Патент на изобретение №2189932

(54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ РОЛИКОВОЕ НАТЯЖНОЕ УСТРОЙСТВО

(57) Реферат:

Изобретение относится к металлургическому оборудованию для использования в агрегатах продольной резки ферромагнитных полос. Сущность изобретения: в натяжной ролик между дисками, свободно проворачивающимися на валу, встроены модули возбуждения магнитного поля, выполненные в виде катушки, монолитно залитой в металлическом корпусе, установленном на шайбе, зафиксированной от проворота на валу шпонкой. Изобретение позволяет ферромагнитной полосе транспортироваться без предварительного натяжения, что исключает пресс-проводку и повышает износостойкость. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к металлургическому оборудованию и может быть использовано перед моталкой в агрегате продольной резки ферромагнитных полос.

Аналогом заявляемого технического решения является натяжное устройство, включающее нижний и верхний рабочие ролики, смонтированные с подшипниками в подушках, установленных в пазах станины /1/ (Механическое оборудование цехов холодной прокатки. Под редакцией Г.Л. Химича. М.: Машиностроение, 1972, стр. 488…490).

Аналог решает задачу создания натяжения на разрезанных полосах путем регулирования усилия прижатия между роликами.

Недостатками аналога натяжного устройства является невозможность поддержания одинаковой величины удельного натяжения на всех разрезанных на агрегате продольной резки полосах. Аналог обеспечивает удовлетворительную смотку в рулон только одной разрезанной полосы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению (прототипом) является натяжное устройство, содержащее сварную раму, в которой шарнирно смонтированы верхний и нижний натяжные ролики и перегибной ролик, перемещающиеся с помощью гидроцилиндров. Каждый из натяжных роликов состоит из узких дисков, смонтированных на общем пустотелом валу. Каждый диск смонтирован на подшипнике качения и имеет возможность прокручиваться на валу относительно соседних дисков, преодолевая усилие трения, возникающее между дисками и шайбами, зафиксированными на валу шпонками. Усилие трения создается пневмоцилиндрами, смонтированными возле каждого диска, и регулируется путем редуцирования давления воздуха / Инструкция по эксплуатации 7045.75.700 ИМ установки натяжного устройства УРАЛМАША, 1989/.

Прототип устраняет ряд недостатков аналога, таких как неравномерность удельного натяжения по сечениям разрезанных полос, но вместе с тем имеет и ряд недостатков. Так, например, прототип не обеспечивает работу без предварительного натяжения полос на входе в устройство. Для этого применяется дополнительная пресс-проводка с подверженными быстрому износу фетровыми прокладками. Кроме того, подвержены быстрому износу увеличивающие коэффициент трения обкладки шайб, смонтированных на оси натяжных роликов.

Заявляемое техническое решение позволяет на ферромагнитной полосе работать без предварительного натяжения. Получаемый экономический эффект заключается в исключении пресс-проводки, упрощении конструкции, повышении износостойкости, улучшении условий регулирования величины натяжения.

Заявляемое техническое решение устраняет перечисленные выше недостатки прототипа тем, что в электромагнитном роликовом натяжном устройстве, содержащем станину, в которой шарнирно смонтированы перемещающиеся с помощью гидроцилиндров верхний и нижний натяжные ролики, состоящие из узких дисков, смонтированных на общем валу на подшипниках качения, и шайб, зафиксированных на валу от проворота. Между дисками установлены модули возбуждения магнитного поля, каждый из которых выполнен в виде катушки из обмоточного провода, запитой монолитно в металлическом корпусе, установленном на шайбе с осевыми и радиальными зазорами между корпусом катушки и дисками. Диски и шайбы изготовлены из магнитомягкой стали и в местах контакта между собой на диаметрах, меньших внутреннего диаметра корпуса катушки по плоскостям, перпендикулярным оси вращения ролика, подвергнуты поверхностному упрочнению, при этом между дисками на диаметрах, больших наружного диаметра корпуса катушек, выполнен воздушный зазор, а соседние катушки для увеличения усилия магнитного притяжения полосы к наружной поверхности дисков подключены к источнику постоянного тока магнитными полярностями встречно.

Заявляемое натяжное устройство для ферромагнитных полос поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан продольный разрез устройства с двумя натяжными роликами, на фиг. 2 показан натяжной ролик со встроенными модулями возбуждения магнитного поля.

Электромагнитное роликовое натяжное устройство содержит станину 1, в которой шарнирно смонтированы перемещающиеся с помощью гидроцилиндров 5 верхний 2 и нижний 3 натяжные ролики и перегибной ролик 4. Натяжные ролики состоят из дисков 12, смонтированных на общем валу 14 на подшипниках качения 13, и шайб 11. При этом подшипники 13 и шайбы 11 установлены на валу 14 по ходовой посадке, а шайбы 11 зафиксированы на валу 14 от проворота шпонками. Вал 14 натяжного ролика установлен в подушках 15 с подшипниками качения. Между дисками 12 на валу 14 установлены модули возбуждения магнитного поля, каждый из которых выполнен в виде катушки 10 из обмоточного провода, залитой монолитно в металлическом корпусе, установленном на шайбе 11. Между корпусом катушки 10 и дисками 12 предусмотрены осевые и радиальные зазоры. Диски 12 и шайбы 11 изготовлены из магнитомягкой стали и в местах контакта между собой на диаметрах, меньших внутреннего диаметра корпуса катушки по плоскостям, перпендикулярным оси вращения ролика, подвергнуты поверхностному упрочнению, например цементации с последующей закалкой. При этом между дисками 12 на их диаметрах, больших наружного диаметра корпуса катушек 10, предусмотрен воздушный зазор, а соседние катушки для увеличения усилия магнитного притяжения полосы к наружной поверхности дисков 12 подключены к источнику постоянного тока магнитными полярностями встречно.

Для подвода постоянного тока к катушкам служит токосъемник на два кольца 16. Каждый диск 12 имеет возможность прокручиваться на оси 14 относительно соседних дисков, преодолевая усилие трения между диском и контактирующими с ним шайбами 11.

Электромагнитное роликовое натяжное устройство, показанное на фиг.1 и фиг. 2, работает следующим образом.

При заправке разрезанных полос 8 в зев моталки 9 натяжные ролики 2 и 3 и перегибной ролик 4 при помощи гидроцилиндров 5, 6 и 7 отводятся в положения, показанные на фиг. 1 пунктирными линиями, а после окончания заправки возвращаются в свои рабочие положения. При этом разрезанные полосы охватывают натяжные ролики устройства на углах обхвата ₁ и ₂. При включении катушек 11 на напряжение постоянного тока диски 12 и шайбы 11 притягиваются между собой усилием магнитного притяжения, после чего каждый диск может провернуться на валу 14, преодолевая усилие трения между диском 12 и и шайбами 11, которое может удобно регулироваться силой тока в катушках 10. Электроприводы натяжных роликов 2 и 3 работают в генераторном режиме под действием усилий натяжения Р₂ разрезанных полосок на сходе с натяжного ролика 2. За счет прокручивания дисков 12 относительно друг друга происходит выравнивание натяжения порезанных полос при их смотке моталкой 9.

При отсутствии магнитного притяжения порезанной полосы к поверхности натяжных роликов и без учета усилий деформации ее изгиба натяжение Т₂ полосы на выходе устройства может создаваться только при наличии предварительного натяжения полосы T₁. Связь между этими натяжениями определяется известным в /1/ выражением
T₂ = T₁(e^{1f+2f),
где f – коэффициент трения стальной полосы 8 по стальной поверхности диска 12;
е=2,718… – основание натурального логарифма.}

При питании катушек 10 постоянным током разрезанные полосы 8 на участках натяжных роликов, длина которых соответствует углам обхвата ₁ и ₂, притягиваются к поверхности дисков с усилиями Pм₁, Рм₂, в результате на каждом приращении угла обхвата ₁ и ₂ появляется дополнительное натяжение полосы
T₁ = f_мPм₁ и T₂ = f_мPм₂,
где f_м= 1,5f – коэффициент трения между намагниченными поверхностями изделий из ферромагнитной стали /2/ (Электромагнитные механизмы металлургических машин. – М.: Металлургия, 1996, стр. 268).

Если углы обхвата ₁ и ₂ условно принять в рассматриваемом примере одинаковыми и равными =3 радиана и разделить их на произвольное число участков n (n – ряд целых чисел от n=1 до n=n1, например n1=10), то на каждом таком участке, соответствующем приращению угла , в полосе развивается усилие трения скольжения полосы T = f_мPм. Усилие натяжения, развиваемое предлагаемым устройством на выходе натяжного ролика 2, определяется выражением
T₂ = T₁e^{21,5f+TM(e1,5f+1),
где
Если в этом выражении принять T₁=0, то величина натяжения на выходе натяжного ролика 2 определится выражением: T₂ = TM(e1,5f+1).
Этим подтверждается факт, что в предлагаемом электромагнитном роликовом устройстве для натяжения ферромагнитных полос перед моталкой агрегата продольной резки отсутствует необходимость устанавливать дополнительную пресс-проводку для создания предварительного натяжения T₁. Для более достоверного подтверждения указанного факта заявителями был изготовлен и испытан макет натуральных размеров предлагаемого электромагнитного роликового натяжного устройства, содержащий четыре диска диаметром 0,5 м, установленных с шагом 80 мм, и три модуля катушки возбуждения на номинальный ток 4 А. Указанные данные макета выбраны для обеспечения возможности сравнения предлагаемого устройства с прототипом – двухроликовым натяжным устройством конструкции УРАЛМАША /Инструкция по эксплуатации 7045.75.700ИМ. 1989/.}

Устройство УРАЛМАША при диаметре роликов 0,5 м на полосе 11500 мм развивает предельное натяжение Т₂= 22500 Н. При угле обхвата барабана =3 радиана, коэффициенте трения f=0,2 требующееся переднее натяжение T₁=6700 H. Шаг дисков натяжного ролика равен 80 мм. Требующееся натяжение при ширине полосы 80 мм 2250080/1500=1200 Н.

При числе n1=10 в предлагаемом устройстве =0,3 радиана. Этому приращению угла обхвата при диаметре натяжного ролика 0,5 м соответствует часть длины окружности 0,3500/2=75 мм. Измеренные на макете значения T и P_м на отрезке полосы толщиной 1 мм, длиной 75 мм и шириной 80 мм приведены в таблице в конце описания.

В четвертой строке таблицы приведены значения фактического коэффициента трения f_м = T/P_м. В расчетах принимается f_м=0,3.

Натяжение на полосе шириной 80 мм на выходе предлагаемого натяжного устройства при номинальном токе и отсутствии предварительного натяжения определяется по выражению:

где

Результаты сравнения показывают, что предлагаемое устройство при отсутствии предварительного натяжения развивает большее натяжение, чем прототип при наличии предварительного натяжения.

Технический результат заявляемого электромагнитного роликового натяжного устройства для натяжения разрезанных ферромагнитных полос перед моталкой агрегата продольной резки выражается в том, что практически без увеличения массы оборудования отпадает необходимость в применении оборудования для предварительного натяжения полосы, упрощается конструкция, сокращается износ трущихся деталей, а величина натяжения удобно регулируется.

Формула изобретения

Электромагнитное роликовое натяжное устройство, содержащее станину, в которой шарнирно смонтированы перемещающиеся с помощью гидроцилиндров верхний и нижний натяжные ролики, состоящие из дисков, смонтированных на общем валу на подшипниках качения, и шайб, зафиксированных на валу от проворота шпонками, отличающееся тем, что между дисками установлены модули возбуждения магнитного поля, каждый из которых выполнен в виде катушки из обмоточного провода, залитой монолитно в металлическом корпусе, установленном на шайбе с осевыми и радиальными зазорами между корпусом катушки и дисками, диски и шайбы изготовлены из магнитомягкой стали и в местах контакта между собой на диаметрах, меньших внутреннего диаметра корпуса катушки по плоскостям, перпендикулярным оси ролика, подвергнуты поверхностному упрочнению, при этом между дисками на диаметрах, больших наружного диаметра корпуса катушек, выполнен воздушный зазор, а соседние катушки подключены к источнику постоянного тока встречно.

РИСУНКИ