Тема 3. Привод прокатных клетей Лекция № 12
12.1 Назначение и условия работы шпинделей
Соединительные шпиндели – это валы с шарнирами на концах,
которые служат для передачи вращательного движения под переменными углами наклона к валкам от двигателей или шестеренных клетей.
В станах линейного типа (рис.2.4) шпиндели передают вращение от валков одной клети к валкам другой.
Условия работы шпинделей весьма разнообразны: малые (на сортовых) и большие (на блюмингах-слябингах) углы перекоса; большие (на листовых станах) и малые (на сортовых) удельные нагрузки; большие (на проволочных станах) и малые (на обжимных) частоты вращения; большая загрязненность окружающей среды (на станах горячей прокатки) и относительно чистая среда (на станах холодной прокатки) и значительные трудности с подводом смазки к вращающимся деталям – во всех случаях. Поэтому, в зависимости от условий работы, используются различные виды шпинделей, которые классифицируются по типу применяющегося шарнира:
1. Универсальные с шарнирами Гука;
2. С шарнирами типа Кардано;
3. Шариковые и роликовые шпиндели;
4. Шпиндели типа удлиненных зубчатых муфт;
5. Трефовые шпиндели.
Длина шпинделя L (по центрам шарнира) определяется, исходя из допустимого угла перекоса шарнира [α] и необходимого максимального расстояния между осью валка и осью ведущего вала (рис. 12.1).
Рисунок 12.1– К определению длины шпинделя
Поэтому L = h/sinα, а проекция L на горизонталь равна h/tgα. Для уменьшения угла наклона верхнего шпинделя нижний также иногда устанавливают под углом, но меньшим, т.к. условия работы нижнего шпинделя обычно тяжелее.
С учетом переточек валков диаметр шарнира шпинделя со стороны валка примерно равен (0,85÷0,95)Dв. Т.о. габариты шарниров шпинделей весьма ограничены.
Шпиндели больших клетей (обжимных и толстолистовых) должны передавать большие динамические нагрузки, поэтому они имеют значительные размеры и массу (до 40т каждый). Чтобы разгрузить шарниры от веса шпинделей, их уравновешивают. Для этого на валах шпинделей устанавливаются подшипники, а усилие уравновешивания создается пружинным устройством (если h < 50÷100 мм) или гидравлическим (если h >100 мм). Если нет возможности использовать гидравлическое уравновешивание, нижний шпиндель уравновешивают пружинами, а верхний – контргрузами. Шпиндели небольших клетей (с Dв< 450÷500 мм) не уравновешиваются.
Изготавливают шпиндели из конструкционной стали с σв= 500 ÷600 МПа. Но при больших удельных нагрузках применяются и высокопрочные легированные стали.
12.2 Универсальные шпиндели с шарнирами Гука
Являются самым распространенным видом шпинделей и используются для привода не только рабочих клетей, но и правильных машин, ножниц и других механизмов прокатных цехов. Допускают угол перекоса α = 8÷100, но при α > 60 их стойкость заметно снижается. Шпиндели с шарнирами Гука применяют не только в клетях с большой высотой подъема валков, но и в клетях сортовых и заготовочных станов в связи с их более плавной работой по сравнению, например, с трефовыми шпинделями.
Поскольку проекция длины шпинделя на горизонталь переменна, то один из шарниров (со стороны валка) делают плавающим в осевом направлении. Это также облегчает перевалку в осевом направлении.
Шарнир Гука состоит
из лопасти с прорезью 1, в которую входит
сухарь 2 (рис.12.2).
Рисунок 12.2 – Шарнир Гука
Своими цилиндрическими цапфами 3 сухарь 2 соединяется с бронзовыми вкладышами 4, наружная поверхность которых имеет цилиндрическую форму. Сухарь в сборе со вкладышами вставляется в цилиндрическую расточку головки (вилки) 5 шарнира. Для этого вся
сборка поворачивается на 900 и в таком положении вводится в просвет
между щеками вилки 5. Затем сборка возвращается в исходное положение, но уже в расточках вилки.
Вращение в одной плоскости обеспечивается поворотами вкладышей 4 в цилиндрической расточке вилки, а в другой – поворотами вкладышей относительно сухаря 2. В расточке вилки вкладыши 4 удерживаются цапфами 3 сухаря 2.
При сборке шарнира лопасть 1 надвигается на сборку сухаря 2 со вкладышами 3 и вилкой 5. Сухарь входит в прорезь лопасти 1. Т.о. положение центра шарнира не фиксировано, и он может «плавать» в осевом направлении.
Размеры элементов шарнира Гука стандартизованы (ДСТУ 8059-70).
Есть также вариант шарнира Гука с боковой разборкой, т.е. со смещением одной из головок в боковом направлении. Он применяется в клетях со станинами открытого типа. У таких шарниров лопасть вместо прорези имеет отверстие, а вместо сухаря – сквозной болт. При удалении болта шарнир разбирается боковым смещением вилки со вкладышами. Эта конструкция имеет более простую расточку вилки и более прочную лопасть, но сквозное отверстие в вилке сильно ее ослабляет.
Шарнир Гука имеет следующие недостатки:
1. Из-за трудностей с подводом смазки к трущимся поверхностям имеет место интенсивный износ вкладышей;
2. Износ вкладышей неравномерен, что вызывает, особенно при реверсивном режиме работы, появление динамических нагрузок;
3. Замена вкладышей требует дорогостоящей бронзы;
4. При больших частотах вращения недостатки 1 и 2 усугубляются,
вследствие чего применение шарнира Гука становится нецелесообразным.
Многочисленные попытки усовершенствовать шарнир Гука (подводом жидкой смазки, заменой бронзовых вкладышей на пластмассовые и т.п.) не дали позитивных результатов. Поэтому были разработаны другие конструкции шарниров.