Колесопрокатные станы

Прежде чем перейти к разбору взаимодействия сил между валка­ми и колесной заготовкой в стане, аналогичном по устройству станам, установленным на новом заводе СССР, необходимо отметить, что в ряде конструкций европейских и американских станов особенности формы, расположения и привода главных и эджерных валков вызывают в свою очередь изменение характера действующих сил.

Рассматриваемый стан имеет один ведущий (коренной) валок и пару эджерных (фиг. 119), из ко­торых нижний приводится вместе с коренным от главного мотора, а верхний эджерный имеет самостоятельный привод от специального мотора. Остальные четыре ролика, выкатывающие реборду и по-

верхность катания обода колеса — холостые, управляемые при помощи гидравлических клапанов.

Сравнивая устройство колесного стана с бандажным, можно в основном применить метод анализа взаимодействия сил, принятый выше, с введением поправок на конструктивные особенности, имеющие место в колесопрокатном стане.

Если в бандажном стане главная пара состоит из одного привод­ного (ведущего или коренного) и другого холостого валка, то в колесо­прокатном стане имеется один ведущий валок, а вместо другого (хо­лостого) установлена ось, центрирующая колесную заготовку.

Таким образом и в данном случае можно воспользоваться методом анализа взаимодействия сил, приведенным на фиг. 116, значительно упростив схему в отношении холостого валка (фиг. 120). По аналогии с бандажным станом вместо внутреннего холостого валка можно при­нять центр колеса или же самую колесную заготовку, вращающуюся вокруг оси, лежащей в плоскости, проходящей через центры валков. Если выберем произвольную точку приложения равнодействую­щей общего давления Р, то направление этой равнодействующей будет лежать в плоскости, проходящей через ось колесной заготовки, а вели­чина определится по слагающим—равнодействующей нормального дав­ления и равнодействующей касательных усилий Т. Перенося равнодействующую в центр ведущего валка, получаем пару сил с плечом а. Следовательно, момент, необходимый для привода ведущего валка и холостого (в данном случае колесной заготовки), будет:

(219)

где и — соответственно радиусы ведущего валка и колесной заготовки.

Но так как точка приложения равнодействующей неизвестна, то неизвестен также угол поэтому плечо равнодействующей определя­ем по сумме моментов и величине равнодействующей общего давления металла на валки.

 

 

 

Фиг. 119. Схема положения валков и колесной заготовки во время прокатки

Фиг. 120. Схема взаимодействия сил в главных валках колесопрокатного стана

 

Рассматривая с одной стороны М—момент, действующий на при­водной валок со стороны мотора, с другой — противодействующие ему моменты трения (на оси колесной заготовки— Мт и на обеих парах опорных роликов и ), составляем уравнение моментов:

или

(220)

Определяем плечо равнодействующей:

(221 а)

Если допустить, что коэффициенты трения в цапфах опорных роли­ков обеих пар валков одинаковы (т. е. ), уравнение (221 а) при­нимает вид:

(221 б)

где ,— коэффициенты трения на оси колесной заготовки в первой и второй паре опорных роликов;

— их радиусы.

При одинаковом давлении (Р = Р ) на опорных роликах бандаж­ного стана выражение (221б) еще более упрощается:

(221 в)

Необходимо отметить, что при определении приводного момента М и плеча а мы не учитывали трение опорных роликов о колесную заго­товку и в ребордах коренного валка, что нетрудно произвести дополни­тельно.

Зная плечо а, можно определить угол согласно формуле (219), а также найти точку приложения равнодействующей общего давлениия Р. Имеем:

(222)

откуда найдем .

При рассмотрении взаимодействия сил в эджерных валках бандаж­ных станов мы разобрали случай, когда эти валки имеют параллель­ные оси и, следовательно, цилиндрическую поверхность (стан фирмы Вагнер).

На бандажных стенах других фирм (например Деви) верхний эджерный валок имеет коническую форму и ось его расположена под углом к оси нижнего валка. Поэтому взаимодействие сил будет совер­шенно иным.

В колесопрокатном стане одного из заводов СССР оба эджерных валка помещаются наклонно, каждый под одинаковым углом к гори­зонтальной плоскости, в которой размещена колесная заготовка. Кро­ме того, в отличие от бандажного стана, в данном случае верхний эджерный валок приводится в движение от самостоятельного мотора, тогда как нижний, аналогично нижнему валку бандажного стана, полу­чает вращение от главного привода.

Характер распределения сил, действующих на эджерные валки колесопрокатного стана, показан на фиг. 121, а и б.

От нажимного устройства на верхний эджерный валок (точка А) передается давление Р, которое при данном положении валка (фиг. 121, а) можно разложить на нормальное N и касательное к оси эджерного валка, наклоненной под углом к горизонтали.

Перенеся из точки А эти силы в точку О, находящуюся в плоско­сти среднего радиуса конического валка, или непосредственно в точку В приложения равнодействующей давления металла на валок, можно определить силу трения металла о валок в зависимости от и Р.

Исходя из принятой схемы, находим, что нормальное давление к оси валка:

касательное усилие

Касательное же усилие в плоскости соприкосновения материала с конической поверхностью валка

Под действием этого усилия, стремящегося отодвинуть валки к пе­риферии колеса, производится выкатка переходной части между ди­ском и ободом колеса.

Взаимодействие сил между верхним эджерным валком и полосой в плоскости направления вытяжки полосы показано на фиг 121, б, где при двух приводных валках равнодействующая общего давления на­правлена по вертикали, а точка ее приложения лежит близко к

Приводной момент для одного валка

(223)

Но так как угол неизвестен, можно воспользоваться формулой (86). Заменяя а через получаем:

(224)

где и — радиусы кромок конического валка.

Момент на валу мотора для верхнего эджерного валка определяет­ся так:

(225)

Здесь при подсчете момента холостого хода следует учесть к. п. д. редуктора и трение в цапфах эджерного валка.

Момент на валу главного двигателя определяется по методу, при­веденному для бандажных станов с незначительными поправками на конструктивные особенности колесопрокатного стана. При определении мощности двигателя необходимо учитывать скорость колесной заготов­ки в плоскости средних радиусов конических валков.

 

Фиг. 121. Схема распределения сил в эджерных валках колесопрокатного стана: а - вид сбоку;

б— вид спереди