Подшипниковая опора жидкостного трения валка прокатного стана Советский патент 1992 года по МПК B21B31/07 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано в прокатных станах с неустановившимися реверсивными и малыми скоростями прокатки при повышенных нагрузках.

Известна подшипниковая опора жидкостного трения, которая содержит подушку, цилиндрическую втулку-вкладыш, коническую втулку и цапфу. Коническая втулка выполнена цельной, с одного конца которой предусмотрен фланец для восприятия осе- выхусилий. Она насах енана цапфу и зафиксирована на ней от перемещения в осевом направлении. Цилиндрическая втулка-вкладыш выполнена цельной, вмонтирована в подушку и зафиксирована от про ворачива- ния. С внутренней стороны цилиндрической втулки-вкладыша выполнены два заборных кармана, расположенных друг против другг вне зоны нагрузки. Внутри цилиндрической втулки-вкладыша расположены с зазором по отношению к ней коническая втулка. В подушке просверлено параллельно оси цапфы отверстие, соединяющее две кольцевые

маслораздаточиые канавки, выполненные на внутренней поверхности подушки и соединяющие между собой заборные карманы, расположенные внутри цилиндрической втулки-вкладыша, через отверстия, расположенные равномерно радиально по всей длине на этой втулке-вкладыше. Через отверстие в подушке подается смазка под давлением 0.12..Д18 МПа.

Недостатками этой подшипниковой опоры жидкостного трения являются: во- первых, отсулствие смазки в зоне нагрузки в момент пуска и при реверсах, что затрудняет запуск двигателей, снижает долговечность подшипниковой опоры; во-вторых, с изменением скорости вращения цапфы изменяется толщина слоя смазки. При тонколистовой прокатке изменение толщины слоя смазки влияет на толщину прокатываемого листа, а ото сказывается на качестве проката, его точности.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предложенной приводной подшипниковой опоре

(Л

N4

W

ВОШ&

ю

такд

является подшипниковая опора жидкостного трения с плавающей втулкой, содержащая цапфу, цилиндрическую плавающую втулку с кольцевой маслораздаточной канавкой, разделяющей ее внутреннюю поверхность на две равные части и сквозными отверстиями, выполненными радиально равномерно внутри этой канавки, непод- вижную4втулку-вкладыш с кольцевой масло- раздаточнЪй кайавкой, разделяющей ее внутреннюю поверхность на две равные части и двумя заборными карманами, расположенными внутри этой втулки-вкладыша друг против друга вне зоны нагрузки и соединенными между собой кольцевой масло- раздаточной канавкой и подушку, на внутренней поверхности которой выполнены две кольцевые маслораздаточные канавки. Плавающая втулка установлена с зазором по отношению к цапфе и неподвижной втулке-вкладышу. НепТэдвижнзя втулка-вкладыш вмонтированы в подушку и закреплены от проворачивания. В подушке просверлено параллельно оси цапфы отверстие, соединяющее две маслораздаточные канабки, выполненные на внутренней поверх нбстй1 подушки.

Недостаток данной конструкции - не обеспечиёается необходимая грузоподъемность на малых оборотах цапфы и под большими статическими нагрузками. Это объясняется тем, что с изменением скорости вращения цапфы резко меняется толщина маслянной пленки за счет неприводной плавающей втулки. А, вследствие этого меняются режимы прокатки, увеличивается нагрузка на двигатели за счет возникновения дополнительных сил трения. Этот недостаток не1 позволяет широко использовать данную подшипниковую опору с плавающей втулкой на прокатных станах.

Цель изобретения - повышение грузоподъемности опоры и точности прокатки при неустановившейся скорости прокатки и реверсах валков.

Это достигается тем, что в подшипниковой опоре жидкостного трения валка прокатного стана, содержащей плавающую втулку, неподвижную втулку-вкладыш и подушку, с кольцевыми маслораздаточными канавками на их внутренних поверхностях, отверстиями для подвода смазки в эти канавки, двумя заборными карманами во втулке-вкладыше, на конце плавающей втулки закреплен зубчатый венец, находящийся в зацеплении с зубчатым колесом, установленным на валу электродвигателя, электрически связанного с генератором постоянного тока, который кинематически соединен с цапфой валка.

На фиг.1 показано профильное сечение подшипниковой опоры жидкостного трения; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.З - электронная схема автоматического управлеиия электродвигателями.

Подшипниковая опора жидкостного трения (фиг.1) состоит из цапфы 1, неподвижной втулки-вкладыша 2, цилиндрической плавающей втулки 3, зубчатого венца

4, зубчатого колеса 5, электродвигателя б, генератора постоянного тока 7, подушки 8, герметичного кожуха 9, подшипника 10, уп- лотнительного узла 11.

Цапфа 1 выполнена цилиндрической, на

конце которой предусмотрен хвостовик, на которой насажен подшипник 10. Неподвижная втулка-вкладыш 2 выполнена цельной, цилиндрической, имеющая на внутренней поверхности два заборных кармана 12, которые расположены друг против друга вне зоны нагрузки и кольцевую маслораздаточ- ную канавку, разделяющую внутреннюю поверхность втулки-вкладыша 2 на две равные части, а также соединяющую между собой

два заборных кармана 12. Неподвижная втулка-вкладыш 2 вмонтирована в подушку 8 в которой имеются на внутренней поверхности две кольцевые маслораздаточные канавки 13, соединяющие между собой

заборные карманы 12. Посредством отверстия 14, выполненного параллельно оси цапфы 1, кольцевые маслораздаточные канавки 13 соединены между собой и с внутренней полостью герметичного кожуха 9.

Цилиндрическая плавающая втулка 3 выполнена цельной с удлинением, длина которого раина сумме ширины зубчатого венца А и зазора между зубчатым венцом 4 и неподвижной втулкой-вкладышем 2. Этот зазор выполняет роль маслораздаточной канавки, соединяющей между собой наружный и внутренний зазоры скольжения. Вдоль тела плавающей втулки 3, равномерно по делительной окрухности ее торца,

выполнены сквозные отверстия 14. Плавающая втулка 3 расположена с зазором по отношению к цапфе 1 и неподвижной втулки-вкладышу 2. Зазор между плавающей втулкой 3 и неподвижной втулкой 2

(наружный зазор трения скольжения) больше, чем зазор между плавающей втулкой 3 и цапфой 1 (внутренний зазор трения скольжения). Это способствует повышению виброустойчивости.

Зубчатый венец 4 неподвижно насажен на выступающую часть плавающей втулки 3. Он входит в зацепление с зубчатым колесом 5, которое закреплено на валу 15 электродвигателя 6. Зубчатый венец 4 и зубчатое

колесо 5 закрыты герметическим кожухом 9,

в котором имеются отверстия для подвода 15 и отвода 17 смазки. Посредине герметичного кожуха 9 с наружной стороны закреплен генератор постоянного тока 7, а в нижней части герметичного кожуха 9 с наружной стороны закреплен электродвигатель б. Вал 18 генератора 7 связан с цапфой 1 посредством шлицевого соединения 19.

Герметичный кожух 9 насажен внутренней поверхностью на подшипник 10 и прикреплен к подушке 8 с таким расчетом, что зубчатое колесо 5 входит в зацепление с зубчатым венцом 4 с утолщенной стороны

20подушки 8.

В подушке 8 имеется сливное отверстие

21(фиг.2). выполненное сквозным вдоль ее тела. Отверстие 21 соединяет внутреннюю полость уплотнительного узла 11 (фиг.1), расположенного между подушкой 7 и бочкой валка 22, с общим сливом 23 (фиг.2), с которым соединено сливное отверстие 17.

Цапфа 1 (фиг.З) шарнчрно связана с генератором постоянного тока 7, который вместе с усилителем 25, резистором 26 и транзистором 27 составляет каскад управления электродвигателями 6. Цепь электродвигателей включает четыре параллельно подключенных электродвигателя б, резисторы 28,29, переключатель на три положения 30 и источник постоянного тока 31. При этом переключатель 30 содержит в себе клеммы известной цепи электродвигателя стана 32, которая имеет свой источник питания 33 и латр 34, предназначенный для плавной регулировки скорости вращения электродвигателя 32 (цапфы 1).

Подшипниковая опора работает следующим образом: переключателем 30 включается/цепь электродвигателей, состоящая из четырех параллельно подключенных электродвигателей 6, от электродвигателя 6 вращение передается на плавающую втулку 3 посредством зубчатого колеса 5, неподвижно насаженного на вал 15 электродвигателя

6,и зубчатого венца 4, неподвижно насаженного на удлинение плавающей втулки 3. Эта втулка вращается между неподвижной втулкой-вкладышем 2 и цапфой, создавая гидродинамическое давление смазки в наружном и внутреннем зазорах трения сколь-, жения, а также включается электродвигатель 32 и вращает цапфу.

При вращении цапфы происходит вращение вала 18 генератора постоянного тока

7,соединенного с цапфой 1 посредством шлицевого соединения 19. Сигнал от генератора 7 воздействует на ток в цепи электродвигателя 6, а значит влияет на скорость вращения его вала. С изменением скорости вращения вала 15 электродвигателя б изменяется скорость вращения плавающей втулки 3, а это приводит к изменению гидродинамического давления смазки и толщины масляной пленки в зазорах скольжения. 5При работе подшипниковой опоры подача смазки производится через отверстие 16 в герметичный кожух 9, откуда она попадает в два зазора: между неподвижной втулкой-вкладышем 2 и плавающей втулкой 3, и

0 плавающей втулкой 3 и цапфой 1, а также в отверстии 14 и 24, По отверстию 24 смазка попадает в кольцевые маслопередаточные канавки 13, а затем по ним в заборные карманы 12 и оттуда в наружный зазор трения

5 скольжения и снижает трение при пуске в начальный момент времени. Проникая в два зазора трения скольжения от торца, смазка создает большее гидродинамическое давление, чем при подаче смазки через заборные

0 карманы 12, что позволяет увеличить грузоподъемность подшипниковой опоры в 1,5...2 раза. Проходя через отверстие 14, смазка охлаждает плавающую втулку 3, которая дополнительно отводит тепло из рабочихзазо5 ров трения скольжения. Снижение температуры смазки в зазорах, скольжения также способствует повышению грузоподъемности подшипниковой опоры. Эта смазка также центрирует плавающую втулку 3 в

0 осевом направлении посредством образованных при этом маслинных подушек в зазорах между торцом плавающей втулки 3 и герметичным кожухом 9, а также вторым торцом плавающей втулки Зи

5 корпусом уплотнительного узла 11. Основная центровка плавающей втулки 3 в осевом направлении производится смазкой, выдавленной из зоны нагрузки в оба конца плавающей втулки 3 с одинаковым давлением.

0 Масло из герметичного кожуха 9, охладив зубчатое зацепление, уходит через сливное отверстие 17 вместе с выдавленным в эту сторону маслом из рабочей зоны. Выдавленная смазка из рабочей зоны в сторону уплот5 иительного узла 11 и смазка из отоерстия 14. охлаждающая плавающую втулку 3, удаляются через сливное отверстие 21 выполненное в теле подушки 8. Пуск прокатного стана производится переключателем 30.

0 При этом одновременно включаются электродвигатели б плавающей втулки 3 и электродвигатель привода стана 32. Резистором 28 выставляется такой режим работы при пуске стана, при котором цапфа 1 и плаваю5 щая втулка 3, вращаясь в одну сторону, имеют одинаковую угловую скорость. При этом плавающая втулка 3 скользят лишь наружной поверхностью, куда смазка подведена через заборные карманы, а внутренняя поверхность этой втулки неподвижна по отношениюкцапфе 1, так как при этом линейные скорости трущихся поверхностей во внутреннем зазоре скольжения будут равны. Момент трения покоя в наружном зазоре трения скольжения преодолевается электродвигателем б привода плавающей втулки 3 и электродвигателем привода стана 32, на который приходится большая часть этого момента. Момент трения покоя по наружному зазору трения скольжения больше чем момент трения покоя по внутреннему зазору трения скольжения за счет большего радиуса, являющегося плечом момента трения. Поэтому электродвигатель 6 преодолевает лишь разницу этих моментов, удержмГва я Плавающую втулку 3 неподвижно по отношению к цапфе 1, которая приводится в дви жение электродвигателем 32. Мощность электродвигателя 6 рассчитана на величину двух моментов трения в зазоре, а поэтому остальная его мощность расходуется на запуск стана, как бы помогая электродвигателю 32. Поэтому электродвигатели 6 привода подшипниковых опор снижают мощность и пиковые нагрузки на привод стана.

Цапфа 1, сделав 1-2 синхронных оборота совместно с плавающей втулкой 3, выходит из контакта с этой втулкой на граничную смазку благодаря перекатыванию цапфы 1 по внутренней поверхности плавающей втулки 3. После чего переключателем 30 переключают схему (фиг.З) на рабочий режим. При этом скорость цапфу 1 и плавающей втулки 3 разсинхронизируется и скорость вращения плавающей втулки 3 увеличивается примерно на 0,5...0,8 м/с. Такая скорость обеспечивает положительный гидродинамический эффект во внутреннем зазоре скольжения. Этот режим устанавливается резистором 29. При вращении цапфы 1 и плавающей втулки 3 в одну сторону от генератора постоянного тока 7 посредством усилителя 25, подстроечного резистора 26, транзистора 27 поступающий сигнал воз- действует на ток в цепи электродвигателя постоянного тока 6. С увеличением скорости вращения цапфы 1 гидродинамическое давление во внутреннем зазоре скольжения падает за счет снижения относительной скорости скольжения. При этом сигнал -от генератора постоянного тока 7 увеличивается за счет жесткой связи с цапфой 1. Повы- шениый сигнал в цепи управления увеличивает ток в цепи электродвигателя б, что приводит к увеличению скорости вращения его пала, а значит, и плавающей втулки 3, связанной с ним зубчатым зацеплением. Увеличение скорости плавающей втулки 3 приводит к увеличению гидродинамического давления во внутреннем зазоре трения скольжения, а значит, к его восстановлению. С уменьшением скорости вращения цапфы 1 получается аналогичный результат, то есть толщина масляной пленки в зазорах скольжения остается неизменной при любой скорости вращения цапфы 1.

Вращение цапфы 1 в противоположную сторону с той же скоростью приводит к увеличению гидродинамического давления за счет увеличения ее относительной скорости. При этом сигнал от генератора постоянного тока 7 меняет знак на противоположный и, следовательно, уменьшает ток в цепи электродвигателей б, а значит снижает скорость вращения плавающей втулки 3. При этом снижении скорости вращения снижается гидродинамическое давление до величины такой же, как и до реверса цапфы 1. Изменение скорости вращения при ее реверсе также не влияет на толщину масляной пленки в зазорах скольжения, так как восстановление гидродинамического давления при этом происходит аналогично описанному выше.

Подшипниковая опора жидкостного трения валка прокатного стана: позволяет повысить точность прокатки по длине хо- лоднокатанной ленты и снизить отклонение or стандарта на величину около 100% за счет закрепления на ней зубчатого зацепления, делает плавающую втулку приводной и позволяет плавно изменять скорость ее вращения:

повышает грузоподъемность в 1,61.„3,88 раза за счет подвода смазки к подшипниковому узлу с торца при отношении длины подшипника к его диаметру 1,1 -Sl/d1,5;

позволяет повысить надежность подшипникового узла при неустановившейся реверсивной и малоскоростной прокатке за счет имеющихся двух масляных слоев;

гидродинамические подшипниковые опоры, к которым относится подшипниковая опора жидкостного трения, являются более экономичными и надежными по сравнению с гидростатическими подшипниковыми опорами жидкостного трения:

позволяет снизить мощность привода стана, за счет снижения момента на валу электродвигателя привода стана при неустановившейся реверсивной и малоскоростной прокатке, которая происходит за счет помощи цепи электродвигателей привода подшипниковых опор, приводящих во вращение плавающие втулки.

Формула изобретения

Подшипниковая опора жидкостного трения валка прокатного стана, содержащая плавающую втулку, неподвижную втулку-вкладыш и подушку с кольцевыми масло- раздаточными канавками на их внутренних поверхностях, отверстиями для подвода смазки в эти канавки, двумя заборными карманами во втулке-вкладыше, о т л и ч a rant а я с я тем, что, с целью повышения грузоподъемности подшипниковой опоры и точности прокатки при неустановившейся скорости прокатки и реверсах валков, пла0

вающая втулка снабжена средствами вращения, согласованного по скорости с вращением валка, включающими электродвигатель с установленным на его валу зубчатым колесом, находящимся в зацеплении с зубчатым венцом, закрепленным на конце плавающей втулки, и генератор постоянного тока, кинематически соединенный с валком и электрически связанный с электродвигателем.

Сущность изобретения: подшипниковая опора содержит плавающую втулку, неподвижную втулку-вкладыш и подушку. Плавающая втулка снабжена приводом вращения. Для этого на ее конце закреплен зубчатый венец, находящийся в зацеплении с зубчатым колесом, установленным на валу электродвигателя. Электродвигатель получает питание от генератора постоянного тока, кинематически связанного с цапфой валка. Повышается грузоподъемность подшипниковой опоры, точность прокатки при неустановившихся скоростях пр окатки и реверса валка.3 ил.

2

12

Фиг. Г