Разработка станка для обработки станин прокатных станов с торцевой волновой зубчатой передачей

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ

2002 р. Вип. № 12

МАШИНОБУДУВАННЯ

УДК 621.83

Бойко В. А.1, Маргулис М. В.2

РАЗРАБОТКА СТАНКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ СТАНИН ПРОКАТНЫХ СТАНОВ С ТОРЦЕВОЙ ВОЛНОВОЙ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ

Изложен материал о создании специального тяжелого станка для обработки станин прокатного стана. В приводе данного станка использована впервые разработанная силовая торцевая волновая зубчатая передача, позволяющая в 1,7 раза уменьшить массу привода при высоких КПД и надежности.

В настоящее время металлургические предприятия производят ремонт и модернизацию оборудования с целью доведения параметров качества выпускаемой на нем продукции до требований международного стандарта ISO 9000. В частности, это относится к прокатным станам, на которых выпускается горячекатаный и холоднокатаный стальной лист различной толщины.

Одним из основных этапов ремонта прокатного стана является механическая обработка станины клети прокатного стана после наплавки. От качества обработки станины клети зависит постоянство толщины катанного листа в поперечном сечении.

Для выполнения данной операции разработано множество различных конструкций специальных станков (приспособлений) в Украине и за рубежом. Однако для большинства металлургических предприятий приобретение (и даже аренда) таких станков является недоступным ввиду ограниченности оборотных средств. Поэтому многие предприятия проектируют и изготавливают собственные станки, которые хотя и уступают по многим параметрам станкам, изготавливаемым на станкостроительных заводах, но обходятся значительно дешевле. Поэтому разработка новых, более экономичных конструкций вышеуказанных станков на данном этапе развития промышленности является значительным резервом уменьшения стоимости ремонта прокатных станов.

Анализируя известные конструкции аналогичных станков английской фирмы Metalock Industrial Services LTD, можно выделить одну важную особенность - все составляющие части станка выполнены как отдельные взаимозаменяемые модули. К примеру, один и тот же суппорт можно установить на вертикальные направляющие (для фрезеровки станины клети под наделки) или на горизонтальные направляющие (для фрезеровки станины клети под подушку опорного валка). В то же время производители аналогичных станков - Новокраматорский машиностроительный завод и Ульяновский завод тяжелого станкостроения разработали различные конструкции станков для обработки вышеуказанных поверхностей. Исходя из требований стандартизации и унификации, при разработке конструкции специального станка для обработки станин прокатных станов будем стремиться к максимальной взаимозаменяемости составляющих станка.

Суппорт станка должен выполнять основные движения резания - главное движение (вращение фрезы) и движение подачи. Во всех станках, созданных на вышеуказанных предприятиях, движение подачи осуществляется за счет передачи винт-гайка в двух перпендикулярных плоскостях. Мы же будем использовать круговую подачу, т. е. карусельно-фрезерную обработку. Это позволит упростить механизм подачи и уменьшить массу и габаритные размеры станка.

Привод главного движения выполняется гидравлическим по аналогии с хорошо зарекомендовавшими себя станками английской фирмы Metalock Industrial Services LTD. В качестве силового агрегата используется высокомоментный лопастной гидромотор ВЛГ400А

1 ОАО ММК им. Ильича, инженер

2 ГТГТУ, д-р техн. наук, профессор

(применяемый на различных экскаваторах типа ЭО - 6124). Повышающий цилиндрический редуктор позволит получать частоту вращения в пределах 40 - 200 об/мин.

Кинематическая схема механизма главного движения станка представлена на рис. 1. Фрезерная головка используется стандартная, входящая в комплект поставки вертикально - фрезерного станка модели 6М83. Непосредственно к выходному валу фрезерной головки крепится режущий инструмент.

Редуктор

шита

Рис. 7 КошншшШт схема механизма ттщ движения ашшв

НеподЬижные напраЬ-пяюще станка

Придодной фланец

Механизм движения подач выполняет поворот суппорта относительно неподвижно закрепленных направляющих станка (рис. 2). На корпусе суппорта установлен приводной фланец, который, перемещаясь по направляющим станины станка, осуществляет круговой поворот суппорта - круговую подачу.

Движение подач будет осуществляться от отдельного гидромотора мощностью 6 кВт и частотой вращения 6-75 об\мин.

Редуктор привода подач (рис. 2) выполнен в виде торцевой волновой зубчатой передачи (ТВЗП).

Известно, что волновые передачи позволяют существенно снизить массу, габаритные размеры и динамику привода при достаточно высоком уровне КПД и надежности в работе [1]. В настоящее время

созданы работоспособные приводы с двухволновыми передачами, способными передавать большие крутящие моменты (порядка 80....3000 кН*м), при этом передаточное отношение в пределах и = 30....500. Масса и габаритные размеры этих приводов в 2 - 2,5 раза меньше, чем у аналогичных приводов с неволновыми передачами.

Разработанная ТВЗП работает следующим образом: вращение от гидромотора М (см. рис.2,3) через жесткую муфту передается на быстроходный вал 1, на котором жестко закреплен генератор волн 2, на котором неподвижно закреплен сепаратор с деформирующими роликами 3. Ролики 3, находящиеся в сепараторе, обкатываются по гибкому колесу 4 и создают на нем волны деформации. Гибкое колесо 4, установлено на стакане 7 и находится в зацеплении с жестким колесом 6. Стакан 7 установлен на подшипниках 5, которые установлены на быстроходном валу 1. Посредством волнового движения зубьев гибкого колеса относительно жесткого, гибкое колесо получает вращение, которое передается на стакан 7, жестко соединенный с корпусом суппорта 8, приводя его во вращение.

Корпус суппорт

Рис. 2 Кинематическая схема механизма

придода подач разрабатываемого станка

Рис 3 Кинематическая схема ТВЗР

1 - быстраходный Вал, 2 - генератор бш,

ролики, 4 - гибкое 'тлесо;. 5 - шарикоподшипнику жесткое колесо; 7 - стакан, 8 - корпус суппф$й

Основные параметры торцевой волновой зубчатой передачи определяются, исходя из требуемых значений режимов резания, которые обеспечивает проектируемый станок. Силовой

и кинематический расчеты ТВЗП выполнены по источнику [2], а прочностной расчет основных деталей ТВЗП - по методике [1].

Таблица - Основные параметры ТВЗП

№ п/п Параметр Обозначение Размерность Значение

1 Мощность N кВт 6

2 Передаточное число и 300

3 Угол конуса гибкого колеса а Град 80

4 Диаметр гибкого колеса с1 мм 360

5 Модуль зацепления т мм 0,8

6 Число зубьев ъ шт 450

Новое конструктивное решение привода подач с использованием ТВЗП, которая в настоящее время патентуется, существенно упрощает конструкцию, уменьшает габаритные размеры и массу станка.

В настоящее время производится изготовление опытно-промышленного образца станка в содружестве с ОАО «Мариупольский металлургический комбинат имени Ильича». Затем станок будет испытан по программе, разработанной на кафедре «Технология машиностроения» ПГТУ. В процессе испытаний будут исследованы: КПД, уровень шума, температурные режимы привода с ТВЗП, надежность и другие основные параметры.

Выводы

1. Разработан и изготавливается в условиях ОАО «Мариупольский металлургический комбинат имени Ильича» тяжелый специальный станок для обработки станин прокатных станов, позволяющий уменьшить расходы на ремонт и снизить трудоемкость проведения ремонтных работ на прокатных станах.

2. Впервые разработана торцевая волновая зубчатая передача для привода станка, позволяющая в 1,7 раза уменьшить его массу при высоких КПД и надежности.

3. В разработанной конструкции станка применен гидромотор (взамен электродвигателя), что позволит уменьшить массу и габаритные размеры станка, а также позволит осуществлять бесступенчатое регулирование частоты вращения в заданных пределах.

Перечень ссылок

1. Волков Д. П., Крайнее А. Ф., Маргулис М.В. Волновые зубчатые передачи. - Киев; Техника, 1976-226 с.

2. Маргулис М. В., Крутиков С. И. Разработка передаточного механизма с торцевой волновой зубчатой передачей // Вестник ПГТУ: сб. науч. тр. - Мариуполь, 1999. - Вып 6. - С. 104-109.

Бойко Валерий Александрович. Аспирант, инженер-технолог бюро механической обработки ТО УГМ ОАО ММК им. Ильича, окончил ПГТУ в 1999 году. Основные направления научных исследований - создание силовых торцевых волновых зубчатых передач для приводов машин и механизмов.

Маргулис Михаил Владимирович. Д-р техн. наук, профессор кафедры «Технология машиностроения» ПГТУ, окончил Ленинградский политехнический институт в 1960 году. Основные направления научных исследований - создание прогрессивных высокоэкономичных приводов машин широкого профиля.

Статья поступила 17.04.2002