Cabezal devanador para formar bobinas de productos laminados continuos y sustancialmente rectilíneos,

que comprende una estructura de soporte (2), un rotor (3) adaptado para girar alrededor de su propio eje (X) bajo la acción de unos medios motores y mantenido en rotación mediante la estructura de soporte (2) por medio de unos rodamientos (4), caracterizado porque sólo hay dos rodamientos y porque al menos uno de los dos rodamientos (4) incorpora unos medios de amortiguación de vibraciones que comprende un rodamiento con película de aceite (10) de tipo hidrodinámico

Cabezal devanador con dispositivo amortiguador de vibraciones.

Campo de la invención

La invención se refiere a un cabezal devanador que posee un dispositivo amortiguador de vibraciones para enrollar productos de acero laminado sustancialmente rectilíneos, tales como alambre, varillas, o similares.

Técnica anterior

Una solución relativamente común que se utiliza en la elaboración de cabezales devanadores consiste en proporcionar un rotor en el que alojar el tubo de devanado. El rotor está sostenido en voladizo sobre un cuerpo de estator por medio de dos rodamientos de rodillos, o soportes, y, a su vez, el cuerpo del estator está fijado firmemente a una base que forma una unidad con el suelo. El rotor gira alrededor de su propio eje, generalmente a velocidades angulares elevadas, que alcanzan las 2.200 rpm, lo que corresponde a una velocidad de laminado de 120 m/s. La rotación se produce mediante un motor interno conectado por medio de un sistema de transmisión de engranaje cónico. Algunos tipos de cabezales devanadores poseen rotores que incorporan el motor en su interior y montan el estator del motor de manera coaxial.

En un cabezal devanador, es inevitable que los componentes giratorios pierdan el equilibrio dinámico a consecuencia del desgaste sufrido por el tubo durante su funcionamiento, lo cual produce vibraciones que aumentan de intensidad a medida que aumenta la velocidad de rotación.

Concretamente, estas vibraciones se amplifican debido a los efectos dinámicos producidos cuando las velocidades de rotación se aproximan a unas velocidades características del sistema: las velocidades críticas.

Estas amplificaciones dinámicas producen intensas vibraciones que resultan perjudiciales para la integridad estructural, y, de hecho, limitan las velocidades máximas de funcionamiento que se pueden alcanzar.

En los cabezales devanadores del tipo convencional que se usan actualmente, se producen fenómenos de amplificación dinámica a partir de entre 2.000 y 2.200 rpm, que son, por tanto, las velocidades máximas de funcionamiento que pueden alcanzar estas máquinas en la actualidad.

Por lo tanto, a lo largo del tiempo, se ha intentado obtener un medio de aumentar las velocidades críticas de los cabezales devanadores con el fin de aumentar las velocidades máximas de funcionamiento.

El documento US 6543712, correspondiente al preámbulo de la reivindicación 1, tiene por objeto lograr una velocidad de laminado superior a 120 m/s. Para lograrlo, se usa un tercer soporte, dispuesto en la posición intermedia entre los dos rodamientos, y de este modo se reduce la deformación del eje del rotor, con lo cual, aumenta el valor de las velocidades críticas.

Este tipo de soporte está formado por rodillos dispuestos radialmente con respecto al eje, pero este dispositivo es muy complicado desde el punto de vista mecánico y su eficiencia es escasa, ya que los rodillos también tienen su propia flexibilidad. Al tener diámetros pequeños, los rodillos se ven sometidos a altísimas velocidades de rotación. Otro inconveniente de esta solución radica en el hecho de que las diferencias, incluso mínimas, en la coaxialidad entre los rodamientos terminales y el soporte añadido provocan unas vibraciones inaceptables en el sistema.

El documento EP 684093 propone el uso de rodamientos magnéticos para sostener el cabezal, con la ventaja de lograr altas velocidades de rotación del rotor, aproximadamente 3.000 rpm, que corresponden a una velocidad de laminado de 160 m/s, sin producir vibraciones. Uno de los inconvenientes de este tipo de dispositivo es su alto coste.

En cambio, un tercer documento, el US2003/0113049, describe una unidad para facilitar la rotación de un husillo en el alojamiento de un cabezal devanador. Esta unidad comprende un primer y un segundo rodamiento de rodillos mecánico, separados axialmente e interpuestos entre el husillo y el alojamiento. Se aplica una fuerza radial al primer rodamiento previa a la carga, en una primera zona a lo largo de su circunferencia. A esta fuerza previa a la carga se opone una fuerza de reacción que actúa sobre el segundo rodamiento en una segunda zona a lo largo de su circunferencia, a una distancia angular de 180º con respecto a la primera zona. De este modo, se reducen parcialmente algunos huelgos y las vibraciones correspondientes, pero la solución no resulta muy práctica y no se pueden obtener resultados óptimos.

Un cuarto documento, la patente EP0679453, propone una reducción de la zona en voladizo del rotor en el que está instalado el tubo, con el fin de aumentar las velocidades críticas. Para lograrlo, el diámetro del rodamiento de rodillos mecánico en el lado de la salida del producto laminado, que normalmente es de aproximadamente 400 mm, se aumenta hasta 500 mm, atendiendo a las nuevas dimensiones del tubo. Se sabe que los rodamientos mecánicos de rodillos de estas dimensiones alcanzan puntos particularmente críticos a altas velocidades de rotación y, por lo tanto, esta solución no resulta muy práctica y, además, estos rodamientos mecánicos se rompen con frecuencia.

Resumen de la invención

Por lo tanto, el principal objeto de la presente invención consiste en producir un cabezal devanador que pueda funcionar a una velocidad de laminación superior a 120 m/s, preferentemente, al menos 140 m/s, sin verse afectado por vibraciones nocivas provocadas por fenómenos de amplificación dinámica. La invención también debe permitir lograr este objetivo con unos costes de ingeniería aceptables, son complicar mecánicamente los dispositivos y sin dar lugar a unas condiciones rigurosas de desgaste de los elementos mecánicos.

Estos objetos se logran, de acuerdo con la reivindicación 1, proporcionando únicamente dos rodamientos en el cabezal devanador, en el que, al menos uno de los dos rodamientos (4) incorpora unos medios de amortiguación de vibraciones que comprende un rodamiento con película de aceite (10) de tipo hidrodinámico.

En el cabezal devanador se define convencionalmente un lado de entrada, situado frente al canal de alimentación del producto laminado, y un lado de salida, situado frente a la salida del producto laminado.

De acuerdo con una primera forma de realización ventajosa, el cabezal devanador de acuerdo con la invención está provisto de un dispositivo que amortigua las vibraciones.

Dicho dispositivo está situado ventajosamente en las proximidades del rodamiento mecánico situado en el lado de salida del alambre.

De acuerdo con la invención, el cabezal devanador está provisto de un dispositivo de amortiguación de vibraciones de tipo pasivo, más concretamente de tipo hidráulico, que sustituye o incorpora ventajosamente el rodamiento de rodillos mecánico convencional situado en el lado de salida del alambre. El principio de funcionamiento de dicho dispositivo se basa en la capacidad de soportar y absorber las cargas dinámicas de una capa delgada de fluido viscoso, denominado en lo sucesivo meato. El dispositivo posee la doble función de proporcionar un soporte hidrodinámico para el eje del rotor y de amortiguar las oscilaciones hidráulicamente, además de limitar las amplificaciones dinámicas que se producen cerca de las velocidades de rotación críticas.

Dicho dispositivo utiliza ventajosamente el mismo aceite que lubrica el rodamiento mecánico, que colabora con el lado de salida del producto laminado, y el acoplamiento cónico mediante el cual, impulsado por el motor, se acciona el cabezal devanador.

El dispositivo hidráulico puede comprender un rodamiento o casquillo lobulado o, provechosamente, un cojinete de segmentos con oscilación radial, que permite obtener una mayor estabilidad en la película de aceite. Estos rodamientos del dispositivo hidráulico presentan la ventaja de poseer una vida útil hasta 100 veces más larga en comparación con la de un rodamiento de rodillos convencional y, debido a su capacidad para soportar grandes cargas dinámicas y para absorber oscilaciones dinámicas, permiten reducir sustancialmente las vibraciones en un cabezal devanador, incluso para valores de desequilibrio del rotor considerables.

De acuerdo con una forma de realización, el dispositivo hidráulico puede sustituir ambos rodamientos de rodillos convencionales.

De acuerdo con otra forma de realización, en las proximidades del lado de entrada del producto laminado se encuentra al menos un rodamiento hidrodinámico de tipo axial.

Breve descripción de las figuras

Los expertos en la materia...

1. Cabezal devanador para formar bobinas de productos laminados continuos y sustancialmente rectilíneos, que comprende una estructura de soporte (2), un rotor (3) adaptado para girar alrededor de su propio eje (X) bajo la acción de unos medios motores y mantenido en rotación mediante la estructura de soporte (2) por medio de unos rodamientos (4), caracterizado porque sólo hay dos rodamientos y porque al menos uno de los dos rodamientos (4) incorpora unos medios de amortiguación de vibraciones que comprende un rodamiento con película de aceite (10) de tipo hidrodinámico.

2. Cabezal devanador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada uno de los rodamientos (4) incorpora dichos medios de amortiguación de vibraciones.

3. Cabezal devanador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que, en las proximidades de un lado de entrada del producto laminado, se proporciona al menos un rodamiento hidrodinámico de tipo axial.

4. Cabezal devanador de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho rodamiento hidrodinámico (10) es del tipo de segmentos oscilantes.

5. Cabezal devanador de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho rodamiento hidrodinámico (10) es de tipo lobulado.

6. Cabezal devanador de acuerdo con la reivindicación 5, en el que en dicho rodamiento hidrodinámico (10) se proporcionan tres lóbulos.

7. Cabezal devanador de acuerdo con la reivindicación 5, en el que en dicho rodamiento hidrodinámico (10) se proporcionan dos lóbulos.

8. Cabezal devanador de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la disposición de los lóbulos del rodamiento es asimétrica.

9. Cabezal devanador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el rodamiento con película de aceite (24) es del tipo de "película comprimida".