ПРИВОД ПРОКАТНОЙ КЛЕТИ С ЗУБЧАТЫМ ШАРНИРНЫМ ШПИНДЕЛЕМ
ROLLING STAND DRIVE WITH TOOTHED HINGED SPINDLE

Изобретение касается привода прокатной клети с зубчатым шарнирным шпинделем, который проходит между зубчатым шарниром, расположенным в камере зубчатого зацепления со стороны валка, и зубчатым шарниром, расположенным в камере зубчатого зацепления со стороны редуктора.
При прокатке полос в прокатной клети, например, для корректировки возникающих погрешностей плоскостности проката может потребоваться смещение рабочих валков в клети в определенных диапазонах регулировки. Для отработки определенной программы прокатки необходимо установить ширину зазора между валками соответственно этой программе.
При этом привод рабочих валков прокатной клети обычно осуществляется посредством зубчатых шарнирных шпинделей, которые, в свою очередь, приводятся во вращение с помощью редуктора и соответствующим образом прифланцованных двигателей.
Для обеспечения вышеупомянутого аксиального смещения рабочих валков в прокатной клети на точно заданную величину предусмотрен исполнительный привод. Привод рабочих валков во вращение осуществляется известным образом с помощью зубчатых шарнирных шпинделей, которые между приводимыми рабочими валками и приводящими редукторными узлами соединены с приводными двигателями. При этом зубчатые шарнирные шпиндели выполнены таким образом, что они, с одной стороны, компенсируют осевое и обусловленное высотой смещение рабочих валков в прокатной клети, а с другой стороны, они могут передавать на эти рабочие валки полную приводную мощность.
Известно, что взаимодействующие при этом друг с другом соединительные трефы в соответствующих зубчатых гильзах подвержены воздействию значительных сил трения и соответственно температурных проявлений. Для снижения трения скольжения и для отвода выделяющегося при трении тепла эти области постоянно снабжаются соответствующей смазочной средой. Для этого, например, может быть предусмотрена циркуляционная масляная смазка, которая, с одной стороны, гарантирует безупречное снабжение всех мест смазки зубчатого шарнира смазочной средой и, кроме того, обеспечивает также необходимый отвод тепла, выделяющегося при трении.
В заявках US 3298198 A и US 2845781 A описывается муфта в качестве соединения между двумя валами для привода, например, валков в прокатном стане.
Из EP 0324168 A2 известен привод прокатной клети с шарнирным шпинделем с дуговыми зубьями, причем этот шарнирный шпиндель направляется в соответствующих соединительных гильзах с помощью опорных элементов и аксиально смещаемых плунжеров.
Из EP 0865837 A2 известен привод прокатной клети с зубчатыми шарнирными шпинделями и устройством для циркуляционной смазки.
В заявке DE 2811607 A1, которая касается шарнирной муфты, толкатель, соответственно, пакет пружин обеспечивают постоянное нахождение зубчатого шарнирного шпинделя в соответствующей зубчатой гильзе.
В заявке DE 3706577 A1, которая касается шарнирного шпинделя с дуговыми зубьями, прижатие зубчатого шарнирного шпинделей в гильзах осуществляется с помощью поршней.
При поломке такой пружины или поршня или при заклинивании направляющей пружины в приводе валка возникают, однако, значительные помехи, например, вследствие выскальзывания зубчатого шарнирного шпинделя из зубчатой гильзы.
Задачей изобретения является соответственно создание привода прокатной клети, имеющего повышенную надежность.
Эта задача решается с помощью привода прокатной клети, охарактеризованного признаками п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные модификации следуют из зависимых пунктов.
Привод прокатной клети снабжен соответственно установленным с возможностью осевого смещения зубчатым шарнирным шпинделем, проходящим между зубчатым шарниром, находящимся в камер зубчатого зацепления со стороны валков, и зубчатым шарниром, расположенным в камере зубчатого зацепления со стороны редуктора, причем по меньшей мере одна из камер зубчатого соединения заполнена смазочной средой. Согласно изобретению эта смазочная среда предварительно нагружает зубчатый шарнирный шпиндель осевым усилием, направленным в сторону валков.
Благодаря тому, что посредством смазочной среды зубчатый шарнирный шпиндель предварительно поджат с осевым усилием, направленным в сторону валков, надежность привода прокатной клети может быть дополнительно повышена. В частности таким образом можно отказаться от использования пружин для нагружения зубчатых шарнирных шпинделей осевым усилием в направлении валков. Соответственно можно отказаться и от известных из уровня техники прижимных пружин.
Кроме того, заявленное решение упрощает поджатие зубчатого шарнирного шпинделя в осевом направлении, так как с помощью смазочной среды всегда может обеспечиваться постоянное давление прижатия зубчатого шарнирного шпинделя в расположенной со стороны валков камере зубчатого зацепления. Кривая жесткости пружины или гистерезис, который возникает у обычных пружин, здесь отсутствует.
Предпочтительно зубчатый шарнирный шпиндель имеет первую рабочую поверхность, расположенную в камере зубчатого зацепления со стороны валков, и вторую рабочую поверхность, расположенную в камере зубчатого зацепления со стороны редуктора, причем первая и/или вторая рабочая поверхность нагружена смазочной средой.
За счет выполнения на зубчатом шарнирном шпинделе первой и второй рабочих поверхностей можно путем соответствующего расчета этих первой и второй рабочих поверхностей обеспечить соответствующее осевое усилие, направленное в сторону валков. Благодаря соответствующему выбору размеров можно даже при одном и том же давлении смазочного вещества в соответствующей камере зубчатого зацепления, а именно в камере зубчатого зацепления со стороны редуктора и в камере зубчатого зацепления со стороны валков, все-таки обеспечить приложение к зубчатому шарнирному шпинделю осевого усилия, направленного в сторону валков.
В одном предпочтительном варианте выполнения первая рабочая поверхность меньше, чем вторая рабочая поверхность. За счет указанного выполнения первой рабочей поверхности таким образом, что она со стороны валков меньше, чем вторая рабочая поверхность со стороны редуктора, при имеющемся в обеих камерах зубчатого зацепления одинаковом давлении смазочной среды к зубчатому шарнирному шпинделю может прикладываться осевое усилие в направлении валков.
Как вариант или в качестве дополнения давление смазочной среды в камере зубчатого зацепления со стороны валков ниже, чем давление смазочной среды в камере зубчатого зацепления со стороны редуктора.
За счет того, что давление смазочной среды в камере зубчатого зацепления со стороны валков ниже, чем в камере зубчатого зацепления со стороны редуктора, можно и при идентичных первой и второй рабочих поверхностях, а именно рабочих поверхностях со стороны редуктора и со стороны валков, добиться создания осевого усилия, направленного в сторону валков.
Предпочтительно по меньшей мере камера зубчатого зацепления со стороны редуктора уплотнена непроницаемо для находящейся там смазочной среды. Здесь предпочтительно непроницаемо для смазочной среды уплотнены как камера зубчатого зацепления со стороны редуктора, так и камера зубчатого зацепления со стороны валков. Таким путем, с одной стороны, можно добиться того, чтобы полученная за счет соответствующих давлений в камерах зубчатых зацеплений аксиально направленная силовая составляющая таким образом нагружала зубчатый шарнирный шпиндель, что он поджимается к валковой стороне. С другой стороны, можно добиться полного замыкания масляного контура.
В таком случае можно отказаться от вызывавших сильные загрязнения прежних способов циркуляционной масляной смазки шпинделей, реализовывавшихся с большими маслоулавливающими кожухами. Кроме того, благодаря замкнутому контуру смазочной среды значительно улучшается защита окружающей среды от загрязнений и повышается экологичность установки.
В одной предпочтительной модификации предусмотрен по меньшей мере один контур смазочной среды с редукторной стороны для снабжения смазочной средой камеры зубчатого зацепления со стороны редуктора и по меньшей мере один контур смазочной среды с валковой стороны для снабжения смазочной средой камеры зубчатого зацепления со стороны валков.
За счет наличия двух различных контуров смазочных сред может быть достигнуто соответствующее распределение давления в камерах зубчатых соединений и одновременно может быть обеспечено удовлетворительное охлаждение соответствующих зон трения.
Предпочтительно давление в контуре смазочной среды с редукторной стороны выше, чем в контуре смазочной среды с валковой стороны. При одной предпочтительной модификации контуры смазочной среды с редукторной и/или с валковой стороны проходят по меньшей мере частично в зубчатом шарнирном шпинделе. Это делает возможным хорошее охлаждение зубчатого шарнирного шпинделя и обеспечивает компактную конструкцию.
Предпочтительно, далее, предусмотреть на зубчатом шарнирном шпинделе вращающееся коллекторное соединение для снабжения смазочной средой по меньшей мере одного контура смазочной среды. В порядке усовершенствования вращающееся коллекторное соединение предусмотрено на втулке редуктора для снабжения смазочной средой по меньшей мере одного контура смазочной среды.
Наличие вращающегося коллекторного соединения и соответствующих подвода и отвода смазочной среды для обеих камер зубчатых зацеплений, причем подвод и отвод предусмотрены в зубчатом шарнирном шпинделе, является предпочтительным с точки зрения монтажа зубчатого шарнирного шпинделя, так как нужно предусмотреть лишь по два масляных штуцера на таком вращающемся коллекторном соединении.
В указанном варианте, при котором вращающееся коллекторное соединение размещено на втулке редуктора и подвод масла и отвод масла осуществляются через редукторный вал, можно отказаться от вращающегося коллекторного соединения в зубчатом шарнирном шпинделе. Однако операции по сверлению редукторного вала оказываются относительно дорогостоящими.
При другом предпочтительном варианте выполнения смазочная среда остается стационарной по меньшей мере в одной камере зубчатого зацепления.
При таком варианте, когда смазочная среда один раз помещается в соответствующие камеры зубчатых зацеплений и остается в них стационарной, упомянутое осевое усилие может быть заданным образом установлено путем однократного введения смазочного средства под определенным давлением, и от дорогостоящих подающих и сливных линий можно отказаться. Однако здесь постепенное падение давления может привести к потере прижимного усилия. Кроме того, циркуляция масла не предусматривается, так что нет и охлаждающего эффекта.
В порядке усовершенствования камера зубчатого зацепления со стороны редуктора выполнена таким образом, что она допускает возможность осевого смещения зубчатого шарнирного шпинделя.
За счет такого выполнения камеры зубчатого зацепления со стороны редуктора, что она делает возможным осевое смещение зубчатого шарнирного шпинделя относительно этой камеры зубчатого зацепления, может быть обеспечено надежное прижатие зубчатого шарнирного шпинделя к валковой стороне, так как возможные осевые смещения валков, соответственно, корректировки зазора между валками могут быть скомпенсированы за счет осевой подвижности зубчатого шарнирного шпинделя.
С успехом используется система циркуляционной смазки для смазочной среды. Таким путем можно обеспечить хорошее охлаждение.
Другие предпочтительные варианты выполнения и аспекты изобретения более подробно поясняются приведенным ниже описанием чертежа.
На фигуре 1 показан возможный вариант выполнения привода прокатной клети согласно изобретению, изображение примера в разрезе.
Ниже предпочтительные варианты выполнения описываются с привлечением фигуры 1.
На фигуре 1 показан соответственно привод 1 прокатной клети с валковой стороной WS, на которой расположены не показанные здесь рабочие валки прокатной клети, и редукторной стороной GS, на которой расположены не показанный здесь приводной редуктор, а также приводные двигатели для вращения редуктора и, тем самым, приводных валков. Редукторная сторона GS связана с валковой стороной WS через зубчатый шарнирный шпиндель 3.
На валковой стороне WS предусмотрена валковая втулка 2, в которой соответствующие снабженные бочкообразными зубьями трефы 30 зубчатого шарнирного шпинделя 3 со шлицевой нарезкой 22 с валковой стороны образуют зубчатый шарнир 50 со стороны валков. На редукторной стороне GS предусмотрена втулка 4 редуктора, в которой соответствующие снабженные бочкообразными зубьями трефы 32 зубчатого шарнирного шпинделя 3 со шлицевой нарезкой 42 с редукторной стороны образуют зубчатый шарнир 52 со стороны редуктора. Таким образом обеспечивается соединение без проворачивания между редукторной стороной GS и валковой стороной WS, так что на рабочие валки может передаваться приводной момент от редуктора, соответственно от приводного двигателя.
В валковой втулке 2 шлицевая нарезка 22 находится в соответствующей камере 20 зубчатого зацепления. В этой камере 20 зубчатого зацепления помещаются также выполненные на зубчатом шарнирном шпинделе 3, снабженные бочкообразными зубьями трефы 30. Соответственно зубчатый шарнир 50 со стороны валка размещается в камере 20 зубчатого зацепления со стороны валка. Камера 20 зубчатого зацепления с помощью уплотнения 24 герметизирована относительно зубчатого шарнирного шпинделя 3 и образует, таким образом, герметичную полость для смазочной среды, помещаемой в камеру 20 зубчатого зацепления, например для смазочного масла.
Также и на редукторной стороне GS находящаяся со стороны редуктора шлицевая нарезка 42 втулки 4 редуктора помещается в соответствующей камере 40 зубчатого зацепления со стороны редуктора. В этой камере 40 зубчатого зацепления размещены находящиеся на зубчатом шарнирном редукторе 3, снабженные бочкообразными зубьями трефы 32. Соответственно зубчатый шарнир 52 со стороны редуктора располагается в камере 40 зубчатого зацепления со стороны редуктора. Посредством уплотнения 44 эта камера 40 зубчатого зацепления со стороны редуктора тоже герметизирована в месте прохождения зубчатого шарнирного шпинделя 3, так что получается герметичная полость для смазочной среды, находящейся камере 40 зубчатого зацепления со стороны редуктора.
Зубчатый шарнирный шпиндель 3 установлен с возможностью осевого смещения, в частности за счет того, что имеющаяся со стороны редуктора шлицевая нарезка 42 выполнена с относительно большим расстоянием между выступами, которое допускает осевое смещение снабженных бочкообразными зубьями трефов 32 в определенных рамках. Такая осевая подвижность имеет важное значение, если для точной юстировки определенного прокатного процесса рабочие валки требуется точно так же смещать в осевом направлении, и/или если регулируется зазор между валками в соответствующей прокатной клети. Благодаря этой осевой подвижности зубчатого шарнирного шпинделя может быть соответственно скомпенсировано различное расстояние, получающееся в осевом направлении между валковой втулкой 2 и втулкой 4 редуктора.
WS
Для обеспечения безупречной эксплуатации привода 1 прокатной клети предпочтительно нагружать зубчатый шарнирный шпиндель 3 осевым усилием F таким образом, чтобы этот зубчатый шарнирный шпиндель 3 в зубчатом шарнире 50 в находящейся со стороны валков камере 20 зубчатого зацепления всегда был нагружен усилием в направлении валковой стороны WS. В показанном на фигуре 1 примере выполнения зубчатый шарнирный шпиндель 3 в связи с этим снабжен расположенным с валковой стороны упором 34, который рассчитан таким образом, чтобы в рабочем режиме всегда контактировать с торцевой стенкой камеры 20 зубчатого зацепления.
WS
WS
Нагружать зубчатый шарнирный шпиндель 3 осевым усилием F можно с помощью различных механизмов. Согласно изобретению зубчатый шарнирный шпиндель 3 нагружается осевым усилием F посредством смазочной среды.
WS
GS
WS
GS
WS
GS
WS
В показанном на фигуре 1 примере осуществления, с одной стороны, предусмотрена эффективная рабочая поверхность A на валковой стороне WS зубчатого шарнирного шпинделя 3, которая выполнена перпендикулярно оси зубчатого шарнирного шпинделя 3 на торцевой стороне зубчатого шарнирного шпинделя 3. Эффективная рабочая поверхность A образована также и с редукторной стороны GS на торцевой стороне зубчатого шарнирного шпинделя 3. На фигуре 1 находящаяся со стороны валков рабочая поверхность A, по существу, имеет ту же величину, что и рабочая поверхность A со стороны редуктора. Соответственно для образования аксиальной силы F, направленной к валковой стороне WS, давление P смазочной среды в находящейся с редукторной стороны камере 40 зубчатого зацепления должно быть выше, чем давление P смазочной среды в камере 20 зубчатого зацепления со стороны валков. За счет этой разности давлений достигается соответственно предварительное поджатие зубчатого шарнирного шпинделя 3 в направлении валковой стороны WS.
WS
GS
WS
В одном предпочтительном варианте, который конкретно на фигуре 1 не показан, эффективная поверхность A с валковой стороны меньше, чем эффективная поверхность A с редукторной стороны. Таким путем может быть обеспечено, что при создании идентичного давления в обеих камерах 20, 40 зубчатых зацеплений уже будет создано осевое усилие F в направлении валковой стороны WS, которое обеспечит предварительное поджатие зубчатого шарнирного шпинделя 3 в направлении валковой стороны WS.
WS
GS
WS
GS
Такое комбинированное выполнение, а именно сочетание соответственно согласованных рабочих поверхностей A, A с соответственно установленными в камерах 20, 40 зубчатых зацеплений давлениями P>P смазочной среды, точно так же ведет к образованию направленной к валковой стороне осевой силы Fws, посредством которой создается предварительное поджатие зубчатого шарнирного шпинделя 3 в направлении валковой стороны WS.
GS
GS
GS
WS
GS
Смазочная среда, предпочтительно смазочное масло, в показанном на фигуре 1 примере осуществления по вращающемуся коллекторному соединению 6 подается к предусмотренным в зубчатом шарнирном шпинделе 3 подводам 62, 66 для смазочной среды, а также к стокам 60, 64 для смазочной среды. Для этого одно отверстие в зубчатом шарнирном шпинделе 3 служит в качестве подвода 62 для смазочной среды в камеру 40 зубчатого зацепления со стороны редуктора, и одно отверстие - в качестве стока 60 для смазочной среды из камеры 40 зубчатого зацепления со стороны редуктора. Таким способом здесь можно создать контур смазочного средства, по которому оно протекает через камеру 40 зубчатого зацепления со стороны редуктора под соответствующим давлением P, в соответствующем объеме V и в течение соответствующего временного промежутка. Давление P при этом выбирается таким, что создается желаемая осевая сила F. Объем V выбран таким, что за счет циркуляции соответствующего объема смазочной среды обеспечивается требуемое охлаждение компонентов, имеющихся в зубчатом шарнире 50 и соответственно в зубчатом шарнире 52.
WS
WS
WS
GS
WS
WS
GS
Аналогичным образом в зубчатом шарнирном шпинделе 3 со стороны валков предусмотрены отверстия в качестве подвода 66, а также стока 64 для смазочной среды. Давление P и объем V при этом установлены такими, что в камере 20 зубчатого зацепления со стороны валков тоже господствует давление P, которое выбрано таким, что оно в сочетании с давлением P смазочной среды в камере 40 зубчатого давления создает аксиально направленную силу F. Другими словами, давление P на валковой стороне WS типичным образом меньше, чем давление P на редукторной стороне GS. Кроме того, и в этом случае смазочная среда предназначена для того, чтобы обеспечить охлаждение компонентов зубчатого шарнира 50 и соответственно взаимодействующих с зубчатым шарниром 50 компонентов на валковой стороне WS.
Особенно предпочтительное охлаждение может быть достигнуто за счет того, что смазочная среда подается на одну сторону зубчатого шарнира 50, 52, а с соответствующей другой стороны зубчатого шарнира 50, 52 снова выводится из соответствующей камеры 20, 40 зубчатого зацепления. Соответственно смазочная среда промывает соответствующие компоненты и зубчатое зацепление в зубчатых шарнирах 50, 52, благодаря чему, с одной стороны, обеспечивается превосходная смазка, а с другой стороны, отвод тепла со всех взаимодействующих поверхностей.
Каждое из уплотнений 24, 44 рассчитано таким образом, что каждая из камер 20, 40 зубчатых зацеплений герметично закрыта для соответствующей смазочной среды.
Вращающееся коллекторное соединение 6 тоже выполнено так, что отдельные подводы и стоки 60, 62, 64, 66 тоже герметично уплотнены относительно друг друга, так что получается несколько полостей для смазочной среды, герметично уплотненных относительно друг друга.
WS
WS
Кроме того, посредством подводов и стоков 60, 62, 64, 66 для смазочного вещества можно гарантировать, что сила F, действующая в осевом направлении на зубчатый шарнирный шпиндель 3, останется, по существу, постоянной независимо от соответствующего состояния смещения в камере 40 зубчатого зацепления. Если разность давлений в камере 40 зубчатого зацепления со стороны редуктора и камере 20 зубчатого зацепления со стороны валков поддерживается постоянной, то, по существу, постоянными остаются предварительное поджатие и соответственно осевая сила F.
WS
GS
WS
GS
WS
По отношению соответствующих давлений P, P к соответствующим рабочим поверхностям A, A в соответствующих камерах 20, 40 зубчатых зацеплений можно путем регулируемой установки давления соответственно установить градиент силы между камерой 20 зубчатого зацепления со стороны валков камерой 40 зубчатого зацепления со стороны редуктора. Соответственно таким путем можно устанавливать направленную в сторону валков осевую силу F так, что зубчатый шарнирный шпиндель 3 всегда будет прижиматься к втулке 2 с определенной осевой силой и не сможет соскальзывать с цапфы даже при осевом движении рабочего валка.
В качестве критерия расчета можно также вывести неравенство:
WS
Существенным при этом является то, что результирующая сила F образована такой, что обеспечивается надежное прижатие зубчатого шарнирного шпинделя 3 в зоне зубчатого шарнира 50 с валковой стороны к втулке 2 с валковой стороны.
WS
GS
GS
WS
В альтернативных вариантах выполнения, которые здесь тоже могут приниматься в расчет, помимо упомянутого выше вращающегося коллекторного соединения 6, которому требуются четыре штуцера для смазочных сред, могут подойти и вращающиеся коллекторные соединения, имеющие лишь два штуцера для смазочной среды, если рабочие поверхности A и A имеют разную величину. Соответственно при одинаковых давлениях P и P все-таки можно создать результирующую осевую силу. Таким путем может быть получено простое вращающееся коллекторное соединение.
В еще одном варианте подвод смазочной среды и сток смазочной среды обеспечивается через редукторный вал, т.е. в частности через редукторную втулку 4. Соответственно в этом здесь не показанном варианте на зубчатом шарнирном шпинделе 3 не нужно монтировать никакого вращающегося коллекторного соединения. В редукторной втулке 4 потребуется, однако, выполнить относительно дорогостоящие сверленые отверстия.
WS
GS
WS
GS
WS
В другом варианте осуществления соответствующие камеры 20, 40 зубчатых зацеплений однократно заполняются смазочным веществом, причем здесь могут устанавливаться разные давления P и P, и/или соответственно согласовываться рабочие поверхности A и A, чтобы создать осевую силу F в направлении валковой стороны. Последний вариант имеет то преимущество, что не требуется непрерывной подачи смазочного вещества, однако это может привести к постепенной потере давления, если смазочное вещество все-таки будет выходить. Кроме того, здесь нет охлаждающего эффекта циркулирующего масла.
Перечень ссылочных позиций:
1 привод прокатной клети
2 валковая втулка
20 камера зубчатого зацепления со стороны валков
22 шлицевая нарезка со стороны валков
24 уплотнение
3 зубчатый шарнирный шпиндель
30 снабженный бочкообразными зубьями треф на валковой стороне
32 снабженный бочкообразными зубьями треф на редукторной стороне
34 упор
4 втулка редуктора
40 камера зубчатого зацепления со стороны редуктора
42 шлицевая нарезка со стороны редуктора
44 уплотнение
50 зубчатый шарнир со стороны валков
52 зубчатый шарнир со стороны редуктора
6 вращающееся коллекторное соединение для смазочной среды
60 сток для смазочной среды на редукторной стороне
62 подвод для смазочной среды на редукторной стороне
64 сток для смазочной среды на валковой стороне
66 подвод для смазочной среды на валковой стороне
WS
Aрабочая поверхность со стороны валков
GS
Aрабочая поверхность со стороны редуктора
WS
Pдавление смазочного средства на валковой стороне
GS
Pдавление смазочного средства на редукторной стороне
WS
Vобъем смазочного средства на валковой стороне
GS
Vобъем смазочного средства на редукторной стороне
WS
Fосевая сила, направленная к валковой стороне
WS валковая сторона
GS редукторная сторона