Редукторы и шестеренные клети

Традиционная схема главного привода прокатного стана включает редуктор, который обеспечивает необходимое передаточное число между электродвигателем и рабочей клетью, и шестеренную клеть, предназначенную для распределения передаваемого момента между валками рабочей клети. Во многих случаях, когда передаточное число редуктора меньше четырех и мощность привода невелика, редуктор объединяют с шестеренной клетью в одном корпусе. Как правило, такие комбинированные шестеренные клети-редукторы изготовляют для многовалковых станов.

Редуктор применяют при частоте вращения рабочих валков менее 250 и только в том случае, если его стоимость не превышает разницы стоимости тихоходного и быстроходного электродвигателей. При большем числе оборотов выгодней привод с тихоходным электродвигателем без редуктора. Так, у толстолистовых реверсивных станов редукторы не применяются, поскольку тихоходный электродвигатель легче реверсируется.

Большой интерес представляют адаптивный и рекуперативный приводы с планетарными редукторами (дифференциалами) (рис. 28).

Основа планетарного редуктора — планетарная зубчатая передача, содержащая зубчатые колеса (сателлиты) с перемещающимися геометрическими осями. Оси сателлитов прикреплены к водилу.

На быстроходном входном валу редуктора устанавливают солнечную шестерню. Сателлиты, вращаясь, обегают солнечную шестерню и перемещаются вместе с водилом. Водило крепится на тихоходном выходном валу редуктора. Венцовое зубчатое колесо неподвижно соединяется с корпусом редуктора.

Передаточное число планетарного редуктора

,

где , — угловая скорость солнечной шестерни и угловая скорость водила.

Если в планетарной передаче венцовому колесу дана возможность вращаться, то такую передачу называют дифференциалом. В этом случае скорость вращения водила складывается из скоростей вращения солнечной шестерни и венцового зубчатого колеса:

,

где — угловая скорость венцового колеса; — число зубьев венцового колеса и число зубьев солнечной шестерни.

Адаптивным (самонастраивающимся) называется такой привод, в котором силовое взаимодействие валков с металлом диктует кинематику движения валков (рис. 29, а, б).

 

Венцовые зубчатые колеса дифференциалов связаны между собой балансирной шестерней. Требуемое соотношение моментов прокатки на рабочих валках при равенстве передаточных чисел дифференциалов обеспечивается передаточным числом балансирной зубчатой передачи.

В адаптивном приводе ни разница в катающих радиусах калибров, ни биение валков, ни кинематические погрешности передач не могут оказать влияния на силовые факторы очага деформации. Исключается пробуксовка валков по металлу, при прокатке сложных профилей катающие радиусы могут иметь некоторые отклонения от расчетных.

Если балансирное звено связать с дополнительным электродвигателем, возникает регулируемый по скорости рекуперативный привод рабочих валков (рис. 29, в). Ведущие солнечные шестерни приводятся в движение от первого электродвигателя, а венцовые колеса — от второго (электродвигателя балансирного звена). Скорости вращения нижнего и верхнего рабочих валков, связанных с водилами, соответственно равны

; ,

где , — угловая скорость выходного вала соответственно первого и второго электродвигателя; , — передаточные числа ветвей от электродвигателей до дифференциалов.

Угловые скорости первого и второго электродвигателей

; .

Оба двигателя рекуперативного привода всегда работают в двигательном режиме. Для разделения крутящего момента, получаемого от электродвигателя, и синхронизации вращения валков применяют шестеренные клети — одноступенчатые редукторы с передаточным отношением, равным единице (рис. 30).

Корпус и крышку отливают из высокопрочного или модифицированного чугуна марок ВЧ45-5, СЧ32-52.

Подшипники — роликовые конические или баббитовые, если конструктивно нельзя применить роликовые ввиду их больших габаритов.

Шестеренные валки изготовляют из сталей марок 45, 40ХН, 60Х2МФ и др. (табл. 5)

Таблица 5

Механические характеристики материалов шестеренных валков

Материал	Шестеренные валки
с шевронными зубьями	косозубые
ведущий	ведомый	ведущий	ведомый
Предел прочности, МПа	650…800	650…800	650…800	800…1280
Предел текучести, МПа	480…580	480…580	480…600	600…930
Твердость рабочих поверхностей	250…300 НВ	45…48 HRC	250…300 НВ	58…63 HRC
Вид термообработки	Улучшение	Поверхностная закалка	Улучшение	Цементация

 

Как показывает опыт эксплуатации, зубчатые передачи в большинстве случаев выходят из строя не вследствие поломки зубьев, а из-за выкрашивания их рабочих контактных поверхностей. Поэтому зубья передач всех типов рассчитывают сначала на прочность контактных поверхностей по наибольшим напряжениям, а затем уже на прочность по опасному сечению, т.е. по основанию зуба.

 

Муфты и шпиндели

В главном приводе прокатного стана муфты соединяют выходной вал электродвигателя с быстроходным валом редуктора, а также тихоходный вал редуктора с приводным шестеренным валком. Муфта выбирается по передаваемому крутящему моменту, исходя из диаметров соединяемых валов.

Различают несколько типов муфт: зубчатые, упругие втулочно – пальцевые, с резиновым баллоном и др.

Зубчатая муфта состоит из двух зубчатых втулок и двух зубчатых обойм, которые соединены между собой болтами. Наряду с достоинствами (простота конструкции, компенсирующие свойства при перекосах валов) зубчатые муфты имеют недостатки: необходимость частой заправки смазки, динамические нагрузки при выборе боковых зазоров в зубьях при реверсивной работе, ненадежность узлов уплотнения, сложность технологии изготовления зубьев.

Муфта упругая втулочно-пальцевая смягчает толчки и удары в приводе и предотвращает опасные колебания. Она состоит из двух полумуфт, соединенных между собой пальцами с надетыми на них резиновыми кольцами.

Муфта с резиновым баллоном не требуют смазки, проста в изготовлении, бесшумна в работе, допускает смещение и перекос валков. Баллон изготовляют из специальной эластичной резины, а для повышения нагрузочной способности его оболочку армируют кордом. Срок службы баллонов — 3...4 года.

Шпиндели, как правило, соединяют рабочие валки с шестеренными и благодаря шарнирам передают крутящий момент под значительным углом. Угол наклона шпинделя может меняться вследствие изменения раствора валков (при продольной прокатке) или угла подачи (при винтовой прокатке).

Если шпиндель обладает большой массой, то для снижения нагрузки его шарниров, а также подшипников рабочих и шестеренных валков, применяют уравновешивание: грузовое, пружинное и гидравлическое.

В прокатных станах используются шпиндели с разными конструкциями шарниров: карданные, универсальные, зубчатые, роликовые (рис. 31).

Карданный шпиндель допускает наибольший угол наклона, поскольку имеет шарниры Гука, крестовины которых так соединяют вилки между собой, что позволяют им поворачиваться в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Долговечность подшипников качения карданного шпинделя на два порядка больше долговечности бронзовых вкладышей скольжения универсального шпинделя. Однако при одинаковом номинальном наружном диаметре шарниров нагрузочная способность карданного шпинделя по допустимому крутящему моменту существенно ниже, чем универсального (рис. 32). Это объясняется низкой грузоподъемностью подшипников качения и крестовин шарниров Гука.

Шарнир универсального шпинделя образуется лопастью со стороны рабочего или шестеренного валка, вилкой с цилиндрической расточкой, бронзовыми сегментными вкладышами скольжения и сухарем круглого поперечного сечения. Сухарь располагается в расточке вилки и ограничивает смещение лопасти относительно вилки.

Универсальный шпиндель совершенствовали, главным образом, усложняя форму его вилок (рис. 33).

 

Наружный диаметр вилки 200…1600 мм. Прорезь под конец лопасти позволяет увеличить наклон шпинделя до угла .

Зубчатый шпиндель представляет собой две зубчатые муфты, соединенные промежуточным валом. Для повышения износостойкости поверхности зубьев выполняют с твердостью HRC 45…55.

Зубчатый шпиндель при углах наклона менее имеет преимущество по нагрузочной способности перед карданным шпинделем, но с увеличением угла наклона его нагрузочная способность резко снижается из-за интенсификации изнашивания зубьев.

Роликовый шпиндель обеспечивает более высокую нагрузочную способность и долговечность, обладает большей компенсирующей способностью по сравнению с зубчатым шпинделем. Контакт обойм и втулок осуществляется через ролики.

Материал обойм, втулок и роликов — хромистая сталь. Твердость контактирующих тел HRC 43…50. При применении цементируемых хромистых сталей и поверхностной закалки твердость может быть повышена до HRC 50…55. Роликовые шпиндели допускают угол наклона до .

Вопросы для самоконтроля

1. Как устроена рабочая клеть прокатного стана? Какие механизмы входят в ее состав?

2. Какие клети называют предварительно напряженными?

3. Из каких деталей состоит узел рабочих валков?

4. Для чего предназначены устройства установки и уравновешивания валков?

5. Какие методы расчета станин на прочность и жесткость вам известны?

6. Обоснуйте необходимость применения предохранительных устройств в рабочей клети стана.

7. Что представляют собой проводки и для чего они используются?

8. В каких случаях и у каких типов прокатных станов устанавливаются петлеобразователи?

9. Как контролируют натяжение полосы между рабочими клетями стана?

10. Что означает термин «перевалка». Как перевалка выполняется в производственных условиях?

11. Какие способы и устройства для измерения силы прокатки вам известны?

12. Чем индивидуальный привод рабочих валков прокатного стана отличается от группового, адаптивный от рекуперативного?

13. Перечислите положительные моменты объединения электродвигателя и редукторной части в мотор-редуктор.

14. Как устроена шестеренная клеть и чем она отличается от редуктора?

15. Какие конструкции шпинделей вы знаете?