КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ

Изобретение относится к деталям машин и механизмов, в частности, - к коленчатым валам различных приводов.
Коленчатый вал служит для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наиболее часто используется в поршневых двигателях и приводах различных типов. Определение этого вала дано, например, в «Политехническом словаре» под ред. А.Ю.Ишлинского 3-е изд., М., «Советская энциклопедия», 1989, с.231. Коленчатые валы часто изготавливаются цельными и обязательными элементами этих валов являются щековины, между которыми размещаются шатунные шейки, служащие для крепления на них штоков, совершающих возвратно-поступательное движение.
Известен вал (ось), на котором размещаются элементы бочки профилегибочного валка, выполненный разъемным из двух полуосей неравной длины, на большей из которых имеется реборда, а полуоси выполнены с резьбовым соединением (см. пат. РФ №2187396, кл. B21D 5/06 и В21В 13/02, опубл. в БИ №23, 2000 г.). Однако этот вал не может преобразовывать вращательное движение в возвратно-поступательное.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является коленчатый вал, приведенный в книге П.И.Орлова «Основы конструирования», кн.1, 3-е изд., М., «Машиностроение», 1988, с.235-236 и рис.210-2 и -3.
Этот коленчатый вал содержит коренные шейки, между которыми в щековинах и на заданном расстоянии от коренных шеек установлена шатунная шейка, и характеризуется повышенным диаметром шеек, а также смещением внутренней расточки шатунной шейки с ее геометрической оси. Недостатком такой конструкции коленчатого вала является относительная ее сложность, что затрудняет изготовления и разборку вала при износе цапф и шеек, повышая производственные затраты и снижая производительность механизма.
Технической задачей настоящего изобретения является повышение производительности и снижение производственных затрат.
Для решения этой задачи коленчатый вал содержит коренные шейки заданного диаметра D, между которыми в щековинах и на заданном расстоянии то коренных шеек установлена шатунная шейка, диаметр которой d=(0,8...0,9)D, a щековины закреплены на цапфах коренных шеек с помощью шпонок, и шатунная шейка установлена в отверстиях щековин также на шпонках, при этом посадка всех цапф в указанных отверстиях - прессовая; длина ℓ цапф и ширина «b» щековин могут быть одинаковыми и ℓ=b=(0,65...0,70)d.
Приведенные параметры коленчатого вала получены опытным путем и являются эмпирическими.
Сущность заявляемого технического решения заключается в оптимизации конструкции коленчатого вала сбрасывателя проката (толстых горячекатаных листов) в карманы готовой продукции, причем, приводными являются коренные
шейки вала, а шатунная шейка соединена с рычагом сбрасывателя, перемещающимся в горизонтальной плоскости.
Предлагаемый коленчатый вал показан на фиг.1.
Коренные шейки 1 вала выполнены с диаметром D и содержат цапфы 2 со шпоночными канавками 3. На цапфах установлены с помощью шпонок щековины 4, в нижние отверстия 5 которых входят цапфы 2 коренных шеек 1, а в верхние отверстия 6 - цапфы 7 шатунной шейки 8 со шпоночными канавками 9. Диаметры цапфы 7 шеек 8 d=(0,8...0,9)D, а длина ℓ этих цапф равна ширине «b» щековин, причем, ℓ=b=(0,65...0,70)d. Для фиксирования щековин от продольного смещения на всех шейках выполнены реборды 10.
При работе коленчатого вала вращательное движение коренных шеек от привода преобразуется в возвратно-поступательное движение рычагов сбрасывателя (не показаны), благодаря взаимному смещению осей XX и YY, соответственно, коренных и шатунных шеек. Устойчивая работа вала обеспечивается прессовой посадкой на шпонках щековин на коренных шейках и шатунной шейки в отверстиях щековин. При необходимости (например, износе цапф) осуществляется полная разборка предлагаемого коленчатого вала.
Опытную проверку заявляемого вала осуществляли на сбрасывателе толстолистового стана 2350 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». С этой целью испытывался предлагаемый коленчатый вал с различными его параметрами и известный. Результаты опытов оценивались по производительности сбрасывателя в течении длительного времени его эксплуатации и по величине производственных затрат.
Наилучшие результаты (максимальная производительность при наименьших затратах) получены при работе предлагаемого коленчатого вала. Отклонения от рекомендуемых параметров ухудшали достигнутые показатели. Так, уменьшение диаметра шатунной шейки (d<0,8 D) повышало ее износ и вело к необходимости замены (т.е. увеличивались простои), а при d>0,9 D возрастали затраты, связанные с ростом габаритов щековин.
Применение легкопрессовой посадки (Пл) щековин вместо прессовой (Пр), как и отсутствие шпонок, ускоряло износ контактных поверхностей и приводило к увеличению простоев. При горячей (Гр) посадке затруднялись разборка и монтаж коленчатого вала без заметного роста производительности сбрасывателя листов. Оптимальным (в аспекте производственных затрат) признано равенство длины ℓ цапф и ширины «b» щековин, а максимальная стойкость коленчатого вала получена при ℓ=b=(0,65...0,70)d, причем, при ℓ=b>0,7 d возрастали затраты без дальнейшего увеличения износостойкости элементов коленчатого вала.
Сравнительная проверка известного коленчатого вала, взятого в качестве ближайшего аналога (см. выше), показала, что его износостойкость была меньше, чем у рекомендуемого вала, почти на 15%, а затраты на его изготовление были больше на 23%. Таким образом, опытная проверка показала приемлемость найденного технического решения для достижения поставленной цели и его преимущества перед известным объектом.
Технико-экономические исследования, проведенные в ОАО «ММК», показали, что использование настоящего изобретения в сбрасывателе толстых прокатанных листов повысит его производительность не менее, чем на 10% при одновременном снижении производственных затрат почти на 20%.
Пример конкретного выполнения
Коленчатый вал сбрасывателя толстых горячекатаных листов имеет вид, показанный на фиг.1.
Основные параметры вала:
D=140 мм; d=0,85 D=0,85×140≈120 мм; ℓ=b=0,67 d=0,67×120≈80 мм.
Посадка щековин на цапфы коренных шеек и шатунной шейки в щековинах - прессовая.