Актуальность работы .От работы подающего аппарата во многом зависит стабильная работа всего стана пилигримовой прокатки, его производительность и качество выпускаемой продукции. В связи с динамически тяжелым режимом работы на долю подающего механизма стана приходится большинство отказов. В результате на станах большого типоразмера при эксплуатации оборудования осуществляют замену подвижной части форголлера с периодичностью, не превышающей 10 суток. Этим объясняется необходимость совершенствования конструкций и поиск рациональных параметров управления процессом подачи.
Цели и задачи работы. Разработка устройства перемещения заготовки, обеспечивающего дальнейшее снижение динамических нагрузок, безотказного устройства ограничения подач, реализующего заданные номинальные их значения, исследование и определение рациональных параметров управления законом движения заготовки.
Научная новизна работы
1. Для вновь предложенного пневмогидравлического привода возвратного движения заготовки исследованы зависимости, выполнен анализ и получены рекомендации выбора значений начального давления в пневматической камере, обеспечивающие рациональное соотношение между периодами разгона и торможения.
2. Разработана математическая модель и программа расчета закона движения штоковой системы тормозного устройства с плавающим поршнем при использовании системы переменного дросселирования расхода рабочей жидкости вдоль его перемещения в тормозной камере.
3. На основании разработанной модели выполнен численный анализ влияния исходного профиля внутренней полости тормозной буксы на конечную скорость тормозного поршня, а также расположения и изменения площади дополнительных дросселирующих отверстий в ней на тенденцию снижения значений максимального ускорения торможения подвижных масс.
4. Получен алгоритм определения постоянных и переменных параметров управления законом движения, доставляющих минимум максимальных значений динамических нагрузок за цикл перемещения заготовки.
5. Показано, что предложенный вариант исполнения штоковой системы возвратного перемещения заготовки в рабочую клеть с плавающим поршнем, обеспечивает снижение подвижных масс и повышение жесткости подвижного штока.
6. Получены расчетные зависимости для определения усилий подпора подвижной каретки, обеспечивающие беззазорное ее сопровождение с механизмом ограничения подач.
Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается: физической обоснованностью разработанной динамической модели и исходный данных для расчетов; использованием апробированных методик исследований; удовлетворительным согласованием расчетных данных с экспериментальными.
Теоретическая и практическая значимость.
Разработаны и переданы в производство:
• конструкция тормозной камеры с плавающим поршнем, защищенная патентами на изобретение и полезную модель и предназначенная для повышения работоспособности подающего аппарата путем снижения динамических нагрузок;
• конструкция рамочного типа механизма ограничения значений разовых подач, защищенная патентом на полезную модель и предусматривающая повышение долговечности и исключение вибрационных нагрузок;
• конструкция дополнительного гидравлического устройства, защищенная патентом на полезную модель и предназначенная для повышения надежности извлечения дорновой оправки из прокатанной трубы;
• рекомендуемая методика выбора рациональных параметров настройки и управления процессом перемещения заготовки с сохранением постоянства циклических подач, направленная на сокращение ремонтных простоев оборудования и повышение надежности его работы.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Результаты разработки новых устройств подающего механизма пилигримового стана, направленные на снижение непрогнозируемых динамических нагрузок, крутящих моментов прокатки и максимальных давлений в очаге деформации за счет постоянства циклической подачи.
2. Совершенствование закона движения заготовки в рабочую клеть на основе анализа и выбора рациональных параметров пневмогидравлического движителя модернизированного типа.
3. Экспериментальное подтверждение теоретических результатов, полученных на базе расчетной модели, на основе измерения кинематических, гидродинамических и нагрузочных характеристик форголлера.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на: XVI Уральской международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники. Екатеринбург, 2009; XVII Уральской международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники. Екатеринбург, 2010; XVIII Международной научно-технической конференции «Трубы-2010» «РосНИТИ» Челябинск, 2010; IX Международной научно-технической конференции «Современные металлические материалы и технологии» Санкт-Петербург. 2011; X международной научно-технической конференции «Современные металлические материалы и технологии» г. Санкт-Петербург, 2013 г.; шестой международной молодежной научно-практической конференции «Инновационные технологии в металлургии и машиностроении. Уральская научно-педагогическая школа по обработке металлов давлением им. Профессора А.Ф. Головина» Екатеринбург, 2012; седьмой международной молодежной научно-практической конференции «Инновационные технологии в металлургии и машиностроении» Екатеринбург, 2014; международной научно-практической конференции «Развитие машиностроения, транспорта, технологических машин и оборудования в условиях рыночной экономики» Екатеринбург, 2014; IX конгресс прокатчиков. Череповец, 2013; X конгресс прокатчиков. Липецк, 2015;
Публикации. Результаты работы представлены в 16 публикациях, в числе которых 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 4 Патента РФ на изобретения и полезные модели.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, приложений А и Б. Работа изложена на 118 страницах, содержит 7 таблиц, 56 рисунков, библиографический список из 81 наименований.
1. Процесс прокатки труб на пилигримовом стане сопровождается большими динамическими нагрузками, воспринимаемыми рабочими валками, клетью и линией главного привода, которые в значительной степени зависят от значений разовых подач металла в очаг деформации. Не менее тяжелый режим динамического нагружения характерен и для подающего аппарата (форголлера), формирующего значения подачи металла в рабочие валки. С целью дальнейшего совершенствования режима устойчивой работы подающего аппарата, включая снижение опасности смещения прокатываемой заготовки относительно дорна (внутренней оправки), сохранения постоянства заданных значений подач и облегчения процедуры извлечения оправки из заготовки в конце ее прокатки разработан и представлен комплекс новых устройств (Патенты РФ №135548, №148514, №144197, №2547588)
2. Основным объектом исследования является закон движения исполнительного органа подающего аппарата на длину конуса деформации (1300-1400 мм) в течение каждого цикла обжатия с частотой возвратно-поступательного движения не менее 30 циклов/мин. При этом выбор рационального закона движения наиболее напряженного периода возвратного перемещения штока пневмогидравлической системы движителя, несущего на конце дорн с насаженной на него прокатываемой гильзой большой массы (до 14 т), при общей продолжительности возвратного движения не более 0,5 с, достигается определением оптимального соотношения времен разгона и торможения, доставляющего минимум максимальных значений периодических ускорений при затормаживании движения. Установленное значение этого соотношения - 3:2. Как снижение, так и увеличение этого соотношения сопровождается возрастанием пиковых значений ускорений, повышением динамических нагрузок.
3. Для анализа и выбора параметров системы приводного устройства возвратного движения заготовки в рабочую клеть разработаны динамическая модель и программа расчета кинематических и силовых характеристик движения с учетом конструктивных особенностей вновь предложенного устройства тормозной системы. Полученный алгоритм решения может быть применен для аналогичных устройств, включающих последовательное дросселирующее воздействие на поток тормозной жидкости вдоль тормозной буксы.
4. Конечное значение скорости разгона, являясь начальной скоростью тормозного участка, существенно влияет на закономерность изменения скорости замедленного движения. Получена зависимость законов изменения скорости заготовки от устанавливаемых значений исходного избыточного давления в пневматической камере разгона, позволяющая определить минимально допустимое ее конечное значение.
5. По результатам натурного эксперимента на действующем подающем аппарате фирмы SMS MEER пилигримового стана №1 получены сравнительные оценки влияния постоянных и переменных параметров на нагруженность форголлера и закон движения заготовки, подтвердившие расчетные результаты по предложенной программе с отклонением, не превышающим 15%.
6. Разработан комплекс конструктивных усовершенствований и технической документации, принятой к внедрению:
- тормозная гидравлическая камера с плавающим поршнем, обеспечивающая снижение динамических нагрузок.
- установка механизма ограничения подачи рамного типа для обеспечения строго дозированного хода каретки 15-20 мм за один цикл прокатки форголлера.
- установка дополнительных гидроцилиндров для обеспечения съема заготовки с оправки;
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
