СОСТАВНОЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЙ ВАЛОК
COMPOSITE PRE-STRAINED ROLL

Изобретение относится к области прокатного производства и может быть использовано для повышения рентабельности прокатных станов за счет использования бандажированных валков. Многократное использование стальной оси и сменного изностойкого бандажа в составных валках по сравнению с цельнолитыми значительно снижает расход валкового инструмента на станах.
Известен составной предварительно-напряженный прокатный валок, содержащий ось с буртом, бандаж с коническим отверстием и средства крепления бандажа на оси, включающие втулку, надетую на ось с возможностью осевого перемещения и сопряженную с коническим отверстием бандажа, а также торцевые фиксирующие устройства, взаимодействующие с торцевой поверхностью бандажа [1].
Технологическая нагрузка, действующая на бандаж, уравновешивается за счет взаимодействия бандажа с конической втулкой и торцом бурта оси.
Недостатком составного валка данной конструкции состоит в том, что колебание температурного режима составного валка при работе его на стане горячей прокатки вызывает изменение радиального натяга, что вызывает разрушение чугунного бандажа или его прокручивание на оси в процессе прокатки.
Известен также составной предварительно-напряженный прокатный валок, содержащий ось с буртом, бандаж, одетый на ось с гарантированным радиальным зазором и сопряженный с торцом бурта по поверхности в виде многогранника, а также гайку, навинченную на резьбовую шейку оси и контактирующую торцевой поверхностью с торцевой поверхностью бандажа [2].
Момент прокатки в этой конструкции составного валка передается выступами сопряженных многогранников бурта и бандажа, исключающими прокручивание бандажа относительно бурта.
Основным недостатком такой конструкции является неравномерное распределение усилия между гранями многогранника и концентрация напряжения в отдельных точках бандажа, особенно на линиях пересечения его граней, что приводит к высоким контактным напряжениям и вызывает появление трещин в хрупком материале (чугуне) бандажа и его преждевременное разрушение.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является составной предварительно-напряженный валок, содержащий ось с буртом, втулку-цапфу с буртом, надетую на ось по скользящей посадке, бандаж, зажатый между торцами бурта оси и бурта втулки-цапфы гайкой, навинченной на резьбовой конец оси и контактирующей с торцом втулки-цапфы. Торцы бурта оси и бурта втулки-цапфы оснащены остроконечными зубьями, а на торцы бандажа нанесен слой пластичного, но достаточно прочного металла, что исключает прокручивание бандажа и смещение его относительно оси валка [3].
К основным недостатком прототипа можно отнести:
- наличие слоя пластичного, но достаточно прочного металла, т.е. прокладки в зоне контакта торцевых поверхностей бандажа и торцевых поверхностей бурта оси и втулки-цапфы с выступами, не позволяет упруго деформировать в осевом направлении составной валок, следовательно, передача момента прокатки и удержание бандажа в радиальном направлении по оси достигается за счет пластической деформации прокладки зубьями (выступами) на торцевых поверхностях бурта оси и втулки-цапфы.
- Сложность организации наплавки торцевых поверхностей бандажа из чугуна или твердого сплава пластичным материалом, т.е. организации прокладок и нарезки зубьев на торцевых поверхностях бурта оси и втулки-цапфы.
Целью изобретения является:
- Интенсификация сил трения сочлененных контактных торцевых поверхностей бандажа, бурта оси и втулки-цапфы за счет увеличения коэффициента трения путем их намагничивания. Известно, что коэффициент трения намагниченных поверхностей при разных удельных нагрузках в 2-3 раза выше, чем ненамагниченных [4].
- Упрощение конструкции и технологичности сборки составных валков.
На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого составного предварительно-напряженного валка с постоянным магнитом. На фиг.2 с электромагнитной катушкой возбуждения.
Предлагаемый составной предварительно напряженный прокатный валок содержит:
ось 1 с буртом 2, надетым на ось с зазором, бандаж 3, контактирующий торцевой поверхностью с внутренней торцевой поверхностью бурта 2. Средства осевого крепления бандажа 3, включающие втулку-цапфу 4 с буртом 5, надетую на ось 1 по скользящей посадке, зафиксированную от проворачивания шпонкой 6 и контактирующую торцевой поверхностью бурта 5 с противоположной торцевой поверхностью бандажа 3. Гайку 7, навинченную по резьбе на конец оси 1 и контактирующую торцевой поверхностью с торцевой поверхностью втулки-цапфы 4. Новым является то, что ось 1, бандаж 3, втулка-цапфа 4 выполнены из ферромагнитного материала и между торцевыми поверхностями бандажа 3, бурта 2 оси 1 и бурта 5 втулки-цапфы 4 в проточках 9 установлены плоские кольцевые магниты, одетые на ось 1.
Вторым исполнением конструкции составного-предварительно напряженного валка является то, что в проточках 9 вместо постоянных магнитов 10 вмонтированы электромагнитные катушки возбуждения 11, которые снабжены питающими кабелями, проложенными в каналах 12 выполненных внутри оси 1 и имеющие токоподводящие контактные кольца 13, закрепленные на торце оси 1.
Сборка предложенного составного валка осуществляется следующим образом:
в проточки 9 бурта 2 оси 1 вставляют плоский кольцевой магнит 10. На ось 1 одевают с заданным зазором бандаж 3, упирают его в бурт 2 и плоский торцевой магнит 10, затем на ось 1 по скользящей посадке на шпонку 6 одевают втулку-цапфу 4 с установленным в проточках 9 постоянным магнитом 10 и упирают ее в свободный торец бандажа 3. Всю собранную конструкцию фиксируют гайкой 7, навинчивая ее не резьбовой конец 8.
Постоянные плоские концевые магниты 10 по толщине строго соответствуют глубине проточек 9 бурта 2 оси 1 и бурта 5 втулки-цапфы.
В дальнейшем собранную систему устанавливают на специальный гидравлический стенд и осуществляют растяжение оси 1 за резьбовой конец 8 в зоне упругой деформации. Зазоры, образовавшиеся при растяжении между торцевыми поверхностями бурта 2 оси 1, бандажа 3, бурта 5 втулки-цапфы 4 и гайки 7, исключают принудительным завинчиванием гайки 7 на величину продольной упругой деформации оси 1. После чего растягивающую нагрузку на ось снимают, в результате чего составной валок получил предварительное осевое сжатие его элементов и напряженное состояние на контактных поверхностях бурта 2 оси 1, бандажа 3 и бурта 5 втулки-цапфы 4. Кроме того, эти поверхности намагничиваются постоянным кольцевым магнитом 10, что увеличивает коэффициент трения между ними.
Составной предварительно-напряженный валок с электрическими катушками возбуждения 11 работает следующим образом. Сборка производится по вышеизложенной схеме. Вместо кольцевых плоских магнитов 10 в проточки 9 встроены катушки возбуждения 11, посредством которых при подаче на них напряжения осуществляется регулируемое намагничивание контактных поверхностей бурта 2 оси 1, бандажа 3 и бурта 5 втулки-цапфы 4.
При необходимости замены бандажа 3 (износ и переточка) на гидростенде осуществляют обратную операцию, ось 1 растягивают, а гайку 7 отпускают, после чего разбирают систему составного валка. После замены бандажа операция сборки повторяется.
Применение составных прокатных валков по сравнению с цельнолитыми в несколько раз снижает расход валкового материала, а также значительно снижает трудозатраты на изготовление.
Изобретение позволяет за счет повышения нагрузочной способности расширить масштабы применения составных прокатных валков и повысить рентабельность прокатных станов.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1616735, В21В 27/02.
2. Авторское свидетельство СССР №1488046, В21В 27/03.
3. Патент РФ №2308332, В21В 27/00.
4. А.Г.Кузьменко Мелкосортные станы. Состояние, проблемы, перспективы. М, 1996, стр.237.