Расчет вальцев. Гибка металла на вальцах
За последнее время ко мне было несколько обращений от читателей блога за помощью в решении одной и той же задачи: как при работе на трехвалковых листогибочных вальцах и профилегибах определить окончательное местоположение среднего ролика (валка)...
Относительно положения крайних роликов (валков), которое обеспечит гибку (вальцовку) заготовки с определенным заданным необходимым радиусом? Ответ на этот вопрос позволит повысить производительность труда при гибке металла за счет уменьшения количества прогонов заготовки до момента получения годной детали.
В этой статье вы найдете теоретическое решение поставленной задачи. Сразу оговорюсь – на практике я этот расчет не применял и, соответственно, не проверял результативность предлагаемого метода. Однако я уверен, что в определенных случаях гибка металла может быть выполнена гораздо быстрее при использовании этой методики, чем обычно.
Чаще всего в обычной практике окончательное местоположение подвижного центрального ролика (валка) и количество проходов до получения годной детали определяется «методом тыка». После длительной (или не очень) отработки технологического процесса на пробной детали определяют координату положения центрального ролика (валка), которую и используют при дальнейших перенастройках вальцев, изготавливая партию этих деталей.
Метод удобен, прост и хорош при значительном количестве одинаковых деталей – то есть при серийном производстве. При единичном или «очень мелкосерийном» производстве, когда необходимо гнуть разные профили или листы разной толщины разными радиусами, потери времени на настройку «методом тыка» становятся катастрофически огромными. Особенно эти потери заметны при гибке длинных (8…11м) заготовок! Пока сделаешь проход…, пока проведешь замеры…, пока перестроишь положение ролика (валка)… — и все сначала! И так десяток раз.
Расчет в Excel местоположения подвижного среднего ролика.
Запускаем программу MS Excel или программу OOo Calc, и начинаем работу!
С общими правилами форматирования электронных таблиц, которые применяются в статьях блога, можно ознакомиться .
Прежде всего, хочу заметить, что листогибочные вальцы и профилегибы разных моделей могут иметь подвижные крайние ролики (валки), а могут — подвижный средний ролик (валок). Однако для нашей задачи это не имеет принципиального значения.
На рисунке, расположенном ниже изображена расчетная схема к задаче.
Вальцуемая деталь в начале процесса лежит на двух крайних роликах (валках), имеющих диаметр D . Средний ролик (валок) диаметром d подводится до касания с верхом заготовки . Далее средний ролик (валок) опускается вниз на расстояние равное расчетному размеру H , включается привод вращения роликов, заготовка прокатывается, производится гибка металла, и на выходе получается деталь с заданным радиусом изгиба R ! Осталось дело за малым – правильно, быстро и точно научиться рассчитывать размерH . Этим и займемся.
Исходные данные:
1. Диаметр подвижного верхнего ролика (валка) /справочно/ d в мм записываем
в ячейку D3: 120
2. Диаметр опорных с приводом вращения крайних роликов (валков) D в мм пишем
в ячейку D4: 150
3. Расстояние между осями опорных крайних роликов (валков) A в мм вводим
в ячейку D5: 500
4. Высоту сечения детали h в мм заносим
в ячейку D6: 36
5. Внутренний радиус изгиба детали по чертежу R в мм заносим
в ячейку D7: 600
Расчеты и действия:
6. Вычисляем расчетную вертикальную подачу верхнего ролика (валка)H расч в мм без учета пружинения
в ячейке D9: =D4/2+D6+D7- ((D4/2+D6+D7)^2- (D5/2)^2)^(½) =45,4
H расч =D /2+h +R — ((D /2+h +R )^2- (A /2)^2)^(½)
7. Настраиваем вальцы на этот размер H расч и делаем первый прогон заготовки. Измеряем или высчитываем по хорде и высоте сегмента получившийся в результате внутренний радиус, который обозначим R 0 и записываем полученное значение в мм
в ячейку D10: 655
8. Вычисляем какой должна была бы быть расчетная теоретическая вертикальная подача верхнего ролика (валка)H 0расч в мм для изготовления детали с радиусом R 0 без учета пружинения
в ячейке D11: =D4/2+D6+D10- ((D4/2+D6+D10)^2- (D5/2)^2)^(½) =41,9
H 0расч =D /2+h + R 0 — ((D /2+h + R 0 )^2- (A /2)^2)^(½)
9. Но деталь с внутренним радиусом изгиба R 0 получилась при опущенном верхнем валке на размер H расч , а не H 0расч !!! Считаем поправку на обратное пружинение x в мм
в ячейке D12: =D9-D11 =3,5
x = H расч — H 0расч
10. Так как радиусы R и R 0 имеют близкие размеры, то можно с достаточной степенью точности принять эту же величину поправки x для определения окончательного фактического расстояния H , на которое необходимо подать вниз верхний ролик (валок) для получения на вальцованной детали внутреннего радиуса R .
Вычисляем окончательную расчетную вертикальную подачу верхнего ролика (валка)H в мм c учетом пружинения
в ячейке D13: =D9+D12 =48,9
H = H расч + x
Задача решена! Первая деталь из партии изготовлена за 2 прохода! Найдено местоположение среднего ролика (валка).
Особенности и проблемы гибки металла на вальцах.
Да, как было бы всё красиво и просто – надавил, прогнал – деталь готова, но есть несколько «но»…
1. При вальцовке деталей с малыми радиусами в целом ряде случаев нельзя получить необходимый радиус R за один проход по причине возможности возникновения деформаций, гофр и надрывов в верхних (сжимаемых) и нижних (растягиваемых) слоях сечения заготовки. В таких случаях назначение технологом нескольких проходов обусловлено технологической особенностью конкретной детали. И это не исключительные случаи, а весьма распространенные!
2. Одномоментная без прокаток подача среднего ролика (валка) на большое расстояние H может быть недопустимой из-за возникновения значительных усилий, перегружающих сверх допустимой нормы механизм вертикального перемещения вальцев. Это может вызвать поломку станка. В аналогичной ситуации перегрузки при этом оказаться может и привод вращения роликов (валков)!
3. Концы заготовки, если их предварительно не подогнуть, например, на прессе, останутся прямолинейными участками при гибке на трехвалковых вальцах! Длина прямолинейных участков L чуть больше половины расстояния между нижними роликами А /2.
4. При движении среднего ролика (валка) вниз в сечении заготовки, подверженном изгибу, постепенно нарастают нормальные напряжения, которые вызывают вначале пружинную деформацию. Как только напряжения в крайних верхних и нижних волокнах сечения достигнут предела текучести материала детали σт , начнется пластическая деформация – то есть начнется процесс гибки. Если средний ролик (валок) отвести обратно вверх до начала возникновения пластической деформации, то заготовка отпружинит следом и сохранит свое первоначальное прямолинейное состояние! Именно эффект обратного пружинения вынуждает увеличить размер вертикальной подачи H расч на величину x , так как участки заготовки отпружинивают и частично распрямляются, выходя из зоны гибки, расположенной между роликами (валками).
Мы нашли эту поправку x опытным путем. Обратное пружинение или остаточную кривизну детали можно рассчитать, но это непростая задача. Кроме величины предела текучести материала σт значимую роль при решении этого вопроса играет момент сопротивления изгибу поперечного сечения вальцуемого элемента Wx . А так как часто профили особенно из алюминиевых сплавов имеют весьма замысловатое поперечное сечение, то расчет момента сопротивления Wx выливается в отдельную непростую задачу. К тому же и фактическое значение предела текучести σт часто значительно колеблется даже у образцов, вырезанных для испытаний из одного и того же листа или одного и того же куска профиля.
В предложенной методике сделана попытка уйти от определения обратного пружинения «методом научного тыка». Для пластичных материалов, например алюминиевых сплавов, значение
Не забывайте подтвердить подписку кликом по ссылке в письме, которое тут же придет к вам на указанную почту (может прийти в папку « Спам» )!!!
С интересом прочту Ваши замечания и отвечу на Ваши вопросы, уважаемые читатели!!! Поделитесь результатами практических испытаний методики со мной и коллегами в комментариях к статье!
Прошу уважающих труд автора скачивать файл с расчетом после подписки на анонсы статей!
Вальцы резинообрабатывающие. Описание общее.
Алгоритм выбора вальцев (внизу страницы).
Назначение вальцев.
Вальцы резинообрабатывающие предназначены для :
· Приготовления резиновых, силиконовых и пластических смесей открытым методом. (К закрытому методу приготовления смесей относятся закрытые резиносмесители );
· Разогрева смесей при питании экструдеров, каландров, прессов;
· Введения дополнительных ингредиентов в смеси, таких как сера, для подготовки смеси непосредственно перед процессом вулканизации;
· Очищения от примесей невулканизированной резины – это рифайнер, или рафинировочные вальцы РФ;
· Дроблении вулканизированной резины – это дробильные вальцы ДР ;
· Перетирание крупной крошки 2…5мм. в более мелкую 1,7…0,55мм.
Типы вальцев.
Вальцы выпускаются следующих типов: ПД – подогревательные (фрикция 1,27), СМ – смесительные (фрикция 1,08), СМ-ПД - смесительно-подогревательные (фрикция 1,17), РФ – рафинировочные (фрикция 2,55), ДР – дробильные (фрикция 2,55), РЗ – размалывающие (фрикция 4), ПР – промывные (фрикция 1,39), ЛБ - лабораторные(обычно фрикция 1,27).
Размеры вальцев.
Мыизготавливаем и поставляет вальцы из Китая начиная с диаметра валков d=150мм. и длины валков L =320мм.до диаметра валков d= 760мм. и длины валков L =2800мм. Поверхность валков может быть гладкая для смешения, подогрева, тонкого перетирания (измельчения) и регенерации (рафинирования) смесей, или рифлёная для дробления. С меньшим размером валков вальцы есть только в разделе Б /У вальцы .
ГОСТы и ИСО ( ISO ) на вальцы.
Для приготовления , получения технологии и сертификации резины в лабораторных условиях по мы рекомендуем использовать вальцыПД 320 160/160 с доп. опциями, если в них есть, конечно, необходимость (см.н иже). Они могут обозначаться как ЛБ, а в соответствии с требованиями ISO 2393 , оговорённых в возможно использовать вальцы СМ 350150/150 www. polgroup . ru / tex _ cm350. html .
Опции.
Для лаборатории возможно укомплектование вальцев дополнительными опциями : регулирование скорости вращения валков, укомплектовании дополнительной парой шестерён для изменения фрикции, цифровыми и стрелочными показывающими, записывающими и регистрирующими приборами потребляемой мощности, распорных усилий, величины зазора между валками, температуры валков, температуры перерабатываемого материала, времени вальцевания, возможность архивирования тех.п роцесса, возможность подключения к ПК по RS 485, или установка панели оператора с любыми заказываемыми функциями.
Стоимость и состав комплекта автоматики: показывающие и транслирующие на Панель оператора Weintek с тач-скрин 10" приборы, устанавливаемые на вальцах: потребляемой мощности, температуры двух валков, величины зазора между валками с двух сторон, времени вальцевания. Построение на экране графиков технологического процесса и потребляемой мощности от заданного времени вальцевания, при желании пуск и останов гл.д вигателя с панели, звуковой сигнал по окончании установленного времени вальцевания. Сохранения графиков в памяти с датой, временем, ФИО вальцовщика, номером мешки по порядку и номером мешки данного вальцовщика за этот день. С возможностью записи архива на флеш-носитель и просмотром архива и распечатки сохранённых графиков на любом ПК.
Цена автоматики 225.000-00 (Двести двадцать пять тысяч) рублей 00 копеек, в т.ч. НДС 18% рублей.
Регулирование фрикции на вальцах не целесообразно по трём причинам. Во-первых, потому, что фрикция определяет назначение (тип) вальцев – смесительные, подогревательные, или смесительно-подогревательные. Во-вторых, промышленные вальцы работают на одной фрикции, посему нет необходимости лаборатории выдавать нереальную технологию для производства. В третьих, уже давно научно изучено и доказано, что использование вальцев с индивидуальным приводом на каждый валок с частотным регулированием оборотов каждого валка, приводит к плавающей фрикции, что крайне плохо для технологического процесса, потому, что происходит затягивания под нагрузкой одного валка другим, нагрузка на быстроходный валок резко возрастает и эл.двигатель быстро выходит из строя - перегревается и сгорает.
Производительность вальцев, объём загрузки.
Производительность вальцев понятие относительное, поэтому в технических характеристиках этого параметранет, т.к. в зависимости от назначения вальцев, от типа резин, от мощности эл.двигателя, от времени смешения одной загрузки производительность может быть различна. Методика расчёта производительности (выписка из литературы) описана . Среднестатистические данные по загрузке материала на вальцы приведены в таблице. Для определения производительности вальцев необходимо знать время цикла смешения (обычно 8…12 минут). Умножая объём загрузки на количество циклов за 1 час и умножив затем на удельную плотность материала, получим производительность кг. /ч ас.
|
Вальцы СМ, ПД, ЛБ, ДР , РФ |
Объем загрузки, литров(дм 3) за цикл |
Истирание в среднем, кг /час |
||||
|
Длина валка |
Диаметр валков |
Длина раб.ч асти валков |
Мин. |
Мах. |
||
|
ПД 300 150/150 |
3 |
|||||
|
ПД(ЛБ) 320 160/160 |
320 |
160 |
290 |
4 |
||
|
ПД 350 150/150 |
4 |
|||||
|
ПД 450 225/225 |
8 |
|||||
|
ПД 600 400/400 |
17 |
|||||
|
ПД 630 315/31522 кВт |
630 |
315 |
540 |
9 |
||
|
ПД 630 315/31530 кВт |
630 |
315 |
540 |
12 |
||
|
ПД 700 300/300 |
15 |
|||||
|
ПД 800 315/315 |
18 |
|||||
|
ПД 800 550/550 |
32 |
|||||
|
ДР 800 550/550 |
||||||
|
ДР 800 490/610 |
490/610 |
|||||
|
ПД 900 360/360 |
24 |
|||||
|
ПД 1000 400/400 |
1000 |
29 |
||||
|
ПД(ХК) 1200 450/450 |
1200 |
1000 |
50 |
|||
|
ПД 1500 550/550 |
1500 |
550 |
1350 |
63 |
||
|
ПД 1500 650/650 |
1500 |
1350 |
75 |
|||
|
ПД 1500 660/660 |
1500 |
650 |
1350 |
80…120 |
||
|
ПД 2100 660/660 |
2100 |
660 |
1940 |
109 |
||
|
ПД 2800 760/760 |
2800 |
2630 |
170 |
|||
При увеличении мощности двигателя в некоторых моделях возможно увеличение объёма загрузки.
Валки и их нагрев.
Валки изготавливаются из чугуна с твёрдостью валков HRC э 46…54, или стальные с HRC э 50…55 с шероховатостью поверхности √0,63 «из под шлифовки» и имеют внутри полость для разогрева/охлаждения. Полость может быть получена методом центробежного литья (чугун), методом сварки трубы и цапф, методом периферийного сверления для улучшения теплопередачи. В полость валка может быть подан теплоноситель через краны и вращающиеся муфты в зависимости от необходимой технологической температуры валков:
· вода горячая до температуры 80°С.;
· вода холодная для охлаждения валков;
· пар до температуры 150°С.;
· масло до температуры 220°С.
· и другие теплоносители.
Вальцы в стандартной поставке не укомплектованы системой нагрева теплоносителя. Станции терморегулирования заказываются отдельно , или изготавливаются и монтируются самостоятельно на месте при отсутствии магистрального паропровода.
Для пластических масс целесообразно применять вальцы с эл.обогревом валков , трубчатые электронагреватели (ТЭН) установлены непосредственно в валках. Снятие температуры производится бесконтактным датчиком температуры с поверхности валка. Регулировка температуры каждого валка производится с помощью цифрового ПИД - регулятора. Учитывая, что охлаждение на таких вальцах отсутствует, применя ются они в основном для приготовления композиционных материалов. Использование масла в качестве теплоносителя крайне затруднительно т.к. сложно найти насос, который будет стабильно работать при таких больших температурах (обычно все останавливаются уже на 150°С.и более экономически затратное, т.к. при косвенном нагреве теплоноситель должен быть нагрет на 15°С. больше из-за потерь в трубопроводах. Вальцы с эл.обогревом не рекомендуем использовать для резиновых смесей по несколькимпричинам. Во первых имеется небольшая неравномерность нагрева поверхности валка, во-вторых более дорогие, в третьих сложность ремонта эл.нагревателей, в четвёртых - невозможность охлаждения валков.
Расчёт мощности парогенератора, или станции ерморегулирования для нагрева валков резинообрабатывающих вальцев.
|
Длина валков, мм . |
Диаметр валков, мм . |
Изготовитель |
Установленная мощность эл.нагревателей на 2-х валках |
Площадь пов-ти 2-х валков, кв.см. |
Мощность, Вт . на 1 кв.см. |
Расчётная мощность на два валка, кВт. |
Где расположены эл.н агреватели |
Скорость вращения заднего валка, мах, м /мин |
|
Китай |
3 297 |
1,64 |
5,4 |
внутри валков |
||||
|
Китай |
3 297 |
3,03 |
10,0 |
в термостанции |
||||
|
Россия |
3 215 |
2,24 |
7,2 |
внутри валков |
||||
|
Россия |
12 463 |
2,24 |
27,9 |
|||||
|
Китай |
12 463 |
2,24 |
27,9 |
22,68 |
||||
|
Китай |
20 347 |
0,98 |
20,0 |
внутри валков |
20,53 |
|||
|
1000 |
Китай |
25 120 |
2,24 |
56,3 |
||||
|
1200 |
33 912 |
2,24 |
75,9 |
|||||
|
1500 |
Россия |
51 810 |
2,24 |
116,0 |
||||
|
1500 |
Китай |
51 810 |
2,24 |
116,0 |
||||
|
1500 |
62 172 |
2,24 |
139,2 |
|||||
|
2100 |
87 041 |
Блога два с половиной года назад была затронута тема расчета геометрии деталей, получающихся в процессе вальцовки. В этой публикации речь пойдет об определении усилий , возникающих при вальцовке листового металла. Тема интересная... И важная не только для специалистов эксплуатирующих листогибочные вальцы, но и для всех, кто, так или иначе, связан с процессом гибки на листогибочных и обычных прессах. Во всех расчетных формулах для определения усилия гибки листов в качестве одних из главных определяющих параметров фигурируют или предел прочности, или предел текучести металла листовой заготовки. Известно, что в процессе изгиба область, подверженная деформации, упрочняется. Но на сколько? Иногда это упрочнение учитывают повышающим предел текучести постоянным коэффициентом, как, например, в . В программе, представленной в этой статье, повышение прочности будет определено и учтено аналитически по расчетной кривой деформационного упрочнения . В паспортах листогибочных валковых машин в последнее время обычно указывается максимальная ширина и толщина изгибаемой листовой заготовки из стали С255 и наименьший радиус вальцовки. А на практике постоянно возникает вопрос – «потянут» ли вальцы менее широкий, но более толстый лист, да еще, возможно, и из другой марки стали? Вопрос не праздный – ошибка может привести к поломке станка и дорогостоящему последующему ремонту. Включаем MS Excel и начинаем рассмотрение решения озвученной задачи на примере вальцовки листового металла на трехвалковой листогибочной машине. Расчет в Excel моментов и сил при вальцовке.Задача:Определить возможность гибки и правки обечайки диаметром 1600 мм и длиной 1500 мм из листовой стали С345 (09Г2С) толщиной 18 мм на вальцах марки И2222. Из паспортных данных машины известно, что на ней можно изготовить обечайку минимальным диаметром 440 мм и длиной 2000 мм из листовой стали С255 (Ст3 сп5) толщиной 16 мм. Вальцовка листового металла на трехвалковой машине с подвижным в вертикальной плоскости верхним валком показана на схеме, из которой очевидно, что наиболее нагруженным является верхний валок. Задачу решим следующим образом: 1. Определим в расчете №1 усилие на верхнем валке при гибке и правке обечайки с предельными размерами из паспорта. То есть узнаем возможности листогибочной машины И2222. 2. В расчете №2 вычислим силы, действующие на наиболее нагруженный верхний валок при гибке и правке интересующей нас короткой трубы из стали С345. 3. Сравним значения сил и сделаем выводы. Расчет №1:
Расчет №2:
Вывод:Так как усилия на верхнем валке в расчете №2 немного меньше усилий из расчета в Excel №1, то следует вывод: на вальцах И2222 можно изготовить трубу из стали 09Г2С диаметром 1600 мм, длиной 1500 мм с толщиной стенки 18 мм. Формулы, использованные в расчете:12. ε т =[σ т ] / E +0,002 13. m = lg ([σ в ] /[σ т ] )/ lg (ε в / ε т ) 14. A =[ σ в ] /(g* ε в m )=[ σ т ] /(g* ε т m ) 15. n =A *2 (2,59-m ) /(E/g *(2+m )) 16. R о =R +s /2 17. r о = R о /s 18. R г = R о /(1+n *r о (1-m ) ) 19. M г R г m )*g 20. α г =arcsin ((L /2)/(R г +D /2+s /2)) 21. P г =2*M г /(R г *tg (α г )) 22. R пр =k ф * R г 23. M пр =(A *b *s (2+m ))/(2 (m +1) *(2+m )* R пр m )*g 24. α пр =arcsin ((L /2)/(R пр +D /2+s /2)) 25. P пр =2*π *M пр /(R пр *((π- α пр )*tg (α пр )+1-1/cos (α пр ))) Заключение.Расчет в Excel был выполнен без учета веса верхнего валка. Если учесть этот момент, возможности листогибочной машины увеличатся на 2…3%. Механические свойства сталей в пунктах 4…7 расчета можно найти в ГОСТ 27772-88 (ε т = δ 5 ). При правке заваренных обечаек изгибающий момент и усилие на верхнем валке возрастают из-за неправильной геометрии подогнутых краев заготовки и усиления сопротивления замкнутого контура. Коэффициент формы обечайки k ф в пункте 11 можно определить по подсказке в примечании к ячейке D13. Этот коэффициент зависит от способа подгибки краев заготовки: k ф =0,75…0,85 – при вальцовке без подкладного листа с плоскими краями; k ф =0,80…0,90 — при вальцовке без подкладного листа по радиусу; k ф =0,85…0,95 — при вальцовке с подкладным листом: k ф =0,95…1,00 – при гибке на прессе в штампе. В завершении статьи определим коэффициент упрочнения, о котором упоминалось в самом начале, для каждого из рассчитанных выше вариантов. K 1 = M г1 /(W x 1 *[σ т ] 1 )=37783899/(2000*16 2 /6*245)=1,81 K 2 = M г2 /(W x 2 *[σ т ] 2 )=42658644/(1500*18 2 /6*325)=1,62 С уменьшением радиуса гибки листа логично нарастает упрочнение. Используя параметры кривой деформационного упрочнения, можно более точно определять усилия и при V-образной гибке на листогибочных прессах. Смею предположить, что при использовании предложенной программы вальцовка листового металла станет для вас более понятной и безопасной. Возможно под заказ развитие программы для других схем вальцовки (трехвалковые машины с подвижными нижними валками, четырехвалковые машины, гибка конических деталей). Прошу уважающих труд автора скачивать файл с расчетной программой после подписки на анонсы статей в окне, расположенном в конце каждой статьи или в окне вверху страницы! Желающие поддержать развитие блога могут это сделать, перечислив средства на любой (в зависимости от валюты) из указанных кошельков WebMoney : R 377458087550, E 254476446136, Z 246356405801. Аварийное устройство Механизм регулировки зазора Перемещение переднего валка осуществляется при передвижении корпуса подшипников в проемах станин машины. Механизм регулировки зазора представляет винтовую пару: гайка закреплена неподвижно в станине, а винт вращается электродвигателем через червячные передачи. Винт упирается в предохранительную шайбу, которая находится в корпусе подшипника. Эта шайба разрушается в случае перегрузки вальцев распорным усилием. Вальцевые машины относятся к оборудованию с повышенной опасностью обслуживания. Аварийное устройство вальцев включает в себя тросики, расположенные над валками. Один конец, троса жестко соединен с траверсой левой станины, а второй с рычагом выключателя. При нажиме на трос рычаг выключает электродвигатель. Определение распорных усилий и полезно потребляемой мощности Полная мощность потребляемая валками Расчет производительности Определение распорных усилий и полезно потребляемой мощности. При вальцевании в рабочем зазоре возникают силы, которые стараются раздвинуть валки. Эти силы называются распорными. Их необходимо учитывать при расчете, иначе при чрезмерно больших усилиях возможна поломка вальцев. Сложность явления вальцевания и недостаточная теоретическая изученность затрудняют расчет распорных усилий и потребляемой мощности. Данные величины можно определить двумя методами: 1. Обработкой опытных данных на основе теории подобии 2. Математическими анализом процесса при введении определенных допущений. Для первого метода проводят опыты на модельной машине, получают распорные усилия и потребляемую мощность. где: - диаметр валков; - величина зазора; - величина фрикции; - удельный вес смеси; L - длина валка; - угловая скорость быстроходного валка; - конечная пластичность материала По второму методу простые математические зависимости получаются при введении следующих допущений: 1. Эффективная вязкость (средняя) смеси не изменяется 2. Режим течения смеси в зазоре минимальный – ламинарный 3. Материал прилипает к поверхности валков и скорость слоев у поверхности равна скорости движении валка (U=V) 4. Инерционные силы малы 5. Течение материала одномерно (в зазор) 6. Скорость смеси не меняется по вертикали 7. Давление на входе и выходе материала в валки равно нулю 8. Давление в плоскостях, параллельных осям валков, не меняется. Тогда уравнение движения вязкой жидкости (Навье-Стокса) имеет вид:
При интегрировании данного уравнения и учитывая допущения получено выражения для распорного усилия :
где: - величина фрикции; - эффективная вязкость; - скорость переднего валка; - радиус валка; - длина валка; - зазор между валками. Момент потребляемый валками равен сумме крутящих моментов:
Полная мощность потребляемая валками. Она рассчитывается по формуле:
где: - необходимый полный крутящий момент. где: - момент холостого хода; - момент дополнительных сил трения.
где: - радиальная нагрузка на цапфу; - коэффициент трения подшипника; - диаметр цапфы; - передаточное число трансмиссии и фрикционной пары; - общий К.П.Д. трансмиссии и фрикционной пары; Момент дополнительных сил равен:
где: - распорное усилие на валки. Расчет производительности. Валковые машины работают по схемам однократного и многократного пропуска перерабатываемого материала через зазор. Для однократного прохождения материала через вальцы производительность определяется по формуле:
где: - единовременной загрузки; - коэффициент использования машины (0.85 - 0.9). - удельный вес материла; - продолжительность цикла; где: - диаметр переднего валка; - длина бочки валка. Время цикла определяется по формуле:
где: - время загрузки и выгрузки; - технологическое время работы. Это время определяется экспериментально. Необходимо отметить, что существует и другие расчета зависимости при определении производительности вальцев. Тепловой расчет вальцев. При переработке материала в зазоре валков выделяется большое количество тепла и в результате этого повышается температура как рабочей поверхности валков, так и перерабатываемой смеси. Для предотвращения нежелательных температурных изменений (подвулканизация и т.п.) предусматривается специальное охлаждение валков. Количество тепла выделяемого при переработке можно определить по мощности потребляемой вальцами, с учетом КПД всех передач и цапф. Это тепло расходуется на нагревание обрабатываемой смеси , на потери в окружающую среду и на нагрев охлаждающей водой .
где: - производительность валка; - удельная теплоемкость; - конечная и начальная температура смеси. Потери тепла в окружающую среду , складывается из потерь тепла конвекцией и лучеиспусканием .
где: - температура валка и окружающего воздуха, ° С; - абсолютная температура валка и воздуха, ° К; - общий коэффициент излучения (зависит от излучения валка, окружающей среды и абсолютно черного тела); - поверхность теплоотдачи и излучения; - коэффициент теплоотдачи (для неподвижного воздуха).
где: - диаметр валка. Количество тепла уносимого охлаждающей водой:
Определение распорных усилий и полезно потребляемой мощности. При вальцевании в рабочем зазоре возникают силы, которые стараются раздвинуть валки. Эти силы называются распорными. Их необходимо учитывать при расчете, иначе при чрезмерно больших усилиях возможна поломка вальцев. Сложность явления вальцевания и недостаточная теоретическая изученность затрудняют расчет распорных усилий и потребляемой мощности. Данные величины можно определить двумя методами: 1. Обработкой опытных данных на основе теории подобии 2. Математическими анализом процесса при введении определенных допущений. Для первого метода проводят опыты на модельной машине, получают распорные усилия и потребляемую мощность. где: - диаметр валков; - величина зазора; - величина фрикции; - удельный вес смеси; L - длина валка; - угловая скорость быстроходного валка; - конечная пластичность материала По второму методу простые математические зависимости получаются при введении следующих допущений: 1. Эффективная вязкость (средняя) смеси не изменяется 2. Режим течения смеси в зазоре минимальный – ламинарный 3. Материал прилипает к поверхности валков и скорость слоев у поверхности равна скорости движении валка (U=V) 4. Инерционные силы малы 5. Течение материала одномерно (в зазор) 6. Скорость смеси не меняется по вертикали 7. Давление на входе и выходе материала в валки равно нулю 8. Давление в плоскостях, параллельных осям валков, не меняется. Тогда уравнение движения вязкой жидкости (Навье-Стокса) имеет вид:
При интегрировании данного уравнения и учитывая допущения получено выражения для распорного усилия :
где: - величина фрикции; - эффективная вязкость; - скорость переднего валка; - радиус валка; - длина валка; - зазор между валками. Момент потребляемый валками равен сумме крутящих моментов:
Полная мощность потребляемая валками. Она рассчитывается по формуле:
где: - необходимый полный крутящий момент. где: - момент холостого хода; - момент дополнительных сил трения.
где: - радиальная нагрузка на цапфу; - коэффициент трения подшипника; - диаметр цапфы; - передаточное число трансмиссии и фрикционной пары; - общий К.П.Д. трансмиссии и фрикционной пары; Момент дополнительных сил равен:
где: - распорное усилие на валки. Расчет производительности . Валковые машины работают по схемам однократного и многократного пропуска перерабатываемого материала через зазор. Для однократного прохождения материала через вальцы производительность определяется по формуле:
где: - единовременной загрузки; - коэффициент использования машины (0.85 - 0.9). - удельный вес материла; - продолжительность цикла; где: - диаметр переднего валка; - длина бочки валка. Время цикла определяется по формуле:
где: - время загрузки и выгрузки; - технологическое время работы. Это время определяется экспериментально. Необходимо отметить, что существует и другие расчета зависимости при определении производительности вальцев. Тепловой расчет вальцев. При переработке материала в зазоре валков выделяется большое количество тепла и в результате этого повышается температура как рабочей поверхности валков, так и перерабатываемой смеси. Для предотвращения нежелательных температурных изменений (подвулканизация и т.п.) предусматривается специальное охлаждение валков. Количество тепла выделяемого при переработке можно определить по мощности потребляемой вальцами, с учетом КПД всех передач и цапф. Это тепло расходуется на нагревание обрабатываемой смеси Q 1 , на потери в окружающую среду Q 2 и на нагрев охлаждающей водой Q 3 .
где: G- производительность валка; c- удельная теплоемкость; t k , t n - конечная и начальная температура смеси. Потери тепла в окружающую среду , складывается из потерь тепла конвекцией и лучеиспусканием .
где: - температура валка и окружающего воздуха, ° С; - абсолютная температура валка и воздуха, ° К; - общий коэффициент излучения (зависит от излучения валка, окружающей среды и абсолютно черного тела); - поверхность теплоотдачи и излучения; - коэффициент теплоотдачи (для неподвижного воздуха).
|
- опытные коэффициенты, которые для некоторых материалов приведены в справочниках.
, (6.3)
, (6.4)
, (6.5)
- крутящие моменты быстроходного и тихоходного валков.
(6.8)
, (6.10)
, (6.11)
, (6.12)
, (6.14)
, (6.16)
, (6.18)
, (6.19)
, (6.20)
- опытные коэффициенты, которые для некоторых материалов приведены в справочниках.
, (6.3)
, (6.4)
, (6.5)
- крутящие моменты быстроходного и тихоходного валков.
(6.8)
, (6.10)
, (6.11)
, (6.12)
, (6.14)
, (6.16)
, (6.18)
, (6.19)
