторон5 них предметов, может служить масляной емкостью.

Таким образом применение обращенных друг к другу двух идентичных сферических поверхностей переходника и шайбы с

0 размещенным между ними телом шаровой формы дает возможность: свободно смещать слитком шайбу без заметного увода штока; уменьшить внецентренное нагружение штока толкателя при подаче слитка за

5 счет образования в соединении поперечных восстанавливающих сил; свести до минимума влияние на шток поперечных колебаний шайбы при ее возвращении в нейтральное положение; осуществить соосное располо0 жение элементов узла перед последующей подачей. Совокупность этих свойств установки оказывает положительное влияние на долговечность уплотнений механизма подачи, уменьшает гидравлические утечки, уве5 личивает межремонтный цикл и производительность линии ломки в целом. Экономическая эффективность при использовании предлагаемой установки обес- печивается за счет повышения

0 производительности из-за увеличения межремонтного периода (сокращения числа ремонтов) Ожидаемый экономический эффект от внедрения изобретения на трех металлургических заводах, эксплуатирующих ус5 тановки для холодной ломки колесных слитков, составляет 271,6 тыс. руб.

Формула изобретения

0 Установка для ломки слитков, содержащая симметричный инструмент клиновой формы, установленный на плунжере силового привода, опору, выполненную в виде ролика, расположенного в плоскости

5 симметрии клина и подпружиненного относительно седла, и механизм подачи слитка, выполненный в виде поршневого гидроцилиндра, и ось штока которого расположена перпендикулярно плоскости симметрии ин0 струмента клиновой формы, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности за счет увеличения долговечности уплотнений поршневого гидроцилиндра механизма подачи слитка, она снабжена

5 расположенной по оси гидроцилиндра механизма подачи слитка шайбой со сферической торцовой поверхностью со сторойы его штока, центр радиуса которой расположен на упомянутой оси, и телом шаровой формы, расположенным по оси штока с возможно

стью взаимодействия со сферической по-штоком поршневого гидроцилиндра мехаверхностью шайбы, при этом торцовая по-низма подачи слитка посредством предваверхность штока выполнена симметричнойрительно растянутых пружин,

сферической поверхности шайбы относи-расположенных равномерно по периметру

тельно плоскости, проходящей через центр5 его поперечного сечения и под углом к его

тела шаровой формы, а шайба связана сооси.

Использование: разделение надрезанных слитков на заготовки. Установка для ломки слитков снабжена расположенной по 9 J08 11 ПМ13 / / //././ 232120 1/V Я5 оси гидроцилиндра механизма подачи слитка шайбой 19 со сферической торцовой поверхностью 18 со стороны штока 11, центр радиуса которой расположен на упомянутой оси, и телом 17 шаровой формы, расположенным по оси штока с возможностью взаимодействия со сферической поверхностью шайбы. Торцовая поверхность 16 штока выполнена симметричной сферической поверхности шайбы относительно плоскости, проходящей через центр тела шаровой формы. Шайба связана со штоком поршневого гидроцилиндра механизма подачи слитка посредством предварительно растянутых пружин 20, расположенных равномерно по периметру его поперечного сечения и под углом к его оси. 1 ил. Ё