Способ транспортировки длинномерных объектов через вакуумную камеру

Изобретение относится к способу транспортировки длинномерных объектов через вакуумную камеру и может быть использован для увеличения ресурса работы и производительности герметизирующих шлюзов на входе и выходе длинномерных изделий, транспортируемых через вакуумную камеру. Способ включает ввод и вывод изделий из камеры через герметизирующие узлы с использованием в них эластичных герметизирующих материалов, которые подают в герметизирующие узлы, а по мере их износа отходы удаляют из герметизирующих узлов, с длинномерных металлических изделий и вакуумных камер, при этом в процессе транспортирования длинномерных металлических изделий через вакуумную камеру и герметизирующие узлы на изделия и/или герметизирующие узлы накладывают механические колебания вдоль направления движения изделий. Механические колебания накладывают на длинномерный объект вдоль направления его движения или на герметизирующий узел вдоль движения длинномерного объекта, или порознь на длинномерный объект и герметизирующий узел вдоль движения длинномерного объекта. Обеспечивается расширение технологических возможностей, повышение производительности их обработки и существенное увеличение межремонтных сроков эксплуатации герметизирующих узлов.

 

Предлагаемый способ относится к вакуумной технике, в частности к технологии перекрытия рабочих проемов вакуумных устройств, и может быть использован для герметизации при вводе в вакуумную камеру и извлечении из нее без нарушения вакуума длинномерных объектов.

Предшествующий уровень техники

Известны способы ввода объектов в вакуумную камеру и устройства для их осуществления (авт. свид. СССР №№337447, 341877, 834244, 901356, 935141, 1113196, 1319391, 1482978, 1570863, 1695704, 1700843, 1749279; патенты РФ №№2023747, 2023748, 2034095, 2076293, 2084556, 2135315, 150698; патенты США №№2983249, 3182176, 3959104; патенты Великобритании №№948554, 2237762, 2239200; патенты ФРГ №№19100952, 2214590, 2844434; патенты Франции №№2496523, 2675719, 2664510; патент Бельгии №753342; патент Бельгии №753342; патенты Японии №№5561318, 58238848; Максимов Л.Ю., Кривонос Г.А. Экологически безопасная очистка металла в потоке. Тяжелое машиностроение, 1997, №5, с.35-36; Литвинов В.К., Морозов Л.П. Исследование электрических характеристик плазменно-дугового процесса зачистки металла круглого профиля. Известия Вузов «Черная металлургия», 1982, №4; Булат В.Е., Эстерлис М.Х. Очистка металлических изделий от окалины, окисной пленки и загрязнений электродуговым разрядом в вакууме. Физика и химия обработки материалов, 1987, №3, с.49-53 и другие).

Из известных способов наиболее близкими к предлагаемым является способ вакуумно-дуговой очистки проволоки и устройство для его осуществления (патент РФ №2279938, В21В 45/04, 2004), который и выбран в качестве ближайших аналогов.

По известному способу при очистке проволоки или ленты осуществляют ее размотку с бунта или рулона, сварку концов, последовательно подаваемых для очистки бунтов и рулонов, пропуск проволоки или ленты через входной герметизирующий узел вакуумной камеры, через зону вакуумно-дугового разряда между электродным узлом и проволокой или лентой герметичного вывода очищенной проволоки или ленты из камеры.

Все эти операции предназначены для очистки (обработки) катанки, проволоки или ленты от прокатной окалины и ржавчины. В последнее время разработана технология термообработки отжига или поверхностной закалки в вакууме.

Существующие сегодня способы герметизации ввода и вывода длинномерных объектов (изделий) в вакуумную камеру и из нее на практике работают плохо. Основным их недостатком является малый ресурс работы, так как очень быстро изнашивается герметизирующий материал, если его твердость ниже твердости оксидов и материала катанки или проволоки. Если твердость уплотняющего материала герметизирующего узла выше, чем твердость оксидов и материала катанки и проволоки, то возникают задиры, что приводит к обрыву катанки, проволоки или ленты и остановке технологического процесса обработки. При этом на замену вышедших из строя герметизирующих уплотнений или ликвидацию обрыва требуется остановка всего процесса обработки длинномерных объектов, определенные временные и материальные затраты, что снижает производительность обработки этих изделий. Герметизация ввода длинномерных объектов в вакуумную камеру для обработки и вывод из вакуумной камеры осуществляется через герметизирующие узлы. Принцип действия герметизирующих узлов заключается в том, что эластичный герметизирующий материал подается под давлением в зазор между корпусом герметизирующего узла, герметично сопряженного с вакуумной камерой, и поверхностью движущегося длинномерного объекта. Герметизирующий материал по мере износа пополняют.

Существенным недостатком ближайшего аналога является то, что с увеличением скорости протяжки через герметизирующие уплотнения длинномерных объектов от 1 м/с и более (проволока, лента и т.п.) их герметизирующие свойства ухудшаются, так как происходит проникновение воздуха через герметизирующий узел в вакуумную камеру в результате наличия неровностей и шероховатостей на поверхности длинномерного объекта. С целью улучшения герметизирующих свойств приходится увеличивать давление на герметизирующий материал для более плотного и надежного его прижатия к поверхности движущегося длинномерного объекта. Это в свою очередь приводит к увеличению сопротивления транспортировки длинномерных объектов через герметизирующие устройства и, как следствие, к обрыву длинномерных объектов и увеличению энергозатрат на транспортировку длинномерных объектов через вакуумную камеру.

Следует отметить, что разработка герметизирующих узлов для ввода или вывода длинномерных объектов из воздуха в вакуум и обратно, ввода движений (вал и т.п.) в вакуумные емкости или емкости с другим давлением среды (газ, жидкость) является самостоятельно сложной технической задачей, особенно когда проблема состоит в обеспечении большого ресурса работы и высокой скорости скольжения.

Настоящее изобретение решает проблему герметизирующего узла, обеспечивая большой ресурс его работы и высокую производительность при транспортировки длинномерных объектов через него, решает проблему герметичного ввода движений в вакуум или в емкости с газом или жидкостью с отличным от внешней среды давлением.

Раскрытие изобретения

Технической задачей изобретения является снижение энергетических затрат и обеспечение ввода в вакуумную камеру и вывода из нее длинномерных объектов с большой скоростью, повышение за счет этого производительности их обработки и существенного увеличения межремонтных сроков эксплуатации герметизирующих узлов за счет меньшего их износа на основе этого способа обработки длинномерных изделий.

Поставленная задача решается тем, что способ транспортировки длинномерных металлических изделий через вакуумную камеру с размещенными в ней устройствами для их обработки, включающий ввод и вывод изделий из камеры через герметизирующие узлы с использованием в них эластичных герметизирующих материалов, которые подают в герметизирующие узлы, а по мере их износа отходы удаляют из герметизирующих узлов, с длинномерных металлических изделий и вакуумных камер, отличается тем, что в процессе транспортирования длинномерных металлических изделий через вакуумную камеру и герметизирующие узлы на изделие и/или герметизирующие узлы накладывают механические колебания вдоль направления движения изделий.

На практике обнаружено, что наложение механических колебаний звуковой или ультразвуковой частоты на одно или в отдельности на каждое из трущихся тел существенно снижает силу сопротивления скольжению (до 50%) между этими телами (учебное пособие, Л.А.Красильников, А.Г.Лысенко. Волочильщик проволоки. М.: изд. «Металлургия», 1987 г., с.125). Иными словами, наложение механических колебаний вдоль скольжения двух тел на одно или в отдельности на каждое приводит к существенному снижению коэффициента трения скольжения.

Снижение силы трения скольжения в свою очередь приводит к уменьшению усилий на транспортировку длинномерных металлических изделий через гермоузлы, к снижению энергозатрат на их транспортировку.

Существенно снижается вероятность обрыва длинномерного объекта.

Снижение силы трения скольжения длинномерного объекта при прохождении через гермоузел позволяет увеличить силу давления на герметизирующий материал и тем самым улучшить герметизирующие свойства гермоузла и снизить вероятность обрыва длинномерного объекта.

На экспериментальных установках АОЗТ «КЛАСТЕР» (г.Санкт-Петербург) подтверждена возможность и эффективность предложенного способа транспортировки длинномерных объектов через вакуумную камеру.

На одной установке производилась электродуговая очистка катанки диаметром 6.5 мм. На другой установке производилась электродуговая очистка стальной горячекатаной ленты толщиной 1,6 мм и шириной 200 мм. Катанка и лента вводились в вакуумные камеры и выводились через двухступенчатые гермоузлы, выполненные по схеме изобретения к патенту №2279938.

В качестве уплотняющего материала использовались черная шнуровая и пластинчатая резина средней твердости.

Герметизирующие узлы на входе и выходе к вакуумным камерам крепились через упругие элементы типа сильфонов, чтобы наложенные на гермоузел механические колебания не распространялись на вакуумные камеры. Механические колебания в диапазоне 20-100 Гц на катанку, стальную ленту и на гермоузлы передавались от электромагнитных вибраторов. Частота колебаний задавалась и регулировалась звуковыми генераторами частоты с усилителями.

Эксперименты подтвердили высокую эффективность наложения механических колебаний на длинномерные объекты (катанку, стальную ленту). Высокий эффект был достигнут и при наложении механических колебаний только на гермоузлы. Хорошие результаты получены и при одновременном наложении механических колебаний на длинномерный объект (катанку, ленту) и на гермоузел. Важно было, чтобы они находились в колебательном движении относительно друг друга. В результате проведенных экспериментов доказано, что предложенный способ транспортировки длинномерных объектов через вакуумную камеру на 20-30% снижает энергозатраты на протяжку длинномерных объектов, скорость протяжки увеличилась в 2-3 раза без случаев обрыва, соответственно увеличилась производительность обработки и на 50% снизился износ гермоузлов, а это неоспоримое увеличение ресурса работы и межремонтных сроков. Таким образом, экспериментально доказана эффективность предлагаемого способа транспортировки длинномерных объектов через вакуумную камеру.

Способ транспортирования длинномерных металлических изделий через вакуумную камеру с размещенными в ней устройствами для их обработки, включающий ввод и вывод изделий из камеры через герметизирующие узлы с использованием в них эластичных герметизирующих материалов, которые подают в герметизирующие узлы, а по мере их износа отходы удаляют из герметизирующих узлов, с длинномерных металлических изделий и вакуумных камер, отличающийся тем, что в процессе транспортирования длинномерных металлических изделий через вакуумную камеру и герметизирующие узлы на изделия и/или герметизирующие узлы накладывают механические колебания вдоль направления движения изделий.