Привод силовой машины

 

Изобретение относится к металлургическому машиностроению и может быть использовано при создании приводов силовых машин, например прокатных станов . Цель - повышение долговечности элементов привода путем снижения изгибающих моментов в линии привода. Привод силовой машины, преимущественно клети прокатного стана, содержит двигатель 1, редуктор 2, жесткую муфту 3, соединяющую и центрирующую входной вал 4 редук-fopa и вал 5 двигателя . Двигатепь подвешен на пружинных амортизаторах 11, расположенных в плоскости, проходящей через центр тяжести двигателя, и фиксируется от поворота в результате действия реактивного элемента закрепленной на нем планкой 18, другой конец которой взаимодействует с упором 19. Один из валов , соединенных муфтой, снабжен измерителем 20 изгибающего момента, электрически соединенным с приводами регулирования пружинных амортизаторов , на которых подвешен двигатель 1. При появлении изгибающего момента по сигналу измерителя произво .8 $ (Л 3 о 00 ю СП со го

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1632532 А 1 (51) 5 В 21 В 35/00 F 16 F 15/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ го

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

l10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П4НТ СССР (21) 4678902/02 (22) 12.04.89 (46) 07.03.91. Вюл. Р 9 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский ин-. ститут металлургического машиностроения им. А.И.Целикова (72) А.А.Жуков (53) 621.771.06-88(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1073510, кл. F 16 F 15/04, 1981., (54) ПРИВОД СИЛОВОЙ МА1 П1ИЫ (57) Изобретение относится к металлургическому машиностроению и может быть использовано при создании приводов силовых машии, например прокатных станов.. Цель — повышение долговечности элементов привода путем снижения изгибающих моментов в линии привода.

Привод силовой машины, преимущественно клети прокатного стана, содержит двигатель 1, редуктор 2, жесткую муфту 3, соединяющую и центрирующую входной вал 4 редуктора и вал 5 двигателя. Двигатель подвешен на пружинных аморти затора х 11, расположенных в плоскости, проходящей через центр тяжести двигателя, и фиксируется от поворота в результате действия реактивного элемента закрепленной на нем планкой 18, другой конец которой взаимодействует с упором 19. Один из валов, соединенных муфтой, снабжен измерителем 20 изгибающего момента, ..электрически соединенным с приводами регулирования пружинных амортизаторов, на которых подвешен двигатель 1. При появлении изгибамэщего момента по сигналу измерителя произво163? 532

20 дится автоматическая регулировка пружинных амортизаторов до устранения изгибающего момента. Упор 19 установлен в плоскости разъема муфты, благодаря чему исключается изгибающий монт в плоскости разъема муфты, что

Изобретение относится преимущественно к металлургическому машиностроению и может быть использовано при создании приводов силовых машин, например прокатных станов.

Целью изобретения является повышение долговечности элементов привода путем снижения изгибаю 1 их моментов в линии привода.

На фиг. 1 изображен привод силовой манины, обш;»й вид; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — сечение Б-H на фиг., 1; на фиг. 4 — элект- 25 рическая схема измерителя изгибающего . момента; на фиг. 5 — схема нагружения валов двигателя и редуктора в гори- зонтальной плоскости и эпюры поперечных сил И изгибающих моментов; на фиг. 6 — схема изгиба валов при просадке амортизаторов; на фиг. 7 - графики изменения сигналов измерителя изгибающего момента в зависимости от угла поворота валов.

Привод силовой машины, преимущественно клети, прокатного стана, содержит двигатель 1, редуктор 2, жест.кую муфту 3, соединяющую и центрирующую входной вал 4 редуктора и вал 5 40 двигателя. Редуктор 2 неподвижно закреплен на фундаменте 6 и связан ва. лом 7 с прокатной клетью (не показана), а двигатель 1 через цапфы 8 опирается на штоки 9 амортизаторов 10 45 и 11, смонтированных на основании 12, причем оси амортизаторов расположены в вертикальной плоскости, проходящей через центр тяжести двигателя. Каждый амортизатор состоит из корпуса

13, штока 9, пружины 14 регулятора 15 ее натяжения, выполненного в виде резьбовой втулки 16 установленной в корпусе 13. К корпусу 17 двигателя прикреплена планка 18, взаимодействующая своим свободным концом с

55 упором 19, расположенным на фундаменте в плоскости А-А, являющейся вертикальной плоскостью разъема муфты 3. устраняет его износ. Изобретение уменьшает износ элементов линии привода, в том числе жесткой муфты, устраняет динамические нагрузки и повыша ет дол г овечн ос т ь вс ех эл емент ов ли— нии привода. 7 ил.

Упор 19 может быть снабжен упругими элементами.

На одном из валов, соединенных жесткой муфтой 3, например на валу 4 редуктора, установлен измеритель 20 изгибающего момента, включающий отметчик 21 оборотов и датчики 22 и 23 продольной деформации вала, например . тензорезисторы, расположенные симметрично относительно оси вала и соединенные в полумост (фиг. 4). Отметчик

21 оборотов состоит из закрепленного на валу кольца, образованного двумя полукольцами — электропроводным 24 и неэлектропроводным 25, и неподвижных .относительно фундамента контактных токоприемников 26 и 27, из которых первый находится в проходящей через ось вала горизонтальной,плоскости, а другой — в вертикальной, При этом полукольца ?4 и 25 расположены по разные стороны от плоскости, в которой лежат оси датчиков ?? и 23.

Регуляторы 15 натяжения снабжены приводом 28, электрически связанным с измерителем ?О изгибающего момента и состоящим из исполнительных механизмов 29 и системы 30 управле-.. ния, предназначенной для анализа сигналов от датчиков 22 и 23 и отметчика 21 оборотов и выработки корректирующих воздействий в случае появления иэгибных напряжений. Исполнительный механизм ?9 содержит электродвигатель 31, червяк 32 и червячное колесо 33, установЛенное на хвостовике резьбовой втулки 16 с возможнос- . тью осевого перемещения.

Рассмотрим факторы, обусловливающие изгиб валов в зоне соединения их жесткой муфтой. Нагрузки, действующие на валы 4 и 5 в горизонтальной плоскости, определим, используя расчетную схему (фиг. 5). Прн формировании реактивного момента на планку 18 со стороны упора 19 действует усилие Р, в результате чего .в точках А,В,С и F. соответствующих подшипниковым опорам

?532 6 где Š— расстояние между муфтой и подшипниковой опорой двигателя, муфта не передает изгибающего момента в го5 ризонтальной плоскости. Для сравнения приведена эпюра 36 изгибающих моментов на участке ВС при установке упора в плоскости подшипниковой опоры закрепленного на фундаменте редукт тора. В этом случае в зоне установки жесткой муфты формируется изгибающий момент, что снижает работоспособность и долговечность соединения валов и является основным недостатком подобного расположения упора, При просадке амортизаторов (фиг.6) часть веса двигателя уравновешивается за счет изгиба валов 4 и 5, в сечении с координатой 7. которых возника20 ет изгибающий момент

М «=1се (Z+h «), (5) где k — коэффициент. пропорциональности, зависящий от размеров и условий закрепления валов;

25 е — смещение центра тяжести двигателя вследствие просадки амортизаторов;

b « — расстояние между центром тяжести двигателя и плоскостью

30 его поднипниковой опоры, расположенной со стороны редуктора.

Суммарный изгибающий момент с учетом (4) и (5) определяется выражением

35 tl= t1*+lP= k е (7+Ь ) +F (а-2) . ! (6)

Из последнего выражения следует, что для исключения действия изгибающего момента в сечении Z=7<, соответ4О ствующем вертикальной плоскости разь ема муфты, необходимо обеспечить с одной стороны компенсацию просадки амортизаторов (e=O), à с другой установить упор в плоскости разъема муф45 fbi (a-=Z )

Аналогичные рассуждения можно про вести и для случая, когда двигатель закреплен на фундаменте, а редуктор

-установлен на амортизаторах.

М =Р(а-7,) . (4)

Ъ

При Z=a момент в соответствии с равенством (4) обращается в нуль, поэтому при.расположении упора в плоскости симметрии муфты, т.е. при a=Z«„

163 редуктора и двигателя, к валам приложены силы реакции RA,RbRo и КЕ. а к корпусу 17 двигателя — Р и R< (ие показаны), равные Кс и R< и противоположно направленные. Горизонтальные усилия взаимодействия корпуса 17 двигателя с амортизаторами 10 и 11 не возникают, поскольку жесткость последних в этом направлении практически равна нулю. Поэтому из условий

I равенства нулю моментов сил Р, R«

1 и R относительно точек С и Е

К =К =P(1+a/b) (1)

R =R =Ра/Ь, где а - расстояние от плоскости расположения упора до ближайшей поднип ников ой опоры двигателя;

Ь - расстояние между поднипниковыми опорами двигателя.

Аналогично из условий равновесия соединенных муфтой валов под действием системы сил К, Кв, R c u R z получим

L — à

R =Р—-с (2)

L+c-а

R =Р— —— с где L — расстояние между подшипниковой опорой редуктора и подшипниковой опорой двигателя; с — расстояние между поднипниковыми опорами редуктора., На основании известных рекомендаций с учетом величин сил реакции построены эпюры поперечных сил (поз.34) и изгибающих моментов (поз. 35) в валах 4 и 5. Например, для участка между точками В и С, на котором нахо дится жесткая муфта, выражение для изгибающего момента имеет вид

N =R (Е-+ )-Кс" (3)

Е где Š— расстояние ov поднипниковой опоры двигателя, расположенной в точке С, до сечения, в котором определяется изгибающий момент.

С учетом (1) из выражения (3) по" лучим

Привод силовой машины работает следующим образом.

При действии техн элогических нагрузок, например при прокатке металла в рабочей клети прокатного стана, в соединительных валах 4,5 и 7 возни-.. кают крутящие моменты, величича которых изменяется во времени. Одновре1632532

20 менно формируется реактивный момент, воспринимаемый упором 19, вследствие чего появляется горизонтальное усилие взаимодействия между упором 19 и планкой 18, приводящее к изгибу валов па участке между редуктором 2 и двигателем 1. Однако, благодаря установке упора s вертикальной плоскости разъема жесткой муфты 3, линия дейст- 10 вия этого усилия также находится в . указанной плоскости, что позволяет устранить изгибающий момент в зоне соединения валов 4 и 5 муфтой 3.

Просадка по крайней мере одной из пружин 14 амортизаторов 10 и 11, вызванная релаксацией напряжений или малыми пластическими деформациями от ,действия высоких динамических нагру;зок, приводит к перемещению вниз центра тяжести двигателя, появлению несоосности валов 4 и 5 и их изгибу в вертикальной плоскости, причем изгибающий момент передается и жесткой муфтой 3. При различии величин не- 25 упругих деформаций пружин амортизаторов 10 и 11 дополнительно появляется изгиб валов в горизонтальной плоскости, связанный с наличием упора 19, препятствующего повороту корпуса дви- 30 гателя. В сечении, совпадающем с вертикальной плоскостью симметрии жесткой муфты 3, величина этой составляющей изгибающего момента равна нулю, аналогично тому, как это происходит в процессе формирования реактивного момента. Наличие изгиба в горизонтальной плоскости вала 4 при отсутствии рабочих нагрузок может быть использовано для обнаружения неравно- 40 мерности просадки амортизаторов 10 и 11.

Возникновение изгибающего момента в месте установки измерителя 30 сопровождается деформацией вала 4, которая фиксируется датчиками 22 и 23 и пропорциональна составляющей момента в плоскости, проходящей через их оси. Вследствие вращения датчиков вместе с валом угловое положение этой плоскости меняется и измеряются величины различных составляющих изгибающего момента. В результате при работе привода на холостом ходу сигнал от датчиков 22 и 23 изменяется

55 по синусоидальному закону в зависимости от угла поворота вала 4 (фиг.7).

Положительному направлению оси ординат соответствует деформация растяжения в месте размещения датчика 22.

Определить в какой плоскости производится измерение изгибающего момента в каждый конкретный момент времени. позволяет наличие отметчика 21 оборотов. Последний эа каждый оборот вала 4 в течение определенного отрезка времени формирует сигнал постоянного уровня (фиг. 7, поз. 37). Например, при вращении по.часовой стрелке началу этого сигнала соответствует положение датчиков в горизонтальной плоскости, при котором датчик 22 и токоприемник 26 находятся по одну сторону от вала, а концу — положение датчиков в вертикальной плоскости.

Оба электрических сигнала от измерителя 20 изгибающего момента по- . ступают к приводу 20 регуляторов натяжения, а именно на вход системы 30 управления, которая осуществляет их анализ. Гсли в момент появления сигнала отметчика 21 оборотов датчики показывают наличие изгибающего момента (фиг. 7, кривые 33 и 39), это означает, что просадка пружин неодинакова. Для указанного взаимного расположения амортизаторов и элементов измерителя изгибающего момента получение системой управления в указанный момент положительного сигнала датчиков (кривая 30) свидетельствует о большей величине просадки амортизатора 10, а отрицательного (кривая 39)амортизатора 11. Следовательно, если сигнал имеет вид, представленный кривой 30, система 30 управления приводит в действие исполнительный механизм амортизатора tO. Для этого она включает соответствующий электродвигатель 31, приводящий во вращение через червячную пару (32,33) резьбовую втулку 16, перемещающуюся по резьбе, нарезанной в корпусе 13, и поджимающую пружину 14. При этом хвостовик резьбовой втулки перемещается относительно установленного на нем червячного колеса 33.

По мере устранения неравномерности просадки пружин центр тяжести двигателя поднимается, а изгибающий момент в вертикальной плоскости уменьшается. Одновременно снижается и момент в горизонтальной плоскости, при обращении которого в нуль (кривая 40) заканчивается компенсация большей просадки одного из амортизаторов. Если после этого продолжает действовать

9 1632532 l0 изгибающий момент в вертикальной плоскости, дальнейшая компенсация осуще-. ствляется путем синхронного вращения электродвигателей 31 обоих исполни5 тельных механизмов. При отсутствии сигнала о наличии изгибных деформаций вала 4 (кривая 41) система 30 управления отключает электродвигатели. В результате устранения просадки 10 и обеспечения соосности валов 4 и 5 вес двигателя полностью воспринимается амортизаторами, и муфта 3 не подвергается действию изгибающего момента. 15

Предлагаемое выполнение привода позволяет разгрузить жесткую муфту и места ее посадки на валы двигателя и редуктора от изгибающих моментов и уменьшить ее износ. Это способствует 20 уменьшению зазоров в линии привода на участке между редуктором и двигателем и, следовательно, снижению динамических нагрузок на этом участке, а также в зубчатых зацеплениях и корпусных деталях редуктора. В ре- зультате повышается долговечность элементов привода, Возможность обнаружения и компенсация даже небольшой просадки амортизаторов также уменьшает нагрузки в валах и дополнительно повьппает их долговечность.

Формула и з обр ет ения

Привод силовой машины, преимущественно клети прокатного стана, содержащий редуктор или двигатель, корпус которого закреплен на фундаменте посредством пружинных амортизаторов с регуляторами натяжения пружин и снабжен планкой, взаимодействующей с упором для восприятия реактивного момента, соединенные жесткой разъемной муфтой валы, связывающие редуктор или двигатель с машиной, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения долговечности привода путем снижения изгибающих моментов в линии " привода, он снабжен измерителем изгибающего момента, установленным на одном из соединенных муфтой валов, и приводом регуляторов натяжения пружин амортизаторов, электрически связанным с измерителем изгибающего момента, а упор расположен в вертикальной плоскости разъема муфты.

6Я

ГГ

1632532 с

1632532 ъ °

И

Составитель А.Иаслов

Редактор И.шмакова Техрел Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Заказ 574 Тираж 336 Подписное 1

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

11 3035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101