Запобіжний вал лінії привода прокатного стана

Реферат: Запобіжний вал лінії привода прокатного стана виконаний у вигляді ступінчастого вала з запобіжною кільцевою проточкою й двома хвостовиками. Він обладнаний рознімним хомутом, обидві частини якого з'єднані принаймні парою попередньо напружених стягувачів. Кожен з яких виконаний, наприклад, у вигляді шпильки із двома гайками. При цьому рознімний хомут установлений на валу таким чином, що вертикальна вісь симетрії хомута сполучена з вертикальною віссю запобіжної кільцевої проточки. UA 111987 U (12) UA 111987 U UA 111987 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до прокатного виробництва, а конкретно до елементів захисту від перевантажень у лінії привода стану, наприклад, для виробництва труб і може бути використана при виготовленні запобіжних пристроїв у вигляді сполучних або проміжних валів, шпинделів або муфт. Відома лінія привода стана холодної прокатки листового металу, що містить шпиндель, з'єднаний одним кінцем з робочим валком, а іншим кінцем з'єднаний - з підвищувальним редуктором, з'єднаним також із двома муфтами граничного моменту, кожна з яких з'єднана з електродвигуном, при цьому з'єднання однієї з муфт граничного моменту з електродвигуном виконане через зубчасту муфту й проміжний вал, установлений на двох опорах (журнал "Производство проката", № 10 за 2004 р, с. 23). Недоліком відомої лінії привода стана є наявність у її складі проміжного вала, з'єднаного з муфтою граничного моменту зубчастою муфтою, які є надлишковими складовими для забезпечення надійної роботи вищезгаданої лінії привода стана, тому що їх разом можна замінити однією відомою запобіжною муфтою, яка містить сполучний вал, виконаний із проточкою й двома хвостовиками, зчленованими із провідною й відомою півмуфтами, при цьому кожне із цих зчленувань виконане з можливістю компенсації неспіввісності півмуфт (патент України № 26596). Ця запобіжна муфта в окремому випадку виконання входить до складу лінії привода пільгерстану для з'єднання маховика із шестеренною кліттю. Запобіжна муфта вищезгаданої лінії привода стана холодної прокатки дозволяє виключити з відомої лінії привода стана холодної прокатки муфту граничного моменту разом із проміжним валом і зубчастою муфтою, тому що одночасно: запобігає дії крутного моменту у випадку його перевищення відносно гранично припустимої величини (тобто може виконувати функцію муфти граничного моменту); забезпечує з'єднання підвищувального редуктора й одного з електродвигунів з компенсацією можливої неспіввісності їх валів (тобто може виконувати функцію зубчастої муфти). Тут слід зазначити, що відома запобіжна муфта виконує свою запобіжну функцію за рахунок проточування, яке зменшує площу перерізу сполучного вала, щоб він першим у лінії привода стана зруйнувався по найменшому перерізу у випадку перевищення крутного моменту відносно гранично припустимої величини. Тим не менш наявність проточування в сполучному валу відомої запобіжної муфти є її істотним недоліком, який не дозволяє цій муфті повною мірою забезпечувати свою запобіжну функцію завдяки руйнуванню (поломки) її сполучного вала тільки в певному випадку, тобто тільки тоді, коли крутний момент у лінії привода стана аварійно перевищить гранично припустиме значення. Це зв'язано з наступними особливостями крутного моменту, який може діяти в лінії привода стана. Отже, сполучний вал може руйнуватися по наступних причинах: якщо в проточці сполучного вала з'явився пластичний шарнір, через який цей вал втрачає здатність передавати крутний момент і руйнується; для появи пластичного шарніра необхідний крутний момент із величиною М1; якщо разом із пластичним шарніром у проточці сполучного вала з'явилася утомна тріщина, розміри якої здатні зруйнувати проточування при передачі валом крутного моменту з величиною М2; неминуче руйнування сполучного вала в його проточці від утоми навіть без пластичного шарніра в результаті тривалої дії крутного моменту з величиною М 3. У загальному виді три перераховані вище крутні моменти чисельно зв'язані співвідношенням М1>М2>М3. З іншої сторони для надійної роботи лінії привода стана крутний момент не повинен перевищувати деяке припустиме значення, яке звичайно визначається як добуток номінального крутного моменту Мном. на коефіцієнт динаміки КД, при цьому величина Мном. повністю визначається процесом пластичної деформації металу, який здійснюється в технологічній лінії стана, а величина КД=2…3 або більш залежно від зазорів, пружних деформацій, але обов'язково припустимих, особливостей роботи для всіх складових стана. Якщо ж при роботі технологічної лінії стана в лінії його привода виникне теоретично непередбачений гранично припустимий крутний момент [Мдоп]=КБ·МДОП., де КБ - коефіцієнт безпеки (наприклад, КБ=1,3…2,0), то сполучний вал відомої запобіжної муфти повинен зруйнуватися, рятуючи лінію привода стану від дії позамежного крутного моменту за умовою руйнування [Мдоп]М1. Але тривалість можливості реалізації умови [[М доп.]М1 є обмеженою за часом через інтенсивний процес утоми сполучного вала в його проточці при роботі лінії привода стана, через що можливість руйнування сполучного вала починає визначатися наступною умовою руйнування [Мдоп]М2, яке потім швидко трансформує в третю умову руйнування сполучного 1 UA 111987 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вала в його проточці, а саме коли [Мдоп.]М3. Це означає, що сполучний вал відомої запобіжної муфти при роботі лінії стана здатний руйнуватися головним чином від утоми, а не переважно в результаті запобігання лінії привода стана тільки, коли в ній по невідомих причинах зненацька виникає крутний момент, величина якого перевищує гранично припустиме (по теоретичних розрахунках)значення. Таким чином, запобіжна функція відомої запобіжної муфти обумовлена прискореною утомою її сполучного вала через проточку, яка обмежує часовий ресурс надійної роботи запобіжної муфти й відповідно обмежує продуктивну роботу технологічної лінії стана, тому що потрібна часта заміна сполучного вала, ураженого утомними тріщинами в його проточці, на новий сполучний вал, здатний деякий час надійно передавати припустимий крутний момент для лінії привода стана. Також відомий запобіжний вал лінії привода стана, найбільш близький до технічного рішення, яке заявляється, і прийнятий як прототип (Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчёты деталей машин на прочность. - М.: Машиностроение, 1975. - 488 с.). Хвостовики з'єднуються із суміжними вузлами лінії привода стану для передачі між ними крутного моменту, що викликає у валу появу напруг крутіння, величина яких є максимальною в проточці, тому що вона зменшує площу перерізу вала, роблячи його в цьому місці найбільш слабким і створюючи у всій лінії привода стану найбільш сильний конструктивний концентратор напруг для того, щоб у випадку перевищення величини крутного моменту більше гранично припустимого значення, вал гарантовано зруйнувався в проточуванні, рятуючи своїм руйнуванням лінію привода стану від дії позамежного крутного моменту. Однак, часовий ресурс роботи значно обмежений наявністю на валу проточування, де вал швидко руйнується від утоми або, інакше кажучи, руйнується через прискорення (відносно інших конструктивних концентраторів напруг у лінії привода стана) появи та розвитку утомних ушкоджень у проточці вала, а не внаслідок запобігання лінії привода стана від дії небезпечного (тобто позамежного) крутного моменту. Тому робота технологічної лінії стана є не досить продуктивною через часті її зупинки, пов'язані з руйнуванням прототипу від прискореної утоми в проточці, а не через потрібне руйнування внаслідок запобігання лінії привода стана від можливих технологічних перевантажень, що не піддаються розрахунково-теоретичному прогнозу. Таким чином, недоліком прототипу є низька надійність передачі припустимого крутного моменту в лінії привода стана, через що обмежується продуктивна робота технологічної лінії стану. В основу корисної моделі поставлена задача - підвищити продуктивну роботу лінії прокатного стана завдяки надійній передачі припустимого крутного моменту з одночасним забезпеченням гарантованого руйнування запобіжного вала у випадку перевищення в лінії привода стана величини крутного моменту відносно гранично припустимого значення. Поставлена задача вирішується за рахунок технічного результату, який полягає в мінімізації швидкості появи та розвитку утомних ушкоджень у проточенні вала завдяки створенню на ділянках вала із двох боків від його перерізу, ослабленого проточуванням, регульованих по величині сил зчеплення, що дозволяють довгостроково й надійно передавати тільки припустимий крутний момент і одночасно не здатних до передачі гранично припустимого крутного моменту, через що проточування вала гарантовано зруйнується. Для досягнення зазначеного технічного результату запобіжний вал лінії привода прокатного стана виконаний у вигляді ступінчастого вала з запобіжною кільцевою проточкою й двома хвостовиками, згідно з корисною моделлю, обладнаний рознімним хомутом, обидві частини якого з'єднані принаймні парою попередньо напружених стягувачів, кожен з яких виконаний, наприклад, у вигляді шпильки із двома гайками, при цьому рознімний хомут установлений на валу таким чином, що вертикальна вісь симетрії хомута сполучена з вертикальною віссю запобіжної кільцевої проточки. У результаті порівняльного аналізу запобіжного вала із прототипом установлене, що вони мають наступні загальні ознаки: вал виконаний у вигляді ступінчастого вала з запобіжною кільцевою проточкою й двома хвостовиками і відмітні ознаки: обладнаний рознімним хомутом, обидві частини якого з'єднані принаймні парою попередньо напружених стягувачів, кожен з яких виконаний, наприклад, у вигляді шпильки із двома гайками; рознімний хомут установлений на валу таким чином, що вертикальна вісь симетрії хомута сполучена з вертикальною віссю запобіжної кільцевої проточки. 2 UA 111987 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Таким чином, запобіжний вал має нові конструктивні елементи, нові зв'язки й нові взаємні розміщення елементів. Між відмітними ознаками і технічним результатом, який досягається, існує причиннонаслідковий зв'язок. Завдяки тому, що запобіжний вал обладнаний рознімним хомутом, обидві частини якого з'єднані принаймні парою попередньо напружених стягувачів, кожен з яких виконаний, наприклад, у вигляді шпильки із двома гайками, при цьому рознімний хомут установлений на валу таким чином, що вертикальна вісь симетрії хомута сполучена з вертикальною віссю запобіжної кільцевої проточки, стало можливим створити на ділянках запобіжного вала із двох сторін від його перерізу, ослабленого проточкою, регульовані по величині сили зчеплення між самим валом і частинами розрізного хомута, що дозволяє розділити передачу крутного моменту як за рахунок міцності ослабленого проточкою перерізу вала, так і за рахунок створених сил зчеплення. Якщо на запобіжний вал у лінії привода стана, наприклад, для виробництва труб, буде діяти припустимий крутний момент, то сили зчеплення між розрізним хомутом і частинами вала із двох сторін від його перерізу, ослабленого проточкою, будуть мінімізувати швидкість появи й розвитку утомних ушкоджень у проточці вала, що буде сприяти тривалій продуктивній роботі всього стана без простоїв на заміну вала через його утомне руйнування. У випадку раптового підвищення в лінії привода стана крутного моменту більше гранично припустимого значення створені сили зчеплення між розрізним хомутом і частинами вала із перерізом, ослабленого проточкою, перестануть утримувати ці частини вала від взаємного скручування, що викличе надмірне підвищення напруг у проточці вала, через що він гарантовано зруйнується, запобігаючи лінію привода стана від дії гранично припустимого крутного моменту. Таким чином, виключення з вищевказаної сукупності відмітних ознак хоча б однієї з них не забезпечує досягнення технічного результату. Технічне рішення, яке заявляється, не відоме з рівня техніки, тому є новим. Технічне рішення, яке заявляється, промислово застосовано, оскільки його конструктивне й технологічне виконання в умовах машинобудівних заводів не представляє складностей. На ПАТ "НКМЗ" з використанням технічного рішення, яке заявляється, виконаний ескізний проект лінії привода прошивного стана. Технічна суть рішення пояснюється кресленнями: фіг. 1 - запобіжний вал лінії привода прокатного стана; фіг. 2 - розріз А-А на фіг. 1 Запобіжний вал лінії привода прокатного стана виконаний як ступінчастий вал 1, у якому по кінцях виконані хвостовики 2 і 3, кожний з такою формою й розмірами, які необхідні для з'єднання вала 1 із суміжними вузлами в лінії привода стана (на фігурах не показані). Також на валу 1 між хвостовиками 2 і 3 виконано запобіжну кільцеву проточку 4, яке зменшує периметр поперечного перерізу вала 1. Вал 1 охоплений рознімним хомутом 5, частини якого з'єднані принаймні парою попередньо напружених стягувачів 6, кожен з яких виконаний, наприклад, у вигляді шпильки із двома гайками, при цьому хомут 5 охоплює частину вала 1 таким чином, що вертикальна вісь симетрії хомута 5 сполучена з вертикальною віссю кільцевої проточки 4 (фіг. 2). Запобіжний вал лінії привода прокатного стана працює наступним чином. Вал 1 охоплюється частинами рознімного хомута 5, після чого вони здавлюються між собою стяжками 6, створюючи сили зчеплення між валом 1 і хомутом 5. Якщо кожен стягувач 6 виконаний, наприклад, у вигляді шпильки із двома гайками, то за допомогою їх нагрівання (наприклад, через осьовий канал у тілі шпильки) можливо забезпечити надійне регулювання сил здавлювання частин хомута 5 стягувачами 6 для того, щоб створити необхідний розрахунковий рівень сил зчеплення між валом 1 і хомутом 5. Потім виконується з'єднання хвостовиків 2 і 3 вала 1 з частинами суміжних вузлів лінії привода стана, наприклад, хвостовик 2 - з'єднується з частиною зубчастої муфти, зчленованої з валом електродвигуна, а хвостовик 3 - з'єднується з частиною півмуфти, зчленованої з півмуфтою на вхідному валу підвищувального редуктора або шестеренної кліті (на фігурах не показані). У результаті запобіжний вал замикає лінію привода стана, при роботі якої відбувається передача крутного моменту від електродвигуна до вхідного вала підвищувального редуктора або шестеренної кліті через вал 1 і розрізний хомут 5. У штатному режимі роботи лінії прокатного стана на хвостовики 2 і 3 діє припустимий крутний момент, викликаючи на валу 1 напруги крутіння, а при зупинці роботи лінії прокатного стана на хвостовики 2 і 3 перестає діяти крутний момент, через що вал 1 звільняється від напруг крутіння. У результаті циклічного режиму роботи стана вал 1 разом з рознімним хомутом 3 UA 111987 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 5 циклічно навантажується припустимим крутним моментом і розвантажується від його дії, через що в проточці 4, яка є найбільш сильним конструктивним концентратором напруг у всій лінії привода стана, відбувається процес утоми матеріалу, з якого виконаний вал 1. Але завдяки рознімному хомуту 5 стало можливим мінімізувати швидкість процесу утоми вала 1 у проточці 4 або, інакше кажучи, стало можливим мінімізувати швидкість появи й розвитку утомних ушкоджень у проточці 4, через які вал 1 неминуче зруйнується без виконання своєї основної функції - запобігати всю лінію привода стана від дії крутного моменту, якщо його величина перевищить гранично припустиме значення. Отже, докладніше про дві можливі ситуації дії крутного моменту на вал 1 і рознімний хомут 5. У штатному режимі роботи лінії стану крутний момент, що діє на вал 1 і рознімний хомут 5, є припустимим за технологією роботи, наприклад прошивного стана. У даній ситуації сил зчеплення між валом 1 і хомутом 5 буде достатньо, щоб забезпечити надійну й стабільну передачу крутного моменту від хвостовика 2 до хвостовика 3 як за рахунок міцності ослабленого проточкою 4 перерізу вала 1, так і за рахунок створених сил зчеплення. Інакше кажучи, створені сили зчеплення між розрізним хомутом 5 і частиною вала 1, ослабленого проточкою 4, будуть надійно охороняти цей переріз і саме проточка 4 від передчасної появи та розвитку утомних тріщин, тобто рознімний хомут 5 мінімізує швидкість появи й розвитку утомних ушкоджень у проточці 4 через вищеописану циклічність дії на вал 1 припустимого крутного моменту. Тому часовий ресурс надійної роботи запобіжного вала, що заявляється, при дії на нього припустимого крутного моменту буде розмірний з часовим ресурсом надійної роботи інших слабких місць у лінії привода прошивного стана, таких як шпонкові пази, посадки з натягом, і тому подібні конструктивні концентратори напруг, неминуче присутні в тих вузлах, з яких може складатися лінія привода прошивного стана. Із цього випливає, що робота привода лінії стана буде стабільною, і технологічна лінія стана буде здатна довгостроково й продуктивно функціонувати без простоїв на заміну вала 1 через його утомне руйнування завдяки заміни вала 1 на новий. В аварійній ситуації в лінії привода прошивного стана крутний момент, що діє на вал 1 і рознімний хомут 5, раптово підвищується більш гранично припустимого значення, при якому неминучі поломки й ушкодження складових вузлів лінії привода прошивного стана. У цій аварійній ситуації запобіжний вал, що заявляється, повинен зруйнуватися, щоб припинити дію на лінію привода прошивного стана позамежного крутного моменту. Необхідне в даній ситуації руйнування запобіжного вала відбудеться в найбільш слабкому перерізі вала 1 через проточку 4, тому що створені сили зчеплення між рознімним хомутом 5 і частинами вала 1, ослабленого проточкою 4, перестануть утримувати ці частини вала 1 від взаємного скручування при передачі гранично припустимого крутного моменту від хвостовика 2 до хвостовика 3. У результаті в проточці 4 виникне надмірний ріст напруг, через що вал 1 гарантовано зруйнується, запобігаючи лінію привода стана від дії гранично припустимого крутного моменту. Далі очевидно робота лінії привода стана буде припинена на час заміни зламаного вала 1 на новий вал 1. Таким чином, виконання запобіжного вала згідно з формулою корисної моделі дозволяє з однієї сторони мінімізувати швидкість появи й розвиток утомних ушкоджень у найбільш слабкому місці запобіжного вала при тривалій передачі їм припустимого крутного моменту, але при цьому забезпечує гарантоване руйнування запобіжного вала у випадку дії в лінії привода стана гранично припустимого крутного моменту, що в цілому підвищує продуктивну роботу технологічної лінії стана, тому що мінімізація швидкості процесу утоми запобіжного вала усуває необхідність частих простоїв стана на ремонтні роботи за умови тривалої дії в лінії привода стана припустимого крутного моменту. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Запобіжний вал лінії привода прокатного стана, виконаний у вигляді ступінчастого вала з запобіжною кільцевою проточкою й двома хвостовиками, який відрізняється тим, що він обладнаний рознімним хомутом, обидві частини якого з'єднані принаймні парою попередньо напружених стягувачів, кожен з яких виконаний, наприклад, у вигляді шпильки із двома гайками, при цьому рознімний хомут установлений на валу таким чином, що вертикальна вісь симетрії хомута сполучена з вертикальною віссю запобіжної кільцевої проточки. 4 UA 111987 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5