RU2741433C1

RU2741433C1 - Прокатная клеть

Info

Publication number: RU2741433C1
Application number: RU2020109180A
Authority: RU
Inventors: Йоханнес АЛЬКЕН; Даниэль КНИ; Деннис БРАХ
Original assignee: Смс Груп Гмбх
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2021-01-26
Also published as: KR102347347B1; CN111107951A; CN111107951B; US11273477B2; JP6970303B2; US20200222957A1; WO2019057790A1; EP3684523A1; DE102017216547A1; EP3684523B1; KR20200055053A; JP2020534163A; ES2880787T3

Abstract

Изобретение относится к прокатной клети для прокатки прокатываемого материала, в частности металлических изделий. Прокатная клеть содержит по меньшей мере две подушки для опирания по меньшей мере одного валка, причем валок своими двумя цилиндрическими цапфами валка установлен с возможностью вращения в подушках валка. На цапфе валка расположена с радиальным зазором цилиндрическая втулка. С осевым смещением относительно втулки цапфы расположен без возможности вращения кольцеобразный упорный подшипник. Опирание цапф валка в подушках выполнено в виде скользящего подшипника, предпочтительно в виде гидродинамического подшипника с масляной пленкой. При нагрузке в процессе прокатки втулка цапфы перемещается и деформируется не только в радиальном направлении, но и в осевом направлении. Втулка 120 цапфы установлена на цилиндрической цапфе 114 валка с возможностью осевого перемещения на расстояние a между первым упором 140-1 в виде упорного подшипника и вторым упором 140-2. В результате обеспечивается исключение износа или дефекта при ограничении втулки цапфы в осевом направлении. 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к прокатной клети с по меньшей мере одним валком для прокатки прокатываемого материала. Валок имеет бочку валка и, как правило, две цапфы валка. На цапфы валка надвинуты втулки цапф, посредством которых валок установлен с возможностью вращения в подушках в прокатной клети.

Валки, рассматриваемые в рамках настоящей заявки, представляют собой, как правило, опорные валки, применяемые в прокатном производстве и металлургической промышленности в прокатных клетях для горячей или холодной прокатки. Цапфы валка, как правило, вместе с втулками валка в подушках образуют радиальный подшипник скольжения. Через указанные подшипники скольжения усилие прокатки передается от неподвижной системы (установочный цилиндр) на вращающуюся систему (валок).

Различают две основные конструкции цапф валка в сочетании с втулками валка.

Во-первых, имеются конические цапфы валка с коническими втулками цапф. В этих случаях втулка цапфы посредством опорного кольца с буртиком зажимается на конусе цапфы валка. Посредством призматической шпонки это соединение зафиксировано и в отношении вращения, а для позиционирования в осевом направлении требуется сравнительно большой крепежный узел, который должен обеспечивать большое усилие предварительного натяжения. Недостаток такой конструкции заключается в большом крепежном узле, необходимости применения больших и длинных цапф валка, необходимости использования множества дополнительных крепежных деталей и необходимости наличия приспособления для насаживания для создания усилия предварительного натяжения, с которым коническая втулка цапфы при насаживании должна прижиматься к конической цапфе валка.

Цилиндрические втулки цапф, напротив, как правило, напрессовываются в горячем состоянии на цапфу валка. Поэтому в осевом направлении они неподвижны, и из-за напрессовки в горячем состоянии также невозможна радикальная деформация, обязательная для гидродинамического повышения нагрузочной способности. Кроме того, установка и снятие втулок цапф, напрессовываемых в горячем состоянии, требует больших затрат.

Пример цилиндрической втулки цапфы, не напрессовываемой в горячем состоянии, описан в европейской патентной публикации EP 2 858 767 B1. Согласно этой патентной публикации на цапфу валка насажена втулка цапфы завышенного размера, т.е. по меньшей мере частично с радиальным зазором.

Этот радиальный зазор втулки цапфы абсолютно необходим для реализации гидродинамического повышения нагрузочной способности.

Однако в случае таких гидродинамических подшипников скольжения, особенно в случае подшипников с масляной пленкой, втулка цапфы при нагрузке перемещается и деформируется не только в радиальном, но и в осевом направлении. В общем случае, в таких гидродинамических подшипниках скольжения в идеальном случае должно обеспечиваться как можно более свободное "гидропланирование" втулки цапфы на цапфе валка. Однако само собой разумеется, что такая свобода перемещения втулки цапфы на цапфе валка не может быть любой и неограниченной.

Поэтому в основе изобретения лежит задача усовершенствования известной прокатной клети для прокатки прокатываемого материала таким образом, чтобы посредством втулки цапфы эффективно противодействовать износу или повреждению деталей вследствие осевых нагрузок.

Эта задача решается благодаря предмету пункта 1 формулы изобретения. Указанный предмет отличается тем, что втулка цапфы установлена на цилиндрической цапфе валка с возможностью осевого перемещения на расстояние a между первым упором, образованным упорным подшипником, и вторым упором.

Поскольку крепежные узлы для фиксации втулки цапфы на цапфе валка во время прокатки теперь не нужны, прокатная клеть и в особенности подушки могут быть уменьшены по ширине.

Заявляемая конструкция прокатной клети обеспечивает втулке цапфы степень свободы для ее смещения или деформации в осевом направлении. При обеспечении указанной степени свободы в осевом направлении учитываются естественные требования в отношении смещения и деформации втулки цапфы во время работы гидродинамического подшипника скольжения. Одновременно благодаря обеспечению степени свободы в осевом направлении или, соответственно, осевого зазора - в отличие от зажима втулки цапфы без возможности перемещения в осевом направлении - на зажимах или, соответственно, на осевых упорах для втулки цапфы предотвращается износ или повреждение вследствие механической перегрузки. Заявляемая степень свободы в осевом направлении для втулок цапфы также не препятствует радиальной деформации втулки цапфы. Благодаря использованию упорного подшипника в качестве расположенного с одной стороны упора для втулки цапфы многие традиционно необходимые крепежные детали предпочтительно больше не требуются. Это относится, например, к упорному кольцу с буртиком с различными принадлежностями, традиционно необходимому ранее для удерживания втулки цапфы на цапфе валка во время прокатки. Также благодаря имеющемуся и теперь уже желательному радиальному зазору больше не требуются традиционно необходимые приспособления для насаживания втулок цапфы на цапфы валка под предварительным натяжением.

Согласно первому примеру осуществления упорный подшипник расположен без возможности вращения относительно валка, установленного с возможностью вращения. Это необходимо для того, чтобы при необходимости упорный подшипник мог эффективно воспринимать осевые усилия, действующие через втулку цапфы. Для этого упорный подшипник должен где-то опираться в осевом направлении, согласно изобретению предпочтительно на подушку, с которой он предпочтительно жестко соединен.

Предусмотренная в соответствии с изобретением предпочтительная конструкция упорного подшипника в виде подшипника скольжения, предпочтительно в виде подшипника с масляной пленкой, обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что снабжение указанного упорного подшипника смазочным материалом может осуществляться посредством и так уже имеющегося источника смазочного материала для прокатной клети. Упорный подшипник состоит предпочтительно из кольцеобразной основной части и опорного кольца, соединенного с основной частью, предпочтительно с возможностью отсоединения. Основная часть и опорное кольцо также могут быть выполнены за одно целое. Снабжение упорного подшипника скольжения смазочным материалом предпочтительно происходит посредством канала для смазочного материала, проведенного в основной части упорного подшипника, и по меньшей мере одного сквозного отверстия, предусмотренного в опорном кольце и по текучей среде соединенного с каналом для смазочного материала. Через сквозное отверстие смазочный материал, например, масло, нагнетается наружу относительно упорного подшипника, в кольцеобразное промежуточное пространство между опорным кольцом и втулкой цапфы.

Предпочтительно между основной частью и опорным кольцом образован кольцеобразный коллектор для смазочного материала для создания в смазочном материале на обратной стороне опорного кольца равномерного давления, распределенного по всему периметру, прежде чем смазочный материал поступит в указанное промежуточное пространство.

Согласно еще одному примеру осуществления опорное кольцо содержит множество распределенных по его периметру кольцевых сегментов, которые выступают относительно основной части в осевом направлении, в направлении втулки цапфы. Каждый из кольцевых сегментов имеет обращенные к втулке цапфы участки поверхности, которые могут проходить плоскопараллельно радиальной плоскости и/или иметь положительный, и/или отрицательный наклон относительно указанной радиальной плоскости. При этом плоскопараллельные участки поверхности действуют в качестве опорных поверхностей или, соответственно, упора для втулки цапфы, дальнего от бочки. Наклонные участки поверхности вместе с соответствующим обращенным к ним торцом втулки цапфы, в зависимости от направления вращения валка, образуют пространство для смазочного материала, сужающееся в окружном направлении. Сужение пространства для смазочного материала в направлении вращения валка предпочтительно вызывает повышение давления в смазочном материале, который во время прокатки или, соответственно, при вращении валка сжимается в сужающейся области пространства. Таким образом, между упорным подшипником скольжения и торцом втулки цапфы возникает нагруженная давлением пленка смазочного материала, благодаря чему эффективно предотвращается износ или повреждение опорного кольца во время прокатки. Согласно еще одному примеру осуществления участки поверхности кольцевых сегментов в окружном направлении опорного кольца расположены рядом друг с другом таким образом, что поверхность, имеющая положительный наклон относительно радиальной плоскости, соответственно обращена к поверхности, имеющей отрицательный наклон. В зависимости от направления вращения валка либо участок поверхности с положительным наклоном, либо участок поверхности с отрицательным наклоном образует указанное пространство для смазочного материала, которое сужается в окружном направлении и предназначено для повышения давления в смазочном материале.

Другие предпочтительные варианты осуществления предлагаемой изобретением прокатной клети являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

К описанию приложены четыре чертежа, на которых показано следующее:

фиг. 1 - прокатная клеть;

фиг. 2 - продольный разрез подушки с установленным в ней валком или, соответственно, установленной в ней цапфой валка;

фиг. 3 - опорное кольцо, выполненное в соответствии с изобретением; и

фиг. 4 - разрез кольцевого сегмента опорного кольца в окружном направлении.

Ниже изобретение описывается подробно в виде примеров осуществления и со ссылкой на указанные чертежи. На всех чертежах одинаковые технические элементы имеют одинаковые ссылочные обозначения.

На фиг. 1 показана прокатная клеть 100, например, четырехвалковая клеть с двумя рабочими валками 170 для прокатки прокатываемого материала, в частности металлических изделий, и двумя опорными валками 160 для опирания рабочих валков. Каждый из валков имеет бочку 112 валка и две цапфы 114 валка, посредством которых соответствующий валок установлен с возможностью вращения в подушках 200 в прокатной клети 100.

Настоящее изобретение, в частности, относится к установке валков или, соответственно, цапф валков в подушках. Согласно настоящему изобретению не все валки или, соответственно, цапфы валков должны не обязательно быть установлены в одной прокатной клети. Предлагаемое изобретением опирание используется предпочтительно при опирании опорных валков, однако опорными валками изобретение не ограничено.

На фиг. 2 показан пример предлагаемого изобретением опирания. На указанном чертеже можно увидеть подушку 200, также называемую корпусом подшипника, с втулкой 210 подшипника. Втулка подшипника образует цилиндрическую приемную полость для приема цапфы 114 валка 110. В настоящем изобретении цапфа 114 валка имеет цилиндрическую форму. Цилиндрическая втулка 120 цапфы надвинута на цапфу валка с радиальным зазором. Со смещением в осевом направлении R на стороне втулки цапфы, дальней от бочки валка, предусмотрен упорный подшипник 130. Согласно изобретению указанный упорный подшипник действует в качестве первого или, соответственно, дальнего от бочки упора 140-1 для втулки 120 цапфы. Наряду с первым упором 140-1 свобода перемещения втулки 120 цапфы в осевом направлении также ограничена посредством второго или, соответственно, ближнего к бочке упора 140-2. Между указанными двумя упорами установлена втулка цапфы с возможностью свободного перемещения в осевом направлении на расстояние a. Расстояние a, т.е. зазор, допускаемый для втулки 120 цапфы в осевом направлении R, составляет, например, от 1 мм до 20 мм. В отличие от втулки 210 подшипника, которая жестко соединена с подушкой 200, втулка 120 цапфы благодаря своим радиальному и осевому зазорам может свободно перемещаться в радиальном и осевом направлении. Однако в окружном направлении валка 110 она, как правило, закреплена посредством призматической шпонки 150.

Согласно изобретению упорный подшипник 130 выполнен в виде подшипника скольжения, предпочтительно в виде подшипника с масляной пленкой. Он состоит из основной части 132, предпочтительно жестко, но предпочтительно с возможностью отсоединения, соединенной с подушкой 200, и опорного кольца 134, жестко, но предпочтительно с возможностью отсоединения, соединенного с основной частью. Опорное кольцо расположено соосно относительно основной части с той стороны основной части 132, которая обращена к втулке 120 цапфы, и привинчено к основной части, например, посредством винтов 131. Разъемное соединение между опорным кольцом 134 и основной частью 132 является предпочтительным, чтобы в случае износа можно было просто заменить опорное кольцо и простым с технологической точки зрения способом сформировать описанный ниже коллектор 133 для смазочного материала. Однако в качестве альтернативы или, соответственно, принципиально, опорное кольцо 134 и основная часть 132 также могут быть выполнены за одно целое.

Кроме того, из фиг. 2 видно, что в основной части 132 выполнен по меньшей мере один канал 136 для смазочного материала, соединенный с и так уже имеющимся источником 180 смазочного материала прокатной клети. Канал 136 для смазочного материала позволяет подавать смазочный материал, например масло, от источника 180 смазочного материала, через сквозные отверстия 137 в опорном кольце 134, в кольцеобразное промежуточное пространство 400 между опорным кольцом 134 и втулкой 120 цапфы. Предпочтительно между основной частью 132 и опорным кольцом 134 образован кольцеобразный коллектор 133 для смазочного материала, который выгодным образом делает возможным выравнивание повышения давления в смазочном материале в окружном направлении.

Второй или, соответственно, ближний к бочке валка упор 140-2 для ограничения свободы перемещения втулки 120 цапфы в осевом направлении, как показано на фиг. 2, образован, например, уступом в поверхности цапфы 114 валка. В таком случае на внутренней стороне втулки 120 цапфы образован комплементарный упор 122 для упора в уступ 140-2 в поверхности цапфы 114 валка.

На фиг. 3 показан увеличенный вид в перспективе предлагаемого изобретением опорного кольца 134. Из этого чертежа видно, что опорное кольцо 134 содержит множество кольцевых сегментов 134-1, 134-2 и т.д., распределенных по его периметру. Указанные кольцевые сегменты возвышаются относительно ровной обратной стороны 300 опорного кольца 134. Иначе говоря, в установленном положении обратная сторона 300 опорного кольца обращена к основной части 132, а кольцевые сегменты образованы на той стороне опорного кольца 134, которая обращена в противоположную от основной части 132 сторону, и, следовательно, возвышаются над основной частью в направлении от основной части к втулке цапфы. В таком случае обратная сторона 300 опорного кольца 134, обращенная к основной части 132, образует радиальную плоскость 300. Относительно указанной обратной стороны или, соответственно, радиальной плоскости кольцевые сегменты 134-n образуют возвышения.

В окружном направлении указанные радиальные сегменты 134-n, где n составляет от 1 до N, чередуются с отверстиями 139. Отверстия 139 предназначены для привинчивания опорного кольца 134 к основной части 132.

Каждый из указанных кольцевых сегментов имеет участки 135-1, 135-2, 135-3 поверхности, имеющие различный наклон относительно указанной радиальной плоскости 300.

На фиг. 4 показан местный продольный разрез такого кольцевого сегмента 134-n. Горизонтальная линия, показанная в нижней части фиг. 4, обозначает поверхность или, соответственно, обратную сторону опорного кольца 134, обращенную к основной части 132. Указанная линия также обозначает радиальную базовую плоскость 300. На своем торце, обращенном в противоположную от основной части 132 сторону, кольцевой сегмент 134 имеет структуру, образованную по существу тремя различными участками 135-1, 135-2, 135-3 поверхности. Участки 135-1 поверхности проходят по существу параллельно радиальной плоскости 300. Они могут служить в качестве опорной поверхности или, соответственно, поверхности для укладки втулки цапфы во время отсутствия прокатки. Оба участка 135-2, 135-3 поверхности отличаются по их наклону относительно радиальной базовой плоскости 300. В то время как участок 135-2 поверхности имеет положительный наклон относительно радиальной базовой плоскости 300, участок 135-3 поверхности имеет отрицательный наклон или уклон относительно радиальной базовой плоскости 300. Оба участка поверхности могут иметь уклон, например, 1:100. Предпочтительно оба участка 135-2, 135-3 поверхности выполнены так, что их различные наклоны расположены рядом друг с другом и обращены друг к другу, как показано на фиг. 4.

Между двумя участками поверхности с различным наклоном предпочтительно образован карман 138 для смазочного материала, в дне которого имеется сквозное отверстие 137, по текучей среде соединенное с каналом 136 для смазочного материала в основной части 132 упорного подшипника 130. Во время прокатки смазочный материал проходит через сквозное отверстие 137 сначала в карман 138 для смазочного материала, а оттуда - в кольцеобразное промежуточное пространство 400 между опорным кольцом и втулкой 120 цапфы.

Функция наклонных участков 135-2, 135-3 поверхности для повышения давления рассмотрена в приведенном выше описании.

Список ссылочных обозначений

100 прокатная клеть

110 валок

112 бочка валка

114 цапфа валка

120 втулка цапфы

122 упор

130 упорный подшипник

131 винт

132 основная часть

133 коллектор для смазочного материала

134 опорное кольцо

134-1, -2, -3, - n кольцевые сегменты

135-1, -2, -3 участки поверхности кольцевого сегмента

136 канал для смазочного материала

137 сквозное отверстие

138 карман для смазочного материала

139 отверстия

140-1 первый упор

140-2 второй упор

150 призматическая шпонка

160 опорный валок

170 рабочий валок

180 источник смазочного материала

200 подушка (валка)

210 втулка подшипника

300 радиальная плоскость или, соответственно, обратная сторона опорного кольца

400 кольцеобразное промежуточное пространство

A расстояние

R осевое направление.

Claims

1. Прокатная клеть для прокатки прокатываемого материала, в частности металлических изделий, содержащая:

по меньшей мере две подушки (200),

по меньшей мере один валок (110) с бочкой (112) валка и двумя цапфами (114) валка, по меньшей мере одна из которых имеет цилиндрическую форму, причем валок своими цапфами валка установлен с возможностью вращения в подушках (200) валка,

цилиндрическую втулку (120) цапфы, установленную соосно и с радиальным зазором на цилиндрической цапфе (114) валка,

причем каждая из подушек (200) содержит втулку (210) подшипника для приема цапфы (114) валка (110) с ее соответствующей втулкой (120) цапфы, и

кольцеобразный упорный подшипник (130), расположенный с осевым смещением относительно втулки цапфы,

отличающаяся тем,

что втулка (120) цапфы установлена на цилиндрической цапфе (114) валка с возможностью осевого перемещения на расстояние a между первым упором (140-1), образованным упорным подшипником (130), и вторым упором (140-2).

2. Прокатная клеть (100) по п. 1,

отличающаяся тем,

что упорный подшипник (130) установлен без возможности вращения относительно валка (110), установленного с возможностью вращения, в частности жестко соединен с подушкой (200).

3. Прокатная клеть (100) по п. 2,

отличающаяся тем,

что упорный подшипник (130) выполнен в виде подшипника скольжения, в частности в виде подшипника с масляной пленкой, и предпочтительно имеет кольцеобразную основную часть (132), жестко соединенную с подушкой валка, предпочтительно с возможностью отсоединения, и опорное кольцо (134), которое расположено соосно относительно основной части с той стороны основной части (132), которая обращена к втулке (120) цапфы, и жестко, предпочтительно с возможностью отсоединения, соединено с основной частью.

4. Прокатная клеть (100) по п. 3,

отличающаяся тем,

что основная часть (132) и опорное кольцо (134) выполнены за одно целое.

5. Прокатная клеть (100) по п. 3 или 4,

отличающаяся тем,

что основная часть (132) имеет по меньшей мере один канал (136) для смазочного материала, а опорное кольцо (134) имеет по меньшей мере одно сквозное отверстие (137), по текучей среде соединенное с каналом (136) для смазочного материала, для подачи смазочного материала наружу относительно упорного подшипника (130), в кольцеобразное промежуточное пространство (400) между опорным кольцом (134) и втулкой (120) цапфы.

6. Прокатная клеть (100) по п. 5,

отличающаяся тем,

что между основной частью (132) и опорным кольцом (134) образован кольцеобразный коллектор (133) для смазочного материала.

7. Прокатная клеть (100) по одному из пп. 3-6,

отличающаяся тем,

что опорное кольцо (134) содержит множество распределенных по его периметру кольцевых сегментов (134-1, 134-2, 134-3), которые выступают относительно обратной стороны опорного кольца или, соответственно, радиальной плоскости (300) между основной частью (132) и опорным кольцом (134), в направлении втулки (120) цапфы,

причем обращенные к втулке цапфы участки (135-1, 135-2, 135-3) поверхности каждого из кольцевых сегментов проходят плоскопараллельно радиальной плоскости (300) и/или имеют положительный, и/или отрицательный наклон относительно радиальной плоскости (300).

8. Прокатная клеть (100) по п. 7,

отличающаяся тем,

что участки (135-2; 135-3) поверхности кольцевых сегментов (134-1, 134-2) в окружном направлении опорного кольца (134) расположены рядом друг с другом таким образом, что поверхность (135-2), имеющая положительный наклон относительно радиальной плоскости (300), соответственно обращена к поверхности (135-3), имеющей отрицательный наклон.

9. Прокатная клеть (100) по одному из пп. 5-7,

отличающаяся тем,

что сквозное отверстие (137) в опорном кольце (134) расположено между участком (135-2) поверхности, имеющим положительный наклон, и участком (135-3) поверхности, имеющим отрицательный наклон.

10. Прокатная клеть (100) по одному из пп. 1-9,

отличающаяся тем,

что для осевого расстояния a, соответствующего ширине промежуточного пространства, справедливо следующее: 1 мм ≤ a ≤ 20 мм.

11. Прокатная клеть (100) по одному из пп. 1-10,

отличающаяся тем, что она содержит

расположенную между цапфой (114) валка и втулкой (120) цапфы призматическую шпонку (150) для предотвращения вращательного движения втулки (120) цапфы относительно цапфы (114) валка.

12. Прокатная клеть (100) по одному из пп. 1-11,

отличающаяся тем,

что второй упор (140-2) образован уступом в поверхности цапфы (114) валка.

13. Прокатная клеть (100) по п. 12,

отличающаяся тем,

что на внутренней стороне втулки (120) цапфы образован упор (122) для упора в уступ (140-2) в поверхности цапфы (114) валка.

14. Прокатная клеть (100) по одному из пп. 1-13,

отличающаяся тем,

что в осевом направлении (R) втулка (120) цапфы расположена ближе к бочке (112) валка, чем упорный подшипник (130).

15. Прокатная клеть (100) по одному из пп. 1-14,

отличающаяся тем,

что указанный по меньшей мере один валок (110) представляет собой опорный валок.

16. Прокатная клеть (100) по одному из пп. 1-15,

отличающаяся тем,

что прокатная клеть (100) содержит два опорных валка (160) и два рабочих валка (170), расположенных с возможностью вращения между опорными валками, для прокатки прокатываемого материала.

17. Прокатная клеть (100) по п. 16,

отличающаяся тем,

что между опорными и рабочими валками соответственно расположены с возможностью вращения промежуточные валки.

18. Прокатная клеть (100) по одному из пп. 5-17,

отличающаяся тем,

что канал (136) для смазочного материала основной части присоединен к источнику (180) смазочного материала прокатной клети.