Винтовая пара обжимного прокатного стана

 

Использование: изобретение относится к машиностроительной и металлургической промышленности при изготовлении и эксплуатации тяжелых прокатных станов. Сущность: винтовая пара включает полный винт с плоской пятой и предохранительным кольцом в виде воронки сбора масла с отверстиями из воронки в полость винта, подвижное кольцо, устройство против заклинивания винта в гайке в верхнем положении. Бронзовая часть гайки выполнена конусообразной, составной со стальным кожухом гайки. Кожух выполнен в виде двух колец, верхнего и нижнего, с мембранами, соединенных обечайкой. Бронзовая часть гайки выполнена из двух бронзовых втулок, конусной и цилиндрической, запрессованной нагорячо в конусную и зафиксированной в ней штифтами. Цилиндрическая втулка является сменной. Для обеспечения смазки в винтовой паре выполнена система подводов и отводов масла через смазочные канавки на поверхности трения винта и гайки. Система смазки работает в зависимости от режимов работы винта, обеспечивая поверхности трения в винтовой паре обильной смазкой и охлаждением при вращении винта и создавая полусухое трение в них при остановке винта. Гайка выполнена неохлаждаемой. Изобретение обеспечивает значительное снижение вероятности самоотвинчивания винтов и отжима рабочего валка при задаче полосы в валки, повышение стойкости, понижение потребляемой мощности двигателей нажимного устройства стана, повышенное самоторможение винтовой пары при остановке винта, снижение трудоемкости ее изготовления и возможность дальнейшего использования винтовых пар б/у для создания новых винтовых пар с меньшим диаметром резьбы. 5 ил.

Изобретение может быть использовано в машиностроительной и металлургической промышленности при изготовлении и эксплуатации тяжелых прокатных станов.

Известна винтовая пара обжимного прокатного стана, принятая за прототип [1] , включающая винт и гайку, содержащая полый винт с плоской пятой, диаметром большим, чем диаметр винта, с предохранительным кольцом в виде воронки сбора масла с наклонными отверстиями из воронки в полость в головке винта для накопления масла и подвижное кольцо, выполненное стальным с конусной поверхностью, обращенной к винту, с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру воронки, размещенное над воронкой в расточке торца верхнего звена телескопического кожуха винта, гайку, выполненную с бронзовой конусной частью составной со стальным кожухом, состоящим из верхнего с опорным диском и нижнего с мембраной колец, соединенных между собой при помощи сварки обечайкой, крепление гайки в станине выполнено через пружины и приваренные к нижнему кольцу кожуха гайки торцевые планки болтами, на нижнем торце бронзовой части гайки выполнена кольцевая канавка с конусной поверхностью для вхождения подвижного кольца в верхнем положении винта при его аварийном заклинивании в гайке, гайка в расточке станины опирается на опорное бронзовое кольцо, контакт бронзового кольца и стального верхнего кольца кожуха гайки выполнен по сфере, резьба винтовой пары выполнена упорной, однозаходной, профиль винтов резьбы винтовой пары выполнен с равнопрочными винтами, со скругленной вершиной витков резьбы винта, с увеличенной галтелью у основания витков резьбы гайки, шаг резьбы 64 мм, центрирование винта в гайке выполнено по внутренней цилиндрической поверхности по скользящей посадке ₃/С₃ с зазором по наружной поверхности в 1 мм, для обеспечения смазки винтовой пары выполнены два вертикальных коллекторных подвода масла в гайку, соединенных сквозными горизонтальными каналами в каждом витке с верхней частью вертикальных смазочных канавок, выполненных на центрирующей винт внутренней цилиндрической поверхности гайки, сверху перекрытых перемычкой, а снизу сообщающихся со спиральной канавкой, выполненной на рабочей поверхности витков резьбы винта у его цилиндрической поверхности внутреннего диаметра, с отходящими от нее симметрично расположенными на каждом витке резьбы винта радиальными смазочными канавками, переходящими в вертикальные смазочные канавки на наружной цилиндрической поверхности витков резьбы винта, в теле винта от спиральной канавки к внутренней полости в каждом витке резьбы винта выполнены два ряда наклонных глухих отверстий и через один виток резьбы два ряда сквозных отверстий, в теле гайки выполнены четыре сквозных вертикальных коллекторных отвода отработанного масла со сквозными наклонными каналами к этим отводам, выполненными в каждом витке резьбы гайки от нерабочей поверхности витка у кромки пересечения ее с цилиндрической внутренней поверхностью витков резьбы гайки, над вертикальными коллекторными отводами в опорном диске верхнего кольца кожуха гайки на поверхности его внутреннего диаметра выполнены выемки, гайка выполнена неохлаждаемой.

Недостатки приведенного устройства: - диаметр резьбы винтовой пары большой, требуется большая мощность двигателей для вращения винтов в нажимном устройстве стана; - для изготовления винтов требуются паковки из легированной стали большого диаметра, большого веса; - смазка витка резьбы винтовой пары недостаточна, много масла уходит в полость винта через сквозные отверстия в витках, а емкость глухих отверстий в каждом витке резьбы винта для накопления необходимого количества масла мала, в результате чего масла на поверхности трения витков во время вращения винтов поступает недостаточно, на рабочих поверхностях витков резьбы винта появляется разгарная сетка трещин; - в период торможения и остановки винта скорость ухода масла из спиральной канавки винта и с рабочих поверхностей витков резьбы винтовой пары мала из-за малой площади сечений глухих отверстий; - выполнение кожуха гайки только с одной мембраной на нижнем кольце, т. к. одна мембрана не компенсирует величину полной деформации бронзовой части гайки при работе винтовой пары, в кожухе гайки появляются трещины; - выполнение бронзовой части гайки из целой отливки усложняет изготовление гаек, т.к. емкости печей для цветного литья в фасонно-литейных цехах металлургических заводов недостаточны для получения такого крупного литья; - винты и гайки б/у из-за их большого износа в дальнейшем не используются и сдаются в утиль, списываются в металлолом.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание винтовой пары с повышенной стойкостью, пониженной потребляемой мощностью двигателей нажимного устройства стана, повышенным самоторможением в моменты остановки винтовой пары, что уменьшает вероятность отжима рабочего валка во время задачи полосы в валки, сниженной трудоемкостью на ее изготовление и возможностью дальнейшего использования винтовых пар, бывших в употреблении, для создания новых винтовых пар с меньшим диаметром резьбы.

Поставленная задача достигается за счет того, что предложена винтовая пара обжимного прокатного стана, включающая винт и гайку, содержащая полый винт с плоской пятой, диаметром большим, чем диаметр винта, и предохранительным кольцом в виде воронки сбора масла с наклонными сквозными отверстиями из воронки в полость в головке винта для накопления масла и подвижное кольцо, выполненное стальным с конусной поверхностью, обращенной к винту, и внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру воронки, размещенное над воронкой в расточке торца верхнего звена телескопического кожуха, гайку, выполненную с бронзовой конусной частью, составной со стальным кожухом, состоящим из верхнего с опорным диском и нижнего с мембраной колец, соединенных между собой при помощи сварки обечайкой, крепление гайки в станине выполнено через пружины и приваренные к нижнему кольцу кожуха гайки торцевые планки болтами, на нижнем торце бронзовой части гайки выполнена кольцевая канавка с конусной поверхностью, гайка в расточке станины опирается в опорное бронзовое кольцо, контакт бронзового кольца и стального верхнего кольца кожуха гайки выполнен по сфере, резьба винтовой пары выполнена упорной, однозаходной, профиль витков резьбы винтовой пары выполнен с равнопрочными витками, со скругленной вершиной витков резьбы винта и увеличенной галтелью у основания витков резьбы гайки, шаг резьбы 64 мм, центрирование винта в гайке выполнено по внутренней цилиндрической поверхности по скользящей посадке А₃/С₃ с зазором по наружной поверхности в 1 мм.

Для обеспечения смазки винтовой пары выполнены два вертикальных коллекторных подвода масла в гайку, соединенных сквозными горизонтальными каналами в каждом витке с верхней частью вертикальных смазочных канавок, выполненных на центрирующей винт внутренней цилиндрической поверхности гайки, сверху перекрытых перемычкой, а снизу сообщающихся со спиральной канавкой, выполненной на рабочей поверхности витков резьбы винта у его цилиндрической поверхности внутреннего диаметра, с отходящими от нее симметрично расположенными на каждом витке резьбы винта радиальными смазочными канавками, переходящими в вертикальные смазочные канавки на наружной цилиндрической поверхности витков резьбы винта, в теле винта от спиральной канавки к его внутренней полости, в каждом витке резьбы винта выполнены два ряда наклонных глухих отверстий и через один виток резьбы винта выполнено по два ряда наклонных сквозных отверстий, в теле гайки выполнены четыре сквозных вертикальных коллекторных отвода отработанного масла со сквозными наклонными каналами к этим отводам, выполненными в каждом витке резьбы гайки от нерабочей поверхности витка у кромки пересечения ее с цилиндрической внутренней поверхностью витков резьбы гайки, над вертикальными коллекторными отводами, в опорном диске верхнего кольца кожуха гайки, на конусной поверхности его внутреннего диаметра выполнены выемки, гайка выполнена неохлаждаемой, при этом резьба винтовой пары выполнена меньшего диаметра - УП512х64 с углом подъема винтовой линии резьбы α= 2^o28'. В резьбе винта на каждом витке выполнено четыре ряда наклонных глухих отверстий от спиральной канавки к полости винта, бронзовая часть гайки выполнена из двух бронзовых частей: конусной и сменной цилиндрической втулок, конусная втулка выполнена с расточкой, диаметр которой меньше расстояния между вертикальными подводами и отводами масла в гайке, цилиндрическая втулка приточена к отверстию в конусной втулке для горячей посадки в нее, цилиндрическая втулка в нижней части выполнена с буртом, которым она упирается при посадке в торец расточки, выполненной снизу конусной втулки, а на верхнем торце цилиндрической втулки выполнены конусообразный маслоотбойный выступ, в котором продолжена резьба гайки, и кольцевая опорная плоскость, составляющая с плоскостью верхнего торца конусной втулки общий верхний торец бронзовой части гайки, цилиндрическая втулка зафиксирована в конусной вертикальными верхними и нижними штифтами, на бронзовую часть гайки нагорячо монтирован кожух гайки, причем опорный диск верхнего кольца кожуха плотно прижат давлением груза к верхнему торцу бронзовой части гайки, верхнее кольцо кожуха выполнено с мембраной, в гайке выполнены все каналы и канавки для смазки.

Существенность признаков заявленного устройства подтверждается тем, что: 1. Выполнение винтовых пар с уменьшенной резьбой УП512х64 с α=2^o28 уменьшило необходимую мощность двигателей нажимного устройства стана на 5%, при этом вероятность самоотвинчивания винтов при прокатке полосы по сравнению с винтовой парой с резьбой УП540х64 при α=2^o18' увеличилась всего на 0,4% [2].

2. Выполнение винтов с уменьшенной по диаметру резьбой облегчило массу необходимой паковки металла для их изготовления ~ на 5%.

3. Увеличение количества глухих отверстий в резьбе винта увеличило емкость для запаса масла в винте, когда он стоит, это увеличило продолжительность и количество смазки, поступающей через спиральную канавку на рабочие поверхности витков резьбы винтовой пары во время вращения винта, стойкость винтовой пары увеличилась.

4. Выполнение в резьбе винтовой пары удвоенного количества глухих отверстий увеличило суммарную площадь сечений глухих и сквозных отверстий в 1,5 раза и позволило разместить их на каждом витке резьбы винта симметрично через 60^o, что значительно убыстрило отвод масла из спиральной канавки в моменты остановки винта и увеличило торможение винта во время задачи полосы в валки.

5. Выполнение кожуха гайки с мембранами на верхнем и нижнем кольцах сделало кожух более упругим и увеличило его стойкость.

6. Выполнение бронзовой части гаек из двух частей бронзовых - конусной и сменной цилиндрической втулок облегчило отливку бронзовой части гаек, позволило отливать втулки в имеющихся небольших печах для цветного литья, кроме того, стало возможным отливать конусные втулки из бронзы типа Бр АЖ9-4, а сменные цилиндрические втулки из оловянных бронз типа Броцс 5-5-5, что значительно уменьшило трение и увеличило стойкость винтовых пар.

7. Применение винтовых пар с уменьшенным диаметром резьбы УП512х64 позволило использовать для их изготовления бывшие в употреблении винтовые пары с резьбой УП540х64 и УП5 60х48 с максимальным износом витков резьбы винта до 7 мм, которых на металлургических заводах скопилось много, их списывают в утиль.

8. При изготовлении новой винтовой пары на винтах б/у прорезается только резьба, а старые каналы и отверстия системы смазки, хвостовик и головка винта с пятой используются для винта с резьбой УП512х64, гайка б/у путем расточки для удаления изношенной резьбы и запрессовки новой сменной втулки используются несколько раз.

Предлагаемая конструкция винтовой пары изображена на чертежах, где на фиг.1 - общий вид винтовой пары; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - совмещенный вид профиля витков резьбы винта УП540х64 и профиля резьбы винта УП512х64 с α=2^o28'; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - сечение В-В на фиг.2.

Винтовая пара обжимного прокатного стана содержит (фиг.1) полый винт 1 с плоской пятой 2 и предохранительным кольцом в виде воронки 3 с наклонными сквозными отверстиями 4 из воронки в полость 5 в головке 6 винта, подвижное кольцо 7, размещенное над воронкой 3 в расточке 8 торца верхнего звена 9 телескопического кожуха винта 1, гайку с бронзовой частью, составной со стальным кожухом, состоящими из верхнего кольца 11 с опорным диском 12 и нижнего кольца 13 с мембраной 14, соединенных обечайкой 15, торцевые планки 16, приваренные к нижнему кольцу 13 кожуха гайки для крепления гайки в станине через пружины болтами, кольцевую канавку 17 на нижнем торце бронзовой части гайки, бронзовое опорное кольцо 18 со сферой над гайкой в расточке станины 19, витки 20 резьбы винтовой пары со скругленной вершиной 21 и увеличенной галтелью у основания витков гайки, для обеспечения смазки винтовая пара содержит (фиг.2) два вертикальных коллекторных подвода 22 масла в гайку (фиг.4, фиг.5), сквозные горизонтальные каналы 23, вертикальные смазочные канавки 24 в гайке, перекрытые сверху перемычкой 25, а снизу сообщающиеся со спиральной канавкой 26 на винте, радиальные смазочные канавки 27, отходящие от спиральной канавки 26, переходящие в вертикальные смазочные канавки 28 на наружной цилиндрической поверхности винта, наклонные сквозные 29 и глухие 30 отверстия от спиральной канавки 26 к полости винта (фиг.3), сквозные вертикальные отводы 31 масла со сквозными наклонными каналами 32 от кромки 33 на нерабочей поверхности витков резьбы гайки, выемки 34 в верхнем кольце кожуха гайки над вертикальными отводами 31, бронзовую часть гайки, состоящую (фиг.4, фиг.5) из двух частей, конусной втулки 35 и сменной цилиндрической втулки 36, запрессованной нагорячо в конусную втулку, цилиндрическая втулка содержит в нижней части бурт 37, которым она упирается при запрессовке в торец 38 расточки снизу конусной втулки, а на верхнем торце конусообразный маслоотбойный выступ 39, в котором продолжена резьба гайки, и кольцевую опорную плоскость 40. Цилиндрическая втулка 36 зафиксирована в конусной 35 вертикальными верхними 41 и нижними 42 штифтами, кожух гайки содержит верхнее кольцо с мембраной 43, сборная бронзовая часть гайки зафиксирована в нижнем кольце кожуха штифтами 44.

Винтовая пара обжимного прокатного стана работает в зависимости от режимов работы винта.

При 1-м режиме - разгон винта до проектной скорости вращения. За счет возникающей и быстро возрастающей в масле каналов 30 и 29 винта центробежной силы из глухих накопительных отверстий 30 в витках резьбы винта масло выбрасывается в спиральную канавку 26, в эту же спиральную канавку после перекрытия центробежной силой сквозных отверстий 29 начинает поступать масло из гайки через подводы 22, горизонтальные каналы 23 и вертикальные смазочные канавки 24, перекрытые сверху перемычкой 25, на центрирующую винт цилиндрическую внутреннюю поверхность витков резьбы гайки. Из спиральной канавки 26 масла по радиальным смазочным канавкам 27 под давлением центробежной силы быстро поступают и смазывают рабочие поверхности витков резьбы винтовой пары, затем попадают в вертикальные смазочные канавки 28 на наружной цилиндрической поверхности витков резьбы винта и смазывают вновь образующуюся при вращении винта дополнительную цилиндрическую, центрирующую винт поверхность на витках резьбы гайки. Таким образом, уже в начале разгона винта масло поступает во все зоны трения винтовой пары.

При 2-м режиме - во время установившейся скорости вращения винта. Благодаря увеличенному вдвое количеству накопительных отверстий 30 все поверхности трения витков резьбы винтовой пары обильно смазываются маслом, которое одновременно заполняет все зазоры в резьбе винтовой пары и протоком охлаждает витки, износ и нагрев витков незначителен.

При 3-м режиме - торможение винта. Скорость вращения винта замедляется до нуля, значение центробежной силы в масле уменьшается до нуля, при этом масло благодаря наличию шести отверстий из спиральной канавки 26 на каждом витке резьбы винта начинает заполнять глухие наклонные отверстия 30 и частично уходит в полость винта через наклонные сквозные отверстия 29. Масло быстро уходит с поверхностей трения витков резьбы винтовой пары. К концу торможения винта и в момент его остановки масла на поверхностях трения витков остается мало, кроме того, благодаря малым зазорам между витками резьбы винта и маслоотбойного выступа 39, выемкам 34 и отводам 31 масла с верхнего торца гайки внутрь винтовой пары поступает незначительное количество. Это суммарное небольшое количество масла легко выдавливается усилием переуравновешивания валка Р_ур из зазоров, между ними устанавливается трение, близкое к полусухому.

При 4-м режиме - винт стоит, выдерживается пауза перед прокаткой. Благодаря высокому коэффициенту трения при действии спокойного усилия Р_ур на пяту винта в винтовой паре устанавливается высокий тормозной момент против откручивания винта.

При 5-м режиме - задаче полосы в валки и прокатке. От действия горизонтальной силы в пяту винта возникает интенсивное колебательное движение винтовой пары в нажимном устройстве стана, но плотная посадка гайки на винте и возможность качания гайки с винтом препятствуют раскрытию зазоров в винтовой паре, а высокий тормозной момент препятствует возникновению отжима винтов даже при действии на пяту винта высокого усилия прокатки P_пр.

В изобретении выполнено устройство против аварийного выскакивания винта из гайки вверх, позволяющее быстро растормаживать винт, заклиненный в гайке.

Работает это устройство следующим образом. При переходе винтом в верхнее допустимое положение винт, вращаясь, торцом воронки 3 поднимает вверх подвижное кольцо 7 и садит его на бронзовую конусную поверхность кольцевой канавки 17 на нижнем торце гайки. В этом случае разбирают клиновое крепление верхнего звена 9 телескопического кожуха к гайке, опускают звено вниз и греют газокислородным резаком открывшуюся нижнюю часть кольца 7. При нагреве кольца внутренний диаметр его увеличивается и оно воронкой 3 под действием сил упругой деформации витков резьбы винта и гайки поднимается внутрь канавки 17 на величину увеличения его диаметра при нагреве. Заклинивание винта ослабевает, винт растормаживается. Обратным ходом винта кольцо 7 опускается вниз и остывает до своих размеров. Звено 9 устанавливают на место и стан готов к работе.

Источники информации 1. Заявка 99125449/_{02 (026968)}, приоритет с 23 декабря 1999, М. кл. В 21 В 31/24, автор Сафронов В.И.

2. Сафронов В.И. Причины отжима винтов в нажимном устройстве реверсивных обжимных станов. - М.: Сталь, 1998, 3, с. 42-45.

Формула изобретения

Винтовая пара обжимного прокатного стана, включающая винт и гайку, содержащая полый винт с плоской пятой, диаметром большим, чем диаметр винта, и предохранительным кольцом в виде воронки сбора масла с наклонными сквозными отверстиями из воронки в полость в головке винта для накопления масла и подвижное кольцо, выполненное стальным с конусной поверхностью, обращенной к винту, и внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру воронки, размещенное над воронкой в расточке торца верхнего звена телескопического кожуха, гайку, выполненную с бронзовой конусной частью, составной со стальным кожухом, состоящим из верхнего с опорным диском и нижнего с мембраной колец, соединенных между собой при помощи сварки обечайкой, крепление гайки в станине выполнено через пружины и приваренные к нижнему кольцу кожуха гайки торцевые планки болтами, на нижнем торце бронзовой части гайки выполнена кольцевая канавка с конусной поверхностью; гайка в расточке станины упирается в опорное бронзовое кольцо, контакт бронзового кольца и стального верхнего кольца кожуха гайки выполнен по сфере, резьба винтовой пары выполнена упорной, однозаходной, профиль витков резьбы винтовой пары выполнен с равнопрочными витками, со скругленной вершиной витков резьбы винта и увеличенной галтелью у основания витков резьбы гайки, шаг резьбы 64 мм, центрирование винта в гайке выполнено по внутренней цилиндрической поверхности по скользящей посадке А₃/С₃ с зазором по наружной поверхности 1 мм, для обеспечения смазки винтовой пары выполнены два вертикальных коллекторных подвода масла в гайку, соединенные сквозными горизонтальными каналами в каждом витке с верхней частью вертикальных смазочных канавок, выполненных на центрирующей винт внутренней цилиндрической поверхности гайки, сверху перекрытых перемычкой, а снизу сообщающихся со спиральной канавкой, выполненной на рабочей поверхности витков резьбы винта у его цилиндрической поверхности внутреннего диаметра, с отходящими от нее симметрично расположенными на каждом витке резьбы винта радиальными смазочными канавками, переходящими в вертикальные смазочные канавки на наружной цилиндрической поверхности витков резьбы винта; в теле винта от спиральной канавки к его внутренней полости в каждом витке резьбы винта выполнено два ряда наклонных глухих отверстий и через один виток резьбы два ряда сквозных отверстий; в теле гайки выполнены четыре сквозных вертикальных коллекторных отвода отработанного масла со сквозными наклонными каналами к этим отводам, выполненными в каждом витке резьбы гайки от нерабочей поверхности витка у кромки пересечения ее с цилиндрической внутренней поверхностью витков резьбы гайки, над вертикальными коллекторными отводами в опорном диске верхнего кольца кожуха гайки на конусной поверхности его внутреннего диаметра выполнены выемки, гайка выполнена неохлаждаемой, отличающаяся тем, что резьба винтовой пары выполнена меньшего диаметра - УП512х64 с углом подъема винтовой линии резьбы α=2^o28', в резьбе винта на каждом витке выполнено четыре ряда наклонных глухих отверстий от спиральной канавки к полости винта, бронзовая часть гайки выполнена из двух бронзовых частей; конусной и сменной цилиндрической втулок, конусная втулка выполнена с расточкой, диаметр которой меньше расстояния между вертикальными подводами и отводами масла в гайке, цилиндрическая втулка приточена к отверстию в конусной втулке для горячей посадки в нее, цилиндрическая втулка в нижней части выполнена с буртом, которым она упирается при горячей посадке в торец расточки, выполненной снизу конусной втулки, а на верхнем торце цилиндрической втулки выполнены конусообразный маслоотбойный выступ, в котором продолжена резьба гайки, и кольцевая опорная плоскость, составляющая с плоскостью верхнего торца конусной втулки общий верхний торец бронзовой части гайки; цилиндрическая втулка в конусной зафиксирована вертикальными верхними и нижними штифтами, на бронзовую часть гайки нагорячо монтирован кожух гайки, причем опорный диск верхнего кольца кожуха плотно прижат давлением груза к верхнему торцу бронзовой части гайки, верхнее кольцо кожуха выполнено с мембраной, в гайке выполнены все каналы и канавки для смазки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5