Прокатная клеть с уплотнением для предотвращения выхода смазочного материала
Изобретение относится к уплотнению 100 для уплотнения пространства для смазочного материала для предотвращения выхода смазочного материала 320, а также к прокатной клети с таким уплотнением. Уплотнение 100 по меньшей мере частично изготовлено из эластичного материала. Для обеспечения изменяемой установки усилия FR прижима, с которым уплотнение своей рабочей поверхностью 112 прижимается к расположенной напротив опорной поверхности 218, например цапфы 212 валка, уплотнение 100 содержит по меньшей мере две полости, отделенные друг от друга в окружном направлении, которые открыты в направлении пространства для смазочного материала подшипника. В результате обеспечивается улучшение уплотнения. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к прокатной клети с уплотнением для уплотнения пространства для смазочного материала с целью предотвращения выхода смазочного материала.
Кольцевые уплотнения с полостями для реализации динамического уплотняющего эффекта в зависимости от соотношений давлений в кольцевом или, соответственно, смазочном зазоре подшипника известны, например, из US 5,169,159 или EP 3098486 A1.
Прокатные клети с уплотнениями, лежащие в основе настоящего изобретения, в уровне техники по существу известны, например, из немецких публикаций DE 10 2013224117 A1 или DE 10 2015209637 A1. В каждой из указанных двух публикаций раскрывается прокатная клеть по меньшей мере с одним валком для прокатки прокатываемого, в частности металлического, материала. Валок содержит две цапфы валка и бочку валка. Для установки валка в опорах с возможностью вращения в прокатной клети прокатная клеть содержит подушки, каждая из которых в данном случае, например, содержит втулку подшипника. Каждая из подушек или, соответственно, втулок подшипника задает приемное отверстие для приема одной из цапф валка, при необходимости с насаженной втулкой цапфы. Между валком и подушкой выполнен кольцевой зазор для приема смазочного материала. Как на своем конце, расположенном на стороне бочки, так и на своем конце, удаленном от бочки, кольцевой зазор уплотнен посредством кольцевого уплотнения, закрепленного с возможностью отсоединения на втулке подшипника. При этом кольцевое уплотнение выполнено так, что оно в заданном диапазоне окружных углов предотвращает или, соответственно, уменьшает утечку смазочного материала в боковом направлении из кольцевого зазора. С этой целью использовались известные из уровня техники системы уплотнения, такие как, например, радиальные кольцевые уплотнения вала или лабиринтные уплотнения.
Однако все используемые или, соответственно, опробованные системы уплотнения оказались неподходящими по следующим причинам. Предварительное напряжение, с которым кольцевое уплотнение прижимается в радиальном направлении к цапфе валка или, соответственно, втулке цапфы, определяется конструктивно при расчете прокатной клети. Предварительное напряжение не согласуется с действующим в кольцевом зазоре давлением, изменяющимся в зависимости от времени и местоположения. Вследствие этого при слишком малом заданном предварительном напряжении происходит лишь недостаточное уплотнение кольцевого зазора, т.е. возникают утечки. В противоположном случае, т.е. при слишком большом заданном предварительном напряжении, возникает повышенное трение между уплотнением и цапфой валка или, соответственно, втулкой цапфы, вследствие чего возникает чрезмерный износ уплотнения. Указанный повышенный износ может быстро привести к разрушению уплотнения. Кроме того, может случиться, что при слишком высоком предварительном напряжении уплотнение разрушится вследствие выдавливания в кольцевой зазор с низким или, соответственно, атмосферным давлением. Как правило, уплотнение не выдавливается в кольцевой зазор между цапфой валка и подушкой, поскольку в указанном месте существует очень высокое противодавление. Вместо этого существует опасность выдавливания уплотнения в противоположном направлении, поскольку как раз там противодавление отсутствует.
Также известны кольцевые уплотнения для уплотнения кольцевых зазоров в прокатных клетях, содержащие на своих боковых поверхностях, обращенных к кольцевому зазору, кольцевую канавку, открытую в направлении кольцевого зазора.
Однако давление в указанной кольцевой канавке и, следовательно, уплотняющий эффект кольцевого уплотнения одинаковы во всех диапазонах окружных углов, поскольку давление выравнивается по периметру. Поэтому указанное известное уплотнение с кольцевой канавкой не подходит для учета различных соотношений давлений, действующих в отдельных диапазонах окружных углов вследствие уплотняющих эффектов разной силы.
В основе изобретения лежит задача усовершенствования уплотнения в известной прокатной клети таким образом, чтобы усилие прижима, с которым уплотнение прижимается к поверхности в прокатной клети, например, к поверхности втулки цапфы или, соответственно, цапфы валка, соответствующим образом согласовывалось или, соответственно, регулировалось в соответствии с локальными соотношениями давлений в уплотняемом кольцевом зазоре.
Эта задача решается благодаря предмету пункта 1 формулы изобретения.
В рамках настоящего изобретения термин "подшипник" означает, в частности, но не только, подшипник с масляной пленкой.
В настоящем изобретении следует различать два типа кольцевых зазоров, которые ниже также называются пространствами для смазочного материала.
Первый кольцевой зазор или, соответственно, первое пространство для смазочного материала является частью самого подшипника, в частности подшипника с масляной пленкой, поэтому ниже он также называется кольцевым зазором или, соответственно, пространством для смазочного материала подшипника. Он выполнен между втулкой подшипника и цапфой втулки. Если прокатная клеть выполнена без втулки подшипника и втулки цапфы, то указанный кольцевой зазор находится между подушкой и цапфой валка. При прокатке смазочный материал в указанном первом кольцевом зазоре по меньшей мере местами несет на себе всю нагрузку.
Второй кольцевой зазор или, соответственно, второе пространство для смазочного материала не является частью самого подшипника, но примыкает к нему. Ниже он также называется кольцевым зазором или, соответственно, пространством для смазочного материала под уплотнением. Он находится между рабочей поверхностью уплотнения и противоположно расположенной втулкой цапфы или, соответственно, противоположно расположенной цапфой валка. Если первый кольцевой зазор уплотняется с обеих сторон соответствующего уплотнения, то на каждый валок в прокатной клети имеется по два вторых кольцевых уплотнения под уплотнениями.
Оба кольцевых зазора или, соответственно пространства для смазочного материала по текучей среде соединены друг с другом. Однако радиальная высота и, следовательно, объем первого кольцевого зазора значительно больше радиальной высоты второго кольцевого зазора. Поэтому во время эксплуатации прокатной клети смазочный материал в первом кольцевом зазоре находится под значительно большим давлением, чем во втором кольцевом зазоре. Однако, как правило, давление в первом кольцевом зазоре распределено по периметру различным образом.
Посредством заявляемого соединения по текучей среде каждая из полостей в уплотнении в отношении текучей среды индивидуально соединена с находящимся под давлением пространством для смазочного материала подшипника. Вследствие этого при использовании уплотнения полости наполняются смазочным материалом и, кроме того, полости вследствие этого также повергаются такому же давлению, изменяющемуся в окружном направлении и во времени, как и смазочный материал в пространстве для смазочного материала подшипника. Вследствие эластичности материала, из которого изготовлено уплотнение, полости в зависимости от интенсивности воздействия давления расширяются в большей или меньшей мере. Вследствие изотропных свойств материала уплотнения расширение полостей приводит к увеличению объема уплотнения и, следовательно, автоматически также к увеличению усилия прижима, с которым уплотнение воздействует на уплотняемую поверхность, в частности на втулку цапфы или цапфу валка. При изменяющихся соотношениях давлений в соответствии с этим также изменяется объем уплотнения и усилие прижима. Иначе говоря, благодаря заявляемому исполнению уплотнения предпочтительным образом достигается то, что усилие прижима распределяется по периметру и изменяется во времени вместе с соотношениями давлений в пространстве для смазочного материала подшипника или, соответственно, то, что усилие прижима автоматически соответствующим образом согласуется с соотношениями давлений в пространстве для смазочного материала. Согласование усилия прижима с соотношениями давлений в пространстве для смазочного материала подшипника, различными в окружном направлении, достигается в уплотнении согласно изобретению, в частности, благодаря тому, что предусмотрена не расположенная по периметру канавка, а множество полостей, которые выполнены отдельно друг от друга в окружном направлении и соединены по текучей среде на различных участках периметра с полостью для смазочного материала подшипника.
Для функционирования уплотнения согласно изобретению, как было упомянуто, важно, чтобы смазочный материал и давление, которому он подвергается, могли попадать в полости. Это означает, что должно существовать соединение по текучей среде между полостями и находящимся под давлением пространством для смазочного материала подшипника. Это соединение по текучей среде может быть реализовано, например, или благодаря тому, что полости выполнены в виде выемки в поверхности уплотнения и открыты в направлении пространства для смазочного материала подшипника, и/или благодаря тому, что полости в поверхности или внутри уплотнения посредством подводящих каналов сообщаются с пространством для смазочного материала подшипника. В обоих вариантах полости по текучей среде или, соответственно, по давлению соединены со смазочным материалом в пространстве для смазочного материала подшипника.
Благодаря профилированию рабочей поверхности уплотнения могут быть настроены свойства смазочной пленки во втором кольцевом зазоре между уплотнением и опорной поверхностью втулки цапфы или, соответственно, цапфы валка.
Отдельные полости в уплотнении могут быть выполнены различными по форме и размеру, предпочтительно они выполнены различным образом по группам. Посредством размера и формы полостей также может быть отрегулирована величина усилия прижима. Чем больше размер полостей, тем больше достижимое увеличение объема уплотнения и вместе с тем достижимое усилие прижима, и наоборот.
Согласно еще одному примеру осуществления одиночные отдельные полости в уплотнении предпочтительно равномерно распределены по длине или, соответственно, периметру уплотнения. Это обеспечивает то преимущество, что в любом угловом положении уплотнение имеет одинаковые свойства и, следовательно, при условии одинакового давления, может быть достигнут одинаковый уплотняющий эффект.
Для использования уплотнения в прокатных станах для уплотнения кольцевых зазоров, т.е. кольцевых смазочных зазоров подшипников, целесообразно выполнение уплотнения в виде кольцевого уплотнения. При выполнении кольцевого уплотнения рабочую или, соответственно, уплотнительную поверхность уплотнения, как правило, выполняют с внутренней стороны кольцевого уплотнения, т.е. указанная поверхность обращена к центру или, соответственно, к средней точке кольцевого уплотнения. В этом случае обеспечивается, что, в частности, при использовании уплотнения на цапфах валка уплотнительная поверхность обращена к наружной поверхности цапф валка.
Преимущества заявляемой прокатной клети по существу соответствуют преимуществам, указанным выше в отношении заявляемого уплотнения. Теперь поверхность цапфы валка образует опорную поверхность, к которой своей рабочей поверхностью прижимается уплотнение. Как описано выше, теперь благодаря особому конструктивному исполнению уплотнения усилие прижима автоматически согласуется с возможно очень высоким уровнем давления в кольцевом зазоре между цапфой валка и подушкой или, соответственно, и кольцевом зазоре между цапфой валка и рабочей поверхностью уплотнения.
Указанное изменение усилия прижима в зависимости от соотношений давлений в кольцевом зазоре может быть наложено на предварительно установленное предварительное напряжение, с которым рабочая поверхность уплотнения прижимается к опорной поверхности. Общее радиальное усилие прижима, реализованное, таким образом, в результате наложения предварительного напряжения на изменяемое усилие прижима необходимо уравновесить или, соответственно, установить таким образом, чтобы оно, с одной стороны, не было не слишком большим, а с другой стороны - слишком малым. Общее усилие прижима не должно быть слишком большим, поскольку смазочная пленка между рабочей поверхностью уплотнения и опорной поверхностью вращающейся цапфы валка должна быть сохранена для предотвращения сухого трения между уплотнением и вращающейся цапфой валка. Сухое трение могло бы привести к износу уплотнения и, таким образом, к его непригодности или, соответственно, разрушению. С другой стороны, общее уплотняющее усилие не должно быть и слишком малым, чтобы толщина смазочной пленки была значительно меньше толщины/высоты первого кольцевого зазора между цапфой валка и подушкой. Только в том случае, когда толщина смазочной пленки во втором кольцевом зазоре значительно меньше толщины смазочной пленки в первом кольцевом зазоре, уплотнение также может создать желательный - не абсолютный, но значительный - уплотняющий эффект.
В частности в случае гидродинамических подшипников с масляной пленкой, как правило, желательным является не уплотнение по всему периметру, а только уплотнение в определенном диапазоне окружных углов, а именно, там, где возникает наименьшая толщина смазочной пленки. Поэтому уплотнение не обязательно должно быть выполнено в виде кольцевого уплотнения по всему периметру. Более того, например, для указанного случая использования в указанном диапазоне окружных углов достаточным является уплотнительная полоса или, соответственно, кольцевой сегмент ограниченной длины.
В заявляемой прокатной клети на конце подушки или втулки подшипника, расположенном на стороне бочки валка и/или удаленном от бочки валка, выполнена канавка, открытая в направлении цапфы валка. Канавка предназначена для приема кольцевого уплотнения.
Например, осевая наружная сторона канавки, т.е. наружная сторона канавки, обращенная в противоположную от втулки подшипника сторону, может быть образована перфорированным диском, соединяемым с возможностью отсоединения с подушкой или втулкой подшипника, например, посредством привинчивания. Поскольку ширина кольцевого уплотнения в ненагруженном состоянии больше ширины канавки в осевом направлении, в таком случае в результате привинчивания перфорированного диска может быть установлено усилие предварительного напряжения, с которым уплотнение воздействует на цапфу валка в радиальном направлении. Причина этого состоит в том, что эластичное уплотнение при зажиме в канавке в осевом направлении изотропно, т.е. оно расширяется и в радиальном направлении. В зависимости от давления, создаваемого привинчиванием в осевом направлении, также желательным образом может быть установлено указанное усилие предварительно напряжения.
Для того чтобы посредством уплотнения компенсировать производственные допуски и обеспечить, чтобы осевая ширина уплотнения в любом случае была по меньшей мере немного больше ширины кольцевой канавки, является предпочтительным, если кольцевое уплотнение на своем торце, обращенном к подушке, и/или на своем торце, обращенном от подушки, содержит по меньшей мере одно возвышение.
Как уже указано выше, выемки или полости непосредственно соединены с теми участками поверхности уплотнения, которые ограничивают находящееся под давлением пространство для смазочного материала подшипника. Однако альтернативно или дополнительно также могут быть выполнены дополнительные выемки на тех участках поверхности уплотнения, которые при зажиме уплотнения в канавке прижимаются к стенкам или дну канавки и, таким образом, уплотняются в результате прижима. В этом случае указанные дополнительные выемки или, соответственно, полости предпочтительно посредством подводящих каналов по текущей среде соединены с пространством для смазочного материала подшипника.
На своем торце, обращенном к кольцевому уплотнению, подушка или втулка подшипника может содержать штифты, предпочтительно выступающие в осевом направлении. Указанные штифты расположены таким образом, что они входят с зацеплением в указанные выемки в поверхности уплотнения. При этом штифты предпочтительно служат, во-первых, в качестве блокировки вращения уплотнения, в частности во время прокатки, а во-вторых, для ограничения деформации уплотнения. Еще одна возможность состоит в радиальном расположении штифтов с той же функцией.
Объем выемок может быть больше объема штифтов, которые при установленном уплотнении вдаются (выступают) в указанные выемки. Указанное исполнение обеспечивает то преимущество, что вопреки тому, что штифты вдаются в выемки, остается остаточная полость, которая, если она посредством подводящего канала соединена с кольцевым зазором, может действовать в качестве полости в соответствии с настоящим изобретением.
Выполнение большего внутреннего диаметра кольцевого уплотнения, чем наружный диаметр цапфы валка, при необходимости с насаженной втулкой цапфы, на осевой высоте кольцевого уплотнения обеспечивает то преимущество, что подшипник, образованный подушкой вместе с установленной в ней цапфой валка, может эксплуатироваться в качестве подшипника с масляной пленкой. Предпосылкой для этого является то, что кольцевое уплотнение уменьшает до указанной масляной пленки кольцевой зазор между рабочей поверхностью и опорной поверхностью только в ограниченном диапазоне окружных углов, в котором существует минимальная плотность смазочной пленки, тогда как в остальном диапазоне окружных углов уплотнение не должно достигать значительного уплотняющего эффекта. В диапазоне минимальной плотности смазочной пленки общее усилие прижима максимально и, таким образом, кольцевой зазор уменьшается до смазочной пленки. В остальном диапазоне окружных углов усилие прижима пренебрежительно мало, и в указанном диапазоне смазочный материал вследствие исполнения кольцевого уплотнения с завышенным размером может выходить из кольцевого зазора в осевом направлении, мимо кольцевого уплотнения. Это и требуется для эксплуатации в качестве подшипника с масляной пленкой.
Другие предпочтительные варианты осуществления уплотнения и прокатной клети с указанным уплотнением являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
К описанию приложены пять чертежей, на которых показано следующее:
фиг. 1 - уплотнение согласно изобретению;
фиг. 2 - прокатная клеть из уровня техники;
фиг. 3 - опора валка в подушке;
фиг. 4 - исполнение и расположение уплотнения в опоре по фиг. 3, показанное в увеличенном виде; и
фиг. 5 - поперечный разрез приемной полости, заданной втулкой подшипника или подушкой, с вставленной цапфой валка.
Ниже изобретение описывается подробно в виде примеров осуществления и со ссылкой на указанные чертежи. На всех чертежах одинаковые технические элементы имеют одинаковые условные обозначения.
На фиг. 1 показано уплотнение 100, выполненное согласно изобретению. Указанное уплотнение может служить для уплотнения пространства (на фиг. 1 не показано) для смазочного материала с целью предотвращения выхода смазочного материала. Оно, по меньшей мере частично, изготовлено из эластичного материала и содержит внутри множество полостей 110 любой формы. На фиг. 1 полости 110 только в качестве примера выполнены в виде цилиндрических выемок 110, открытых в направлении поверхности уплотнения. Альтернативно полости 110 также могут быть выполнены полностью внутри уплотнения, в этом случае они посредством подводящих каналов 120 по текучей среде соединены с поверхностью уплотнения. Подводящие каналы предназначены для подачи в соответствующие полости 110 смазочного материала из пространства 300 для смазочного материала подшипника, в частности подшипника с масляной пленкой.
На фиг. 1 нижняя сторона уплотнения 100 образует рабочую поверхность 112, которой уплотнение прижимается к опорной поверхности, как правило, подвижного объекта, например, цапфы валка.
По меньшей мере в значительной степени выемки или подводящие каналы 120 сообщаются с уплотняемым первым пространством 300 для смазочного материала подшипника. Таким образом, обеспечивается передача смазочного материала и давления из первого кольцевого зазора 300 в полости. В этом случае в полостях всегда устанавливается, возможно изменяющееся, давление, действующее в пространстве для смазочного материала. Связанная с этим цель описана в приведенных выше фрагментах в общей части описания.
Условным обозначением 225 и штриховкой обозначены участки стенки канавки, в которую, как правило, может вставляться уплотнение. В этом случае указанные участки стенки перекрывают бóльшую часть участков поверхности уплотнения. По текучей среде с первым пространством 300 для смазочного материала соединены только подводящие каналы и/или выемки на неперекрытых участках поверхности уплотнения, см. также фиг. 4.
Как видно из фиг. 1, выемки 110 могут быть открыты также не в направлении пространства 300 для смазочного материала, а в направлении других участков поверхности уплотнения. Это в особенности предпочтительно для взаимодействия указанных выемок с описанными ниже штифтами на подушке.
Кроме того, на фиг. 1 в качестве примера показана первая группа выемок 110 и вторая группа выемок 110, причем объем каждой из выемок первой группы больше объема каждой из выемок второй группы. Различные объемы при одинаковом давлении вызывают различное расширение уплотнения и, таким образом, при необходимости различную долю уплотняющего усилия, прикладываемого уплотнением.
На фиг. 1 уплотнение имеет ширину a, которая, например, также соответствует ширине рабочей поверхности 112. Кроме того, из указанного чертежа видно, что уплотнение в качестве примера имеет прямоугольное поперечное сечение. Отдельные полости 110 или, соответственно, выемки 110 в уплотнении предпочтительно расположены таким образом, что они равномерно распределены по длине или, соответственно, периметру уплотнения. Это обеспечивает то преимущество, что вследствие этого уплотнение 100 имеет одинаковые свойства в каждой точке или, соответственно, на каждом продольном участке. Для уплотнения цилиндров, таких как, например, цапфа 212 валка, уплотнение 100 может быть выполнено в виде кольцевого уплотнения, имеющего кольцеобразную форму, см. фиг. 5. В этом случае рабочая поверхность 112 выполнена так, что она обращена к центру или, соответственно, к средней точке кольцевого уплотнения или, другими словами, к поверхности или, соответственно, опорной поверхности цилиндра, см. фиг. 5.
На фиг. 2 показана прокатная клеть согласно уровню техники, которая также лежит в основе настоящего изобретения. Прокатная клеть 200 содержит по меньшей мере один, здесь в качестве примера четыре валка 210, каждый из которых имеет две цапфы 212 валка и бочку 214 валка. В частности два средних рабочих валка, показанные на фиг. 2, предназначены для прокатки прокатываемого материала. Каждый из валков 210 посредством своих цапф 212 валка установлен с возможностью вращения в подушке 220, также называемой корпусом подшипника.
На фиг. 3 указанная опора подробно показана в продольном разрезе. На указанном чертеже показан валок 210 со своей цапфой 212 валка и своей бочкой 214 валка. На цапфу валка насажена втулка 216 цапфы. Цапфа валка с втулкой цапфы установлена в приемном отверстии, заданном втулкой 222 подшипника. Втулка 222 подшипника установлена без возможности относительного вращения в подушке 220. Между втулкой 222 подшипника, установленной без возможности относительного вращения, и втулкой 216 цапфы, вращающейся вместе с цапфой 212 валка, образован кольцевой зазор 300, который во время эксплуатации прокатной клети заполнен смазочным материалом 320. В этом случае смазочный материал находится в кольцевом зазоре под высоким давлением, как правило, несколько сотен бар. На фиг. 3 кольцевой зазор 300, например, как на своем конце, расположенном на стороне бочки валка, так и на своем конце, удаленном от бочки валка, уплотнен посредством кольцевого уплотнения 100 согласно изобретению. Кольцевое уплотнение 100 не должно быть выполнено по всему своему периметру согласно изобретению, в принципе соответствующим образом может быть также выполнен только участок кольцевого уплотнения.
Кроме того, из фиг. 3 видно, что как на своем конце, расположенном на стороне бочки валка, так и на своем конце, удаленном от бочки валка, втулка 222 подшипника имеет канавку 230, которая открыта в направлении цапфы 212 валка, и в которую вставлено кольцевое уплотнение 100. В примере, показанном на фиг. 3, наружные стороны обеих канавок 230 образованы не втулкой 222 подшипника. Вместо этого в указанном примере наружные стороны канавок образованы посредством перфорированных дисков 240, привинченных к втулке 222 подшипника винтами 245. Поскольку ширина a кольцевого уплотнения 100 в ненагруженном состоянии и при необходимости с учетом возвышений 130 (см. фиг. 1) в осевом направлении R согласно изобретению намеренно выполнена таким образом, что она немного больше ширины A канавки, заданной конструктивно посредством втулки 222 подшипника, благодаря затяжке винтов 245 осевое усилие, с которым кольцевые уплотнения 100 обжимаются в канавке, может быть установлено изменяемым образом. Вследствие изотропного поведения материала уплотнения 100 осевое сжатие или, соответственно, обжим вызывает не только уменьшение ширины кольцевого уплотнения, но и расширение кольцевого уплотнения в радиальном направлении. Поэтому изменение осевого усилия зажима автоматически вызывает и изменение предварительного напряжения или, соответственно, радиального усилия прижима, с которым рабочая поверхность 112 уплотнения 100 прижимается к расположенной напротив опорной поверхности втулки 216 цапфы.
На фиг. 4 еще раз подробно показана установка уплотнения 100 во втулку 222 подшипника.
Условным обозначением 225 обозначены участки стенки канавки в подушке или втулке подшипника, к которым при установке в канавку прижимается уплотнение 100. Другими словами, уплотнение и полости в поверхности уплотнения при необходимости покрываются и уплотняются указанными участками стенки. С первым кольцевым зазором 300 сообщаются только полости или подводящие каналы, расположенные в радиальном направлении ближе к внутренней части.
Кроме того, из указанного чертежа видно, что толщина смазочной пленки 330 во втором кольцевом зазоре 140 между рабочей поверхностью 112 уплотнения 100 и расположенной напротив опорной поверхностью 218 втулки 216 цапфы значительно меньше толщины кольцевого зазора 300. Это достигается благодаря тому, что кольцевое уплотнение 100 в радиальном направлении в значительной степени вдается внутрь первоначально имеющегося там кольцевого зазора 300. На фиг. 4 соотношение размеров показано в увеличенном виде. Фактически кольцевое уплотнение вследствие радиального усилия FR прижима давит на опорную поверхность 218 втулки 216 цапфы. Однако вследствие указанных высоких соотношений давлений между рабочей поверхностью 112 и опорной поверхностью 218 образуется указанная смазочная пленка 330, имеющая толщину всего лишь несколько мкм. Давление в первом кольцевом зазоре 300 значительно больше давления во втором кольцевом зазоре 140.
Кроме того, из указанного чертежа видно, что кольцевое уплотнение 100 вставлено в канавку 230 таким образом, что его выемки 110 находятся в зацеплении со штифтами 228, которые проходят от торца втулки 222 подшипника, ограничивающего канавку 230, предпочтительно в осевом направлении R. При выполнении радиально расположенных полостей штифты проходят перпендикулярно осевому направлению. Оставшаяся полость 116 благодаря осевому или, соответственно, радиальному усилию прижима, с которым кольцевое уплотнение 100 при помощи перфорированного диска 240 вдавливается в канавку, уплотняется в направлении втулки 222 подшипника. Поэтому она функционирует в качестве полости 110 по настоящему изобретению, посредством поводящего канала 120 сообщающейся с пространством 300 для смазочного материала подшипника (с масляной пленкой). Подробно эффект изменения, в частности увеличения, общего радиального усилия в зависимости от соотношений давления в области смазочной пленки 330 был описан выше.
Фиг. 5 уже была кратко описана в начале. На указанном чертеже показано поперечное сечение заданной втулкой подшипника приемной полости для приема цапфы 212 валка. Как видно из сопоставления фиг. 4 и 5, приемная полость ограничена в радиальном направлении не только втулкой 222 подшипника, но и в частности посредством кольцевого уплотнения 100, как правило, выступающего дальше внутрь в радиальном направлении. Внутри приемной полости вращается цапфа 212 валка, при необходимости вместе с насаженной втулкой 216 цапфы. Для эксплуатации подшипника валка в качество гидродинамического подшипника с масляной пленкой внутренний диаметр dD кольцевого уплотнения 100 больше наружного диаметра DZ цапфы 212 валка - при необходимости с насаженной втулкой 216 цапфы - на осевой высоте кольцевого уплотнения. В этом случае во время эксплуатации в качестве гидродинамического подшипника с масляной пленкой кольцевое уплотнение 100 давит только в диапазоне окружных углов с минимальной смазочной пленкой, который расположен приблизительно в области максимального действующего усилия FWmax прокатки, настолько близко от поверхности или, соответственно, опорной поверхности 218 цапфы валка, что в указанном месте образуется только смазочная пленка 330. В остальном диапазоне окружных углов рабочая поверхность 112 кольцевого уплотнения 100 уже не прилегает к опорной поверхности 218 цапфы 212 валка. Более того, расстояние между указанными двумя поверхностями больше толщины смазочной пленки в области максимального усилия прокатки - это имеет место, в частности, вследствие указанного выше завышения размера кольцевого уплотнения 100. Указанное выше завышение размеров и обусловленный им больший зазор между рабочей поверхностью 112 и опорной поверхностью 218 делает возможным осевое стекание смазочного материала в диапазоне окружных углов вне пределов области максимального усилия прокатки. Наружный диаметр DD кольцевого уплотнения 100, как правило, соответствует внутреннему диаметру дна канавки 230.
Перечень условных обозначений:
100 уплотнение
110 полость или, соответственно, выемка
111 профилирование рабочей поверхности
112 рабочая поверхность
116 оставшаяся полость
120 подводящий канал
130 возвышение
140 кольцевой зазор или, соответственно, пространство для смазочного материала под уплотнением
200 прокатная клеть
210 валок
212 цапфа валка
214 бочка валка
216 втулка цапфы
218 опорная поверхность
220 подушка
222 втулка подшипника
225 участки стенки канавки
228 штифт
230 канавка
240 перфорированный диск
245 винт
300 кольцевой зазор или, соответственно, пространство для смазочного материала подшипника
320 смазочный материал
330 смазочная пленка
a ширина кольцевого уплотнения в осевом направлении
A ширина канавки в осевом направлении
DD наружный диаметр кольцевого уплотнения
DZ наружный диаметр цапфы валка, при необходимости с втулкой цапфы
dD внутренний диаметр кольцевого уплотнения
R осевое направление
FR радиальное усилие прижима, действующее на уплотнение
FWmax максимальное усилие прокатки.
1. Прокатная клеть (200), содержащая
по меньшей мере один валок (210) с двумя цапфами (212) валка и бочкой (214) валка для прокатки прокатываемого материала,
по меньшей мере одну подушку (220), при необходимости со втулкой (222) подшипника, для опирания валка (210) с возможностью вращения в прокатной клети (200), причем подушка (220) или втулка подшипника задает приемное отверстие для приема одной из цапф (212) валка, при необходимости с насаженной втулкой цапфы (216),
причем внутренний диаметр приемного отверстия выполнен настолько большим по отношению к наружному диаметру цапфы валка, при необходимости с насаженной втулкой цапфы, что между подушкой или, соответственно, втулкой подшипника и цапфой валка или, соответственно, втулкой цапфы образован кольцевой зазор (300) для приема смазочного материала (320), и
уплотнение для уплотнения кольцевого зазора, представляющего собой пространство для смазочного материала, по меньшей мере, в заданном диапазоне окружных углов, расположенное без возможности вращения относительно вращающегося валка на конце подушки (220) или втулки (222) подшипника, расположенном на стороне бочки валка и/или удаленном от бочки валка,
отличающаяся тем, что уплотнение (100) по меньшей мере частично выполнено из эластичного материала,
причем уплотнение содержит по меньшей мере две полости (110), отделенные друг от друга в окружном направлении, которые открыты в направлении пространства для смазочного материала подшипника для подвода в указанные полости смазочного материала (320) из уплотняемого пространства (300) для смазочного материала подшипника,
причем на конце подушки (220) или втулки (222) подшипника, расположенном на стороне бочки валка и/или удаленном от бочки валка, выполнена канавка (230), которая открыта в направлении цапфы (212) валка и в которую вставлено уплотнение (100),
при этом осевая ширина a уплотнения (100) в ненагруженном состоянии больше ширины A канавки (230) в осевом направлении R.
2. Прокатная клеть по п. 1, отличающаяся тем, что уплотнение (100) выполнено в виде кольцевого сегмента и имеет заданную ограниченную длину L, для которой справедливо следующее:
L меньше общего периметра кольцевого зазора.
3. Прокатная клеть по п. 1, отличающаяся тем, что уплотнение (100) выполнено в виде кольцевого уплотнения.
4. Прокатная клеть (200) по п. 3, отличающаяся тем, что наружный диаметр (DD) кольцевого уплотнения в ненагруженном состоянии по существу равен диаметру канавки (240) у ее дна.
5. Прокатная клеть (200) по п. 3 или 4, отличающаяся тем, что внутренний диаметр (dD) кольцевого уплотнения (100) больше наружного диаметра (DZ) цапфы (212) валка, при необходимости с насаженной втулкой (216) цапфы, на осевой высоте кольцевого уплотнения.
6. Прокатная клеть (200) по п. 1, отличающаяся тем, что осевая наружная сторона канавки образована перфорированным диском (240), соединяемым с возможностью отсоединения с подушкой или втулкой (222) подшипника, например, привинчиваемым перфорированным диском.
7. Прокатная клеть (200) по одному из пп. 1-6, отличающаяся тем, что уплотнение (100) на своем торце, обращенном от подушки и/или к подушке, содержит по меньшей мере одно возвышение (130).
8. Прокатная клеть (200) по одному из пп. 1-7, отличающаяся тем, что уплотнение (100) имеет прямоугольное поперечное сечение, а уплотнительная поверхность уплотнения обращена к цапфе валка.
9. Прокатная клеть (200) по одному из пп. 1-8, отличающаяся тем, что выемки (110) в поверхности кольцевого уплотнения выполнены открытыми в направлении подушки (220) или втулки (222) подшипника.
10. Прокатная клеть (200) по п. 9, отличающаяся тем, что на своем торце, обращенном к уплотнению, подушка (220) или втулка (222) подшипника содержит штифты (228), выступающие в осевом или радиальном направлении, для вхождения с зацеплением в выемки (110) в поверхности уплотнения (100).
11. Прокатная клеть (200) по п. 10, отличающаяся тем, что объем выемок (110), в которые вдаются штифты, больше объема штифтов (228), входящих с зацеплением в указанные выемки.
