Устройство и кинематическая схема привода

Общий вид и кинематическая схема главного привода представлены на рис.5.1 и 5.2. Он предназначен для вращения рабочих валков и включает следующие узлы и детали.

Двигатель 1 постоянного тока типа ДП-З2 мощностью частотой вращения .

Фланцевая муфта 2, передающая предельный крутящий момент
630 Нм.

Редуктор и шестеренная клеть, совмещенные в одном корпусе 3, с общим передаточным числом .

Универсальные шпиндели 4, соединяющие шестеренную клеть с рабочими валками 5.

Рис.5.1. Привод рабочих валков

Рабочие 5 и опорные 6 валки выполнены из стали 45Х. Рабочие валки вращаются в бронзовых вкладышах подшипников скольжения 7, а опорные – в двухрядных роликовых подшипниках качения 8.

Для смазывания подшипников валков используется пластичный смазочный материал марки «Литол 24» по ГОСТ 21150-75.

Привод обеспечивает плавное регулирование окружной скорости рабочих валков от 0 до 2 м/с.

Рис.5.2. Кинематическая схема главного привода

Привод служит для передачи энергии от двигателя 1 к рабочим элементам – рабочим валкам 5 и преодоления работы сопротивления деформации полосы, т.е. создания такого усилия (момента), действующего со стороны валков на полосу, которые обеспечат возникновение пластической деформации ее материала.

Для достижения поставленной цели – определения показателей безотказности и долговечности основных деталей и узлов привода прокатных валков необходимо знать условия их нагружения. Для того чтобы оценить условия их нагружения, в первую очередь необходимо определить геометрические и энергосиловые характеристики (параметры) очага деформации. Алгоритм решения этой задачи и расчет указанных параметров для заданных условий прокатки представлен в следующем подразделе пособия.

5.2. Определение геометрических
и энергосиловых параметров прокатки

5.2.1. Алгоритм расчета

При продольной прокатке полос в очаге деформации со стороны деформируемого металла на валки в каждой точке дуги контакта действуют нормальные (направленные по радиусу к центру валка) и касательные (направленные по касательной к дуге контакта) напряжения. Интегральное действие этих напряжений можно выразить векторами сил: нормальной и касательной , которые в сумме дадут силу , называемую усилием прокатки (рис. 5.3).

Рис. 5.3. К определению параметров прокатки

Алгоритм расчета основных энергосиловых параметров прокатки - усилия , момента и мощности , построим согласно упрощенной методике работ [11, 23, 24].

В инженерной практике усилие прокатки определяют через среднее удельное давление металла на валки () и площадь контакта металла с валками ():

, (5.1)

где – площадь контакта;

– ширина полосы;

– длина очага деформации (см. рис. 5.3).

Для простого случая прокатки (см. рис. 5.3) длина очага деформации определяется по выражению [11, 23, 24]

, (5.2)

где – радиус рабочих валков;

– абсолютное обжатие полосы валками.

Среднее удельное давление металла на валки для любого случая прокатки

, (5.3)

где – фактическое сопротивление металла деформации при линейном напряженном состоянии;

– коэффициент напряженного состояния (учитывает вид напряженного состояния металла при прокатке).

При холодной прокатке сопротивление деформации определяют с учетом упрочнения металла в очаге деформации по условию [11, 23, 24]

, (5.4)

где – предел текучести металла до деформации (на входе в валки);

– предел текучести металла после деформации (на выходе из валков).

Второй член уравнения (5.3) может быть определен произведением [11, 23, 24]

, (5.5)

где – коэффициент, учитывающий влияние ширины полосы;

– коэффициент, учитывающий влияние внешнего трения на контакте металла с валками;

– коэффициент, учитывающий влияние внешних зон (ширина полосы);

– коэффициент, учитывающий влияние натяжения полосы.

Рассмотрим определение этих коэффициентов.

Коэффициент в уравнении (5.5) зависит от соотношения ширины полосы и длины очага деформации - .

При , когда имеются благоприятные условия для уширения металла, .

При широком очаге деформации, когда и уширения нет, .

Для промежуточных значений величина определяется по табл. 5.1.

Таблица 5.1

Значения показателя

Второй член в уравнении (5.5) – коэффициент определяется в зависимости от условий скольжения металла по поверхности рабочих валков [23].

Если условия деформации таковы, что

, (5.6)

то в очаге деформации возникают только зоны скольжения (отставания и опережения) металла по поверхности валка и величина

. (5.7)

Если для заданных условий прокатки неравенство (5.6) не выполняется, то в очаге деформации между зонами скольжения возникает зона прилипания металла к валкам, условия трения металла на контакте резко меняются и коэффициент определяется из выражения

. (5.8)

В уравнениях (5.6)–(5.8):

– длина очага деформации;

– средняя по очагу деформации толщина полосы;

– относительное обжатие полосы при прокатке;

;

– коэффициент, характеризующий условия трения на контакте.

Значение в зависимости от величины коэффициента трения можно определить из табл. 5.2.

Таблица 5.2

Значения показателя

	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
	8,00	2,30	0,85	0,28	0,00

Коэффициент в выражении (5.5) учитывает влияние на так называемых внешних зон - объемов металла, находящихся до и после очага деформации.

При , когда прокатывается весьма «высокая» полоса:

. (5.9)

При прокатке тонких полос, когда , и влияние внешних зон не учитывается.

Коэффициент в условии (5.5) учитывает влияние на натяжения полосы, которое чаще всего применяют при холодной прокатке тонких полос.

Величину определяют по уравнению

, (5.10)

где – среднее напряжение натяжения;

, – напряжения заднего и переднего натяжения полосы;

– сопротивление деформации при линейном напряженном состоянии (см. (5.4));

– коэффициент влияния ширины полосы (см. (5.5) и табл. 5.1).

Определив , , , , по условию (5.5) можно найти величину .

Затем, учитывая (5.4), по условию (5.3) найдем значение среднего удельного давления металла на валки .

После этого из выражения (5.1) можно найти искомое усилие прокатки без натяжения полосы, когда в рабочих валках на «заправочной» (медленной) скорости прокатывают передний конец полосы перед заправкой его в моталку.

Момент прокатки определяют как момент сопротивления, создаваемый усилием прокатки относительно центра валка (см. рис. 5.3), который необходимо преодолеть двигателю, чтобы осуществить процесс деформации переднего конца полосы:

, (5.11)

где – плечо приложения усилия прокатки;

– количество валков, приводимых во вращение двигателем;

– коэффициент плеча, показывающий какую часть длины контакта составляет плечо приложения силы .

Коэффициент плеча может быть найден из условия [23]:

, (5.12)

где .

Выражения (5.1) – (5.12) применяют для определения усилия и момента при прокатке переднего конца рулона перед его заправкой в барабан моталки, т.е. при прокатке без продольного натяжения полосы.

После заправки переднего конца рулона в барабан моталки и возникновения переднего и заднего напряжений натяжения полосы, в условиях установившегося режима прокатки, значения этих параметров изменяются и становятся равными и .

Это происходит по следующим причинам.

Во-первых, при расчете усилия прокатки полосы с натяжением по выражениям (5.1) – (5.10) необходимо учесть его снижение по сравнению с величиной . Это происходит из-за уменьшения значения коэффициента натяжения , определяемого условием (5.10). При прокатке без натяжения входящие в условие (5.10) напряжения заднего и переднего натяжения полосы равны нулю - , а коэффициент .

При возникновении напряжений и величина уменьшается (см. (5.10)), что приводит к снижению усилия прокатки, т.е. .

Во-вторых, при расчете момента необходимо учитывать дополнительный момент , создаваемый силами переднего и заднего натяжения (см. рис. 5.3):

. (5.13)

С учетом момента от натяжения полосы момент прокатки для установившегося режима определяют выражением

. (5.14)

Мощность прокатки соответственно для режима прокатки без натяжения и с натяжением определяют в виде:

; (5.15,а)

, (5.15,б)

где – угловая скорость валков;

, – окружная скорость валков (скорость прокатки) при заправке конца полосы (5.15.а) и в установившемся режиме (5.15.б) соответственно;

– радиус рабочих валков.

5.2.2. Расчет параметров прокатки

Расчет геометрических и энергосиловых характеристик выполним по алгоритму (5.1) – (5.15) для следующих условий прокатки (см. рис. 5.3):

1. Исходная толщина полосы .

2. Конечная толщина полосы .

3. Ширина полосы .

4. Материал полосы сталь 08сп.

5. Предел текучести стали 08сп исходный .

6. Предел текучести после прокатки .

8. Переднее натяжение полосы .

9. Заднее натяжение полосы .

10. Коэффициент трения при прокатке .

11. Окружная скорость валков при заправке .

12. Окружная скорость валков при прокатке .

13. Радиус рабочих валков .

Решение

1. Расчет геометрических параметров прокатки (см. (5.8)).

Средняя по очагу деформации толщина полосы

.

Абсолютное и относительное обжатие полосы

; .

Длина дуги контакта по (5.2) (см. рис. 5.3):

.

2. Расчет среднего давления металла на валки по (5.3)

.

В этом выражении сопротивление металла деформации при линейном напряженном состоянии по (5.4)

.

Коэффициент напряженного состояния по (5.5)

,

где – коэффициент ширины по табл. 5.1 при .

Для определения коэффициента внешнего трения проверим в очаге деформации наличие или отсутствие зоны прилипания по условию (5.6). Для этого определим:

и для (см. табл. 5.2).

Так как и по условию (5.6) зона прилипания отсутствует, величину найдем по (5.7) при .

В этом случае

.

Третий член в условии (5.5) - коэффициент внешних зон ,

так как .

Последний член в условии (5.5) - коэффициент натяжения , определим по выражению (5.10):

без натяжения, при

;

с натяжением, по (5.10)

.

Таким образом, среднее удельное давление металла на валки по выражению (5.3), с учетом (5.5), составит:

без натяжения (при заправке рулона, когда ):

;

с натяжением полосы (установившийся режим, когда ):

.

3. Расчет усилия прокатки по условию (5.1):

без натяжения полосы

;

с натяжением полосы

.

Таким образом, применение натяжения полосы при холодной прокатке снижает среднее давление с до , а усилие прокатки - с до (примерно на 19%).

4. Расчет момента прокатки:

а) коэффициент плеча, при , , по (5.12):

;

б) момент прокатки полосы:

без натяжения, при , по (5.11):

с натяжением, при , по (5.14):

где момент натяжения по (5.13):

5. Расчет мощности прокатки по (5.15. а, б):

без натяжения

с натяжением

где и – окружная скорость рабочих валков при заправке и в установившемся режиме соответственно.

Таким образом, максимальные значения энергосиловых параметров прокатки, которые следует учитывать при оценке надежности деталей и узлов главного привода, составляют:

усилие прокатки – ;

момент прокатки – ;

мощность прокатки – .

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: