Ножиці з паралельними ножами

          Лапа  прижима перед пуском ножниц  приподнята над рольгангом на  высоту 438 мм, что обеспечивает свободный проход блюма сечением 400x400 мм. При резании сляба высотой 200 мм лапа прижима опустится на 238 мм; на эту же величину опустится точка / и верхний ползун, так как отношение радиусов 1—2 и 1—3 равно отношению плеч рычага прижима (700 и 1400 мм), см. рис. 5,а.

При  по формулам или по графику на рис. 4 находим угол поворота кривошипа 3 вокруг точки 1: α = 87°45^/.

            Третье положение (рис. 6,в). Лапа прижима упирается в металл, поэтому точки 6, 5 и 2 становятся неподвижными, и при вращении приводного вала точки 1 и 3 будут вращаться вокруг точки 2 с одинаковыми радиусами поворота, равными =125 мм. При этом точка 1 (верхний ползун) будет опускаться, а точки 3—4 (нижний ползун) подниматься. Однако точки 3—4 могут подняться только на 6 мм (это расстояние предусмотрено для свободного прохода металла над нижним ножом по роликам рольганга). Суммарное сближение ножей при этом будет равно 12 мм, а общий ход ножей в конце этого периода s_y = 238+12=250мм.

         Четвертое положение (рис. 6, г). С момента, когда металл оказывается зажатым между нижним ползуном и лапой прижима, верхний ползун останавливается, так как все звенья на пути прижим — шарниры 6—5—2—3—4 будут замкнуты; центр вращения вала переходит из точки 2 в точку 1, т. е. эксцентрик шатуна (кривошип 3) будет поворачиваться вокруг оси вала 1 как в обычном кривошипном механизме, при этом нижний ползун будет подниматься, а верхний будет неподвижным. Для того чтобы в положениях, показанных на рис. 6, а, б, гарантировать прижатие металла лапой прижима, между его основанием и плоскостью верхнего ножа конструктивно предусмотрено расстояние 41 мм. В положении, изображенном на рис. 6, в, это расстояние уменьшилось на 6 мм и составляет 35 мм. При подъеме нижнего ползуна будет подниматься и прижим, поэтому сначала металл будет прижат к верхнему ножу; при этом общий ход ножей составит 250 + 35 = 285 мм и угол поворота кривошипа при этом увеличится, согласно формуле  и рис. 4, б, до 98°, т.е. на 8°.

При дальнейшем движении нижнего ножа будет происходить собственно резание металла «на весу» (нижний рез, металл не касается рольганга). Путь ножей (при е_н=1, см. табл.) увеличится на 200 мм (толщина сляба) и составит 485 мм, чему соответствует угол поворота кривошипа [согласно формуле  и рис. 4,б при ], равный 169°, т. е. увеличится на 71°.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7. Диаграмма статических моментов на приводном валу ножниц с усилием резания 10 Мн (1000 Т) (а) и нагрузочная диаграмма электродвигателей привода ножниц в функции угла поворота эксцентрикового (кривошипного) вала ножниц (б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пятое положение (рис. 6, д). По окончании резания отрезанный кусок металла с небольшой высоты (35 мм) падает на задний (отводящий) рольганг и транспортируется им к уборочным устройствам.

          При  дальнейшем вращении вала на 11° нижний нож вместе с прижимом и зажатым между ними металлом поднимается вверх на 15 мм (предусмотренное перекрытие ножей в конце резания). Таким образом, рабочий ход (поворот вала на 180°) закончен. При этом собственно процесс резания совершался на участке, соответствующем углу 70°57^/ (верхняя часть полуокружности).

          При  последующем вращении вала от  α=180° до α = 0° (360°) ножницы занимают положения, приведенные на рис. 6, д, г, в, б, а (т. е. в обратном порядке). В положении, изображенном на рис. 6, а, ножницы останавливаются автоматически (командоаппаратом).

          3. Определим  статический момент на приводном  валу от усилия резания. Процесс резания сопровождается вмятием ножей в металл и сдвигом металла по плоскости резания. Касательное напряжение (сопротивление сдвигу) в процессе резания возрастает от нуля (момент начала вмятия) до максимума (конец вмятия, начало сдвига), равного τ_mах = 0,7 s_b. Соответственно с ним в этот период возрастает также общее усилие резания Р, которое достигает максимума (в данном случае при резании сляба 200x900 мм Р_mах=10 Мн (1000 Т).

          Характер  изменения напряжения т и усилия  Р теоретически определить не представляется возможным. Экспериментальные исследования показывают, что при горячем резании стали (950—1050° С) τ и Р достигают максимума при внедрении ножей приблизительно на 1/3—2/5 толщины разрезаемого металла. Затем начинается сдвиг металла; площадь сечения, испытывающего максимальные напряжения среза, уменьшается, соответственно уменьшается и общее усилие резания (см. рис. 3). Согласно формулам (3), (4) и рис. 3, в строим график изменения усилия резания при уменьшении высоты надрезанного сечения, т. е. при увеличении угла поворота вала ножниц от 98 до 169° (угол собственно резания), рис. 7,а.

Определим плечо момента, соответствующего усилию резания Р_mах

(при e_в = 0,3, см. рис. 3, в).

            К началу резания (четвертое  положение, рис. 6, г) расстояние  между ножами равно 285 мм. При внедрении ножей на величину hε_в = 200*0,3 = 60 мм это расстояние составит 285+60 = 345 мм, чему соответствуют формула (8), угол = 23° и угол α=113°.

         По формуле   (10a)   находим плечо   момента,   соответствующего

усилию Р_max:

(аналогичный результат получим  по кривой на рис. 4,в).

Статический момент резания при Р_mах рассчитаем по формуле (11)

М_рез = Р_mах = 10×0,22 = 2,2 Мн×м (220 Т×м).

Определим потери на трение, полагая, что радиусы трения в подшипниках приводного вала и в головках шатунов увеличивают плечо а на величину а_тр , равную (при  m = 0,05 в подшипниках скольжения при хорошей смазке, см. рис. 5):

            Таким образом момент трения в подшипниках  (без учета трения в направляющих  ползунов)  составляет около 23%  от момента усилия

резания.

          Суммарный   максимальный статический  момент,  соответствующий

Р_max:

М_ст = 2,2 + 0,52 = 2,72 Мн×м (270 Т·м).

 

              В соответствии с изменением  усилия резания Р (см. рис. 3, в) и плеча момента (см. рис. 4, б) строим кривые изменения M_рез, М_тр и М_ст, , по толщине разрезаемого металла (углу поворота вала кривошипа на участке резания, рис. 7, а). Момент холостого хода на остальных участках принят равным М_х._х = 5%, М_ст = 0,13 Мн×м (13 Т×м). Средний эквивалентный статический момент (средняя ордината) равен 1,95Мн×м (195 Т×м)

          4. Мощность  резания и выбор электродвигателя. Согласно техноло-гическому режиму  работы блюминга 1000, при прокатке  слябов максимального сечения  200X900 мм ножницы при резании этих слябов на мериные длины должны обеспечить четыре реза в минуту. Цикл резания, равный 15 сек, состоит из времени одного оборота ножниц и времени паузы между двумя последовательными резами (необходимой для продвижения металла по рольгангу). По практическим данным время паузы составляет 50—60%  времени цикла  (7,5—9 сек), а время резания 40— 50% времени цикла (6—7,5 сек). Таким образом, для  обеспечения заданной производительности (4 реза в минуту) ножницы должны иметь при резании среднюю угловую скорость, равную 10 об/мин (соответсвующую 10 резам в минуту при непрерывной работе без пауз),

             Средний эквивалентный статический  момент резания на приводном  валу ножниц равен 1,95 Мн×м= 1950 кН×м (195 Т×м) (см рис. 121).

              Для привода ножниц предварительно по каталогу подбираем под-

ходящий электродвигатель. С целью  уменьшения инерции привода

(махового момента якоря)  принимаем  два электродвигателя постоянного

тока типа МП мощностью по 360 кВт каждый с номинальной скоростью

n=500 об/мин, w =52,2 1/сек

              Между электродвигателями и ножницами  устанавливаем редуктор с передаточным  числом i=50. При к. п. д. редуктора h= 0,95

на его выходном валу крутящий момент будет равен

Мф.тах == 42-50.0,95 == 2000 кН×м (200 Г-ж),

что соответствует среднему эквивалентному статическому моменту резания [1950 кн×м (195 Т-м)].

Кроме проверки привода на допустимый кратковременный коэффициент перегрузки электродвигателей, необходимо выполнить проверку их на нагрев по среднеквадратичному моменту при резании всего сортамента блюмов и слябов. В данном случае в качестве примера ограничимся определением среднеквадратичного момента при резании сляба 200x900 мм, хотя при резании более мелких сечений двигатели, возможно, будут находиться в более тяжелых условиях (при большем числе включений их в минуту).

Приведенные к валу электродвигателя маховые моменты масс,

(кг-м²): якорей электродвигателей 2-395 = 790 (по каталогу), моторных муфт 2-85=170 (по каталогу); тормозных шкивов 2*70=140 (по каталогу); механизмов ножниц (шпиндель, эксцентриковый вал, ползуны и шатуны) и редуктора 1300 (переменный маховой момент кривошипно-шатунного механизма ножниц при подсчете принят постоянным). Суммарный   маховой   момент   масс   на   валу   электродвигателя   2400 кг-м²; момент инерции всех масс J = mD²_t. /4 = 600 кг-м².

               При пуске двигателей и разгоне  ножниц с ускорением до номинальной скорости (принимая момент пуска и разгона М_П=М_Н и момент холостого хода М_хх = 0,1 Мн)  

Выше было показано, что резание  сляба толщиной 200 мм начнется после поворота вала кривошипа на 98°. Таким образом, разгон ножниц закончится раньше, чем начнется резание металла (ф_у<ф_р), что является необходимым условием, так как вся мощность двигателей будет расходоваться при резании только на преодоление статического момента резания; динамический момент разгона системы будет равен нулю). Остальную часть пути до момента резания j_х.х = 98°—75°= 18° вал ножниц будет совершать без ускорения при нагрузке, равной М_х._х.

Считаем, что резание сляба на пути в 71° совершается при постоянных угловых скоростях вала ножниц w_р и n_р

Ножницы должны быть остановлены при  крайнем нижнем положении кривошипа, т. е. когда вал совершит полный оборот (360°). Тормоза на валу электродвигателей должны быть включены за некоторое время до останова ножниц (при М_Т=М_Н и М_тн=М_т+М_х._х):

Остальной путь, считая от момента  окончания резания (169°) до момента начала торможения, равный 360—(169 + 61) = 130°, вал ножниц совершает при нагрузке, равной М_х._х = 0,1 Мн_у

Таким образом, время одного рабочего хода ножниц (при повороте вала на 360°) составит:

t_раб = 2,5 + 0,3 + 1,18 + 2,17 + 2,05 = 8,2 сек,

что несколько больше принятого  ранее (7,5 сек). Для обеспечения заданной производительности ножниц (четыре реза в минуту, или время цикла резания 15 сек) длительность паузы между резами должна быть не более /пауз=7 сек.

Таким образом, M_СР.КВ.<M_H, и двигатели не будут перегреваться при работе с частыми запусками.

С целью увеличения производительности ножниц иногда применяют так называемый качательный режим их работы при резании проката небольшой толщины (например, слябов). Из рис. 121 следует, что собственно участок резания (169—98°=71°) составляет менее 1/5 угла полного поворота приводного вала (360°). Поэтому при качательном режиме при помощи командоаппаратов ножницы настраивают таким образом, что перед пуском они находятся в положении, близком к указанному на рис. 120, в (но при обеспечении свободного прохода сляба под лапой прижима), а по окончании резания ножи останавливаются в положении кривошипа вблизи точки D', т. е. рабочий цикл резания совершается только в верхней половине окружности кривошипа (см. рис. 118). Таким образом, рабочий цикл ножниц уменьшается почти в два раза. Следующее резание осуществляется после реверсивного вращения двигателя, т. е. процесс резания совершается как бы при «качании» кривошипа 1 относительно верхней мертвой точки.

                Качательный режим требует короткого  времени разгона и торможения привода, т. е. применения больших моментов при разгоне и торможении, что влечет за собой повышение среднеквадратичного момента, а значит, и номинального момента электродвигателей. Эти обстоятельства надо иметь в виду при переходе с кругового режима работы ножниц на качательный. Кроме того, требуется более точная автоматическая система настройки положения ножей.

               5. Определим усилие прижима и  вес контргруза системы уравновешивания. Во избежание искривления сляба и плоскости резания моментом от сил Р (см. рис. 117, а) необходимо в процессе резания сляб прижимать к нижнему ножу (ползуну) с усилием Q.

Принимая среднее значение s_s = 40 Мн/м² (4 кг/мм²) для сляба 200X900 мм при температуре около 1000° С.

(включая вес лапы прижима  и рычагов).

            Усилие прижима через металл  передается в основном первому ролику у нижнего ножа, при этом ролик и его опоры при каждом резе испытывают большие нагрузки и напряжения. Это обстоятельство является существенным недостатком конструкции ножниц данного типа.