устройство для подвески тяжелого корпуса

Формула изобретения

1. Устройство для подвески тяжелого корпуса, вращающегося вокруг, по существу, вертикальной оси, в частности вращающегося бункера, содержащее с одной стороны металлическую вращающеюся полосу, образующую кольцевую вращающуюся поверхность, а с другой стороны по крайней мере n металлических роликов, где n обозначает целое число больше 3, которые расположены с возможностью прижима к вращающейся поверхности и образуют опору для корпуса бункера, вращающегося вокруг, по существу, вертикальной оси, отличающееся тем, что оно снабжено сжимающимися упругими элементами, расположенными под металлической вращающейся полосой с возможностью упругой деформации вращающейся поверхности вокруг точек контакта (P_i) металлических роликов с вращающейся поверхностью, при этом сжимающиеся упругие элементы имеют размеры, при которых возникающие упругие деформации являются достаточными для обеспечения практически равномерного распределения веса тяжелого корпуса бункера по n роликам, компенсируя незначительные отклонения n роликов в положении относительно общей плоскости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упругие сжимающиеся элементы выполнены в виде металлической полосы с удлиненными отверстиями, параллельными вращающейся поверхности.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно включает несущую цилиндрическую обечайку, ось которой совпадает с осью вращения и которая имеет высокую жесткость, и кольцевой крепежный фланец, соединенный с нижним концом несущей цилиндрической обечайки, к которому прикреплена вращающаяся полоса, при этом несущая цилиндрическая обечайка имеет расположенные рядом с крепежным фланцем удлиненные отверстия, выполненные параллельно вращающейся поверхности.

4. Устройство по любому из пп.2 и 3, отличающееся тем, что в параллельно вращающейся поверхности выполнены по крайней мере два ряда удлиненных отверстий, при этом отверстия первого ряда смещены относительно отверстий второго ряда.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что отверстия второго ряда по вертикали расположены под промежутками между отверстиями первого ряда.

6. Устройство по любому из пп.2 - 5, отличающееся тем, что длина удлиненных отверстий соответствует длине дуги с углом меньше 10^o.

7. Устройство по любому из пп.2 - 6, отличающееся тем, что края удлиненных отверстий выполнены скругленными.

8. Устройство по любому из пп.2 - 7, отличающееся тем, что удлиненные отверстия расположены симметрично относительно оси вращения.

9. Устройство по любому из пп.3 - 8, отличающееся тем, что вращающаяся полоса в поперечном сечении выполнена полой.

10. Устройство по любому из пп.3 - 9, отличающееся тем, что вращающаяся полоса выполнена в виде n+1 угловых сегментов.

11. Устройство по любому из пп.3 - 10, отличающееся тем, что окружность контакта вращающейся полосы и роликов совпадает с проекцией поперечного сечения несущей цилиндрической обечайки.

12. Устройство по любому из пп.1 - 11, отличающееся тем, что вращающаяся поверхность представляет собой коническую поверхность, вершина конуса которой расположена на оси вращения, а наружная поверхность роликов выполнена выпуклой и скругленной.

13. Устройство по любому из пп.1 - 12, отличающееся тем, что оно включает опорную платформу, на которой жестко закреплены ролики, а вращающаяся поверхность прикреплена к вращающемуся корпусу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройству для подвески тяжелого корпуса, вращающегося вокруг по существу вертикальной оси, например, такого, как вращающийся бункер. В частности изобретение относится к устройству такого типа, которое имеет с одной стороны металлическую вращающуюся полосу, образующую кольцевую вращающуюся поверхность, а с другой стороны по крайней мере n роликов, где n представляет собой целое число больше трех, которые расположены такими образом, что они прижимаются к вращающейся поверхности и служат опорой для вращающегося корпуса.

В качестве примера такого устройства можно назвать устройство, описанное применительно к вращающемуся бункеру шахтной печи в US-A-4812100. Такой вращающийся бункер после загрузки весит несколько сот тонн. При использовании трех опорных роликов, расположенных под углом 120^o друг относительно друга, каждый ролик должен иметь такие размеры, чтобы он мог выдерживать приблизительно треть веса бункера. Очевидно, что на практике стремятся использовать ролики как можно меньшего размера. При этом, следовательно, количество роликов должно быть больше трех. Однако такая реализация связана с возникновением определенных проблем. Анализ конструкции бункера с четырьмя опорными роликами, расположенными под углом 90, показывает, что фактически вместо снижения размеров роликов, которые теоретически должны воспринимать каждый до 25% от веса бункера, размеры роликов приходится выбирать исходя из того, что на каждый ролик приходится по крайней мере до 50% веса бункера. Этот парадокс объясняется тем, что четыре ролика никогда не удается точно разместить в одной и той же плоскости.

В указанном выше документе проблема распределения веса бункера на более, чем три ролика, решается путем использования четырех пар роликов со специальной подвеской. Ролики каждой пары устанавливаются на оси, которая может поворачиваться вокруг радиальной оси, и каждый ролик крепится на своей собственной оси с помощью плавающих подшипников, снабженных пружинами.

Основным предметом настоящего изобретения является устройство описанного выше типа, которое является более простым, чем устройство, описанное в US-A-4812100, и которое при неравномерном распределении веса тяжелого корпуса позволяет существенно выровнять нагрузку, приходящуюся более, чем на три ролика.

В соответствии с настоящим изобретением эта цель достигается за счет использования упругих сжимающихся элементов, которые расположены под вращающейся полосой, поверхность вращения которой может при этом упруго деформироваться относительно точек ее контакта с роликами. Размеры этих упругих сжимающихся элементов выбираются, кроме того, так, чтобы указанные упругие деформации поверхности вращения были достаточными для того, чтобы они могли обеспечить выравнивание нагрузки от веса тяжелого корпуса по всем роликам, компенсируя тем самым незначительные отклонения в положении роликов относительно общей плоскости.

Преимущество настоящего изобретения заключатся в том, что оно позволяет создать подвеску с n роликами, которая имеет более простую конструкцию, чем подвеска, описанная в US-A-4812100, и которая гарантирует получение адекватных результатов с точки зрения распределения нагрузки по n роликам.

Такие упруго сжимающиеся элементы можно также выполнить в виде кольца, изготовленного из эластомерного материала и расположенного под металлической вращающейся полосой, образующей поверхность вращения. Однако отличительной особенностью настоящего изобретения является то, что предлагаемые в нем упруго сжимающиеся элементы целиком изготовлены из металла. В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения эти упруго сжимающиеся элементы выполнены в виде металлической полосы с удлиненными отверстиями, параллельными поверхности вращения. Следует подчеркнуть, что такое решение отличается простотой изготовления, практически не сопряжено ни с какими дополнительными затратами, не требует никакого обслуживания и ремонта и обладает прекрасными характеристиками с точки зрения получения необходимых упругих деформаций.

Предлагаемое в изобретении устройство предпочтительно выполняется в виде несущей цилиндрической обечайки, ось которой совпадает с осью вращения, на первом конце которой расположен обладающий высокой жесткостью кольцевой крепежный фланец, к которому крепится вращающаяся полоса. Несущая обечайка рядом с крепежным фланцем имеет удлиненные отверстия, параллельные поверхности вращения. В том случае, когда такое устройство используется для подвески вращающегося бункера, указанная несущая цилиндрическая обечайка является продолжением цилиндрической стенки бункера. Следует также отметить, что вращающуюся поверхность можно закрепить либо непосредственно на вращающемся корпусе бункера, либо на его несущей конструкции.

Другие преимущества и отличительные особенности изобретения представлены в подробном описании предпочтительного варианта выполнения изобретения, в котором в качестве примера рассмотрена конструкция вращающегося бункера шахтной печи, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено: на фиг. 1 - вид спереди шахтной печи, оборудованной вращающимся бункером с предлагаемым в изобретении устройством для его подвески; на фиг. 2 и 3 - схемы, иллюстрирующие проблему, которая лежит в основе изобретения; на этих чертежах в плане показаны соответственно устройства с тремя несущими роликами (фиг. 2) и с четырьмя несущими роликами (фиг. 3); на фиг. 4А и 4Б - плоские развертки системы подвески с четырьмя роликами, при этом на фиг. 4Б показана та же самая система, что и на фиг. 4А, но после ее выполнения согласно настоящему изобретению; на фиг. 5 - поперечное сечение вертикальной плоскостью предлагаемого в изобретении устройства для подвески показанного на фиг. 1 вращающегося бункера; на фиг. 6 - схематичное изображение с помощью двух диаграмм характера деформации поверхности вращения в предпочтительном варианте предлагаемого в изобретении устройства.

На фиг. 1 показана верхняя часть шахтной печи 10, оборудованной загрузочным устройством 12 с центральной подачей. Загрузочное устройство 12 содержит, в частности, вспомогательный бункер, обозначенный в сборе позицией 14.

Вспомогательный бункер вращается вокруг центральной оси 16 шахтной печи 10, обеспечивая симметричную подачу материала в расположенный под ним дозирующий бункер 15. Вспомогательный бункер 14 установлен на платформе 18, которая в свою очередь установлена на верхней раме 20. Последняя опирается на стенку 20 шахтной печи 10. Бункер 14 опирается на платформу 18 при помощи четырех установленных на нее роликов 24. Эти ролики 42 прижимаются к прочно закрепленной на бункере 14 и охватывающей его кольцевой вращающейся полосе 26.

На фиг. 1 показано также, что бункер 14 имеет верхнюю часть, образованную цилиндрической стенкой 28, и нижнюю часть, образованную конической стенкой 30. Вращающаяся полоса 26 крепится к нижнему краю цилиндрической стенки 28. Этот край слегка выступает вниз за плоскость, в которой цилиндрическая стенка 26 соединяется с конической стенкой 30. Такой бункер 14 загрузочного устройства 12 шахтной печи 10 весит в загруженном состоянии несколько сотен тонн. Этот вес должен восприниматься опорными роликами 24 и передаваться через платформу 18 и верхнюю раму 20 на стенку 22 шахтной печи 10.

Со ссылками на фиг. 2, 3 и 4А рассматривается проблема, которая лежит в основе настоящего изобретения. На фиг. 2 показаны три опорных ролика, расположенные под углом 120^o относительно друг друга. Оси вращения трех роликов пересекаются на оси 16. Очевидно, что в такой конструкции каждый из трех роликов 24₁, 24₂ и 24₃ передает третью часть общего веса бункера 14, если центр тяжести бункера расположен на оси 16. На первый взгляд, может показаться, что каждый из изображенных на фиг. 3 четырех роликов 24₁, 24₂, 24₃ и 24₄ должен передавать одну четвертую часть общего веса. Однако на практике этого не происходит. Связано это с тем, что четыре точки P₁, P₂, P₃ и P₄ роликов 24, которые представляют собой возможные точки контакта роликов 24₁, 24₂, 24₃ и 24₄ с вращающейся полосой 26, никогда не лежат в одной и той же плоскости. В результате этого вращающаяся поверхность прижимается только к трем роликам. На фиг. 4А, на которой изображена развертка в плоскость устройства, показанного на фиг. 3, только три ролика 24₁, 24₃ и 24₄ находятся в контакте с вращающейся поверхностью. На фиг. 3 показано, что проекция G центра тяжести бункера 14 лежит на полуоси [O,P₄] на расстоянии "e" от точки О. Нетрудно показать, что в этом случае реакции роликов составят: R₂ = 0; R₄ = (2e/D)P; R₁ = R₃ = (P/2)(1-e/D), где D обозначает диаметр вращающейся окружности 32.

Поскольку обычно отношение e/D очень мало (иными словами, мало радиальное смещение центра тяжести G бункера 14 от оси О), то размер каждого из четырех роликов должен выбираться исходя из того, что на каждый ролик приходится по крайней мере 50% от общего веса бункера. Необходимо отметить, что полученный результат основан на том, что вращающаяся полоса 26, которая крепится к нижней передней поверхности цилиндрической обечайки 28 с вертикальной осью, рассматривается как абсолютно жесткая балка. Иными словами, предполагается, что вращающаяся полоса теоретически не имеет никаких деформаций.

На фиг. 4Б показана выполненная по настоящему изобретению подвеска с четырьмя такими же, как и на фиг. 4А, роликами. Следует подчеркнуть, что в этой подвеске вращающаяся полоса 26 закреплена на упруго сжимающемся элементе 32 таким образом, что вращающаяся поверхность 34 вращающейся полосы 26 может упруго деформироваться относительно ее точек контакта P_i с роликами 24_i. Размеры всей системы, состоящей из вращающейся полосы 26 и упруго сжимающегося элемента 32, определяются специальным расчетом таким образом, чтобы местные упругие деформации вращающейся поверхности 34 в местах расположения роликов 24_i были достаточными для выравнивания неравномерно распределенной нагрузки от веса бункера 14 по всем четырем роликам 24_i. За счет предварительного выбора определенных размеров соответствующих элементов с расчетом местных деформаций вращающаяся поверхность 34 будет изгибаться под роликами 24₁ и 24₃, реакции R₁ и R₂ которых согласно фиг. 4А составляют около 50% от общего веса бункера 14. За счет этих местных деформаций стенка 28 на участке между роликами 24₁ и 24₃ слегка опустится. В результате этого в контакт с вращающейся поверхностью 34 войдет ролик 24₂. Одновременно произойдет существенное перераспределение веса бункера по всем четырем роликам. Иными словами, элемент. 32 придает металлической вращающейся полосе 26 способность упруго деформироваться и компенсировать за счет местных деформаций погрешности от неплоскостности расположения четырех роликов 24_i, обеспечивая тем самым лучшее распределение веса бункера 14 по четырем роликам 24_i.

На фиг. 6 показан элемент сжимающейся полосы 32, расположенный между вращающейся полосой 26 и почти абсолютно жесткой цилиндрической стенкой 28. Нетрудно заметить, что сжимаемость полосы 32 обеспечивается простым выполнением в цилиндрической стенке 28 рядом с вращающейся полосой 26 удлиненных отверстий 40, параллельных вращающейся поверхности 34. Эти отверстия 40 распределены в стенке 28 симметрично относительно оси вращения предпочтительно в двух расположенных один над другим рядах. Следует отметить, что удлиненные отверстия 40 верхнего ряда смещены относительно удлиненных отверстий нижнего ряда и полностью перекрывают поверхность стенки между соответствующими отверстиями нижнего ряда. Эффект, создаваемый при таком расположении удлиненных отверстий, можно объяснить с помощью схем А и Б, показанных на фиг. 6.

На показанных на фиг. 6 схемах А и Б элемент 32 моделируется двумя идеальными балками 34" и 42", расположенными одна над другой. Балка 34" моделирует с точки зрения возникающих деформаций вращающуюся поверхность 34. Балка 42" моделирует с точки зрения возникающих деформаций ту часть материала 42", которая расположена между двумя рядами удлиненных отверстий 40. Балка 34" прижимается к балке 42" через две упругие опоры 44. Последние представляют собой зоны (т. е. материал стенки) между отверстиями 40 нижнего ряда. Эти зоны в вертикальном направлении расположены ниже отверстий 40 верхнего ряда и упруго деформируются в направлении этих удлиненных отверстий. Балка 42" прижимается к жестким опорам 46. Последние представляют собой материал стенки 28, расположенный по вертикали над отверстиями 40 нижнего ряда.

На схеме А две эквивалентные балки 34" и 42" изображены в недеформированном состоянии (реакция R = 0). На схеме Б показаны деформации двух эквивалентных балок 34" и 42" при вертикальном нагружении по линии жесткой опоры 46 балки 34" большой сосредоточенной нагрузкой R_max. Нетрудно заметить, что под действием этой нагрузки благодаря наличию отверстий 40 первого ряда балка 34" между опорами 44 свободно деформируется. При этом жесткая опора 46, которая моделирует почти абсолютно жесткую стенку 28 над этим отверстием, практически не деформируется. Кроме того, при этом под действием нагрузки R благодаря наличию отверстий 40 верхнего ряда происходит упругая просадка упругих опор 44. Сумма двух последних деформаций определяет величину местной деформации вращающейся поверхности в точке контакта P_i от действия сосредоточенной силы R. Следует подчеркнуть, что математическое моделирование такой конструкции с удлиненными отверстиями с использованием, например, метода конечного элемента позволяет прийти к выводу о том, что местные упругие деформации вращающейся поверхности 32 могут достигать таких значений, которые в определенных конкретных случаях могут оказаться вполне достаточными для значительно выравнивания веса по роликам, если бункер описанного выше типа опирается более, чем на три ролика. Такое математическое моделирование конструкции с удлиненными отверстиями позволяет также дать определенные рекомендации относительно выбора размеров удлиненных отверстий 40. С учетом конкретных ограничений, связанных с изготовлением удлиненных отверстий, эти рекомендации можно сформулировать следующим образом: форма отверстий: прямоугольные со скругленными краями; размеры отверстий: длина отверстия должна предпочтительно быть равна длине дуги, соответствующей углу меньше 10^o окружности цилиндрической стенки; высота отверстия должна быть равна приблизительно одной четвертой части его длины; расположение отверстий: отверстия должны быть расположены в двух рядах друг над другом; расстояние между отверстиями одного ряда должно составлять приблизительно 80% от длины отверстия; отверстия второго ряда должны быть расположены симметрично по отношению к плоскости симметрии двух отверстий первого ряда.

Следует подчеркнуть, что специалист, используя, например, для моделирования метод конечного элемента, легко может определить необходимые размеры отверстий для каждого конкретного случая применения предлагаемого устройства.

Другие существенные отличительные особенности предлагаемого устройства описаны далее со ссылкой на фиг. 5, на которой в поперечном сечении в увеличенном масштабе показан обведенный на фиг. 1 окружностью участок V бункера 14. Как показано на фиг. 5, к деформируемому элементу 32 приварен кольцевой крепежный фланец 50. К крепежному фланцу 50 привернута вращающаяся полоса 26. Вращающуюся полосу целесообразно выполнить в виде пяти угловых секторов с углом охвата 72^o. При этом одновременно два ролика никогда не будут контактировать с одним сектором вращающейся полосы и никогда два ролика одновременно не окажутся расположенными на участках стыка секторов. Такое выполнение вращающейся полосы 26 из n+1 секторов оказывает положительное влияние на характер воздействия роликов на вращающуюся поверхность 34 с точки зрения ее деформируемости. Для более легкой и точной установки отдельных сегментов вращающейся полосы на фланце используется кольцевая канавка 52. Сегменты во время работы могут изнашиваться и по мере износа их требуется периодически менять. Вращающаяся полоса 26 образует коническую вращающуюся поверхность 34. Вершина конуса, который образует эту поверхность, расположена ниже вращающейся поверхности и лежит на оси 16 вращения. Следует также отметить, что в поперечном сечении вращающуюся полосу 26 целесообразно выполнить полой. Вращающиеся поверхности роликов 24 выполнены скругленными, благодаря чему контакт роликов 24 с конической вращающейся поверхностью 34 вдоль окружности контакта носит по существу точечный характер. Для оптимальной передачи усилий на деформируемый элемент 32 эта окружность контакта должна совпадать с проекцией средней линии поперечного сечения цилиндрической стенки 28 на вращающуюся поверхность.

Для специалиста в данной области техники очевидно, каким образом на основе изложенной в настоящем изобретении информации можно выполнить конструкцию с более, чем четырьмя роликами. В устройстве, выполненном по типу устройства, показанного на фиг. 1, предпочтительно использовать четыре пары роликов, расположенных под углом 90 друг относительно друга. Эти пары роликов устанавливаются на платформе 18 в четырех наиболее жестких ее местах, т. е. в узлах опирающейся на верхнюю раму 20 платформы 18.

Предлагаемая в настоящем изобретении подвеска была рассмотрена выше применительно к вращающемуся бункеру. Следует, однако, подчеркнуть, что она может быть использована для подвески и других вращающихся вокруг оси тяжелых корпусов (например, емкости, вращающегося подающего лотка, вращающейся платформы и т.д.), когда для уменьшения нагрузки на ролик используют больше трех опорных роликов.