Электромагнитный листоукладчик

 

Использование: изобретение относится к конвейерному оборудованию и может быть использовано в электромагнитных роликах, применяющихся для транспортировки стальных листов электромагнитными листоукладчиками. Сущность изобретения: в станине электромагнитного листоукладчика в опорах установлены валы, которые виброизолированы от станины с помощью манжет. В каждой паре полюсных дисков на их поверхности выполнена ступенчатая проточка, в узкую часть которой запрессован кольцевой виброизолятор. Боковой зазор между кольцевым виброизолятором и полюсным диском расположен на наиболее удаленной от оси вала части проточки. Размер проточки и параметры кольцевого виброизолятора связаны соотношениями D-d/2=ES/(2Π)²·m·f²₀ f₀=3f_в , где D - наружный диаметр виброизолятора; d - диаметр ступеньки проточки; E - динамический модуль упругости материала кольцевого виброизолятора; S - площадь контакта виброизолятора и транспортируемого стального листа; m - масса транспортируемого листа, приходящаяся на один электромагнитный ролик; f₀ - частота собственных колебаний листа; f_в - частота возбуждения. 3 ил.

Изобретение относится к конвейерному оборудованию и может быть использовано в электромагнитных роликах, применяющихся для транспортировки стальных листов электромагнитными листоукладчиками.

Известен электромагнитный листоукладчик, содержащий станину, в которой установлены валы с электромагнитными роликами, каждый из которых состоит из неподвижной катушки возбуждения и вращающегося магнитопровода в виде зафиксированных на валу парных полюсных дисков с проточкой на их наружной поверхности, в которой установлен кольцевой виброизолятор в виде цилиндрической резиновой манжеты и расположенной под ней дополнительной конусообразной манжеты, прилегающей к конусообразным поверхностям полюсных дисков.

Исследования, приведенные на Череповецком и Новолипецком металлургических комбинатах, показали, что в известном электромагнитном листоукладчике при движении металлических листов по роликам создается шум, превышающий на 29 дБА допустимый по санитарным нормам уровень звука.

Основным источником шума является излучение звуковой энергии листом. Использующийся кольцевой виброизолятор не оказывает значительного воздействия на снижение шума, т. к. при соприкосновении резиновой манжеты электромагнитного ролика со стальным листом упругие свойства проявляет лишь та часть упругого элемента, которая расположена над наружной поверхностью ролика. Простое увеличение толщины выступающей над роликом манжеты приводит к необходимости увеличения силы магнитного поля, т. е. потребляемой им мощности, что нежелательно.

Кроме того, при движении листа в результате его взаимодействия с дисками магнитных роликов возникает интенсивная вибрация, которая передается через вал ролика на его опоры, жестко соединенные со всеми конструктивными элементами листоукладчика. Это обстоятельство также увеличивает шум при перемещении стальных листов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является электромагнитный листоукладчик, содержащий станину, в которой установлены валы с электромагнитными роликами, каждый из которых состоит из неподвижной катушки возбуждения или вращающегося магнитопровода в виде зафиксированных на валу попарно установленных полюсных дисков с проточкой на их наружной поверхности, в которой с боковым зазором расположен кольцевой виброизолятор [1] .

Наличие зазора между боковой поверхностью кольцевого виброизолятора с проточкой позволяет использовать упругие свойства всей толщины виброизолятора. Однако, конструктивное выполнение проточки на наружной поверхности полюсных дисков не позволяет значительно увеличить толщину упругого слоя виброизолятора без увеличения потребляемой мощности станка. Известному листоукладчику присущи также интенсивные вибрации, передающиеся через вал ролика на его опоры. Под действием этих вибраций в корпусе возбуждаются изгибные колебания и в результате сам корпус листоукладчика становится источником шума.

Целью изобретения является снижение шума листоукладчика при транспортировке листов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном электромагнитном листоукладчике, содержащем станину, в которой установлены валы с электромагнитными роликами, каждый из которых состоит из неподвижной катушки возбуждения и вращающегося магнитопровода в виде зафиксированных на валу попарно установленных полюсных дисков с проточкой на их наружной поверхности, в которой с боковым зазором расположен кольцевой виброизолятор, валы виброизолированы от станины, а проточка на наружной поверхности полюсных дисков выполнена ступенчатой, при этом боковой зазор между кольцевым виброизолятором и полюсным диском расположен на наиболее удаленной от оси вала части проточки, размер которой и параметры кольцевого виброизолятора связаны соотношением: = f₀= 3f_в, где D - наружный диаметр виброизолятора; d - диаметр ступеньки проточки; Ε - динамический модуль упругости материала кольцевого виброизолятора; S - площадь контакта виброизолятора и транспортируемого стального листа; m - масса транспортируемого листа, приходящаяся на один электромагнитный ролик; f_o - частота собственных колебаний листа; f_в - частота возбуждения.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый электромагнитный листоукладчик отличается тем, что валы виброизолированы от станины, а проточка на наружной поверхности полюсных дисков выполнена ступенчатой, при этом боковой зазор между кольцевым виброизолятором и полюсным диском расположен на наиболее удаленной от оси вала части проточки, размер которой и параметры кольцевого виброизолятора связаны соотношением: = f₀= 3f_в, где D - наружный диаметр виброизолятора; d - диаметр ступеньки проточки;
Ε - динамический модуль упругости материала кольцевого виброизолятора;
S - площадь контакта виброизолятора и транспортируемого стального листа;
m - масса транспортируемого листа, приходящаяся на один электромагнитный ролик;
f_o - частота собственных колебаний листа;
f_в - частота возбуждения.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявленное устройство от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Предложенное устройство позволяет увеличить величину упругого слоя кольцевого виброизолятора, при этом сила магнитного поля на листе не уменьшится, т. е. происходит снижение шума при транспортировке стальных листов без увеличения мощности, потребляемой станком. Кроме того, снижение шума происходит за счет того, что опоры валов, на которых расположены ролики, виброизолированы от станины.

На фиг. 1 изображен электромагнитный листоукладчик в сечении; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1.

Электромагнитный листоукладчик содержит станину 1, в опорах 2 и 3 которой установлены валы 4. Опоры 2 и 3 виброизолированы от станины с помощью манжет 5 и 6, выполненных, например, из полиуретана. На валах 4 зафиксированы шпонками 7 полюсные диски 8. В каждой паре полюсных дисков на их наружной поверхности выполнена ступенчатая проточка 9. В узкую часть проточки запрессован кольцевой виброизолятор 10, выполненный, например, из полиуретана. Между боковой поверхностью кольцевого виброизолятора 10 и проточкой 9 полюсных дисков 8 существует зазор, начиная от ступеньки проточки до наружной поверхности полюсных дисков 8.

Размер проточки 9 и параметры кольцевого виброизолятора 10 связаны соотношением:
₌ (I)
f_о = 3f_в, где D - наружный диаметр виброизолятора 10,
d - диаметр ступеньки проточки 9,
Ε - динамический модуль упругости материала кольцевого виброизолятора 10,
S - площадь контакта виброизолятора и транспортируемого стального листа 11,
m - масса транспортируемого листа 11, приходящаяся на один электромагнитный ролик,
f_o - частота собственных колебаний листа,
f_в - частота возбуждения.

Попарно установленные полюсные диски 8, зафиксированные на валу 4 шпонками 7, разделены распорными втулками 12 и стянуты на валу гайками 13. Между полюсными дисками 8 расположены прикрепленные к станине 1 катушки возбуждения 14, от которых выводятся концы к станине для питания постоянным током.

Электромагнитный листоукладчик работает следующим образом.

При питании катушек постоянным током транспортируемый материал - стальной лист - силами магнитного поля притягивается к ролику. Тангенциальное усилие, необходимое для транспортировки листа, передается от вращающихся вместе с валом 4 полюсных дисков 8 к листу 11 при помощи сил трения, возникающих между кольцевым виброизолятором 10 и стальным листом 11. При этом за счет зазора между боковыми поверхностями виброизолятора и проточкой происходит упругое демпфирование виброизолятора 10 на всей его незапрессованной толщине. Увеличение толщины упругого элемента роликов увеличивает время соударения ролика с листом. При возрастании продолжительности ударов τ спектр интенсивно возбужденных колебаний сужается и преобладающая часть энергии удара сосредотачивается в области низких частот, вызывая значительное снижение шума на средних и высоких частотах, начиная с частоты f_o= 0,45 τ .

В процессе движения листа по электромагнитным роликам на лист действует переменная электромагнитная сила с частотой f_в= v/l, где v - скорость движения листа, м/с; l - расстояние между осями роликов, м. В результате в листе возникают изгибные колебания, которые приводят к соударениям листа о диски роликов, что и является причиной излучения шума в широкой области частот, практически охватывающей весь нормируемый диапазон. Наиболее интенсивное излучение шума наблюдается в режиме резонанса системы, когда частота f_в вынуждающей силы становится близкой или равной частоте f_o собственных колебаний листа на дисках при его движении.

При колебаниях заднего конца листа f_o может быть определена по формуле
f₀= 0.16 , (2) где C_пр. - скорость продольных звуковых волн в стали, изменяются от 5100 до 6000 м/с в зависимости от марки стали; h - толщина листа; a - ширина листа.

При колебании средней части листа частота f¹_o равна
f₀= . (3)
Рассмотрим в качестве примера соотношения частот f_в и f_o для исследованных листоукладчиков на НЛМК при толщине листа h= 4 и 9 мм. Ширина листа a= 1,5 м, скорость движения листа v= 1,5 м/с, расстояние между осями роликов l= 0,5 м.

Частота переменной электромагнитной силы f_в= v/l= 1,5/0,5= 3Гц.

Частоты собственных колебаний листа толщиной 4 мм равны:
заднего конца листа f_o= 0,16 = 2 Гц;
средней части листа f= = 13Гц.

Частоты собственных колебаний листа толщиной 9 мм равны соответственно: f_o= 4,5 Гц и f¹_o= 30 Гц.

Если принять максимальное значение C_пр.= 6000 м/с, то для колебаний заднего конца листа толщиной 4 мм частота f_o= 2,56 Гц и практически становится равной частоте f_в= 3Гц.

Таким образом, частоты собственных колебаний f_o заднего конца листа при его движении по роликам близко совпадают для обоих толщин листов с частотой вынуждающей электромагнитной силы f_в, что приводит к резонансным колебаниям листов и как следствие к более интенсивным их ударам о ролики, и соответственно повышенному шумоизлучению. Этот вывод наглядно подтверждается результатами натурных измерений шума. Уровни звука при прохождении задних концов листов в среднем на 5-6 дБ больше, чем остальной части листа.

Следовательно, одним из вариантов снижения шума основного источника - звукоизлучение листа при его движении по электромагнитным роликам, является рассогласование (не менее, чем в 3 раза) частот собственных колебаний листа и частоты вынуждающей силы за счет соответствующего подбора параметров скорости движения листа и расстояний между осями роликов рольганга.

Частота собственных колебаний вала 4 магнитного ролика на опорах 2 и 3 определяется по формуле
f₀= , (4) где m - масса магнитного ролика; k - жесткость виброизолятора.

Жесткость k виброизолятора определяется из выражения k = (5) здесь Ε - динамический модуль упругости материала виброизолятора, Па; S - контактная площадь виброизолятора, м²; h - толщина виброизолятора, м.

Из (4) и (5) определяем толщину виброизолятора, обеспечивающую частоту собственных колебаний f_o
h = , (6)
Для виброизолятора опор 5 и 6 магнитного ролика выбираем в качестве материала, например, полиуретан Л-167.

Механические характеристики полиуретана Л-167 Ε= 1,2 ˙ 10⁸ Па, [σ] = 10⁷ Па.

Исходные данные для расчета:
шаг между магнитными роликами - 0,3 м;
максимальная длина листа - 6 м;
максимальная масса листа - 730 кг;
масса одного магнитного ролика - 400 кг.

Число магнитных роликов, охватываемых листом, равно 6: 0,3= 20, при этом число опор N= 20˙ 2= 40.

Следовательно, на одну опору приходится нагрузка, равная
P = = 218,2H, а масса магнитного ролика с учетом присоединенной массы листа равна
m = 400 + = 436,5кг .

Частоты собственных колебаний f_o принимаем равной 50 Гц. Виброизолятор имеет внутренний диаметр 0,17 м и длину опорной поверхности под подшипник 0,06 м (конструктивные размеры). Тогда S= πR˙l= 3,14 x x 0,085 ˙ 0,06= 1,6 ˙10^-2 м². По формуле (6) для f_o= 50 Гц определяем толщину виброизолятора, так как виброизоляторы опор включены параллельно, то толщину виброизолятора определяем по формуле (6) необходимо удвоить, тогда имеем:
h = = 8.9·10^-2≈9·10^-2м
Проверка условия σ<[σ]
σ= = = 1.36·10^-2 Па<[σ]
Предлагаемая конструкция электромагнитного листоукладчика позволяет снизить шум, излучаемый им при транспортировании металлических листов за счет виброизоляции опор валов, на которых установлены электромагнитные ролики, за счет формы проточки на наружной поверхности полюсных дисков и наличия зазора, определяемого по формулам (1), (2). (56) Авторское свидетельство СССР N 228598, кл. B 65 G 39/04, 1968.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ЛИСТОУКЛАДЧИК, содержащий станину, в которой установлены валы с электромагнитными роликами, каждый из которых состоит из неподвижной катушки возбуждения и вращающегося магнитопровода в виде зафиксированных на валу попарно установленных полюсных дисков с проточкой на их наружной поверхности, в которой с боковым зазором расположен кольцевой виброизолятор, отличающийся тем, что, с целью снижения шума при транспортировке листов, валы виброизолированы от станины, а проточка на наружной поверхности полюсных дисков выполнена ступенчатой, при этом боковой зазор между кольцевым виброизолятором и полюсным диском расположен на наиболее удаленной от оси вала части проточки, размер которой и параметры кольцевого виброизолятора связаны соотношением
=
f₀ = 3f_в,
где D - наружный диаметр виброизолятора;
d - диаметр ступеньки проточки;
E - динамический модуль упругости материала кольцевого виброизолятора;
S - площадь контакта виброизолятора и транспортируемого стального листа;
m - масса транспортируемого листа, приходящаяся на один электромагнитный ролик;
f₀ - частота собственных колебаний листа;
f_в - частота возбуждения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3