Устройство для охлаждения вращающегося ролика машины непрерывного литья заготовок

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к непрерывному литью заготовок. Устройство для охлаждения вращающегося ролика содержит корпус с отверстием для подвода охладителя в ролик, установленный в неподвижных подушках на опорных подшипниках, уплотнительное кольцо пяту, и подпятник. В корпусе ролика выполнена цилиндрическая расточка, соосная центральному сверлению ролика. Пята и подпятник выполнены с концентричными центральному сверлению ролика сферическими поверхностями, по которым они сопряжены с возможностью поворота относительно друг друга в пределах угла, равного допускаемому углу перекоса опорных подшипников. В месте контакта по сферическим поверхностям в пяте или подпятнике может быть установлен палец, а в подпятнике или в пяте выполнен паз под палец. Центр сферических поверхностей пяты и подпятника может совпадать с центром опорного подшипника. Паз может быть выполнен круговым в плоскости, перпендикулярной сферическим поверхностям, с радиусом круга r=RSinα+0,5d, где R - радиус сферических поверхностей, мм, α - допускаемый угол перекоса опорных подшипников, град. Технический результат – получение качественных слитков при использовании заявленного устройства, повышение эксплуатационных свойств устройства, обеспечение высокой степени его герметичности, исключение перекосов в стыке, исключение задиров, абразивного износа и повреждения уплотняющего кольца. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Предложение относится к металлургии, в частности к непрерывному литью заготовок и касается устройств для охлаждения вращающихся роликов, транспортирующих горячий металл на различных технологических участках машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Для повышения стойкости роликов от воздействия тепла металла применяют наружное охлаждение орошением тела ролика и внутреннее охлаждение - подводом воды по внутреннему центральному сверлению ролика, благодаря чему дополнительно охлаждаются шейки роликов и, следовательно, подшипники. Этот способ охлаждения является единственно приемлемым в тех случаях, когда применение наружного охлаждения ролика может исказить количественное регулирование технологического охлаждения металла, транспортируемого роликом, например, в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ.

Для надежного функционирования охлаждения и исключения зарастания каналов вследствие выпадения осадков и солей должна использоваться качественная химически очищенная вода, стоимость которой высокая, и поэтому утечки ее в условиях промышленной эксплуатации становятся недопустимыми. В этой связи возрастают требования к устройствам для подвода воды к вращающемуся ролику и отвода от него.

Известно устройство для охлаждения вращающегося ролика, выполненного с внутренним центральным сверлением и установленного в неподвижных подушках на опорных подшипниках, характеризующихся некоторым допускаемым углом перекоса внутреннего кольца относительно наружного. Устройство содержит корпус с отверстием для подвода охлаждающей воды, прикрепленный к неподвижной подушке или выполненный как часть ее, и уплотнительное кольцо, которое своей торцовой поверхностью поджато к торцу вращающегося ролика с помощью упругого элемента и пяты (см., например, Узел подвода воды, черт. ЮУМЗ 2-146275СБ, 1997 г.

Недостаток известного устройства состоит в том, что при перекосах продольной оси ролика относительно подушек в пределах допускаемого (α) угла перекоса подшипников, например вследствие неточности изготовления подушек и разницы их высотного положения; также при упругом прогибе продольной оси ролика от нагружения транспортируемым металлом образуются угловые перекосы между торцем уплотнительного кольца и пятой и по этой причине - неравномерное удельное давление по торцу уплотнительного кольца, что приводит к возрастанию момента трения в стыке уплотнительного кольца и пяты, задиры кольца и разрушение (см. поясняющие схемы на стр.3).

Указанное удельное давление по торцу уплотнительного кольца, создаваемое упругим элементом, определяет надежность уплотнения, т.е. исключение образования течей. Поэтому удельное давление в стыке необходимо поддерживать постоянным, равнораспределенным по кольцевой поверхности и строго определенной величины в зависимости от материала уплотнительного кольца и окружной скорости вращения ролика в месте стыка.

Кроме того, момент трения в стыке по уплотнительному кольцу, зависящий от величины этого удельного давления, не должен превышать расчетной величины, т.к. момент трения рассматривается как момент сопротивления повороту ролика, и его превышение расчетной величины для холостого ролика означает проскальзывание и задиры в месте контакта с металлом, а для приводного ролика - перегрузки приводов вращения.

Однако в известной конструкции кроме искажения равнораспределенности удельного давления по кольцевой поверхности уплотнительного стыка удельное давление зависит также от давления циркулирующей воды, воздействующей на торец пяты, как дополнение к усилию, создаваемому упругим элементом. Так как в условиях эксплуатации давление в сети водоснабжения может колебаться в пределах нескольких десятых МПа, то в связи с этим будет меняться результирующая осевая нагрузка на уплотнительное кольцо как пульсирующая его перегрузка, что приводит к снижению стойкости ролика, качества поверхности слитка,

Желаемым техническим результатом изобретения является получение - качественных слитков при использовании предложенных водоохлаждаемых роликов в машинах, непрерывного литья, а именно в зоне вторичного охлаждения, направляющих и тянуще-правильных устройств.

Это достигается тем, что во вращающемся ролике машины непрерывного литья заготовок, выполненном с внутренним центральным сверлением и установленном в неподвижных подушках на опорных подшипниках с допускаемым углом перекоса внутреннего кольца относительно наружного, содержащем корпус с отверстием для подвода охлаждающей воды, прикрепленный к неподвижной подушке, и уплотнительное кольцо, поджатое к торцу вращающегося ролика с помощью упругого элемента и пяты, в корпусе ролика выполнена цилиндрическая расточка, соосная внутреннему центральному сверлению ролика, а устройство снабжено подпятником, при этом пята и подпятник выполнены с концентричными центральному сверлению ролика сферическими поверхностями, по которым они сопряжены с возможностью поворота друг относительно друга в пределах угла, равного допускаемому углу перекоса опорных подшипников, а подпятник с другой своей стороны выполнен с наружной, концентричной сферическим поверхностям, цилиндрической поверхностью, которой он установлен с возможностью осевого смещения и с фиксацией от проворота в цилиндрической расточке корпуса, диаметр которой равен внутреннему диаметру уплотнительного кольца.

В месте контакта по сферическим поверхностям в пяте или подпятнике установлен палец диаметром d с осью по нормали к сферическим поверхностям и соответственно в подпятнике или пяте выполнен паз, в который входит палец, при этом паз в плоскости, перпендикулярной нормали к сферическим поверхностям, выполнен круговым.

Центр сферических поверхностей пяты и подпятника совпадает с центром опорного подшипника.

Паз выполнен с радиусом круга r=RSinα+0,5d, где R - радиус сферических поверхностей, мм, α - допускаемый угол перекоса, град.

Изложенная сущность изобретения ниже поясняется более детально со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - продольный разрез устройства для охлаждения вращающегося ролика машины непрерывного литья заготовок в сборе.

Фиг.2 - разрез по А-А узла уплотнительного кольца.

Фиг.3 - разрез по Б-Б узла-фиксации пяты относительно подпятника.

фиг.4 - разрез по В-В узла фиксации подпятника относительно корпуса.

Фиг.5 - продольный разрез устройства для охлаждения вращающегося ролика с подводом и отводом охлаждающей воды с одной стороны.

В соответствии с изобретением вращающийся ролик 1 имеет внутреннее центральное сверление диаметром Д₁ и установлен на подшипниках 2 в неподвижных подушках 3. В корпусе 4 выполнено отверстие диаметром Д₂ для подвода охлаждающей воды, также Д₂ - для отвода с другой стороны ролика (Фиг.1) и через этот же корпус с одной стороны ролика (Фиг.5). Корпус 4 прикреплен к подушке 3 болтами 5. Однако возможна конструкция без разъема, т.е. корпус 4 является частью подушки 3.

Уплотнительное кольцо 6 своей торцовой поверхностью поджато к торцу вращающегося ролика 1, и оно вращается вместе с роликом благодаря фиксации от проворота пальцем 7 по срезанной лыске уплотнительного кольца 6. Внутренний диаметр уплотнительного кольца 6 Д₃ в описываемом примере превышает диаметр отверстия для подвода охлаждающей воды Д₂, но может быть и равным ему, но не менее, с тем, чтобы обеспечивать задаваемый диаметром Д₂ расход и скорость охлаждающей воды.

Поджатие каждого уплотнительного кольца 6 к торцу вращающегося ролика осуществляется пружиной сжатия 8 с помощью пяты 9 и подпятника 10 таким образом, что в корпусе 3 выполнена цилиндрическая расточка диаметром Д₄, соосная отверстию диаметром Д₁, а пята и подпятник выполнены с концентричными сферическими поверхностями радиусом R, по которым они находятся в контакте. Кроме того, подпятник другим своим концом выполнен с наружной цилиндрической поверхностью диаметром Д₄, по которой он установлен в соответствующей этому диаметру (Д₄) цилиндрической расточке корпуса. При этом в соответствии с изобретением диаметр Д₄ равен диаметру Д₃.

Пята 9 и подпятник 10 имеют возможность поворота друг относительно друга в пределах угла α, равного допускаемому углу перекоса опорных подшипников. Для этого в месте сферического контакта пяты 9 и подпятника 10 установлен палец 11 и соответственно в подпятнике выполнен круговой паз, в который входит палец 31. Размер этого кругового паза т.е. его радиус r должен быть не менее RSinα+0,5d для того, чтобы имелась возможность учета возможного перекоса продольной оси ролика. Кроме того, центр сферы радиусом R, по которой сопрряжены пята 9 и подпятник 10, совпадает с центром опорного подшипника 2. Подпятник 10 зафиксирован от проворота относительно корпуса 4 пальцем 12.

Рабочее усилие пружины 8 выбирается исходя из необходимого удельного давления в стыке между пятой 9 и уплотнительным кольцом 6, при котором обеспечивается герметичность указанного стыка, минимальный момент трения, удовлетворительная стойкость абразивному износу.

В месте стыка пяты 9 и подпятника 10 по сфере установлено дополнительно уплотнительное кольцо 13, работающее как типовое в неподвижном соединении, так же, как и кольцо 14, уплотняющее цилиндрическое соединение подпятника 10 с корпусом 4.

Каждая из подшипниковых опор ролика 1 снабжена стандартнымми уплотнительными манжетами 15, 16, крышками 17, фиксируемыми разрезными кольцами 18. Подвод пластичной смазки к подшипникам осуществляется через отверстия - стрелки 19.

Устройство работает следующим образом.

Охлаждающая вода при транспортировке горячего металла и вращении ролика 1 подводится с одной из сторон ролика - стрелка 20 и отводится с другой стороны для варианта, представленного Фиг.1, стрелка 21. Для варианта с односторонним подводом и отводом воды (фиг.5) подводящее и отводящее отверстия диаметром R выполнены в корпусе 4, а разделение потоков выполнено благодаря тому, что корпус 4 во внутренней части снабжен разделительной трубой 22.

Воды при циркуляции заполняет весь внутренний объем конструкции, определяемый диаметрами Д₁, Д₂, Д₃, Д₄. Вследствие нагрузки на ролик от транспортируемого им металла возникает его упругий прогиб, приводящий к перекосу торцев ролика 1 в стыке с уплотнительными кольцами 6. Указанный перекос может быть также следствием неточной высотной выставки противоположных подушек 4 подшипниковых опор. Названный перекос в предлагаемом устройстве будет компенсироваться соответствующим поворотом пят 9 в сферических соединениях с подпятниками 10, т.е. до положения когда палец 11 выберет боковой зазор в круговом пазе радиусом r=Rsind+0,5d, также боковой зазор по пальцу 12 относительно корпуса 4 (фиг.6), благодаря чему будет достигнута совместная фиксация от проворота пят 9 и подпятников 10 относительно корпусов 4 под воздействием возникающих в стыках уплотнительных колец 6 и пят 10 моментов трения. При этом передача необходимого осевого усилия от пружин 8 к уплотнительным кольцам 6 будет обеспечиваться благодаря тому, что подпятники установлены в цилиндрических расточках корпусов с люфтами в осевом направлении, т.е. с возможностью осевого смещения.

Благодаря тому, что диаметры Д₄ равны диаметрам Д₃, пяты и подпятники оказываются уравновешенными под воздействием давления воды и, следовательно, давление воды не внесет изменений в результирующее осевое давление пружин на уплотнительные кольца.

Таким образом, благодаря отличительным признакам изобретения достигаются высокие эксплуатационные свойства устройства, заключающиеся в

- стабильности удельного давления в стыке уплотняющего элемента и как следствие высокой степени герметичности устройства,

- исключении перекоса в стыке и как следствие исключении задиров, абразивного износа и повреждения уплотняющего кольца,

- поддержании постоянного расчетного момента трения в стыке уплотнительного кольца.

1. Устройство для охлаждения вращающегося ролика машины непрерывного литья заготовок, выполненного с внутренним центральным сверлением и установленного в неподвижных подушках на опорных подшипниках с допускаемым углом перекоса внутреннего кольца относительно наружного, содержащее корпус с отверстием для подвода охлаждающей воды, прикрепленный к неподвижной подушке, и уплотнительное кольцо, поджатое к торцу вращающегося ролика с помощью упругого элемента и пяты, отличающееся тем, что в корпусе ролика выполнена цилиндрическая расточка, соосная внутреннему центральному сверлению ролика, а устройство снабжено подпятником, при этом пята и подпятник выполнены с концентричными центральному сверлению ролика сферическими поверхностями, по которым они сопряжены с возможностью поворота друг относительно друга в пределах угла, равного допускаемому углу перекоса опорных подшипников, а подпятник с другой своей стороны выполнен с наружной, концентричной сферическим поверхностям цилиндрической поверхностью, которой он установлен с возможностью осевого смещения и с фиксацией от проворота в цилиндрической расточке корпуса, диаметр которой равен внутреннему диаметру уплотнительного кольца.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в месте контакта по сферическим поверхностям в пяте или подпятнике установлен палец диаметром d с осью по нормали к сферическим поверхностям и, соответственно, в подпятнике или пяте выполнен паз, в который входит палец, при этом паз в плоскости, перпендикулярной нормали к сферическим поверхностям, выполнен круговым.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центр сферических поверхностей пяты и подпятника совпадает с центром опорного подшипника.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что паз выполнен с радиусом круга r=RSinα+0,5d, где R - радиус сферических поверхностей, мм, α - допускаемый угол перекоса, град.