устройство для установки взаимного углового положения валков в прокатной клети

Формула изобретения

Устройство для установки взаимного углового положения валков в прокатной клети, содержащее шпиндель с шарнирной муфтой соединения с валом шестеренной клети, регулировочную зубчатую муфту соединения шпинделя с рабочим валком, зубчатая втулка которой выполняется с кольцевой проточкой критического сечения и устанавливается на валу шпинделя, отличающееся тем, что для снижения затрат на ликвидацию аварийной поломки шпиндельного привода зубчатую втулку выполняют с одного конца с внутренним зубчатым участком для соединения с шейкой валка, а с другого конца - с наружным для соединения с внутренним зубчатым участком обоймы, снабженной цилиндрической проточкой для соединения с валом шпинделя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области прокатного производства, преимущественно к станам периодической прокатки, например, к станам горячей пилигримовой прокатки труб.

Технология горячей пилигримовой прокатки труб и оборудование для ее осуществления описаны в ряде литературных источников, например, в работе [1].

Деформация гильзы в трубу на пилигримовом стане осуществляется в валках с периодически изменяющимся калибром [1] (с.77...81, рис.38). Для получения труб с точными размерами толщины стенки необходимым условием является одновременное прохождение через линию центров валков начальных радиусов R₀ ручьев валков [1] (с.78, рис.33) - радиусов, с которых начинается обжимная зона калибра валков, выполняемая с постоянно изменяющимся радиусом. В процессе прокатки образуется увеличивающееся несовпадение нулевых радиусов валков, так называемое расхождение нулевых точек, что снижает качество труб. Непосредственной причиной расхождения нулевых радиусов валков является износ контактных поверхностей трефов, скручивание тела шпинделя. Нижний шпиндель передает момент прокатки на 15-20% больший, чем верхний, следовательно, его износ, что подтверждает практика, больше. В итоге нижний валок отстает от верхнего на величину износа. Пиковый характер нагрузок при горячей пилигримовой прокатке, когда давление металла на валки достигает 1000 тн, приводит не только к износу шпиндельных соединений, к расхождению нулевых радиусов валков, но и к поломке самих шпинделей.

Из вышесказанного понятна актуальность создания шпиндельного устройства для передачи момента прокатки на валки, позволяющего регулировать угловое положение валков, предохранять шпинделя от поломки и снижать время ремонтно-восстановительных работ при их аварийной поломке.

В работе [1], рис.44, представлены типовые соединительные шпиндели пилигримовых валков, где соединение шпинделя и валка осуществляется трефовыми муфтами. Отсутствие защиты от перегрузок приводит к поломке трефов шпинделя, требует значительного времени (до 2^х часов) на их демонтаж и монтаж новых шпинделей, на установку валков в прокатной клети. В описании конструкции шпинделей нет сведений о возможности регулирования расхождения валков, хотя из практики известно, что оно осуществляется установкой прокладок под вкладыши шарнирной муфты, соединяющей шпиндель с валом шестеренной клети. Величина снижения расхождения валков при этом незначительна (0,5÷1°) и малоэффективна.

Известно техническое решение, направленное на защиту тела шпинделя от поломки, описанное в работе [2]. По этому решению для защиты шпинделей от поломки между шестеренной клетью и валом пильгермотора установлен брехшпиндель. В этой же работе показана низкая эффективность такой защиты, так как не учитывается неравномерность распределения моментов между шпинделями. По этой причине более нагруженный (нижний) шпиндель при перегрузке разрушается, а брехшпиндель остается целым.

В работе [3] представлено более эффективное предохранительное устройство в виде фланцевой муфты соединения валка со шпинделем. Разрушаемым элементом фланцевой муфты является шпонка. Положительным, на наш взгляд, в данном решении нужно признать установку защиты непосредственно на шпинделе, недостатком - низкая стойкость шпоночного соединения. При периодически возникающих пиковых нагрузках на шпинделе образуются увеличивающиеся зазоры шпоночного соединения, что приведет к срезу шпонки при допустимом моменте прокатки.

Известно устройство для компенсации биения валков в прокатной клети по описанию изобретения к авторскому свидетельству [4]. Как следует из этого описания, установка взаимного углового положения валков в прокатной клети достигается тем, что в устройстве, содержащем шестеренную клеть, шпиндель с полумуфтами и регулирующую муфту, соединяющую один из валов шестеренной клети со шпинделем, вал шестеренной клети и муфты имеют несколько шпоночных пазов, причем втулка имеет на один паз больше, чем сопрягаемый с нею вал. Точность установки взаимного углового положения валков по данному решению зависит от числа шпоночных пазов. Однако, чем больше пазов, тем меньше рабочее сечение шпонки, тем меньше момент прокатки, который можно передать на валки. Отсутствие защиты шпинделей от поломок ставит под сомнение работоспособность описанного устройства.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (аналогом) является шпиндельный привод прокатных валков, описанный в работе [5]. В этой работе на стр.110, 111 представлено конструктивное решение по соединению шпинделя с валком с помощью зубчатой муфты. Зубчатая муфта содержит зубчатую втулку и зубчатую обойму. Зубчатая втулка посажена на вал шпинделя и снабжена наружным зубчатым участком для внутреннего зацепления с обоймой. Обойма муфты содержит два зубчатых участка с внутренним расположением: один для зацепления с зубчатой втулкой на шпинделе, другой - с шейкой валка. Описанное шпиндельное устройство передает значительные моменты прокатки, высокооборотно, компенсирует перекос осей валов. Авторы предлагаемого изобретения видят возможность использовать шпиндельный привод с зубчатыми муфтами для регулирования взаимного углового положения валков. Для этого выводится из зацепления с обоймой валок с втулкой, поворачивается на один шаг зубчатого зацепления, и снова вводят в зацепление с обоймой. Таким образом, можно достигать точности взаимного положения валков на величину углового шага зубчатого зацепления. В качестве недостатка такого способа установки углового положения валков отметим ограничение точности величиной шага зубчатого зацепления. Другим недостатком описанного шпиндельного соединения является отсутствие защиты шпинделей при перегрузке, что требует значительных затрат на их демонтаж и монтаж при аварийной поломке.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототип) является устройство для установки взаимного углового положения валков в прокатной клети по описанию изобретения к авторскому свидетельству [6]. В соответствии с этим описанием, устройство содержит шпиндель с шарнирной муфтой соединения с валом шестеренной клети, регулировочную зубчатую муфту соединения шпинделя с рабочим валком, причем зубчатые участки муфты выполняют с разными угловыми шагами зубьев. Данное техническое решение позволяет установить взаимное угловое положение валков с практически любой заданной точностью, высокооборотно, передает значительные моменты прокатки. Кроме того, зубчатая втулка (фиг.2), посаженная на вал шпинделя, выполнена с кольцевой проточкой критического сечения, d_кр , для защиты вала шпинделя от поломки при критических крутящих моментах прокатки. Предложенные в работе [6] решения весьма эффективны для повышения точности проката и работоспособности шпиндельного привода рабочих валков.

Существенным недостатком устройства, описанного в работе [6], является его конструктивное исполнение, при котором зубчатая втулка с предохранительной кольцевой проточкой установлена на валу шпинделя. При аварийном разрушении критического сечения зубчатой втулки производится демонтаж шпинделей, валков из рабочей клети, монтаж новых шпинделей, установка валков в рабочую клеть, выброс части нагретых слитков из печей. Общее время восстановительных работ при поломке зубчатой втулки составляет в среднем 1,5 часа, потери производства - до 50 тн проката. Кроме того, необходимо восстановить демонтированные шпинделя, т.е. снять с вала шпинделя поломанную втулку и установить новую, что также требует значительных трудозатрат.

Вышеназванные недостатки, выявленные в прототипе, устраняются при выполнении устройства для установки взаимного углового положения валков в прокатной клети по предлагаемому изобретению.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в значительном снижении простоев и трудоемкости ремонтно-восстановительных работ при аварийных поломках шпиндельных соединений рабочих валков прокатных клетей и, тем самым, в увеличении их производительности.

Поставленная техническая задача решается новым конструктивным исполнением устройства для установки взаимного углового положения валков в прокатной клети, содержащим шпиндель с шарнирной муфтой соединения с валом шестеренной клети, регулировочную зубчатую муфту соединения шпинделя с рабочим валком, зубчатую втулку которой выполняют с одного с внутренним зубчатым участком для соединения с шейкой валка, а с другого конца - с наружным для соединения с внутренним зубчатым участком обоймы, снабженной цилиндрической расточкой для посадки на вал шпинделя.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется графически, где на фиг.1 представлена схема шпиндельного привода рабочих валков в прокатной клети; на фиг.2 - разрез зубчатой муфты нижнего шпинделя. В соответствии с предлагаемым изобретением в прокатной клети 1 (фиг.1) установлены рабочие валки 2, 3. Нижний валок 3 через зубчатую муфту 4 соединяется со шпинделем 5. Шарнирная муфта 6 соединяет шпиндель 5 с валом 7 шестеренной клети 8.

На фиг.2 представлен разрез зубчатой муфты 4 (фиг.1), соединяющей шпиндель с рабочим валком. Как видно на разрезе, зубчатый участок 9 шейки валка находится в зацеплении с зубчатым участком внутреннего исполнения зубчатой втулки 10. Другой конец зубчатой втулки 10 с наружным зубчатым исполнением находится в зацеплении с внутренним зубчатым участком обоймы 11, установленной по горячей насадке на шейке 12 шпинделя.

Между зубчатыми участками втулки 10 выполнена кольцевая проточка критического сечения d_кр на 15÷20%, меньшая минимального сечения тела шпинделя.

В соответствии с описанным устройством по предлагаемому изобретению ремонтно-восстановительные работы после разрушения критического сечения будут проводиться в следующей последовательности.

Аварийный крутящий момент прокатки разрушит зубчатую втулку 10 по критическому сечению на две части. Один зубчатый участок втулки останется на шейке валка, а другой - в обойме 11. После остановки стана участки поломанной втулки временно соединяют, например, сваркой и валкосменным устройством выводят из клети вместе с валком. С шейки валка краном снимают временно соединенные участки поломанной втулки и устанавливают на ней запасную зубчатую втулку. Валкосменным устройством задают валок с зубчатой втулкой в клеть до зацепления зубчатого участка втулки с обоймой 11.

Как понятно из описания ремонтно-восстановительные работы после аварийной поломки по предлагаемому изобретению исключают демонтаж поломанных и монтаж новых шпинделей. Время замены поломанной зубчатой втулки составит не более 15 мин.

Такая кратковременная остановка проката не потребует корректировки технологического режима нагрева слитков в печах.

Выполнение устройства по предлагаемому изобретению адекватно выполнению существующего (по прототипу) и не вызовет дополнительных затрат.

В настоящее время готовится техническая документация для изготовления опытного образца предлагаемого устройства и его промышленного испытания на ОАО «ЧТПЗ» г. Челябинск.

Ожидаемый экономический эффект по предварительным расчетам составит не менее двух миллионов рублей.

Источники информации

1. Кожевников С.Н. и др. Оборудование цехов с пилигримовыми трубопрокатными установками С.Н.Кожевников, А.В.Праздников, А.М.Иоффе, Г.А.Бибик, В.Ф.Пешат. - М.: Металлургия, 1974, с.95...97, с.77...81.

2. Гребенник В.М. и др. Оценка надежности механической защиты главной линии пильгерстана В.М.Гребенник, А.В.Гордиенко, В.К.Цапко - Известия Вузов. Черная металлургия, 1973, №2, с.170...174.

3. Авторское свидетельство СССР №297817. Предохранительная муфта. В.И.Куцевалов, Н.А.Носач, Я.Г.Шифрис, Р.Г.Кенс, Г.В.Тесленко, В.М.Канюк - опублик. в Б.И., 1971, №10.

4. Авторское свидетельство СССР №856601. Устройство для компенсации биения валков прокатной клети. С.И.Гончаров, М.Ю.Сербиновский и Б.Ю.Сербиновский - опублик. в Б.И., №31, 1981.

5. Краузе Г.Н. Оборудование прокатных станов. - М.: Машгиз, 1963, с.110÷111.

6. Патент РФ №2113924. Устройство для установки взаимного углового положения валков в прокатной клети. И.А.Салыкин, Б.Я.Соколинский, А.В.Сафьянов, В.В.Игнатьев, А.С.Голодягин. - опублик. в Б.И. №18, 1998 г.