Расчет вальцев. Вальцовка листового металла

- Вальцы состоят из 2 или 3 параллельно расположенных полых валков, вращающихся навстречу друг другу.

- Применяются для пластикации каучука, приготовления резиновых смесей, разогрева их перед каландрованием или шприцеванием, а также в производстве регенерата.

Современные вальцы имеют измерительные приборы и вспомогательные устройства, но имеют и серьезные недостатки: низкая производительность, отсутствие герметичности, опасность при обслуживании. Вальцы вытесняются закрытыми машинами.

- Классификация по функциональному назначению.

Вальцы дробильные (Др.) – для дробления старой резины. Вальцы подогревательные (Пд.) – для увеличения пластичности и подогрева резиновых смесей. Вальцы промывочные (Пр.) – для промывки каучука водой. Вальцы размалывающие (Рз.) – для размола резиновых отходов. Вальцы рафинирующие (Рф.) – для очистки регенерата и резиновых смесей от посторонних включений. Вальцы смесительные (См.) – для смешения каучука с различными ингредиентами, для приготовления и листования резиновых смесей. Вальцы смесительно-подогревательные (См.-Пд.) – для пластикации каучука, смешения его с различными ингредиентами и подогрева резиновых смесей. Вальцы лабораторные (Лб.) – для производства лабораторных работ.

- Классификация по конструктивным признакам

По размерам валков и скорости их вращения: производственные – легкого типа D / L : 300/800; 500/800, среднего типа D / L : 550/1500, тяжелого типа D / L : 660/2100; лабораторные.

По числу валков: 2 и 3 (Рф.).

По типу привода: индивидуальный, сдвоенный и групповой (3, 4, реже 5).

По величине фрикции (отношение скорости вращения заднего валка к переднему): Др. – 2.55, 3.08, 3.25; Пд. – 1.22, 1.25, 1.27, 1.28, 1.29; Пр. – 1.39; Рз. – 4.00; Рф. – 2.55; См. – 1.07, 1.08, 1.11, 1.27; См.-Пд. – 1.14; Лб. – 1-4. Обозначение фрикции: 1:1.22.

- Условное обозначение содержит наименование, длину и диаметры валков (переднего и заднего), расположение привода (правое – П, посередине – С, левое – Л) и ГОСТ. Вальцы Лб 100 50/50 П ГОСТ…; Вальцы Лб 200 100/100 ГОСТ… с индивидуальным приводом на каждый валок; Вальцы См 2100 660/660 Л ГОСТ…; Вальцы См 2100 660/660 Л с переключением фрикции ГОСТ…; Агрегат вальцов Рф 800 490/610 С 2 ГОСТ…

1.3.2. Схема работы вальцов.

Обрабатываемый материал (каучук или резиновая смесь) в виде кусков или пластин загружают и многократно пропускают через зазор между валками.

Материал втягивается в зазор под действием сил трения и в результате сцепления между материалом и поверхностью авлков.

Степень деформации и степень захвата материала определяется углом захвата  =10-45 о. Дуга, стягивающая этот угол, называется дугой захвата. Втягивающая сила Р>0 , если  >  ;  – угол трения;  = tg  – коэффициент трения.

При работе реализуются деформации сдвига и среза; в зоне зазора всегда имеется запас материала.

После выхода из зазора смесь отклоняется к переднему валку, т.к. он вращается медленнее заднего; это обусловлено еще и соображениями техники безопасности. Образовавшийся на переднем валке слой смеси называют шкуркой или шубой.

Зазор регулируется в пределах до 10-12 мм.

Чем больше фрикция, тем более интенсивно происходит перемешивание и тем больше температура.

То же относится и к скорости, которая находится в интервале 35-40 м/мин. Увеличение скорости лимитируется соображениями техники безопасности.

1.3.3. Устройство вальцов.

Два полых валка вращаются навстречу друг другу в подшипниках качения, установленных в станинах, которые стянуты траверсами.

Траверсы образуют прямоугольные окна, в которых установлены корпуса подшипников валков.

Станины установлены на фундаментной плите.

Для измерения величины зазора между валками корпуса подшипников переднего вала могут перемещаться по направляющим вдоль станины. Перемещение осуществляется нажимным винтом с помощью механизма регулировки зазора.

– Механизм приводится в действие вручную маховиком или рукояткой или от электродвигателя.

Нажимной винт упирается в корпус подшипника переднего валка через предохранительную шайбу, которая пробивается при увеличении распорных усилий.

При большом отодвигании или сдвигании валков срабатывают концевые выключатели.

В станинах есть диски, указывающие величину зазора.

Имеются ограничительные стрелки, чтобы не засорять подшипники.

Двигатель передает усилие через приводные и фрикционные шестерни.

Смазка осуществляется вручную или насосом от масляной станции, что проще.

Имеется аварийный останов, прекращающий подачу электричества в двигатель. После его срабатывания валки проходят четверть оборота при незагруженных вальцах и останавливаются мгновенно – при загруженных.

1.3.4. Основные узлы.

- Фундаментная плита – чугунная отливка с усилением ребрами жесткости, 3.5 т.

Можно делать из железобетона с каркасом из арматурной стали (10-12% по массе).

- Станина – стальная, состоит из двух частей – собственно станины и траверсы – верхней части, 800-1350 кг. Должна быть рассчитана на распорное усилие 14 кН на 1 см длины рабочей части валка.

- Валки – основной узел – отливается в кокиль из чугуна, с поверхности отбеливается на глубину 8-25 мм.

Бочки, в основном, цилиндрические, Рафинирующие вальцы имеют бомбировку. Передний (диаметр 490 мм) – 0.151 мм, задний (диаметр 610 мм) – 0.075 мм.

Дробильные и промывочные вальцы имеют рифленую поверхность (рифление под углом 4-15 о к продольной оси).

Охлаждение валков – обычно температура валков должна быть ~60 о С. Температура воды не более 12-14 о С. Летом водопроводную воду надо охлаждать.

При пластикации НК и при переработке смесей на его основе Температура переднего валка должна быть на 5-10 град. Меньше температуры заднего – тогда смесь пойдет на передний валок.

При обработке смесей из СК Температура переднего валка должна быть на 5-10 град. Больше температуры заднего.

Два способа охлаждения – заполнение валка водой и периодическая ее замена -–открытый способ. С помощью разбрызгивающих устройств на расстоянии 150-200 мм друг от друга.

Расход воды 1.2-2ю5 м 3 /час – малые, 5-12 – средние, 8-18 – большие.

Есть конструкции с охлаждением подшипников.

- Механизм регулировки зазора. Зазор 0.05-12 мм. Нажимной винт вращается в стальной гайке, закрепленной в станине. Обратный ход может осуществляться электродвигателем или за счет распорных усилий.

- Ножи (их два) монтируются в каретке и могут перемещаться вдоль валка.

- Устройства для перемешивания и охлаждения смеси. Смесь срезается с переднего валка и заправляется в зазор между охлаждающим барабаном и прижимным роликом и снова направляется в зазор – она перемешивается, интенсивно перемещаясь по длине с помощью специальных роликов и каретки – сток-блендерс. Такая система применяется для доработки резиновых смесей после РС.

- Особенности различных типов вальцов. Рф (рафинирующие) брекер-вальцы – для предварительной очистки, рефайнер-вальцы – для окончательной очистки. Съем смеси осуществляется с заднего валка с закаткой в рулоны. Поверхность гладкая бочкообравзная, включения уходят на кромки. Различные диаметры валков. Фрикция 1:2.55. Др (дробильные) – размеры бочек и фрикция как у Рф. Пр (промывочные) – рифленая поверхность, но одинаковые диаметры валков.

1.3.5. Распределение напряжений в материале в зазоре между валками.

- Допущения: ламинарный режим течения, условие прилипания, ньютоновская жидкость.

Уравнение Навье-Стокса.

Существует 2 принципиально различные области течения . До границы двух зон (выше) имеет место поступательное и встречное течение; ниже – только поступательное. Между этой границей т самым узким сечением – пробковый режим течения – силы, возникающие вследствие гидростатического давления и действующие с одной стороны сечения, уравновешиваются силами, действующими с другой стороны сечения.

Напряжение сдвига в этом сечении равно нулю, а давление максимально – материал движется как твердая пробка без деформации.

- Распределение температур в валковом зазоре. Два пика вблизи поверхностей, обусловленные наличием охлаждения.

1.3.6. Распорные усилия.

- На основе закономерностей пластической деформации материала между валками.

Распорное усилие – величина силы, стремящейся раздвинуть валки при прохождении между ними деформируемого материала.

где  – относительное уширение материала,  = b к / b н (можно считать  =1), b н – начальная ширина, b к – конечная ширина, k – эмпирический коэффициент,  Т – предел текучести вальцуемого материала, h нс –толщина нейтрального слоя, h нс (h н  h к ) ½ , h н и h к – толщина материала до и после вальцевания,  =  / lg (  /2) ,  – коэффициент трения,  – угол захвата, R – радиус валка, см,  h =2 R (1- cos  ) – линейное обжатие.

- На основе закономерностей упругой деформации.

где E – модуль упругости.

При этом силы трения не учитываются, после прохода через зазор толщина восстанавливается.

- На основе гидродинамической теории вальцевания.

Распорное усилие разбивается на две составляющие: 1) направленное против вектора скорости вращения (горизонтальная составляющая), 2) направленное в сторону вектора скорости (вертикальная составляющая)

где Т – сила трения, l –длина дуги захвата, f – фрикция, v 1 , v 2 – линейная скорость переднего и заднего валка, L – длина валка, В 1,2 – коэффициенты, n – реологический коэффициент/

Если P 1 и P 2 известны, то координату точки приложения равнодействующей можно определить как

где  эф – коэффициент эффективной вязкости, h к – минимальный зазор.

Для ориентировочных расчетов P = qL , q = 400 кН/м (для НК), для наполненных смесей q = 600-1100 кН/м.

Методика, основанная на теории подобия.

где В=( h н – h 2 )/( h н - h 1 ) – восстанавливаемость, М=( h н – h 1 )/( h н + h 1 ) – мягкость, h н – первоначальная высота образца, h 1 – высота под нагрузкой, h 2 – высота после разгрузки, Пл к – конечная пластичность

Значения коэффициентов:

Например, для СКН-40:

Р=18059860.66 1.4 2.1 0.7 0.002 0.1 0.48 –0.4 =1.22 МН=122 т.

1.3.7. Потребляемая мощность.

- Методика, основанная на теории пластической или упругой деформации.

где М – момент сопротивления вращению валков, Нм, М=М р +М тр, М р – момент для преодоления сопротивления деформации материала, М р = PDsin (  /2) , P – распорное усилие,  – угол захвата, М тр – момент сопротивления трению в подшипниках с учетом силы тяжести валков и распорных усилий, М тр =  ( P + G в ) d ,  – коэффициент трения в подшипниках, G в – сила тяжести вала, d – диаметр цапфы валка, n – средняя скорость вращения валков,  – КПД зубчатой пары.

- Методика, основанная на гидродинамической теории вальцевания.

где  – окружная скорость быстроходного валка, с –1 .

Значения коэффициентов:

Например, для СКН-40:

N=0.069861.8750.66 2 2.1 0. 6 0.002 0.1 0.48 –0. 7 1.22 –0.25 =65 кВт.

1.3.8. Привод.

Вальцы могут иметь индивидуальный привод, спаренный и групповой.

Привод может располагаться с правой и с левой стороны от рабочего места.

В начале цикла обработки мощность в 1.5-2 раза больше мощности, потребляемой вальцами. Поэтому мощность электродвигателя надо выбирать с учетом этой пиковой нагрузки.

При индивидуальном приводе устанавливают синхронный двигатель, который при недогрузке может работать как компенсатор и улучшать cos.

Может быть отдельный двигатель на каждый валок (в лабораторных вальцах).

Для соединения выходного вала редуктора с трансмиссионным валом используются муфты , они допускают некоторый перекос соединяемых валов, обеспечивают эластичность передачи. Применяют зубчатую муфту Фаста, пальцевую муфту Франке, пружинную муфту Биби.

Могут быть и резиновые, и резино-пневматические муфты, обеспечивающие плавную работу привода и некоторую несоосность осей.

Для вальцов с большим раздвигом валков и при больших распорных усилиях используют блок-редуктор (до 20 кН/см). В нем размещаются приводные и фрикционные шестерни. Блок-редуктор соединен двумя выходными валами через универсальные шарнирные устройства с валками вальцов.

Стоимость блок-редуктора гораздо больше, но он имеет много преимуществ – шестерни и подшипники работают в более благоприятных условиях.

1.3.9. Особенности монтажа.

Раньше вальцы устанавливали на специальном фундаменте и закрепляли фундаментными болтами.

Вибрации передаются конструктивным элементам здания.

Перенос вальцов с одного места на другое связан с большим объемом строительных работ

Применяют виброизолирующие опоры – без специального фундамента и болтов.

1.3.10. Выбор вальцов.

Подогревательные вальцы в индивидуальном исполнении имеют мощность двигателя 180 кВт, а агрегат 320 кВт. Экономия 40 кВт.

В групповом приводе нагрузку вальцов можно сделать более равномерной. Всякая перегрузка нежелательна.

Нельзя загружать сразу несколько вальцов при групповом приводе.

Двигатели должны быть в пылезащитном исполнении.

Для снижения пиковых нагрузок используют предварительный подогрев (в горячей воде) для жестких смесей (протекторы, катки и др.).

1.3.11. Производительность вальцов.

- Периодический режим.

где V –литражная емкость или объем единовременной загрузки, в литрах: V =(0.0065-0.0085) D 1 L , D 1 – диаметр переднего валка, см, L – его длина, см,  – плотность кг/дм 3 ,  –коэффициент использования машинного времени (0.85-0.9), t ц = t 1 + t 2 + t 3 – время цикла (загрузка, пластикация, выгрузка) в мин.

При пластикации каучука:

где  Пл – изменение пластичности по Карреру, i – зазор, см, u – окружная скорость быстроходного валка, м/мин, f – фрикция, A , n , m – коэффициенты.

Значения коэффициентов:

В запасе находится при вальцевании приблизительно столько же смеси, сколько на валке.

- Непрерывный режим.

где  0.75 – коэффициент заполнения канавок рифления обрабатываемым материалом, F – площадь сечения канавки, м 2 , l – шаг рифления, т.е. расстояние между соседними канавками, м, k =1 или 2 в зависимости от того, сколько валков с рифлениями.

1.3.12. Система охлаждения.

Система охлаждения бывает закрытой (сейчас не применяется) и открытой. Преимущество последней – высокие значения коэффициента теплоотдачи в тонких струйках из форсунок (малый диаметр струю, высокая скорость, большое значение критерия Рейнольдса) и из-за частичного испарения воды при контакте с горячими стенками.

- Тепловой баланс.

где Q 1 = N  t ц – тепло, выделяющееся за счет внутреннего трения в материале, кДж, N – мощность двигателя, кВт;  – КПД привода, t ц – время цикла, с; Q 2 – дополнительно подводимое тепло, кДж; Q 2 = m  h t ц – с паром, m – расход пара, кг/с,  h – изменение энтальпии пара, кДж/кг; Q 3 = GC  Tt ц – тепло, пошедшее на нагрев резиновой смеси, кДж, G – производительность вальцов, кг/с, С – теплоемкость резиновой смеси, кДж/(кгК),  T – изменение температуры смеси, К; Q 4 =  F ( T пов – T в )+с 0  F (( T пов /100) 4 –( T в /100) 4 ) – потери тепла в окружающую среду, слагающиеся из конвективных и лучистых (считается для каждого валка), кДж,  – коэффициент теплоотдачи при естественной конвекции от стенки вальцов к воздуху, кВт/(м 2 К), F – поверхность теплообмена, м 2 , T пов и T в – температура поверхности валка и окружающего воздуха, соответственно, К, с 0 – коэффициент излучения абсолютно черного тела, с 0 =5.6710 -3 кВт/(м 2 К 4),  – степень черноты; Q 5 = m в С в  T в t ц – тепло, унесенное охлаждающей водой, кДж, m в – расход воды, кг/с, С в =4.2 кДж/(кгК) – теплоемкость воды,  T в – изменение температуры воды, К.

1.3.13. Установки для приема и охлаждения ленты резиновой смеси.

- Фестонного типа. Лента срезается с вальцов или ЧМ с листовальной головкой, проходит ванну с каолиновой суспензией и подается в фестонообразователь. Фестон получается в результате прижатия ленты резиновой смеси к штанге конвейера рычагом, который приводится в действие пневмоцилиндром. Как только образуется фестон, рычаг перемещается на один шаг. Далее смесь поступает в камеру, охлаждаемую воздухом с помощью вентилятора. Размер камеры рассчитан на 4 беча. Охлажденные фестоны подаются к узлу укладки, где лента разрезается на листы заданной длины, которые подаются на поддоны, установленные на весах.

Недостаток этой системы – громоздкая, нет возможности закатывать смесь в бабины для последующей подачи к ЧМ. Последний недостаток устранен на некоторых конструкциях (фирма "Пирелли").

В новых системах лента шириной 0.6 м срезается с вальцов, обрабатывается водной каолиновой суспензией, затем разрезается надвое вдоль дисковым ножом. Затем охлаждается вентиляторами. Скорость движения – 8-38 м/мин, количество вентиляторов 4-7. Дольше режется на ленты или закатывается в бобины. Существуют такие установки частично вертикального типа, весьма компактные

- Ленточного типа. При поточном производстве лента с вальцов идет на каландры или ЧМ по ленточному транспортеру без дополнительного охлаждения. Предварительно она разрезаются на узкую ленту вдоль или поперек (не до конца).

4.2 Штамповка на ковочных вальцах (вальцовка).

Эта штамповка напоминает продольную прокатку в одной рабочей клети, на двух валках которые закрепляют секторные штампы, имеющие соответствующие ручьи.

Нагретую заготовку 1 подают до упора 2 в тот момент, когда секторные штампы 3 расходятся. При повороте валков происходит захват заготовки и обжатие ее по форме полости; одновременно с обжатием заготовка выталкивается в сторону подачи.

На вальцах изготовляют поковки сравнительно несложной конфигурации, типа звеньев цепей, рычагов, гаечных ключей и т. п. Кроме того, на вальцах фасонируют заготовки для последующей штамповки, чаще всего на кривошипных горячештамповочных прессах.

Профилируют и штампуют на вальцах в одном или нескольких ручьях. Исходное сечение заготовки принимают равным максимальному сечению поковки, так как при вальцовке происходит главным образом протяжка.

4.3 Устройство и принцип работы деформирующего оборудования и штамповочной оснастки.

Рисунок 1

1- Ползун;

4- Электродвигатель

5- Приёмный вал

6- Малое зубчатое колесо

7- Большое зубчатое колесо

8- Пневматическая функциональная дисковая муфта

9- Кривошипный вал

11- Стол пресса

Штамповка на кривошипных горячештамповочных прессах КГШП изготовляют усилием 5-10 мм. Они успешно заменяют и во многих случаях по технологическим возможностям превосходят паро-воздушные штамповочные молоты с массой подающих частей до 10 тонн. КГШП характерно то, что усилие, возникающее при штамповке, воспринимается массивной станиной. На станине пресса установлен электродвигатель. На его валу закреплён шкив, от которого крутящий момент через клиноременную передачу передаётся маховику, закреплённому на приёмном валу. На другом конце этого вала насажана малое зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с большим зубчатым колесом со встроенной в него пневматической муфтой включения. Большое зубчатое колесо с муфтой расположено на коленчатом валу, который при вращении приводит в движение шатун с ползуном в направляющие стороны.

Для остановки вращения кривошипного вала после включения муфты служит тормоз. Стол пресса, установленный на наклонной поверхности, может перемещаться клином и тем самым в незначительных пределах регулировать высоту штамповочного пространства. Для обеспечения удаления поковки из штампа пресса имеется выключатели в столе и ползуне. Выталкиватели срабатывают при ходе ползуна вверх. Остановка моховика производится тормозом при включенном электродвигателе.

В отличии от молотов прессы имеют жёсткий график движения ползуна, полный ход которого вверх и вниз одинаков и равен удвоенному радиусу кривошипа. В связи с этим при многоручьевой штамповке невозможно применить протяжной, подкатной, отрубной ручьи. Поковки, требующие использования указанных ручьёв штампуют на КГШП из заготовок периодического проката или предварительно фасонированных на ковочных пальцах. Скорость ползуна в момент соприкосновения верхней части штампа с заготовкой равна 0,3 – 0,8 м/с, то есть в несколько раз меньше скорости базы молота в момент удара. Так как деформация выполняется в каждом ручье за один ход пресса, заготовки должны быть чистыми от окалины во избежании порчи поверхности паковки.

Постоянство величины хода ползуна, большая точность его движения в мощных регулируемых направляющих станины пресса, применение штампов с направляющими колонками и выталкивателями для принудительного удаления поковок обеспечивает большую точность изготовления поковок, с меньшими штамповочными уклонами, припусками, допусками и расходом металла, чем при штамповке на молотах. Выталкиватели размещают в вертикальных отверстиях ручьевых вставок штампа. Во время штамповки рабочей поверхности выталкивателей составляют часть поверхности ручьёв. При обратном ходе ползуна специальный механизм в штампе, приводимый в действие от выталкивателя пресса, поднимает ручьевые выталкиватели, которые выбрасывают поковку из ручья.

Для исключения заклинивания и поломки пресса открытые штампы на КГШП не смыкаются на величину заусенца из-за отсутствия ударов служат больше молотовых. На КГШП используют штампы сборной конструкции с ручьевыми вставками, которые при износе заменяют. Наличие выталкивателей обеспечивает удобство штамповки в закрытых штампах выдавливанием и прошивкой. При выдавливании заготовку устанавливают в полость штампа и осаживают в этой полости с одновременным истечением части металла за её пределы. КПД прессов примерно в 2 раза выше КПД молотов. Прессы совершают 35-90 ходов в мин, то есть примерно столько, сколько 4 эквивалентные им по мощности молоты. Штамповка на прессе в 1,5 – 3 раза производительней, чем на молоте, и её легче механизировать и автоматизировать.

При закрытой штамповке без заусенца полученная по приведённой формуле значения усилия уменьшают на 2,0 – 2,5%. P = k F, где P – площадь проекции штампованной паковки с заусеничным носочком, см кв; k – коэффициент, учитывающий сложность формы поковок (k = 6,4 / 7,3).

Цель работы: приобретение практических навыков расчёта и проектирования вальцового станка.

Задание: определить основные параметры рабочих органов вальцового станка, установленного в системе для измельчения пшеницы, производительностью Q , кг/ч.

Из приложения 1 определяем геометрические размеры зерен пшеницы. Диаметр частицы составляет d , мм. Межвальцовый зазор b , мм выбираем из задания.

Производительность станка, степень измельчения и расход энергии взаимосвязаны и определяются отношением окружных скоростей вальцов, диаметром и правильностью геометрической формы вальцов, профилем и характеристикой рифлей. Увеличение окружных скоростей вальцов существенно повышает производительность при незначительном увеличении расхода энергии.

Диаметр вальца определяют из условия затягивания частицы материала в зазор между вальцами. Частица (рис.3.1), находящаяся между гладкими вальцами, вращающимися с одинаковыми угловыми скоростями, будет увлекаться силами трения F в зазор (диаметры вальцов одинаковые). Однако войти в зазор, не деформировавшись, частица не может. Оказывая сопротивление, частица воспринимает со стороны вальцов нормальные усилия P .

Если при этом разность вертикальных составляющих будет направлена к зазору (вниз), то частица, разрушаясь, попадает в зазор, если эта разность направлена от зазора (вверх), то вальцы не смогут захватить частицу и увлечь ее в зазор.

Рис.3.1 – Схема к определению диаметра вальца

Определяем минимальный диаметр вальцов D min , мм из условия захвата частицы вальцами из формулы:

(3.1)

где α – угол острия (α =20…30°).

Применяемый на практике минимальный диаметр вальцов равен 150 мм, а наиболее широко распространенный – 250 мм, что вызвано требованиями высокой жесткости вальцов.

Вальцовый станок имеет две пары вальцов, следовательно, одна пара вальцов имеет производительность Q B = Q /2.

Длину вальцов L р, м ориентировочно определяем по формуле (3.2), при этом удельную нагрузку для первой драной системы определяем по приложению 2, q , кг/(м ч). Отсюда:

По приложению 2 выбираем вальцы с параметрами: количество рифлей на 1 см; уклон рифлей, %.

Проверяем правильность расчета рабочей длины вальцов L р, м из формулы (3.5), предварительно определив скорость обработки зерна V з, м/с по формуле (3.4), при этом принимаем скорость быстровращающегося вальца V б, м/с. В настоящее время при размоле зерна в сортовую муку принимают V б =5,5...6,5 м/с, при размоле зерна в обойную муку V б = 8...12 м/с. В первом случае соотношение скоростей выбирают: для драных систем К = 2,5 и для размольных систем К = 1,1...1,6 (Приложение 1).

Тогда V м, м/c равно:

V м = V б /K (3.3)

(3.4)

(3.5)

где b – зазор между вальцами, м;

Q B – производительность станка, кг/ч;

ρ – объемная масса измельчаемого продукта, кг/м 3 ;

V З – скорость обработки зерна в зазоре между вальцами, м/с;

k 1 – коэффициент полезного использования зоны измельчения, который всегда меньше единицы (k 1 =0,2...0,3).

Определяем величину рабочего прогиба по формуле (3.7).

Предварительно определяем момент инерции сечения вальца J , м 4 по формуле (3.6):

где D – диаметр вальца, м.

Отсюда прогиб y , м равен:

L – расстояние между опорами, м; L = L p + 2 ΔL ;

ΔL – расстояние от торца вальца до середины подшипникового узла, ΔL = 0,06м;

Е – модуль упругости материала вальца, Е = 1,6 10 10 кгс/м 2 ;

J – момент инерции сечения вальцов, м

Проверяем условие y < [y ] = 1·10 -5 м

Частоту вращения вальцов n (с -1) определяем по формуле:

где V б – скорость быстровращающегося вальца, м/с;

D – диаметр вальца, м.

Мощность, потребную для привода одной пары вальцов
N (кВт) определяем по формуле:

(3.9)

где L р – рабочая длина вальцов, м;

D – диаметр вальца, м;

n

d – диаметр частицы исходного материала, м.

Для обеспечения вращения быстровращающегося вальца с частотой n , мин -1 разработаем кинематическую схему привода. Кинематическая схема представлена на рис. 3.2.

Для разработки кинематической схемы привода вальцов необходимо рассчитать общее передаточное число, которое определяем по формуле:

Для рассчитанного передаточного отношения достаточно установить ременную передачу, которая обеспечит точную частоту вращения ротора.

Общий коэффициент полезного действия является произведением всех КПД передач привода и определяется по формуле:

Ременная передача рассчитывается по стандартной методике.

ƞ рп. – КПД ременной передачи, ƞ рп = 0,95;

ƞ зп – КПД зубчатой передачи, ƞ зп = 0,95.

Установленную мощность привода N np (кВт) определяем по формуле:

По приложению 3 для привода шнека выбираем электродвигатель с N эд, кВт, n эд =1500 мин -1 . Циркуляционную мощность N ц, кВт определяем по формуле:

(3.13)

Крутящий момент на валу вальцов М к (Н м) определяем по формуле:

где n – частота вращения вальцов, с -1 ;

Силы Т и R (H) определяются из технологического расчета по формулам:

, (3.15)

, (3.16)

где q – равномерно распределенная нагрузка в межвальцовом зазоре (при измельчении q = 3·10 4 Н/м, при плющении
q =2,5·10 5 Н/м);

L p – рабочая длина вальцов, м;

β – угол наклона оси вальцов, β =45º.

Рис. 3.2. Кинематическая схема привода вальцовой пары:

1- быстровращающийся валок; 2 - медленновращающийся валок;
3 - первая зубчатая передача; 4 - вторая ременная передача;
5- первая ременная передача; 6 - электродвигатель; 7 - распределительный валок; 8 - дозировочный валок; 9 - вторая зубчатая передача

Вальцовые устройства снабжают механизмами питания и очистки поверхности вальцов. Механизм питания должен обеспечивать регулируемую равномерную по всей длине вальца подачу заданного количества продукта. В настоящее время чаще всего применяют двухвалковый питающий механизм (рис.3.3), верхний питающий валик называют дозировочным, а нижний – распределительным. Дозировочный валик имеет продольные рифли, а распределительный валик имеет поперечные рифли.

Механизм питания должен подавать продукт в зону измельчения со скоростью, равной или близкой к скорости медленновращающегося вальца.

Диаметром питающего валка D п = 2r задаемся конструктивно, D п = 80 мм.

Рис.3.3. Питающий механизм вальцового станка:

1 – быстровращающийся валок; 2 – медленновращающийся валок;

3 – распределительный валок; 4 – дозировочный валок.

М – точка отрыва частицы от распределительного валка; А – расстояние, отделяющее точку отрыва частицы от горизонтального диаметра валка; В – высота падения частицы; r – радиус распределительного валка;
b – точка касания частицы медленновращающегося валка; Q – сила тяжести частицы

Максимальную окружную скорость распределительного питающего валка V рв, м/с определяем по формуле (3.17), при этом А = r , где А – расстояние от точки падения частицы до оси вращения распределительного валка.

Высоту падения частицы В (м) определяем из формулы (3.18), зная конечную скорость падения частицы V k = V м.

(3.18)

Частоту вращения питающего валка n рв, мин -1 определяем по формуле:

(3.19)

Вращение питающего валка производится через ременную передачу от быстровращающегося вальца, а вращение дозировочного валка производится от питающего через зубчатую передачу в том же направлении со скоростью 1,5…2 раза меньше, чем скорость питающего валка. Отсюда скорость дозировочного валка n доз.в. , мин -1 составляет:

где n рв – частота вращения питающего валка, мин -1 .

Частоту вращения быстровращающегося валка n бв, мин -1 определяем по формуле:

Порядок оформления отчета. Отчет о расчетно-практической работе оформляется в соответствии с требованиями, изложенными в , и включает в себя следующие разделы:

– цель работы;

– расчетную часть, в которой приводится расчет вальцового станка согласно предлагаемому варианту (прил. 1);

– графическую часть, в которой даются чертеж схемы определения диаметра вальца и кинематическая схема вальцового станка с указанием рассчитанных параметров передач.

Приложение 1

Таблица 3.1– Исходные данные для расчета вальцовых устройств

Приложение 2

Таблица 3.2– Некоторые параметры вальцовых станков

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.