Манипулятор прокатного стана

5.3.1. Описание технологического процесса

Манипулятор прокатного стана предназначен для перемещения прокатываемого металла в плоскости, параллельной оси валков перпенди-кулярно направлению прокатки. Кроме этого, с помощью манипулятора производится правка изогнутого проката, а также может производиться кантовка его на 90°.

На прокатном стане располагается две линейки. Схема их взаимного расположения показана на рис. 5.7. Каждая линейка приводится в движение своим двигателем через реечную передачу. Встречно расположенные линейки необходимы для перемещения проката в обе стороны, а также для его правки и кантовки.

Рис. 5.7

На рис.8 приняты следующие обозначения:

1 – прокатываемый материал; 2 – линейка; 3 – каток; 4 – шестерня реечной передачи; 5 – рейка с зубчатым зацеплением; 6 – штанга; 7 – вал; 8 – редуктор; 9 – двигатель.

Вал реечной шестерни может соединяться с двигателем как через редуктор, так и непосредственно.

5.3.2. Особенности электропривода и требования к нему

Примерная тахограмма и зависимость моментов сопротивления показана на рис. 5.8.

Рис. 5.8

Особенностью данного электропривода является наличие режима правки. Это такой режим, когда прокатываемый металл зажимается линейками с определенным усилием – усилием правки и производится выпрямление изогнутого при прохождении через валки металла. В таком случае привод работает на упор.

Данный привод требует плавного регулирования скорости и возможности реверсирования. Заданная точность позиционирования линеек составляет 10 мм.

5.3.3. Расчетные соотношения

Реальный цикл работы манипулятора содержит обычно достаточно большое число перемещений, различающихся по длине пути. Расчет такого цикла весьма трудоемок, поэтому на практике пользуются эквивалентным ему расчетным циклом, состоящим из одного расчетного перемещения и паузы. В исходных данных для расчета привода манипулятора, поэтому обычно задается расчетное перемещение, а также числовключений в час и продолжительность включения, которые позволяют рассчитать t_Ц – время расчетного цикла и t_Р – время отработки расчетного перемещения.

5.3.4. Варианты конструктивно-технических параметров

Исходные данные для расчета приведены в таблице 5.4.

Расчетное время правки определяется следующим образом

(5.3.1)

где ПР% – относительная продолжительность правки за расчетный цикл в %.

Переход от поступательного движения к вращательному производится с использованием следующей зависимости

(5.3.2)

где a – угол поворота вала реечной шестерни, соответствующий расчетному перемещению, рад; L – расчетное перемещение, м; D_Ш – диаметр реечной шестерни, м.

Момент сопротивления на валу реечной шестерни рассчитывается как

(5.3.3)

где М_ХХ – момент холостого хода механизма, Нм; m_З – масса перемещаемой заготовки, кг; m – коэффициент трения (m 0,3); h_РП – КПД реечной передачи (h_РП 0,95).

Момент инерции механизма, приведенный к валу реечной шестерни, рассчитывается как

(5.3.4)

где J_BP – момент инерции вращающихся частей механизма, кг·м²; m_Л – масса линеек манипулятора, кг.

Исходные данные для расчета представлены в таблице 5.4.

Таблица 5.4х

Технологические данные	Обозна-чение	Размер-ность	Номера вариантов
Расчетное перемещение линеек	L	м	0,50	0,50	0,25	0,50	0,50	0,50
Усилие правки	FПР	Н	3,4·105	3,4·105	6,5·105	1,3·106	1,3·106	1,6·106
Момент холостого хода механизма	МXX	Н·м
Масса заготовки (максимальная)	mЗ	кг	3,00 103	6,50 103	6,70 103	2,00·104	1,35·104	2,18·104
Масса линеек	mЛ	кг	2,65 104	8,00 104	8,00 104	1,85 105	1,65 105	2,47 105
Момент инерции вращаю­щихся частей механизма (на валу реечной шестерни)	JВР	кг·м2						2970
Максимальная скорость линеек в расчетном цикле	Vmax	м/с	0,60	0,70	0,40	0,40	0,35	0,35
Диаметр реечной шестерни	DШ	м	0,544	0,648	0,648	0,800	0,800	0,765
Число включений в час	Z	–
Продолжительность включения	ПВ%	–
Продолжительность правки	ПР%	–
Жесткость механизма (приведена к валу реечной шестерни)	С12	Нм/рад	4,5 106	7,4·106	2,6·106	9,1 106	9,0·10б	9,3·106

Трубоволочильный стан

Трубоволочильный стан предназначен для уменьшения диаметра трубы при протягивании ее через волочильное кольцо.

Подготовленная труба подается на загрузочный стеллаж, на котором с помощью длинноходового цилиндра в нее задается оправка. Труба с оправкой подается в волочильное кольцо, по другую сторону которого находится тянущая тележка 1 (рис. 10) с захватным приспособлением 2. Тележка сцепляется с цепью 3 и начинается процесс волочения. Цепь приводится в движение через рабочую звездочку 4, соединенную с двигателем 5 через цилиндрический редуктор 6. По окончании волочения тележка механически отключается от цепи и возвращается в исходное положение при помощи вспомогательного двигателя. Кинематическая схема привода тянущей тележки представлена на рис. 5.9.

Рис. 5.9

Усилие в начале волочения зависит от скорости захвата трубы. Для обеспечения минимальных механических нагрузок захват трубы производится на скорости захвата V₃ = 0,1 ‑ 0,4 м/с с последующим плавным разгоном до скорости волочения. Скорость волочения определяется исходя из равномерности движения трубы в очаге деформации и составляет V_B = 0,8 ‑ 1,5 м/с.

5.4.1. Требования к электроприводу

1. Поддержание скорости двигателя в течение процесса волочения (статическое падение скорости не более6 %).

2. Большая перегрузочная способность как в переходных, так и в установившихся режимах при возможных скачках усилия волочения.

3. Протяжка происходит при постоянстве момента.

4. Широкий диапазон регулирования для обеспечения необходимых скоростей захвата и волочения.

5. Плавное регулирование скорости в данном диапазоне.

6. Возможность ослабления поля для увеличения скорости волочения при уменьшении усилия волочения, если это предусмотрено технологи-ческим процессом.

5.4.2. Расчетные выражения

Статическая мощность на валу двигателя, Вт,

(5.4.1)

где F₃ – усилие на ведущей звездочке цепи, Н; V_B – скорость волочения, м/с; h – КПД передачи.

F₃ = F_B+F_T+F_Ц , (5.4.2)

где F_B – усилие волочения, Н; F_T – усилие на перемещение тележки, Н; F_Ц – усилие на перемещение цепи, Н.

Усилие на перемещение тележки

(5.4.3)

где Q = mg – вес тележки в Н, масса которой равна m, кг; m_Х – коэффициент трения скольжения в подшипниках колес; d – диаметр цапф колес, мм; f – коэффициент трения качения ходовых колес, мм; D – диаметр колес, мм.

Усилие перемещения цепи

F_Ц = 2m₁gf₁Lc , (5.4.4)

где m₁ – масса одного метра цепи, кг/м; L – расстояние между осями звездочек; f₁ – коэффициент трения цепи о направляющие.

Коэффициенты k и с учитывают дополнительные силы сопротивления движению тележки и цепи.

Передаточное число редуктора при заданной скорости волочения и выбранной скорости двигателя

(5.4.5)

где R₃ – радиус начальной окружности ведущей звездочки, м.

Момент волочения, Нм,

(5.3.3)

Момент холостого хода, Нм,

(5.3.3)

Далее вычисляют суммарный момент инерции, пути и время работы на отдельных участках тахограммы и длительность цикла, принимая t₀ = 2 ‑ 4 с. Время возврата тележки t_BT определяется исходя из скорости возврата V_BT и длины трубы L.

Примерный вид тахограммы тележки показан на рис. 5.10, а варианты конструктивно-технологических параметров приведены в таблице 5.5.

Рис. 5.10

5.4.3. Варианты конструктивно-технологических параметров

Таблица 5.5

Технологические данные	Обозна- чение	Размер- ность	Варианты
Усилие волочения	FB	H	196 000	490 000	753 000	441 000	147 000
Скорость захвата	V3	м/с	0,17	0,21	0,30	0,30	0,45
Скорость волочения	VB	м/с	0,85	1,20	1,50	1,20	1,40
Скорость возврата	VBT	м/с	3,0	3,6	2,9	3,5	4,0
Масса тележки	m	кг
Диаметр цапф колес	d	мм
Диаметр колес	D	мм
Длина трубы	LT	м
Масса одного метра длины цепи	m1	кг
Расстояние между осями звездочек	L	м
Коэффициент трения скольжения в подшипниках колес	mХ	‑	0,10	0,12	0,10	0,13	0,09
Коэффициент трения качения	f	‑	0,08	0,085	0,08	0,09	0,08
КПД передачи	h	‑	0,72	0,69	0,70	0,71	0,67
Радиус начальной окружности звездочки	R3	м	0,25	0,41	0,47	0,32	0,2
Коэффициент трения цепи о направляющие	F1	‑	0,20	0,20	0,21	0,17	0,20
Коэффициенты учета дополнительных сопротивлений	c , k	‑	3,0	2,5	3,1	3,0	3,0
Ускорение и замедление	a , b	м/с2	0,60	0,65	0,65	0,80	0,83