Файл: Филатов, А. С. Электропривод и автоматизация реверсивных станов холодной прокатки.pdf

3.МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ

ВРАБОЧЕЙ КЛЕТИ СТАНА

В настоящее время в СССР продолжаются работы по созданию новых образцов станов холодной прокатки тонких и тончайших лент и полос.

Проектируют станы, диаметр рабочих валков кото­ рых равен 2—3 мм при длине бочки 40 мм, п станы с ра­ бочими валками диаметром 100—150 мм при длине бочки 1200 и 1700 мм. В одном случае скорость прокат­ кисоставляет 0,2 м/с, а в другом она равна 10 м/с, имеются четырехвалковые и двадцативалковые станы. Исполнение привода этих станов весьма разнообразно: однодвигательпый с шестеренной клетью, двухдвигательный (или двухъякорный) с шестеренной клетью, индивидуальный привод валка от одноякорного или двухъякориого двигателя. При таком разнообразии кон­ структивных решении выбор основных параметров при­ вода представляет собой трудную задачу.

Не удивительно поэтому, что существующие аналити­ ческие зависимости в ряде случаев не позволяют одно­ значно, без серьезных ошибок определить главные пара­ метры стана и привода. Совершенно очевидно, что в этом случае достоверные расчеты можно получить лишь при использовании экспериментальных кривых, полученных при исследовании в промышленных условиях процесса прокатки заданного сортамента па станах с параметра­ ми, близкими к вновь проектируемым. С целью создания достоверной методики выбора основных параметров при­ вода и стана холодной прокатки тонкой и тончайшей ленты и полос во ВНИИМетмаше провели исследование более 30 станов для определения потерь в рабочей клети стана и составления кривых удельного расхода энергии. Краткие сведения о результатах этих исследований при­ ведены ниже.

Вследствие большой площади соприкосновения вал­ ков и высоких давлений между валками, а также значи­ тельного числа подшипников опорных валков, потерн мощности в узлах рабочей клети многовалковых станов и станов с приводом через опорные валки достигают особенно больших величин. Это потери на трение в под­ шипниках валков; потери в местах контактов валков (потери на перекатывание) и потери холостого хода ра­ бочей клети.

22

На многовалковых станах, верхние валки которых обильно поливают маслом, а нижние практически рабо­ тают в масляной ванне, в потери холостого хода входят потери на преодоление сопротивления масла и потери, связанные с конструктивным исполнением отдельных элементов, из которых можно указать потери на трение наружных колец подшипников опорных валков о боко­ вые кольца и потери на трение в местах фиксации вал­ ков от осевых смещений.

Потери в подшипниках качения

В настоящее время точного аналитического выраже­ ния для определения момента трения в подшипниках качения нет. Наиболее широкое рас­ пространение для расчета потерь в подшипниках прокатных станов по­ лучила формула:

ротивления, связанные с трением ка­ чения. Признанной схемы, поясня­ ющей явление качения, в настоящее время' нет.

При соприкосновении под нагруз­ кой двух цилиндрических тел обра­ зуется площадка смятия Ъ (рис. 8,а). Напряжения, согласно теории

Герца—Беляева, распределены по эллиптическому зако­ ну с осью симметрии в центре площадки. В процессе пе­ рекатывания (рис. 8, б) участок 1—2 находится в области исчезающих деформаций, участок 2—3 — в области нара­ стающих деформаций. Явление гистерезиса, причиной ко­

23

торого является внутреннее трение в материале; приво­ дит к перераспределению давлений на контактной пло­ щадке, что в свою очередь вызывает смещение равнодей­ ствующей давления на величину т (рис. 8, б ) . Момент сопротивления перекатыванию определяют по формуле:

Мтр = Nm.

В этом случае величину т, согласно теории Колчина, определяют следующим образом:

т = ф.

Здесь

уравнению Герца—Беляева для значения коэф­ фициента Пуассона |х=0,3;

Е— модуль упругости валков; Ф—коэффициент, характеризующий точку приложе­

ния усилия N;

гг и г2— радиусы цилиндров.

А. В. Третьяков рекомендует при расчете моментов сопротивления перекатыванию валков станов холодной прокатки, в зависимости от конкретного случая, при­ нимать ф = 0,1-г-0,2. Тогда

Представляет интерес уравнение Стоуна. В резуль­ тате наличия гистерезисиого явления, давление в зоне разгружения исчезает и переходит в зону нарастающих деформаций. Это приводит к увеличению Ъ' (рис. 9). Стоун находит эту величину по формуле Герца для сим­ метричного случая нагружеиия, приняв, что на участке 2—3 действует полная сила N

24

ющих деформаций удельные давления распределены по эллиптическому закону:

к двадцативалковому стану привели к следующей зави­

25

Для системы валков, имеющей соотношения, отлич­ ные от приведенных, вводят поправочный коэффициент:

В случае простого перекатывания, когда необходимо учитывать потери на трение между рабочими валками,

Аналогичная работа проделана применительно к четырехвалковым станам с приводом через опорные вал­ ки. С учетом конкретных значений рабочих и опорных валков получены следующие зависимости:

для четырехвалкового стана 200

тельной мере определяется правильным выбором коэф­ фициента а. Поскольку в литературе нет достаточно обоснованных рекомендаций по этому вопросу, нами проделаны экспериментальные исследования па предмет определения мощности потерь па перекатывание непо­ средственно на станах промышленного исполнения сле­ дующих типоразмеров, двадцативалковых 400, 300 и 160 и четырехвалковых 400 и 200.

Исследование проводили с целью определения ис­ тинных потерь на стане и проверки полученных зависи­ мостей. Эксперимент осуществляли следующим обра­ зом. Сначала определяли потери холостого хода. После этого валки стана поджимались без металла под опреде­ ленным давлением, и скорость вращения валков увели­ чивали до заданной.

При установившихся скоростях вращения и различ­ ных давлениях на валки регистрировали мощность, потребляемую приводным двигателем, скорость враще-

26

11 и я и моменты па шпинделях. Последние измеряли при помощи специальной тензометрической аппаратуры.

Обработанный экспериментальный материал изо­ бражен в виде графических зависимостей Wn=f(V) на рис. 10—13. Сплошными линиями показаны поте­ ри в рабочей клети, пунк­ тирными — полная мощ­ ность потерь в главной линии стана, включаю­ щая потери в рабочей клети, шпинделях, шесте­ ренной клети и привод­

ном двигателе.

В случае применения подшипников жидкостного тре­ ния можно допустить (как это было на четырехвалковом стане 400), что момент на шпинделях целиком опре­ деляется второй составляющей — моментом потерь на перекатывание (Млер).

При наличии значений Мпер можно проверить возмож­ ность применения формулы Стоуна для определения

28

приведены в табл. 5. Таким образом, многочисленные эксперименты и анализ позволяют отметить, что потери в главной линии станов достигают значительных вели­ чин, и это обусловливает необходимость их учета при выборе привода; подсчитанные по экспериментальным

точностью расчета потерь в подшипниках опорных вал­ ков и наличием в рабочих валках дополнительных по­ терь, учесть которые либо не представляется возмож­ ным, либо это связано с большими трудностями. Имеются в виду потери, вызванные следующими явле­ ниями; перемешиванием масла как в подшипниках вал-

29

ков, так и в валковой системе. Наиболее характерны эти потери для высокоскоростного двадцативалкового ста­ на 400, валки которого обильно поливают минеральным маслом. Осевыми усилиями на валках, вызванными их неизбежным перекосом, обусловливается появление со­ противления в местах осевой фиксации валков и опор­ ных подшипников многовалковых станов.

Т а б л и ц а 5

ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ а I I ф ДЛЯ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ СТАНОВ

Во всех этих случаях наблюдается увеличение мо­ мента сопротивления при увеличении скорости прокат­ ки. Значения а и ср увеличиваются при увеличении ско­ рости и уменьшении давления между валками.

Для определения моментов на шпинделях вновь про­ ектирующихся станов, близких по характеристикам к указанным в табл. 1, могут быть использованы зависи-

30