8.2 Определение параметров уравновешивающего устройства

Поскольку обжимные станы уже не строят, то расчет грузовых уравновешивающих устройств рассматриваться не будет. Определение параметров пружинного уравновешивания не представляет проблем, т.к. грузоподъемность пружин легко находится по справочникам. Больший интерес предсталяют гидравлические уравновешивающие устройства, т.к. они, помимо своих преимуществ по компактности и динамическим качествам, позволяют регулировать величину усилия уравновешивания.

Главным резервом уменьшения N_ст является снижение усилия переуравновешивания Y. В существующих системах «нажимной механизм-уравновешивающее устройство» величина Y составляет 20÷40% от веса уравновешиваемых деталей валкового комплекта и уменьшить ее нельзя во избежание появления зазоров в силовой цепи, выбор которых при захвате металла приведет к появлению ударных нагрузок. Однако такая величина Y нужна только при не вращающихся винтах, т.к. ЭНМ работают только в паузах между проходами. Для минимизации N_ст в идеале нужно обеспечить не одно, а три разных усилия уравновешивания:

– при движении нажимных винтов вверх Y_в=(m_вк+ m_в)(g+К_нм);

– при прокатке Y_ст= 0,2÷0,4(m_вк+ m_в)g;

– при движении нажимных винтов вниз Y_н=(m_вк+m_в)(g–К_нм).

Поскольку ускорение нажимных винтов К_нм = 0,02÷0,04м/с² – совершенно незначительно по сравнению с ускорением земного тяготения g, то и усилие переуравновешивания при движении винтов будет намного меньшим, чем обычно Кроме того, вышеуказанные усилия Y_в,н обеспечивают режим, теоретически исключающий трение в резьбе нажимной пары, следовательно, минимизируют еще и ее износ. Практически из-за небольшой разницы в Y_в и Y_н достаточно двух усилий: Y_ст и Y_в.

Один из видов гидравлических уравновешивающих устройств, обеспечивающих два усилия уравновешивания, показан на рис.8.1. Здесь же приведена и схема ЭНМ, спроектированного по новым принципам (показана только правая его половина ).

Рисунок 8.1 – Усовершенствованная система «нажимной механизм –

уравновешивающее устройство»

Отличительной особенностью данного уравновешивающего устройства является использование двухполостных гидроцилиндров 1, поршневая и штоковая полости которых соединяются с трубопроводом 2, идущим к гидроаккумулятору 3, и сливной магистралью 4, посредством дистанционно управляемого гидрораспределителя 5. При неподвижных винтах распределитель 5 переключается в верхнее положение, и штоковые полости гидроцилиндров 1 соединяются со сливной магистралью 4. В результате усилие, создаваемое давлением рабочей жидкости в поршневых полостях гидроцилиндров 1 не будет уменьшаться усилием от давления в штоковых и будет равным Y_ст. При вращении нажимных винтов распределитель 5 переключается в нижнее положение и в штоковых полостях возникают усилия, которые уменьшают усилие уравновешивания до величины Y_в.

Эффективность нового подхода к проектированию ЭНМ можно оценить сравнением новой и существующей конструкции нажимного механизма черновой клети ТЛС 2800.

Для минимизации изменений резьба винтовой пары оставлена упорной, с тем же диаметром 444мм и шагом 24мм. Но для увеличения угла α резьбу она выполнена с 6 заходами. Поэтому угол α увеличился с 2⁰ до 6,2⁰. Естественно теперь резьба стала несамотормозящейся. Самоторможение винтов обеспечивается комбинированной опорой пяты винта, в которой при его вращении работает упорный роликосферический подшипник, а при стоянке – подпятник трения с

увеличенным до 408мм диаметром.

Для уменьшения моментов инерции винтов квадратные хвостовики заменены шлицевыми валами, утапливаемыми в тело винта (рис.1). Это позволило также уменьшить массу одного винта с 4200кг до 2330кг. Для уменьшения неравномерности распределения нагрузки по виткам резьбы гайки сделаны специальной формы.

Благодаря применению нового гидравлического уравновешивающего устройства усилие переуравновешивания при движении нажимных винтов уменьшилось со 147,7 кН до 0,56 кН, тогда как усилие

уравновешивания при стоянке винтов осталось прежним.

В результате этого N_ст составила всего 444 Вт. Это позволило применить в приводе очень легкий одноступенчатый редуктор с i = 7,2. Вследствие такого решения, а также уменьшения момента инерции привода, N_дин стала равной 794 Вт. Т.о. требуемая мощность одного двигателя равна 1,24 кВт, что почти на два порядка меньше установленной мощности каждого двигателя существующего нажимного механизма (100 кВт). Расход электроэнергии двигателями нажимного механизма (с учетом потерь в преобразователях) снижается в 28 раз: с 0,115 кВт·час/т до 0,004 кВт·час/т.

Масса нажимного механизма уменьшается в 4,2 раза: с 64157 кг до 15342 кг (без учета массы электрооборудования). При этом масса собственно редуктора снижается с 51873 кг до 847 кг, т.е. в 61 раз (остальную часть массы нового нажимного механизма составили нажимные винты, масса которых изменилась сравнительно мало, и основание, установленное вместо верхней крышки старого нажимного механизма). К.п.д. усовершенствованной системы увеличивается до 41% против 27% у существующей системы.

Т.о. новый подход к проектированию ЭНМ позволяет существенно уменьшить как массу нажимных механизмов, так и расход электроэнергии всей системой, а устранение нагрузок на резьбу при вращении нажимных винтов обещает снизить до минимума износ винтовой пары.