Введение в карданный вал
Карданные шарниры служат важнейшими компонентами приводных систем прокатных станов, передавая крутящий момент и соединяя валки с приводными механизмами. Они предназначены в первую очередь для компенсации угловых отклонений или смещения осей валков относительно приводных валов и обеспечивают плавную передачу мощности на протяжении всего процесса прокатки.
1. Что это такое:
По своей сути, карданный вал (также известный как приводной вал или гребной вал) с карданными шарнирами представляет собой механическое соединение, позволяющее изменять угол между ведущим и ведомым валами при передаче мощности. Ключевым элементом является карданный шарнир (или шарнир Гука), состоящий из двух вильчатых вилок, соединённых крестообразным центральным элементом (крестовиной) с четырьмя подшипниками.
2. Назначение прокатных станов:
Прокатные станы создают огромные силы, деформируя металл, а различные клети, редукторы и двигатели редко располагаются на идеально прямой линии. Карданный вал компенсирует эти перекосы, предотвращая преждевременный износ и выход из строя подшипников, уплотнений и других компонентов, которые могли бы возникнуть при использовании жёстких муфт. Он обеспечивает плавную и непрерывную передачу мощности от двигателя и редуктора к клетям прокатного стана.
3. Основные характеристики и компоненты:
Карданные шарниры: Обычно используются два или более карданных шарнира, по одному на каждом конце вала, для обеспечения углового смещения.
Скользящий хомут/шлицевое соединение: Многие карданные валы оснащены механизмом скользящего хомута (шлицевой вал и втулка), который обеспечивает осевую компенсацию длины. Это крайне важно, поскольку расстояние между валами может незначительно изменяться во время работы из-за теплового расширения или прогиба.
Телескопическая секция: Скользящий хомут фактически создает телескопическую секцию, позволяя изменять длину.
Трубчатый вал: Основная часть вала часто представляет собой полую трубу, выбранную из-за ее высокой жесткости на кручение и меньшего веса по сравнению со сплошным валом той же прочности.
Фланцы: На каждом конце карданные шарниры соединяются с ведущим и ведомым оборудованием фланцами.
Подшипники (игольчатые роликоподшипники): Крестообразный крестовина карданного шарнира использует игольчатые роликоподшипники для минимизации трения и выдерживания высоких нагрузок.
4. Преимущества применения в прокатных станах:
Компенсация несоосности: основное преимущество, критически важное для суровых и динамичных условий прокатного стана.
Амортизация: может поглощать некоторую часть ударов и вибрации, защищая подключенное оборудование.
Передача высокого крутящего момента: предназначена для передачи очень высоких крутящих моментов, необходимых для деформации металла.
Долговечность и надежность: рассчитана на непрерывную работу при больших нагрузках и в тяжелых условиях.
Простота обслуживания (относительная): несмотря на прочность, они разработаны с учетом удобства обслуживания благодаря сменным карданным шарнирам.
5. Проектирование прокатных станов:
Крутящий момент: Должен быть рассчитан на максимальные рабочие и ударные моменты.
Угловые характеристики: Разработаны для эффективной работы в ожидаемом диапазоне углового перекоса.
Номинальная скорость: Соответствует скорости вращения прокатного стана.
Динамическая балансировка: Крайне важна для высокоскоростных применений для предотвращения вибрации.
Выбор материала: Для валов и кованых деталей используются высокопрочные стали для обеспечения долговечности.
Смазка: Правильная смазка подшипников карданных шарниров жизненно важна для долговечности.
Без карданных валов карданных шарниров современные высокоскоростные и высоконагруженные прокатные станы не смогли бы работать надежно и эффективно, что делает их незаменимыми в сталелитейной и металлообрабатывающей промышленности.
