Разработка теории формирования витков катанки и создание высокоскоростного виткообразователя для проволочных прокатных станов

• Автор: Некипелов, Владимир Станиславович
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 123 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МАШИН ДЛЯ НАМОТКИ КАТАНКИ
И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ВИТКООБРАЗОВАТЕЛЕЙ
1.1. Конструктивные и технологические характеристики машин
для намотки и виткообразования
1.2. Основные типы виткообразователей
1.2.1.Технологические особенности намотки катанки
1.2.2. Конструктивные особенности виткообразователей
1.3. Существующие теоретические разработки процесса виткообразования
1.4. Выводы и постановка задач исследований
2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВИТКООБРАЗОВАНИЯ
2.1. Анализ воздействия силовых факторов на процесс виткообразования
2.2. Математическая модель процесса виткообразования
2.3. Технологический критерий процесса виткообразования
2.4. Исследование процесса формирования витков с помощью математической модели
2.5. Энергетический баланс процесса виткообразования
2.6. Границы применения процесса виткообразования
действием динамических сил
2.7. Выводы
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Моделирование процесса виткообразования
3.1.1. Критерий подобия процесса виткообразования
3.1.2. Экспериментальное моделирование
3.2. Промышленные испытания процесса
3.3. Выводы

4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ВИТКООБРАЗОВАТЕЛЯ, ФОРМИРУЮЩЕГО ВИТКИ ДЕЙСТВИЕМ ДИНАМИЧЕСКИХ СИЛ
4.1. Обеспечение требований к качеству формы концевых витков раската
4.2. Расчет профиля тарели
4.3. Расчет мощности, необходимой для виткообразования
4.4. Обеспечение требований к качеству и надежности процесса
4.5. Изготовление перспективного виткообразователя и
стендовые испытания
4.6. Конструкция ДДС виткообразователя
4.7. Технико-экономическая эффективность применения виткообразователя новой конструкции
4.8. Выводы
5. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
6. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
7. ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.
В настоящее время годовой объем производства круглого проката в мире превышает 120 млн. тонн [93], около 50 млн. тонн составляет катанка в бунтах, т.е. более 10% от общего производства проката. Рентабельность ее производства превышает рентабельность производства любого другого вида продукции по металлургической отрасли [4] и доходит до 60%. Масса получаемых бунтов сегодня на большинстве станов составляет 1,4...2,0 т и тенденция к повышению массы бунтов устойчива [18-19, 21-23, 29, 62]. Применение проката в бунтах повышает коэффициент использования металла у потребителя за счет сокращения немерной обрези и некондиционных концов при волочении. При этом, чем выше масса бунта, тем ниже потери как при производстве, так и у потребителя [1,4].
Возросшие за последние годы скорости прокатки катанки (декларируемые рекордные скорости - до 140 м/с) и массы заготовок диктуют необходимость снижения потерь, связанных как с аварийными, так и с профилактическими простоями [8,34,35], требуют высокой надежности всего оборудования прокатного стана. Поскольку бунты формируют непосредственно в линии прокатного стана, надежность работы оборудования участка виткообразования во многом определяет надежность работы прокатного стана в целом. Однако существующее оборудование для формирования витков катанки обладает рядом технологических и конструктивных недостатков, снижающих надежность работы прокатного стана, сдерживающих дальнейшее возможное повышение скоростей прокатки, а также расширение сортамента в части производства термоупрочненного проката классов 400, 500 и выше, по причине высокого сопротивления движению проката в виткообразующей проводке [8].
Отсутствие надежного высокоскоростного виткообразователя, в основном, объясняется недостаточным развитием теории расчета процесса формирования витка.
В связи с этим, проблема разработки теории формирования витков катанки и создание на ее основе высокоскоростного виткообразователя для проволочных прокатных станов является актуальной.

ванию и силы сопротивления изгибу. К внешним - силы тяжести, силы инерции, реактивные силы и силы трения.
К силам инерции относятся силы Кориолиса и переносные силы. Анализ влияния этих сил приведен в [32], где показано, что силы, связанные с тангенциальным ускорением вращения виткообразующей проводки могут не учитываться, а кориолисовы и переносные силы, вызванные нормальным ускорением, должны быть учтены.
Силы тяжести можно исключить из рассмотрения, поскольку при высоких скоростях прокатки, порядка 50 м/с и более, они составляют величину 3-го порядка малости от сил инерции. Например, при ш = 95 с-1 и Я = 0,525 м
тд / тиЖ = 9,81 / 952 0,525 = 0,0021.
Кроме того, на моталках вертикального типа силы тяжести уравновешены силами реакции опорной поверхности барабана, поддона, конвейера и т.п., и не оказывают существенного влияния на процесс.
В общем случае, при деформации катанки внутри проводковой системы, следует учитывать реактивные силы и силы трения.
Из внутренних сил следует учесть силы натяжения и силы сопротивления изгибу. Силами сопротивления скручиванию можно пренебречь. При этом приняты во внимание следующие соображения. Силы скручивания (момент упруго-пластического деформирования) действуют лишь на небольшом, заходном участке виткообразующей проводки (перед виткообразователем), а остаточные упругие напряжения кручения не влияют на процесс виткообразования, а лишь разворачивают готовый виток в плоскости, перпендикулярной оси вращения, т.е. влияют лишь на шаг витков.
Все сечения катанки в зоне формирования витка находятся в состоянии упругой изгибной деформации. В состоянии пластической деформации находится лишь небольшой участок катанки вблизи выходного конца виткообразующей проводки. То есть, пластическая деформация происходит только в одном сечении катанки, находящемся в начале зоны формирования витка.
Указанные соображения позволили рассматривать поведение катанки в зоне формирования витка как движение тяжелой упруго-пластичной, т.е. неидеальной нити. Теория такой нити ранее не разрабатывалась.