ВАЛОК, А ТАКЖЕ КОЛЬЦО ДЛЯ ПОДОБНОГО ВАЛКА
ROLL AS WELL AS RING FOR SUCH ROLL

В соответствии с первым аспектом данное изобретение относится к валку такого типа, который содержит приводимую в движение ось валка, два отстоящих друг от друга по оси стопорных кольца, одно из которых является неподвижным, а другое представляет собой стопорную гайку, и множество других колец, одно или несколько из которых представляют собой прокатные кольца, установленные между стопорными кольцами.
Валки такого типа, который в целом был упомянут выше, специалисты в данной области техники называют комбинированными (или составными) валками. На практике подобные валки используются для горячей или холодной прокатки длинных узких изделий из металла, таких как проволоки, прутки, трубы и т.д. Для подобных целей прокатное кольцо или кольца, то есть именно те кольца, которые в отличие от разделительных колец и т.п., выполняют формование металлов, образованы с множеством периферийных канавок, обычно имеющих полукруглую форму поперечного сечения.
Важным фактором для обеспечения продолжительного надлежащего функционирования подобных валков является то обстоятельство, что различные прокатные и разделительные кольца должны быть зафиксированы в направлении вращения друг относительно друга и относительно оси валка надежным образом, поскольку чрезвычайно большие крутящие моменты должны передаваться от оси к кольцам без проскальзывания колец друг относительно друга. Для решения данной проблемы используются приспособления для затяжки, которые могут быть разделены на две основные категории, а именно, с одной стороны, приспособления, в которых используется упругая сила механических пружин, и, с другой стороны, гидравлически действующие приспособления. Из данных приспособлений приспособления, упомянутые последними, менее пригодны по многим причинам, например, из-за необходимости выполнить дорогостоящие магистрали для масла для гидравлических систем, ведущие к вращающемуся валку, из-за опасности утечки масла и т.д. Следовательно, механические пружины являются предпочтительными, поскольку они являются технически менее сложными, а кроме того, их легче и дешевле изготавливать, устанавливать и использовать.
В рассматриваемой области техники появилось множество предложений по механическим пружинам для комбинированных валков. Одно из данных предложений раскрыто в патенте США 5735788, и оно основано на использовании тарельчатой пружины в комплекте съемных колец оси валка. Однако данное решение не было успешным, что, среди прочего, связано с размещением пружины внутри комплекта прокатных колец и разделительных колец и с проблемами усталости. Справедливо то, что должна быть обеспечена возможность подрегулирования напряжения или упругой силы рассматриваемой тарельчатой пружины, а именно посредством установочного винта, но вследствие размещения пружины внутри комплекта съемных колес пружина постоянно подвергается воздействию сил, которые вызывают деформирование, более точно - сплющивание пружины, то есть то, что довольно быстро приводит к ослаблению или усталости до такой степени, что снижается способность пружины во время эксплуатации мгновенно удерживать кольца поджатыми друг к другу с такой силой во фрикционных соединениях между ними, чтобы данные кольца не проскальзывали. Кроме того, наклонная пружина изнашивается у соседних колец таким образом, что они изнашиваются за довольно короткое время вследствие того, что пружина имеет контакт по (круговой) линии, а не поверхностный контакт с кольцами.
Целью настоящего изобретения является устранение вышеупомянутых недостатков не только валка, представленного в патенте США 5735788, но также других валков, в которых используются механические пружины, и создание усовершенствованного валка. Следовательно, в соответствии с первым аспектом основная цель изобретения заключается в создании валка, имеющего механически действующее пружинное приспособление, которое может обеспечить приложение к съемным кольцам валка большой силы пружины или предварительного напряжения большой степени для устранения проскальзывания между кольцами при работе и которое, кроме того, может простым образом компенсировать неизбежную деформацию, которая постоянно возникает в кольцах при работе (из-за износа и деформации материала в кольцах), так что обеспечивается высокая степень предварительного напряжения для мгновенной передачи крутящего момента между кольцами. Дополнительная цель заключается в создании валка, ширина которого (имеющееся в осевом направлении полезное пространство между неподвижным стопорным кольцом и стопорной гайкой) используется оптимальным образом за счет того, что данное пространство не занято какими-либо требующими пространства пружинными приспособлениями. Еще одна цель изобретения заключается в создании валка, в котором техническое обслуживание, связанное с предварительным напряжением пружины, может быть выполнено простым образом и быстро.
В соответствии с изобретением, по меньшей мере, основная цель достигается с помощью признаков, определенных в отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Особо предпочтительный вариант осуществления валка согласно изобретению дополнительно указан в пункте 2 формулы изобретения.
В соответствии со вторым аспектом изобретение относится к кольцу как таковому, изготовленному с возможностью выполнения функций встроенной пружины и предназначенному для валка согласно изобретению. Важная цель изобретения в связи с данным аспектом заключается в создании кольца, в частности, в виде стопорной гайки, в которое включены одно или более пружинных приспособлений, которое, с одной стороны, имеет такой большой рабочий диапазон, что может быть осуществлена компенсация значительной деформации в различных кольцах валка, и, с другой стороны, мгновенно, во время работы сообщает кольцам высокую динамическую степень предварительного напряжения для избежания опасности проскальзывания. Дополнительная цель заключается в создании кольца, выполненного с функциями пружины, при этом указанное кольцо может быть установлено на ось валка и снято с оси валка простым образом, и, кроме того, данное кольцо выполнено таким образом, что обеспечивается возможность регулирования активной упругой силы пружинных приспособлений простым и эргономически рациональным образом.
Вышеупомянутые цели достигаются посредством кольца, которое определено в независимом пункте 3 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления кольца согласно изобретению дополнительно определены в зависимых пунктах 4-13 формулы изобретения.
Изобретение основано на идее встраивания в кольцо, выполненное с возможностью установки его на оси валка, в частности, в стопорное кольцо в виде стопорной гайки, пружинного приспособления, в которое включена механическая пружина сжатия, действующая между, с одной стороны, передним поджимающим телом, которое выполнено с возможностью возвратно-поступательного движения, чтобы постоянно передавать упругую силу, созданную пружиной сжатия, к остальным кольцам, и, с другой стороны, опорным телом, которое при работе валка занимает фиксированное положение относительно кольца, но которое в неработающем состоянии перемещается регулируемым образом посредством регулировочного элемента для изменения напряжения в пружине сжатия. Предпочтительно множество отстоящих друг от друга по периферии пружинных приспособлений данного типа расположено в круговом ободочном конструктивном элементе вдоль кольца.
На чертежах:
фиг.1 - частичный продольный разрез валка согласно изобретению,
фиг.2 - сечение в увеличенном масштабе кольца в виде стопорной гайки, включенного в валок, в которое встроено пружинное приспособление согласно изобретению,
фиг.3 - сечение, иллюстрирующее только полое пространство, в котором установлено пружинное приспособление,
фиг.4 - вид с разнесением деталей, показывающий различные компоненты, включенные в пружинное приспособление,
фиг.5 - сечение в увеличенном масштабе пружины сжатия, включенной в пружинное приспособление.
На фиг.1 показан составной валок, который обычно включает в себя приводимую ось или ось 1 валка, имеющую два отстоящих друг от друга по оси стопорных кольца 2, 3, одно из которых, а именно стопорное кольцо 2, является неподвижным, в то время как другое представляет собой стопорную гайку 3, которая выполнена с возможностью снятия ее с оси. В данном примере неподвижное стопорное кольцо 2 выполнено в виде кольцеобразного буртика, составляющего одно целое с остальной частью оси валка. Однако также существует возможность выполнения неподвижного стопорного кольца 2 в виде отдельного съемного кольца, которое соответствующим образом зафиксировано в осевом направлении относительно оси валка.
Между неподвижным стопорным кольцом 2 и съемной стопорной гайкой 3 расположен ряд съемных колец, из которых некоторые представляют собой прокатные кольца 4 и некоторые представляют собой разделительные кольца 5. Между стопорной гайкой 3 и прокатным кольцом 4 ближе всего к ним расположено дополнительное кольцо 6, конструкция которого может отличаться от конструкции разделительных колец 5 и которое ниже названо кольцом для затяжки. Как правило, ось 1 валка, а также различные кольца имеют ротационно симметричную, более точно - цилиндрическую, базовую форму, при этом кольца ограничены плоскими торцевыми поверхностями контакта. Из торцевых поверхностей только противоположные торцевые поверхности стопорной гайки 3 обозначены ссылочными позициями 7, 8, как показано на фиг.2 и 3. На имеющей форму цилиндра внутренней стороне стопорной гайки (см. фиг.1) выполнена внутренняя резьба 9, которая введена в зацепление с наружной резьбой 10 оси валка. Прокатные кольца 4, назначение которых состоит в выполнении непосредственной работы по формообразованию путем прокатки, и которые для этой цели имеют периферийные канавки 11, предпочтительно могут быть изготовлены из твердого сплава или других износостойких материалов, в то время как промежуточные кольца 5, 6 могут состоять из более мягкого металла, например из стали или чугуна. Однако материал в различных кольцах имеет второстепенное значение для реализации изобретения. Существенный момент состоит в том, что фрикционные соединения в зонах сопряжения между торцевыми поверхностями колец эффективно предотвращают проскальзывание между кольцами. Для этой цели кольца должны удерживаться постоянно сжатыми за счет большого усилия или предварительного напряжения пружины.
На фиг.2-5 подробно проиллюстрированы характеристики пружинного приспособления 12, которое встроено в стопорную гайку 3. На фиг.2 пружинное приспособление показано установленным в стопорной гайке, в то время как на фиг.3 показано только сквозное отверстие, в котором размещается пружинное приспособление, и фиг.4 представляет собой вид с разнесением деталей, показывающий отдельные компоненты пружинного приспособления отстоящими друг от друга.
Упомянутое отверстие, которое проходит в осевом направлении сквозь стопорную гайку 3 и которое обозначено в целом ссылочной позицией 13, включает в себя, с одной стороны, переднюю или внутреннюю часть 14, которая открывается на торцевой поверхности 7, обращенной внутрь по отношению к стопорной гайке, и, с другой стороны, заднюю часть 15, которая через расширенную часть 16, полученную с помощью цилиндрической зенковки, открывается на задней или наружной торцевой поверхности 8 стопорной гайки. В данном примере передняя часть 14 отверстия имеет диаметр, который больше диаметра части 15 отверстия, при этом обработанная цилиндрической зенковкой часть 16, в свою очередь, имеет диаметр, превышающий диаметр части 15. Внутренняя поверхность передней части 14 отверстия является гладкой и цилиндрической, в то время как задняя часть 15 отверстия на всей ее длине выполнена с внутренней резьбой 17.
Активным компонентом пружинного приспособления 12 (см. фиг.4) является пружина 18 сжатия, которая действует между передним поджимающим телом 19 и задним стопорным или опорным телом 20. В приведенном в качестве примера варианте осуществления поджимающее тело 19 состоит из подходящего цилиндрического стержня, имеющего фланец 21, к которому может быть поджат передний конец пружины 18 сжатия. Опорное тело 20 выполнено в виде поршня, который помимо цилиндрической огибающей поверхности 22 имеет соответственно плоскую заднюю сторону 23, а также переднюю сторону 24, на которой выполнено центральное гнездо 25, при этом задний конец поджимающего тела 19 входит в гнездо. Винт 26 может быть затянут в части 15 отверстия за счет того, что его наружная резьба 27 входит в зацепление с внутренней резьбой 17. Головка 28 винта размещается в обработанной цилиндрической зенковкой части 16. Стопорное кольцо 29 служит для удерживания различных компонентов пружинного приспособления на месте в отверстии 13.
В показанном предпочтительном варианте осуществления изобретения пружина 18 сжатия представляет собой тарельчатую пружину, которая включает в себя множество кольцеобразных пружинных элементов 30, 31, расположенных в виде соединенного комплекта. Отличительным признаком данной пружины является то, что некоторое количество первых кольцеобразных пружинных элементов 30 в комплекте повернуты так, что их малые торцы обращены в направлении, противоположном тому, в котором обращены малые торцы остальных кольцеобразных пружинных элементов 31. Более точно, кольцеобразные пружинные элементы 30 установлены таким образом, что их малые торцы направлены влево на фиг.5, в то время как малые торцы кольцеобразных пружинных элементов 31 направлены вправо. Таким образом, два промежуточных кольцеобразных пружинных элемента будут контактировать друг с другом вдоль их наружных периферийных краев, в то время как два самых дальних от середины кольцеобразных пружинных элемента будут поджаты их внутренними краями, с одной стороны, к фланцу 21 поджимающего тела 19 и, с другой стороны, к передней поверхности 24 поршня 20.
Опорное тело 20, пружина 18, поджимающее тело 19 и стопорное кольцо 29 при установке вставляют в надлежащем порядке в часть 14 отверстия, в то время как винт 26 вставляют сзади в резьбовую часть 15 отверстия. Стопорное кольцо 29 предназначено только для удерживания компонентов 20, 18, 19 пружинного приспособления на месте в части 14 отверстия.
На чертежах показано только одно отдельное пружинное приспособление 12. Однако на практике стопорная гайка 3 выполнена с множеством периферийных пружинных приспособлений, которые отстоят друг от друга и расположены в круговом ободочном конструктивном элементе. Например, стопорная гайка может включать в себя восемь пружинных приспособлений, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга по периферии стопорной гайки.
Когда прокатные кольца 4 и другие кольца 5, 6 будут надеты на ось 1 валка, как показано на фиг.1, стопорную гайку 3 затягивают на наружной резьбе 10. Более точно, стопорную гайку затягивают посредством приложения значительного усилия давления к кольцу 6 для затяжки. Когда стопорная гайка достигнет концевого положения, при котором она будет затянута в максимальной степени, пружинные приспособления 12 приводятся в действие более точно за счет того, что отдельный винт 26 ввинчивают на определенное расстояние в отверстие. Вследствие того, что свободный передний конец поджимающего тела 19 поджимается к кольцу 6 для затяжки, пружина 18 сжатия будет сжиматься, более точно за счет того, что поршень будет перемещаться в направлении вперед в части отверстия. Когда поршень с помощью винта достигнет положения, в котором будет достигнуто заданное предварительное напряжение пружины, затягивание винта прекращают. После этого валок готов для его использования по назначению.
Во время эксплуатации различные кольца оси валка подвергаются воздействию динамических нагрузок, которые эффективным образом воспринимаются пружинами сжатия в различных пружинных приспособлениях. Более точно, отдельные упругие силы, действующие со стороны пружин, передаются общему кольцу 6 для затяжки, в котором они распределяются так, что данное кольцо будет воздействовать с равномерным высоким давлением на соседнее прокатное кольцо 4. Поскольку в описанном варианте пружины сжатия выполнены в виде мощных тарельчатых пружин, обеспечивается динамическое воздействие пружин, которое сохраняется в течение длительных рабочих операций. Однако, если усилие пружины в конце концов уменьшится, может быть выполнена подрегулировка, а именно посредством дополнительного затягивания винтов 26 так, чтобы дополнительно поджать поршни в отверстия. Таким образом, пружины будут сжаты снова до заданной степени предварительного напряжения.
Важным преимуществом валка согласно изобретению и пружинного приспособления, включенного в него, является то, что предварительное напряжение пружины, действующее между кольцами, может надежно поддерживаться простым образом на уровне высоких значений. Это, в свою очередь, обеспечивает то, что кольца не будут проскальзывать друг относительно друга.
Другое существенное преимущество заключается в том, что средства, необходимые для обеспечения предварительного напряжения пружины, не занимают никакой части ширины валка, то есть полезного пространства между стопорными кольцами 2, 3.
Изобретение не ограничено только вариантом осуществления, описанным выше и показанным на чертежах. Таким образом, существует возможность размещения описанных пружинных приспособлений в неподвижном стопорном кольце 2 вместо размещения их в стопорной гайке 3. Можно даже разместить пружинные приспособления как в неподвижном стопорном кольце, так и в подвижной стопорной гайке.