Спосіб утворення запасу штаби

1. Спосіб утворення запасу штаби, що включає операції набору і видачі штаби в нагромаджувачі спірального типу у вигляді змінної кількості витків на внутрішньому стаціонарному і зовнішньому обертовому від приводу барабанах, який відрізняє ться тим, що набір і видачу штаби здійснюють зі зміною крутильного моменту приводу від кількості витків за залежністю М=(Т о+АkG k)(BRb+Rн), де М - крутильний момент приводу на валу зовнішнього барабана, Т0 - номінальний натяг штаби, А і В - сталі коефіцієнти, Винахід відноситься до прокатного виробництва, зокрема до способу утворення запасу штаби в спіральному накоплювачі агрегатів безперервної обробки штабового прокату. Відомий спосіб утворення запасу штаби в накоплювачі лінійного типу, що включає операції забору і видачі штаби у вигляді гілок на відхиляючих роликах і натяжному барабані з приводом, у відповідності до якого набір і видачу запасу штаби здійснюють з управлінням приводу натяжного барабана в режимі сталого натягу незалежно від величини запасу штаби [1]. При цьому для досягнення стабільності швидкісного режиму при здійсненні операцій набору і видачі запасу штаби застосовують складну систему синхронізації роботи механізмів її транспортування. Застосування такого способу призводить до великих габаритів і металоємності устаткування, а також до складності і високої ціни системи управління, при цьому не досягається надійне центрування штаби відносно осі накоплювача, в результаті чого значна кількість штаби може сходити з відхиляючих роликів і пошкоджуватися. Відомий також спосіб утворення запасу штаби в накоплювачі лінійного типу включає операції набору і видачі штаби у вигляді гілок на відхиляючих роликах, вставлених на пересувній платформі з приводом, у відповідності до якого управління приводом здійснюють в режимі зміни моменту або натягу штаби в функції від величини прискорення платформи [2]. Завдяки цьому знижуються пікові навантаження штаби і запобігаються її пориви при роботі з підвищеними швидкостями і з великими запасами. Цей спосіб також характеризується великими габаритами і масою устаткування, високими капітальними і експлуатаційними витратами на устаткування, при цьому не вирішуються проблеми стабілізації штаби по осі накоплювача, штаба може зміщатись і травмуватися. Відомий також спосіб утворення запасу штаби в спіральному накоплювачі з зовнішнім обертовим від приводу і вн утрішнім стаціонарним барабанами з горизонтальною віссю, що включає операції набору і видачі штаби у вигляді змінної кількості витків на барабанах [3] - прототип. При цьому операції набору і видачі штаби здійснюють в режимі (e p - 1)(e p A= 2 f 2 fн e 2p ( f + fH) - 1+ F -1 ); B = e 2p ( f + fH) e 2pf -1 -1 ; (19) UA (11) 40036 (13) A f - коефіцієнт тертя ковзання поміж витками штаби, fн - коефіцієнт опору котінню штаби по барабану, F - коефіцієнт опору бокових обмежувачів штаби на барабані, k - кількість витків в поточний момент, Gk - сила ваги одного витка штаби на зовнішньому барабані, Rb, Rн - радіуси вн утрішнього і зовнішнього барабанів. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що момент приводу змінюють дискретно у міру намотки або розмотки кожних одного або двох витків. 40036 сталого крутильного моменту приводу у відповідності з формулою: М=Т о(СRв+Rн), де М - крутильний момент приводу на валу зовнішнього барабана; То - номінальний натяг штаби; С - коефіцієнт опору котінню штаби по роликовій поверхні зовнішнього барабана. Даний спосіб дає можливість створити компактний накоплювач з великою ємністю запасу штаби, але в ньому витки на зовнішньому і внутрішньому барабанах прослабляються, розпущуються і зміщаються з осі, через що кромки штаби пошкоджуються об бокові обмежувачі та проводки, при цьому штаба може застрявати і навіть обриватися, визиваючи великі витрати часу на усунення наслідків. Це не дає можливості застосувати такий спосіб утворення запасу штаби в швидкісних агрегатах обробки. В основу винаходу поставлено задачу створити такий спосіб утворення запасу штаби в спіральному накоплювачі, у відповідності до якого при виконанні операцій набору і видачі штаби шляхом зміни моменту приводу можна було б підвищити надійність роботи і забезпечити збереження якості штаби при роботі з підвищеними швидкостями за рахунок гарантованого затягу витків на барабанах і утримання штаби по осі накоплювача. Це досягається тим. що в способі утворення запасу штаби в спіральному накоплювачі з зовнішнім обертовим від приводу і внутрішнім стаціонарним барабанами з горизонтальною віссю, що включає операції набору і видачі штаби у вигляді змінної кількості витків на барабанах, набір і видачу штаби здійснюють зі зміною крутильного моменту приводу від кількості витків за залежністю: М=(Т о+АkG k)×(BRв+Rн), де М - крутильний момент приводу на валу зовнішнього барабана; То - номінальний натяг штаби; А і В - сталі коефіцієнти; A= (e p - 1)(e p 2 ( f + fн ) 2 f B= (e e 2 p ( f + fн ) 2p ( f +fн ) e 2pf затягу під дією змінного моменту приводу і дискретності його зміни. Викладена суть запропонованого способу пояснюється кресленнями, на яких представлено: Фіг. 1 - схема транспортування штаби через спіральний накоплювач; фіг. 2 - вид спірального накоплювача в плані; фіг. 3 - схема набору запасу штаби; фіг. 4 - схема видачі запасу штаби із накоплювача. Запропонований спосіб утворення запасу штаби реалізується за допомогою спірального накоплювача і відомої конструкції [2] подавальних роликів 2 і тягових роликів 3 (фіг. 1 і 2). Накоплювач 1 має зовнішній обертовий барабан 4 з відхиляючим роликом 5, привод 6, внутрішній стаціонарний барабан 7 і вставлену в плані під кутом до осі накоплювача і вивідну циліндричну проводку 8. Кут вибирається таким чином, щоб забезпечити вихід штаби з вн утрішнього барабана 7 пo гвинтовій лінії проводки 8 і змістити вісь виходу штаби на величину Н від осі її входу в накоплювач. На барабанах 4 і 7 встановлені бокові обмежувачі витків штаби у вигляді дисків 9 на зовнішньому барабані 4 і вертикальних роликів 10 на внутрішньому барабані 7. Привод 6 має систему її управління електродвигуном 12, лічильником витків 13, програмованим контролером 14 і задавачем 15. Порядок виконання операцій при утворенні запасу штаби наступний. Спочатку в контролер 14 вносяться алгоритми управління приводом 6, що включає рівняння крутильного моменту по запропонованій залежності, а також сталі величини: коефіцієнти А і В, радіуси R в і Rн. Оскільки система 11 управляє крутильним моментом на валу електродвигуна 12, то при цьому враховуються передавальне число редуктора, а також ККД приводу 6. Задавачем 15 оператор вводить в контролер 14 значення поточних параметрів: товщину і ширину штаби, номінальний натяг штаби, силу ваги одного витка та дискретність зміни моменту. Після пуску в роботу агрегату накоплювач управляється системою 11 в автоматичному режимі без участі оператора. У висхідному стані (фіг. 1) перед початком утворення запасу штаба транспортується через спіральний накоплювач 1 подавальними 2 і тяговими 3 роликами, при цьому штаба огинає зовнішній барабан 4 з відхиляючим роликом 5, внутрішній барабан 7 і вивідну циліндричну проводку 8. Швидкість V1 подачі штаби дорівнює швидкості V2 видачі, тому зовнішній барабан 4 не крутиться, на його валу приводом 6 прикладено початковий момент Mпоч , що забезпечує номінальний натяг То на вхідній гілці штаби при k=0: Mпоч=T o(BRв+Rн). Після отримання команди на виконання операції набору запасу штаби подачу її роликами 2 здійснюють зі швидкістю V1, яка перевищує швидкість V2 видачі штаби роликами 3, при цьому зовнішній барабан 4 починає обертатися проти годинникової стрілки (фіг. 3), утворюючи запас штаби у вигляді все більшої кількості витків одночасно на зовнішньому 4 і внутрішньому 7 барабанах. Приводом 6 створюється на валу зовнішнього барабана 7 крутильний момент, що росте від почат ); - 1+ F -1 ); -1 -1 f - коефіцієнт тертя ковзання поміж витками штаби; fн - коефіцієнт опору котінню штаби по барабану; F - коефіцієнт опору бокових обмежувачів штаби на барабані; k - кількість витків в поточний момент; Gk - сила ваги одного витка штаби на зовнішньому барабані; Rв, Rн - радіуси вн утрішнього і зовнішнього барабанів. Крім того, момент приводу змінюють дискретно по мірі намотки або розмотки кожних одного або двох ви тків. Техніко-економічний ефект у вигляді підвищення надійності роботи, збереження якості штаби і збільшення виходу гідної продукції, особливо при роботі з підвищеними швидкостями обробки штаби, досягається шляхом формування більш щільних витків і недопущення їх сходу з осі накоплювача за рахунок забезпечення регулярного їх 2 40036 кової величини Мпоч до максимальної Мmax при максимальній кількості витків kmax: Мmax =(Т о+АkmaxG k)×(BRв+Rн). Після досягнення заданої максимальної кількості витків подачу штаби роликами 2 зупиняють (V1=0), а видачу роликами 3 продовжують з тією ж швидкістю V2 (фіг. 4). При цьому зовнішній барабан 4 спочатку зупиняється, а потім починає обертатися в зворотному напрямку, показаному стрілкою, знімаючи за кожним обертом по одному витку з барабанів 4 і 7 до видачі всього запасу штаби і повернення накоплювача 1 у висхідний стан. Видачу штаби виконують також зі зміною приводом 6 крутильного моменту від кількості витків, але в зворотному напрямку: від максимальної величини Мmax до початкової величини Мпоч. В залежності від якості штаби момент може змінюватись або безперервно в функції від кута повороту валу барабана 4, що контролюється лічильником витків 13, або дискретно по мірі намотки чи розмотки кожних одного або двох витків. Дискретність задається тим більша, чим більше дефектів форми має штаба, і навпаки. Необхідність і доцільність зміни крутильного моменту при виконанні операцій набору і видачі запасу штаби обгрунтовуються наступними міркуваннями. Оскільки одночасно з намоткою зовнішніх витків на барабанах ведеться також безперервна видача внутрішніх ви тків, то поміж витками постійно створюється деяка пустота, для усунення якої витки повинні постійно ковзатись один відносно другого, забезпечуючи затяг штаби. Характер процесів на зовнішньому і внутрішньому барабанах подібний, тому можна обмежитись розглядом тільки зовнішнього барабана. Із розгляду силової взаємодії витків накоплюваної на барабані штаби одержали співвідношення між натягами Тн і Тв зовнішньої (вхідної) і внутрішньої (вихідної) гілок штаби: Т в=Тн×В (1) де B= e Збільшення Тв викликає також збільшення Тн у відповідності до залежності (1): 1 e2pfн - 1+ F (4) Tн = Т в × = Т о + kG k В B Оскільки сили Тн і Tв прикладені на радіусах Rв і Rн відповідно (фіг. 1), необхідний крутильний момент М на валу зовнішнього барабана дорівнює: М=T вRв+ТнRн . (5) Після підстановки (3) і (4) в (5) одержали: М=(То+АkG k)×(BRв+Rн), (6) де A= . Перед початком утворення запасу натяг на вхідній гілці штаби дорівнює величині номінального натягу То, тому на внутрішній гілці початковий натяг штаби повинен бути Тв поч.=Т о×В. (2) По мірі збільшення кількості намотаних витків для забезпечення регулярного їх взаємного ковзання і затягу штаби натяг Тв на внутрішній гілці повинен бути достатнім не тільки для забезпечення номінального натягу Т о на вхідній гілці, але і для подолання додаткового опору котінню витків по роликовій поверхні барабана і тертя кромок штаби об бокові обмежувачі: Тв=ТоВ+ DТп+ DТ d, де D TП = kGk ( e 2pfH - 1) - сила опору котінню витків по роликовій поверхні барабана; DТ d =FkGk – сила тертя кромок штаби об бокові обмежувачі; TB = T0B + kGk (e 2pfH - 1 + F) 2 fн 2 f e 2p ( f + fн ) - 1+ F -1 ). Таким чином, залежність (6) вирішує задачу недопущення розслаблення і втрати натягу штаби в витках при наборі і видачу запасу. Величина моменту по залежності (6) є оптимальною, оскільки робота з меншим моментом приведе до зміщення витків з осі і пошкодженню штаби, а робота з більшим моментом потребує збільшених витрат енергоносіїв і може призвести до перевантаження конструкції. Залежність (6) автоматично забезпечує якісний транспорт штаби також і на внутрішньому барабані, оскільки сили натягу штаби на ньому вищі, ніж на зовнішньому за рахунок додаткового опору переміщенню штаби. Управління накоплювачем можна вести також по натягу Тн набігаючої гілки у відповідності до залежності (4), але оскільки привод накоплювача працює в моментному режимі, система управління моментом по залежності (6) реалізується більш простими засобами в порівнянні з системою автоматичного регулювання натягу, що дає можливість зменшити капітальні витрати і скоротити габарити агрегату. Доцільність дискретної зміни крутильного моменту по залежності (6) обгрунтовується тим, що регулярний процес ковзання витків при наборі і видачі запасу може порушуватись через недосконалість і дефекти форми штаби: коробуватості, хвилястості та деформації кромок і т.п. При цьому коефіцієнт тертя спокою збільшується, а ковзання витків можна поновити шляхом імпульсного прикладання добавок моменту приводу або сили натягу штаби. Експериментальні дослідження також підтвердили ефективність дискретної зміни моменту після намотки або розмотки кожних одного або двох витків. Більший розрив при дискретній зміні моменту роботи недоцільно, оскільки витки при цьому встигають прослабнути і можуть зміститися з осі раніше, ніж буде досягнутий їх затяг і фіксація по осі барабана. Приклад. Необхідно утворити запас штаби запропонованим способом при таких висхідних даних: - матеріал штаби - гарячекатана вуглецева сталь; - товщина штаби h, мм - 2,0 - ширина штаби, b, мм - 1220 - максимальна кількість витків, kmax - 16 - радіус вн утрішнього барабана Rв, м - 1,4 - радіус зовнішнього барабана Rн, м - 2,5 - сила ваги одного витка на зовнішньому барабані Gk, Н - 3000 - дискретність зміни моменту, витків -2 2p ( f + fH) -1 e 2pf - 1 (e p - 1)(e p (3) 3 40036 Номінальний натяг штаби визначається за формулою То=sobh, де sо - питомий натяг. Рекомендації по вибору so для різних матеріалів в агрегатах обробки маються в технічній літературі, наприклад [4]. Для гарячекатаної стальної штаби можна скористуватись графічною залежністю від товщини h, приведеною в патенті ФРН [5], або аналогічною їй емпіричною залежністю: sо=10×h-0,6 |H/мм 2|, при цьому h береться в міліметрах. Для наведеного прикладу sо=10×2-0,6=6,6 |H/мм 2| To=6,6×1220×2=1600 |H|=16,0 |kH|. Сталі коефіцієнти А і В визначаються на основі загальновизнаних рекомендацій технічної літератури для коефіцієнтів: f=0,1 (рекомендується від 0,05 для змащеної поверхні до 0,1-0,15 - для сухої); fн=0,01 (визначається за формулою: m + rn × f n fн = , r де m=0,8 мм - коефіцієнт тертя котіння штаби по ролику; fn=0,0015-0,002 - коефіцієнт тертя в підшипниках ролика; rn, r - радіуси цапфи і ролика); F=0,1 (рекомендується від 0,1 до 0,2); A=0,1628; B=1,139. Висхідні дані, а також розраховані значення коефіцієнтів задавачем 15 вводяться в контролер 14, після чого подається команда в систему 11 управління приводом 6 накоплювача 1 на початок утворення запасу штаби. Крутильний момент на валу барабана 4 при цьому змінюється дискретно по мірі намотки або розмотки кожних двох витків у відповідності до залежності (6) Поточні значення моменту в |кНм| в залежності від кількості витків на барабанах представлені в таблиці. Наведений приклад був експериментально опробуваний з позитивними результатами в умовах Запорізького меткомбінату. Як видно з наведеної таблиці, зміна моменту через кожні два витка при наборі і видачі запасу штаби має дзеркальний характер, ще дає змогу запобігти прослаблення витків і пошкодження штаби в усі х режимах роботи накоплювача. Джерела інформації 1. А.с. 1122387 (СРСР) кл. В21В37/00 Система управління агрегатом з петлевим пристроєм / Прудков M.Л. та ін. - Оп убл, в Б.І., 1984, № 41. 2. Подобєдов H.I. та ін. Сучасні накоплювачі штаби в лініях її безперервної обробки. - Бюлетень ЦНДІЧМ, 1984, № 1, с. 10-18. 3. Дворжак І.Н., Запара Б.М. Методика розрахунку спірального акумулятора штаби з поворотним барабаном. - Нові конструкції та дослідження агрегатів і машин обробки прокату. Зб. наук. праць ВНДІМетмаш, під ред. Попова Б.В., М., 1985, с. 107-114. 4. Патент ФРН 2614254, кл. В21С47, 1977 р. 5. Ме ханічне устаткування цехів холодної прокатки. Під ред. Хіміча Г.Л. Машинобудування, 1972, 538 с. Таблиця Операції Набір запасу Видача запасу 1-2 65,5 69,0-3,5 =65,5 3-4 65,5+3,5 =69,0 72,5-3,5 =69,0 5-6 69,0+3,5 =72,5 76,0-3,5 =72,5 Порядкові номери витків 7-8 9-10 11-12 72,5+3,5 76,0+3,5 79,5+3,5 =76,0 =79,5 =83,0 79,5-3,5 83,0-3,5 86,5-3,5 =76,0 =79,5 =83,0 4 13-14 83,0+3,5 =86,5 90,0-3,5 =86,5 15-16 86,5+3,5 =90,0 90,0 40036 Фіг. 1 Фіг. 2 5 40036 Фіг. 3 Фіг. 4 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6