УДК 621.771

ОСОБЕННОСТИ НАСТРОЙКИ МЕХАНИЗМОВ УРАВНОВЕШИВАНИЯ ШПИНДЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ РАБОЧИХ КЛЕТЕЙ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ

Канев Николай Галактионович1, Кожевников Александр Вячеславович2
1ФГБОУ ВПО «Череповецкий государственный университет», кандидат технических наук, доцент
2ФГБОУ ВПО «Череповецкий государственный университет», кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой Электроэнергетики и электротехники

Аннотация
В статье представлена расчетная модель позволяющая определять оптимальные параметры для уравновешивания шпиндельных устройств клетей «кварто» листовых прокатных станов с целью уменьшения негативного влияния динамических нагрузок в рабочих клетях прокатных станов и их приводных систем.

Ключевые слова: листовой прокатный стан, модель уравновешивания шпинделей клетей «кварто», привод прокатных валков, шпиндельное устройство


FEATURES SETTING MECHANISMS SPINDLE BALANCING DEVICES WORK STANDS MILLS

Kanev Nicolay Galaktionovich1, Kozhevnikov Aleksandr Vjacheslavovich2
1Cherepovets State University, Associate Professor, Candidate of Science (Technology)
2Cherepovets State University, Head of the Department of Electricity and Electrical Engineering, Candidate of Science (Technology), Associate Professor

Abstract
The article presents a simulation model allows to determine the optimal parameters for balancing the spindle device stands "quarto" sheet rolling mills to reduce the negative impact of the dynamic loads in the working of the rolling mills and their drive systems.

Библиографическая ссылка на статью:
Канев Н.Г., Кожевников А.В. Особенности настройки механизмов уравновешивания шпиндельных устройств рабочих клетей прокатных станов // Современная техника и технологии. 2013. № 9 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2013/09/2174 (дата обращения: 06.10.2017).

Одним из основных факторов, влияющих на стабильную работу прокатных клетей является конструкция, техническое состояние и правильная настройка элементов главной линии привода вращения прокатных валков. Высокий уровень нагрузок в главной линии предъявляет особые требования к шпиндельным устройствам, передающим крутящий момент от привода к прокатным валкам. Передача момента осуществляется в широком диапазоне положений прокатных валков, определяемым диаметром их бочек и межвалковым зазором. При этом перекосы тела шпинделя относительно муфтовых соединений с валками и приводом достигают весьма значительных величин: для обжимных, толстолистовых и заготовочных станов угол наклона составляет 3-10°, для листовых и сортовых станов 1-2°. Передаваемый крутящий момент достигает 3,0 и более МН*м-2.Длину шпинделя по осям шарнирных соединений определяют из допустимого (в зависимости от конструкции) угла перекоса “α”, определяющим максимальное перемещение прокатного валка в диапазоне «Н» по формуле L= frac{H}{tgalpha }.

Масса шпинделя широкополосных станов горячей прокатки достигает 20 тонн. Частота перевалок прокатных валков определяется объемом прокатанного металла и составляет для чистовой группы станов горячей прокатки 700-2500 тонн или 2-4 часа работы прокатного стана. Время перевалки составляет весьма значительную величину в общем балансе времени работы прокатного стана. Для облегчения сочленения хвостовика прокатного валка и муфтовой части шпинделя между ними конструктивно оставляется зазор, составляющий 0,5-1,0 мм. Во время работы зазоры в сочленениях из-за износа увеличиваются и достигают 8-12 мм. При этом возможно образование ложного шарнира в сочленении «хвостовик – муфта». Угол перекоса в сочленении может достигать величин сравнимых с конструктивными (1-2°).

Из-за разных углов перекоса в шарнирах со стороны привода и хвостовика, прокатный валок вращается неравномерно, а валковая муфта имеет осевое перемещение. Наличие зазоров определяет высокий уровень динамических нагрузок в линии главного привода это приводит не только к снижению надежности оборудования, но и к возникновению нестабильности (колебательности) технологического процесса, а также росту потерь электроэнергии [1, 2]. Наибольшие зазоры раскрываются на участке от рабочих валков до шестеренной клети, то есть зазоры раскрыты к моменту захвата полосы валками в посадке валковой муфты на хвостовик прокатного валка и зазоры в шарнирах универсального или зубчатого шпинделя. При холостом ходе в шпиндельных головках и посадке валковой муфты на хвостовик прокатного валка происходит периодическое замыкание и размыкание зазоров. В момент захвата металла валками величина раскрытия зазора в этих соединениях может принимать различные значения. В связи с этим в трансмиссии главного привода можно наблюдать различные уровни динамических нагрузок вплоть до значений, приводящих к поломке приводных хвостовиков прокатных валков.

С целью уменьшения негативного влияния на величину динамических нагрузок в рабочих клетях прокатных станов и на техническое состояние элементов приводов шпиндели должны быть уравновешены усилием, обеспечивающим отсутствие перекоса валковой муфты на хвостовике прокатного валка при наличии между ними перевалочных зазоров.

Авторами разработана расчетная модель уравновешивания шпинделей с учетом отсутствия перекоса валковой муфты на хвостовике прокатного валка на основе исследований, проведенных на широкополосных станах «1700» и «2000» Череповецкого металлургического комбината [3]. На рисунке 1 приведена расчетная схема уравновешивания шпинделя.

Рассмотрены условия равновесия валковой муфты на хвM_{A}=P_{M}L_{AC_{M}}+P_{шп}L_{AO_{1}}frac{L_{O_{2}C_{шп}}}{L_{O_{2}O_{1}}}-F_{ур}L_{AO_{1}}frac{L_{O_{2}C_{у}}}{L_{O_{2}O_{1}}}geqslant 0остовике прокатного валка при наличии между ними перевалочного зазора «Δ» относительно крайних точек контакта хвостовика прокатного валка с валковой муфтой шпинделя при условиях: точка «А» – переуравновешивание, точка «В» – недоуравновешивание (см. выражения 1 и 2)

Рисунок 1 – Расчетная схема системы уравновешивания шпинделя

1 – шестеренный валок;

2 – муфта со стороны шестеренного валка;

3 – пружинное уравновешивание;

4 – тело шпинделя;

5 –валковая муфта;

6 – прокатный валок;

Δ – зазор между валковой муфтой и хвостовиком;

А и В – крайние точки контакта хвостовика прокатного валка с валковой муфтой шпинделя;

О1 и О2 – центры шарниров шпинделя;

См – центр массы валковой муфты;

Сшп – центр массы тела шпинделя;

Су – точка приложения уравновешивающей силы;

Рм – усилие от веса валковой муфты;

Ршп – усилие от веса тела шпинделя;

Fур – уравновешивающее усилие.

M_{A}=P_{M}L_{AC_{M}}+P_{шп}L_{AO_{1}}frac{L_{O_{2}C_{шп}}}{L_{O_{2}O_{1}}}-F_{ур}L_{AO_{1}}frac{L_{O_{2}C_{у}}}{L_{O_{2}O_{1}}}geqslant 0                            (1)

<img src=”http://latex.codecogs.com/gif.latex?M_{A}=P_{M}L_{BC_{M}}+P_{шп}L_{BO_{1}}frac{L_{O_{2}C_{шп}}}{L_{O_{2}O_{1}}}-F_{ур}L_{BO_{1}}frac{L_{O_{2}C_{у}}}{L_{O_{2}O_{1}}}<&space;0″ alt=”M_{A}=P_{M}L_{BC_{M}}+P_{шп}L_{BO_{1}}frac{L_{O_{2}C_{шп}}}{L_{O_{2}O_{1}}}-F_{ур}L_{BO_{1}}frac{L_{O_{2}C_{у}}}{L_{O_{2}O_{1}}}                           (2)

При этом сила уравновешивания должна находиться в пределах:

P_{M}frac{L_{AC_{M}}}{L_{AO_{1}}}frac{L_{O_{2}O_{1}}}{L_{O_{2}C_{y}}}+P_{шп}frac{L_{O_{2}C_{шп}}}{L_{O_{2}C_{y}}}geqslant F_{yp}geqslant P_{M}frac{L_{BC_{M}}}{L_{BO_{1}}}frac{L_{O_{2}O_{1}}}{L_{O_{2}C_{y}}}+P_{шп}frac{L_{O_{2}C_{шп}}}{L_{O_{2}C_{y}}}  (3)

При условии совпадения точки приложения центра массы тела шпинделя «Сшп» и точки приложения силы уравновешивания «Су» или L_{O_{2}C_{шп}}= L_{O_{2}C_{y}} а, также, при условии совпадения центра массы шпинделя с геометрическим центром или L_{O_{2}C_{шп}}= 0,5L_{O_{2}O_{1}} уравнение 3 приобретает вид:

2P_{M}frac{L_{AC_{M}}}{L_{AO_{1}}}geqslant F_{yp}-P_{шп}geqslant 2P_{M}frac{L_{BC_{M}}}{L_{BO_{1}}}                                                                     (4)

Из анализа формулы 4 видно, что при приближении центра тяжести муфта «См» к точке «В» правая часть уравнения стремится к нулю, а при нахождении центра тяжести муфты «См» между точками «А» и «В» наступает ситуация, при которой положение муфты на хвостовике прокатного валка становится устойчивым даже при отсутствии уравновешивающей силы «Fур».

Расчетная модель показывает, что усилие уравновешивания шпинделя должно быть подобрано и настроено в указанном диапазоне с учетом изменения усилия пружин уравновешивания во всем диапазоне перемещения рабочих валков.

Цифровая обработка результатов применительно к главным линиям широкополосных станов «1700» и «2000» ЧерМК ОАО «Северсталь» показывает, что равновесие валковой муфты на хвостовике прокатного валка достигается при правильной настройке усилия и свободного хода пружин, для чего необходимо регулировать пружины в расчетном диапазоне соблюдая условия горизонтального расположения образующей в крайних верхних и нижних положениях прокатных валков.


Библиографический список
  1. Кожевников А.В., Сорокин Г.А. Пути снижения потерь электроэнергии при работе автоматизированных приводов прокатных станов // Проблемы черной металлургии и материаловедения. – №4. – 2012. – С. 79-85.
  2. Кожевников А.В., Белкова С.В. Имитационная модель механической части двух смежных клетей непрерывного стана холодной прокатки // Сталь. – № 5. – 2012. – С. 55-60.
  3. Снижение динамических нагрузок при захвате полосы на широкополосных станах / В.Д. Плахтин, С.А. Москвитин, Н.Г. Канев и др. // Черная металлургия. Бюлл. Научно-технической информации № 10 (942). – 1983. С. 36-37.


Все статьи автора «kojevnikovav»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: