УЗЕЛ ВРАЩЕНИЯ

Полезная модель относится к деталям машин и механизмов и может быть использовано в шестеренных механизмах подъемных кранов листовых станов горячей прокатки.
Для уменьшения износа вращающихся частей различных машин и механизмов используются узлы (опоры) вращения, содержащие обычно промежуточный элемент (втулку, вкладыш), устанавливаемый на оси и на котором размешается вращающаяся деталь, например, шестерня. Конструкции различных узлов вращения (таковыми, по сути, являются подшипники скольжения) достаточно подробно описаны, например, в книге Г.Б.Иосилевича и др. «Прикладная механика», М., «Высшая школа», 1989, с.250-252.
Известна гидростатодинамическая опора, содержащая охватывающую цапфу вала втулку, на которой выполнены карманы высокого давления с внутренними уступами и пазами на стенках и на втулке расположены плавающие ступенчатые опорные элементы с фиксаторами в виде подпружиненных поршней (см. а.с. СССР №969995, кл. F16C 32/06, опубл. в БИ №40, 1982 г.). Однако эта опора имеет весьма сложную конструкцию и непригодна при работе в условиях высоких температур, характерной для механизмов, обслуживающих станы горячей прокатки.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является узел вращения (опора) прокатного валка реверсивного стана по а.с. СССР №1509146, кл. В21 В 31/02, опубл. в БИ №35, 1989 г.
Этот узел содержит установленную на оси втулку (вкладыш), выполненную в виде полого цилиндра заданных размеров, и характеризуется тем, что на рабочей поверхности вкладыша выполнена Z-образная канавка, ветви которой наклонены под определенным углом к продольной оси втулки.
Недостатком такого узла вращения является возможность выдавливания смазки из втулки (особенно при повышенной температуре), что ускоряет ее износ и вынуждает остановки для замены втулки, т.е. простои оборудования.
Технической задачей настоящей полезной модели является уменьшение простоев оборудования за счет продления рабочей кампании втулки узла вращения.
п
п
Для решения этой задачи предлагаемый узел вращения содержит установленную на оси втулку, выполненную в виде полого цилиндра заданных размеров, и при креплении на ней шестерни механизма поворота подъемного крана листового стана горячей прокатки втулка выполнена из бронзы с наружным диаметром D, внутренним диаметром d=(0,75...0,80)D, длиной l=(0,60...0,63)D и с внутренней проточкой на одном из торцов втулки диаметром d=(0,81...0,85)D и шириной b=(0,13...0,17)d, а втулка может быть выполнена из бронзы марки АЖ 9-4.
Для величины несущей способности втулки (и всего узла вращения или подшипника) определяющей является величина отношения l/d (см. П.И.Орлов «Основы конструирования», М., «Машиностроение», 1988, кн. 2, с.338), при малых значениях которой усиливается вытекание масла с торцов втулки. Поэтому при l/d=0,8 в нашем случае особенно важно наличие проточки на внутренней поверхности втулки.
Приведенные соотношения размеров втулки узла вращения получены при обработке опытных данных и являются эмпирическими.
Сущность заявляемого технического решения заключается, во-первых, в оптимизации размеров бронзовой втулки, работающей в условиях повышенных температур, и во-вторых, в наличие на одном из торцов втулки своеобразного кармана для густой смазки поверхностей контакта оси и втулки, что значительно уменьшает утечку (выдавливание) смазки из узла вращения, продляя тем самым, его работоспособность.
Предлагаемый узел вращения схематично показан на фиг.1.
п
Шестерня 1 механизма поворота подъемного крана закреплена на втулке 2, установленной на оси вращения 3. На левом (на рисунке) торце 4 втулки выполнена проточка 5 для густой смазки. Размеры втулки: наружный и внутренний диаметры - D и d, длина l, диаметр проточки d, а ее ширина - b.
Перед эксплуатацией узла вращения в карман (проточку) 5 втулки нагнетается густая смазка, которая при нагреве ее от повышенной температуры, вызываемой прохождением под подъемным краном раскаленных прокатываемых листов, поступает в зазор 6 между втулкой 2 и осью вращения 3, обеспечивая достаточную смазку контактных поверхностей втулки и оси. В результате этого продлевается рабочая кампания узла вращения.
Опытную проверку предлагаемого устройства осуществляли на подъемных кранах толстолистового стана 2350 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».
1
2
п
3
4
п
С этой целью в шестеренных механизмах поворота кранов устанавливались узлы вращения с различными вариантами исполнения их втулок (т.е. с различными параметрами d=k×D, l=k×D, d=k×D и b=k×d), причем, проверялись также втулки оптимальных параметров, но изготовленные из различных видов бронзы. Результаты опытов оценивались по длительности рабочей кампании узлов и простоев оборудования.
Наилучшие результаты получены при использовании предлагаемых узлов вращения. Отклонения от рекомендуемых их параметров ухудшали достигнутые показатели (снижалась работоспособность, узлов и увеличивались простои кранов, что отрицательно сказывалось на производительности стана).
Так, при d>0,8D утонялась стенка втулки, что увеличивало ее износ, а при d<0,75D требовалось либо уменьшать диаметр посадочной оси, либо увеличивать отверстие в шестерне, что в обоих случаях было неприемлемым. Сокращалась длительность работы узлов и при l<0,6D, а увеличение длины втулки (сверх 0,63D) не повысило заметно износостойкость узла вращения, но
приводило к росту его габаритов и веса, что малоприемлемо для мостовых подъемных кранов.
п
g
п
п
При уменьшении объема масляного кармана (т.е. при d<0,81D и b<0,13d) ухудшалась смазка контактных поверхностей и ускорялся их износ, а при d>0,85D и b>0,17d ослаблялась втулка, что в отдельных случаях приводило к ее разрушению.
Было также установлено, что использование втулок из оловянистых бронз уменьшало их износостойкость вследствие действия повышенных температур от раскаленного металла, находившегося под кранами.
Использование узлов вращения с втулками без внутренних круговых проточек (см. ближайший аналог) снизило длительность работы втулок почти в 2 раза.
Таким образом опытная проверка подтвердила приемлемость найденного технического решения для достижения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.
Технико-экономические исследования, проведенные в ОАО «ММК», показали, что использование заявляемого изобретения в механизмах поворота подъемных кранов толстолистового стана горячен прокатки уменьшает простои оборудования не менее, чем на 10% с соответствующим ростом производительности.
Пример конкретного выполнения
В механизме поворота подъемного крана стана горячей прокатки установлен узел вращения, приведенный на фиг.1 (см.).
Втулка узла изготовлена из бронзы марки АЖ 9-4 и имеет следующие параметры:
п
п
D=65 мм; d=0,775D=0,775×65≈50,5 мм; l=0,615D=0,615×65=40 мм; d=0,835D=0,835×65≈54 мм; b=0,15d=0,15×54=8 мм.