Герметизирующее устройство для валов и осей

 

Использование: относится к механическому оборудованию прокатных цехов. Сущность изобретения: герметизирующее устройство содержит уплотняющую втулку с внутренней конусной полимерной поверхностью и установленный на валу внутри уплотняющей втулки контактно-лабиринтный центробежный герметизатор с герметизирующими кромками, которые контактируют с конусной полимерной поверхностью втулки. Внутренняя конусная поверхность уплотняющей втулки наклонена к продольной оси вала под углом α = 5 ... 15°. Устройство снабжено компенсаторами износа для регулирования удельного давления в зоне герметизации и вторичным герметизатором, обеспечивающим герметичность между крышкой барабана и уплотнительной втулкой. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к механическому оборудованию прокатных цехов металлургических заводов.

Известны герметизирующие устройства, в которых контактно-лабиринтный центробежный герметизатор устанавливается на валу по неподвижной посадке, а герметизирующие кромки взаимодействуют с цилиндрической поверхностью контртела (Кононенко А.П. и Голубов Ю.Н.). Уплотнительные устройства машин и оборудования. Расчет и конструирование. М.: Машиностроение, 1984, 104 с, с.67).

Недостатками таких герметизирующих устройств являются отсутствие возможности регулирования удельного давления в зоне контакта, что приводит к возникновению одинаковых нагрузок на герметизирующие кромки, невозможность использовать такой важной характеристики контактно-лабиринтного центробежного герметизатора, как резервирование, что приводит к ускоренному износу герметизирующих устройств, и следовательно, подшипников качения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является герметизирующее устройство ролика ленточного конвейера, включающее контактно-лабиринтный центробежный герметизатор, насаженный на ось ролика посредством втулки, герметизирующие кромки которого взаимодействуют со сменными вставками (втулками), внутренние поверхности которых выполнены коническими с возможностью создания различных удельных давлений в зоне герметизации каждой ГК [2].

Недостатком такой конструкции является невозможность регулирования удельного давления герметизирующих кромок по мере их износа и появления утечек смазки.

Целью изобретения является обеспечение надежной герметизации за счет создания стабильного удельного давления ГК на уплотнительную втулку и повышение ресурса планетарных ножниц.

Это достигается тем, что герметизирующее устройство для валов и осей, содержащее контактно-лабиринтный центробежный герметизатор с герметизирующими кромками, взаимодействующими с конусной полимерной поверхностью уплотняющей втулки, образуя контактный лабиринт. При этом конусная полимерная поверхность уплотняющей втулки наклонена к продольной оси вала под острым углом α = 5...15^о.

Кроме того, оно снабжено компенсаторами износа для регулирования удельного давления в зоне герметизации и вторичным герметизатором, размещенным в выполненном на наружной поверхности уплотняющей втулки кольцевом пазу.

На фиг. 1 изображено герметизирующее устройство малой режущей головки планетарных ножниц; на фиг.2 - контактно-лабиринтный центробежный герметизатор; на фиг.3 - график интенсивности износа герметизирующих кромок в зависимости от угла наклона внутренней поверхности уплотняющей втулки.

Герметизирующее устройство состоит из контактно-лабиринтного центробежного герметизатора 1, жестко установленного на валу 2, и уплотняющей втулки 3, смонтированной по подвижной посадке в крышке 4 барабана ножниц. Уплотняющая втулка 3 имеет антифрикционное полимерное покрытие 5, а на наружной ее поверхности установлен вторичный герметизатор - кольцо 6 из эластомера. Между защитной крышкой 7 и уплотняющей втулкой 3 установлены компенсаторы 8 износа.

При вращении барабана возникают центробежные силы, которые перемещают массу тела от оси вращения к периферии, к торцовым станкам барабана, вызывая давление масла на эти поверхности. Это давление масла действует и на поверхность контактно-лабиринтного центробежного герметизатора. Причем в статике смазочное масло удерживается от утечки за счет сил упругости эластомерных дисков, которые создают необходимую степень герметизации благодаря осевому перемещению контртела. При вращении барабана удельное давление в зоне герметизации увеличивается за счет центробежных сил, воздействующих на герметизирующие кромки.

Выбор угла наклона α производился на основании того, что при α≅ 5^о удельное давление всех герметизирующих кромок вызываются и силами упругости эластомерных дисков и динамическими нагрузками, приводящими к одинаковому их износу и, следовательно, к потере герметизации. А при α≥ 15^о резко возрастает интенсивность износа герметизирующих кромок, определяемая аналитической зависимостью I= K или I=K, где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от шероховатости поверхности контртела (для полимерного покрытия К = 0,03); f - коэффициент трения скольжения (резина по полимерному покрытию f = 0,51); q - удельное давление в зоне герметизации; σ_p - предел прочности на разрыв; t - коэффициент динамической выносливости, принимаемый для резин от 3 до 6; σ_o - параметр фрикционной выносливости (резина по полимерному покрытию σ_o= 5,7 даН/см²).

Ниже приведены вычисления интенсивности износа герметизирующих кромок контактно-лабиринтного центробежного герметизатора из маслостойкой резины: 3 По полученным значениям интенсивности износа герметизирующих кромок построена кривая в зависимости от угла наклона внутренней поверхности уплотняющей втулки. Как видно из графика при α≥15^оинтенсивность износа герметизирующих кромок резко возрастает и, тем самым, ограничивается применение конусных поверхностей с углом наклона более 15^о.

При вращении барабанов планетарных ножниц сила массы масла в объеме режущих головок оказывает повышенное (избыточное) давление на герметизирующее устройство. С увеличением скорости вращения барабанов растут и центробежные силы, вызывающие дополнительные удельные нагрузки, повышающие степень герметизации контактно-лабиринтного центробежного герметизатора. В существующих конструкциях герметизирующих устройств (манжеты по ГОСТ 8752-70) удельное давление может быть создано только за счет применения браслетных пружин.

Расчет удельного давления, создаваемого в зоне контакта герметизирующего устройства как традиционного (манжета), так и предлагаемого контактно-лабиринтного центробежного герметизатора.

Исходные данные: сборочный чертеж барабана планетарных ножниц. Частота вращения электродвигателя - 400 об/мин передаточное число привода 2,67.

Сила веса масла в объеме режущей головки C = = = 0,735 тс, или С = 735 кгс. Здесь d торцовая поверхность режущей головки; h - длина картера режущей головки; γ - объемная масса (удельная), равная 0,9 тс/м³.

Точка приложения центробежной силы (массы масла) при работе ножниц r = 835, 5 м Центробежная сила F^и_п^н = где m - масса масла, V - окружная скорость.

m=G/g=735/9,81 = 74,92 кгс.с/м, V = r ω = 0,8355˙15,68 м/с. Здесь ω = = = 15,68 c^-1 где n _б - число оборотов барабана, n_б = = = 149,8 об/мин Тогда
F^и_п^н = = 15386 кгс/с
Давление масла на стенки картера
P = h = h, где f_к - площадь внутренней поверхности картера
f_к= 2 +πr_кh= 2,0·785·1,055²+3,14·0,5275·0,935= 3,295 м² Итак P = +0,9·1,055=5,62 тс/м² или Р = 0,562 кгс/см²
Давление на торцевую поверхность герметизирующей кромки
Р = р ˙ f_г где f_г - площадь герметизирующей кромки, воспринимающей давление масла
f_г = (D²-d²)=0,785/43²-39,6²/220,46 см² Тогда
Р = 0,562˙220,46 = 123,9 кгс.

Удельное давление, приходящееся на герметизирующую кромку
q = = = 0,917 кгс/см, где L_r = π D = 3,14˙43 = 135 см.

Итак, давление масла, которое должны удержать герметизирующие кромки, превышает удельное давление, создаваемое браслетной пружиной 0,07...0,1 кгс/см² более чем в 9 раз.

Удельное давление, создаваемое герметизирующими кромками контактно-лабиринтного центробежного герметизатора силами упругости материала герметизирующего устройства
qʹ = = =2,1 кгс/см Здесь Q - осевая сила, действующая по периметру герметизирующих кромок и равная 50 кгс, α = 10^о - угол наклона радиальной поверхности контртела.

Сопоставление удельных давлений массы масла на герметизирующие кромки манжеты и контактно-лабиринтной центробежный герметизатор показывает, что предлагаемое герметизирующее устройство обладает более, чем 9-кратным запасом устойчивости против потери герметичности.

Предлагаемая конструкция герметизирующего устройства имеет ряд преимуществ: устойчивость против избыточного давления масла регулируется компенсаторами износа; надежная герметизация создается осевым перемещением уплотняющей втулки и контактным лабиринтом; конструкция обладает свойством резервирования, т.е. это свойство обеспечивает вероятность безотказной работы более чем в 1,5 раза; исключаются потери смазочного масла.

Формула изобретения

1. ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВАЛОВ И ОСЕЙ, содержащее уплотняющую втулку с внутренней конусной полимерной поверхностью и установленный на валу контактно-лабиринтный центробежный герметизатор с герметизирующими кромками, установленными с возможностью взаимодействия с конусной полимерной поверхностью уплотняющей втулки, отличающееся тем, что внутренняя конусная полимерная поверхность уплотняющей втулки наклонена к продольной оси вала под углом 5 - 15^o.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено компенсаторами износа для регулирования удельного давления в зоне герметизации.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено вторичным герметизатором, размещенным в выполненном на наружной поверхности уплотняющей втулки кольцевом пазу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3