За последнее время ко мне было несколько обращений от читателей блога за помощью в решении одной и той же задачи: как при работе на трехвалковых листогибочных вальцах и профилегибах определить окончательное местоположение среднего ролика (валка)...

Относительно положения крайних роликов (валков), которое обеспечит гибку (вальцовку) заготовки с определенным заданным необходимым радиусом? Ответ на этот вопрос позволит повысить производительность труда при гибке металла за счет уменьшения количества прогонов заготовки до момента получения годной детали.

В этой статье вы найдете теоретическое решение поставленной задачи. Сразу оговорюсь – на практике я этот расчет не применял и, соответственно, не проверял результативность предлагаемого метода. Однако я уверен, что в определенных случаях гибка металла может быть выполнена гораздо быстрее при использовании этой методики, чем обычно.

Чаще всего в обычной практике окончательное местоположение подвижного центрального ролика (валка) и количество проходов до получения годной детали определяется «методом тыка». После длительной (или не очень) отработки технологического процесса на пробной детали определяют координату положения центрального ролика (валка), которую и используют при дальнейших перенастройках вальцев, изготавливая партию этих деталей.

Метод удобен, прост и хорош при значительном количестве одинаковых деталей – то есть при серийном производстве. При единичном или «очень мелкосерийном» производстве, когда необходимо гнуть разные профили или листы разной толщины разными радиусами, потери времени на настройку «методом тыка» становятся катастрофически огромными. Особенно эти потери заметны при гибке длинных (8…11м) заготовок! Пока сделаешь проход…, пока проведешь замеры…, пока перестроишь положение ролика (валка)… — и все сначала! И так десяток раз.

Расчет в Excel местоположения подвижного среднего ролика.

Запускаем программу MS Excel или программу OOo Calc, и начинаем работу!

С общими правилами форматирования электронных таблиц, которые применяются в статьях блога, можно ознакомиться .

Прежде всего, хочу заметить, что листогибочные вальцы и профилегибы разных моделей могут иметь подвижные крайние ролики (валки), а могут — подвижный средний ролик (валок). Однако для нашей задачи это не имеет принципиального значения.

На рисунке, расположенном ниже изображена расчетная схема к задаче.

Вальцуемая деталь в начале процесса лежит на двух крайних роликах (валках), имеющих диаметр D . Средний ролик (валок) диаметром d подводится до касания с верхом заготовки . Далее средний ролик (валок) опускается вниз на расстояние равное расчетному размеру H , включается привод вращения роликов, заготовка прокатывается, производится гибка металла, и на выходе получается деталь с заданным радиусом изгиба R ! Осталось дело за малым – правильно, быстро и точно научиться рассчитывать размерH . Этим и займемся.

Исходные данные:

1. Диаметр подвижного верхнего ролика (валка) /справочно/ d в мм записываем

в ячейку D3: 120

2. Диаметр опорных с приводом вращения крайних роликов (валков) D в мм пишем

в ячейку D4: 150

3. Расстояние между осями опорных крайних роликов (валков) A в мм вводим

в ячейку D5: 500

4. Высоту сечения детали h в мм заносим

в ячейку D6: 36

5. Внутренний радиус изгиба детали по чертежу R в мм заносим

в ячейку D7: 600

Расчеты и действия:

6. Вычисляем расчетную вертикальную подачу верхнего ролика (валка)H расч в мм без учета пружинения

в ячейке D9: =D4/2+D6+D7- ((D4/2+D6+D7)^2- (D5/2)^2)^(½) =45,4

H расч =D /2+h +R — ((D /2+h +R )^2- (A /2)^2)^(½)

7. Настраиваем вальцы на этот размер H расч и делаем первый прогон заготовки. Измеряем или высчитываем по хорде и высоте сегмента получившийся в результате внутренний радиус, который обозначим R 0 и записываем полученное значение в мм

в ячейку D10: 655

8. Вычисляем какой должна была бы быть расчетная теоретическая вертикальная подача верхнего ролика (валка)H 0расч в мм для изготовления детали с радиусом R 0 без учета пружинения

в ячейке D11: =D4/2+D6+D10- ((D4/2+D6+D10)^2- (D5/2)^2)^(½) =41,9

H 0расч =D /2+h + R 0 — ((D /2+h + R 0 )^2- (A /2)^2)^(½)

9. Но деталь с внутренним радиусом изгиба R 0 получилась при опущенном верхнем валке на размер H расч , а не H 0расч !!! Считаем поправку на обратное пружинение x в мм

в ячейке D12: =D9-D11 =3,5

x = H расч — H 0расч

10. Так как радиусы R и R 0 имеют близкие размеры, то можно с достаточной степенью точности принять эту же величину поправки x для определения окончательного фактического расстояния H , на которое необходимо подать вниз верхний ролик (валок) для получения на вальцованной детали внутреннего радиуса R .

Вычисляем окончательную расчетную вертикальную подачу верхнего ролика (валка)H в мм c учетом пружинения

в ячейке D13: =D9+D12 =48,9

H = H расч + x

Задача решена! Первая деталь из партии изготовлена за 2 прохода! Найдено местоположение среднего ролика (валка).

Особенности и проблемы гибки металла на вальцах.

Да, как было бы всё красиво и просто – надавил, прогнал – деталь готова, но есть несколько «но»…

1. При вальцовке деталей с малыми радиусами в целом ряде случаев нельзя получить необходимый радиус R за один проход по причине возможности возникновения деформаций, гофр и надрывов в верхних (сжимаемых) и нижних (растягиваемых) слоях сечения заготовки. В таких случаях назначение технологом нескольких проходов обусловлено технологической особенностью конкретной детали. И это не исключительные случаи, а весьма распространенные!

2. Одномоментная без прокаток подача среднего ролика (валка) на большое расстояние H может быть недопустимой из-за возникновения значительных усилий, перегружающих сверх допустимой нормы механизм вертикального перемещения вальцев. Это может вызвать поломку станка. В аналогичной ситуации перегрузки при этом оказаться может и привод вращения роликов (валков)!

3. Концы заготовки, если их предварительно не подогнуть, например, на прессе, останутся прямолинейными участками при гибке на трехвалковых вальцах! Длина прямолинейных участков L чуть больше половины расстояния между нижними роликами А /2.

4. При движении среднего ролика (валка) вниз в сечении заготовки, подверженном изгибу, постепенно нарастают нормальные напряжения, которые вызывают вначале пружинную деформацию. Как только напряжения в крайних верхних и нижних волокнах сечения достигнут предела текучести материала детали σт , начнется пластическая деформация – то есть начнется процесс гибки. Если средний ролик (валок) отвести обратно вверх до начала возникновения пластической деформации, то заготовка отпружинит следом и сохранит свое первоначальное прямолинейное состояние! Именно эффект обратного пружинения вынуждает увеличить размер вертикальной подачи H расч на величину x , так как участки заготовки отпружинивают и частично распрямляются, выходя из зоны гибки, расположенной между роликами (валками).

Мы нашли эту поправку x опытным путем. Обратное пружинение или остаточную кривизну детали можно рассчитать, но это непростая задача. Кроме величины предела текучести материала σт значимую роль при решении этого вопроса играет момент сопротивления изгибу поперечного сечения вальцуемого элемента Wx . А так как часто профили особенно из алюминиевых сплавов имеют весьма замысловатое поперечное сечение, то расчет момента сопротивления Wx выливается в отдельную непростую задачу. К тому же и фактическое значение предела текучести σт часто значительно колеблется даже у образцов, вырезанных для испытаний из одного и того же листа или одного и того же куска профиля.

В предложенной методике сделана попытка уйти от определения обратного пружинения «методом научного тыка». Для пластичных материалов, например алюминиевых сплавов, значение

Не забывайте подтвердить подписку кликом по ссылке в письме, которое тут же придет к вам на указанную почту (может прийти в папку « Спам» )!!!

С интересом прочту Ваши замечания и отвечу на Ваши вопросы, уважаемые читатели!!! Поделитесь результатами практических испытаний методики со мной и коллегами в комментариях к статье!

Прошу уважающих труд автора скачивать файл с расчетом после подписки на анонсы статей!

Блога два с половиной года назад была затронута тема расчета геометрии деталей, получающихся в процессе вальцовки. В этой публикации речь пойдет об определении усилий , возникающих при вальцовке листового металла. Тема интересная...

И важная не только для специалистов эксплуатирующих листогибочные вальцы, но и для всех, кто, так или иначе, связан с процессом гибки на листогибочных и обычных прессах.

Во всех расчетных формулах для определения усилия гибки листов в качестве одних из главных определяющих параметров фигурируют или предел прочности, или предел текучести металла листовой заготовки. Известно, что в процессе изгиба область, подверженная деформации, упрочняется. Но на сколько? Иногда это упрочнение учитывают повышающим предел текучести постоянным коэффициентом, как, например, в . В программе, представленной в этой статье, повышение прочности будет определено и учтено аналитически по расчетной кривой деформационного упрочнения .

В паспортах листогибочных валковых машин в последнее время обычно указывается максимальная ширина и толщина изгибаемой листовой заготовки из стали С255 и наименьший радиус вальцовки. А на практике постоянно возникает вопрос – «потянут» ли вальцы менее широкий, но более толстый лист, да еще, возможно, и из другой марки стали? Вопрос не праздный – ошибка может привести к поломке станка и дорогостоящему последующему ремонту.

Включаем MS Excel и начинаем рассмотрение решения озвученной задачи на примере вальцовки листового металла на трехвалковой листогибочной машине.

Расчет в Excel моментов и сил при вальцовке.

Задача:

Определить возможность гибки и правки обечайки диаметром 1600 мм и длиной 1500 мм из листовой стали С345 (09Г2С) толщиной 18 мм на вальцах марки И2222.

Из паспортных данных машины известно, что на ней можно изготовить обечайку минимальным диаметром 440 мм и длиной 2000 мм из листовой стали С255 (Ст3 сп5) толщиной 16 мм.

Вальцовка листового металла на трехвалковой машине с подвижным в вертикальной плоскости верхним валком показана на схеме, из которой очевидно, что наиболее нагруженным является верхний валок.

Задачу решим следующим образом:

1. Определим в расчете №1 усилие на верхнем валке при гибке и правке обечайки с предельными размерами из паспорта. То есть узнаем возможности листогибочной машины И2222.

2. В расчете №2 вычислим силы, действующие на наиболее нагруженный верхний валок при гибке и правке интересующей нас короткой трубы из стали С345.

3. Сравним значения сил и сделаем выводы.

Расчет №1:

Расчет №2:

Вывод:

Так как усилия на верхнем валке в расчете №2 немного меньше усилий из расчета в Excel №1, то следует вывод: на вальцах И2222 можно изготовить трубу из стали 09Г2С диаметром 1600 мм, длиной 1500 мм с толщиной стенки 18 мм.

Формулы, использованные в расчете:

12. ε т =[σ т ] / E +0,002

13. m = lg ([σ в ] /[σ т ] )/ lg (ε в / ε т )

14. A =[ σ в ] /(g* ε в m )=[ σ т ] /(g* ε т m )

15. n =A *2 (2,59-m ) /(E/g *(2+m ))

16. R о =R +s /2

17. r о = R о /s

18. R г = R о /(1+n *r о (1-m ) )

19. M г R г m )*g

20. α г =arcsin ((L /2)/(R г +D /2+s /2))

21. P г =2*M г /(R г *tg (α г ))

22. R пр =k ф * R г

23. M пр =(A *b *s (2+m ))/(2 (m +1) *(2+m )* R пр m )*g

24. α пр =arcsin ((L /2)/(R пр +D /2+s /2))

25. P пр =2*π *M пр /(R пр *((π- α пр )*tg (α пр )+1-1/cos (α пр )))

Заключение.

Расчет в Excel был выполнен без учета веса верхнего валка. Если учесть этот момент, возможности листогибочной машины увеличатся на 2…3%.

Механические свойства сталей в пунктах 4…7 расчета можно найти в ГОСТ 27772-88 (ε т = δ 5 ).

При правке заваренных обечаек изгибающий момент и усилие на верхнем валке возрастают из-за неправильной геометрии подогнутых краев заготовки и усиления сопротивления замкнутого контура.

Коэффициент формы обечайки k ф в пункте 11 можно определить по подсказке в примечании к ячейке D13.

Этот коэффициент зависит от способа подгибки краев заготовки:

k ф =0,75…0,85 – при вальцовке без подкладного листа с плоскими краями;

k ф =0,80…0,90 — при вальцовке без подкладного листа по радиусу;

k ф =0,85…0,95 — при вальцовке с подкладным листом:

k ф =0,95…1,00 – при гибке на прессе в штампе.

В завершении статьи определим коэффициент упрочнения, о котором упоминалось в самом начале, для каждого из рассчитанных выше вариантов.

K 1 = M г1 /(W x 1 *[σ т ] 1 )=37783899/(2000*16 2 /6*245)=1,81

K 2 = M г2 /(W x 2 *[σ т ] 2 )=42658644/(1500*18 2 /6*325)=1,62

С уменьшением радиуса гибки листа логично нарастает упрочнение. Используя параметры кривой деформационного упрочнения, можно более точно определять усилия и при V-образной гибке на листогибочных прессах.

Смею предположить, что при использовании предложенной программы вальцовка листового металла станет для вас более понятной и безопасной.

Возможно под заказ развитие программы для других схем вальцовки (трехвалковые машины с подвижными нижними валками, четырехвалковые машины, гибка конических деталей).

Прошу уважающих труд автора скачивать файл с расчетной программой после подписки на анонсы статей в окне, расположенном в конце каждой статьи или в окне вверху страницы!

Желающие поддержать развитие блога могут это сделать, перечислив средства на любой (в зависимости от валюты) из указанных кошельков WebMoney : R 377458087550, E 254476446136, Z 246356405801.

Описание конструкции и работы вальцев (Лист 1)

Различные типы вальцев имеют в основе одинаковый принцип действия и ряд сходных узлов (сборочных единиц) и деталей. В общем вальцы (рис. 1) представляют собой машины, основными рабочими органами которой являются два полые валка(7) и (20), расположенные в горизонтальной плоскости и вращающиеся навстречу друг другу. Некоторые вальцы, используемые при регенерации резины, имеют три валка. . Валок(7) называется передним, так как он расположен с передней стороны рабочего места вальцев. Валок(20) называют задним. Рабочая поверхность валков может быть гладкой или рифленой в зависимости от назначения вальцев. Каждая из двух станин вальцев стянута сверху траверсой (поперечинами) (3) и помещается на массивной чугунной фундаментной плите(13). Фундаментная плита с нижней стороны имеет ребра жесткости. У вальцев с групповым приводом на фундаментной плите под каждой из станин устанавливаются трансмиссионные подшипники.

В четырех углах фундаментной плиты расположены выступающие тумбы для установки и крепления станин вальцев. Крепление станин(12) вальцев к фундаментной плите производится при помощи болтов и специальных клиньев. Высота поверхности рабочего пола обычно находится на уровне верхней части тумб фундаментной плиты. Для регулировки параллельности установки двух станин и увеличения жесткости конструкции вальцев имеется два стяжных болта. Станины()12 и поперечины (траверсы) (3) вальцев отливаются из чугуна и должны иметь 5--6-кратный запас прочности против наибольших усилий, развиваемых при работе. В каждой станине вальцев устанавливается по два валковых підшипника(2) (один от переднего, а другой от заднего валков). Подшипники заднего валка(20) неподвижно прикрепляются к соответствующей станине при помощи болтов. Подшипники переднего валка(7) установлены так, что их можно передвигать по станине для регулировки величины зазора между валками. Корпусы валковых подшипников скольжения для улучшения условий работы имеют специальные полости для охлаждения.

Рис. 1

1 -- передний валок; 2 -- задний валок; 3 -- ограничительные стрелки; 4 -- приводная шестерня; 5, 17 -- верхние траверсы; 6 -- указатель величины зазора между валками; 7 -- механизм регулировки зазора; 8, 12 -- станины вальцев; 9, 14 -- подшипники трансмиссионного вала; 10 -- соединительные болты; 11 -- фундаментная плита; 13 -- окна для заворачивания фундаментных болтов; 15 -- трансмиссионный вал; 16 -- передаточные (фрикционные) шестерни; 18 -- колпачковая масленка; 19 -- конечный (аварийный) выключатель; 20 -- штанга аварийного выключателя.

Регулировка величины зазора между валками производится при помощи специальных механизмов(14), снабженных предохранительными устройствами. На каждой из станин имеются указатели величины зазора для устранения перекоса валков. Валки изготавливаются полыми из специального высококачественного чугуна с закаленной поверхностью рабочей части и расточкой внутренней поверхности, на которую подается охлаждающая вода (при помощи специальной системы охлаждения). Для предотвращения возможности попадания перерабатываемого материала в валковые подшипники на вальцах устанавливаются защитные раздвижные щитки-стрелки одна половина которых крепится к переднему, а другая к заднему подшипникам валков.

Специальная конструкция стрелок(4) обеспечивает достаточную надежность в работе. Для смазки поверхностей трущихся пар вальцы снабжены специальной системой с рядом смазывающих устройств. На поперечинах станин вальцев смонтированы устройства(5) для аварийного останова. Станины и траверсы, воспринимающие распорные усилия при работе вальцев, отлиты из стали. Перемещение передних подшипников осуществляется при помощи двух механизмов регулировки зазора(14). Механизм регулировки зазора (рис. 2) расположен на станине со стороны переднего валка. Нажимной винт 1 вращается в стальной гайке 12, закрепленной в станине вальцев.

На конце нажимного винта 1 смонтировано предохранительное устройство, которое состоит из предохранительной шайбы 9, крышки 11, матрицы 8, пуансона 10 и корпуса 7, закрепленного болтами на корпусе подшипника 6 валка вальцев.

Рис. 2.

1 -- нажимной винт; 2 -- червячный редуктор; 3 -- эластичная муфта; 4 -- электродвигатель; 5 -- указатель величины зазора; 6 -- корпус подшипника валка; 7 -- корпус предохранительного устройства; 8 -- матрица; 9 -- предохранительная шайба; 10 -- пуансон; 11 -- крышка; 12 -- гайка нажимного винта; 13 -- станина вальцев; 14 -- маховичок ручной доводки.

Предохранительное устройство служит для предохранения от разрушения валков и станины при значительном увеличении распорных усилий между валками вальцев. В случае перегрузок (попадание в зазор металлических предметов и др.) предохранительные шайбы, рассчитанные на определенное усилие, срезаются, передний валок перемещается, увеличивая зазор между валками, и вальцы автоматически останавливаются. Чтобы предохранительное устройство работало надежно, необходимо правильно рассчитать предохранительную шайбу. Механизм регулировки зазора имеет также маховичок 14 для ручного привода на случай выхода из строя электродвигателя. Зазор между валками вальцев можно регулировать в пр еделах от 0 до 10 мм.

Для обеспечения безопасности работы на вальцах имеется механизм аварийного останова(5). Он состоит из четырех стоек, между каждыми двумя из которых имеются тросики или штанги, параллельные осям валков вальцев. Один конец каждого тросика закреплен неподвижно, а второй соединен с конечным выключателем. При нажатии на тросик (штангу) происходит отключение электродвигателя, торможение и автоматический останов вальцев. Торможение индивидуальных и сдвоенных вальцев производится при помощи колодочного или ленточного тормоза, торможение вальцев с групповыми приводами -- при помощи специальной системы аварийного останова.

Системы аварийного останова вальцев должны обеспечивать возможно быстрое прекращение вращения валков и вывод посторонних предметов из области деформации путем включения обратного хода. Аварийные выключатели должны быть устроены так, чтобы их можно было привести в действие в любой момент с рабочего места как с передней, так и с задней стороны вальцев. Такие системы обычно состоят из штанг, конечных выключателей, переключателей, тормозных, блокирующих и других устройств. Каждая система аварийного останова вальцев должна иметь устройства, позволяющие выключить приводной электродвигатель(15) и затормозить машину (электромеханическое или электродинамическое торможение). При электромеханическом торможении после нажатия на штангу, рабочий отключает электродвигатель(15) привода машины и одновременно включает механический тормоз(16) для остановки вращающихся по инерции частей привода. Электродинамическое торможение предусматривает переключение цепи приводного электродвигателя и создание в его якоре противоположно направленного электродинамического момента.

В соответствии с ГОСТ 14333--79 расстояние от уровня пола до оси штанги аварийного устройства всех современных производственных вальцев должно быть в пределах 900--1200 мм. Кратчайшее расстояние от штанги аварийного устройства до образующей валка должно быть в пределах 300--500 мм. Путь торможения валков после аварийного останова незагруженных вальцев не должен превышать 0,25 оборота валка при максимальной скорости. После аварийного останова вальцев, имеющих электромеханический привод, механизм регулирования зазора должен осуществить автоматическую раздвижку валков не менее чем на 25 мм со скоростью не ниже рабочей скорости регулирования зазора.

На рис.3 представлен современный аварийный выключатель(5) вальцев. Штанга закреплена в шарнирах-подшипниках и расположена перед передним, а иногда перед задним валком. При нажатии на штангу рожки отжимают пружину и давят на рычаги путевых малогабаритных переключателей типа ВКП-711. Рабочий ход кнопки переключателя ВКП-711 равен 2,2--2,5 мм при усилии нажатия на штангу более 2,5 Н (0,25 кгс). Величину усилия, необходимого для остановки вальцев, можно регулировать при помощи пружин. Тормозные устройства систем аварийного останова вальцев служат для поглощения кинетической энергии движущихся частей машины в период ее остановки. В валковых машинах применяются двухколодочные и ленточные тормоза.

Надежность работы механизма аварийного останова оценивается величиной поворота валков после отключения электродвигателя при незагруженных вальцах. При загруженных резиновой смесью вальцах поворот валков после отключения электродвигателя практически должен быть равен нулю. Максимальный путь пробега переднего валка по периметру бочки валка при незагруженных вальцах должен быть не более 0.25 оборота валка.

Рис. 3.

Валки и валковые подшипники скольжения охлаждаются проточной водой. В полости валков смонтировано охлаждающее устройство, состоящее из трубы с отверстиями (направленными в сторону зазора между валками), воронки(10) и ванны(11). Вода, подаваемая в трубу под давлением, вытекает через отверстия, орошает внутреннюю полость валка и сливается через открытый конец валка и воронку в ванну. Смазка валковых подшипников скольжения -- жидкая централизованная или индивидуальная -- осуществляется при помощи масляного насоса (лубрикатора). Смазка подшипников качения -- густая -- подается к подшипникам при помощи масляной станции. Смазка приводных и фрикционных шестерен, а также червячных пар осуществляется погружением нижней части колес в масляную ванну, расположенную под ними. Вальцы снабжаются приборами управления электродвигателем и автоматическими устройствами, которые для индивидуальных и сдвоенных вальцев устанавливаются в специальном шкафу, а для вальцев с групповым приводом -- на щите управления.

Обработка резиновых смесей на вальцах является достаточно энергоемким процессом. Энергия, потребляемая электродвигателем вальцев, расходуется на преодоление напряжений сдвига сопротивления в элементах передач и подшипниках и на преодоление сил сопротивления деформированию обрабатываемого материала (вязкое течение, упругая и высокоэластическая составляющие деформации).

вальцы резиновый полимерный сырье

Рис. 4.

1 -- корпус валка; 2 -- труба с отверстиями; 3 -- направляющий диск; 4 -- сливна.я воронка; 5 -- распределительная втулка; 6 -- гайка; 7 -- сальник; 8 -- направляющая втулка; 9 -- заглушка. где W-- расход воды; с2 -- удельная массовая теплоемкость воды; txи t2 -- температура воды на входе и выходе; К -- коэффициент теплопередачи; А^ср -- средняя разность температру.

Для предотвращения возможности возрастания температуры обрабатываемого материала выше допустимого значения и отвода избыточного количества теплоты на вальцах предусмотрена система водяного охлаждения. Охлаждению подвергаются валки вальцев. В старых конструкциях вальцев охлаждению водой подвергались также корпусы подшипников скольжения. В зависимости от способа отвода охлаждающей воды из полости валков вальцев различают два способа охлаждения: открытый (рис. 4, а) и закрытый (рис. 4,6). При открытом способе охлаждения валков вальцев (рис. 4, а) вода под давлением поступает во внутреннюю полость валка по трубе 2. По длине трубы 2 имеются отверстия диаметром 2--5 мм, направленные в сторону области деформации вальцев; шаг между отверстиями 100--125 мм. Иногда в отверстия трубы вворачиваются на резьбе специальные насадки -- сопла для направления и разбрызгивания струи воды.

Охлаждающая вода подается из отверстий неподвижной трубы на верхнюю часть внутренней поверхности полосы вращающегося валка и стекает по его стенке. В нижней части полости валка собирается некоторое количество воды до определенного уровня. Далее вода через отверстие в направляю щем диске 3 сливается через воронку 4 в специальный сборник и затем в канализацию. Неподвижная внутренняя труба не вращается и соединяется с водопроводом при помощи резинового шланга (для переднего валка), допускающего некоторое перемещение валка при изменении величины зазора.

Закрытый способ охлаждения валков вальцев (рис. 4, б) заключается в том, что охлаждающая вода поступает по трубе 2 (с отверстиями) в полость валка и заполняет ее полностью. Из полости валка вода при помощи специального устройства отводится в канализацию или в оборотную систему водоснабжения. При открытом способе отвода охлаждающей воды обеспечивается более интенсивное охлаждение за счет увеличенной скорости движения воды по поверхности теплообмена; система охлаждения валков с закрытым сливом более сложна по конструкции и в эксплуатации. Поэтому наибольшее распространение получила система охлаждения вальцев с открытым сливом.

Конструкции основных деталей узлов и механизмов

Валки являются основными рабочими деталями вальцов и каландров. Среднюю часть валка, соприкасающуюся с перерабатываемым материалом, называют бочкой (рис. 5). По обе стороны от бочки расположены шейки (цапфы) валка, которыми он опирается на подшипники. Концевые части валка имеют шлицевые или шпоночные канавки. Бочки валков выполняют гладкими или рифлеными, в зависимости от назначения машины. Бочка валков, кроме того, может быть цилиндрической или бочкообразной (бомбировка) для компенсации прогиба ее от распорных усилий, возникающих при вальцевании или каландрировании. Бомбировка удорожает изготовление валков, поэтому для компенсации прогиба лучше применять перекрещивание валков. Для подачи теплоносителя валок выполняют полым или с каналами, что улучшает условия теплообмена. Периферические каналы равномерно располагаются по окружности, на расстоянии 25--40 мм от поверхности валка (диаметр каналов -- 30--40 мм).

Основными параметрами, характеризующими размеры валков и машину в целом, являются номинальный диаметр бочки валка и ее длина. Из условий обеспечения необходимой жесткости длину бочки валка принимают не более 2,5--4,0 D (D --диаметр валка), а диаметр шейки--0,5 D (в случае применения подшипников качения эту величину уменьшают). При конструировании валков необходимо учитывать, что их размеры нормализованы.

Рис.5.

а -- валок вальцев передний; б -- валок вальцев задний;

Теплоноситель поступает внутрь трубы (21) и вытекает в полость валка по правую сторону от уплотнительного поршня (25), который разделяет внутреннюю часть валка на две полости. Попав в правую полость, теплоноситель, поступает по наклонным каналам, просверленным в корпусе (26) валка; каждый канал соединен с горизонтальным каналом охлаждения(28), проходящим на глубине 50 мм от наружной поверхности бочки. Пройдя по этим каналам, теплоноситель входит в левые наклонные каналы и через левую полость охлаждения направляется на слив. С торца бочки валка каналы (наклонные и горизонтальные) закрыты кольцом, под которым проложена паронитовая прокладка.

Условия работы подшипников вальцов и каландров весьма тяжелые. В некоторых машинах нагрузка на подшипник достигает 60 тс. В валковых машинах применяют подшипники качения и скольжения (последние -- при больших нагрузках, а также в прецизионных каландрах, например, при производстве тонких пленок).

На (рис.6) показан подшипниковый узел. Радиальные сферические роликоподшипники 9 установлены на конических цапфах валка. Левый подшипник закреплен жестко, правый -- может смешаться по оси при температурных деформациях. Система смазки подшипников централизованная. Масло подается в верхнюю часть корпуса 8, стекает и отводится из нижней части корпуса. Левый подшипник регулируется при помощи крышки 7, установочных колец 4, прокладок 5 и фланца 6, который через лабиринтное кольцо 3, воздействует на внутреннее кольцо подшипника. Правый подшипник фиксируется гайкой 1, поджимающей лабиринтное кольцо. Гайка 1 вращается на резьбовых полукольцах 2 и фиксируется винтом.

Рис. 6.

В случае особенно тяжелых условий работы (при больших распорных усилиях) возможно применение многорядных радиально-упорных роликоподшипников.

Станины валковых машин воспринимают статические и динамические нагрузки, возникающие при работе, обеспечивают неизменность относительного положения смонтированных на них узлов и деталей, снижают (гасят) амплитуды колебаний, передают нагрузки на опорные плиты или фундаменты. Обычно станина -- самый тяжелый узел машины.

При конструировании станин особое внимание необходимо уделять ее прочности и износостойкости. Изнашиваемые части станин (например, направляющие) желательно изготовлять в виде сменных, легко заменяемых деталей.

Масса станин вальцов и каландров достигает соответственно 20 и 50 т. Поэтому при конструировании станин нужно учитывать условия транспортирования и монтажа машин. В ряде случаев необходимо проектировать тяжелые станины составными. Наиболее надежным методом является соединение частей станины на фундаментной плите, увеличивающей жесткость системы и равномерно распределяющей силу тяжести машины на опорной поверхности фундамента. При изготовлении литых стальных или чугунных станин особое внимание следует уделять снятию остаточных напряжений, возникающих в местах, где имеются приливы, фланцы, выступы и т. д. Эти элементы желательно проектировать съемными, с креплениями на болтах. Отверстия в станине нежелательно выполнять с резьбой (в чугуне резьба часто выкрашивается). Лучше устанавливать на прессовой посадке сменные стальные втулки с внутренней резьбой.

Станины вальцов бывают обычно двух типов -- закрытые и открытые. В первом случае это цельная чугунная отливка. Основной недостаток таких станин -- необходимость полного демонтажа вальцов в случае поломки верхней траверсы, воспринимающей большие усилия. Поэтому лучше устанавливать открытые станины. Они состоят из двух частей: основания и верхней траверсы, скрепляемых болтами. В современных каландрах обычно применяют цельные станины закрытого типа с боковыми проемами, ширина которых на 50--80 мм превышает максимальный диаметр валка. Это позволяет вынимать и заводить валки через окна без применения дополнительных монтажных устройств. Для увеличения жесткости конструкции и поддержания параллельности осевых плоскостей станины связывают снизу фундаментной плитой, а сверху -- специальной траверсой, расположенной параллельно осям валков. В отдельных случаях применяют стальные тяги или распорные трубы.

Ограничительные стрелы определяют объем рабочего пространства валков между подшипниками, препятствуют «расползанию» обрабатываемой массы и таким образом предохраняют от нее подшипники. Ограничительные стрелы представляют собой металлические перегородки, укрепляемые неподвижно или перемещаемые вдоль образующей валков. Каждая стрела состоит из двух половин, которые тщательно подгоняют к поверхности валка. На (рис.7) показаны передвижные ограничительные стрелы, устанавливаемые на вальцах. На корпусах подшипников валков подшипники 1 закреплены болтами 2. Через отверстия в подшипниках проходят валик 3, неподвижно закрепленный болтами 4 в подшипниках 1, и валик 5, установленный в дистанционных кольцах 6. Кольца позволяют валику 5 вращаться в подшипниках. На валиках установлены подвески 7 для стрел: на валике 3 по скользящей посадке, а на валике 5 с помощью резьбовой втулки 8.

Рис. 7.

При вращении маховичка 9, посаженного неподвижно на валик 5, подвески 7 могут перемещаться к центру или от центра, сокращая или увеличивая Площадь рабочей поверхности валка. На подвесках закреплены стрелы 10, на концах стальных стрел установлены скребки 11 из латуни. Вследствие износа между поверхностью валка и торцом стрелы образуется зазор. Этого недостатка лишены стрелы с пружиной, устанавливаемой между основанием стрелы и самой стрелой; стрелы прижимаются к валку при помощи пневмоцилиндров с усилием 100--250 кгс.

Пластинчатые или дисковые ножи устанавливают в державках, которые укреплены на поддоне или кронштейнах, а иногда непосредственно на станинах валковых машин. Регулирующими винтами или пружинами ножи прижимаются вплотную к поверхности валка или съемного валика. Ножи срезают массу пластического материала в виде полос заданной ширины, отрезают кромки при изготовлении пластмассового листа, пленки, различных типов линолеума и т. д. В зависимости от количества ножей и их взаимного расположения с валковой машины срезается одна или несколько полос материала заданной толщины.

Вальцы могут иметь индивидуальный и групповой приводы. В первом случае от электродвигателя вращение на вальцы передается через цилиндрический или цилиндро-конический редуктор. Для сдвоенных вальцов также можно применять цилиндро-конический редуктор. Для вальцов группового исполнения (2, 3, 4 и более) применяют привод с использованием асинхронных или синхронных (тихоходных) электродвигателей. В этом случае выходной вал общего редуктора передает вращение сразу на несколько вальцов, которые имеют индивидуальные цилиндрические зубчатые пары.

В новых конструкциях вальцов применяют приводы с блок-редукторами и шарнирными шпинделями (по типу приводов каландров). Использование подобных приводов позволяет разгрузить валки и станины от изгибающих моментов, возникающих при передаче крутящего момента зубчатыми колесами. Применение шарнирных шпинделей упрощает системы регулирования зазора валков (не требуется изготовление цилиндрических колес с корригированными зубьями).

Блок-редукторы для вальцов выполняют с двумя выходными тихоходными валами (типа БВ).

Валки – полые чугунные цилиндры с шейками (рабочую часть валка называют "бочкой", опорную – "шейкой"). Поверхность, в зависимости от назначения – гладкая, шлифованная или рифленая. Материал - высококачественный чугун (например, СЧ15-32). Отбеленная поверхность рабочей части (твердость HRC 40-60, глубина отбеленного слоя - 8÷18 мм.). Для получения отбеленного слоя отливку производят в вертикальную земляную форму, в которую на участке "бочки" вставлена стальная втулка. Внутренняя поверхность валка растачивается.

В валках более новой конструкции для улучшения условий теплообмена и увеличения равномерности нагрева по периферии рабочей части под отбеленным слоем просверлены каналы Ǿ 30-40 мм (расстояние между каналами 25-40 мм). Рабочую поверхность валков Вальцев шлифуют, каландров – кроме того полируют.

Основные параметры валка – диаметр бочки и её длина. Обычно из условий жёсткости толщина стенки бочки полого валка 0,25-0,35D (D – диаметр бочки), а длина бочки не более 2,5-4D. У большинства каландров отношение диаметра шейки к D-0,5-0,72, в случае подшипников качения – несколько меньше – до 0,5. Длина шейки обычно равна её диаметру.

Размеры валков нормализованы.

Подшипники

Подшипники скольжения состоят из чугунного (или литого стального) корпуса и вкладыша из бронзы. Вкладыш может быть разрезанным – нагруженный сегмент из бронзы, ненагруженный – чугунный. В некоторых конструкциях корпус охлаждается водой. Смазка – индустриальными маслами. Недостаток подшипников скольжения – возможность защемления вследствие прогиба от распорных усилий, поэтому предусматривается повышенный зазор (0,15% от диаметра) ухудшающий условия смазки.

Подшипники качения – стандартные 2-х рядные сферические, в отдельных случаях по специальному заказу. Смазка – консистентная централизованная (возможна и жидкими маслами при централизованной системе смазки и охлаждений).

Станины

Типы станин вальцев – открытые и закрытые (в России большей частью открытые). Поперечное сечение – тавровое и коробчатое. Тавровое более технологично и легче. Обе стойки станины устанавливаются на общей фундаментальной плите и скрепляются поперечными стяжками.

В каландрах применяются как правило цельные станины с проёмами для подшипников, которые на 50-80 мм. Больше D. Станины связаны внизу фундаментальной плитой, и вверху траверсой или стяжками. Сечение тавровое. В проёмах в местах установки подшипников – накладки. Материал станин каландров – СЧ12-28,15-32,18-36, реже стальные сварные, прочие с повышенными требованиями к прочности – из модифицированного чугуна СЧМ38-60. Материал станин вальцев – обычно высококачественный чугун, иногда отливка из стали 45.

Станина – наиболее дорогая и ответственная часть машины. Допускаемое напряжение при расчёте (учитывая возможность перегрузок и усталостных явлений) принимают: для стали 45 – 400-500 кг/см2, для чугуна (указанных марок) – 120-200 кг/см2.

Фундаментные плиты

Фундаментные плиты для вальцев – обычно из серого чугуна. В некоторых конструкциях – железобетона (масса арматуры ≈ 12%), изготавливаются в металлических формах.

Удельное давление на фундамент принимают 15-20 кг/см2. Практически высоту фундаментных плит принимают 0,5D. Диаметр болтов, крепящих станины к фундаментной плите, рассчитывают на усилие от опрокидывающего момента (практически он равен d=0,1D+(5-10мм)).

Расчет валковых машин.

1. Определение основных размеров. Вальцы.
Производительность вальцев периодического действия (за цикл) Qц:
Qц=(60 80) D л/цикл
60-большие. 85-малые.
Средняя производительность в час: Qср=Qц/ ц [л/ч],
Где ц-продолжительность цикла, час.
Отсюда по заданной производительности находим произведение D , а по рекомендованному отношению L/D-находим длину и диаметр валка, из стандартного ряда.

Производительность вальцев непрерывного действия: Q=V/ в [л/ч],
где V-объем материала, находящегося на вальцах, л. (V Qц)
в-время вальцевания.

Производительность каланра определяется размерами места и скоростью каландров.

Цель работы: приобретение практических навыков расчёта и проектирования вальцового станка.

Задание: определить основные параметры рабочих органов вальцового станка, установленного в системе для измельчения пшеницы, производительностью Q , кг/ч.

Из приложения 1 определяем геометрические размеры зерен пшеницы. Диаметр частицы составляет d , мм. Межвальцовый зазор b , мм выбираем из задания.

Производительность станка, степень измельчения и расход энергии взаимосвязаны и определяются отношением окружных скоростей вальцов, диаметром и правильностью геометрической формы вальцов, профилем и характеристикой рифлей. Увеличение окружных скоростей вальцов существенно повышает производительность при незначительном увеличении расхода энергии.

Диаметр вальца определяют из условия затягивания частицы материала в зазор между вальцами. Частица (рис.3.1), находящаяся между гладкими вальцами, вращающимися с одинаковыми угловыми скоростями, будет увлекаться силами трения F в зазор (диаметры вальцов одинаковые). Однако войти в зазор, не деформировавшись, частица не может. Оказывая сопротивление, частица воспринимает со стороны вальцов нормальные усилия P .

Если при этом разность вертикальных составляющих будет направлена к зазору (вниз), то частица, разрушаясь, попадает в зазор, если эта разность направлена от зазора (вверх), то вальцы не смогут захватить частицу и увлечь ее в зазор.

Рис.3.1 – Схема к определению диаметра вальца

Определяем минимальный диаметр вальцов D min , мм из условия захвата частицы вальцами из формулы:

(3.1)

где α – угол острия (α =20…30°).

Применяемый на практике минимальный диаметр вальцов равен 150 мм, а наиболее широко распространенный – 250 мм, что вызвано требованиями высокой жесткости вальцов.

Вальцовый станок имеет две пары вальцов, следовательно, одна пара вальцов имеет производительность Q B = Q /2.

Длину вальцов L р, м ориентировочно определяем по формуле (3.2), при этом удельную нагрузку для первой драной системы определяем по приложению 2, q , кг/(м ч). Отсюда:

По приложению 2 выбираем вальцы с параметрами: количество рифлей на 1 см; уклон рифлей, %.

Проверяем правильность расчета рабочей длины вальцов L р, м из формулы (3.5), предварительно определив скорость обработки зерна V з, м/с по формуле (3.4), при этом принимаем скорость быстровращающегося вальца V б, м/с. В настоящее время при размоле зерна в сортовую муку принимают V б =5,5...6,5 м/с, при размоле зерна в обойную муку V б = 8...12 м/с. В первом случае соотношение скоростей выбирают: для драных систем К = 2,5 и для размольных систем К = 1,1...1,6 (Приложение 1).

Тогда V м, м/c равно:

V м = V б /K (3.3)

(3.4)

(3.5)

где b – зазор между вальцами, м;

Q B – производительность станка, кг/ч;

ρ – объемная масса измельчаемого продукта, кг/м 3 ;

V З – скорость обработки зерна в зазоре между вальцами, м/с;

k 1 – коэффициент полезного использования зоны измельчения, который всегда меньше единицы (k 1 =0,2...0,3).

Определяем величину рабочего прогиба по формуле (3.7).

Предварительно определяем момент инерции сечения вальца J , м 4 по формуле (3.6):

где D – диаметр вальца, м.

Отсюда прогиб y , м равен:

1 = 3000 кгс/м;

L – расстояние между опорами, м; L = L p + 2 ΔL ;

ΔL – расстояние от торца вальца до середины подшипникового узла, ΔL = 0,06м;

Е – модуль упругости материала вальца, Е = 1,6 10 10 кгс/м 2 ;

J – момент инерции сечения вальцов, м

Проверяем условие y < [y ] = 1·10 -5 м

Частоту вращения вальцов n (с -1) определяем по формуле:

где V б – скорость быстровращающегося вальца, м/с;

D – диаметр вальца, м.

Мощность, потребную для привода одной пары вальцов
N (кВт) определяем по формуле:

(3.9)

где L р – рабочая длина вальцов, м;

D – диаметр вальца, м;

n

d – диаметр частицы исходного материала, м.

Для обеспечения вращения быстровращающегося вальца с частотой n , мин -1 разработаем кинематическую схему привода. Кинематическая схема представлена на рис. 3.2.

Для разработки кинематической схемы привода вальцов необходимо рассчитать общее передаточное число, которое определяем по формуле:

Для рассчитанного передаточного отношения достаточно установить ременную передачу, которая обеспечит точную частоту вращения ротора.

Общий коэффициент полезного действия является произведением всех КПД передач привода и определяется по формуле:

Ременная передача рассчитывается по стандартной методике.

ƞ рп. – КПД ременной передачи, ƞ рп = 0,95;

ƞ зп – КПД зубчатой передачи, ƞ зп = 0,95.

Установленную мощность привода N np (кВт) определяем по формуле:

По приложению 3 для привода шнека выбираем электродвигатель с N эд, кВт, n эд =1500 мин -1 . Циркуляционную мощность N ц, кВт определяем по формуле:

(3.13)

Крутящий момент на валу вальцов М к (Н м) определяем по формуле:

где n – частота вращения вальцов, с -1 ;

Силы Т и R (H) определяются из технологического расчета по формулам:

, (3.15)

, (3.16)

где q – равномерно распределенная нагрузка в межвальцовом зазоре (при измельчении q = 3·10 4 Н/м, при плющении
q =2,5·10 5 Н/м);

L p – рабочая длина вальцов, м;

β – угол наклона оси вальцов, β =45º.

Рис. 3.2. Кинематическая схема привода вальцовой пары:

1- быстровращающийся валок; 2 - медленновращающийся валок;
3 - первая зубчатая передача; 4 - вторая ременная передача;
5- первая ременная передача; 6 - электродвигатель; 7 - распределительный валок; 8 - дозировочный валок; 9 - вторая зубчатая передача

Вальцовые устройства снабжают механизмами питания и очистки поверхности вальцов. Механизм питания должен обеспечивать регулируемую равномерную по всей длине вальца подачу заданного количества продукта. В настоящее время чаще всего применяют двухвалковый питающий механизм (рис.3.3), верхний питающий валик называют дозировочным, а нижний – распределительным. Дозировочный валик имеет продольные рифли, а распределительный валик имеет поперечные рифли.

Механизм питания должен подавать продукт в зону измельчения со скоростью, равной или близкой к скорости медленновращающегося вальца.

Диаметром питающего валка D п = 2r задаемся конструктивно, D п = 80 мм.

Рис.3.3. Питающий механизм вальцового станка:

1 – быстровращающийся валок; 2 – медленновращающийся валок;

3 – распределительный валок; 4 – дозировочный валок.

М – точка отрыва частицы от распределительного валка; А – расстояние, отделяющее точку отрыва частицы от горизонтального диаметра валка; В – высота падения частицы; r – радиус распределительного валка;
b – точка касания частицы медленновращающегося валка; Q – сила тяжести частицы

Максимальную окружную скорость распределительного питающего валка V рв, м/с определяем по формуле (3.17), при этом А = r , где А – расстояние от точки падения частицы до оси вращения распределительного валка.

Высоту падения частицы В (м) определяем из формулы (3.18), зная конечную скорость падения частицы V k = V м.

(3.18)

Частоту вращения питающего валка n рв, мин -1 определяем по формуле:

(3.19)

Вращение питающего валка производится через ременную передачу от быстровращающегося вальца, а вращение дозировочного валка производится от питающего через зубчатую передачу в том же направлении со скоростью 1,5…2 раза меньше, чем скорость питающего валка. Отсюда скорость дозировочного валка n доз.в. , мин -1 составляет:

где n рв – частота вращения питающего валка, мин -1 .

Частоту вращения быстровращающегося валка n бв, мин -1 определяем по формуле:

Порядок оформления отчета. Отчет о расчетно-практической работе оформляется в соответствии с требованиями, изложенными в , и включает в себя следующие разделы:

– цель работы;

– расчетную часть, в которой приводится расчет вальцового станка согласно предлагаемому варианту (прил. 1);

– графическую часть, в которой даются чертеж схемы определения диаметра вальца и кинематическая схема вальцового станка с указанием рассчитанных параметров передач.

Приложение 1

Таблица 3.1– Исходные данные для расчета вальцовых устройств

Номер варианта	Производи­тельность Q , кг/ч	Система	Окружная скорость быстровращающегося вальца V б, м/с	Коэффициент соотношения скоростей, К	Диаметр частицы d , мм	Межвальцовый зазор b , мм
		1 -я размольная	6,5	1,5
		2-я шлифовочная	6,5	2,5		1,5
		10-я размольная	5,5	1,5
		2-я сходовая	5,5	1,6		1,5
		VI драная	6,5	2,5
		III драная	6,5	2,5		2,5
		V драная	6,5	2,5
		6-я размольная	6,5	1,1		2,5
		1-я сходовая		2,5
		I драная	6,5	2,5		1,5
		9-я размольная		2,5		1,5
		II драная крупная	6,5	2,5
		V драная	6,5	1,5
		10-я размольная	5,5	1,8		2,5
		2-я сходовая	5,5	1,4		2,5

Приложение 2

Таблица 3.2– Некоторые параметры вальцовых станков

Системы	Удельная потребная мощность, кВт/см	Количество рифлей на 1 см длины окружности вальцов	Уклон рифлей. %
I драная	800-1200	0.185-1.200	3.5-4.5	4-6
II драная крупная	600-900	0.225-0.240	4.0-5.5	4-6
II драная мелкая	600-900	0.135-0.155	4.0-5.5	4-6
III драная	400-600	0.205-0.225	5.0-6.5	4-6
IV драная крупная	250-300	0.175-0.210	5.5-6.5	6-8
IV драная мелкая	300-400	0.145-0.160	5.5-6.5	6-8
V драная	200-300	0,140-0,155	6.5-8.0	7-8
VI драная	120-150	0.115-0.125	7.5-8.5	7-8
VII драная	-	0.135-0.155	7.5-8.5	8-9
1-я шлифовочная	300-400	0.070-0.080	9.0	6-8
2-я шлифовочная	300-350	0.070-0.080	9.0	6-8
3-я шлифовочная	300-350	0.080-0.085	9.5	6-8
4-я шлифовочная	200-300	0.080-0.095	10.0	6-8
5 и 6-я шлифовочные	-	0.080-0.095	9.5-10.0	7-10
Вымольные	-	0.080-0.090	10.0	8-10
1.2.3.4 и 5-я размольные	180-300	0,105-0,115	10-11	6-8
6.7 и 8-я размольные	125-200	0.105-0.115	10-11	8-10
9 и 10-я размольные	125-150	0.105-0.115	10-11	8-10
1-я сходовая	180-250	0.100-0.110		8-10
2-я сходовая	140-200	0.100-0.110		8-10