РОЗДІЛ 2
ВИЗНАЧЕННЯ ВІСЬОВИХ СИЛ В ОСЕРЕДКУ ДЕФОРМАЦІЇ ПРИ ХОЛОДНІЙ ПІЛЬГЕРНІЙ ПРОКАТЦІ
2.1. Аналіз зміни катаючого радіуса
Автором дисертації були розраховані радіуси початкового кола ведучої шестірні, при яких вісьові сили дорівнюють нулю для маршрутів прокатки 95х7->32x4,5 мм (рис. 2.1) та 95х7->58,2x5,4 мм (рис. 2.2) виходячи з розрахунку калібровки та моментів за методом Шевакіна Ю. Ф. [5].
Рис. 2.1. Графік зміни величини радіусу початкового кола ведучої шестірні вздовж зони обтиску стінки (стан ХПТ-90, маршрут прокатки 95х7->32x4,5 мм, сталь ШХ15)
Вісьові сили виникають саме тому, що при розбіжності природного та примусового катаючих радіусів валків збільшується зона відставання, і вона тим більше, чим більше обтиск по стінці та діаметру труби. Отже, наближаючи примусовий катаючий радіус до природного, можливо збільшити обтиск металу.
Рис. 2.2. Графік зміни величини радіусу початкового кола ведучої шестірні вздовж зони обтиску стінки (стан ХПТ-90, маршрут прокатки 95х7->58,2x5,4 мм, сталь ШХ15)
Як видно з наведених прикладів, радіус шестірні змінюється по довжині ходу робочої кліті. Можна зазначити, що не тільки змінюється по довжині ходу, але й приймає різні значення для прямого і зворотного ходів робочої кліті. Порівняння рис. 1.14 з рис. 1.15 для різних маршрутів прокатки говорить про те, що розбіг радіусів шестірні, при яких вісьові сили дорівнюють нулю, зі збільшенням обтиску по діаметру та стінці зростає. Так, для маршруту 95х7->58,2x5,4 мм розбіг складає 1,5 мм, а для маршруту 95х7->32x4,5 мм дорівнює 7 мм.
З розглянутих конструкцій приводу валків максимально відповідає вимогам зміни катаючого радіусу валків привод [12], якщо рейку приєднати до електроприводу. Тоді регулювання кутової швидкості валка буде здійснюватись за допомогою заданого обертання ротора.
Отже, механізм управління катаючим радіусом валка дає змогу виробляти труби не за два, а за один прохід. Скорочення кількості проходів призводить до економії не тільки на технологічних операціях таких як травлення, розрізка на необхідні довжини, нанесення мастильного покриття й т. ін., але й на скороченні витрат на динамічні навантаження (наприклад, розгін та гальмування робочої кліті). Була обчислена остання стаття витрат для наведених маршрутів прокатки. Розрахунки показали, що витрати енергії на стані ХПТ при виробництві труб за маршрутом 95х7->58,2x5,4 мм; 58,2х5,4->32x4,5 мм складають 857 кВтч/т, а при виробництві труб за маршрутом 95х7->32x4,5 мм - 438 кВтч/т.
2.2. Аналіз зміни кутової швидкості
Розглянемо питання впливу величини примусового катаючого радіусу на кутову швидкість обертання валків. Тобто, визначимо яка кутова швидкість обертання валків відповідає оптимальному катаючому радіусу. На рис. 2.3 показано як змінюється оптимальна кутова швидкість валків для маршруту 58х3,5->38х1,2 мм.
Рис. 2.3. Залежність кутової швидкості валка від часу подвійного ходу робочої кліті
Кутова швидкість валків залежить від швидкості робочої кліті. Якщо валок має індивідуальний привод, тоді швидкість валків відносно робочого конусу визначається сумою кутової швидкості валків та швидкості робочої кліті (швидкість кліті і валків не пов'язані між собою).
2.3. Аналіз впливу витяжки на вісьові сили
Калібровка інструменту відіграє основну роль при холодній пільгерній прокатці труб. Кожен тип калібровки характеризується своїми визначаючими ознаками. Калібровка першого типу характеризується постійною або ступінчастою конусністю рівчака та постійною конусністю оправки. Другий тип характеризується змінною конусністю рівчака, постійною або ступінчастою конусністю оправки. Третій тип характеризується змінною конусністю рівчака та оправки [8]. Кожен з типів калібровок характеризується величиною витяжки по стінці та по діаметру. Якщо змінювати величину коефіцієнта часткової витяжки по товщині стінки (формула 2.1) по довжині робочого конусу, то при незмінній сумарній деформації (коефіцієнта часткової витяжки) буде змінюватись й величина коефіцієнта часткової витяжки по діаметру (формула 2.2).
Коефіцієнт часткової витяжки по товщині стінки:
, (2.1)
де - коефіцієнт часткової витяжки по товщині стінки; , - товщина стінки на границях ділянки довжиною , що містить об'єм подачі.
Коефіцієнт часткової витяжки по діаметру:
, (2.2)
де - коефіцієнт часткової витяжки.
Проведено дослідження впливу режиму деформування на зміну величини вісьових сил по довжині ходу робочої кліті. Як показано в роботі [8], значна зміна величини часткової витяжки відбувається на початку та в кінці робочого конусу. Для визначення впливу зміни величини часткової витяжки по товщині стінки на величину вісьових сил значно змінювали розподіл часткової деформації по товщині стінки, як показано на рис. 2.4. У відповідності до цього розподілу деформації по стінці обчислювалась вісьова сила за формулою Ю.Ф. Шевакіна.
Рис. 2.4. Зміна часткової витяжки по товщині стінки вздовж зони обтиску стінки: 1 - режим обтиску зі збільшенням обтиску на початку зони обтиску по стінці, 2 - режим обтиску за Ю. Ф. Шевакіним, 3 - режим обтиску зі збільшенням обтиску в середині зони обтиску стінки, 4 - калібровка типу КПО
Графіки на рис. 2.4 показують, що обрано чотири характерні типи розподілів витяжки по товщині стінки вздовж зони обтиску стінки: режим обтиску зі збільшенням обтиску на початку зони обтиску стінки, режим обтиску за Ю.Ф. Шевакіним, режим обтиску зі збільшенням в середині зони обтиску стінки, обтиск по стінці згідно калібровки пропорційних обтиснень (КПО) для маршруту прокатки 58х3,5->38х1,2 мм. Відповідні цим характерним розподілам витяжки по стінці розподіли вісьових сил показані на рис. 2.5. для прямого ходу робочої кліті.
Рис. 2.5. Зміна стискаючих вісьових сил уздовж зони обтиску стінки для прямого ходу робочої кліт