Запобіжний шпиндель приводу прокатної кліті

1. Предохранительный шпиндель привода прокатной клети, включающий левую и правую трефовые головки, соединенные разрушаемым элементом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что разрушаемый элемент выполнен в виде трубы из пластичного металла, прикрепленной к трефовым головкам при помощи сварных швов. 2. Предохранительный шпиндель привода прокатной клети по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что разрушаемый элемент выполнен из малоуглеродистой стали. 3. Предохранительный шпиндель привода прокатной клети по п. 1, о т л и ч з ющ и й с я тем, что одна из трефовых головок выполнена с осевым цилиндрическим выступом, входящим в осевое цилиндрическое отверстие другой трефовой головки. 4. Предохранительный шпиндель привода прокатной клети по пп. 1 иЗ, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что между трефовыми головками установлена пружина. 5. Предохранительный шпиндель привода прокатной клети по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что образующая внешней поверхности разрушаемого элемента выполнена по дуге со стрелой прогиба посредине трубы. 6. Предохранительный шпиндель привода прокатной клети по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что образующая внутренней поверхности разрушаемого элемента выполнена по дуге со стрелой прогиба посредине трубы. 7. Предохранительный шпиндель привода прокатной клети по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что образующие как внешней, •так и внутренней поверхностей выполнены по дугам со стрелами прогибов посредине трубы. Изобретение относится к области прокатного производства и может быть использовано для защиты от технологических перегрузок главных линий приводов прокатных клетей, преимущественно маховичных станов. Главные линии приводов прокатных клетей маховичных станов нуждаются в надежной механической защите от поломок по передаваемому крутящему моменту. Подавляющее большинство существующих конструкций предохранительных шпинделей одноразовые, и, следовательно, дорогие. с 00 ю 13827 Кроме того, точность их срабатывания невелика из-за большой вероятности усталостного разрушения при номинальных нагрузках вследствие наличия концентраторов напряжений. При наиболее вероятном виде разрушения при кручении (косом изломе) в главной линии прокатной клети возникают осевые усилия, которые могут привести к поломкам в приводном двигателе. Известно предохранительное устройство линии привода прокатного стана, содержащее полый вал с трефовыми головками, внутри которого коаксиально ему установлен стержень с навинченными на резьбовых концах гайками, причем полый вал выполнен разъемным по длине и составлен из двух частей, стыкуемые торцы которых расположены между гайками, а каждая из гаек жестко связана с прилежащей к ней частью полого вала[1]. Общим признаком прототипа и заявляемого устройства является наличие вала, выполненного из двух частей, снабженных трефовыми головками, которые являются обязательными элементами конструкции предохранительного шпинделя, и соединенных разрушаемым элементом. Технический результат, достигаемый в заявляемом устройстве, в прототипе достичь невозможно, так как после срабатывания обе части полого вала, лишенные связей, могут выпасть из трефовых муфт. Кроме того, при пластической деформации стержня перед его разрушением неизбежен значительный поворот одной части полого вала относительно другой, что нежелательно по технологии прокатки. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования конструкции предохранительного шпинделя привода прокатной клети, в котором новые элементы и их взаимосвязь позволили бы за счет нового вида разрушения получить простое, точное при срабатывании и удобное в эксплуатации устройство. Поставленная задача решается тем, что в предохранительном шпинделе прокатной клети, установленном в главной линии привода, включающем левую и правую трефовые головки, соединенные разрушаемым элементом, согласно изобретению, разрушаемый элемент выполнен в виде трубы из пластичного металла, прикрепленной к трефовым головкам при помощи сварных швов, Кроме того, разрушаемый элемент может быть выполнен из малоуглеродистой стали. Кроме того, одна из трефовых головок выполнена с осевым цилиндрическим вы 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ступом, входящим в осевое цилиндрическое отверстие другой трефовой головки. Между трефовыми головками установлена пружина, раздвигающая их после срабатывания. Образующая внешней поверхности разрушаемого элемента выполнена по дуге со стрелой прогиба посредине трубы, Образующая внутренней поверхности разрушаемого элемента выполнена по дуге со стрелой прогиба посредине трубы. Образующие как внешней, так и внутренней поверхностей разрушаемого элемента выполнены по дугам со стрелами прогибов посредине трубы. При кручении предохранительного элемента наиболее опасным видом разрушения является разрушение отрывом (косой излом). Он характерен для хрупких и высокопрочных материалов. Новый вид разрушающей деформациикручение с разрушением прямым изломом достигается за счет выполнения разрушаемого элемента из пластичного металла (малоуглеродистой стали), который при кручении разрушается сдвигом (пряной излом). Выбор кручения а качестве разрушающей деформации обусловлен прежде всего технологическими требованиями. Наиболее часто предохранительные шпиндели используются на маховичных (например, пилигримовых) трубопрокатных станах. Очень важным параметром работы таких станов является синхронизм вращения вал ков и перемещений подающего аппарата. Применение в качестве разрушающей деформации растяжения {см. прототип) предполагает наличие больших пластических деформаций разрушаемого элемента, что при наличии винтовой пары неизбежно влечет за собой значительный поворот одной части полого вала относительно другой (около одного оборота). Это явление нарушает синхронизм работы клети и подающего аппарата и изменяет взаимное расположение калибров в двух клетях, имеющих общий привод, что делает неприменимой существующую конструкцию предохранительного устройства для пильгерстанов. Для примера конкретного выполнения заявленного предохранительного шпинделя угол закручивания одной трефовой головки относительно другой не превышает 10 градусов, что делает возможным его применение в главных линиях приводов рабочих клетей пилигримовых станов. Выполнение предохранительного шпинделя в виде двух раздельных шпиндельных головок, соединенных разрушав 13827 мым элементом, позволяет исключить расход предохранительных шпинделей при срабатывании, так как разрушению подвержен лишь конструктивно простой элементтруба. Так как предохранительный шпиндель в процессе работы все время нагружается переменным крутящим моментом (отнулевой цикл нагружения), то очень важной задачей является повышение его усталостной прочности. С этой целью в заявляемом техническом решении наиболее ослабленное поперечное сечение разрушаемого элемента выполнено путем плавного уменьшения диаметра (чтобы избежать концентрации напряжений). Предложено три варианта уменьшения диаметра разрушаемого элемента. В первом варианте наиболее ослабленное поперечное сечение выделено путем плавного уменьшения внешнего диаметра (протачивается наружная поверхность трубы). Во втором варианте наиболее ослабленное поперечное сечение выделено путем плавного уменьшения внутреннего диаметра (протачивается внутренняя поверхность трубы). В третьем варианте наиболее ослабленное поперечное сечение выделено путем одновременного уменьшения как внутреннего, так и внешнего диаметров. Внутренняя проточка обеспечивает повышенную усталостную прочность за счет снижения концентрации напряжений, хотя и является более сложной в изготовлении. Полярные моменты сопротивления для поперечного сечения, проходящего через сварной шов Wp', и для наиболее ослабленного поперечного сечения Wp находятся в соотношении Wp7Wp=1,3...1,5. Выполнение сварных швов, связывающих разрушаемый элемент и трефовые головки в единый предохранительный шпиндель, заведомо более прочными, чем ослабленное сечение разрушаемого элемента, позволяет избежать непредусмотренного разрушения конструкции в местах сварки. Для выравнивания нагрузок на сварные соединения в заявляемом техническом решении предложено выполнить наиболее ослабленное поперечное сечение посредине разрушаемого элемента. Важно, чтобы после срабатывания предохранительный шпиндель сохранял первоначальное устойчивое положение равновесия (то есть не наклонялся по отношению к трефовым муфтам) и представлял собой одно целое (то есть не распадался). Для этого в заявляемом техническом решении предложено выполнить одну из трефовых головок с осевым цилиндрическим выступом, входящим в осевое цилиндрическое отверстие другой трефовой головки. Соединение выполняется по посадке с зазором и а процессе работы предохранитель5 ного шпинделя неподвижно При срабатывании предохранительного шпинделя одна трефовая головка начинает поворачиваться относительно другой. Цилиндрический выступ поворачивается в 10 цилиндрическом отверстии, одновременно предохраняя устройство от распадания. Для того, чтобы предотвратить соударение краев разрушенного предохранительного элемента друг о друга, и, как следствие 15 этого, возникновение осевых усилий в главной линии привода прокатной клети, между трефовыми головками в цилиндрическом отверстии устанавливается пружина (пакет пружин); раздвигающая трефовые головки 20 на безопасное расстояние. Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен осевой разрез варианта выполнения предохранительного шпинделя привода прокатной кле25 ти; на фиг. 2 - разрушаемый элемент с проточкой по внешнему диаметру; на фиг. 3 - эпюра распределения напряжений в поперечном сечении разрушаемого элемента с проточкой по внешнему диаметру без уче30 та концентрации напряжений; на фиг. 4 эпюра распределения напряжений в поперечном сечении разрушаемого элемента с проточкой по внешнему диаметру с учетом концентрации напряжений; на фиг. 5 — раз35 рушаемый элемент с проточкой по внутреннему диаметру; на фиг. 6 - эпюра распределения напряжений в поперечном сечении разрушаемого элемента с проточкой по внутреннему диаметру без учета кон40 центрации напряжений; на фиг. 7 — эпюра распределения напряжений в поперечном сечении разрушаемого элемента с проточ' кой по внутреннему диаметру с учетом концентрации напряжений. Последняя 45 является наиболее благоприятной с точки зрения усталостной прочности. Предохранительный шпиндель привода прокатной клети размещен в главной линии привода и включает левую 1 и правую 2 50 трефовые головки (фиг. 1), установленные в трефовых муфтах (на рис. не показаны), а также разрушаемый элемент 3 в виде трубы, соединенный с трефовыми головками сварными швами 4, и пакет тарельчатых пружин 55 5, установленный в цилиндрическом отверстии 6 левой трефовой головки 1 и взаимодействующий с цилиндрическим выступом 7 правой трефовой головки 2. Варианты конструкции разрушаемого элемента предусматривают выделение его наиболее ос 13827 лабленного сечения путей плавного уменьшения внешнего (фиг. 2) или внутреннего (фиг. 5} диаметра. Возможен вариант выполнения предохранительного шпинделя привода прокатной клети без установки пружин между трефовыми головками. В этом случае раз движение трефовых головок после срабатывания устройства п р о и с х о д и т под действием осевых усилий, возникающих при соприкосновении краев разрушаемого предохранительного элемента. Возможен вариант выполнения предохранительного шпинделя привода прокатной клети с цилиндрическим разрушаемым элементом (без проточек). Возможен вариант выполнения предохранительного шпинделя привода прокатной клети с разрушаемым элементом, выполненным, кроме малоуглеродистой стали, из пластичных металлов (дюралюминиевые или титановые сплавы и др.). Устройство работает следующим образом. При эксплуатации предохранительного шпинделя в рабочем диапазоне технологических нагрузок разрушаемый элемент 3 (фиг. 1) воспринимает крутящий момент М к . При превышении передаваемым крутящим моментом определенного заранее значения выключающего момента разрушаемый элемент 3 разрушается сдвигом (прямой излом) в наиболее ослабленном поперечном сечении, которое выделено путем плавного уменьшения наружного диаметра. После срабатывания предохранительного шпинделя пакет тарельчатых пружин 5, находившийся до этого в сжатом состоянии, раздвигает трефовые головки на расстояние, достаточное для предотвращения соударения частей разрушаемого элемента при повороте трефовых головок. Трефовые головки 1 и 2, не соединенные более разрушаемым элементом 3, не выпадают из трефовых муфт и сохраняют прямолинейность оси вследствие наличия связи в виде цилиндрического выступа 7 правой трефовой головки 2, который свободно входит в цилиндрическое отверстие 6 левой трефовой головки, Предохранительный шпиндель привода прокатной клети, в котором наиболее ослабленное сечение разрушаемого элемента выделено путем плавного уменьшения внутреннего диаметра, работает аналогичным образом. Предохранительный шпиндель привода прокатной клети, в котором наиболее ослабпенное сечение разрушаемого элемента выделено путем плавного уменьшения как 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 внутреннего, так и внешнего диаметров, работает аналогичным образом. Сборка предохранительного шпинделя производится в механических мастерских в вертикальном положении В установленную цилиндрическим отверстием вверх левую трефовую головку 1 вкладывается пакет тарельчатых пружин 5 (или какая-либо другая пружина). Затем сверху устанавливается правая трефовая головка 2 с уже приваренным к ней при помощи сварного шва 4 разрушаемым элементом 3. Своим весом правая трефовая головка осаживает пакет тарельчатых пружин, после чего разрушаемый элемент 3 приваривается к левой трефовой головке сварным швом 4. После срабатывания предохранительною шпинделя и извлечения его из главной линии привода прокатной клети доел аточно обработать трефовые головки на токарном с ганке с целью удапеиия остатков разрушаемого элемента и сварных швов, после чего шпиндельные головки вновь приюдны к использованию. Предложенный предохранительный шпиндель испытан в лаборатории кафедры "ПГС и сопротивление материалов" Мариупольского металлургического института. Опытный образец был изготоспен для пиііигримового трубопрокатного стана 5...10" трубопрокатного цеха Таганрогского металлургического комбината. Были использованы стандартные трефовые головки от разрушенного предохранительного шпинделя существующей конструкции. Разрушаемый элемент был изготовлен в виде трубы т стали 20 онешним диаметром D0 = 345 мм и внутренним диаметром d = 250 мм с плавным уменьшением внешнею диаметра (в наиболее ослабленном сечении D • 335 = мм). Вес разрушаемої о элемента Р *= 700 Н, а его длина L = 250 мм. Указанные параметры обеспечивают срабатывание предохранительного шпинделя в диапазоне крутящих моментов 1400... 1500 кНм, а установленные в трефовых головках тарельчатые пружины раздвигают их на 3...S мм, что вполне достаточно при прямом изломе разрушаемого элемента. Использование предохранительного шпинделя, представленного в примере конкретного описания, в сравнении с прототипом позволяет сократить аварийные простои стана, связанные с восстановлением работоспособности предохранительного шпинделя, на 10...20%, снизить затраты на замену разрушаемого элемента в 8...10 рзз, уменьшить трудоемкость восстановительных работ в 1,3. 1,5 раза. 13827 Таким образом, совокупность отличительных признаков заявленного техниче Фиг, 5 Упорядник Замовлення 4125 10 ского решения обеспечивает выполнение поставленной задачи. Фиг. 6 Техред М.Моргентал Фиг „7 Коректор О.Обручар Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655. ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101