вводная роликовая коробка (ее варианты)

Формула изобретения

1. Вводная роликовая коробка, содержащая корпус с размещенными в нем роликодержателями и роликами, установленными на оси посредством подшипников, при этом роликодержатели снабжены продольными, а ось - сообщающимися осевыми и поперечными каналами, отличающаяся тем, что ролик и ось выполнены сборными, ролик из симметрично расположенных ступиц, изготовленных из легкосплавного материала, образующих в месте соединения по наружной поверхности канавку, в которой установлено кольцо с калибром, выполненное из износостойкого материала, толщина которого соизмерима с шириной калибра, и втулки, размещенной в отверстии ступиц, а ось дополнительно снабжена втулкой с отверстием, совмещенным с поперечным отверстием оси, кроме того, между торцами ролика и роликодержателями установлены керамические шайбы, при этом втулки изготовлены из высокопрочной технической керамики и образуют подшипник скольжения, а составные части ролика и оси жестко скреплены между собой, например, эпоксидным клеем.

2. Вводная роликовая коробка, содержащая корпус с размещенными в нем роликодержателями и роликами, установленными на оси посредством подшипников, при этом роликодержатели снабжены продольными, а ось - сообщающимися осевыми и поперечными каналами, отличающаяся тем, что ролик выполнен сборным из симметрично расположенных ступиц, изготовленных из легкосплавного материала, образующих в месте соединения по наружной поверхности канавку, в которой установлено кольцо с калибром, выполненное из износостойкого материала, толщина которого соизмерима с шириной калибра, и втулки, выполненной из высокопрочной технической керамики, размещенной в отверстии ступиц, а ось по образующей поверхности снабжена алмазоподобным слоем на основе углерода, кроме того, между торцами ролика и роликодержателями установлены керамические шайбы, при этом составные части ролика жестко скреплены, например, эпоксидным клеем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано в конструкции прокатных станов, преимущественно для чистовых клетей сортового или проволочного станов.

Стабильная и бесперебойная прокатка в значительной степени зависит от качества и конструкции привалковой арматуры, в частности вводной роликовой коробки.

Известна вводная роликовая коробка (см. а.с. СССР МКИ: В 21 В 39/16 407602), которая содержит направляющие пропуски и роликодержатели с установленными в них на подшипниках качения роликами. Ролик выполнен со ступицей, установленной во внутренних кольцах подшипников, а в роликах смонтированы наружные кольца подшипников.

К недостаткам известной роликовой коробки можно отнести то, что роликодержатели на подшипниках достаточно быстро изнашиваются, а ролики являются металлоемкими.

Также известна вводная роликовая коробка (см. а.с. СССР 1570815 МКИ: В 21 В 39/16), в которой внутри корпуса шарнирно установлены роликодержатели с роликами, образующими замкнутый профиль, оси роликов расположены под углом 45^o к оси роликодержателей, а образующие бочки роликов сопряжены с торцами смежных роликов.

Данное техническое решение направлено на повышение производительности путем сокращения времени на настройку.

Наиболее близкой по технической сути и достигаемому результату к заявляемой является вводная роликовая коробка, разработанная немецкой фирмой Morgardshammar, поставляемая со станами SKET на Украину (Вводная роликовая коробка чертеж 11-128-150 СБ чистового блока клети 170. Проволочный стан 150. - Криворожсталь).

Эта вводная коробка содержит корпус, в котором шарнирно на осях закреплены два роликодержателя, на которых установлены на подшипниках качения ролики, имеющие на наружной образующей поверхности калибр, соответствующий калибру предыдущей клети. Между роликодержателями в пазах корпуса закреплены пропуски с тем же калибром на рабочем участке. Ролик установлен на подшипниках качения. Между подшипниками качения, в отверстии ролика, установлено дистанционное кольцо, положение которого определяется разрезным пружинным кольцом, расположенным в канавках отверстия ролика и образующей поверхности дистанционного кольца. Между внешними обоймами подшипников и дистанционным кольцом установлены тарельчатые пружинные кольца, предназначенные для выбора зазора между торцами подшипников и стенками паза роликодержателя. Подшипники в отверстии ролика установлены с гарантированным натягом. Собранный с подшипниками ролик представляет собой неразъемное соединение. Следует подчеркнуть, что современные проволочные и мелкосортные станы работают с высокими скоростями. Так, например, на стане 150 фирмы SKET скорость прокатки на чистовых клетях достигает 30...50 тыс. 1/мин. В связи с этим роликового узла хватает для прокатки 400...5000 т металла.

Основным недостатком известного технического решения является малый ресурс работы вводной роликовой коробки. Это обусловлено достаточно быстрым износом направляющего калибра ролика и подшипников качения, которые работают в запредельном режиме. Кроме того, малая разница размеров наружного диаметра ролика и диаметра отверстия под подшипники, а также сложная конфигурация ролика не позволяют использовать для его изготовления, например, твердых сплавов либо керамики.

Задачей предлагаемого технического решения является увеличение ресурса работы вводной роликовой коробки за счет нового конструктивного выполнения роликового узла, позволяющего применять новые, более износостойкие материалы, уменьшать массу ролика, снижать нагрузку в месте сопряжения ролика с осью.

Поставленная задача достигается тем, что в вводной коробке, по первому варианту, которая содержит корпус с размещенными в нем роликодержателями и роликами, установленными на оси посредством подшипников, при этом роликодержатели снабжены продольными, а ось - сообщающимися осевыми и поперечными каналами. Согласно изобретению ролик и ось выполнены сборными, ролик из симметрично расположенных ступиц, изготовленных из легкосплавного материала, образующих в месте соединения по наружной поверхности канавку, в которой установлено кольцо с калибром, выполненное из износостойкого материала, толщина которого соизмерима с шириной калибра, и втулки, размещенной в отверстии ступиц, а ось дополнительно снабжена втулкой с отверстием, совмещенным с поперечным отверстием оси, кроме того, между торцами ролика и роликодержателями установлены керамические шайбы, при этом втулки изготовлены из высокопрочной технической керамики и образуют подшипник скольжения, а составные части ролика и оси жестко скреплены между собой, например, эпоксидным клеем. Согласно второму варианту изобретения ось вводной роликовой коробки по образующей поверхности снабжена алмазоподобным слоем на основе углерода вместо втулки (по первому варианту).

Объединение двух технических решений в одну заявку связано с тем, что два данных устройства решают одну и ту же задачу - увеличение ресурса работы вводной роликовой коробки принципиально одним и тем же путем - изменением конструкции роликового узла, которые являются равноценными для решения поставленной задачи, но не могут быть объединены обобщающим параметром.

Заявляемые технические решения отличаются от прототипа тем, что ролик, а в одном из вариантов и ось роликового узла выполнены сборными. Это позволяет быстроизнашивающиеся части узла изготавливать из износостойких материалов. Так, изготовление кольца с калибром из износостойкого материала, например из металлокерамики или карбидостали, позволяет уменьшить интенсивность износа калибра на порядок. Замена подшипника качения на подшипник скольжения, опорные детали которого выполнены из высокопрочной технической керамики, например керамики на основе окиси циркония, стабилизированного окисью иттрия, которая обладает очень низким коэффициентом трения, дает возможность в той же степени увеличить срок службы подшипника. Кроме того, замена подшипника качения на подшипник скольжения позволяет уменьшить радиальные размеры его элементов и приводит к снижению до трех раз линейной скорости при той же частоте вращения ролика.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом позволил заключить, что предлагаемый роликовый узел нов конструктивно. Так, в нем исключено разрезное пружинное кольцо, расположенное в канавках отверстия ролика, выполнение которых сопряжено с высокой точностью и соответственно сложностью. Подшипник качения заменен на подшипник скольжения. Для восприятия осевых нагрузок, возникающих в роликовом узле на оси, между роликом и роликодержателем установлены керамические шайбы, фиксирующие ролик в осевом направлении. Кроме того, тщательно подобран материал, из которого выполнены отдельные части роликового узла. Следовательно, можно заключить, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Известны технические решения (см. пат. Франции 2047741 F 16 C 17/00, 1971; а.с. СССР 976758, F 16 C 17/00), в которых описаны подшипники скольжения с газовой смазкой, содержащие подвижные и неподвижные опорные элементы. Кроме того, в а.с. СССР 976758 рабочая поверхность подвижного опорного элемента выполнена с покрытием нитрида титана, а рабочая поверхность неподвижного опорного элемента выполнена с алмазоподобным покрытием на основе углерода. Покрытие нитридом титана имеет низкий коэффициент трения, однако не обеспечивает высокой износостойкости по сравнению с предложенным авторами керамическим материалом. Кроме того, в заявляемом устройстве обе трущиеся поверхности подшипника скольжения предложено выполнять из керамики с очень низким коэффициентом трения. Исследования триботехнических свойств различных видов керамик, приведенные в книге "Керамические инструментальные материалы / Г.Г. Гнесин, И.И. Осипова, Г.Д. Ронталь и др./ Под ред. д.т.н. Г.Г. Гнесина. - К. : Техника, 1991 - 388с., показывают, что наибольшую износостойкость обеспечивает оксидная керамика, среди которых керамика на основе циркония ZrO₂ имеет наименьший износ. Так, сравнительная диаграмма объемного износа пары трения керамика - сталь AlSi (с. 211) показывает, что керамика на основе ZrO₂ обеспечивает наименьший объемный износ как керамики, так и стали. Таким образом, в заявляемом устройстве предложена новая конструкция роликового узла с новым сочетанием элементов и материалов, из которых изготовлены отдельные его части. Следовательно, учитывая совокупность существенных отличительных признаков предложенного технического решения, можно сделать вывод о соответствии его критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлено поперечное сечение вводной роликовой коробки.

На фиг. 2 приведен роликодержатель с роликовым узлом в разрезе (первый вариант).

На фиг. 3 приведен другой вариант исполнения роликового узла в разрезе.

Вводная роликовая коробка содержит корпус 1 (фиг. 1), в котором шарнирно установлены роликодержатели 2. В пазу роликодержателей установлены составные ролики 3 на оси 4. В пазах корпуса 1 установлены пропуски 5. Ролик 3 (фиг. 2) выполнен сборным, состоящим из двух симметрично расположенных ступиц 6, изготовленных из легкосплавного материала, образующих в месте соединения по наружной поверхности канавку, в которой установлено кольцо 7 с рабочим калибром, выполненное из износостойкого материала, толщина которого на 1-2 мм больше ширины направляющего калибра. В отверстии ступиц 6 установлена керамическая втулка 8, изготовленная из двуокиси циркония ZrO₂. Ролик размещен на сборной оси, состоящей из собственно оси 4, втулки 9, состоящей из двух керамических втулок, установленных неподвижно с зазором 10 между собой, и двух стальных втулок 11. Между торцами втулки 8 и роликодержателем 2 на оси 4 установлены керамические шайбы 12, фиксирующие ролик 3 в осевом направлении. В оси 4 выполнены сообщающиеся между собой каналы - один вдоль оси 13, а другой поперек 14. Кроме того, канал 13 сообщается с каналом 15, выполненным в роликодержателе 2, через камеру 16, замкнутую крышкой 17. На фиг. 3 приведен другой вариант выполнения вводной роликовой коробки, согласно которому ось 4 изготовлена из стали с нанесенным на нее алмазоподобным слоем 18 на основе углерода по образующей поверхности, т.е. на поверхности сопряжения с роликом 3, в котором имеется керамическая втулка 8. Все сборные элементы ролика 3 и сборной оси (по первому варианту) соединены между собой клеем.

Устройство предназначено для обеспечения ввода переднего конца проката в рабочий калибр валков и работает следующим образом. Прокатываемая заготовка входит в коническое отверстие, образуемое двумя пропусками 5, которое, плавно сужаясь, оканчивается цилиндрическим участком по сечению, идентичным профилю калибра предыдущей клети. Пропуски 5 обеспечивают гарантированный ввод переднего конца проката в калибр роликовой проводки, образуемой двумя роликами 3, которые располагаются в непосредственной близости от рабочих валков и обеспечивают ввод переднего конца в калибр рабочих валков. Ролики 3 работают в тяжелых условиях. В момент входа проката в калибр роликов они испытывают удар, затем разгоняются до установившегося режима. Во время неустановившегося процесса происходит проскальзывание, что является основной причиной их износа.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Через канал 15 подается сжатый воздух, который поступает в зазор между керамическими втулками 8 и 9 по каналам 13 и 14 и далее через зазор 10. Сжатый воздух создает разделительный слой между керамическими втулками, играя роль смазки, и, унося тепло, одновременно охлаждает их. Это обеспечивает более высокий ресурс работы подшипника скольжения.

Вводная роликовая коробка, оснащенная сборными роликами, рабочий участок которых изготовлен из карбидостали, ступицы из алюминиевого сплава марки В-95, а подшипник скольжения из керамики на основе двуокиси циркония успешно прошла испытания в прокатной кассете чистового блока проволочного стана - 150 на металлургическом комбинате "Криворожсталь". Ресурс работы роликовой коробки увеличился в 5-6 раз по сравнению со штатными коробками, за счет этого предложенное техническое решение обеспечивает стабильную и бесперебойную работу прокатного стана достаточно длительное время, кроме того, позволяет сделать процесс прокатки более экономичным, так как позволяет сократить время простоя стана, связанное со сменой роликовых вводных коробок.