Министерствонауки и образования Украины
Донбасская государственнаямашиностроительная академия
Кафедра АПП
Практическаяработа
«Расчетосновных параметров правильно-натяжной машины»
Выполнил ст.гр. АПП 04-2
Измайлов А.О.
Проверил ПономаревН. И.
Краматорск2008
1. Задание
Рассчитать основныеэнергосиловые параметры загрузочного устройства для непрерывной подачиполосового металла в автоматической линии (прокатки, штамповки, профилегибки идр.)
2. Технические данные
- толщинаполосы
- ширина полосы
- предел текучести металла
- модуль упругости металла
- диаметр ролика ПНМ
- шаг роликов
- количество роликов
- натяжение полосы обеспечиваемое разматывателем
- прогиб полосы
- скорость движения полосыh мм 2 b мм 100 Gs кг/мм2 32 Е кг/мм2 11000 d мм 90 t мм 110 n шт 7 Т0 кг 6,4 С мм 13 V м/с 5
3 Загрузочное устройство
Загрузочное оборудование- головная часть автоматической линии -предназначено для приема рулонаполосового металла, изменения траектории движения, улучшения пластическихсвойств и задачи полосы в технологическое оборудование автоматической линии.
Техническая схема загрузочногоустройства приведена на рисунке 2
/>
1-барабан размывателя;2-прижимной ролик; 3-рулон полосового металла; 4-отгебатель переднего концаполосы; 5,7- направляющие пповодки; 6-правильно-натяжная машина; 8-тянушиеролики; 9-технологическое обрудование
Рисунок 2 — Техническая схемазагрузочного устройства
В состав загрузочного устройства автоматическойтехнологической линии входят:
1) разматыватель с консольным барабаном 1 и прижимным роликом2 предназначен для приема, фиксации и удержания рулона полосового металла 3 взаданном положении;
2) отгибатель переднего конца полосы 4 необходимый дляотгибания, изменения траектории и направления переднего конца полосы нанаправляющую проводку 5 ;
3) направляющая проводка 5 предназначена для ориентациипереднего конца полосы и его задачу в «раскрытые» гибочные роликиправильно-натяжной машины, т.е. когда расстояние между нижним и верхним рядамигибочных роликов значительно превышает толщину полосы;
4) правильно-натяжная машина 6 предназначена для правкирулонной кривизны, устранения коробоватости, создания заднего технологическогонатяжения, его регулирования, улучшения механических свойств полосового металлаи его центрирования по оси обработки;
5) проводка 7 необходима для направления переднего концаполосы в тянущие ролики во время заправки;
6) тянущие ролики 8 предназначены для протягивания полосы,т.е. преодоления сил сопротивления движению создаваемых разматывателем иправильно-натяжной машиной, и задачи полосы в последующее технологическое оборудование9 технологической линии;
7) технологическое оборудование 9, например, штамповки, когдаполоса подается в дискретном режиме, или прокатки, профилегибки и т.п. то естьв непрерывных технологических процессах.
Загрузочное устройство автоматической линии работаетследующим образом.
После установки и закрепления очередного рулона металла 3 набарабан размывателя 1 отпускают прижимной ролик 2, чем предотвращают возможноераспушивание рулона в следствии пружинения полосового металла. В ручном режимес помощью пневмоножниц разрезают и удаляют обвязочную ленту. Скребок отгибателяпереднего конца полосы 4 выдвигают и прижимают к наружному виткурулона 3.Затем, на заправочной проворачивают барабан размывателя 1 с рулоном 3 внаправлении движения полосы. При этом передний конец полосы скребком отгибателя4 направляется сначала к проводке 5 и далее в «раскрытые» роликиправильно-натяжной машины6, проводке 7 и тянушие ролики 8, после чеготехнологическую линию переводят в автоматический режим работы.
4 Расчет правильно-натяжной машины
4.1 Правильно-натяжная машина
Правильно-натяжная машина предназначена для создания заднеготехнологического натяжения движущегося полосового металла, его регулирования,устранения волнистости и коробоватости, улучшения механических характеристик нцентрирования по оси обработки.
Правильно-натяжная машина (рисунок 3) состоит из неподвижногостола 1 и роликовой проводки 2, соединенных между собой посредством шарнира3опор качения 4 т.е. смонтированы с возможностью поворота в горизонтальнойплоскости на угол 2γ.
Роликовая проводка 2 состоит из нижней 5 и верхней 6 траверсжестко соединенных между собой четырьмя стоиками 7, на которых, с возможностьюперемещения в вертикальной плоскости установлена подвижная травераса 8связанная с нижней траверсой 5 с помощью механизма вертикального перемешения 9.На подвижной траверсе 8 смонтирован нижний ряд гибочных роликов 10.
Верхний ряд гибочных роликов 11 с механизмами их перемещенияв вертикальной плоскости 12 и 13 смонтированы на верхней граверсе 6 посредстстоек 7 крепежных элементов 14 и пружин сжатия 15
При этом механизм перемещения 12 предназначен для измененияположения в вертикальной плоскости всех гибочных роликов верхнего ряда 11, амеханизм 13 только последнего ролика верхнего ряда по направлению движенияполосового металла.
Правильно-натяжная машина работает следующим образом.
При заправке переднегоконца полосы 16, с помощью полосывертикального перемещения 9, гибочные ролики «раскрывают», что соответствует ихвзаимному расположению, когда зазор между верхним 11 и нижним 10 рядамигибочных роликов значительно превышает толщину полосы 16.
/>
а)
/>
б)
/>
а-кинематическая схема; б-разрез на А-А на рис а;
в-фрагмент положения гибочного ролика;
1-неподвижный стол; 2-роликовая проводка; 3-шарнир; 4-опорыкачения;
5-таверса нижняя; 6-тверса верхняя; 7-стойка; 8-таверсаподвижная;
9-механизм вертикального перемещения; 10-гибочные роликинижние; 11-гибочные ролики верхние; 12-механизм вертикального перемещенияверхнего ряда роликов; 13- механизм вертикального перемещения последнего роликаверхнего ряда;
14-крепежные элементы; 15-пружины сжатия; 16-обробатываемаяполоса;
Рисунок 3 Схема правильно натяжной машины
После заправки полосы в последующее оборудование (тянущиеролики 9 см. рисунок 2) гибочные ролики «закрывают» и на заправочной скоростиполосовой металл протягивают между верхним11 и нижним 10 рядами гибочныхроликов правильно-натяжной машины.
При этом с помощью механизма 12 обеспечивают настройкугибочных роков т.е. устанавливают их, взаимное расположение и тем самымобеспечивают необходимый прогиб полосы для получения требуемого заднеготехнологического натяжения, при котором устраняется коробоватость и улучшаютсяпластические свойства полосы.
Изменением положения последнего ролика верхнего ряда 11(рисунок 3а) по ходу движения полосы с помощью механизма 13 устраняют еёостаточную кривизну, приобретенную под предшествующим гибочным роликом т.е.чтобы после выхода из правильно-натяжной машины полоса не имела кривизны и быларовной.
Описанные действия проводят при обработке первого рулонакаждой новой партии полосового металла. При обработке всех последующих рулоновпартии ограничиваются «открытием» и «закрытием» роликовой проводки при заправке,после чего полосе задают рабочую скорость.
При движении между верхним 11 и нижним 10 рядами гибочныхроликов (с помощью тянущих роликов устройства) обрабатываемую полосу подвергаютзнакопеременному изгибу с растяжением, при котором поверхностные слои металлаподвергаются пластическим деформациям, чем улучшают механические характеристикиметалла (штампуемость), устраняют коробоватость и обеспечивают правку рулоннойкривизны.
Кроме того, при движении обрабатываемой полосы 16 и еёсмещении относительно оси обработки b (рисунок3б) сила натяжения Т вызывает момент М= Т*b который поворачивает роликовую проводку на угол γ относительнооси подшипника 3. При этом нарушается перпендикулярность оси обработки и осейвращения гибочных потоков (рисунок 3в) т.е. а≠90°. В связи с этимповорачивается на тот же угол скорость вращения V, а следовательно, и направление сил, действующих со стороны гибочныхроликов на движущуюся полосу 16. В этом случае силы трения, действующиеперпендикулярно осям вращения гибочных роликов, смещают полосу по направлению коси обработки.
По мере приближения оси полосы к оси обработки момент М= Т*b непрерывно уменьшается и угол поворота роликовой проводкитакже уменьшается т.е. γ→0.
Таким образом, изменением положения роликовой проводки 2обрабатываемая полоса 16 непрерывно удерживается на оси обработки безсущественных смещений.
Определить основные параметры правильно-натяжной машины,предназначенной для выравнивания полосового металла, смотанного в рулоны.
/>
Исходные данные
1. Толщина полосы h=2 мм;
2. Ширина полосы b=100 мм;
3. Предел текучести />
4. Модуль упругостиЕ=1,1·104 кг/мм2;
5. Диаметр ролика d=90 мм;
6. Шаг роликов t=110 мм;
7. Количествороликов n=7 шт.;
8. Прогиб полосы С=13мм;
9. Исходноенатяжение полосы Ti-1=6.4
1. Определяем напряжениярастяжения в набегающей на второй ролик ветви полосы.
Для определениянапряжения растяжения в набегающей ветви полосы воспользуемся следующейформулой:
/>кг/мм2
где h — толщина полосы металла, мм;
b — ширина полосы металла, мм;
i — номер ролика.
/>
2. Определяем отношениенапряжений растяжения полосы к пределу текучести
/>,
где /> — напряжение растяженийполосы перед вторым роликом, кг/мм2;
/>— предел текучести материала, кгмм2.
3. Определяем коэффициентупругой зоны
/>
где Е — модуль упругости,кг/мм2;
d — диаметр ролика, мм.
4. Определяем изгибающиймомент в сечении изогнутой и растянутой полосы
/>
5. Определяем остаточнуюкривизну полосы
/>
6. Сила сопротивлениядвижению полосы от ее упруго-пластической деформации под вторым роликом
/>.
7. Определяемвертикальную составляющую силу вертикального давления под вторым роликом
/>
где t — шаг роликов, мм.
8. Определяем уголсмещения точки приложения силы нормального давления гибочному роликуотносительно вертикальной оси
/>.
9. Сила нормальногодавления полосы на второй гибочный ролик
/>.
10. Натяжение в сбегающейсо второго ролика ветви полосы
/>.
11. Определяем напряжениерастяжения
/>.
12. Остаточнаядеформация, приобретенная движущейся полосой после второго гибочного ролика
/>.
Таблица 1 – Результатывычислений Ролик 1 Ролик 2 Ролик 3 Ролик 4 Ролик 5 Ролик 6 Ролик 7 σpi 0,124441 0,619176 1,206192 1,792742 2,378528 2,96325 3,546609 λi 0,003889 0,019349 0,037693 0,056023 0,074329 0,092602 0,110832 Ki 0,065526 0,065526 0,065526 0,065526 0,065526 0,065525 0,065525 Mi 3195,372 3194,222 3190,874 3185,377 3177,741 3167,98 3156,113 1/ρостi 0,017865 0,017866 0,017871 0,017879 0,017889 0,017902 0,017918 Rgi 114,17 114,1389 114,0484 113,8997 113,6928 113,4279 113,1052 Rvi 396,781 235,3765 236,0996 236,6644 237,071 237,3201 237,4125 αi 16,05267 0,451511 0,449998 0,448552 0,447173 0,445855 0,444596 Ri 412,8801 261,5909 262,2023 262,6465 262,9234 263,0337 262,9781 Ti 123,8351 241,2383 358,5484 475,7056 592,6499 709,3218 825,6617 σpi 0,619176 1,206192 1,792742 2,378528 2,96325 3,546609 4,128309 εостi 0,000803 0,001564 0,002324 0,003084 0,003842 0,004598 0,005352
РАСЧЕТ ТЯНУЩИХ РОЛИКОВ
Исходные данные
1. Предел прочности – 50-70 />
2. Относительное удленение, % — 0,067
3. Толщина полосы, мм 2
4. Ширина полосы, мм – 100
5. Скорость движение полосы, м/с – 5
6. Тянущее усилие, кг – 825
7. Раскрытие роликов, мм – до 10
8. Расположение привода — правое
9. Давление воздуха в пневмополости /> - 3-5
10.Давление в гидросистеме /> - 50
11.Температура воздуха в цехе С — -10 — +50
12.Число часов работы в год — 7000
13.Смазка централизованная густой и жидкойсмазки
14.Напряжение питания, В — переменное 220/380;
— постоянное 220
Описание устройства и егоработа:
Ролики тянущиепредназначены для транспортировки полосы, создания технологического натяжения иустанавливается в агрегате поперечной резки полос АПР 2,5-10*1000-2350.кинематическая схема роликов тянущих приведена на рисунке 1.
/>
Рисунок 1 –Конструктивная схема тянущих роликов
1. верхняя траверса; 2. нижняятраверса; 3. стойка; 4. клин; 5. гидроцилиндр;6. пружина; 7. подвижная траверса; 8,9. ролики; 10. шпиндель; 11. редукторраспределительный; 12. тормозной шкиф; 13. колодочный тормоз; 14. электродвигатель.
Ролики тянущие содержатрабочую клеть и привод. Рабочая клеть состоит из верхней 1 и нижней 2 траверсе жесткосоединенныемежду собой по средствам стоек 3, на которых с возможностью перемещения в вертикальнойплоскости с помощью клина 4 с гидроцилиндром 5 и пружин сжатия 6, установленаподвижная траверса 7. на траверсах 1 и 7 смонтированы ролики 8 и 9, срединные сприводом состоящим из шпинделей 10 карданного типа, распределительногоредуктора 11, втулочно – кольцевой эластичной муфты с тормозным шкифом 12,колодочного тормоза 13, и эл.двигателя 14.
В исходном положении,когда транспортируемая полоса 15 отсутствует ролики 8 и 9 “раскрыты”, чтосоответствует зазору между ними значительно превышающего толщину полосы.
Ролики тянущие работаютследующим образом: при входе переднего конца полосы 15 в рабочую зону с помощьюгидроцилиндра 5 клин 4 перемещают в горизонтальной плоскости, перемещая приэтом в вертикальной плоскости подвижную траверсу 7 с роликом 9 в сторонусближнгия с роликом 8 и зажимая при этом, полосу 15. затем с помощьюэл.двигателя 14, тормоза 12, распределительного редуктора 11 и шпинделей 10роликом 8 и 9 задается вращение в нужном направление с заданной скоростьюобеспечивая необходимое тянущее усилие полосы 15 при её транспортировании.
Определение основныхпараметров
Возможность захватаполосы роликами определяется исходя из наибольшей толщины транспортируемойполосы. Схема захвата полосы представлена на рисунке 2.
/>
Рисунок 2 – Схема захватаполосы
1 Выбор диаметра роликов
Исходя из опытаработающих машин диаметр бочки ролика принимается />:
/>.
С учётом полосы, котораятранспортируется, (/>) длина бочки ролика определяется:
/>.
Коэффициенттрения-скольжения по поверхности бочки ролика равен: />.
Угол трения:
/>.
загрузочныйполосовой металл привод
Возможность захватаполосы роликами определяется исходя, из наибольшей толщины полосы, котораятранспортируется:
/>,
/>.
Так как />, то замкнутыми роликамиусловия захвата полосы не обеспечиваются и их необходимо разводить при каждойзаправке полосы.
2. Расчёт привода
Усилие прижатия ролика кполосе, необходимое для обеспечения заданного тянущего усилия:
/>.
Расчётная мощностьпривода без учёта сил трения:
/>,
где /> - скорость движенияполосы, />;
/> - ККД редуктора, />.
К установке принятдвигатель постоянного тока АР250М6 со следующими характеристиками:
— мощность — />;
— частота вращения — />;
— КПД = 0.945.
Передаточное числоредуктора определиться:
/>.
Из конструктивныхсоображений с учётом допустимых отклонений принимаем к установке редуктор с — А= 650 мм; А1 = 260 мм; i=2,2
Статически момент на валуроликов с учётом потерь на трение составляет:
/>
где /> - приведенныйкоэффициент трения в радиально-сферических подшипниках
/> - средний диаметр подшипника, />;
/> - коэффициент трения-каченияроликов по полосе.
Статический моментприведенный к валу двигателя:
/>.
Номинальный момент:
/>.
Загрузка двигателястатическим моментом:
/>.
Таким образом практическивопрос привода решен, другие его конструктивные элементы (тормоз, муфты,шпиндель) выбирают из соответствующих каталогов.
Расчет клиновогомеханизма осуществляется в соответствии с расчетной схемой приведенной нарисунке 1.3
/>
Рисунок 1.3 – Расчетнаясхема нажимного механизма
1 – клин подвижный; 2 –траверса подвижная;
3 – основа со стойками; 4- пружины (4 штуки)
Суммарное усилиедействующие на механизм:
/>
где /> - усилие, вызванноетехнологически процессом,
/>;
/> - вес подвижной части механизма, />;
/> - усилие 4-х пружинпредупреждающих перекос подвижной траверсы />.
Со стороны звена 1 действуетреакция />, наклоненак нормали под углом трения />. Со стороны направляющих 3 действуютдве реакции />,/> направленыпод углом /> кнормали, а со стороны основы — />, которая пересекается с /> и /> в точке k.
План сил клиновогонажимного механизма:
Из треугольника /> находим />:
/>,
откуда
/>.
Из треугольника />:
/>,
откуда
/>.
Определив /> через /> получим:
/>,
где /> - приведений уголтрения:
/>.
Коэффициент трения для кинематическихпар 1-3, 1-2 принимаем равными /> (сталь по стали с густым маслом).
Для пари 2-3 (сталь по бронзес густим маслом) />.
Тогда
/>;
/>.
Соответственно
/>,
де />; />; />.
Величина силы сопротивлениядвижения клина составляет:
/>