6.1. Конструирование рациональных систем скользящих затворов

6.1. Конструирование рациональных систем скользящих затворов

При разработке концепции конструирования разливочных устройств нового поколения, отвечающих большинству перечисленных требований, прежде всего было учтено то обстоятельство, что в затворах с массивными и жесткими корпусами из-за наличия избыточных (пассивных) связей требуется высокая точность размеров деталей, поскольку при их соединении но время сборки допуски на размеры складываются. В этом случае изменение размеров звеньев в процессе работы затвора, вызываемые упругими деформациями и износом, являются причиной появления зазоров в кинематических парах. При эксплуатации этих разливочных устройств требуется надлежащий контроль параллельности рабочих поверхностей скольжения средней плиты (максимальная разнотолщинность по длине не должна превышать 0,1 мм), систематическая проверка на диагностических стендах характеристик упругих элементов, а также обеспечение их воздушного охлаждения во время разливки.

В связи с этим при конструировании новых скользящих затворов применили кинематические схемы механизмов без избыточных связей, устранение которых не увеличивает подвижность механической системы. Механизмы без пассивных связей относят к статически определимым системам и им, по утверждению Л. Н. Решетова, следует отдавать предпочтение при разработке новых видов механического оборудования.

В отличие от зарубежных образцов в затворе, разработанном в ДонНТУ, за счет обеспечения нежесткого соединения Г -образных рычагов и гаек стяжных элементов с верхней неподвижной обоймой с помощью вращательных пар, а также обеспечения возможности самоустановки подвижной обоймы посредством применения балансиров удается поддерживать плотное прилегание огнеупорных плит даже в случае их разнотолщинности, достигающей 3 мм.

С целью снижения силы сопротивления, действующей на привод, в опорных узлах двухплитных затворов, спроектированных в ДонНТУ, установлены тела качения. В зависимости от типа затвора применены две конструкции опорного узла подвижной обоймы шибера.

На рис. 72 приведена схема блочного затвора, опорные узлы которого включают Г-образные рычаги, несущие балансиры и линейные роликоподшипники, установленные в пазах между направляющими нижней обоймы и балансира.

Опорные узлы кассетного затвора, показанного на рис. 73, выполнены несколько иначе. Подвижная металлическая обойма шибера снабжена четырьмя цапфами, размещенными попарно на ее боковых поверхностях. На цапфах установлены с возможностью относительного иращения ролики, изготовленные из твердого сплава и прошедшие соответствующую термическую обработку. После сборки затвора роликовые опоры подвижной обоймы располагаются в продольных пазах двух балансиров посредством осей, связанных с Г-образными рычагами [40].

У большинства затворов жесткого типа повышенные нагрузки на привод обусловлены наличием нескольких пар трения скольжения (контактные поверхности огнеупорных плит, поверхности скольжения опорных направляющих и подвижной металлической обоймы).

Благодаря тому, что в конструкциях опорных узлов разработанных затворов в одной из кинематических пар трение скольжения заменено трением качения, нагрузка на привод снижена на 15-30 %, устранен интенсивный износ поверхностей контакта подвижной металлической обоймы и ее опор, вследствие чего отпала необходимость наплавки и последующей перешлифовки поверхностей направляющих опорного узла.

Указанные конструктивные особенности разработанных затворов дают возможность наряду с уменьшением массы ослабить влияние на их работоспособность температурных деформаций отдельных деталей, а для их изготовления использовать углеродистые стали вместо жаропрочных, в связи с чем стоимость шиберов в сравнении с зарубежными аналогами снижена в 2,3-11,6 раза.

Учитывая особые требования, предъявляемые к затворам, предназначенным для дозированного перелива металла из промежуточного ковша в кристаллизаторы МНЛЗ, при разработке отечественного образца разливочного устройства этого типа применили принципиально новую систему прижатия огнеупорных элементов. В отличие от зарубежных трехплитных затворов, устанавливаемых на промежуточные ковши и включающих жесткий корпус коробчатой формы и комплект тарельчатых пружин для создания необходимого усилия прижатия огнеупорных плит, в конструкции затвора, спроектированного в ДонНТУ, указанную функцию выполняют два балансира, выполненные в виде дугообразных упругих элементов (рис. 74).

Балансиры, размещенные под откидной рамой и контактирующие с ней своей выпуклой поверхностью, изготовлены из рессорно-пружинной стали.

Для обеспечения высоких пределов упругости и усталости материала дугообразных элементов их подвергают специальной термической обработке, заключающейся в закалке и последующем отпуске при температуре 400-520 °С.

Требуемое усилие прижима огнеупорных плит создается с помощью четырех винтов, затягиваемых при сборке затвора с использованием динамометрического ключа. Благодаря такому техническому решению обеспечивается самоустановка откидной рамы относительно верхней неподвижной обоймы и выравнивание нагрузок в стяжных винтах при неточном изготовлении огнеупорных плит и воздействии на элементы затвора интенсивных тепловых нагрузок. Причем равнодействующая сил, развиваемых стяжными винтами, во время работы затвора всегда

приложена к поверхностям плит в чоне, непосредственно прилегающей к сталевыпускному отверстию. Это обстоятельство имеет важное практическое значение, поскольку наибольшее расклинивающее усилие, вызывающее раскрытие стыка между плитами, возникает именно в этом месте при образовании металлической настыли в разливочном канале затвора.

Кроме того, при изготовлении дугообразных элементов в сравнении с питыми и тарельчатыми пружинами значительно легче стабилизировать упругие характеристики, которые в этом случае менее чувствительны к влиянию высоких температур. В связи с этим отпадает необходимость в специальных поверочных устройствах и контроле с их использованием жесткости элементов.

Фиксация огнеупорных плит в металлических обоймах осуществляется с помощью винтов и прижимных планок, что позволяет отказаться от применения растворов и сушки элементов затвора при замене отработанного комплекта огнеупорных изделий, т. е. данное шиберное устройство может использоваться как в блочном, так и кассетном вариантах. Масса затвора составляет 210 кг, что соответствует показателям лучших зарубежных аналогов. Его конструкция защищена патентом Украины [114].