УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОКАТНОЙ КЛЕТИ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЙ ДЛЯ ПРОКАТКИ ИЗДЕЛИЙ В ФОРМЕ ПРУТКА ИЛИ ТРУБЫ, СОДЕРЖАЩЕЕ ПОСАДОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВАЛКА И ВАЛОК
BAR OR TUBE ROLLING STAND DEVICE WITH ROLL SEAT, AND ROLL

Изобретение относится к устройству для прокатной клети, предназначенной для прокатки изделий в форме прутка или трубы, а также к прокатной клети, содержащей такое устройство.
Прокатные клети для прокатки изделий в форме прутка или трубы всегда включают в себя некоторое число - большей частью три - валков, каждый из которых расположен соответственно на установленном с возможностью вращения в корпусе клети валу валка. Валки при этом расположены относительно друг друга таким образом, что их оси вращения лежат в плоскости, перпендикулярной направлению прокатки, на равном расстоянии относительно общей центральной точки, так что соответственно соседние валки имеют одно и то же угловое расстояние относительно друг друга. Вместе валки образуют так называемый калибр прокатных валков.
Традиционные прокатные клети для прокатки изделий в форме прутка или трубы имеют недостаток, состоящий в том, что при увеличении воспринимаемых усилий прокатки используются радиальные подшипники качения с большими диаметрами. Применению радиальных подшипников с большими диаметрами сопутствует также то, что также увеличивается собственно диаметр валков. Это влечет за собой некоторые технические недостатки.
Во-первых, увеличивается стоимость валков, во-вторых, также увеличиваются требуемые для привода валков моменты вращения, что опять-таки требует бόльших и более дорогих передач. Точно так же вследствие применения бόльших валков и тем самым сопутствующих этому бόльших, так называемых «длин нажатия» (т.е. длины окружной поверхности валка, на которой валок и прокатное изделие соприкасаются друг с другом), также повышается собственно усилие прокатки, благодаря чему вновь отчасти поглощается преимущество бόльших радиальных подшипников.
В случае прокатных станов с несколькими прокатными клетями добавляется еще недостаток, состоящий с том, что вследствие увеличения валков также соответственно должно увеличиваться расстояние между центрами прокатных клетей. Благодаря этому при прокатке прутка или трубы получается заметный конечный участок (так называемый «утолщенный конец»), который идет в отходы, так как он не соответствует размеру.
С учетом изложенного, в основе изобретения лежит задача, состоящая в том, чтобы создать устройство, содержащее посадочное устройство для валка и валок для прокатной клети, предназначенной для прокатки изделий в форме прутка или трубы, а также создать прокатную клеть с таким устройством, в случае которого исключаются указанные выше недостатки, в частности уменьшается стоимость валков и снижается выход отбракованной продукции.
Эта задача решается с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения приводятся в зависимых пунктах формулы изобретения.
Изобретение исходит из основной идеи, состоящей с том, чтобы выполнить радиальный подшипник таким, чтобы он лучшим образом использовал имеющееся в распоряжении пространство, или при одинаковой опорной нагрузке занимал меньшее монтажное пространство, чем сравнимый радиальный подшипник качения. Для этого предусмотрено, что радиальный подшипник выполнен как, по меньшей мере, двухрядный подшипник, причем ряды различаются, по меньшей мере, тем, что диаметр дорожки качения внутреннего кольца и/или диаметр дорожки качения наружного кольца рядов различны.
Изобретение принимает в расчет то обстоятельство, что, в частности, в случае прокатных клетей, в которых калибр образован тремя или более валками и в которых вследствие этого валы валков расположены не параллельно друг другу, а под некоторым углом, имеющееся в распоряжении для радиального подшипника радиальное монтажное пространство уменьшается с уменьшением расстояния от центральной плоскости валков. Особенно предпочтительный вариант выполнения устройства согласно изобретению предусматривает, таким образом, что расположенные более близко к валку радиальные подшипники качения следует спроектировать с бóльшими диаметрами, следующий или следующие в осевом направлении вала валка и расположенные дальше относительно валка радиальные подшипники качения следует выполнить с меньшими диаметрами.
Под радиальным подшипником подразумевается конструктивная группа из, по меньшей мере, двух рядов тел качения, которые расположены в осевом направлении вала валка с одной стороны валка. Как правило, оба ряда подшипника расположены непосредственно рядом друг с другом.
В качестве устройства согласно изобретению для прокатной клети, предназначенной для прокатки изделий в форме прутка или трубы, содержащее посадочное устройство для валка и валок, подразумевается, в частности, опора для валка, которая связана с основным корпусом прокатной клети с возможностью разъема. Прокатные клети для прокатки изделий в форме прутков или труб часто имеют модульную конструкцию в том плане, что прокатная клеть имеет раму, часто станину клети, в которую в зависимости от вида прокатываемого материала вставляются опоры для валков. Эта модульная конструкция позволяет быстро подстраивать прокатную клеть под измененный тип покатываемого изделия, например от прокатки прокатываемого изделия с меньшим диаметром на прокатку прокатываемого изделия с большим диаметром. Понятия «устройство для прокатной клети» и «опора для валков» в рамках этого описания и пунктов формулы изобретения, однако не следует понимать ограничивающими в том отношении, когда под этим подразумеваются лишь образующие функциональную группу элементы, которые в виде модуля могут извлекаться из прокатной клети. Преимущества, получаемые с изобретением, достигаются также в том случае, если устройство согласно изобретению, или опоры для валков, образуют жесткие, немодульные элементы прокатной клети, например, если радиальный подшипник непосредственно опирается на основной корпус прокатной клети, т.е. посадочное устройство является частью основной станины прокатной клети.
Разница между отдельными рядами подшипника, которые образуют радиальный подшипник, состоит в том, что, по меньшей мере, в случае двух рядов подшипника диаметр дорожек качения внутреннего кольца и/или диаметр дорожек качения наружного кольца имеют различную величину. В качестве тел качения, в частности, предпочтительно используются шарики, иглы (для игольчатого подшипника), цилиндрические ролики или конические ролики для конического роликоподшипника. В частности, радиальные подшипники качения имеют предпочтительно идентичные тела качения, так как это дает экономические преимущества при изготовлении. Однако также возможно, чтобы тела качения одного ряда подшипника отличались видом и/или величиной от тел качения, применяемых в другом ряде подшипника.
В предпочтительном варианте выполнения диаметр дорожки качения наружного кольца первого ряда подшипника больше диаметра дорожки качения наружного кольца следующего, расположенного дальше от центральной плоскости валка ряда подшипника. Этот предпочтительный вариант выполнения используется, в частности, в случае идентичных тел качения в отдельных рядах подшипника. Благодаря этому достигается, что отдельные ряды подшипника на основе их различного диаметра могут воспринимать опорные усилия различной величины, так что, например, по сравнению с радиальным подшипником качения, который хотя и имеет такое же число рядов подшипника, но в котором, однако, все (ряды) имеют диаметр, соответствующий меньшему ряду описанного здесь радиального подшипника, может восприниматься более высокая опорная нагрузка. В то же время, благодаря применению идентичных тел качения можно снизить затраты на изготовление.
В предпочтительном варианте выполнения радиальный подшипник образован с помощью, по меньшей мере, четырех рядов. Эти расположенные рядом друг с другом ряды подшипника спроектированы с учетом того обстоятельства, что, во-первых, в осевом направлении вала валка имеется в распоряжении больше монтажного пространства, чем в направлении прокатки прокатываемого изделия, а, во-вторых, имеющееся в распоряжении для радиального подшипника радиальное монтажное пространство с увеличением расстояния от средней плоскости валков снижается. Располагая несколько рядов подшипника в осевом направлении вала валков, достигается в сумме сравнимая опорная нагрузка, как если бы радиальный подшипник был образован лишь однорядным радиальным подшипником качения, который, однако, для передачи сравнимой опорной нагрузки должен был бы иметь значительно бόльший диаметр.
В предпочтительном варианте выполнения радиальный подшипник имеет более двух рядов подшипников. В предпочтительном варианте выполнения лимбы рядов подшипника, т.е. окружности, на которых расположены центральные точки тел качения, выбраны таким образом, что диаметр лимба определенного ряда подшипника соответственно больше, чем диаметр лимба соседнего, удаленного от вала, ряда подшипника. Наряду с такой ступенчатостью, при которой все ряды радиального подшипника имеют различные диаметры, является, однако, также возможным образовать группы рядов подшипника, внутри которых диаметры дорожки качения наружного кольца, лимб, а также дорожка качения внутреннего кольца соответственно равны между собой. Это образование групп, во-первых, упрощает расчет устройства согласно изобретению, в частности, относительно предварительного расчета достигаемой опорной нагрузки. Кроме того, такое образование групп позволяет применение идентичных рядов подшипника внутри одной группы, так что благодаря этому снижаются расходы на изготовление.
В особенно предпочтительном варианте выполнения радиальный подшипник имеет четыре отдельных ряда подшипника, причем диаметр лимба двух соседних рядов подшипника одинаков и, причем, диаметр лимба двух других, также расположенных рядом друг с другом рядов подшипника, одинаков. Таким образом, две группы рядов подшипника образуются с помощью соответственно двух идентичных рядов подшипника. При этом варианте выполнения, в частности, предпочтительно, если группа рядов подшипника с большим диаметром лимба расположена в осевом направлении вала валка ближе к валку.
Как правило, в осевом направлении вала валка на противоположной первому радиальному подшипнику стороне валка предусмотрен второй радиальный подшипник. Хотя возможно, что только один радиальный подшипник выполнен согласно описанной конструкции. Особенно предпочтительно, однако, если также второй радиальный подшипник выполнен таким же и, в частности, симметрично в зеркальном отражении относительно первого радиального подшипника. Благодаря симметричному построению достигается симметричное оказание усилия на устройство, содержащее посадочное устройство для валка. В зависимости от формирования примыкающих конструктивных элементов может быть, однако, также необходимым выполнить второй радиальный подшипник как радиальный с рядами тел качения, в случае которых, по меньшей мере, у двух диаметр окружности, на которой лежат центральные точки тел качения, имеет различную величину, причем сравнимые диаметры радиальных рядов первого радиального подшипника, однако, больше или меньше, чем соответствующие диаметры рядов второго радиального подшипника.
В предпочтительном варианте выполнения устройство имеет упорный подшипник, с помощью которого валок расположен по оси в посадочном устройстве для валка. Этот упорный подшипник может быть образован с помощью отдельного упорного подшипника качения. В предпочтительном варианте выполнения упорный подшипник выполнен, однако, с помощью двух упорных подшипников качения, причем первый упорный подшипник качения предусмотрен в осевом направлении вала валка на одной стороне валка, а второй упорный подшипник качения - на второй стороне оси. Эта конструкция позволяет с помощью просто выполненных упорных подшипников качения воспринимать усилия на опоре как в одном осевом направлении вала валка, так и в противоположном осевом направлении.
В особенно предпочтительном варианте выполнения в случае двух упорных подшипников качения, по меньшей мере, один из упорных подшипников качения расположен в осевом направлении вала валка между радиальным подшипником и валком. Размещение упорного подшипника качения вблизи валка позволяет использовать упорный подшипник качения с бόльшим диаметром, не нуждаясь для этого в большом, занимаемом устройством согласно изобретению монтажном пространстве. Занимаемое устройством, согласно изобретению, монтажное пространство в области валка и без того задано его размером. Благодаря тому, что упорный подшипник качения предусмотрен теперь вблизи валка, становится возможным, чтобы устройство согласно изобретению с увеличением расстояния от валка выполнялось суженным.
В предпочтительном варианте выполнения дорожка качения, на которую опираются тела качения упорного подшипника, образуется с помощью плоского, проходящего в радиальном направлении участка поверхности конструктивного элемента, а дорожка качения, на которую опираются тела качения, по меньшей мере, одного ряда, по меньшей мере, одного радиального подшипника, образуется с помощью цилиндрического участка этого неконструктивного элемента. Это приводит к особенно простой и компактной конструкции.
В особом варианте выполнения упорный подшипник качения имеет нагруженное пружиной кольцо подшипника, которое на одной стороне образует дорожку качения, по которой прокатываются тела качения упорного подшипника качения, и которое с помощью одной или нескольких пружин подвергнуто предварительному натяжению в направлении к телам качения. Благодаря предварительному натяжению кольцо подшипника постоянно прижато к телам качения, также в том случае, если воспринимаемая подшипником качения опорная нагрузка отклонена от кольца подшипника. Созданный таким образом длительный контакт кольца подшипника с телами качения препятствует неравномерному износу тел качения.
Прокатные клети для прокатки изделий в форме прутков или труб имеют, как правило, некоторое число - большей частью три - валка. Относящиеся к соответствующим валкам функциональные группы, как, например, посадочное устройство для валка и опора, а также, например, конические зубчатые колеса, с помощью которых вращательное движение одного вала первого валка передается на соседний вал соседнего валка, часто сконструированы и расположены таким образом, что каждый валок со своими функциональными группами подобно «куску торта» занимают определенную область прокатной клети. Общая центральная точка при этом часто является центральной осью образованного валками калибра.
В предпочтительном варианте выполнения устройство согласно изобретению выполнено таким образом, что конструктивные элементы или части конструктивных элементов, которые расположены на первой стороне продольной оси вала валка, сформированы таким образом, что у каждого из них их поперечное сечение, которое они имеют в плоскости, в которой также лежит продольная ось, расположено внутри треугольника, одна сторона которого лежит на продольной оси. Плоскость при этом предпочтительно является такой плоскостью, у которой направление прокатки образует нормаль на эту плоскость. Две другие стороны треугольника лежат на касательной, по меньшей мере, к поперечному сечению конструктивного элемента или части конструктивного элемента. В частности, предпочтительно устройство согласно изобретению выполнено таким образом, что части конструктивных элементов, которые расположены на этой первой стороне продольной оси вала валка образуют в осевом направлении вала валка на одной стороне валка первую наклонную поверхность, а на второй стороне валка - вторую наклонную поверхность, причем первая наклонная поверхность лежит в плоскости, в которой также лежит одна сторона треугольника, а вторая наклонная поверхность лежит в другой плоскости, в которой лежит другая сторона треугольника.
В предпочтительном варианте выполнения конструктивные элементы или части конструктивных элементов, которые расположены на первой стороне продольной оси вала валка, выполнены таким образом, что их поперечные сечения, которые они имеют в плоскости, в которой также лежит продольная ось, - все расположены внутри треугольника, одна сторона которого лежит на продольной оси и при котором противолежащий этой стороне угол треугольника составляет 120° (для прокатных клетей с тремя валками) или 90° (для прокатных клетей с четырьмя валками).
В предпочтительном варианте выполнения конструктивные элементы или части конструктивных элементов, которые расположены на первой стороне продольной оси вала валка, выполнены таким образом, что их поперечные сечения, которые они имеют в плоскости, в которой также лежит продольная ось, - все расположены внутри равностороннего треугольника, одна сторона которого лежит на продольной оси.
Прокатная клеть согласно изобретению имеет, по меньшей мере, одно устройство согласно изобретению в качестве опоры для валка. Особенно предпочтительным образом прокатная клеть согласно изобретению имеет три или четыре устройства согласно изобретению в качестве опоры для валка. В качестве опоры для валка в смысле изобретения подразумеваются жестко установленные в прокатной клети или в области прокатной клети группы элементов. В особенно предпочтительном варианте выполнения опора для валка выполнена в виде модульного блока и связана с основным корпусом прокатной клети с возможностью разъема.
Ниже изобретение поясняется более подробно на основе представляющего лишь один пример выполнения чертежа.
Единственная фигура чертежа показывает устройство согласно изобретению, выполненное в форме модульного конструктивного элемента опоры для валка в осевом сечении.
Представленный валок является одним из трех расположенных в заменяемых опорах для валков в форме звезды вокруг продольной оси A прокатываемого изделия рабочих валков. Валок 1 имеет втулку 2, которая с помощью прессового соединения 3 с конической посадкой связана с валом 4 валка. В области прессового соединения 3 в валу 4 валка предусмотрено не показанное более подробно выпускное отверстие для рабочей жидкости, предпочтительно масла. Жидкость направляется к выпускному отверстию через проходящее, по существу, по оси отверстие, расположенное в валу 4 валка.
В осевом отверстии вала 4 валка расположен стяжной болт 10. Он имеет на обоих концах наружную резьбу 11, 12. На наружной резьбе 11 в выемке 14 вала 4 валка сидит гайка 13, которая прилегает к основанию выемки 14 на валу 4 валка. Благодаря этому гайка 13 образует контропору, передающую осевые усилия в осевом направлении вала 4 валка от стяжного болта 10 на вал 4 валка.
Другой наружной резьбой 12 стяжной болт 10 входит в зацепление с выемкой в крышке 15. Крышка 15 воздействует на втулку 16, которая непосредственно примыкает к втулке 2 валка 1 в осевом направлении. Крышка 15 может, по меньшей мере, отчасти прилегать к противоположному гайке 13 концу вала 4 валка. Она образует контропору, передающую осевые усилия, по меньшей мере, в другом осевом направлении вала 4 валка от стяжного болта 10 на элемент втулки. Благодаря соединению стяжного болта 10 с валом 4 валка и расположению втулки 15 относительно крышки 15 образуется элемент втулки, который поддерживает с геометрическим замыканием валок 1 в его осевом положении, по меньшей мере, в одном направлении.
Втулка 16 имеет, по меньшей мере, отчасти, выполненный в виде усеченного конуса, сужающийся от правого на фигуре конца к левому концу втулки 16 внутренний контур. Благодаря этому надвинутая на вал 4 валка втулка 16 образует с валом 4 валка прессовое соединение с конической посадкой.
К тому же втулка 16 крышки 15 выполнена в виде внутреннего кольца радиального подшипника 17, с помощью которого вал 4 валка установлен с возможностью вращения в опоре валка. Радиальный подшипник 17, который имеет четыре отдельных ряда, далее описывается более подробно.
На противоположной крышке 15 в осевом направлении стороне втулки 2 предусмотрен другой радиальный подшипник 18. Его внутреннее кольцо подшипника выполнено в виде втулки 19. Втулка 19 в осевом направлении непосредственно примыкает к втулке 2. Далее, ее внутренний контур, по меньшей мере, частично, выполнен в виде усеченного конуса, так что она образует с валом 4 валка прессовое соединение 3 с конической посадкой.
Втулка 19, которая, в свою очередь, на своей противоположной валку стороне прилегает к буртику 50 вала 4 валка, образует вместе с втулкой 16, которая, в свою очередь, поддерживается в осевом положении с помощью стяжного болта 10 и гайки 13, закрепленные по оси ограничивающие элементы, которые поддерживают с геометрическим замыканием втулку 2 и тем самым валок 1 в их осевом положении на валу 4 валка.
Второй радиальный подшипник 18 предусмотрен в осевом направлении вала 4 валка на противоположной первому радиальному подшипнику 17 стороне валка 1 и выполнен симметрично в зеркальном отражении относительно первого радиального подшипника.
Радиальный подшипник 17 имеет четыре отдельных ряда 20, 21, 22 и 23 тел качения. Диаметры дорожки качения внутреннего кольца, лимба и дорожки качения наружного кольца рядов 20 и 21 соответственно меньше диаметра дорожки качения внутреннего кольца, лимба и дорожки качения наружного кольца рядов 22 и 23 подшипника.
Оба упорных роликоподшипника 40 и 41 с цилиндрическими роликами образуют осевую опору валка 1. Первый упорный роликоподшипник 40 с цилиндрическими роликами предусмотрен в осевом направлении вала 4 валка на одной стороне валка, а второй упорный роликоподшипник 41 с цилиндрическими роликами - на другой стороне валка 1. Как упорный подшипник 40, так и упорный подшипник 41 расположен соответственно в осевом направлении вала 4 валка между радиальным подшипником 17 или 18 и валком 1.
Образующая внутреннее кольцо подшипника радиального подшипника 17 втулка 16, а также образующая внутреннее кольцо подшипника радиального подшипника 18 втулка 19 на своей соответствующей наружной окружной поверхности выполнены ступенчатыми, чтобы образовать выполненные с различными диаметрами внутренние дорожки качения рядов 20, 21, по которым прокатываются соответствующие тела качения 33, 32 и 31, 30. Одновременно на втулке 16 или на втулке 19 предусмотрен проходящий радиально плоский участок поверхности в качестве дорожки качения, по которой прокатываются тела качения упорного роликоподшипника 40 или 41 с цилиндрическими роликами.
Упорные подшипники 40, 41 качения имеют нагруженные пружинами кольца 42, 43 подшипников, которые на одной стороне образуют дорожку качения, по которой прокатываются тела качения упорных подшипников 40, 41 качения и которые подвергнуты предварительному натяжению с помощью пружин 44, 45 в направлении тел качения.
Опора валка выполнена таким образом, что все конструктивные элементы или части конструктивных элементов, которые находятся между валом 4 валка и продольной осью A прокатываемого изделия, сформированы таким образом, что все их поперечные сечения в изображенной на фигуре плоскости сечения (которая содержит продольную ось вала валка и лежит перпендикулярно продольной оси прокатываемого изделия) расположены внутри треугольника, основание которого лежит на продольной оси вала валка и который в точке A стыка оси прокатываемого изделия с плоскостью сечения образует противолежащий этому основанию угол, составляющий 120°.