Диссертация (Совершенствование технологии и конструкции стана для прокатки прецизионных труб малого диаметра), страница 5

Радиус ведущейшестернивыбираетсякакнекотораяусредненнаявеличина,имеющаядопустимое отклонение от действительного катающего радиуса для данногомаршрута и данного материала прокатываемой трубы. Только в какой-то точкеочага деформации эта величина будет равна действительному катающемурадиусу.Характерраспределениядействительногоипринудительногокатающего радиуса по длине очага деформации показан на примере маршрутапрокатки 60х6мм – 30х3мм (Рисунок 1.15).Это несовпадение оказываетбольшое влияние на величину осевых сил.Очевидно, что если бы в процессе прокатки величина катающегорадиуса калибра валков в каждой точке прямого и обратного хода совпадалабы с радиусом начальной окружности ведущей шестерни, то скорость металлаотносительно валков была бы равна нулю.

Однако при несовпадении величиндействительного катающего радиуса и радиуса ведущей шестерни возникаетразнонаправленная относительная скорость, вследствие чего возникаютразнонаправленные осевые силы.Иными словами, при прокатке на станах ХПТ валок вращается соскоростью, пропорциональной радиусу начальной окружности ведущей35 шестерни,приэтомвалокстремитсявращатьсясоскоростью,пропорциональной величине действительного катающего радиуса, а этоРисунок 1.15. Пример для маршрута прокатки 60х6мм – 30х3мм. 1- изменениезначения действительного катающего радиуса; 2-значениерадиуса начальной окружности ведущей шестерни; 3 –точкаравенства действительного катающего радиуса и радиусаначальной окружности ведущей шестернивеличина переменная по длине хода клети.

Такое рассогласование скоростей иприводит к возникновению осевых сил. Подробнее этот вопрос рассмотрен вГлаве 4.Осевые силы при холодной прокатке являются причиной того, чтогоризонтальные проекции сил, действующие в самом очаге деформации,взаимно не уравновешены. Осевые силы определяются путем суммированияна ось прокатки проекций всех сил, действующих на заготовку в мгновенномочаге деформации (Рисунок 1.16). Их величина в значительно мереопределяется горизонтальной проекцией:36 - равнодействующей сил трения в зонах опережения и отставания;- равнодействующих контактных сил трения между оправкой иметаллом.Рисунок 1.16.

Схема очага деформации с действующими силами припрямом и обратном ходе клети [32]37 При суммировании всех сил на ось X получаютсяследующиеуравнения:  P sin  пр  Pоп cos  пр  Pопр sin  ;Q пр  Pопрт cos  Pотс cos wпр  Pопр sin Q обр  P sin  обр  Pоп cos  обр  Pопрт cos  Pотс cos wобргдеР—равнодействующаянормальныхдавлений(1.9)междукалибром и металлом;РОП, РОТС — соответственно равнодействующаяконтактныхсилтрения в зоне опережения и зоне отставания;Ропр — равнодействующая нормальных давлении между оправкой иметаллом;εпр, εобр — соответственно, углы между направлением действия силыР и вертикалью при прямом и обратном ходах клети; пр - угол между направлением равнодействующих контактных силтрения в зоне опережения и горизонталью при прямом ходеклети; пр' ,'обр-уголмеждунаправлениемравнодействующихконтактных сил трения в зоне отставания и горизонтальюпри обратном ходе клети, - угол наклона образующей оправки.В общем случае в очаге деформации могут быть три зоны:опережения, отставания и прилипания.

Зона прилипания не принимается вовнимание, потому что она незначительна по величине. Известно, что ввершине калибра будет опережение, а в областях, примыкающих кребордам, отставание. По длине контактной поверхности граница этих зонпредставляет собой пространственную кривую, очерченную переменнойвеличиной катающего радиуса.Исследования показали, что осевые силы, возникающие при обратном ходеклети, значительно превышают силы при прямом ходе клети. Следовательно,38 возникновение осевых сил при обратном ходе происходит не только из-заотличия катающего и радиуса начальной окружности ведущей шестерни.Причинами этого является и то, что:- направление сил трения на всей поверхности ручья совпадает снаправлением движения рабочей клети;- изменение схемы деформации [32].В работе Ю.Ф.

Шевакина говорится, что при прокатке труб с толщинойстенки t тр >1 мм величина осевых сил, возникающих при прокатке на станахХПТ, равна 10-15% от величины силы прокатки:Q  0.1...0.15 P .(1.10)При прокатке труб с толщиной стенки t тр <1 величина осевых силотносительно сил прокатки резко увеличивается и уже составляет 25-40% [98]:Q  0.2  0.45 P .(1.11)Осевые силы, возникающие при прокатке таких труб, а такжетонкостенных и особотонкостенных, не дают повысить производительностьстанов ХПТ. Уменьшение величины осевых сил при прокатке труб малогодиаметра может быть достигнуто двумя путями: уменьшением коэффициентатрения и максимальным приближением значения принудительного катающегорадиуса к действительному [98].На величину осевых сил оказывают влияние и свойства смазки,применяемой при прокатке, а также чистота поверхности оправки, величинавыпусков ручья и конусности зоны редуцирования. Уменьшение коэффициента трения между рабочим инструментом идеформируемым металлом позволяет снизить осевые силы.

Это может бытьдостигнуто выбором смазки с большими антифрикционными свойствами, атакже за счет тщательной подготовки поверхности рабочего инструмента [35,42-44]. Уменьшение развала ручья калибра также приводит к уменьшениюосевых сил. Эти способы снижения осевых сил в данной диссертационнойработе рассматриваться не будут.39 Наиболее существенного снижения осевого усилия можно добиться,применяя ведущие шестерни с оптимальным радиусом начальной окружности.Из условия равновесия горизонтальных проекций сил, действующих в очагедеформации, можно сделать следующие выводы:- по длине ручья калибров радиус начальной окружности ведущейшестерни – величина переменная;- расчетный радиус начальной окружности ведущей шестерни дляобратного хода клети на 5-10% меньше, чем для прямого хода [32].Наиболее простым решением можно считать установку на станах ХПТведущей шестерни со средним для прямого и обратного ходов радиусомначальной окружности.

На практике это достигается применением несколькихкомплектов ведущих шестерен для одного стана. Для станов большоготипоразмера целесообразно иметь несколько комплектов ведущих шестерен сразличным радиусом начальной окружности. При этом каждый комплектведущих шестерен имеет радиус начальной окружности, оптимальный толькодля определенной части сортамента прокатываемых труб, и это не даетжелаемого снижения осевых сил.

Как говорилось ранее, это связано с тем, чтодействительный катающий радиус величина переменная по длине хода клетидаже для одного маршрута. Была предложена попытка обеспечить перемещениеклети и угла поворота каждого прокатного валка по определенной зависимости[87].Для уменьшения значения осевых сил ранее было предложены различныеконструктивные решения [86].1.3.1 Применение шестерни с дробным числом зубьевДля снижения осевых сил при прокатке тонкостенных труб былопредложено использовать в приводе валков клети стана стационарные рейки ивзаимодействующие с ними шестерни со стандартным модулем зацепления,40 при этом приводные шестерни выполнены с дробным числом зубьев на длинеих делительной окружности (Рисунок 1.17). Величина начальной окружностиведущей шестерни, в данном случае и величина принудительного катающегорадиуса, кратна числу зубьев шестерни.

Применение ведущих шестерен сдробным числом зубьев позволяет приблизить радиус начальной окружностиведущих шестерен к расчетному усредненному катающему радиусу для этогомаршрута прокатки.Дробный зуб шестерен в работе не участвует, на ход прокатки не влияет,так как эта часть шестерен в зацепление с рейкой не входит [69]. Приприменении такого привода валков клети угол разворота шестерни не долженпревышать 300º-330º, что ведет к снижению производительности стана. Этотметод также не позволяет менять значение радиуса в процессе прокатки.Рисунок 1.17.

Приводная шестерня с дробным числом зубьев на длине ееделительной окружности [69]41 1.3.2 Привод вращения валков клети с механизмом перемещениязубчатых реек Другим способом снижения осевых сил является использование приводавалков клети станов ХПТ с подвижной рейкой.При прокатке валки совершают возвратно-поступательные и возвратновращательные движения, при этом рейка перемещается в направлениидвижения клети. Перемещение рейки позволяет корректировать диаграммускоростей точек ручья валка.При использовании привода валков клети с неподвижной рейкойдиаграмма скоростей движения точек ручья калибра будет выглядеть какизображено на Рисунке 18, а.

В этом случае катающий радиус валков будетравен радиусу начальной окружности ведущих шестерен RНО . В общем случаезначение RНО не совпадает со значением действительного катающего радиусани при прямом, ни при обратном ходе. Равенство возможно только в однойточке по всей длине очага деформации.Перемещение рейки по направлению движения клети позволяетобеспечить согласование поступательной и окружной скоростей в соответствиис некоторым расчетным значением катающего радиуса RK , отлично от RНО . Этоизменит относительную скорость отдельных точек рабочей поверхностикалиброввдольпрокатываемойтрубы(Рисунок1.18,б),изменяясоответственно значение относительной скорости.

В этом случае катающийрадиус RK будет определяться т. А.Необходимое направление и значение скорости рейки определяетсяисходя из расчетного значения катающего радиуса и радиуса начальнойокружности ведущей шестерни.Изменяя скорость реек, появляется возможность изменять скоростьперемещения валков рабочей клети станов ХПТ относительно прокатываемой42 трубы в соответствии с изменением действительного значения катающегорадиуса по длине хода клети для прокатываемого размера трубы. Рисунок 1.18.

Эпюры скоростей точек ручья валкаДля перемещения реек использовались различные механизмы. В одной изпоследнихпредложенныхконструкцийвкачествемеханизма,осуществляющего перемещения реек, применены гидроусилители (Рисунок1.19) 3, управляемые кинематическим профилированным кулачком 1 черезрычажную систему 2. Перемещение реек производится гидроусилителем встрогом соответствии с профилем кулачка. Кулачек, задающий закон движениязубчатых реек, получает вращение от главного привода, причем один обороткулачка соответствует одному двойному ходу клети [3].При таком способе снижения осевых сил изменение катающего радиусапри прямом и обратном ходе одинаково. Однако перемещение реек припрокатке вызывает дополнительные динамические нагрузки.43  Рисунок 1.19.