Предохранительная муфта привода металлургического агрегата и способ ее сборки

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Всесоюзный научно-исследовательскийи проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения и Запорожский металлургический комбинатим, С.Орджониклдзе "Запорожсталь"(54) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ МУФТА ПРИВОДА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО АГРЕГАТА ИСПОСОБ ЕЕ СБОРКИ(57) Испол ьзсвание: для защиты от перегоузок приводов, работающих в режиме цикллческого нагружения, преимущественно Изобретение относится, сбласти тяжелого машиностроения и мажет быть применено для защиты от перегрузск тяжелонагруженных приводов металлургических агрегатов, рэботающлх в режиме циклического нагружения, преимущественно приводов прокатных клетей и машин прокатных станов,Известна предохраните 1 ьная муфта. содержащая д:е полумфты, во ф.",анцзх котопи 50. ди 1 787 б 09 А 1(51)5 В 21 В 35/14, Р 16 О 9/00 прокатных клетей и машин прокатных станов. Сущность: Муфта содержит две полу- муфты, 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 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 палец расчетным внешним осевым усилием. После фиксации пальца снимают растягивающее усилие, совмещают плоскость стыка обращенных друг к другу торцэв втулок с плоскостью разъема флэнцев и фиксируют втулки относительно нэоужных тооцев фланцев. Это позволяет уменьшить пеоеменную составляющую напояжечий в срезных пальцах, исключить соабатывание муфты и.",и отсутствии перегрузо( и снизить простои агрегата. 2 с, и 3 з.п. ф-лы, б ил. рых выполнены сооснь:е отверстия, установленные в 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:сильность л 1 оменФэ срэбатыванля. При работе агрегатов металлуогическо3. 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 щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности металлургического агрегата путем увеличения долговечности его элементов за счет стабильного ограничения нагрузок, перед фиксацией срезного пальца относительно втулок последниеприжимают 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, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что палец растягивают внешним осевым усилием, величину которого устанавливают в соответствии с соотношением 5Р/ ог Р) = 0,64 " 0,88,где Р - величина внешнего осевого усилия,Н;10 о, - предел текучести материала срезного пальца на растяжение, Па;Р - наименьшая площадь поперечногосечения срезного пальца, м 2,5. Способ по пп. 3 и 4, о т л и ч а ю щ и й 15 с я тем, что прижатие втулок друг к другу,установку срезного пальца во втулки, растяжение его осевым усилием. фиксацию егоотносительно пары втулок и снятие растягивающего усилия осуществляют перед20 установкой втулок в отверстия фланцев полумуфт,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 710 дней) достигает величины, соответствующей ус талостному разрушению. Поэтому при установке рассматриваемой муфты в приводе металлургического агрегата срезнай 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 жима работы. Ч астое с рабаты вание муфты при номинальных нагрузках ведет к простоям агрегата и снижению его производительности.Другой недостэток - наличие вазмож 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, вызов вая разрушение при нагрузках значительно меньших, чем расчетные, соответствующие предельному на пряжению среза.Еще один недостаток известной конструкции заключэетс. в отсутствии фиксации втулок от осевогоеремещения навстречу друг другу в направлении плоскости разь ема. Такое смещение втулок может произойти после среза пальца при ослаблении ихпосадки в отверстиях флан.ев в процессе эксплуатации. Б раз;льтэте при очередномсовпадении угловога положения втулок 45расположенных во фланцах двух полумуфтмажет произой ги их соударение, сопровож- .дающееся ударным нагружением привода и повреждением го элементов, Вероятность разработки отверстий во фланцах и ослабления посадки втулок особенно велика в муфтах тяжел она г,"уже н н ых металлургических приводов,Известен также способ сборки предохранительной муф; ы, включающий взаимную ориентацию фланцев полумуфт ссовмещением расположен ных в них отверстий, установку в этих отверстиях пар втулок и установку срезного пальца вовтулки. 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 времени 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 е(о 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 видекольцевых буртов, и нерегулируемые фиксаторы пальца относительно втулок,Недостаток известной конструкции заключается в том, что она не обеспечивает стабильного 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 редложен ная в известном решении оптимизация формы ослабляющей проточки на срезнсм пальце хотя и уменьшает в некоторой степени интенсивность накопления у талостных повреждений, но не позвогяет 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 правило, остается зазор, величина которого находится в пределах суммы допусков на изготовление и сборку деталей муфты, Перемещение пальца в поле 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 в этих отверстиях пар втулок, установку срезного 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,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 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 регулиоуемые в осевом направлении фиксаторы пальца относительно втулок, взаичодействующие с наружными торцами вт;. лок,Регулируемые фиксаторы пальца относительно втулок позволяют выбрать зазоры,связанные с неточностью изготовления соединяемых деталей, и предотвратить взаимное осевое перемещение пальцев ивтулок,Недостатком известной муфты являетсянестабильность момента срабатывания,Это объясняется тем, что функциональноеназначение предохранительной муфтыобуславливает низкий коэффициент запасастатической прочности и, следовательно,высокий уровень напряжений. Срез пальцеввследствие накопления усталости вызываетпростои металлургического агрегата, снижение его производительности, Обычно, сцелью избежать частых остановок из-за усталостного разрушения предохранительных элементов, увеличивают площадь.поперечного сечения пальцев, При этом засчет снижения напряжений увеличиваетсякоэффициент запаса усталостной прочности, но увеличивается также и коэффициентзапаса статической прочности, Тем самымснижается чувствительность муфты к перегрузкам и псвышается вероятность поломиэл ментов приводаИз известных способов сборки предохранительных муфт наиболее близок к заявляемому способ сборки предохранительноймуфты металлургического агрегата, включающий взаимную ориентацию фланцеа пслумуфт с совмещением расположенных в нихотверстий, установку в этих отверстиях паовтулок, установку срезного пальца вс втулкии фиксацию его относительно втулок.Недостаткам известного способа является то, что он не позволяет исключить возможность накопления усталостныхповреждений в зоне ослабляющей проточкисрезного пальца. В результате разрушениепальцев может происходить даже при нагрузках, не превышающих предельную. тоесть наблюдается нестабильность ограничения нагрузок в приводе. Необходимостьзамены срезанных пальцев требует остановки агрегата и ведет к снижению его производительности,Целью предполагаемого изобретенияявляется повышение производительностиметаллургического агрегата путем увеличения долговечности его элемечтав за счетстабильного ограничения нагрузок,Поставленчая цель достигается тем, чтов известной муфте привода металлургического агрегата, содержа;цей две пслумуфты,во фланцах которых выполнены соосные отверстия, установленны в отверстиях попаоно втулки, оасноложенные по разныестороны от плоскости разъема фланцев, установленных в каждой паре втулок срезной палец, фиксаторы втулок относительно фланцев, взаимодействующие с наружными торцами фланцев, и регулируемые в осевом направлении фиксаторы пальца относи тельно втулок, взаимодействующие с наружными торцами втулок, фиксаторы втулок относительно наружных торцев фланцев полумуфт выполнены регулируемыми в направлении оси втулок, 10По крайней мере одна из втулок каждой пары снабжена обкладкой из фрикционного материала, расположенной со стороны торца, обращеннога к другой втулке.Кроме тога для достижения поставлен 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 поижимают друг к другу и растягивают палец 25 внешним осевым усилием, После фиксации пальца относительна втулок снимают растягивающее усилие, совмещают плоскость стыка обращенных друг к другу торцев втулок с плоскостью разьема флгнцев и фикси руют втулки относительно наружных торцев фланцев.Величину внешнего расгягивающега осевого усилия определяют из соотношения 35Р/(от Е) =0,64 0,88 (Н); где Р - величина внешнего осевого усилия, Н;(Л - предел текучести материала срез ного пальца на растяжение, Па;Е - наименьшая площадь поперечного сечения срезнога пальца,м .Прижатие вулок друг к другу, установку срезнога пальца во втулки, растяжение его 45 внешним осевым усилием, фиксацию его относительно пары втулок и снятие растягивающего усилия осуществляют перед установкой втулок в отверстия фланцев пол умуфт, 50Выполнение фиксаторов осевого положения втулок, взаимодействующих с наружными торцами палумуфт. регулируемыми отличает заявленное устройство от прототипа и обуславливает его соответствие крите рию изобретения "новизна".Другое отличие заявленна"а устройства - наличие фрикционнай 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 разьема 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 повара 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 обкладак 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 разьема фланцев и последующая фиксация втулбк относительно нару;нных торцев фланцев,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Пальцы муфты изготовлены из алюминиевого сплава сУ, =- 25 МПа,м = 0,08. Площадь поперечного сечения пальца Е ==3 10 м . После лрижятия втулок друг к другу пальцы растягивают осевым усилием Р = 0,76 25 30 3.10 = 5700 Н.Пальцы муфты изготовлены из алюминиевого сплава гтт = 30 МПа. и = 0,04. Площадь поперечного сечения пальца Е ==3 10 м, После прижатия втулок друг к другу пальцы растя глвают осевым усилием Р = 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 осеаым усилием Р = 8500 Н7920 Н. 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 металлургического агрегата (фиг, 1) работает следующим образом. При периодическом действии технологлческих нагрузок на рабочий орган металлургического агрегата, например усилий прокатки на рабочие валки прокатной клети, в приводе формируется крутящий момент, передаваемый муфтой, В том случае если момент М на участке привода, где установлена муфта, не превышает значения Мтр, определяемого по формуле (5), он воспринимается за счет трения в контакте втулок 7, 8, а нагружения срезных пальцев 10 не происходит. При ММр часть крутящего момента воспринимается пальцами 10, з се ении которых возникают касательные напряжения, циклически изменяющиеся с алплитудой (6). Однако несмотря на цикличе:кий хар,итер нагрузки накопления усталости не пооисходит, поскольку силы трения между горцами 15, 16 втулок позволяют умен ь шить устал остн ые напряжения в сргзных пальцах и повысить их долговечность. Если в результате возникновения аварилнои 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 полумуфт получат возможность свободного вращения друг относительно друга без взаимного соударения втулок рэзличчых пар, псскольку при 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 в за им оде 1 ствие и олумуфт 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, т.е. увеличить производительность. Кроме того, стабильное ограничение нагрузок позволяет при том 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 в 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 производлтельности 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, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что по крайней мере одна из втулок каждой пары снабжена обкладкой из фрикционного материала, расположенной состороны торца, обращенного к другой втулке.