ШАТУН ПРИВОДА ЛЕТУЧИХ НОЖНИЦ

Полезная модель относится к деталям и узлам машин и установок, обеспечивающих их нормальную эксплуатацию, и может быть использована в приводе летучих кривошипно-шатунных ножниц толстолистового стана горячей прокатки.
Такие ножницы предназначены для порезки листов толщиной до 40 мм с усилием реза до 200 тс, причем, разрезаемые листы могут иметь температуру до 600°С. Таким образом, ножницы толстолистовых станов работают в тяжелых режимах, что обусловливает особенности конструкции их отдельных узлов. Кривошипно-шатунные (кривошипно-рычажные) ножницы для резки толстых листов (полос) достаточно подробно описаны, например, в книге А.И.Целикова и др. «Машины и агрегаты металлургических заводов», т.3, М., «Металлургия», 1988, с.419...422.
Известен шатун кривошипно-шатунных летучих ножниц 30×1700 для горячей резки толстой полосы, выполненный изогнутым в вертикальной плоскости и установленный на оси, эксцентрично закрепленной на боковых втулках ножниц (см.книгу А.А.Королева «Механическое оборудование прокатных и трубных цехов», М., «Металлургия», 1987, с.124 и рис.III.15). Однако шатун этих ножниц непригоден для разрезки листов толщиной до 40 мм при высоких температурах окружающего пространства.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является шатун, приведенный в БСЭ, 3-е изд., М., «Советская энциклопедия», 1978, с.882, рис.1.
Этот шатун содержит корпус с рычагом, на котором установлен шарнир, и крышку со сквозными отверстиями для стяжных болтов, образующих отверстие с вкладышами для вала, и характеризуется тем, что рычаг выполнен конусообразным с двутавровым поперечным сечением. Известный шатун также непригоден для привода летучих ножниц толстолистового стана.
Технической задачей настоящей полезной модели является продление рабочей кампании шатуна привода кривошипно-шатунных ножниц для поперечной резки толстых горячих листов.
в
±0,5
Для решения этой задачи шатун указанных ножниц, содержащий корпус с рычагом, на котором установлен шарнир, и крышку со сквозными отверстиями для стяжных болтов, образующих отверстие с вкладышами для вала, выполнен кованым из углеродистой стали с временным сопротивлением σ=450...550 МПа, а на крышке со стороны верхнего вкладыша с обеих сторон и по всей его длине закреплены трапециевидные планки, расширяющиеся кверху, расстояние между которыми и верхним вкладышем по вертикали составляет 0,006...0,007 от длины стяжных болтов, нижние концы которых выполнены ступенчатыми, при этом участок большого диаметра болта упирается торцом в буртики нижнего отверстия крышки, а участок меньшего диаметра выполнен с резьбой для стопорной гайки; угол наклона к горизонтали грани трапециевидной планки, прилегающей к вкладышу, может быть равен 82 град., а высота буртиков - составлять 0,05...0,06 от высоты крышки.
Приведенные параметры шатуна получены опытным путем и являются эмпирическими.
Сущность заявляемого технического решения заключается в конструкции шатуна, обеспечивающей нормальную работу узла привода ножниц толстолистового стана при порезке горячих прокатанных листов. При работе таких ножниц происходит нагрев отдельных деталей до 300...500°С, что вызывает их тепловое расширение, которое отрицательно сказывается на работе привода кривошипно-шатунных ножниц, сокращая длительность их рабочей кампании.
Действительно, как видно из фиг.1 (см.ниже), нагрев, например, стальных болтов сопровождается их удлинением, что приводит к появлению зазора между корпусом и крышкой шатуна, вызывая появление недопустимых зазоров между валом (цапфой) и вкладышами шатуна. Учитывая, что шатун совершает возвратно-поступательные движения по вертикали, а также значительные
нагрузки на него, возникающие в момент реза, приходится констатировать их отрицательное влияние на износостойкость шатуна и на качество реза металла.
Предлагаемый шатун показан на фиг.1, а на фиг.2 - расположение и вид планки, укрепленной на крышке.
Корпус 1 шатуна (см. фиг.1) выполнен с рычагом 2, на конце которого установлен шарнир 3, а на внутренних углах 4 корпуса имеются пазы, в которых располагаются трапециевидные планки 5, крепящиеся к крышке 6 и с длиной, равной длине вкладышей. При сборке корпус 1 и крышка 6 шатуна образуют отверстие с верхним 7 и нижним 8 вкладышами для вала (не показан). По всей длине крышки и на ее середине приварена упрочняющая прямоугольная планка 9.
к
Корпус и крышка стянуты болтами 10, нижние которых выполнены ступенчатыми, причем участок болта 11 большого диаметра d упирается своим торцом в круговой бортик 12 нижнего отверстия крышки, а высота буртика ℏ составляет 0,02...0,03 от высоты Н крышки. Участок болта меньшего диаметра выполнен с резьбой для стопорной гайки 13.
Трапециевидная планка 5 имеет поперечное сечение, расширяющееся
±0,5
кверху, а ее наклонная грань 14 (см. фиг.2) расположена под углом α=82 град. к горизонтали. Планка крепится к крышке винтами 15, а ее расстояние Δ по вертикали от верхнего вкладыша 7 равно 0,006....0,007 длины L стяжных болтов (величина L близка к H). Площадь поперечного сечения планки 5 выбирается минимально-возможной, исходя из максимальной нагрузки на ее наклонную грань при контакте с верхним вкладышем.
Шатун работает следующим образом.
В исходном состоянии (при нормальной температуре окружающей среды) расстояние по вертикали от планки 5 до поверхности вкладыша 7 равно Δ=(0,006...0,007)L. При работе ножниц с горячим металлом, нагревающиеся болты начинают удлиняться и, вследствие упора их торца с диаметром d в буртики нижних отверстий, крышка шатуна двигается вниз (на нашем рисунке), а вместе с ней - и планка 5, наклонная грань которой соприкасается с поверхностью
верхнего вкладыша 7, перемещая его вниз до упора в нижний вкладыш 8, что сводит к минимуму «биение» вала во вкладышах, от которого зависит стойкость вкладышей и продолжительность нормальной работы шатуна.
Опытную проверку предлагаемого устройства осуществляли на летучих ножницах толстолистового стана 2350 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».
в
С этой целью при порезке горячих листов различного сортамента испытывались различные варианты исполнения шатуна, отличавшиеся как заявляемыми параметрами, так и материалом, из которого изготавливались шатуны (стали с σ=450...620 МПа). Результаты опытов оценивались по длительности рабочей кампании каждого шатуна.
в
в
Наилучшие результаты (максимальная длительность эксплуатации шатуна) получены с использованием заявляемого устройства. Отклонения от рекомендуемого варианта его исполнения ухудшали достигнутые показатели. Так, шатун предлагаемой конструкции, но выполненный кованым из стали с σ<450 МПа, работал на 5...20% меньше, а исполнение его из стали с σ>550 МПа не продлило заметно срока его эксплуатации.
к
к
Уменьшение Δ до (0,002...0,005)L ускоряло износ планок (вследствие их «вдавливания» во вкладыш), а при Δ>0,007L увеличивалось «биение» валапривода с аналогичным отрицательным результатом. При α<81,5 град. «биение» вала также возрастало, очевидно, из-за недостаточного перемещения верхнего вкладыша, а при α>82,5 град. наблюдалось «вдавливание» планок во вкладыш с отрицательными последствиями. При высоте буртиков ℏ<0,05Н наблюдалось появление трещин на нижних отверстиях крышки, а при ℏ>0,65Н - ослаблялось крепление болтов (из-за удлинения участка меньшего диаметра).
Известный шатун (см.выше) в опытах не использовался ввиду заведомой его непригодности для ножниц толстолистового стана горячей прокатки. Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического
решения для достижения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.
Технико-экономические исследования показали, что использование предлагаемого устройства в кривошипно-шатунных летучих ножницах толстолистовых станов позволит продлить эксплуатацию шатуна и снизить производственные затраты при порезке горячего листового проката почти на 7%.
Пример конкретного выполнения
Шатун привода летучих ножниц толстолистового стана 2350 имеет конструкцию, показанную на фиг.2 1 и 2 (см.).
в
Шатун - кованый, из углеродистой стали с σ=500 МПа и имеет параметры:
к
к
Н=550 мм, L=570 мм, Н=300 мм, α=82 град.; Δ=0,0065L=0,0065×570=3,7 мм, т.е. расстояние от верхнего вкладыша до наклонной грани планки по нормали Δ'=Δsin(90°-α)=3,7×sin8°=0,5 мм; ℏ=0,055Н=0,055×300=16,5 мм.
Высота планок ℏ=50 мм, ширина основания - 16 мм. Длина шатуна L'=640 мм, его ширина (и длина планок) - 150 мм.