Введение к работе
Актуальность работы
При проектировании рабочих клетей широкополосных станов холодной прокатки, в частности, на этапе энергосилового моделирования, необходимо знать потери энергии на все виды трения, определяющие коэффициент полезного действия главного привода клетей К числу этих потерь относятся потери энергии на трение качения между рабочими и опорными валками
Отсутствие достоверных данных об этих потерях приводило к тому, что двигатели главного привода рабочих клетей имели двух-, трехкратный запас относительно расчетной мощности пластической деформации, это приводило к неэффективным капитальным затратам
В производстве холоднокатаных листов этот вопрос приобрел актуальность в связи с тем, что, как показали исследования, выполненные в 2005-2006 гг, на трение качения расходуется значительная часть мощности главного привода, сопоставимая с мощностью пластической деформации В результате прямых измерений затрат энергии при дрессировке холоднокатаных отожженных полос на одноклетевом стане «1700» установлено, что непосредственно на процесс дрессировки расходуется не более 21 % от фактической мощности, а остальная часть, превышающая полезную мощность в 2,5-7 раз, расходуется на сопутствующие затраты энергии, главным образом - на трение качения
Вопрос о возможности уменьшения потерь энергии на трение качения представляет практический интерес, его актуальность определяется необходимостью уменьшения потерь энергии при прокатке широкополосной стали на действующих станах и необходимостью планирования этих потерь при проектировании новых станов
Анализ возможности уменьшения потерь энергии на трение качения был затруднен, поскольку промышленные данные об этих потерях в рабочих клетях непрерывных широкополосных станов в литературе последних десятилетий не публиковались Также отсутствовали и достоверные экспериментальные данные о коэффициентах трения качения и затратах энергии на трение качения.
Наиболее детальное исследование трения качения в межвалковом контакте клети «кварто» было выполнено в 60-х гг 20 века, но в силу ряда причин оно не может быть применено к условиям работы современных станов и технологии прокатки
Одна из причин заключается в том, что коэффициент трения качения в расчетах принимался постоянным при разных скоростях валков и нормальных контактных напряжениях, также не учитывалось влияние на трение качения момента сил натяжений полосы
Другой причиной является то, что при определении момента прокатки не учитывалось напряженное состояние в упругих участках очага деформации, длина которых на современных станах составляет 40 - 70 % от общей длины
Кроме того, в использованных натурных моделях для определения коэффициентов трения качения не полностью соблюдались условия подобия
4 реальному межвалковому контакту, при этом исследования проводились в виде однофакторных экспериментов, без учета взаимовлияния факторов
По этим причинам до настоящего времени отсутствовали достоверные методика и модель для расчета параметров трения качения в межвалковом контакте рабочих клетей
Из изложенного выше следует, что исследование трения качения в рабочих клетях широкополосных станов и создание модели параметров трения качения является весьма актуальной научно-технической задачей
Задачи работы
Задачами диссертационной работы являлись
разработка методики расчета затрат энергии на трение качения и коэффициентов трения качения, исходя из технологических и энергосиловых параметров действующих станов,
разработка натурной модели валкового узла для непосредственного определения мощности и коэффициентов трения качения и проведение на ней комплекса исследований;
разработка рекомендаций по уточнению затрат энергии на трение качения в рабочих клетях широкополосных станов с использованием новой методики расчета параметров трения качения
Все исследования и разработки по теме диссертации проводились по трем основным направлениям
1 Теоретические исследования
1 1 Разработка методики расчета затрат энергии на трение качения и коэффициентов трения качения, исходя из технологических и энергосиловых параметров, имеющихся в АСУ ТП действующих станов,
1 2. Анализ факторов, влияющих на коэффициент трения качения для условий контакта валков широкополосных станов,
1 3 Определение критериев подобия валкового узла реальной клети широкополосного стана и натурной модели этого узла,
1 4 Разработка методики определения коэффициентов трения качения на натурной модели валкового узла,
1 5. Разработка регрессионной модели безразмерного коэффициента трения качения в функции наиболее важных энергосиловых, конструктивных и технологических параметров рабочей клети,
1 6 Исследование влияния основных энергосиловых и конструктивных
параметров широкополосных станов на величину потерь мощности на трение
качения
2 Экспериментальные исследования
2 1 Ввод в действие натурной модели валкового узла и проведение на ней экспериментов по определению коэффициентов трения качения,
2 2 Анализ экспериментально установленных особенностей трения качения
в межвалковом контакте натурной модели
3 Работы по совершенствованию методов проектирования оборудования
Разработка на базе результатов исследований рекомендаций по уточнению
затрат энергии на трение качения в рабочих клетях широкополосных станов
5 Научная новизна
Научная новизна заключается в следующем
-
Впервые разработаны алгоритм определения коэффициентов и мощности трения качения с использованием баз данных АСУ ТП действующих станов, и методика определения этих величин в конструкторских и технологических расчетах,
-
Впервые разработана достоверная регрессионная модель, определяющая зависимость безразмерного коэффициента трения качения от основных энергосиловых, конструктивных и технологических параметров широкополосных станов нормального контактного напряжения, относительной скорости вращения валков, шероховатости бочек рабочих валков и соотношения диаметров валков,
-
Впервые получены реальные значения коэффициентов трения качения в межвалковом контакте и затрат мощности на трение качения в рабочих клетях «кварто»,
-
В результате анализа процесса трения качения рабочих и опорных валков в клетях «кварто» установлено следующее
- затраты энергии на трение качения могут достигать при дрессировке 60 —
80 % и при холодной прокатке 30 - 50 % от суммарной мощности главного
привода рабочих клетей,
- мощность, затрачиваемая на трение качения, зависит от комплекса
параметров, главными из которых являются нормальное напряжение в контакте
валков, относительная скорость вращения валков, шероховатость бочек рабочих
валков, относительное частное обжатие, удельные заднее и переднее натяжения
Достоверность новых научных результатов подтверждена сопоставлением расчетных значений безразмерных коэффициентов трения качения, полученных на действующих станах, с этими коэффициентами, полученными на натурной модели валкового узла
5 Предложены рекомендации для проектирования рабочих клетей
широкополосных станов, позволяющие уточнить и оптимизировать затраты
энергии на трение качения в этих клетях
Практическая ценность
1. Изложена методика, позволяющая за счет учета трения качения более точно, чем ранее, определять установочную мощность двигателей главного привода рабочих клетей широкополосных станов, соответственно обеспечить оптимизацию капитальных затрат при выполнении проектов
2 Результаты исследований ликвидируют существовавший до настоящего времени пробел в теории расчета энергосиловых параметров широкополосных прокатных станов
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на Международной научно-технической конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства» (г Череповец, октябрь 2005 г), на II Международной научно-технической конференции «Автоматизация машиностроительного производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (г Вологда, ноябрь 2006 г )
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 6 статей Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы Объем диссертации составляет 95 страниц машинописного текста, рисунков, таблиц и приложения
Похожие диссертации на Исследование и моделирование трения качения в рабочих клетях широкополосных станов для совершенствования их энергосилового расчета
