Введение к работе
Актуальность работы
Повышение требований к точности размеров и формы холоднокатаных листов, их механическим свойствам и качеству поверхности - характерные тенденции современного листопрокатного производства, стимулирующие технический прогресс технологии и оборудования станов холодной прокатки
Для улучшения технологии и совершенствования конструкции оборудования необходимо иметь математические модели процесса холодной прокатки, достоверно отображающие сложные взаимосвязи между характеристиками пластичности полос, технологическими, энергосиловыми и конструктивными параметрами стана
Актуальность моделирования и исследования энергосиловых параметров процесса холодной прокатки определяется тем, что от достоверности их расчета, от уменьшения погрешностей между расчетными и фактическими усилиями прокатки и мощностями двигателей стана зависят качество холоднокатаных листов и расход электроэнергии при их производстве
В работах, выполненных научной школой Череповецкого государственного университета, показано, что обеспечить высокую точность расчета энергосиловых параметров процесса холодной прокатки возможно только в том случае, если учитывается напряженное состояние полосы в упругих участках очага деформации, доля которых от общей его длины при прокатке тонких полос может достигать 40-70% Кроме того, в этих работах установлено, что от соотношения протяженностей зон отставания и опережения в очагах деформации рабочих клетей, характеризуемого положением нейтральных сечений, зависят чистота поверхности полосы, расход энергии, коэффициент опережения Установлено также, что при холодной прокатке зона отставания значительно длиннее зоны опережения Более того, реально существуют такие очаги деформации, всю длину которых занимает зона отставания, а зона опережения и нейтральное сечение отсутствуют
Опыт энергосиловых расчетов станов холодной прокатки показал, что существует и третий вариант структурной схемы очага деформации, когда, наряду с нейтральным сечением, расположенным на пластическом участке, появляется еще одно нейтральное сечение на втором упругом участке. Такой вариант очага деформации упоминался некоторыми учеными, однако, методы расчета в нем энергосиловых параметров отсутствовали
Один из параметров, оказывающих значительное влияние на точность результатов энергосилового расчета - длина упругого участка очага деформации на выходе полосы из валков Для ее расчета принято
использовать формулу Герца, которая в теории упругости применяется для расчета полуширины площадки упругого контакта неподвижного цилиндра и полупространства, ограниченного плоской поверхностью Физические условия контакта валков с полосой имеют существенные отличия от условий контакта цилиндра с плоскостью. В классической теории упругости отсутствуют формулы, альтернативные формуле Герца, с помощью которых можно было бы рассчитать длину указанного упругого участка с учетом реальных особенностей контакта полосы и валков
Устранение указанных выше пробелов в теории холодной прокатки является актуальной научной задачей, решение которой будет способствовать совершенствованию технологических процессов производства холоднокатаных полос и листов, экономии энергии и улучшению качества продукции.
Задачи работы;
Задачами работы являлись
1 Разработка достоверной методики расчета энергосиловых
параметров процесса холодной прокатки, пригодной для любых типов
очагов деформации, имеющих одно, два нейтральных сечения или
состоящих целиком из зоны отставания.
2 Уточнение методики расчета длины упругих участков очага
деформации путем учета факторов, не используемых в формуле Герца -
наклепа, толщины полосы и коэффициента трения в очаге деформации
3 Использование теоретических разработок для совершенствования
технологических процессов холодной прокатки с целью повышения качества
готовой продукции и эффективности работы оборудования.
Методы исследования
В работе использовались следующие методы исследования
моделирование с помощью компьютерных технологий энергосиловых параметров непрерывного стана холодной прокатки,
экспериментальные исследования процессов холодной прокатки и энергосиловых параметров действующих станов, с использованием баз данных АСУТП,
применение методов математической статистики для установления таких взаимосвязей между параметрами, которые не представлялось возможности найти чисто аналитическими методами
Научная новизна:
Научная новизна диссертации заключается в следующем 1 С использованием упруго-пластической модели очага деформации выявлены режимы холодной прокатки полос на непрерывных станах, при осуществлении которых, наряду с очагами деформации, имеющими одно нейтральное сечение, или не имеющими нейтральных сечений, имеют место очаги деформации с двумя нейтральными сечениями,
причем дополнительное нейтральное сечение и вторая зона отставания возникают на участке упругого восстановления части толщины полосы, выходящей из валков
2 Впервые разработана достоверная методика идентификации типа очага деформации, позволяющая в процессе энергосилового расчета стана определить, сколько нейтральных сечений имеет очаг деформации каждой рабочей клети
-
Впервые для очага деформации, имеющего два нейтральных сечения, разработана методика энергосилового расчета, с помощью которой можно достоверно определить все структурные составляющие такого очага, коэффициент опережения, толщину полосы в нейтральных сечениях, контактные напряжения, усилие прокатки, удельную работу и мощность прокатки, мощность и момент двигателей главного привода рабочих клетей.
-
Разработана усовершенствованная методика расчета длины упругого участка очага деформации, учитывающая факторы, отличающие движущуюся полосу от упругого полупространства толщину и наклеп полосы, коэффициент трения между вращающимся валком и полосой, износ исходной шероховатости бочки валков, изменяющий коэффициент трения. Ее применение позволило снизить на 35-40% погрешности вычисления усилий прокатки и уточнить ряд закономерностей напряженно-деформированного состояния полосы в очаге деформации. Достоверность новых научных результатов
Сопоставление расчетных по усовершенствованным моделям и измеренных усилий прокатки и мощностей двигателей рабочих клетей, полученных из баз данных АСУТП и содержащих более 300 значений каждого параметра, показало, что погрешности расчета в среднем составляют 3,9-4%, максимальные их значения 13-14%, что в 3-5 раз меньше, чем при использовании известных методик
Практическая ценность и использование результатов работы:
1 Применение разработанной усовершенствованной методики
энергосилового расчета существенно уменьшило расхождения между
измеренными и рассчитанными усилиями прокатки, мощностями и
моментами двигателей главного привода станов холодной прокатки, создав
условия для более точной их настройки и оптимизации технологических
режимов.
2 С использованием новых научных результатов рассчитаны и
успешно испытаны на многоклетевых непрерывных станах
усовершенствованные режимы прокатки, позволяющие улучшить качество
поверхности полос, уменьшить расход энергии и сократить количество
порывов полос во время прокатки.
3. Результаты исследования могут быть использованы при разработке новых и модернизации действующих рабочих клетей прокатных станов, а также в качестве технологической основы их АСУТП
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 45 наименований и 6 приложений Объем диссертации 112 страниц машинописного текста, 13 рисунков, 28 таблиц, в том числе в приложении 15 стр текста и 4 таблицы
Апробация работы и публикации по ее материалам
Основные результаты работы докладывались на 2-ой международной научно-технической конференции «Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов» (г. Санкт-Петербург, сентябрь 2007 г), на 3-ей Международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования», (г Вологда декабрь 2007г.), на расширенном научном семинаре МАМИ и МГУ им Ломоносова (г Москва апрель 2008г.) По материалам диссертации опубликовано 9 статей, в том числе 5 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
