Предохранительная муфта привода металлургического агрегата и способ ее сборки Советский патент 1993 года по МПК B21B35/14 F16D9/00 

Изобретение относится : области тяжелого машиностроения и может быть применено дл я защиты от перегрузок тяжелонагруженных приводов металлургических агрегатов, работающих в режиме циклического нагружения, преимущественно приводов прокатных клетей и машин прокатных станов.

Известка предохранительная муфтз. содержащая ДЕЭ полумуфты, 3о фланцах которых выполнены соосные отверстия, установленные в отверстиях попарно втулки, расположенные по разные стороны от плоскости разъема фланцев, и установленный е каждой паре втулок срезной палец. Муфгэ снабжена пробкой, препятствующей выпадению пальца из втулок.

Недостатком известной муфты является низкая стЬ6ильность момента срзбзтыза- ния. При работе агрегатов металлургического производства нагрузки в их приводе изменяются циклически. Основной период изменения нагрузки соответствует циклу работы агрегата (прокатке одной полосы а прокатной клети, одному резу на ножницах и т.д.), причем амплитуда напряжений в срезном пальце превышает предел усталости, а число циклов нагружения за короткий промежуток времени (иногда 7 ... 10 дней) достигает величины, соответствующей ус- талостному разрушению. Поэтому при установке рассматриваемой муфты в приводе металлургического агрегата срезной палец часто разрушается при отсутствии перегрузки. Интенсивность процесса накопления усталости многократно возрастает при формировании в приводе динами- че скйх нагрузок, которые в приводах металлургических машин в несколько раз превышают нагрузки установившегося ре- жима работы. Частое срабатывание муфты при номинальных нагрузках ведет к простоям агрегата и снижению его производительности.

Другой недостаток - наличие возмож- ности перемещения срезного пальца в осевом направлении. Это приводит к интенсивному износу внутренних поверхностей втулок и к образованию радиального зазора между пальцем и втулками. При этот палец начинает воспринимать изгибные нагрузки, что дополнительно снижает его долговечность, выз1 вая разрушение при нагрузках значительно меньших, чем расчетные, соответствующие предельному на- пряжению среза.

Еще один недостаток известной конструкции заключаете:- в отсутствии фиксации втулок от осевого перемещения навстречу друг другу в направлении плоскости разь- ема. Такое смещение втулок может произойти после среза пальца при ослаблении их посадки в отверстиях фланиев в процессе эксплуатации. В рез льтате при очередном совпадении углоьогс положения втулок расположенных во фланцах двух полумуфт может произойти их соударение, сопровож- дающееся ударным нагружением привода и повреждением его элементов. Вероятность разработки отверстий во фланцах и ослаб- ления посадки втулок особенно велика в муфтах тяжелонагруженных металлургических приводов.

Известен также способ сборки предохранительной муф7 ы, включающий взаим- ную ориентацию фланцев полумуфт с совмещением расположенных в них отверстий, установку в этих отзерстиях пар втулок и установку срезного пальца во втулки.

Недостатком способа является то, что он не включает действий, направленных на повышение стабильности момента срабатывания муфты,

Известна предохранительная муфта, содержащая две полумуфты, во фланцах которых выполнены соосные отверстия, установленные в отверстиях попарно втулки, расположенные по разные стороны от плоскости разъема фланцев, и установленный в каждой паре втулок срезной палец с проточкой, имеющий фиксаторы относительно фланцев полумуфт. Втулки снабжены фиксаторами в виде кольцевых буртов, упирающихся в расточки наружных торцев фланцев полумуфт.

Наличие фиксаторов втулок относительно наружных торцев фланцев полумуфт позволяет исключить их смещение в направлении плоскости разъема после срабатывания муфты, з наличие фиксаторов пальца относительно фланцев уменьшает разработку контактирующих поверхностей втулок и пальца.,

Тем не менее у рассматриваемой муфты сохраняется такой недостаток, как нестабильность момента срабатывания. Причина этого состоит в действии на срезные пальцы переменных во времени нагрузок, причем амплитуда напряжений в зоне ослабляющей проточки такова, что накапливаются ус- талостные повреждения. Вследствие этого разрушение срезного пальца может произойти даже при отсутствии перегрузок. Для замены пальца необходима остановка агрегата, что ведет к его простоям и снижению производительности.

Известен также способ сборки предохранительной муфты, включающий взаимную ориентацию фланцев полумуфт с совмещением расположенных в них отверстий, установку в этих отверстиях пар втулок, установку срезного пальца во втулки и фиксацию его относительно фланцев.

Недостатком способа является то, что его применение сопряжено со значительными простоями агрегата, в линии привода которого установлена муфта, ведущими к снижению его производительности.

Известна предохранительная муфта металлургического агрегата, содержащая дзе полумуфты, во фланцах которых выполнены соосные отверстия, установленные в отверстиях попарно {втулки, расположенные по разные стороны от плоскости разъема фланцев, установленный в каждой паре втулок срезной палец, взаимодействующие с наружными торцами фланцев фиксаторы втулок, выполненные в виде

кольцевых буртов, и нерегулируемые фиксаторы пальца относительно втулок.

Недостаток известной конструкции заключается в том. что она не обеспечивает стабильного ограничения нагрузок в приводе металлургического агрегата ввиду возможности накопления усталостных повреждений в области концентрации напряжений - зоне ослабляющей проточки на срезном пальце поскольку при циклическом нагружении привода а пальце возникают напряжения, изменяющиеся по пульсаци- онному циклу. Предложенная в известном решении оптимизация формы ослабляющей проточки на срезном пальце хотя и уменьшает в некоторой степени интенсивность накопления усталостных повреждений, но не-позволяет полностью избежать его.

Другой недостаток рассматриваемой конструкции связан с выполнением фиксаторов срезного пальца относительно втулок нерегулируемыми, вследствие чего после осуществления фиксации между фиксаторами и втулками, как правило, остается зазор, величина которого находится в пределах суммы допусков на изготовление и сборку деталей муфты. Перемещение пальца а поле этого зазора усиливает износ внутренних поверхностей втулок и снижает долговеч- ность пальца.

Известен способ сборки предохранительной муфты металлургического агрегата, включающей взаимную ориентацию фланцев полумуфт с совмещением расположенных в них отверстий, установку з этих отверстиях пар втулок, установку срезного пальца во втулки и фиксацию его относительно втулок.

Недостатком этого способа сборки муфты, также как м рассмотренных выше, является нестабильность ограничения нагрузок муфтой, обусловленная периодическим ус- талостным разрушением срезных пальцев в процессе ее эксплуатации.

Из известных муфт наиболее близкой по своей сущности к заявляемой является предохранительная муфта металлургического агрегата, содержащая две полумуфты, во фланцах которых выполнены соосные отверстия, установленные в отверстиях попарно втулки, расположенные по разные стороны от плоскости разъема фланцев, установленный а каждой паре втулок срезной палец, фиксаторы втулок относительно фланцев, взаимодействующие с наружными торцами фланцев, и регулируемые в осезом направлении фиксаторы пальца относительно втулок, взаимодействующие с наружными торцами втулок.

Регулируемые фиксаторы пальца относительно втулок позволяют выбрать зазоры, связанные с неточностью изготовления соединяемых деталей, и предотвратить взаимное осевое перемещение пальцев и втулок.

Недостатком известной муфты является нестабильность момента срабатывания. Это объясняется тем, что функциональное

0 назначение предохранительной муфты обуславливает низкий коэффициент запаса статической прочности и, следовательно, высокий уровень напряжений. Срез пальцев вследствие накопления усталости вызывает

5 простои металлургического агрегата, снижение его производительности. Обычно, с целью избежать частых остановок из-за ус- талостного разрушения предохранительных элементов, увеличивают площадь.

0 поперечного сечения пальцев, При этом за- счет снижения напряжений увеличивается коэффициент запаса усталостной прочности, но увеличивается также и коэффициент запаса статической прочности. Тем самым

5 снижается чувствительность муфты к перегрузкам и повышается вероятность поломки элементов привода.

Из известных способов сборки предохранительных муфт наиболее близок к ззяв0 ляемому способ сборки предохранительной муфты металлургического агрегата, включающий взаимную ориентацию фланцез полумуфт с совмещением расположенных в них отверстий, установку в этих отверстиях пар

5 втулок, установку срезного пальца зо втулки и фиксацию его относительно втулок.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет исключить возможность накопления усталостных

0 повреждений з зоне ослабляющей проточки срезного пальца. В результате разрушение пальцев может происходить дажэ при нагрузках, не превышающих предельную, то есть наблюдается нестабильность ограни5 чения нагрузок в приводе. Необходимость замены срезанных пальцев требует остановки агрегата и ведет к снижению его производительности.

Целью предполагаемого изобретения

0 является повышение производительности металлургического агрегата путем увеличения долговечности его элементов за счет стабильного ограничения нагрузок.

Поставленная цель достигается тем, что

5 в известной муфте привода металлургического агрегата, содержащей две пслумуфты, во фланцах которых выполнены соосные отверстия, установленные в отверстиях попарно втулки, расположенные по разные стороны от плоскости рззьема фланцез, установленных в каждой паре втулок срезной палец, фиксаторы втулок относительно фланцев, взаимодействующие с наружными торцами фланцев, и регулируемые в осевом направлении фиксаторы пальца относительно втулок, взаимодействующие с наружными торцами втулок, фиксаторы атулок относительно наружныхторцев фланцев полумуфт выполнены регулируемыми в направлении оси втулок.

По крайней мере одна из втулок каждой пары снабжена обкладкой из фрикционного материала, расположенной со стороны торца, обращенного к другой втулке.

Кроме того для достижения поставленной цели при способе сборки предохранительной муфты привода металлургического агрегата, включающем взаимную ориентацию фланцев полумуфт с совмещением расположенных в них отверстий, установку в этих отверстиях пар втулок, установку срезного пальца во втулки и фиксацию его относительно втулок, перед фиксацией срезного пальца относительно втулок последние прижимают друг к другу и растягивают палец внешним осевым усилием. После фиксации пальца относительно втулок снимают растягивающее усилие, совмещают плоскость стыка обращенных друг к другу торцев втулок с плоскостью разьема фланцев и фиксируют втулки относительно наружных торцев фланцев.

Величину внешнего растягивающего осевого усилия определяют из соотношения

P/(oyF) 0.64 .. 0,88 (Н);

где Р - величина внешнего осевого усилия, Н;

0т - предел текучести материала срезного пальца на растяжение, Па;

F - наименьшая площадь поперечного сечения срезного пальца, м .

Прижатие в гулок друг к другу, установку срезного пальца во втулки, растяжение его внешним осевым усилием, фиксацию его относительно пары втулок и снятие растягивающего усилия осуществляют перед установкой втулок в отверстия фланцев полумуфт,

Выполнение фиксаторов осевого положения втулок, взаимодействующих с наружными торцами полумуфт, регулируемыми отличает заявленное устройство от прототипа и обуславливает его соответствие критерию изобретения новизна.

: Другое отличие заявленного устройства - наличие фрикционной обкладки по крайней мере у одной и 5 втулок каждой пары.

Сущность изобретения заключается в одновременном наличии регулируемых фиксаторов пальца относительно втулок и регулируемых фиксаторов втулок относительно

наружных торцев фланцев. Выполнение фиксаторов втулок регулируемыми позволя-, ет во-первых установить втулки без зазора и прижать их друг к другу с помощью средств фиксации пальца относительно вту0 лок, что повышает стабильность ограничения нагрузок и повышает долговечность элементов конструкции-, а во-втор ых установить плоскости стыка всех пар втулок в одной плоскости - в плоскости разьема

5 фланцев, перпендикулярной оси вращения муфты и не пересекающей внутренних торцев фланцев - и тем самым избежать после среза пальцев соударений втулок друг с дру- . гом и с фланцами и возникновения ударных

0 нагрузок в приводе, снижающих его долговечность. Фиксация втулок относительно наружных, а не внутренних торцев фланцев.исключает смещение втулок навстречу друг другу в процессе взаимного поворота

5 полумуфт после среза пальца, даже при наличии интенсивных вибраций, обусловленных срабатыванием. Анализ известных источников не позволил выявить решений, обладающих вышеупомянутыми признака0 ми, позволяющими уменьшить переменную составляющую напряжений а предохранительном элементе за чет использования сил трения между втулками.

Использование Фрикционных обкладок

5 на передающих момент трением поверхностях известно. Отличием заявленной конструкции является устс жовка обкладок на втулках, служащих для среза пальцев. Такое применение направлено не на повышение

0 передаваемого муфтой момента, как в известном решении, а на разгрузку срезных пальцев от переменной составляющей напряжений, вызывающей его разрушение при номинальных нагрузках. В итоге

5 усиливается проявляемый муфтой эффект повышения стабильности ограничения нагрузок.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о соответствии предлагаемо0 го устройства критерию изобретения существенные отличия.

Применение в предлагаемом способе

таких действий как прижатие втулок друг к

другу, растяжение пальца внешним осевым

5 усилием, снятие осевого усилия после фиксации пальца относительно втулок, совмещение плоскости стыка обращенных друг к другу торцев втулок с плоскостью разьема фланцев и последующая фиксация втулбк относительно наружных торцев фланцев,

Пальцы муфты изготовлены из алюминиевого сплааа ov 25 МПа, v 0,03. Площадь поперечного сечения пальца F м2. После лрижятия втулок друг к другу пальцы растягивают осевым усилием Р - 0,76-25- 0б 5700 Н.

Пальцы муфты изготовлены из алюминиевого сплава От 30 МПа. v 0,04. Площадь поперечного сечения пальца F м2. После прижатия втулок друг к другу пальцы растягиваютосевым усилием Р 0,88-30;10б 3- - 7920 Н. В этом и предыдуще м примерах осуществление сборки оптимальным образом позволяет в полной мере использовать возможности муфты по снижению интенсивности накопления усталостных повреждений.

Если при сборке муфты, описанной в последнем из приведенных примеров, срезные пальцы растягивают осевым усилием Р 8500 Н 7920 Н, то напряжения могут превысить предел текучести материала пальца и вызвать пластические деформации, что приведет к уменьшению усилия прижатия втулок друг к другу и некоторому снижению долговеиности пальцев по сравнению с предыдущим случаем.

Предохранительная муфта привода металлургического агрегата (фиг 1) работает следующим образом. При периодическом действии технологических нагрузок на рабочий орган металлургического агрегата, например усилий прокатки на рабочие валки прокатной клети, в приводе формируется крутящий момент, передаваемый муфтой. В том случае если момент М на участке привода, где установлена муфта, не превышает значения МТр, определяемого по формуле (5), он воспринимается за счет трения в контакте втулок 7, 3, а нагружения срезных пальцев 10 не происходит. При М Мтр часть крутящего момента воспринимается пальцами 10, з сечении которых возникают касательные напряжения, циклически изменяющиеся с амплитудой (6). Однако несмотря на циклический характер нагрузки накопления усталости не происходит, поскольку силы трения между горцами 15. 16 втулок позволяют уменьшить устзлсстные напряжения в срезных пальцах и повысить их долговечность. Если в результате возникновения аварийной ситуации момент превысит величину Мпр, определяемую выражением (8), пальцы 10 срезаются втулками 7 и 8, защищая привод от перегрузки. После этого флянцы 3 и 4 полумуфт получат возможность свободного вращения друг относительно друга без взаимного соударения втулок различных пар, поскольку при сборке плоскости стыка всех пар втулок бы-

ли совмещены с плоскостью разьема фланцев, а фиксаторы втулок (например гайки 17 и 18 на фиг. 2) препятствуют их перемещению в направлении к этой плоскости во время поворота фланцев. Таким образом исключается ударное взаимодействие полумуфт после срабатывания, снижающее долговечность элементов привода. Вследствие возможности стабильного ограничения нагрузок срезные пальцы 10 выполнены таким образом, что разрушающий момент максимально приближен к наибольшей величине момента, реализующейся на участке установки муфты при нормальной работе

агрегата. Тем самым предотвращается повреждение элементов привода.

Использование предполагаемого изобретения для защиты от перегрузок приводов металлургических агрегатов, в

частности машин прокатных станов: прокатных клетей, ножниц, правильных агрегатов и т.п., обеспечит стабильное ограничение нагрузок, за счет чего следует ожидать снижения их простоев. Это позволит выпустить

дополнительное количество продукции, т.е. увеличить производительность. Кроме того, стабильное ограничение нагрузок позволяет при том же уровне нагружения агрегата уменьшить предельный момент, передаваемый муфтой, т.е. повысить ее чувствительность к перегрузкам.

Формула изобретения

1. Предохранительная муфта привода

металлургического агрегата, содержащая две полумуфты, во фланцах которых выполнены соосные отверстия, установленные в отверстиях попарно втулки, расположенные по разные стороны от плоскости разьема

фланцев, установленный в каждой паре втулок срезной палец,фиксаторы втулок относительно фланцев, взаимодействующие с наружными торцами фланцез. и регулируемые з осевом направлении фиксаторы

пальца относительно втулок, взаимодействующие с наружными торцами втулок, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности металлургического агрегата путем ур личения долговечности

его элементов за счет стабильного ограничения нагрузок, фиксаторы втулок относительно наружных торцоз фланцев полумуфт выполнены регулируемыми в направлении оси втулок.

2. Муфта по п. 1,отличающаяся тем, что по крайней мере одна из втулок каждой пары снабжена обкладкой из фрикционного материала, расположенной со стороны торца, обращенного к другой втулке.

3. Способ сборки предохранительной муфты привода металлургического агрегата, включающий взаимную ориентацию фланцев полумуфт с совмещением расположенных в них отверстий, установку в этих отверстиях пар втулок, установку срезного пальца во втулки и фиксацию его относительно втулок, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности . металлургического агрегата путем увеличе- иия долговечности его элементов за счет стабильного ограничения нагрузок, перед фиксацией срезного пальца относительно втулок последние прижимают друг к другу и растягивают палец внешним осевым усили- ем, а после фиксации пальца относительно втулок снимают растягивающее усилие, совмещают плоскость стыка обращенных друг к другу торцов втулок с плоскостью разъема фланцев и фиксируют втулки относительно наружных торцев фланцев.

4. Способ поп. 3, отличающийся тем, что палец растягивают внешним осевым усилием, величину которого устанавливают в соответствии с соотношением

Р/(ОГ -F) 0,64 ...0,88,

где Р - величина внешнего осевого усилия, Н;

От - предел текучести материала срезного пальца на растяжение, Па;

F - наименьшая площадь поперечного сечения срезного пальца, м2.

5. Способ по пп. 3 и 4, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что прижатие втулок друг к другу, установку срезного пальца во втулки, растяжение его осевым усилием, фиксацию его относительно пары зтулок и снятие растягивающего усилия осуществляют перед установкой втулок в отверстия фланцев по- лумуфт.

Использование: для защиты от перегрузок приводов, работающих в режиме циклического нагружения, преимущественно прокатных клетей и машин прокатных станов. Сущность: Муфта содержит две полумуфты, во фланцах которых выполнены соосные отверстия. В отверстиях установлены втулки, имеющие фиксаторы относительно наружных торцев фланцев, В каждой паре втулок размещен срезной палец, зафиксированный относительно втулок. Новым в муфте является выполнение фиксаторов втулок регулируемыми в осевом напргзлении и наличие по крайней мере у одной из втулок фрикционной обкладки. При сборке муфты перед фиксацией срезного пальца относительно втулок последние прижимают друг к другу и растягивают палец расчетным внешним осевым усилием. После фиксации пальца снимают растягивающее усилие, совмещают плоскость стыка обращенных друг к другу торцэа втулок с плоскостью разъема фланцев и фиксируют втулки относительно наоужных торцев фланцев. Это позволяет уменьшить переменную составляющую напряжений а срезных пальцах, исключить срабатывание муфты при отсутствии перегрузок и снизить простои агрегата. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил. К ( Со О О ю

Фиг./