РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МЕХАНИЗМАХ КЛЕЩЕВЫХ КОЛОДЦЕВЫХ КРАНОВ, РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ
2.1. Общие сведения
Увеличение объема производства стали в черной металлургии осуществляется за счет использования прогрессивных способов разливки стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Однако доля стали, разлитая на МНЛЗ составляет не более 20% от общего производства стали. Поэтому основное производство проката осуществляется путем прокатки на блюмингах и слябингах слитков, отлитых в изложницы. Клещевые колодцевые краны обеспечивают посадку слитка в нагревательные колодцы и выдачу их к технологической линии прокатки. Повышение производительности обжимных станов определяет увеличение интенсивности загрузки колодцевых кранов.
Как показывает практика, дальнейшее увеличение скоростей для повышения производительности колодцевых кранов мало эффективно, так как при этом возрастают инерционные нагрузки; основная часть рабочего времени при выполнении операций транспортирования слитков колодцевыми кранами затрачивается на захват и освобождение слитков. Поэтому увеличение производительности колодцевых кранов целесообразно осуществлять за счет совершенствования грузозахватных органов.
Совершенствование клещей колодцевых кранов требует решения целого комплекса проблем, среди которых важное место занимает надежность захвата слитков. Под надежностью здесь подразумевается коэффициент надежности захвата, определяемый как отношение силы, сжимающей слиток, к силовому воздействию его массы. Малая величина коэффициента надежности не обеспечивает удержание слитка, а чрезмерно высокое значение коэффициента надежности приводит к значительному повреждению слитка. В практике эксплуатации колодцевых кранов известны отрицательные последствия падения слитков. Не менее актуальной является задача снижения степени повреждения слитка кернами, что приводит к дефектам при прокатке и требует дополнительных затрат для устранения брака. Повышение надежности захвата при одновременном снижении степени повреждения слитков является комплексной проблемой и требует проведения исследования грузозахватной системы "клещи-керны-слиток". Для оценки надежности такой грузозахватной системы требуется более достоверная методика, учитывающая конструктивные особенности клещей, параметры зоны пластической деформации слитка кернами и динамические процессы в подъемном механизме. Создание на основе этой методики универсальных программ позволяет автоматизировать процесс разработки грузозахватных систем на ЭВМ, что приводит к снижению затрат и средств при их проектировании и доводке.
В настоящее время разные источники рекомендуют оценивать надежность захвата силами трения между контактной поверхностью захватного органа и грузом. Такой подход не учитывает зоны пластический деформации слитка кернами и неприемлем для грузозахватных систем с керновой схемой зажима груза. Иногда надежность захвата слитков клещами колодцевых кранов оценивается соотношением между безразмерным параметром клещей и коэффициентом, характеризующим сопротивление внедрению кернов. Существенным недостатком полученных решений является то, что параметры зоны пластической деформации слитка кернами оцениваются при определенном положении кернов и не учитывается изменение угла атаки для различных растворов клещей. Кроме того, несмотря на множество работ, посвященных исследованию динамических процессов в подъемном механизме, отсутствуют данные для оценки влияния динамических характеристик грузозахватной системы на надежность захвата слитков. Реальную оценку надежности системы "клещи-керны-слиток" можно получить только на основании экспериментальных исследований, учитывающих множество реальных факторов.
2.2. Экспериментальное исследование процесса захвата слитка кернами на лабораторной установке
2.2.1. Моделирование процесса захвата слитка кернами и планирование эксперимента.
В известных работах, посвященных исследованию неустановившегося пластического течения при внедрении клина в жестко-пластическую среду, отсутствуют данные,. позволяющие установить связь между нормальными и тангенциальными силами. Цель эксперимента - определить критические значения тангенциальной силы, при которой происходит смещение, зажатого кернами образца, в направлении тангенциальной силы. Величина критической тангенциальной силы в реальных клещевых устройствах определяется массой слитка и при определенных соотношениях силы внедрения кернов и тангенциальной силы возможно выскальзывание слитка из клещей. Задача сводится к определению этих соотношений при различных комбинациях силы внедрения и угла при вершине керна. Глубина внедрения кернов позволяет произвести количественную оценку характера изменения площади контакта керна со слитком.
Моделирование обеспечивается фактическими значениями силовых параметров и позволяет воспроизвести процесс захвата слитка в лабораторных условиях. Использование при моделировании гидравлического привода позволяет регулировать входные параметры в широком диапазоне их значений. Форма и размеры кернов соответствуют реальным значениям, а размеры используемых образцов обеспечивают локальную зону деформации, что соответствует принятому допущению полубесконечного пространства при внедрении клина.
Измерение силовых параметров с помощью тензометрии определяет пятипроцентную погрешность, которая обеспечивает необходимую точность. Средства измерения линейных перемещений обеспечивают погрешность измерения, на порядок меньшую ожидаемых значений глубины внедрения керна и горизонтальных перемещений образца.
Силы трения качения в кулисном механизме реальных клещей учитываются при моделировании телами качения. В этом случае при горизонтальном перемещении образца сила трения на два порядка меньше величины тангенциальной силы, что позволяет не учитывать ее при измерениях.
Таким образом определен интересующий параметр оптимизации, тангенциальная сила Т. Область с