Модернизации летучих ножниц, установленных на стане 2000 ОАО "Новолипецкий металлургический комбинат"

Размещено на http://allbest.ru

Курсовой проект

Модернизация летучих ножниц непрерывного широкополосного стана 2000 ОАО "Новолипецкий металлургический комбинат"



ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1. Комплекс основного и вспомогательного механического оборудования производства горячего проката

2. Состав и краткая техническая характеристика летучих ножниц стана 2000

2.1 Устройство и техническая характеристика летучих ножниц

2.2 Эксплуатационная надежность ножниц и виды отказов

3. Анализ конструкций ножниц для резки металла

3.1 Ножницы с параллельными ножами

3.2 Ножницы с наклонными ножами (гильотинные)

3.3 Дисковые ножницы

3.4 Летучие ножницы

3.4.1 Летучие ножницы качающегося типа

3.4.2 Маятниковые летучие ножницы

3.4.3 Кривошипно-рычажные ножницы

3.4.4 Барабанные летучие ножницы

3.5 Обоснование и выбор направления модернизации конструкции летучих ножниц

4. Энергосиловой расчет ножниц

Выводы

Библиографический список



ВВЕДЕНИЕ

Одна из главных задач развития современного металлургического производства состоит в повышении темпов и эффективности технического перевооружения и реконструкции существующего оборудования, интенсивного использования имеющегося производственного потенциала, совершенствования систем управления. Прокатное производство является завершающим этапом металлургического цикла.

Имеющееся оборудование должно обеспечивать надежную работу в весьма тяжелых условиях непрерывного производства, связанных с воздействием на него больших нагрузок, ускорений и скоростей, высоких температур, интенсивного абразивного износа. Современный период развития металлургической технологии характеризуется ускоренным перевооружением всех видов производств, в том числе и прокатного, с целью повышения его технического уровня и повышения качества продукции. Это связано прежде всего с повышением конкурентоспособности выпускаемой продукции, в частности, готового металлопроката, поскольку повышение качества способствует расширению рынков сбыта и в конечном итоге, увеличению прибыли предприятия. Особое внимание уделяется ускоренному развитию производства экономичных видов металлопродукции, расширению ее номенклатуры, улучшению ее технико-экономических, прочностных и потребительских свойств. В немалой степени эти свойства закладываются в процессе производства, поэтому от технического уровня, качества и способа изготовления и отделки конечного продукта зависит успешная деятельность всего предприятия. В разработанном курсовом проекте рассмотрены вопросы модернизации летучих ножниц, установленных на стане 2000 ОАО "Новолипецкий металлургический комбинат".



1. КОМПЛЕКС ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕГО ПРОКАТА

ПГП (производство горячего проката) имеет в составе непрерывный широкополосный стан (НШС) 2000 горячей прокатки и отделочное отделение.

НШС горячей прокатки 2000 имеет в составе участок загрузки, участок нагревательных печей, черновую группу клетей, чистовую группу клетей, участок уборочной линии стана, участок подготовки валков [1].

Участок загрузки включает в себя склад слябов, копильник для хранения горячих слябов, пятнадцать секций загрузочного рольганга, два подъемных стола со сталкивателями слябов и весы для взвешивания слябов.

Участок нагревательных печей имеет в своем составе четырнадцать секций загрузочного рольганга перед печами, три толкателя слябов, два сталкивателя, четыре методических печи: три толкательные и одна с шагающими балками.

Рольганг перед вертикальной клетью предназначен для передачи слябов от печного рольганга до клети, имеет длину 15000 мм, состоит из 14 роликов диаметром 450 мм длиной 2200 м.

Привод роликов индивидуальный, ролики приводятся двигателями типа Д812 мощностью 17 кВт каждый.

Вертикальная клеть предназначена для бокового обжатия слябов и взламывания слоя печной окалины.

Вертикальные валки диаметром 1100 - 1200 мм приводятся во вращение двумя электродвигателями переменного тока активной мощностью по 630 кВт.

Рольганг между вертикальной клетью и клетью № 1 длиной 14800 мм состоит из 12 роликов диаметром 450 мм, длиной 2200 мм.

Ролики приводятся индивидуальными двигателями типа ДС812 мощностью по 17 кВт.

Черновая группа клетей стана 2000 состоит из последовательно расположенной вертикальной клети -- окалиноломателя, универсальной реверсивной двухвалковой клети № 1, четырех универсальных четырехвалковых клетей№ 2 - 5 с механизмами перевалки рабочих и опорных валков, промежуточного рольганга со сбрасывателем недокатов на параллельный рольганг, механизмом для разделки недокатов.

В универсальной двухвалковой клети № 1 валки диаметром 1400 мм при- водятся во вращение 4-мя электродвигателями переменного тока с частотным регулированием скоростей общей мощностью 10000 кВт.

Рольганг между клетью № 1 и клетью № 2 длиной 13075 мм состоит из 14 роликов диаметром 450 мм длиной 2200 мм, приводимых индивидуальными двигателями типа ETG 340 4К мощностью 10 кВт каждый.

Рольганг между клетью № 2 и клетью № 3 длиной 24000 мм состоит из 22 роликов диаметром 450 мм длиной 2200 мм, из которых приводятся 21 (1 неприводной) индивидуальными двигателями типа Д812 мощностью 17 кВт.

Рольганг между клетью № 3 и № 4 длиной 35000 мм состоит из 35 роликов диаметром 400 мм длиной 2200 мм, из которых 31 приводятся (4 неприводных) индивидуальными двигателями ДП72-С мощностью 17 кВт.

Рольганг между клетями № 4 и № 5 длиной 59000 мм состоит из 56 роликов диаметром 400 мм длиной 2200 мм, из которых 53 приводятся (3 неприводных) индивидуальными двигателями ДП72-С мощностью 17 кВт.

Универсальные четырехвалковые клети № 2 - 5 по конструкции одинаковы и имеют в составе вертикальные и горизонтальные валки.

Вертикальные валки предназначены для обжатия раската по ширине при прокатке. Привод вертикальных валков диаметром 1000 мм осуществляется от двух электродвигателей постоянного тока мощностью по 420 кВт каждый.

Горизонтальные рабочие валки имеют диаметр 1200 - 1060 мм, опорные валки - диаметр 1600 - 1480 мм.

Рабочие валки клети № 2 приводятся во вращение электродвигателями переменного тока активной мощностью 5000 кВт, клети № 3 - от двухроторного двигателя переменного тока активной мощностью 14300 кВт, клетей № 4, 5 - от электродвигателей переменного тока активной мощностью 10000 кВт каждый.

Для удаления окалины с поверхности раската используются гидросбивы с давлением воды 12,0-16,0МПа, установленные за вертикальным окалиноломателем, клетями №№ 1, 2, а также перед клетями №№ 4, 5 и за горизонтальным окалиноломателем.

Рабочие и опорные валки универсальных четырехвалковых клетей, а также ролики рольгангов охлаждаются водой давлением до 0,6 МПа.

Длина промежуточного рольганга по осям крайних роликов - 114 м. Привод роликов индивидуальный безредукторный. Промежуточный рольганг оснащен установкой экранирования подката (УЭП) для снижения тепловых потерь в раскате.

Чистовая группа стана состоит из летучих ножниц, чистового горизонтального двухвалкового окалиноломателя и семи непрерывно-расположенных четырехвалковых клетей № 6 - 12 с механизмами перевалки рабочих и опорных валков.

Летучие ножницы предназначены для обрезки переднего и заднего концов полосы перед её задачей в чистовую группу клетей, а также для реза раската пополам.

Максимальная толщина разрезаемой полосы - 50 мм, температура полосы не менее 960 °С. Чистовой двухвалковый окалиноломатель предназначен для разрушения окалины, которая образуется при окислении металла на воздухе во время транспортировки раската от черновой группы клетей к чистовой.

Валки диаметром 765 - 820 мм приводятся во вращение электродвигателем постоянного тока мощностью 1150 кВт. Клети № 8, 9, 10 оснащены устройствами осевой сдвижки рабочих валков для регулирования поперечной разнотолщинности прокатываемых полос. Клети № 8-12 оборудованы системой противоизгиба рабочих валков, клети № 10- 12 оборудованы гидронажимными устройствами.

Семь непрерывно расположенных чистовых четырехвалковых клетей №№ 6 -12 предназначены для прокатки раскатов на полосы заданной толщины.

Привод рабочих валков осуществляется от двигателей постоянного тока мощностью по 11400 кВт для клетей №№ 6 - 11 ; для клети № 12 мощностью 8500 кВт.

Между чистовыми клетями установлены петледержатели для создания постоянного натяжения полосы, регулирования скоростей электродвигателей главных приводов чистовых клетей.

Отводящий рольганг оснащен установкой ускоренного охлаждения полосы (УУОП). Длина отводящего рольганга по осям крайних роликов - 200 м. Привод роликов индивидуальный, безредукторный.

Для охлаждения полосы отводящий рольганг оборудован установкой ускоренного охлаждения полосы, Установка состоит из 80 секций. Максимальный расход воды - 140 м³/ч.

Уборочная линия состоит из двух групп моталок полос с тележками- съемниками, кантователями, столами-приемниками рулонов, весами, конвейерами рулонов с подъемно-поворотными столами и машинами фирмы "SIGNODE"для обвязки рулонов на 1-ой группе моталок.

Конвейеры рулонов предназначены для доставки прокатанного металла на склады горячекатаных рулонов и листоотделочного отделения ПГП.

Моталки горячей полосы предназначены для сматывания полосы в рулон. Диаметр барабана моталки - 850 мм.

Толщина сматываемой полосы:

на моталках №№ 1 - 3 до 6,0 мм;

на моталках №№ 4- 5 от 4,0 до 16,0 мм

Тележка-съемник рулонов предназначена для снятия рулона с барабана моталки и передачи его к кантователю рулонов, который поворачивает рулон на 90° для постановки рулона на конвейер торцом.

Склад отделочного отделения имеет участки для штабелирования рулонов для роспуска на АПР-1, для порезки листов на АПР-2, 3, 5, для отгрузки потребителю рулонной продукции после упаковки и маркировки.

Отделочное отделение имеет в своем составе проходную печь нормализации листов низколегированной стали, порезанных на агрегате поперечной резки № 2.



2. СОСТАВ И КРАТКАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛЕТУЧИХ НОЖНИЦЦ СТАНА 2000

2.1 Устройство и техническая характеристика летучих ножниц

Ножницы, входящие в состав основного оборудования стана 2000, предназначены для реза переднего и заднего концов подката, получаемого в черновых клетях стана перед задачей его в чистовую группу клетей, а также для реза раската на части требуемой длины.

Ножницы состоят из следующих основных узлов: приводного электродвигателя мощностью 2100 кВт, одноступенчатого шевронного редуктора с передаточным числом i_р=6,43, соединительной муфты предельного момента, станины, на которой размещены зубчатые колеса, образующие косозубую зубчатую передачу с передаточным отношением 1:1.

С зубчатыми колесами связаны барабаны летучих ножниц с установленными на них ножами (рис.2.1).

Рис.2.1. Кинематическая схема летучих ножниц



Ножницы оборудованы циркуляционной системой жидкой смазки и централизованной системой густой смазки.

Техническая характеристика ножниц

Разрезаемый металл:
толщина подката, мм	20-40
ширина подката, мм	до 1850
Предел прочности разрезаемого металла, МПа	до 650
Температура подката, град.	950 - 1150
Длина ножей, мм	2000
Угол наклона верхнего ножа	1:33,3
Усилие резания, МН	2,8
Момент на приводном валу, кНм	1050
Электродвигатель главного привода:
род тока	постоянный
мощность, кВт	2100
частота вращения, об/мин	230
Угол начала реза на нижнем барабане, град.	27
Угол конца реза на нижнем барабане, град.	10
Ритм прокатки, с	60 - 120
Наибольшая удельная работа резания, Н мм/мм3	35
Межосевое расстояние барабанов, мм	1000

В состав оборудования также входит измеритель величины зазора между ножами, устройства для смазки , колодочный тормоз и бесконтактный путевой выключатель для контроля положения раската при работе агрегата.

В связи с дальнейшим ростом годовой производительности стана 2000 до 6000 тыс. тонн и расширением номенклатуры производства, в частности, сортамента выпускаемой продукции, возникает необходимость повышения производительности всего стана и соответственно, увеличение возможностей имеющегося оборудования.

Установленное оборудование предназначено для резки листового проката толщиной до 40мм, тогда как в настоящее время возникла необходимость получения проката, как товарной продукции, толщиной до 60мм. Растущая конкуренция и сокращение рынка сбыта металлопроката вызывает необходимость расширения номенклатуры выпускаемой продукции, какой, как, мерные листы большой толщины.

Эту задачу можно решить путем модернизации существующего агрегата поперечной резки, главным звеном в котором являются летучие ножницы. Модернизация заключается в увеличении максимальной толщины разрезаемого металла с 40 до 60мм.

Увеличение толщины разрезаемого раската приведет к увеличению усилия реза и значительной переделке всего агрегата, что нежелательно, т.к. это вызовет большие материальные затраты. Для снижения расходов на реконструкцию предлагается изменить геометрию режущих ножей таким образом, чтобы сохранить в целом существующую конструкцию ножниц. Изменению в этом случае подвергаются только наиболее нагруженные детали или конструктивные элементы.

С целью выявления аналогов проводимой реконструкции выполнен обзор существующих конструкций ножниц различных типов, проведен анализ литературы и заводской технической документации по теме проекта.

2.2 Эксплуатационная надежность ножниц и виды отказов

Ножницы представляют собой достаточно сложную конструкцию, содержащую в своем составе электроприводы, редукторы, передаточные механизмы, вспомогательные и регулировочные устройства и т.д.

Некоторые виды отказов, такие, как нарушения регулировок, ослабление креплений или резьбовых соединений, мелкие поломки, не приводящие к длительным простоям, устраняются на месте. Нарушения регулировок устраняются обслуживающим персоналом, незначительные отказы и поломки устраняются сменными ремонтными бригадами.

Крупные отказы и поломки, приводящие к длительным простоям ножниц, устраняются или силами ремонтных служб цеха или специализированными подрядными организациями.

Анализ агрегатных журналов летучих ножниц показал, что наиболее часто встречаются следующие виды отказов:

1) Затупление режущих кромок, сколы и поломки ножей;

2) Ослабление резьбовых соединений и крепления ножей;

3) Износ и разрушение подшипников редукторов;

4) Нарушение герметичности и утечка смазки через соединения трубопроводов, крышки и уплотнения;

5) Нарушение регулировок зазора между ножами и в зубчатых зацеплениях барабанов.

6) Сбои и нарушения в работе электрооборудования;

7) Нарушения и неполадки в работе систем гидравлики;

Причина отказов и повреждений - повышенные динамические нагрузки при резании, износы трущихся сопряженных пар, старение и усталостные поломки деталей.

Основными методами восстановления работоспособности являются:

а) замена дефектных или изношенных деталей новыми или исправными;

б) наплавка изношенных поверхностей проводок и направляющих;

в) подтяжка ослабленных креплений и соединений трубопроводов;

г) регулировка зазоров в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

Анализ технической литературы показал, что в настоящее время развитие и совершенствование конструкций узлов агрегатов ножниц, повышающее качество продукции, производительность и надежность работы оборудования, идет в направлении улучшения геометрических параметров главных рабочих органов - ножей с одновременным повышением их износостойкости .



3. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ НОЖНИЦ ДЛЯ РЕЗКИ МЕТАЛЛА

Для резки металла различных профилей после прокатки его на блюмингах, слябингах, заготовочных и прокатных станах применяют ножницы различных типов и конструкций. Существуют ножницы с параллельными ножами, с наклонными ножами (гильотинные), дисковые, летучие и пр.[1,2,3].

3.1 Ножницы с параллельными ножами

Чаще всего используются ножницы с параллельными ножами, когда профиль ножа соответствует профилю и форме поперечного сечения разрезаемого металла; в этом случае плоскость резания является неизменной.

При выборе формы, размеров ножей и характеристик ножниц учитываются их назначение и режим работы, чтобы правильно определить усилие резания.

Основными параметрами ножниц являются максимальные усилия резания, ход ножей, число ходов в минуту (производительность ножниц).

По конструкции ножницы поперечной резки с параллельными ножами можно разделить на две основные группы:

а) с верхним подвижным ножом;

б) с нижним подвижным ножом или с нижним резом.

Ножницы с верхним резом просты по конструкции. Принцип работы этих ножниц состоит в следующем: нижний нож установлен неподвижно в станине ножниц; верхний нож укреплен в суппорте (ползуне) и при помощи кривошипного или гидравлического привода движется вниз и разрезает металл (рис.3.1).



Рис.3.1. Схема резки на ножницах с параллельными ножами:

а) - с верхним резом; б) - с нижним резом ; 1- прижим; 2- верхний суппорт; 3- нижний суппорт ; 4- задний подъемно - качающийся рольганг.

Следует отметить, что резку металла можно осуществить лишь при наличии качающегося рольганга за ножницами, что усложняет конструкцию всей установки.

Ножницы с нижним резом не имеют этого недостатка и поэтому получили более широкое применение. Схема работы ножниц заключается в следующем: нижний нож смонтирован на суппорте (ползуне), который может подниматься вверх от кривошипного или гидравлического привода; верхний нож установлен в верхнем суппорте (ползуне) и тоже может перемещаться по вертикали.

Перед началом резания ножи раскрыты и металл проходит между ними по рольгангу; нижний нож при этом находится ниже уровня поверхности (образующей) роликов рольганга и не мешает движению металла. Затем металл останавливается в необходимом положении (при помощи передвижного упора) и суппорт верхнего ножа опускается до соприкосновения с металлом; дальнейшее продвижение верхнего суппорта прекращается и начинает двигаться суппорт нижнего ножа; при этом происходит резание металла.

Ножницы с параллельными ножами конструктивно выполняют двух типов: с электромеханическим и гидравлическим приводами. Наиболее широкое применение получили ножницы с нижним резом и электромеханическим приводом эксцентрикового вала (нижнего или верхнего суппорта).

Эти ножницы имеют нижний приводной эксцентриковый вал, гидравлическое уравновешивание ползунов и гидравлический прижим. Ножницы этого типа рассчитаны на максимальные усилия резания 12,5; 16 и 20 МН; кинематические схемы этих ножниц аналогичны. Эксцентриковый (плавающий) вал приводится от электродвигателя.

Ход ножей 350 мм, перекрытие ножей 15 мм, число полных ходов в минуту 8--12, число резов в минуту 5--8. Степень неуравновешенности механизма резания регулируется при настройке гидросистемы, при этом достигается условие, чтобы при повороте эксцентрикового вала сначала двигался вниз верхний суппорт.

Достоинства ножниц с параллельными ножами следующие:

резание совершается при ходе вверх нижнего ножа. При этом разрезаемый металл приподнимается нижним суппортом над рольган- гом и ролики рольганга не испытывают усилий при резании;

прижим затрудняет искривление металла при резании и способствует получению ровного торцевого сечения;

усилие резания и боковые распирающие усилия воспринимаются только механизмом резания и на станину и фундамент не передаются;

расположение эксцентрикового вала на суппорте упрощает установку привода на низком фундаменте.

Гидравлические ножницы по конструкции значительно проще механических ножниц с электроприводом , так как они имеют ряд важных преимуществ , таких, как большое число ходов в минуту, т.е. большую производительность, простоту конструкции, меньшую массу оборудования и меньшую площадь, занимаемую ножницами в цехе.

Недостатком является то, что для работы таких ножниц требуется применение индивидуальных гидростанций большого давления.

3.2 Ножницы с наклонными ножами (гильотинные)

Гильотинные ножницы конструктивно выполняют двух типов: открытого и закрытого (рис.3.2).

Рис.3.2. Схема гильотинных ножниц открытого (а) и закрытого (б) типов: 1- нижний нож; 2- верхний нож; 3- прижим.

Ножницы открытого типа имеют короткие ножи и одну станину с боковым просветом, через который подается разрезаемый металл; их применяют главным образом для резки сортового металла в холодном состоянии; в последнем случае форма ножей соответствует профилю сечения разрезаемого металла. Верхний (подвижной) нож-- наклонный с углом наклона 2--5°.

Ножницы закрытого типа имеют две станины, соединенные внизу траверсой; в просвете между станинами перемещается суппорт с ножом.

Эти ножницы применяют для поперечной резки широких полос и листов в холодном и горячем состоянии.

В зависимости от назначения ножницы закрытого типа выполняют с верхним или нижним подвижным ножом.

Ножницы с верхним подвижным ножом применяют главным образом как отдельно стоящие в прокатном цехе, а также в поточных линиях для поштучной резки листов на нужные размеры и обрезки боковых кромок.

Ножницы с нижним подвижным ножом обычно устанавливают в линии рольганга прокатного стана или в агрегатах резки полосы, т. е. в поточных технологических линиях; на этих ножницах осуществляется только поперечная резка или отрезка переднего и заднего конца у длинных полос.

В ножницах с верхним подвижным ножом этот нож установлен наклонно, а нижний нож -- горизонтально.

Угол наклона принимают в пределах 1--6⁰ в зависимости от толщины разрезаемых листов (чем больше толщина, тем больше угол наклона) с целью уменьшения усилия резания.

В ножницах с нижним подвижным ножом нож установлен прямо (а верхний наклонно, как в первом случае) или наклонно (а верхний-- прямо).

Практика показывает, что при резании верхним наклонным ножом полоса (лист) выгибается и рез получается косой; при резании нижним наклонным ножом полоса (лист) прижимается к верхнему прямому ножу и рез получается прямым (перпендикулярным). Поэтому на ножницах с нижним подвижным ножом последний устанавливают наклонно.

3.3 Дисковые ножницы

Дисковые ножницы применяют для обрезки кромок у широких полос и резки этих полос вдоль на более узкие полосы роспуска (рис.3.3).

Для получения качественной резки (прямой рез без заусенцев) дисковые ножи устанавливают с радиальным перекрытием Д=1…3 мм (чем толще полоса, тем меньше перекрытие ножей).

При толщине листа Н10 мм применяют отрицательное перекрытие с небольшим боковым (горизонтальным) зазором д= (0,05--0,08)Н (при резании полосы толщиной менее 0,2 мм ножи устанавливают плотно, без зазора). Толщину диска принимают в пределах 0,06--0,1 D.

Ножи изготовляют из хромовольфрамовой стали марки 5ХВС с твердостью после термообработки до 60 HRC; угол заострения ножей принимает 90° (ножи строго цилиндрические).

Рис.3.3. Схема резки металла дисковыми ножницами:

а) -ножи установлены в одной вертикальной плоскости: б) - верхний нож смещен в направлении движения полосы: 1- диски ножей; 2- полоса; 3- кромка листа.

Если центры дисковых ножей установлены в вертикальной плоскости, то полоса на выходе из ножей будет изгибаться вверх (хотя и незначительно), а обрезаемая боковая кромка пойдет сначала горизонтально, а потом вниз (под собственной тяжестью).

Для того чтобы полоса после резания выходила прямо, верхний нож смещают по направлению ее движения относительно нижнего ножа . Для направления и прижима полосы при резке имеются холостые верхние и нижние ролики.



3.4 Летучие ножницы

Летучие ножницы предназначены для резки полосы в процессе ее движения на ходу ( «на лету»), как правило, с большой скоростью. По конструкции летучие ножницы подразделяют на барабанные, качающиеся, маятниковые, кривошипно-рычажные. Во многих случаях работоспособность этих ножниц определяет производительность стана или агрегата .

3.4.1 Летучие ножницы качающегося типа

Летучие ножницы качающегося типа в последние годы широко применяют для поперечной резки рулонов на листы мерной длины. Принципиальная схема работы ножниц показана на рис.3.4.

Рис.3.4. Схема летучих ножниц качающегося типа:

1- рама; 2,9 - эксцентрики главного приводного вала; 3- главный приводной вал; 4,8- шатуны; 5- эксцентрики вспомогательного вала; 6- вспомогательный вал; 7- суппорт.

Верхний нож закреплен на раме,1 которая может совершать качательные движения на эксцентриках 2 главного приводного вала 3 при помощи шатунов 4, соединенных с эксцентриками 5 вспомогательного вала 6, имеющего дополнительный привод, кинематически связанный с приводом главного вала.

Нижний нож закреплен на суппорте 7 и перемещается в направляющих пазах рамы 1 при помощи шатунов 8, соединенных с эксцентриками 9 главного вала 3.

Эксцентрики 2 и 9 расположены на валу диаметрально противоположно, поэтому при равномерном вращении; главного вала 3 верхний нож опускается, нижний поднимается и происходит резание полосы. При этом вспомогательный вал 6 вращается в ту же сторону, что и главный вал, шатуны 4 «качают» раму 1 на эксцентриках 2 и ножи описывают эллипсовидные траектории. Амплитуда качания рамы с ножами определяется положением эксцентриков 5 вала 6 относительно положения эксцентриков 2 главного вала 3.

Регулирование исходного положения вала 6 и амплитуды качания рамы 1 возможно осуществлять на ходу (при работе ножниц), благодаря чему достигается точное согласование скоростей ножей и полосы в момент резания. Главный вал 3 вращается от электродвигателя через коробку скоростей с бесступенчатым вариатором; от этого же двигателя приводится правильная машина (с подающими роликами), входящая в состав ножниц.

Летучие качающиеся ножницы имеют следующие преимущества:

простота и надежность режущего механизма; постоянство бокового зазора между ножами, благодаря чему обеспечивается качест- венное, почти перпендикулярное резание полосы;

режущий механизм имеет небольшие габариты и маховые массы, приводные валы вращаются почти равномерно;

мерная длина листов регулируется на ходу при помощи бесту- пенчатого регулятора скоростей, за счет чего достигается высокая точность резания листов.



3.4.2 Маятниковые летучие ножницы

Маятниковые летучие ножницы просты по конструкции и надежны в эксплуатации, однако вследствие большой инерционности движущихся масс весьма тихоходны.

Ножницы применяют для резания на ходу металла, движущегося со скоростью до 2,5 м/с. На рис. 3.5. представлена схема маятниковых ножниц конструкции ВНИИметмаша - СКМЗ[2].

Рис. 3.5. Схема маятниковых летучих ножниц:

1 - нижний суппорт; 2 - нижний нож; 3 - приводной вал; 4 - шатун;5- верхний суппорт с ножом; 6- направляющие пазы 7- контргруз; 8- амортизатор.

На среднем эксцентрике верхнего приводного вала 3 подвешен шатун 4 с суппортом 5 и верхним ножом. На двух боковых эксцентриках вала подвешен нижний суппорт 1 с ножом.

При повороте эксцентрикового вала на 360° верхний суппорт 5 опускается вниз на величину двойного эксцентриситета, а нижний суппорт 1 поднимается вверх и возвращается в исходное положение.

В промежуточном положении при сближении ножей 2 происходит резание заготовки. Верхний суппорт перемещается в направляющих пазах 6 нижнего суппорта.

При резании движущейся заготовки суппорты, занимавшие перед резанием наклонное положение, движутся влево (по движению заготовки) подобно маятнику, подвешенному на верхнем приводном валу. Возврат маятника в исходное (правое) положение обеспечивается моментом от контргруза 7. Крайние положения маятника фиксируются амортизаторами 8.

Ножницы работают в режиме запусков электродвигателя от фотореле, установленного перед ножницами и засвечиваемого передним концом движущейся по рольгангу горячей заготовки. Ножницы предназначены для отрезки переднего конца горячей заготовки сечением до 150 х 150 мм. Максимальное усилие резания 2 МН, скорость заготовки при резании до 2,5 м/с.

3.4.3 Кривошипно-рычажные ножницы

Кривошипно-рычажные ножницы (рис.3.6), широко используемые для резки полос толщиной 2- 8 мм в холодном состоянии, обычно снабжают механизмом выравнивания скоростей, сообщающим ножам неравномерную скорость в течение полного оборота эксцентриковых валов, но выравнивающих скорость ножей по отношению к скорости полосы в момент реза. При резании листов длиной 3-6 м ножницы работают с пропуском реза при каждом втором обороте. В этом случае рама 2, на которой закреплены качающиеся тяги, периодически опускается ломающимися рычагами 1, приводимыми в движение специальным кривошипным механизмом, вращающимся со скоростью вдвое меньшей, чем ножницы. В момент, когда рама опущена, ножи не встречаются (на схеме показано пунктиром).

В барабанных летучих ножницах ножи в момент реза встречаются с полосой под некоторым углом, вследствие чего возникают большие ударные нагрузки а плоскость резания не получается вертикальной.



Рис.3.6. Схема кривошипно-рычажных ножниц:

1- ломающиеся рычаги; 2 -рама; 3- качающиеся тяги; 4- суппорты ножей.

Суппорты ножей выполнены в виде рычагов 4, укрепленных одним концом на встречно вращающихся эксцентриковых валах, другим - на свободно качающихся тягах 3. Длина этих тяг несколько больше эксцентриситета эксцентриковых валов.

При таких режимах скорость движения ножей всегда значительно больше скорости полосы. При большом опережении ножей напряжения в разрезаемой полосе могут превосходить предел прочности материала полосы, что приводит к разрыву полосы раньше окончания ее резания.

В кривошипно-шатунных ножницах ножи совершают сложную эллипсовидную траекторию, а на участке резания эта траектория почти совпадает с горизонтальным движением полосы (рис.3.7).



Рис.3.7. Схема резания полосы на летучих кривошипно - шатунных ножницах: а) схема траекторий ножей; б) схема перемещения ножей в зоне резания

Жесткие рычаги АВС и А`B`C` шарнирно соединены в точках А и А` с рычагами АО и А`О`, центры которых B и B` вращаются по окружности вокруг центров О и О`₁. При вращении шарниров B и B` по окружностям рычаги АВ и А`В` качаются с рычагами АО и А`О`; при этом ножи будут совершать эллиптические наклонные траектории. На участке резания ножи движутся параллельно и горизонтально, благодаря чему плоскость резания будет вертикальной. Для уменьшения усилия резания верхний нож верхний нож устанавливается с наклоном , а боковой зазор между ножами можно регулировать изменением расстояния между шарнирами Аи О.

Одна из конструкций ножниц для реза толстых листов показана на рис. 4.12. Ножницы предназначены для обрезки на ходу переднего и заднего концов у горячен полосы (950--1000°С) толщиной до 30 мм и шириной до 1550 мм и установлены перед чистовым окалиноломателем непрерывной чистовой группы широкополосного стана [1,2].

Каждый суппорт 1 с ножом установлен на роликовых подшипниках, расположенных на концах оси 2; последняя эксцентрично закреплена на боковых втулках 3, опирающихся на роликовые подшипники, установленные в боковых стойках станин ножниц.

Рис. 3.8. Кривошипно-шатунные ножницы для резки толстой полосы конструкции СКМЗ

Втулки 3 торцами соединены с боковыми шестернями 4, находящимися в зацеплении с двумя ведущими боковыми шестернями 5 (i=3,94) на валу 6, приводимом от электродвигателя мощностью 630 кВт (750/1000 об/мин) через редуктор (i=2,54) и удлиненную зубчатую муфту. Для устранения изгиба полосы при резании предусмотрен пружинный прижим.

Ножницы работают с автоматическим пропуском на каждый рез, и перед включением двигателя ножи занимают строго фиксированное положение, контролируемое сельсином. Скорость движения полосы 0,6--2 м/с; длина ножей 700 мм, верхний нож наклонный (1:50); окружная скорость ножей соответствует скорости полосы; перекрытие ножей 3--5 мм; точность резания ±25 мм.

Недостатком ножниц является большая инерционность механизма резания при неравномерном движении ножей, поэтому такие ножницы применяют только для резания полосы при скорости до 2 м/с.

Для нормальной работы этих ножниц необходимо, чтобы на участке резания скорость ножей была только на 1--3 % больше скорости движения полосы. Поэтому на ножницах для холодной резки применяют специальный механизм, предназначенный для выравнивания скорости ножей и полосы в момент резания.

3.4.4 Барабанные летучие ножницы

Барабанные летучие ножницы (одно- и двухбарабанные), весьма простые по конструкции и надежные в эксплуатации, получили широкое применение для горячей резки широких стальных полос толщиной до 30 мм и мелких сортовых профилей, а также для холодной резки стальных полос толщиной до 3 мм.

На рис. 3.8 показаны однобарабанные летучие ножницы для резки сортовой стали сечением не более 30 x 30 мм. Основные детали ножниц: диск (маховик) 3, который вращается на валу 2, установленном на подшипниках 1; ножи 7, укрепленные на рычагах 6, шарнирно установленных на диске 3 и вращающихся вместе с ним; ролики 5, в неподвижных направляющих 4 на уровне движущейся по рольгангу полосы.

При вращении диска 3 ножи находятся в разомкнутом положении под действием пружины; для резки движущейся полосы ролики 5 сближаются, в этом случае при вращении диска рычаги б находят на ролики 5 и заставляют ножи сближаются автоматически при помощи специального нажимного устройства от действия флажка или фотоэлемента, установленного на рольганге.



Рис.3.8 . Однобарабанные летучие ножницы:

1-опора вала ; 2- приводной вал; 3- диск; 4- направляющие; 5- прижимные ролики; 6- рычаги; 7- ножи.

Принцип работы двухбарабанных ножниц показан на рис. 3.9. На двух барабанах по их образующим радиально закреплены ножи (по одному или по несколько на каждом барабане). Полоса движется непрерывно и подается к ножницам роликами с постоянной скоростью. При встрече верхнего и нижнего ножей происходит резание полосы. Так как барабаны вращаются равномерно с постоянной угловой скоростью и вращающиеся массы полностью уравновешены, то эти ножницы позволяют резать металл со скоростью 15 м/с и более.

При резании металла барабанные летучие ножницы могут работать в двух основных режимах:

1) периодические запуски и остановки;

2) непрерывное вращение барабанов (непрерывный режим).

Режим периодических запусков применяют в случаях резки короткого переднего конца полосы (некондиционного, имеющего неправильную форму) и для разрезки полосы на отдельные куски при небольшой скорости ее движения.

Рис. 3.9. Схема двухбарабанных летучих ножниц.

По этому режиму ножницы запускают в ход для каждого единичного реза, а затем тормозят или останавливают.

При непрерывном режиме полоса поступает к ножницам с постоянной скоростью, а разрезание происходит через определенные промежутки времени.

Процесс резания характеризуется двумя периодами: в начале реза происходит вмятие ножей в металл; когда врезка ножей достигает определенной величины, начинается процесс сдвига, т.е. процесс самого резания. Величина зон вмятия и резания зависит от механической характеристики материала, геометрии и толщины разрезаемой полосы. При проектировании и выборе конструктивных параметров ножниц нужно иметь в виду следующее:

1) кинематика барабанных ножниц: В соответствии со схемой работы барабанных ножниц (рис. 3.9) полоса подается к ножницам со скоростью V_р = V_n.. Если барабаны будут иметь одинаковые диаметры и по одному или по два ножа, то рез будет происходить через каждый оборот или, соответственно, через пол-оборота барабанов, а длина листа будет равна:

L=, L^к_осн=,

где D- наружный диаметр барабана:

к - коэффициент пропуска реза; он характеризует число оборотов барабана за время между двумя последовательными резами листа.

Если диаметр малого барабана D_H будет постоянным и минимально возможным (исходя из условия его динамической прочности), а диаметр ведомого барабана будет различным (D =2D_H, 2/3D_H и т.д.), то при различных комбинациях ножей на барабанах можно получить следующие значения: к=1; 1,5; 2; 3, 4. Длины отрезаемых листов при этом равны:

L^к_осн =(1; 1,5; 2; 3; 4)

Следует отметить, что при значительном изменении межосевого расстояния А барабанов практическое конструктивное осуществление этого варианта требует изготовления отдельных летучих ножниц и последующей комплектной замены их на одном и том же рабочем месте в поточной линии агрегата.

Если конструктивно станина ножниц позволяет применять различные комбинации диаметров барабанов при постоянном межосевом расстоянии А а на каждом барабане имеется один нож, то ножи будут встречаться и рез будет происходить через каждые к=1, 2, 3, 4, 5 оборотов малого барабана (рис.3.10).

Требуемые различные промежуточные длины можно получить предварительным подбором необходимых отношений скоростей, каждое из которых в процессе резания листов заданной длины должно быть строго постоянным с целью получения точных допусков по длине листов.

Рис. 3.10. Схема получения реза листов различной длины

При v_н=const это означает, что скорость барабанов ножей может лежать в интервале v_н=(1..2) v_осн=(1..2) v_пол для получения различных промежуточных длин листов в интервале:

L = (05..1,0) L^к_осн .

При таких режимах скорость движения ножей всегда значительно больше скорости полосы. При большом опережении ножей напряжения в разрезаемой полосе могут превосходить предел прочности материала полосы и в этих случаях может произойти разрыв полосы раньше окончания ее резания.

Очевидно, что при этом ножницы испытывают сильные динамические удары в момент встречи ножей с полосой и большие почти горизонтальные усилия; последние увеличивают крутящий момент на барабанах ножниц и повышенный расход энергии приводного электродвигателя.

2) Синхронизация скоростей ножниц: Выше отмечалось, что для получения требуемой определенной длины листов выбранное отношение v_п/ v_н должно быть строго постоянным за все время резания данной полосы, с тем чтобы точность размеров (допуски по длине) была в заданных пределах. Для поддержания отношения v_п/ v_н постоянным применяют синхронизацию двух видов: механическую и электрическую.

Механическую (жесткую) синхронизацию применяют в поточных агрегатах холодной резки рулонной полосы на листы небольшой длины при непрерывном вращении барабанов ножниц.

В этом случае в комплект установки летучих ножниц входят ножницы и подающие ролики, причем ножницы и подающие ролики имеют привод от одного общего электродвигателя постоянного тока через различного типа зубчатые редукторы, механически (жестко) связанные между собой муфтами.

Электрическую синхронизацию применяют, когда летучие ножницы установлены за последней клетью непрерывного стана (например, непрерывного заготовочного) и имеют свой привод, механически не связанный с приводом валков клети.

В этом случае при помощи различных синхронно-следящих систем обеспечивается синхронное изменение скоростей двух отдельных электродвигателей для привода последней клети стана и для привода летучих ножниц. Она применяется для летучих ножниц при горячей резке полосы (заготовки, сорта), когда не требуется большая точность реза при отрезке переднего или заднего конца полосы, так и для точного реза полос различной толщины на агрегатах поперечной резки.

3) Точность резания: При холодной резке рулонной полосы шириной 1000--2350 мм, толщиной 2-- 12,0 мм на листы длиной от 2000 до 12000 мм интервалы длины, согласно ГОСТ, составляют 3--30 мм. Очевидно, что для получения такого широкого сортамента листов (по длине) требуется широкий интервал синхронизации отношения скоростей ножей к скорости полосы или к скорости подающих роликов (v_н/ v_п = v_н/ v_р при v_н= v_р ).

Длина листа при резе с учетом передаточных чисел приводных редукторов может быть определена по формуле:



L= р D_p k (i_н / i_р),

где i_н - передаточное число от двигателя к барабану;

i_р - передаточное число от двигателя к подающим роликам;

k - коэффициент пропуска реза;

Из анализа этого выражения следует, что:

а) для данных значений диаметра подающих роликов D_р и коэффициента пропуска реза любую промежуточную длину листа при резании полосы на ножницах можно получить при определенном значении отношения передаточных чисел редукторов между двигателем и ножницами i_н и между двигателем и подающими роликами i_p;

б) длина мерных листов не зависит от абсолютных величин скоростей полосы и ножниц.

Значит, широкий диапазон мерных длин листов при резании на летучих ножницах можно получить двумя способами: изменением i_н (при i_p=const) и изменением i_р (при i_H=const).

Для этого в линии привода ножниц или в линии привода подающих роликов для механической синхронизации устанавливают многоступенчатый редуктор (коробку скоростей), который позволяет получить 200--400 различных передаточных чисел. Так при работе ножниц максимальное допустимое превышение скорости ножей по отношению к скорости полосы должно составлять не более 200 % (о чем было сказано выше), то этот диапазон различных передаточных чисел должен находиться в пределах от 1 до 2. Выбор требуемого передаточного числа осуществляется переключением шестерен (согласно имеющейся таблице) при помощи ручного управления. Многоступенчатый редуктор может быть установлен в линии привода подающих роликов или в линии привода ножниц от электродвигателя.

В первом случае для привода подающих роликов требуется небольшая мощность, поэтому габариты многоступенчатого редуктора небольшие. Во втором случае многоступенчатый редуктор передает большие нагрузки (моменты), возникающие при резании на ножницах, поэтому имеет значительные габариты. Имеются конструкции ножниц, в которых установлены цепные вариаторы скоростей для бесступенчатого регулирования передаточного числа i_р.

Установка редукторов или вариаторов значительно усложняет конструкцию всего агрегата , поэтому в последние время в приводе летучих ножниц для резки листов всё чаще применяют электрическую синхронизацию, при которой измерение длин отрезаемых листов и включение ножниц на рез производится автоматической системой мерной порезки от специальных датчиков, установленных в приводе подающих или следящих роликов.

Практика эксплуатации ножниц показала, что при резко динамическом режиме работы точность размеров листов по длине значительно снижается, особенно при скоростях полосы больше 3м/сек, т.к. получается большой «разброс» размеров длины листов [3].

Учитывая эти недостатки, было предложено уменьшить допустимое максимальное опережение ножей до v_н=1,5v_н и одновременно ввести режим работы ножниц с отставанием ножей в пределах 0- 35%, при котором скорость ножей может снижаться до v_н= 0,75 v_{пол .} В таком режиме ножницы будут работать с «подпором», т.е с некоторым выпучиванием полосы перед ножами.

Таким образом, общий предел максимального и минимального отношения v_н/v_пол остался прежними и равным (1..2) а на ножницах можно получать любые промежуточные длины в пределах L = (0,67..1,34) L^к_осн , т.е. с изменением этих длин в два раза.

Однако следует отметить, что если раньше регулированием (увеличением) скорости ножей по отношению к скорости полосы можно было получать длину листов только меньше основной длины (v_н>v_пол) , то по новому режиму можно получать длины меньше и больше основной длины.

4) Скорость летучих ножниц. Каждую конкретную установку летучих ножниц проектируют и устанавливают для резания полосы, толщина которой может изменяться от h _min до h _mах. Скорость резки (скорость подачи полосы подающими роликами) принимают различную в зависимости от качества и толщины полосы: минимальной толщине соответствует максимальная скорость, и наоборот. Однако при резании полосы определенной толщины скорость резания (подачи полосы в ножницы) должна быть строго постоянной v_п= const). При выборе скорости летучих ножниц надо принимать во внимание два обстоятельства:

а) Если летучие ножницы предназначены для установки в линии про катного стана (например, его за последней клетью), а выходная ско- рость прокатки на этом стане различная (от v _min до v _mах) в зависи- мости от толщины, ширины или сечения прокатываемой полосы, то скорость ножниц v_н соответственно тоже должна быть различ- ной для соблюдения условия: v_п//v_н=const при заданной длине отрезаемых листов.

б). Если летучие ножницы предназначены для установки в поточной линии поперечной резки полосы на листы, то скорость этой линии технологически также принимается различной при резании полосы различной толщины (с целью получения качественной резки при максимальной производительности агрегата резки).

Таким образом, при резке различного сортамента полос (по толщине их) подающие ролики будут подавать к ножницам полосу с различной скоростью v_п (от v _min до v _mах); значит, скорость летучих ножниц v_н также должна соответствовать различным скоростям v_п т.е. должна быть в пределах от от v_{н min} до v_{н mах.} Из этого следует, что , для привода летучих ножниц необходимо устанавливать электродвигатель постоянного тока с регулируемой частотой вращения.

Барабанные летучие ножницы с наклонными ножами являются наиболее перспективной конструкцией, предназначенной для резки металла по ходу проката, движущегося с высокой скоростью. Преимуществами этой схемы являются простота и надежность конструкции, уравновешенность вращающихся частей, сравнительно небольшие инерционные массы, что особенно важно для ножниц, работающих в режиме запуска и выравнивания окружных скоростей.

Однако барабанные ножницы имеют следующие недостатки:

а) траекторией движения режущих кромок ножей являются окружности, поэтому при встрече с горизонтально движущейся полосой резание будет происходить при переменном угле и плоскость резания полосы не будет вертикальной.

б) резание полосы осуществляется параллельными ножами, т.е. одновременно по всей её ширине, вследствие чего возникают большие динамические усилия резания при приложении нагрузки во время реза.

Для уменьшения усилия резания один из ножей делают наклонным или шевронным.

3.5 Обоснование и выбор направления модернизации конструкции летучих ножниц

Для уменьшения усилия резания верхний нож следует делать наклонным или шевронным, однако при резании широких полос на больших скоростях осуществление этого принципа требует увеличения бокового зазора между ножами, что не всегда желательно.

При практическом использовании к ножницам предъявляются разнообразные требования, которые можно разделить на кинематические, технологические и эксплуатационные.

В соответствии с кинематическими требованиями относительное движение ножей в зоне резания должно осуществляться по траекториям, обеспечивающим минимальные величины зазоров между ножами, а форма последних определяется из условия отсутствия взаимного внедрения поверхностей ножей.

Технологические требования регламентируют конфигурацию ножей и расположение пазов для их крепления в соответствии с потребностями технологии, призванной обеспечить точность обработки в условиях индивидуального производства. При этом к точности обработки пазов предъявляются жесткие требования, обусловленные необходимостью обеспечения отклонения зазоров от расчетных вследствие неточностей изготовления не более чем на 0,01--0,02 мм при диаметрах барабанов или суппортов порядка 1000 мм и длине ножей 2000--2500 мм. В соответствии с этими требованиями ножи должны иметь максимально простую конфигурацию, а пазы для их установки -- быть параллельными продольным осям суппортов. Основное условие нормальной работы ножниц - параллельность пазов для установки ножей и режущей кромки одного из суппортов осям вращения верхнего и нижнего суппорта.

Эксплуатационные требования выдвигаются в связи с необходимостью эффективного использования ножниц и агрегата в целом. Основные требования: предельная быстроходность ножниц, максимально возможное число режущих кромок на ножах и простота их заточки, минимальные затраты времени на установку ножей и регулировку зазора между ними.

Анализ литературы [1 ,2, 3] показал, что создание ножниц, удовлетворяющих технологическим и эксплуатационным требованиям, представляет достаточно сложную задачу. Если применительно к резке полос толщиной до 1мм найдено вполне удовлетворительное решение, то для ножниц, предназначенных для резки толстых листов, решений, полностью удовлетворяющих перечисленным выше требованиям, пока нет.

Выбор параметров режущего механизма с учетом приведенных требований основан на том, что конфигурация ножей и расположение на барабанах пазов для их крепления, величины кинематических зазоров и углы наклона ножей определяются конструкцией режущего механизма, зависящей от вида траекторий относительного движения режущих кромок.

В разрабатываемом проекте предлагается провести модернизацию конструкции летучих ножниц, которая заключается следующем:

1) Увеличение толщины разрезаемого металла с 40 до 60 мм за счет оптимизации геометрических параметров ножей.

2) Установка ножей прямоугольного поперечного сечения с увеличенным углом наклона.

Предлагаемая модернизация позволит расширить сортамент выпускаемой продукции, принципиально не меняя конструкцию основных узлов ножниц. Для подтверждения предлагаемых мероприятий необходимо выполнить энергосиловые расчеты привода ножниц и прочностные расчеты основных узлов и деталей режущего механизма.



4. ЭНЕРГОСИЛОВОЙ РАСЧЕТ НОЖНИЦ

В энергосиловом расчете определяем геометрические , кинематические и силовые параметры режущего механизма и мощность привода. Наибольшую нагрузку детали ножниц испытывают в момент реза листа, в связи с чем рассмотрим кинематические и силовые параметры в этом положении.

Максимальное усилие резания ножей, один из которых шевронный, определяется по формуле 2, стр. 230:

,

где к₁- коэффициент, учитывающий отношение сопротивления резанию и нормального напряжения: к₁=19, стр.260;

к₂,к₃ -коэффициенты, учитывающие повышение усилия резания при затуплении ножей и увеличения бокового зазора между ними; к₂=к₃ =1,2;

б - угол наклона верхнего шевронного ножа. Как видно из формулы, усилие резания обратно пропорционально тангенсу угла наклона ножа, т.е. с увеличением угла наклона ножа усилие резания уменьшается.

...