САМОЗАЖИМНОЙ МЕХАНИЗМ ФИКСАЦИИ ПОЛОСЫ МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к области обработки полосовых материалов, в частности к обработке металлов давлением, а так же к машинам для прокатки полос, а именно к шпулям для наматывания полос материала.
На некоторых станах при прокатке трансформаторной стали в качестве наматывающих устройств используются так называемые шпули. На входном участке металл из рулонов перематывается на данные шпули и на шпулях перемещается (перекатывается) к прокатной клети. У прокатной клети шпуля с рулоном металла фиксируется в разматывателе (становой моталке). Металл разматывается и прокатывается в клети стана, наматываясь на подобную шпулю, установленную на другой становой моталке с другой стороны клети. После первого прохода металл прокатывается в обратном направлении и в зависимости от необходимости прокатка осуществляется в несколько проходов. Затем шпуля с намотанным металлом перемещается по передаточным путям на выходной участок прокатного стана, где металл перематывается на обычную моталку с барабаном. Оттуда металл снимается и уходит на последующие переделы.
При использовании данной технологии в силу конструктивных особенностей шпуль образуется характерный дефект - поперечный наддав. Данный дефект возникает от воздействия зажимающего полосу механизма, установленного в шпуле, который создает неровности на шпуле - впадины или углубления.
Известно «Устройство для осуществления намотки полосы» по патенту №897364, содержащее барабан, выполненный со щелью, ролик с механизмом его перемещения, отличающееся тем, что оно снабжено приводом вращения ролика, а механизм перемещения ролика выполнен в виде рамы, связанного с ее концом привода подъема и шарнирно связанного с ее вторым концом привода возвратно-поступательного перемещения в перпендикулярном подъему направлении.
В данном случае, как и в случае использования механизмов зажатия, при намотке полосы металл наматывается так, что на тонкой полосе в месте, где расположена щель для фиксации образуется неровность на металле - поперечный наддав. Этот изгиб формируется не только на первом витке полосы, но и на определенном количестве последующих витков. Количество дефектных витков зависит от толщины полосы материала, от натяжения полосы материала, от свойств материала и ширины щели. Такие полосы металла в дальнейшем не могут быть использованы, поэтому они отбраковываются, что является экономически не выгодным. Кроме того, данное устройство не позволяет надежно зафиксировать конец полосы и он может выскользнуть из щели, когда начнется наматывание.
Известна «Шпуля для наматывания полосы» по патенту ЕР 1270102, включающая поверхность, на которую по окружности наматывается полоса, и которая содержит как минимум одну поперечную прорезь, расположенную вдоль радиуса шпули и выполненную для фиксации конца вышеуказанной полосы перед началом наматывания, отличающаяся тем, что шпуля снабжена как минимум одной упругой частью, расположенной вдоль поверхности шпули и составляющей часть поверхности шпули, и тем, что прорезь расположена в упругой части шпули. Данное техническое решение может быть принято за прототип.
Главным недостатком прототипа является его ненадежность. При прокатке стали ленты могут быть нагреты до очень высоких температур и упругие части шпули должны выдерживать эти температуры. Кроме того, наматывание происходит при довольно большом натяжении. В таких условиях любой упругий материал очень быстро изнашивается и подлежит слишком частой замене. Также данная шпуля, как и устройство для осуществления намотки полосы, не позволяет надежно зафиксировать конец полосы.
Технические результаты, достигаемые при использовании заявляемой полезной модели:
- уменьшение количества дефектных полос металла;
- повышение надежности фиксации конца полосы;
- повышение износоустойчивости;
- повышение надежности;
- повышение удобства при эксплуатации.
Технические результаты достигаются за счет того, что в самозажимном механизме фиксации полосы материала, содержащем барабан, установленный с возможностью вращения для обеспечения наматывания на поверхность барабана полосы материала, огибающая барабана представляет собой цилиндрическую поверхность, на наружной поверхности барабана выполнен паз, в пазу размещен элемент с возможностью перемещения вдоль паза с выходом на цилиндрическую поверхность барабана, подпружиненный относительно барабана, между боковой поверхностью подпружиненного элемента и внутренней поверхностью паза образована щель для размещения конца полосы материала, высота подпружиненного элемента составляет не более глубины паза, наружная поверхность указанного подпружиненного элемента, выходящая на цилиндрическую поверхность, представляет собой часть цилиндрической поверхности с радиусом, соответствующим радиусу огибающей барабана.
Подпружиненный элемент может быть выполнен из металла. На подпружиненном элементе в месте сопряжения боковой и наружной поверхностей со стороны захода материала в паз (месте фиксации полосы) может быть снята фаска.
Подпружиненный элемент может крепиться к барабану при помощи болтового соединения с возможностью перемещения вдоль паза, выполненного на наружной поверхности барабана, с выходом на цилиндрическую поверхность барабана.
Одна из поверхностей подпружиненного элемента или паза, участвующая в зажиме полосы материала, может быть выполнена зубчатой. Зубчатыми могут быть выполнены как поверхность паза, так и поверхность подпружиненного элемента, участвующие в зажиме полосы материала.
Подпружиненный элемент может иметь клиновидную форму.
Барабан в заявляемом техническом решении необходим непосредственно для намотки полосы материала. Для этого он выполнен с возможностью вращения. В прокатном производстве такой барабан называется шпулей. Тело барабана представляет собой прямой круговой цилиндр, так как это наиболее удобная форма при проведении процесса сматывания полос материала в рулон. Вдоль боковой поверхности барабана выполнен паз, куда заправляется конец наматываемого на барабан материала. Он выполнен для того, чтобы обеспечить возможность фиксации конца полосы материала перед началом наматывания ее на барабан. Этот паз выполнен в виде щели. В паз вставлен подпружиненный элемент, который позволяет надежно зафиксировать конец полосы материала в пазу. Наиболее оптимальным является выполнение подпружиненного элемента в форме клина. Между одной из боковых поверхностей паза и одной из внутренних боковых поверхностей подпружиненного элемента, которая соприкасается с концом полосы материала, образована щель. Эта щель представляет собой место фиксации конца полосы материала. При этом подпружиненный элемент имеет возможность передвигаться вдоль паза с выходом на цилиндрическую поверхность барабана для того, чтобы увеличить ширину щели, куда будет заводиться полоса материала, а значит для повышения удобства при эксплуатации заявленного технического решения. В свободном состоянии, когда на подпружиненный элемент не действуют никакие силы, он находится в поднятом состоянии, то есть выступает над наружной поверхностью барабана на регулируемую болтами величину. Пружины расположены между барабаном и подпружиненным элементом. Это сделано для того, чтобы при отсутствии натяжения материала подпружиненный элемент был поднят для заправки и выпуска конца полосы материала. Высота подпружиненного элемента не превышает глубину паза, расположенного вдоль боковой поверхности барабана, так как если бы высота подпружиненного элемента превышала глубину паза, то верхняя часть подпружиненного элемента выступала бы над наружной поверхностью барабана даже при полном сжатии пружины, а значит при полном утоплении подпружиненного элемента в тело барабана, что является недопустимым при эксплуатации данного технического решения. Наружная поверхность подпружиненного элемента представляет собой часть цилиндрической поверхности с радиусом, соответствующим радиусу огибающей барабана. В идеале эти радиусы должны совпадать и наружная поверхность подпружиненного элемента должна совпадать с наружной поверхностью барабана.
Использование подпружиненного элемента обеспечивает надежную и быструю фиксацию полосы металла. За счет того, что в поднятом состоянии подпружиненного элемента щель для заведения полосы является достаточно широкой, повышается удобство при заведении полосы для прокатки, а при прокрутке барабана под действием натяжения полосы подпружиненный элемент, утапливаясь в тело барабана, надежно фиксирует заведенный конец полосы. Наличие в данном техническом решении пружины позволяют повысить удобство в эксплуатации. При утапливании подпружиненного элемента в тело барабана пружины сжимаются, а когда барабан освобождается от полосы, пружины разжимаются и возвращают подпружиненный элемент в поднятое состояние, помогая при этом освободить зажатый конец материала. Выполнение внутренней поверхности подпружиненного элемента в месте сопряжения боковой и наружной поверхностей со стороны захода материала в паз (месте фиксации полосы) зубчатой обеспечивает еще более надежную фиксацию конца полосы. За счет наличия зубцов уменьшается возможность выскальзывания конца полосы. Кроме того, форма подпружиненного элемента позволяет уменьшить объем дефектного металла при прокатке стали. Это достигается за счет того, что внешняя поверхность подпружиненного элемента представляет собой часть цилиндрической поверхности и может быть выполнена с условием того, что она является продолжением поверхности огибающей барабана, но уровень края, на котором происходит фиксация конца полосы, расположен ниже уровня поверхности самого барабана. Это сделано для учета перегиба полосы в месте сопряжения боковой и наружной поверхностей со стороны захода материала в паз (месте фиксации полосы). Полоса, наматываясь на барабан, сама утапливает подпружиненный элемент в тело барабана. Это приводит к тому, что неровности на полосах в месте сопряжения боковой и наружной поверхностей со стороны захода материала в паз (месте фиксации полосы) уменьшаются.
Выполнение подпружиненного элемента из металла является наиболее оптимальным, так как металлы устойчивы к высоким температурам и деформации, а также являются довольно износоустойчивыми материалами.
При намотке полос для более плавного перехода витков в месте сопряжения боковой и наружной поверхностей со стороны захода материала в паз (месте фиксации полосы) предусмотрена специальная зона на подпружиненном элементе, где снимается фаска размером, определяемым толщиной полосы. При наличии фаски перегиб полосы материала в месте сопряжения боковой и наружной поверхностей со стороны захода материала в паз (месте фиксации полосы) становится не острым, а плавным, что уменьшает величину поперечных наддавов в последующих витках.
Подпружиненный элемент может крепиться к барабану при помощи любых средств, но самым оптимальным является соединение при помощи болтов, так как в этом случае подпружиненный элемент будет не только надежно закреплен на теле барабана, но и не потеряет своей подвижности.
Для исследования влияния нового решения на дефект «поперечный наддав» были проведены сравнительные испытания на шпулях двух типов. Первый тип шпули (барабана) - с пазом без подпружиненного элемента. Второй вид шпули (барабана) - согласно заявляемому решению.
Испытания показали, что шпули (барабаны) согласно заявляемому решению позволяют получить металл с наименьшим количеством дефекта - поперечный наддав.
Высота поперечного наддава при использовании заявляемого решения уменьшилась примерно в 10 раз по сравнению со шпулей первого типа.
На фиг 1. изображен график замеров отпечатков от шпулей (высота неровности относительно самой полосы). Сплошной линией на фигуре 1 изображен график высоты дефектов на рулоне материала, прокатанном согласно заявляемому решению. Пунктирной линией изображен график высоты дефектов при прокате рулона материала просто с щелью без использования самозажимного механизма.
На фиг.2 изображен график замеров ширины отпечатков от шпулей. Сплошной линией на фигуре 2 изображен график ширины дефектов на рулоне материала, прокатанном согласно заявляемому решению. Пунктирной линией изображен график ширины дефектов при прокате рулона материала просто с щелью без использования самозажимного механизма.
На фиг.3 изображен поперечный разрез заявляемого самозажимного механизма фиксации полосы материала в поднятом состоянии.
На фиг.4 изображен поперечный разрез заявляемого самозажимного механизма фиксации полосы материала в сжатом состоянии.
На фиг.5 изображен общий вид шпули с самозажимным механизмом фиксации полосы материала.
Согласно изображениям заявляемый самозажимной механизм фиксации полосы материала содержит барабан (1), подпружиненный элемент (2), пружину (3), болт (4), фаску (5) и зубцы (6).
Полоса металла (7) заводится в щель, после чего барабан (1) проворачивается, и металл, закручиваясь, поджимает подпружиненный элемент (2), утапливая его в тело барабана (1) и зажимая полосу. Зубцы (6) надежно фиксируют полосу (7) между подпружиненным элементом (2) и телом барабана (1) за счет увеличения сцепления полосы металла (7) с поверхностью подпружиненного элемента (2). При этом пружина (3) сжимается. Щель сжимается до минимальных размеров, не давая металлу возможности затечь в нее. При полном зажиме полосы (7) один конец подпружиненного элемента (2) находится вровень с валом барабана, а другой - немного ниже уровня вала барабана (в месте перегиба полосы). После проведения прокатки барабан (1) освобождается от полосы, и под действием силы сжатой пружины (3) механизм возвращается в поднятое состояние.
Фаска (5) выполнена для обеспечения более плавного перехода витков и для уменьшения неровностей при намотке в месте сопряжения боковой и наружной поверхностей со стороны захода материала в паз (месте фиксации полосы).
Заявляемое техническое решение устраняет все недостатки, имеющиеся в аналогах и, кроме того, является дешевым и простым в производстве и применении. Кроме того, заявляемый самозажимной механизм фиксации полосы материала рационально использовать на уже работающих станах, изменив лишь конструкцию шпуль, что возможно в большинстве случаев.