ВИДЫ УРАВНОВЕШИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ ШПИНДЕЛЕЙ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ
Филимошина Дарья Викторовна
Донецкий национальный технический университет
Факультет Механический
Специальность "Механическое оборудование
заводов черной металлургии"
Тема магистерской диссертации: Совершенствование конструкции гидравлического уравновешивающего устройства шпиндельного соединения клети 950 в условиях ЗАО "Истил (Украина)".
Руководитель работы: доцент кафедры "МОЗЧМ" Руденко Владимир Иванович.
Все устройства относятся к прокатному оборудованию, преимущественно к шпиндельным устройствам главных приводных линий прокатных станов.
Для передачи валкам рабочей клети вращения и крутящих моментов от главных электродвигателей применяют универсальные шпиндели, расстояние между которыми может изменяться в широких пределах.
В основу конструкции универсальных шпинделей положен принцип шарнира Гука, поэтому шпиндели могут передавать вращение и крутящий момент под углом наклона до 8 – 10°.
Благодаря шарнирной конструкции универсальные шпиндели работают плавно; вместе с тем они позволяют передавать большие крутящие моменты, поэтому их применяют для привода валков как листовых и сортовых станов (при угле наклона около 1 – 2° и моменте 50 – 20 кН·м), так и обжимных, толстолистовых и заготовочных станов(при угле наклона около 3 – 10° и моменте 0,5 – 3,0 кН·м).
Известны различные типы уравновешивающих устройств шпинделей: грузовые, пружинные, гидравлические и пружинно-гидравлические.
На рисунке 1 показан общий вид шпиндельного устройства слябинга с грузовым уравновешиванием верхнего шпинделя и пружинным уравновешиванием нижнего.
Рисунок 1 – Общий вид грузового уравновешивающего устройства шпинделей
Вал шпинделя опирается на два подшипника с бабитовой заливкой. Корпуса подшипников верхнего вала своими цапфами опираются на боковые продольные брусья, со стороны привода концы брусьев шарнирно уравновешиваются двумя рычажно-пружинными устройствами. В средней части вала брусья шарнирно опираются на вертикальную стойку рычажно-грузового уравновешивания. [1]
На рисунке 2 показан общий вид уравновешивающего устройства шпинделей стана кварто.
Рисунок 2 – Устройство уравновешивания шпинделей стана кварто
Устройство уравновешивания предназначено для уравновешивания верхнего и нижнего шпинделей универсальной клети.
Уравновешивание шпинделей – гидравлическое. Корпус цилиндра для уравновешивания нижнего шпинделя имеет сферическую опору, опирающуюся на плиту, вставленную в днище литой стойки, установленной на фундамент. Плунжер цилиндра, оканчивающийся сферой, упирается в сферическую опору подшипника нижнего шпинделя. В корпуса подшипников шпинделей запрессованы валики, на концы которых через втулки со сферической наружной повнрхностью опираются корпусы и штоки двух цилиндров уравновешивания верхнего шпинделя.
Цилиндры уравновешивания во время работы постоянно находятся под давлением и поднимают шпиндели при подъеме валков клети кварто. Для ограничения подъема штоков цилиндров при выведенных из клети валках предназначены тяги с прорезями, охватывающие цилиндрические штифты, запрессованные: для нижних тяг в стойку, для верхних тяг – в нижнюю балку. Стопорение шпинделей во время перевалки валков осуществляется отсечкой рабочей жидкости в цилиндрах уравновешивания.
Такая конструкция устройства уравновешивания шпинделей применена в шпиндельных соединениях универсальных клетей кварто толстолистовых станов ряда заводов, а также в шпиндельном соединении клети кварто среднелистового стана. [2]
На рисунке 3 показано уравновешивание шпиндельного соединения тяжелонагруженных сортопрокатных станов.
Рисунок 3 – Шпиндельное соединение для тяжелонагруженных сортопрокатных станов
Шпиндельное соединение содержит два шпинделя с шарнирами универсального типа на вкладышах скольжения, шпиндельный стул и устройства, обеспечивающие уравновешивание и перемещение шпинделей, перевалку рабочих валков и смазывание узлов трения шпинделей.
Ведомый шарнир каждого шпинделя снабжен упруго-компенсирующим звеном: подпружиненным телескопическим штоком со сферическими клапанами на концах. Шток установлен в полости лопасти враспор на "сухарь" шарнира. Распорное усилие, создаваемое штоком между лопастью и вилкой через "сухарь" и вкладыши, обеспечивает выборку зазоров в шарнирах шпинделей при работе на холостом ходу и, тем самым, практически исключается этот фактор как источник динамических нагрузок и вибрации валопровода в моменты захвата раската рабочими валками и его выхода из валков. При работе шпиндельных соединений отсутствуют удары и вибрация в момент захвата и выхода раската, а также при холостом ходе.
Каждый шпиндель снабжен подшипниковым узлом с двухрядным коническим подшипником качения, расположенным в расчетном центре уравновешиваемой массы шпинделя. Подшипниковые узлы снабжены пружинными амортизаторами, с помощью которых шпиндели опираются на плунжеры гидроцилиндров уравновешивающих устройств. Корпус подшипникового узла имеет две плоскопараллельные направляющие, обеспечивающие возможность перемещений шпинделя в вертикальных направляющих шпиндельного стула, предотвращающих разворот корпусов при работе и боковой завал шпинделей при перевалках рабочих валков.
Приемлемая степень уравновешенности шпинделей достигается регулированием давления рабочей среды в гидроцилиндрах уравновешивающих устройств. [3]
На рисунке 4 показано пружинное уравновешивание шпинделей прошивного стана трубопрокатного агрегата.
Рисунок 4 – Конструкция пружинного уравновешивания шпинделей прошивного стана
Устройство состоит из взаимно-центрованных трубчатых стоек с установленными на них барабанами. Между барабанами установленно девять пружинных батарей. На стойке выполнена нарезка, по которой может перемещаться гайка. Перемещение гайки производится вручную через червячный редуктор. Изменяя положение гайки относительно стойки, можно менять натяжение пружин, изменяя тем самым коэффициент уравновешивания шпинделя. Большая длина пружин позволяет получить небольшое изменение коэффициента уравновешивания шпинделя при изменении угла наклона рабочих валков прошивного стана 3° 35′ до 12°, что соответствует перемещению стойки на 145мм.
Особенностью пружинного уравновешивающего устройства является возможность регулировки степени уравновешивания шпинделя при любом его положении. [2]
На рисунке 5 показано уравновешивающее устройство шпинделей станов холодной прокатки.
Рисунок 5 – Конструкция гидравлического уравновешивающего устройства шпинделей станов холодной прокатки
Использование: изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для соединения рабочего валка прокатной клети со шпинделем в основном на непрерывных станах холодной прокатки полосы, где вибрация шпинделей отрицательно влияет на качество проката.
Сущность: в устройстве для соединения прокатного валка со шпинделем, содержащем шейку валка – треф, на которую одета муфта шпинделя, лопатку, расположенную на трефе валка, подвижные клинья и два сменных сегмента центровки в муфте шпинделя, продольные половинки муфты шпинделя представляют собой подвижные клинья, выполненные за одно целое с половинками сегментов центровки шпинделя в виде двух полуокружностей с возможностью перемещения, при этом на муфте шпинделя установлена обойма с пакетом пружин, а на рычагах уравновешивающего устройства шпинделя установлены гидроцилиндры перемещения подвижной обоймы с пакетом пружин с приложением усилий строго по оси шпинделя независимо от его положения. Устройство обеспечивает увеличение срока службы шпинделя и повышение качества проката. [4]
На рисунке 6 показано устройство для уравновешивания шпинделей прокатных станов.
Рисунок 6 – Устройство для уравновешивания шпинделей прокатных станов
В устройстве для уравновешивания шпинделей прокатных станов, включающем шпиндельный стул, подпружиненные подшипниковые опоры шпинделей, гидроцилиндры их уравновешивания и червячно-винтовой механизм вертикального перемещения шпинделей, шпиндельный стул выполнен в виде двух вертикальных стоек швеллерообразного поперечного сечения, образуемых стенками с наружными и внутренними ребрами жесткости, обращенными к оси шпинделей, между стойками с возможностью вертикального перемещения установлены две кассеты, удерживающие верхний и нижний шпиндели, кассеты выполнены коробчатой формы с вертикальными стенками, имеющими прямоугольное поперечное сечение по периметру, на угловых участках наружных поверхностей стенок кассет закреплены вертикальные планки, контактирующие с ответными планками, закрепленными на внутренних поверхностях вертикальных стоек шпиндельного стула, на внутренних поверхностях угловых участков стенок кассет также закреплены планки, между которыми по обе стороны от оси шпинделей ей параллельно с возможностью вертикального перемещения установлены траверсы, в которых своими цапфами установлены корпуса подшипниковых опор шпинделей, траверсы подвешены на тягах, попарно расположенных по обе стороны от оси шпинделей и опирающихся через пружины на горизонтальные полки, выполненные на верхних торцах в углах кассет, на наружных поверхностях боковых стенок кассет выполнены ступицы, в которых запрессованы цапфы, ступицы расположены в прорезях, выполненных в стенках вертикальных стоек шпиндельного стула, между цапфами кассет установлены двухплунжерные гидроцилиндры, у которых нижние плунжеры выполнены большего диаметра, чем верхние, и шарнирно соединены с цапфами кассеты нижнего шпинделя, а на верхние плунжеры своими цапфами свободно опирается кассета верхнего шпинделя, червячно-винтовой механизм вертикального перемещения шпинделей установлен под кассетой нижнего шпинделя, причем на нижнем торце кассеты выполнена упорная перемычка, с которой через упорный подшипник взаимодействует винт червячно-винтового механизма.
Такая конструкция обеспечивает повышение качества прокатываемого металла, надежности валков и шпинделей, сокращение простоев и повышение производительности прокатного стана, сокращение расхода смазки, уменьшение загрязнений окружающей среды и улучшение экологической обстановки в прокатных цехах. [5]
На рисунке 7 показанно устройство для уравновешивания шпинделей прокатных станов.
Рисунок 7– Устройство для уравновешивания шпинделей прокатных станов
Устройство включает шпиндельный стул с установленными на нем гидроцилиндрами уравновешивания шпинделей и пружинами, которые удерживают траверсы с подшипниками. Шпиндельный стул выполнен в виде двух тумб с полками. На полках одной из тумб закреплены гидроцилиндры, на полках другой – пружины. Траверсы шарнирно подвешены на тягах, опирающихся с одной стороны на пружины, с другой – на штоки гидроцилиндров. В проеме между тумбами установлена подъемная каретка, в которой смонтированы перевалочные опоры верхнего и нижнего шпинделей. Вертикальное перемещение каретки осуществляется с помощью перевалочных гидроцилиндров. Положение опоры верхнего шпинделя по высоте регулируется с помощью регулировочных винтов.
Такая конструкция обеспечивает повышение качества прокатываемого металла, долговечности прокатных валков, надежности шпинделей и производительности прокатного стана. [6]
На рисунке 8 дан общий вид шпиндельного устройства с пружинным
уравновешиванием шпинделей четырехвалкового стана 2500 холодной прокатки.
Рисунок 8 – Шпиндельного устройства с пружинным
уравновешиванием
Шпиндели изготовлены из кованой высокопрочной стали марки ЗОХГВТ. Баббитовые подшипники уравновешивающего устройства и шарниры шпинделей смазываются густой смазкой, подаваемой через осевые и радиальные отверстия, соединенные с системой централизованной автоматической густой смазки.
За последние годы разработано несколько удачных конструкций универсальных шарниров на подшипниках качения по типу карданных валов автомобилей. Трудности, связанные с применением таких шарниров для передачи больших крутящих моментов до 2 – 3 МН·м шпинделями прокатных станов, ограничены в настоящее время только недостаточной грузоподъемностью подшипников качения. Опыт эксплуатации таких шпинделей на прокатных станах при передаче крутящих моментов до 1,2 МН·м дал вполне удовлетворительные результаты. [7]
Литература
1. Прокатное производство.Учебник для вузов.3-е изд.Полухин П.И.,Федосов Н.М.,Королев А.А.,Матвеев Ю.М., М.: "Металлургия", 1982, 696с.
2. Прокатные станы.Под редакцией инж. Г.Л.Химича, Москва 1961, 132с.
3. Оборудование сортовых и толстолистовых прокатных станов. Сборник научных трудов. Под редакцией В.Г.Дрозда и Л.М.Боброва, Москва 1989, 251с.
4. Патент РФ № 2136417. Устройство соединения прокатного валка со шпинделем. В 21 В 35/14 /Степанов А.А., Абраменко В.И., Горелик П.Б., Смирнов В.П., Пинский Г.И., Опубл. 10.09.1999
5. Патент РФ № 2154540. Устройство для уравновешивания шпинделей пркатных станов В 21 В 35/14 /Плахтин В.Д., Кольцов В.П., Модеев В.Ф., Голинко В.Н., Опубл. 20.08.2000
6. Патент РФ № 2165322. Устройство для уравновешивания шпинделей пркатных станов В 21 В 35/14 /Плахтин В.Д., Модеев В.Ф., Ильин С.В., Фришман С.И., Опубл. 20.04.2001
7. Королев А.А. Механическое оборудование прокатных и трубных цехов. Учебник для вузов.– 4-е изд., перераб. и доп. – М.:Металлургия, 1987, 480с.
