Предохранительное устройство

 

Изобретение относится к неразрушающимся средствам защиты от перегрузок машин и механизмов, преимущественно , прокатных станов и кузнечно-прессового оборудования. Целью изобретения является повышение надежности и расширение технологических возможностей устройства. При достижении усилий;, прокатки, превосходящих допустимые, лента теряет dl устойчивость и вспучивается. Лента в этом случае работает в закритической области на продольный изгиб. Жесткость устройства падает практически до 0. Обеспечивается надежная защи- ,.та машин от перегрузок. Втулка 8 своим перемещением по резьбе 12 обеспечивает регулирование усилий срабатывания устройства. При увеличении высоты спирали значение допустимого усилия уменьшается, а при уменьшении возрастает. Сквозные пазы 7 и несквозные пазы 10 способствуют равнопрочности устройства особенно при больших отношениях наружного радиуса спирали к ее внутреннему радиусу. Устройство отличается высокой стабильностью и надежностью срабатывания , а усилия срабатывания при про чих равных условиях в 1,8-2,4 раза по сравнению с известными. Кроме того, возможна регулировка усилия. Стабильность работы обеспечивается также тем, что лента по всей длине в продольном направлении по дуге регламентированного радиуса и . намотана на кольца выпуклостью наружу . 3 3.п. ф-лы, 6 ил. 7 5 V i О) со 4 о 00 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (51) 4 В 21 В 33/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (21) 4053346/22-02 ! (22) 08.04 ° 86 (46) 30.09.87. Бюп. № 36 (71) Колпинское отделение Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института металлургического машиностроения

Научно-производственного объединения

"Внииметмаш" (72) Л.М.Бобров, Ю.И.Дунаевский, А.Я.Усвят, С,А.Стукалов и В.А.Усвят .(53) 621.771.2.06(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР №- 1011288, кл. В 21 В 33/02, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 1163927, кл. В 21 В 33/02, 1984. (54) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к неразрушающимся средствам защиты от перегрузок машин и механизмов, преимущественно,прокатных станов и кузнечно-прессового оборудования. Целью изобретения является повьппение надежности и расширение технологических возможностей устройства. При достижении усилий, прокатки, превос— ходящих допустимые, лента теряет устойчивость и вспучивается ° Лента в этом случае работает в закритической области на продольный изгиб, Жесткость устройства падает практически до О. Обеспечивается надежная защи.та машин от перегрузок. Втулка 8 своим перемещением по резьбе 12 обеспечивает регулирование усилий срабатывания устройства. При увеличении высоты спирали значение допустимого усилия уменьшается, а при уменьшении возрастает; Сквозные пазы 7 и несквозные пазы 10 способствуют равнопрочности устройства особенно при больших отношениях наружного радиуса спирали к ее внутреннему радиусу.

Устройство отличается высокой стабильностью и надежностью срабатывания, а усилия срабатывания при прочих равных условиях в 1,8-2,4 раза выше по сравнению с известными. Кроме того, возможна регулировка усилия.

Стабильность работы обеспечивается также тем, что лента по всей длине изогнута в продольном направлении по дуге регламентированного радиуса и . намотана на кольца выпуклостью наружу. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

7 5

1 134

Изобретение относится к неразрушающимся средствам защиты от перегрузок машин и механизмов, преимущественно прокатных станов и кузнечно-прессового оборудования.

Цель изобретения — повышение надежности и расширение технологических возможностей устройства.

На фиг. 1 показано предлагаемое предохранительное устройство с подвижным в направлении образующей до— полнительным кольцом, имеющим внут,ренний резьбовой фланец, разрез; на фиг. 2 — устройство с наружным реэьбовым фланцем на подвижном кольце и трапецеидальными радиальными пазами, сквозными и дополнительными не сквозными в радиальном направлении, раз" рез; на фиг. 3 — разрез А-А на фиг. 2 и 1; на фиг. 4 — лента, пластически изогнутая по всей длине в ненапряженном состоянии; на фиг. 5 — пример устройства для осуществления намотки ленты; на фиг. 6 — разрез Б-Б на фиг. 5.

Устройство (фиг. 1) состоит из ленты 1, навитой с натягом на кольца

2 в цилиндрическую спираль и пластически изогнутой в плоскости, перпендикулярной образующей, вогнутостью внутрь спирали, свободно опирающейся торцами 3 и 4, например, на нажимной винт 5 и подпятник 6. Вдоль образующей спирали выполнены сквозные пазы 7 в радиальном направлении. Спираль охвачена дополнительным кольцом 8. Радиальные пазы 7 выполнены в виде прямоугольной трапеции в меридиональной плоскости с прямым углом со стороны подвижного кольца 8 и большим основанием 9 снаружи спирали. Дополнительные не сквозные в радиальном направлении па— зы 10 расположены между сквозными пазами 7 и имеют ту же форму. Дополнительное кольцо 8 выполнено подвиж— ным в направлении образующей спирали и может быть снабжено внутренней резьбой 11 (фиг. 1) или наружной резьбой 12 (фиг. 2) .

Устройство работает следующим образом.

До тех пор, пока усилие Р, воспринимаемое нажимным винтом 5 либо подпятником 6 и предохранительным устройством, не достигнет предельно допустимого значения Р, цилиндрическая спираль, свернутая из ленты 1, сжимается как монолитный блок поперечным сечением

0848 2

l (r — -г ) и высотои Н (фиг. 1-3) и н 6

I )

55 имеет высокую жесткость, равную жесткости монолитного блока тех же габаритов. Это практически не снижает жесткости машины, в которую встроено устройство, и сохраняет высокую точность выполнения ею технологических операций (правки, ковки, штамповки, резания и т.п.). Благодаря применению не плоской, а пластически изогнутой по всей длине ленты выпуклостью наружу спирали с радиусом изгиба г„ лента до срабатывания устройства не разгибается в средней его части по высоте Н, что повьппает жесткость уст-. ройства, величину и стабильность усилия Р . Когда усилие на устройство достигает значения Р, лента теряет устойчивость, выпучивается (см. пунктир на фиг. 1) и.работает далее в закритической области на продольный изгиб. Жесткость предохранительного устройства благодаря этому падает практически до нуля, обеспечивая надежную защиту машины от перегрузок. Кольца 2 задают однозначное направление выпучивания ленты при потере устойчивости и ограничивают максимальный ход предохранительного устройства, равный сближению торцов

3 и 4 устройства. Подвижное в направлении образующей кольцо 8, охватывающее спираль по наружному радиусу

r обеспечивает регулирование усилий срабатывания устройства в процессе работы, например, за счет поворота его резьбового фланца 11, сопряженного с нажимным винтом 5 (фиг. 1), либо фланца 12, сопряженного с подпятником 6 (фиг. 2). При увеличении высоты Н значение Р уменьшается, а при уменьшении возрастает (см. штрихпунктирные линии на фиг. 1 и 2), что более удобно в эксплуатации и расширяет технологические возможности применения устройств для различных машин и механизмов при различных условиях эксплуатации.

Для повышения равнопрочности устройства, т.е. обеспечения равенства: наибольших напряжений при наибольшем его рабочем ходе во всех лепестках прорезанной ленты, сквозные в радиальном направлении пазы 7 и дополнительные не сквозные в радиальном направлении пазы 10 (фиг. 2 и 3) выполнены в виде прямоугольной трапе3 134 ции с прямым углом и большим основанием 9 со стороны подвижного кольца 8. Изготовление таких пазов электроэрозионным методом более технологично за счет повышения точности при применении трапецеидальных электро— дов-инструментов и снижения их расхода по сравнению с прямоугольными.

Дополнительные пазы 10 также способствуют повышению равнопрочности устройства, особенно при больших относительных значениях r„/r (r„ /г >

> 4-5), что позволяет при прочих равных условиях увеличить его рабочий ход.

После устранения причины, вызвавшей перегрузку машины, в которой установлено предохранительное устройство, лента 1, упруго распрямляясь, возвращает подпятник 6 в исходное положение.

Для придания ленте изгиба по всей длине в продольном направлении ее наматывают на кольца 2 на устройстве (фиг. 5), которое состоит из рулона

13 ленты, установленного на валу 14 с тормозом 15, причем ось рулона параллельна осям внутренних колец 2, а лента 1 перекинута через брусок 16 и передний конец ее закреплен на кольце 2, имеющем привод 17 вращения.

На фиг. 6 показан электрод-инструмент 18 в виде прямоугольной трапеции (в плане) для прошивки радиальных пазов соответствующей формы в цилиндрической спирали.

Намотка осуществляется таким образом.

При вращении внутреннего кольца 2 с радиусом r приводом 17 по часовой стрелке за счет регулирования усилия натяжения в ленте 1 тормозом 15 ее ппастически изгибают перед навивкой на внутреннее кольцо в зоне контакта с бруском 16 до требуемого радиуса

r В результате рулон 13 ленты разматывается против часовой стрелки, а цилиндрическая спираль наматывается по часовой стрелке до требуемого наружного радиуса r (см. пунктир на фиг. 5). После этого ленту обрезают.

При этом поскольку r г, цилинд рическая спираль оказывается самозатянутой, т.е. лента в ней не стремится к распрямлению и поэтому не нуждается в закреплении снаружи после .обрезки заднего конца. После навивки цилиндрической спирали в ней проши0848 вают в радиальном направлении пазы с помощью электрода-инструмента 18 (фиг. 6) в виде прямоугольной трапеции. Такая форма не только повышает

5 равнопрочность предохранительного устройства, но и точность прошивки и снижает расход электрода-инструмента по сравнению с прямоугольной его формой. Действительно, из фиг. 6 видно, что износ боковых кромок трапецеидального электрода-инструмента в значительной мере компенсируется износом его передней кромки (сравнить пунктирную и сплошную линии). B случае электрода-инструмента прямоугольной формы этот эффект очевидно отсутствует. б, + б, — 2466

2Е

У б = 6

35 где Š— модуль упругости материала; — коэффициент Пуассона.

При этом для тонкой изотропной ленты по ее толщине h и текущему ра40 диусу спирали r модуль напряжений изменяется таким образом:

2 б

O э

h г

2 (2) 45

Eh 1 — — ), (3)

r„

2(1 — q ) г

r r„; гв

Eh 1 1 — — — — (- ——

2(1 — ) rí

rh r 6 гнз °

55 где t, текущая координата рассматри» ваемой точки по толщине; напряжение по наружной поверхности ленты.

Значение радиуса г„ (фиг. 4), по которому пластически изгибают ленту 1, определяется таким образом.

Упругий потенциал U ленты пластически изогнутой до радиуса r a затем намотанный в спираль с внутренним и наружным радиусами r u rH соответственно определяется текущими значениями главных нормальных напряжений растяжения с,, G (или сжатия) в каждой точке:

L,Îß L 054

UHdLdt » UHdLdt; (5)

0о ао, (2 2) L r r

h и ъ (6) и(хн гн) н и

2 г>г и (7) .где L — длина спирали по развертке, Ь = т.1 + 1,,= 1н(г „-r „) / h.

Из неРавенства (5) после подстановки (1) — (4), (6), (7), интегрирова— ния и упрощений получено

5 134

Нижняя граница искомого радиуса r определяется неравенством, отвечающим большей энергии деформации наружных разогнутых витков спирали (при г > г,) по сравнению с внутренними (при r с гн):

0848 6 срабатывания по сравнению с известными, а усилия срабатывания при прочих равных условиях в 1 8-2,4 раза выше. Кроме того, с помощью кольца, 5 подвижного в направлении образующей спирали, это усилие можно регулировать в процессе эксплуатации устройства, что значительно расширяет его технологические возможности по сравнению с прототипом.

Изобретение позволяет сократить число аварий и простоев машин и механизмов благодаря обеспечению возможности размещения в них более надежных и маневренных предохранительных устройств со значительно более высокой несущей способностью, а также за счет уменьшения габаритов защища20 емых машин, Формула изобретения (гв + rн) гв

2г +0,0088r„ (9) „о

55

Ф

hrBrH . 2

Н и (8) Трансцендентное неравенство (8) не может быть решено в явном виде относительно r однако числЕнный анализ позволяет установить, что в широком интервале практически важных для машиностроения случаев r„/г 20 с высокой точностью (погрешность по г„ не превышает 0 5%) это неравенст- 35 во можно аппроксимировать, т.е. заменить равносильным:

Верхняя граница значения r,„îïðåделяется упругими деформациями лепестков ленты после их распрямления в закритической области:

2h

r (10)

У

2(1 — ) где G — предел упругости материала.

Таким образом, искомые значения г„отвечают условию (гь + rB) гв Eh

2 г„+0,0088 r„2(1-3 )б

Предлагаемое устройство обеспечивает высокую стабильность и надежность

1. Предохранительное устройство преимущественно прокатных станов, включающее гибкую ленту, навитую с натягом на внутренние кольца в виде цилиндрической спирали со сквозными в радиальном направлении пазами вдоль образующей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его надежности и расширения технологических возможностей, устройство снабжено подвижным в направлении образующей дополнительным кольцом, предпочтительно резьбовым фланцем, а лента по всей длине выполнена пластически деформированной в продольном направлении и навита выпуклостью наружу.

2, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что цилиндрическая спираль снабжена дополнительными пазами вдоль образующей, глухими в радиальном направлении и расположенными между сквозными.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что пазы выполнены в виде прямоугольной тра.пеции в меридиональной плоскости с прямым углом со .стороны подвижного в направлении образующей кольца и большим основанием снаружи спирали.

4. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что лента деформирована по дуге радиусом изгиба

r„, который находится в пределах (r„ + r ) r, Eh

2 г + 0,0088 гн " 2(i-g )6 где г„и r венно; толщина ленты;

7 1340848 наружный и внутренний радиусы цилиндрической спирали соответстЕ, G — модуль и предел упругости материала ленты соответственно; — коэффициент Пуассо на.

1340848

1340848

Составитель Г. Ростов

Техр ед Л. Сердюкова Корректор Н. Король

Редактор М. Дылын

Заказ 4380/13

Тираж 480 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4