Предохранительное устройство

) В 21 В 33/02 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ юэс- ма СР 9. устФиг.1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ АВТОРСКОМУ СВИДЕ(71) Колпинское отделение Всесоного научно-исследовательскогопроектно-конструкторского инстита металлургического машинострония и Всесоюзный научно-исследотельский и проектно-конструкторкий институт металлургическогошиностроения(56) Авторское свидетельство ССУ 839637, кл. В.21 В 33/02, 197Авторское свидетельство СССРВ 011288, кл. В 21 В 33/02, 19(54) (57) 1. ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСРОИСТВО преимущественно прокатныхстанов, включающее гибкие элементы, установленные своей образующей параллельно направлению воспринимаемой нагрузки, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения нагруэочной способности; гибкие элементы выполнены.виде ленты, навитой цилиндрической спиралью, вдоль образующейкоторой имеются сквозные и радиальном направлении пазы с круговыми отверстиями на их концах.2. Устройство по п. 1, о тл и ч а ю щ е е с я тем, чтооно снабжено кольцами, на которые с натягом посажена спираль,причем суммарная высота колецменьше ширины ленты на величинумаксимального рабочего ходаройства, 1 16392720 Изобретение относится к неразрушающимся средствам защиты отаварийных и динамических нагрузок,преимущественно рабочих клетейпрокатных станов. 5Цель изобретения - повышениенагрузочной способности.На фиг. 1 показано предохранительное устройство с наружнымикольцами - половина вида с полови 10ной вертикального разреза по плоскости симметрии; на фиг. 2 - половина вида сверху с половиной разреза А-А на Фиг. 1; на фиг, 3развертка гибкой ленты с прямоугольными пазами; на фиг. 4 - тоже, с пазами в виде узких прорезей, имеющих.на торцах круговыеотверстия; на фиг. 5 - устройство с внутренним расположением колец, на которые насажена цилиндрическая спираль; на фиг. 6разрез Б-Б на фиг. 5; на фиг. 7график зависимости усилия Р на предохранительное устройство. от величины сближения нагруженных торцовспирали,Устройство состоит из гибкой ленты 1, установленной своей плоскостьюпараллельно направлению восприни- З 0маемых внешних сил и навитой в цилиндрическую спираль, свободно спертую торцами 2 и 3, например, на подушку 4 валка и подпятник 5 нажимного устройства. Вдоль образующей ци- З 5линдрической спирали выполнены сквозные пазы 6 в радиальном направлении.Внутренний 7 и наружный 8 концы ленты1 приклеены, приварены к спирали,либо закреплены эа счет посаженных с 40натягом колец 9 (фиг. 1, 2), либо -10 (Фиг5, 6). На концах пазов 6,выполнены круговые отверстия 11 радиусом в 10-15 раэ большим толщиныленты. Совместно с лентой 1 вдоль ее 45торцов и посередине могут быть навиты прокладки 12, толщина которых зависит от наибольшего хода устройства.На фиг. 5, 6 показан пример навивки спирали пакетом из нескольких лент 50а также пример расположения призматических стяжек 13, проходящих свободно сквозь отверстия 11,Устройство работает следующим образом. 55До тех пор, пока усилие Р, воспринимаемое подушкой 4, и тем. самым,предохранительным устройством, недостигнет величины предельно допустимого (верхнего критического ) значения Р, цилиндрическая спираль, свернутая иэ ленты 1, сжимается как монолитный блок сечением У(Й -г ), высотой)(участок а на фиг.7 ) и имеет высокую жесткость С , составляющую (пренебрегая наличием пазов б,и подпирающим влиянием колец 9 или О)где Б, г - наружный и внутренний радиус цилиндрической спирали;Ь - ширина ленты (высота устройства);Е - модуль упругости материалаленты.Это практически не снижает жесткость клети в целом и обеспечивает высокую точность прокатки. Если усилие в клети достигает значения Рр, то лента 1 в цилиндрической спирали теряет устойчивость, выпучивается и далее работает в закритической области деформации на продольный изгиб. Жесткость предохранительного устройства благодаря этому становится близкой к нулю, обеспечивая надежное ограничение аварийных динамических (и статических ) нагрузок в клети. При этом изогнутая по радиусу лента 1 в среднем сечении А-А (фиг. 1) выпрямляется в плоскости, перпендикулярной направлению воспринимаемых сил, эа счет чего Р падает до Р - нижнего критического значения усилия, Наружные 9, либо внутренние 10 кольца, насаженные с натягом, закрепляют спираль от раскручивания, задают однозначное направление выпучивания ленты при потере устойчивости (пунктир на фиг. 1, 2 и на фиг. 5, 6) и ограничивают максимальный ход предохранительного устройства, равный сближению краев 2 и 2 ленты.При расположении колец 9 снаружи спирали лента выпучивается внутрь, поэтому пазы 6 (фиг. 3) следует ф делать более широкими, а при расположении колец 10 изнутри пазы могут быть выполнены минимальной ширины, т.е. в виде прорезей (например, электроискровым методом), однако, во избежание концентрации напряжений у вершин пазов, как показывают расчеты, следует выполнять3 1639круговые отверстия 11 (фиг. 4)радиусом порядка (10-15) Ь (Ь - толщина ленты),Для ускорения навивки спирали боль шого диаметра и учитывая,что лентынекоторых профилеразмеров изготавливаются промьппленностью нЕдостаточной длины, спираль может бытьнавита пакетом из нескольких лентш равной толщины Ь (фиг. 5). При 10этом из условия упругой деформациикаждого такого многослойного виткачисло ш удовлетворяет условию:п 1 4(2,5-3)гй/Еп (г - внутреннийрадиус спирали, Е, Ь) - предел и 5модуль упругости материала ленты).После выхода из валков участкараската, вызвавшего перегрузку,лента 1 под действием сил упругости распрямляется, возвращая подушку 4 валка в исходное положение.Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом значительно проще в изготовлении и эксплуатации,поскольку его несущий элемент представляет собой единое целое - витую цилиндрическую спираль. Благо-,даря применению цилиндрической спи рали вместо пакетов из отдельныхпластин с плоскими участками нагрузочная способность устройств существенно вьппе, а габариты - меньше, чем у соответствующих устройствпо прототипу, поэтому их можноприменять не только в отдельностоящих, ио и в непрерывных группах кле 35тей современных заготовочных, сортовых, полосовых и листовых прокатных станов, в любых машинах и меха"низмах, нуждающихся в неразрушающихся самовосстанавливающихся.предо- . 40хранительных устройствах, При требуемом значении максимального усилия Рь и хода Хд предохранительногоустройства и заданных габаритах; Ви Ь, толщину ленты 11 определим поформулеЯ-Р р /Уа)-)-ьп), г)где Я - коэффициент Пуассона;ь - толщина прокладки между витками спирали,л - число витков спирали.Внутренний радиус цилиндрическойспирали:-1 ) ). 2 Т), )1)Угде ч в . наибольший поперечный прогибпри вылучивании ленты.27 4 Суммарная толщина прокладок между витками, равная суммарному зазору между витками ленты, составитьп:(Р-) ) (1- соз), (Ф) где о - максимальный угол поворотф сечения ленты при выпучива-.1 нии, При о 4 1, что соответствует Х /Ь 4 0,25; д = Ф )- х У Требуемый предел упругости для изотропного материала ленты6 Ъ Еп 2).Выражения 2- (7 ) получены иэ анализа и решения следукпцих уравнений прочности, устойчивости,совместности и упругой закритической деформации цилиндрической спирали. Как показывают экспериментальные исследования устойчивости тонкостенных цилиндрических оболочек и высокоподъемистых панелей, верхнее критическое напряжение удовлетворительно описывается выражением (г г 4 в) где 6 - предел текучести материала, 6Для стальной ленты при г /Ь )10- 10 с высокими упругими и прочностными свойствами (Е 210000 МПа, з 800 ИПа ) можно с достаточной точностью положить;6:6 Ь/Ь)З 6-), 1 В) пренебрегая с одной стороны подпирающим влиянием соседних слоев ленты в спирали, а с другой - ослабляющим влиянием продольных пазов.После потери устойчивости спирали усилие Рз падает до Рп (участок 6 на фиг. 7 1. При дальнейшем сближении спертых торцов 2 и 3 спираль переходит к новой форме равновесия (участок 8 на фиг. 7) с жесткостью близкой к нулевой, В закритической области деформации напряженное состояние ленты описывается двумя главными напряжениями Ь, Ь в двух вэа1163927 20 30 имно йерпендикулярных плоскостях, Наибольшего значения по модулюдостигает у торцов ленты и посередине ее высоты ), и составляет припрогибеи соответствующем емуусилии Р (в частности, наибольшемузначениюсоотзетствует усилие Р)6 1 Р 7 1Рг), . Я)Наибольшее значение 6 очевиднона внутреннем витке спирали принаименьшем г =гЪ6,=ЕМУ (й)Соотношение между Р, Рн можно представить, как и в прототипе в , виде(с погрешностью не более 27 при 1, ОР /Р, ( 1, 15, или 0 4 Х/Ь 44 0,25); причем формула для Р в данном случае имеет вид ,Р: 7 ь Е(,й+г)31-4 ) 1. . (8)Связь между о, х и у (в удобном для анализа виде) найдем из Лежандровых эллиптических интегралов, описывающих точные геометрические зависимости искривленных пластин и лент. Как показал числен ный анализ при Х/).0,25 (о(.41) с ошибкой менее 17 0 ф)и с ошибкой не более 43 зМФх - к/1 . (тк Условие совместности деформацийпри искривлении витков ленты взакритической области, очевидно,имеет вид; аь = (сов "оС-)(Р-г-дл) . (.1 а) 5Приравняв выражения (12) и (,15)Эдифференцируя по к и полагая к /41 бесконечно малой по сравнению с , к/1., получим выражение для жест.кости предохранительного устройствана участке Ь (фиг. 7))Р хкСц- = Р )1., )" 1- - 0125- - 1 (17) х н причем наибольшего значения С достигает при к = ХА,Подставляя выражение (13) з (17) с учетом (1) после упрощений получим, например, при к/=0,1, д =0,3Отсюда видно, что даже при наи 1 меньших значениях 1./1=100-400 Са=(10 -(,13)- (1 б) при х=хдь У=уд ь 635 1 2. ЗКак показывают расчеты, предлагаемые устройства обеспечивают передачу в 4-5 раз боЛьшей предельной нагрузки, либо при заданной нагрузке40 иМеют в 4-5 раз меньше габариты,,что позволяет применить их не толькодля защиты отдельно стоящих, но идля непрерывных групп клетей современных высокоскоростных станов горя 45 чеи прокатки,