Предохранительная муфта привода металлургического агрегата и способ ее сборки

Предохранительная муфта привода металлургического агрегата и способ ее сборки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: для защиты от перегрузок приводов, работающих в режиме циклического нагружения, преимущественно прокатных клетей и машин прокатных станов . Сущность: Муфта содержит две полумуфты , во фланцах которых выполнены соосные отверстия. В отверстиях установлены втулки, имеющие фиксаторы относительно наружных торцев фланцев, В каждой паре втулок размещен срезной палец, зафиксированный относительно втулок. Новым в муфте является выполнение фиксаторов втулок регулируемыми в осевом напргзлении и наличие по крайней мере у одной из втулок фрикционной обкладки. При сборке муфты перед фиксацией срезного пальца относительно втулок последние прижимают друг к другу и растягивают палец расчетным внешним осевым усилием. После фиксации пальца снимают растягивающее усилие, совмещают плоскость стыка обращенных друг к другу торцэа втулок с плоскостью разъема фланцев и фиксируют втулки относительно наоужных торцев фланцев. Это позволяет уменьшить переменную составляющую напряжений а срезных пальцах , исключить срабатывание муфты при отсутствии перегрузок и снизить простои агрегата. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил. К ( Со О О ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECflY5JlNK

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЛЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4882225/27 (22) 15.11.90 (46) 15,01.93. Бюл. М 2 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения и Запорожский металлургический комбинат им. С.Орджониклдзе "Запорожсталь" (72) B.À.Áóëêèí, С.Д.Гардман, А.А.Жуков, А.А.Коханюк, В.Д.Морозов, И.M.Ñàëüíèêîç, А.А.Филатов и Р.А,Шиловицкий (56) Поляков B,Ñ. и Барабаш И.Д. M. — Л.:

Муфты, 1960. с. 252, фиг. 163, 164, Черные металлы, bi. 25/26, 17 декабря

1981, М.. Металлургия, 1982, с. 3, фиг. 1.

Авторское свидетельство СССР

М 190310, кл, В 21 В 35/14. 1965.

Целиков А.И. и Смирнов В.В. Прокатные станы, M.; Металлургиздат, 1958, с. 175, фиг.

200. (54) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ МУФТА ПРИВОДА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО АГРЕГАТА И

СПОСОБ EE СБОРКИ (57) Испол ьзсвание: для защиты от перегоузок приводов, работающих в режиме цикллческого нагружения, преимущественно

Изобретение относится,< области тяжелого машиностроения и мажет быть применено для защиты от перегрузск тяжелонагруженных приводов металлургических агрегатов, работающлх в режиме циклического нагружения, преимущественно приводов прокатных клетей и машин прокатных станов.

Известна предохранительная муфта. Содержащая д=е полум,фты, во g:",ÿíöàх кото. Ы«„1787б09 А) (51)5 В 21 В 35/14, F 16 D 9/00 прокатных клетей и машин прокатных станов. Сущность: Муфта содержит две полумуфты, во фланцах которых выполнены соосные отверстия. В отверстиях установлены втулки, имеющие фиксаторы относительно наружных торцев фланцев, В каждой паре втулок размещен срезной палец, зафиксированный относительно втулок, Новым в муфте является выполнение фиксаторов втулок регулируемыми à осевом направлении и наличие по крайней мере у одной из втулок фрикционной обкладки.

При сборке муфты перед фиксацией срезного пальца относительно втулок последние прижимаютдруг к другу и растягивают пале4 расчетным внешним осевым усилием. После фиксацли пальца снимают растягивающее усилие, совмещают плоскость стыка обращенных друг к другу торцав втулок с плоскостью разьема флэнцев и фиксируют втулки относительно наоужных тооцев фланцев.

Это позволяет уменьшить переменную =оставляющую напряжечий в срезных пальцах, исключить соабатывание муфты и.",и отсутствии перегрузок и снизить простои агрегата. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил. рых выполнены сооснь:е отверстия, установленные B отверстиях попарно втулки. расположенные по разные стороны от плоскости разъема фланцев, и установленный в каждой паре втулок срезной палец. Муфга снабжена пробкой. препятствующей выпадению пальца из втулок.

Недостатком известной муфты является низкая ст=-бил>ность момента срабатыванля. При работе агрегатов металлургическо1787609 го производства нагрузки в их приводе изменяются ци лически. Основной период изменения нагрузки соответствует циклу работы агрегата (прокатке одной полосы в прокатной клети, одному резу на ножницах 5 и т,д.), причем амплитуда напряжений в срезном пальце превышает предел усталости. а число циклов нагружения за короткий . промежуток времени (иногда 7 ... 10 дней) достигает величины, соответствующей ус- 10 талостному разрушению. Поэтому при установке рассматриваемой муфты в приводе металлургического агрегата срезной палец часто разрушается при отсутствии перегрузки. интенсивность процесса 15 накопления усталости многократно возрастает при формировании в приводе динамических нагрузок. которые в приводах металлургических машин в несколько раз превышают нагрузки установившегося ре- 20 жима работы. Частое срабатывание муфты при номинальных нагрузках ведет к простоям агрегата и снижению его гроизводительности.

Другой недостэток — наличие возмож- 25 ности перемещения срезного пальца в осевом направлении, Это приводит к интенсивному износу внутренних поверхностей втулок и к образованию радиального зазора между пальцем и втулками. При этот 30 палец начинает воспринимать изгибные нагрузки, что дополнительно снижает его долговечность, выз вая разрушение при нагрузках значитег<ьно меньших, чем расчетные, соответствующие предельному на- 35 пряжению среза.

Еще один недостаток известной конструкции заключаетс. в отсутствии фиксации втулок от осевого перемещения навстречу друг другу в направлении плоскости разь- 40 ема. Такое смещение втулок может произойти после среза па",üöà при ослаблении их посадки в отверстиях флан .ев в процессе эксплуатации. Б раз ;льтате при очередном совпадении углового положения втулок 45 расположенных во фланцах двух полумуфт может произой ги их соударение, сопровож-дающееся ударным нагружением привода и повреждением «го элементов. Вероятность разработки отверстий во фланцах и ослаб- 50 ления посадки втулок особенно велика в муфтах тяжел она г,"уже н н ых металлургических приводов, Известен также способ сборки предохранительной муф; ы, включающий взаим- 55 ную ориентацию фланцев полумуфт с совмещением расположен ных в них QTверстий, установку в этих отверстиях пар втулок и установку срезного пальца во втулки.

Недостатком способа является то, что он не включает действий, направленных на повышение стабильности момента срабатывания муфты.

Известна предохранительная муфта, содержащая две полумуфты, во фланцах которых выполнены соосные отверстия, установленные в отверстиях попарно втулки, расположенные по разные стороны от плоскости разъема фланцев, и установленный в каждой паре втулок срезной палец с проточкой, имеющий фиксаторы относительно фланцев полумуфт, Втулки снабжены фиксаторами в виде кольцевых буртов, упирающихся в расточки наружных торцев фланцев полумуфт, Наличие фиксаторов втулок относительно наружных торцев фланцев полумуфт позволяет исключить их смещение в направлении плоскости разъема после срабатывания муфты, з наличие фиксаторов пальца относительно фланцев уменьшает разработку контактирующих поверхностей втулок и пальца„

Тем не менее у рассматриваемой муфты сохраняется такой недостаток, как нестабильность момента срабатывания. Причина этого состоит в действии на срезные пальцы переменных во врег ени нагрузок, причем амплитуда напряжений в зоне ослабляющей проточки такова, что накапливаются усталостные повреждения. Вследствие этого разрушение срезного пальца может произойти даже при отсутствии перегрузок.

Для замены пальца необходима остановка агрегата, что ведет к его простоям и снижению производительности.

Известен также способ сборки предохранительной муфты, включающий взаимную ориентацию фланцев полумуфт с совмещением расположенных в них отверстий. установку в этих отверстиях пар втулок, установку срезного пальца во втулки и фиксацию его относительно фланцев.

Недостатком способа является то, что его применение сопряжено со значительными простоями агрегата, в линии привода которого установлена муфта, ведущими к снижению его производительности.

Известна предохранительная муфта металлургического агрегата, содержащая дзе полумуфты, во фланцах которых выполнены соосные отверстия, установленные в отверстиях попарно втулки, расположенные по разные стороны от плоскости разьема фланцев, установленный в каждой паре втулок срезной палец, взаимодействующие с наружными торцамй фланцев фиксаторы втулок, выполненные в виде

1787609 кольцевых буртов, и нерегулируемые фиксаторы пальца относительно втулок.

Недостаток известной конструкции заключается в том, что она не обеспечивает стабильнага ограничения чагоузок в приводе металлургического агрегата ввиду возможности накопления усталостных повреждений в области концентрации напряжений — зоне ослабляющей проточки на срезном пальце поскольку при циклическом нагружении привода в пальце возникают напряжения, изменяющиеся по пульсацион ному циклу. П редлажен ная в известном решении оптимизация формы ослабляюьцей проточки на срезнам пальце хотя и уменьшает в некоторой степени интенсивность накопления у таластных повреждений, но не позволяет полностью избежать его.

Другой недостаток рассматриваемой конструкции связан с выполнением фиксаторов срезного пальца относительно втулок нерегулируемыми, вследствие чего после осуществления фиксации между фиксаторами и втулками, как правила, остается зазор, величина которого находится в пределах суммы допусков на изготовление и сборку деталей муфты, Перемещение пальца в псле этого зазора усиливает износ внутренних поверхностей втулок и снижает долговечность пальца.

Известен способ сборки предохранительной муфты металлургического агрегата, включающий взаимную ориентацию фланцев полумуфт с совмещением расположенных в них отверстий, установку э этих отверстиях пар втулок, установку срезнога пальца во втулки и фиксацию его относительно втулок.

Недостатком этого способа сборки муфты, также как и рассмотренных выше, является нестабильность ограничения нагрузок муфтой, обусловленная периодическим усталостным разрушением срезных пальцев в процессе ее эксплуатации.

Из известных муфт наиболее близкой по своей сущности и заявляемой является и редохра нител ьная муфта металлургического агрегата, содержащая две полумуфты, во фланцах которых выполнены соосные отверстия, установленные B отверстиях попарно втулки, расположенные по разные стороны от плоскости разъема фланцев, установленный в каждой паре втулок срезной палец, фиксаторы втулок относительно фланцев, взаимодействующие с наружными торцами фланцев, и регулируемые B осевом направлении фиксаторы пальца относительно втулок, взаимо 1одействующие с наружными торцами вт;. лок, 5

Регулируемые фиксаторы пальца относительно втулок позволяют выбрать зазоры, связанные с неточностью изготовления соединяемых деталей, и предотвратить взаимное осевое перемещение пальцев и втулок, Недостатком известной муфты является нестабильность момента срабатывания.

Это объясняется тем, что функциональное назначение предохранительной муфты обуславливает низкий коэффициент запаса статической прочности и, следовательно, высокий уровень напряжений. Срез пальцев вследствие накопления устглости вызывает простои металлургического агрегата, снижение его производительности. Обычно, с целью избежать частых остановок из-за усталостного разрушения предохранительных элементов, увеличивают площадь. поперечного сечения пальцев, При этом засчет снижения напряжений увеличиваетсякоэффициент запаса усталостнай прочности, но увеличивается также и коэффициент запаса статической прочности, Тем самым снижается чувствительность муфты к перегрузкам и псвышается вероятность поломки элементов привода.

Из известных способов сборки предохранительных муфт наиболее близок к заявляемому способ сборки предохранительной муфты металлургического агрегата, включающий взаимную ориентацию фланцеа пслумуфт с совмещ ìÂì расположенных в них отверстий, установку в этих GTBåpñòèÿõ пгр втулок, установку срезнога пальца вс в;лки и фиксацию его относительно втулок.

Недостаткам известного способа является то, что он не позволяет исключить возможность накопления усталостных повреждений в зоне ослабляющей проточки срезного пальца. В результате разрушение пальцев может происходить даже при нагрузках, не превышаюц;их предельну1а. то есть наблюдается нестабильность ограничения нагрузок в приводе. Необходимость замены срезанных пальцев требует остановки агрегата и ведет к снижению его производительности.

Целью предполагаемого изобретения является повыш ние производительности металлургического агрегата путем увеличения долговечности его элемечтав за счет стабильного ограничения нагрузок.

Поставленная цель достигается тем, что в известной муфт е привода металлургического агрегата, содержа.цей две пслумуфты, во фланцах которых выполнены соосные отверстия, установленные в отверстиях папаоно втулки, рас 1оложенные па разные стороны ат плоскости разъема фланцев. ус1787609 8 тановленных в каждой паре втулок срезной палец, фиксаторы втулок относительно фланцев, взаимодействующие с наружными торцами фланцев, и регулируемые в осевом направлении фиксаторы пальца относи- 5 тельно втулок, взаимодействующие с наружными торцами втулок, фиксаторы втулок относительно наружных торцев фланцев полумуфт выполнены регулируемыми в направлении оси втулок. .10

По крайней мере одна из втулок каждой пары снабжена обкладкой из фрикционного материала, расположенной со стороны торца, обращенного к другой втулке.

Кроме того для достижения поставлен- l5 ной цели при способе сборки предохранительной муфты привода металлургического агрегата, включающем взаимную ориентацию фланцев полумуфт с совмещением расположенных в них отверстий, установку в 20 этих отверстиях пар втулок, установку срезного пальца во втулки и фиксацию его относительно втулок, перед фиксацией срезного пальца относительно втулок последние прижимают друг к другу и растягивают палец 25 внешним осевым усилием, После фиксации пальца относительно втулок снимают растягивающее усилие, совмещают плоскость стыка обращенных друг к другу торцев втулок с плоскостью разъема флгнцев и фикси- 30 руют втулки относительно наружных торцев фланцев.

Величину внешнего расгягивающего осевого усилия определяют из соотношения 35

P/(og F) =0.64 "0,88 (Н); где P — величина внешнего осевого усилия, Н; сг — предел текучести материала срез- 40 ного пальца на рас"яжение, Па;

F — наименьшая площадь поперечного сечения срезного пальца, м .

Прижатие B i улок друг K другу, установку срезного пальца во втулки, растяжение его 45 внешним осевым «усилием, фиксацию его относительно пары втулок и снятие растягивающего усилия осуществляют перед установкой втулок B отверстия фланцев пол умуфт, 50

Выполнение фиксаторов осевого положения втулок, взаимодействующих с наружными торцами полумуфт. регулируемыми отличает заявленное устройство от прототипа и обуславливает его соответствие крите- 55 рию изобретения "новизна".

Другое отличие заявленно"о устройства — наличие фрикционной обкладки по крайней мере у одной и ь втулок каждой пары, Сущность изобретения заключается в одновременном наличии регулируемых фиксаторов пальца относительно втулок и регулируемых фиксаторов втулок относительно наружных торцев фланцев. Выполнение фиксаторов втулок регулируемыми позволя-. ет во-первых установить втулки без зазора и прижать их друг к другу с помощью средств фиксации пальца относительно втулок, что повышает стабильность ограничения нагрузок и повышает долговечность элементов конструкции, а во-вторых установить плоскости стыка всех пар втулок в одной плоскости — в плоскости разъема фланцев, перпендикулярной оси вращения муфты и не пересекающей внутренних торцев фланцев — и тем самым избежать после среза пальцев соударений втулок друг с другом и с фланцами и возникновения ударных нагрузок в приводе, снижающих его долговечность, Фиксация втулок относительно наружных, а не внутренних торцев фланцев исключает смещение втулок навстречу друг другу в процессе взаимного поворо га полумуфт после среза пальца, даже при наличии интенсивных вибраций, обусловленных срабатыванием. Анализ известных источников не позволил выявить решений, обладающих вышеупомянутыми признаками, позволяющими уменьшить переменную составляющую напряжений в предохранительном элементе за ".чет использования сил трения между втулками.

Использование фри <ционных обкладок на передающих момент трением поверхностях известно. Отличием заявленной конструкции является установка обкладок на втулках, служащих для среза пальцев. Такое применение направлено не на повышение передаваемого муфтой момента, как в известном решении, а на разгрузку срезных пальцев от переменной составляющей напряжений. вызывающей его разрушение при номинальных нагрузках. В итоге усиливается проявляемый муфтой эффект повышения стабильности ограничения нагрузок.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о соответствии предлагаемого устройства критерию изобретения "существенные отличия".

Применение в предлагаемом способе таких действий как прижатие втулок друг к другу, растяжение пальца внешним осевым усилием, снятие осевого усилия после фиксации пальца относительно втулок. совмещение плоскости стыка обращенных друг к другу торцев втулок с плоскостью разъема фланцев и последующая фиксация втулок относительно нару:нных торцев фланцев, 1787609

Пальцы муфты изготовлены из алюминиевого сплава о, =- 25 Mila, v = 0,08. ilnoщадь поперечного сечения пальца F =

-4 2

=3 10 м . После лрижятия втулок друг к другу пальцы растягивают осевым усилием

P = 0,76 25 l0 3.10 = 5700 Н.

Пальцы муфты изготовлены из алюминиевого сплава o> = 30 Mila. v = 0,04. Площадь поперечного сечения пальца F =

-4 2

=3 10 м . После прижатия втулок друг к другу пальцы растягивают осевым усилием

P =-0,88 30 10 3. 10 = 7920 Н. В этом и предыдущем примерах осуществление сборки оптимальнь,м образом позволяет в полной мере использовать возможности муфты по снижению интенсивности накопления усталостных повреждений.

Если при сборке муфты, описанной в последнем из приведенных примеров, срезные пальцы растягивают осевым усилием

P = 8500 Н > 7920 H. то напряжения могут превысить предел текучести материала пальца и вызвать пластические деформации, что приведет к уменьшению усилия прижатия втулок друг к другу и некоторому снижению долгове"ности пальцев по сравнению с предыдущим случаем.

Предохранительная муфта привода меФ таллургического агрегата (фиг, 1) работает следующим образом. При периодическом действии технологических нагрузок на рабочий орган металлургического агрегата, например усилий прокатки на рабочие валки прокатной клети, в приводе формируется крутящий момент, передаваемый муфтой.

В том случае ес.ли момент M на участке привода, где установлена муфта, не превышает значения М<р, определяемого по формуле (5), он воспринимается за счет трения в контакте втулок 7, 8, а нагружения срезных пальцев 10 не происходит. При M > Mrp часть крутящего момента воспринимается пальцами 10, з се ении которых возникают касательные haïðÿæaíèÿ, циклически изменяющиеся с ал плитудой (6). Однако несмотря на цикличе:кий хар,итер нагрузки накопления усталости не происходит, поскольку силы трения между горцами 15. 16 втулок позволяют уменьшить усталGcTHые напряжения в сргзных пальцах и повысить их долговечность. Если в результате возникновения аварийнои ситуации момент превысит величину Мпр, определяемую выражением (8), пальцы 10 срезаются втулками 7 и 8, защищая привод от перегрузки.

После этого фланцы 3 и 4 полу .уфт получат возможность свободного вращения друг относительно друга без взаимного соударения втулок рззличчых пар, поскольку llpH сборке плоскости стыка всех пар втулок были совмещены с плоскостью разъема фланцев, а фиксаторы втулок(например гайки 17 и 18 на фиг. 2) препятствуют их перемещению в направлении к этой плоскости во время поворота фланцев. Таким образом исключается ударное взаимоде1ствие полумуфт после срабатывания. снижающее долговечность элементов привода. Вследствие возможности стабильного ограничения нагрузок срезные пальцы 10 выполнены таким образом, что разрушающий момент максимально приближен к наибольшей величине момента, реализующейся на участке. установки муфты при нормальной работе агрегата. Тем самым предотвращается повреждение элементов привода.

Использование предполагаемого изобретения для защиты от перегрузок приводов металлургических агрегатов, в частности машин прокатных станов: прокатных клетей, ножниц, правильных агрегатов и т.п.. обеспечит стабильное ограничение нагрузок, за счет чего следует ожидать снижения их простоев, Это позволит выпустить дополнительное количество продукции, -.е. увеличить производительность. Кроме того, стабильное ограничение нагрузок позволяет при TGM же уровне нагружения агрегата уменьшить предельный момент, передаваемый муфтой, т.е, повысить ее чувствительность к перегрузкам.

Формула изобретения

1. Предохранительная муфта привода металлургического агрегата. содержашая две полумуфты, Во фланцах которых выполнены соосные отверстия. установленные в отверстиях попарно втулки, расположенные по разные стороны от плоскости разъема фланцев, установленный в каждой паре втулок срезной палец, фиксаторы втулок относительно фланцев. взаимодействующие с наружными торцами фланцев, и регулируемые s осевом направлении фиксаторы пальца относительно втулок, взаимодействующие с наружными торцами втулок, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения производительности металлургического агрегата путем уггличения долговечности его элементов за счет стабильного ограничения нагрузок, фиксаторы втулок относительно наружных торцов фланцев полумуфт выполнены регулируемыми в направлении оси втулок.

2. Муфта по и. 1, отличающаяся тем, что по крайней мере одна из втулок каждой пары снабжена обкладкой из фрикционного материала, расп оложенной со стороны торца, обращенного к другой втулке.

1787609

3. Способ сборки предохранительной муфты привода металлургического агрегата, включающий взаимную ориентацию фланцев полумуфт с совмещением расположенных в них отверстий, установку в этих отверстиях пар втулок, установку срезного пальца во втулки и фиксацию его относительно втулок. о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности металлургического агрегата путем увеличения долговечности его элементов за счет стабильного ограничения нагрузок, перед фиксацией срезного пальца относительно втулок последние прижимают друг к другу и растягивают палец внешним осевым усилием, а после фиксации пальца относительно втулок снимают растягивающее усилие, совмещают плоскость стыка обращенных друг к другу торцов втулок с плоскостью разьема фланцев и фиксируют втулки относительно наружных торцев фланцев.

4. Способ по и. 3, отличающийся тем, что палец растягивают внешним осевым усилием. величину которого устанавливают в соответствии с соотношением

Р/(ог .F) = 0,64 ... 0,88, где P — величина внешнего осевого усилия, Н;

10 о, — предел текучести материала срезного пальца на растяжение, Па;

F — наименьшая площадь поперечного сечения срезного пальца,м2.

5. Способ по пп. 3 и 4, о т л и ч а ю щ и й15 с я тем, что прижатие втулок друг к другу, установку срезного пальца во втулки, растяжение его осевым усилием. фиксацию его относительно пары втулок и снятие растягивающего усилия осуществляют перед

20 установкой втулок в отверстия фланцев полумуфт.

1787609

Фиг. 2