Каландровый вал

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности. Сущность изобретения: каландровый вал состоит из рубашки и сердечника с внутренней полостью. Рубашка ваполнена центробежно литой, двухслойной с наружным слоем из белого чугуна, модифицированного 0,1 - 0,3 % от его массы ферроцерием, и внутренним слоем из чугуна с шаровидным графитом при соотношении толщин этих слоев (1 : 1) - (1 : 10). Внутренняя полость сердечника имеет переменный по длине вала диаметр, определяемый по соотношению, привединенному в тексте описания. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности.

Известны каландровые валы для бумагоделательных машин, изготавливаемые из цельнолитой заготовки в земляную стационарную форму. При этом наружный рабочий слой каландрового вала выполняется из отбеленного чугуна и обрабатывается по параболической кривой для обеспечения бомбировки рабочей поверхности [1].

Каландровые валы такой конструкции имеют следующие недостатки: рабочий слой из отбеленного чугуна имеет разную твердость по длине и нестабильное качество материала; высокую технологическую трудоемкость и сложность выполнения параболической поверхности при каждой перешлифовке вала во время его эксплуатации; наблюдаются поломки цапф при эксплуатации. За весь срок службы каландровый вал подвергается до 20-30 перешлифовкам из-за нарушения геометрии рабочей поверхности.

Для устранения поломок цапф каландровых валов предложена конструкция и способы сборки составного каландрового вала, имеющего рубашку, отлитую из чугуна в виде трубы, и пустотелый стальной сердечник. Сборка рубашки с сердечником осуществляется упруго-пластическим деформированием (автофретированием) из внутренней полости сердечника каландрового вала [2] (прототип).

Известное решение [2] устраняет только один из вышеперечисленных недостатков каландрового вала [1].

Изобретение направлено на повышение надежности, долговечности и регулировки бомбировки каландрового вала.

Достигается это тем, что каландровый вал состоит из рубашки, сердечника с внутренней полостью, причем рубашка выполнена центробежнолитой двухслойной с наружным слоем из белого чугуна, модифицированного 0,1-0,3% феррроцерием от его массы, и внутренним слоем из чугуна с шаровидным графитом при соотношении толщин этих слоев (1:1)-(1:10), а внутренняя полость сердечника имеет переменный по длине диаметр d_1x, определяемый из соотношения , где , d - наружный диаметр рубашки; A - коэффициент, зависящий от величины бомбировки; E_пр - приведенный модуль упругости деформируемых слоев; X - текущая координата длины вала, определяемая от края до середины; P - внутреннее регулируемое в полости давление, обеспечивающее отличную от нуля деформацию на краю вала; d₁ - минимальный диаметр полости.

Существенными отличиями конструкции каландрового вала являются двухслойная центробежнолитая рубашка, выполнение ее наружного слоя из белого чугуна, модифицированного ферроцерием в указанном количестве, выполнение внутреннего слоя из чугуна с шаровидным графитом при указанном соотношении толщин этих слоев, выполнение внутренней полости сердечника с переменным по длине диаметром, определяемым по заявленному соотношению.

Анализ известных технических решений в области целлюлозно-бумажного машиностроения позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом вале.

Использование центробежнолитой заготовки для рубашки позволяет повысить плотность металла, создать более однородную структуру в рабочем слое из белого чугуна на большую глубину и более стабильные механические характеристики металла по сравнению со стационарно литой заготовкой.

Выполнение рубашки двухслойной обеспечивает регулирование толщины рабочего слоя из белого чугуна, равномерно твердость по сечению и длине и прочное сцепление двух слоев.

Выполнение наружного слоя из белого чугуна, модифицированного ферроцерием в заявленных пределах, обеспечивает повышенную твердость и износостойкость металла.

При модифицировании белого чугуна ферроцерием в меньших количествах в структуре чугуна появляются включения графита, твердость и износостойкость материала снижаются. При превышении количества ферроцерия 0,3% повышается хрупкость металла и снижается эксплуатационная стойкость вала.

Выполнение внутреннего слоя из чугуна с шаровидным графитом обеспечивает более низкие остаточные литейные напряжения в рубашке.

При соотношении толщин этих слоев ниже заявленных пределов возрастает хрупкость рубашки, а при соотношении выше заявленных пределов толщины наружного слоя недостаточно для обеспечения необходимого количества перешлифовок.

Переменный диаметр внутренней полости сердечника подбирается таким образом, чтобы радиальная жесткость сечений в конечном счете обеспечила необходимую регулируемую величину бомбировки наружной (рабочей) поверхности вала. Зависимость получена на основе решения Ляме-Гадолина [3] для предлагаемой конструкции.

В заявляемой зависимости для расчета переменного диаметра внутренней полости параметр А связан с величиной бомбировки следующим выражением:

где
- максимальная требуемая величина бомбировки в средней части вала.

При этом регулировка бомбировки может осуществляться изменением давления P во внутренней полости сердечника.

Конструкция устраняет все недостатки известных технических решений каландровых валов и позволяет повысить в 1,5 - 2 раза долговечность вала, надежность, снизить трудоемкость и брак при его изготовлении и трудоемкость перешлифовок при эксплуатации, улучшается качество каландрируемой бумаги.

На чертеже изображен каландровый вал.

Основными элементами каландрового вала являются двухслойная рубашка с наружным слоем 1 и внутренним слоем 2 и сердечник 3 с внутренней полостью переменного по длине вала диаметра.

Каландровый вал до начала эксплуатации собран упругопластическим деформированием (автофретированием) давлением, например, масла из внутренней полости сердечника 3. Наружная поверхность рубашки выполнена цилиндрической. При эксплуатации каландрового вала существует необходимость бомбировки наружной рабочей поверхности рубашки для улучшения качества каландрируемой бумаги.

При каландрировании разных сортов бумаги величина бомбировки требуется разная, а сам профиль наружной рабочей поверхности нарушается из-за износа.

В предлагаемой конструкции величина бомбировки регулируется в любой момент эксплуатации путем создания во внутренней полости сердечника 3 давления.

Разность деформации по длине вала создается за счет разной жесткости сердечника.

Источники информации
1. Лазаренко Т.П. и др. Технология бумагоделательного машиностроения.- М.: Машиностроение, 1963, с. 286.

2. Авторское свидетельство СССР N 1286660, кл. D 21 G 1/00.

3. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. - М.: Машиностроение, 1975, с. 398.

Формула изобретения

Каландровый вал, состоящий из рубашки и сердечника с внутренней полостью, отличающийся тем, что рубашка вала выполнена центробежно литой двухслойной с наружным слоем из белого чугуна, модифицированного 0,1 - 0,3% от его массы ферроцерием, и внутренним слоем из чугуна с шаровидным графитом при соотношении толщин указанных слоев (1:1) - (1:10), а внутренняя полость сердечника имеет переменный по длине вала диаметр, определяемый из соотношения

где
d - наружный диаметр рубашки;
A - коэффициент, зависящий от величины бамбировки;
Е_пр - приведенный модуль упругости деформируемых слоев;
Х - текущая координата длины вала, определяемая от края до середины;
P - внутреннее регулируемое в полости давление, обеспечивающее отличную от нуля деформацию на краю вала;
d₁ - минимальный диаметр полости.

РИСУНКИ

Рисунок 1