Проектування та розрахунок вальцевого верстата. Використання вальців різного призначення Визначення вальців

Визначення розпірних зусиль та корисно споживаної потужності.

При вальцюванні у робочому зазорі з'являються сили, які намагаються розсунути валки. Ці сили називаються розпірними. Їх необхідно враховувати при розрахунку, інакше при надмірно зусиллях можлива поломка вальців.

Складність явища вальцювання та недостатня теоретична вивченість ускладнюють розрахунок розпірних зусиль та споживаної потужності. Дані величини можна визначити двома методами:

1. Обробкою дослідних даних на основі теорії подоби

2. Математичним аналізом процесу при введенні певних припущень.

Для першого методу проводять досліди на модельній машині, отримують зусилля розпірні і споживану потужність.

де: - Діаметр валків; - Величина зазору; - Величина фрикції; - Питома вага суміші; L – довжина валка; - Кутова швидкість швидкохідного валка; - Кінцева пластичність матеріалу - Досвідчені коефіцієнти, які для деяких матеріалів наведені у довідниках.

За другим методом прості математичні залежності виходять при введенні таких припущень:

1. Ефективна в'язкість (середня) суміші не змінюється

2. Режим перебігу суміші у зазорі мінімальний – ламінарний

3. Матеріал прилипає до поверхні валків і швидкість шарів на поверхні дорівнює швидкості руху валка (U=V)

4. Інерційні сили малі

5. Перебіг матеріалу одномірно (у проміжок)

6. Швидкість суміші не змінюється по вертикалі

7. Тиск на вході та виході матеріалу у валки дорівнює нулю

8. Тиск у площинах, паралельних осям валків, не змінюється.

Тоді рівняння руху в'язкої рідини (Нав'є-Стокса) має вигляд:

, (6.3)

При інтегруванні даного рівняння та враховуючи припущення отримано вирази для розпірного зусилля:

, (6.4)

де: - Величина фрикції; - ефективна в'язкість; - Швидкість переднього валка; - Радіус валка; - Довжина валка; - Зазор між валками.

Момент споживаний валками дорівнює сумі моментів, що крутять:

, (6.5)

- крутні моменти швидкохідного та тихохідного валків.

Повна потужність споживана валками.

Вона розраховується за такою формулою:

(6.8)

де: - необхідний повний момент, що крутить.

де: - Момент холостого ходу; - Момент додаткових сил тертя.

, (6.10)

де: - Радіальне навантаження на цапфу; - Коефіцієнт тертя підшипника; - Діаметр цапфи; - передавальне число трансмісії та фрикційної пари; - загальний К.П.Д. трансмісії та фрикційної пари;

Момент додаткових сил дорівнює:

, (6.11)

де: - Розпірне зусилля на валки.

Розрахунок продуктивності.

Валкові машини працюють за схемами одноразового і багаторазового пропуску матеріалу, що переробляється через зазор. Для одноразового проходження матеріалу через вальці продуктивність визначається за такою формулою:

, (6.12)

де: - Одноразове завантаження; - Коефіцієнт використання машини (0.85 - 0.9). - Питома вага матеріалу; - Тривалість циклу;

де: - Діаметр переднього валка; - Довжина бочки валка.

Час циклу визначається за такою формулою:

, (6.14)

де: - Час завантаження та вивантаження; - технологічний час роботи. Цей час визначається експериментально.

Слід зазначити, що й інші розрахунку залежності щодо продуктивності вальців.

Тепловий розрахунок вальців

При переробці матеріалу в зазорі валків виділяється велика кількість тепла і в результаті цього підвищується температура як робочої поверхні валків, так і суміші, що переробляється. Для запобігання небажаним температурним змінам (підвулканізація тощо) передбачається спеціальне охолодження валків. Кількість тепла, що виділяється при переробці, можна визначити за потужністю споживаної вальцями, з урахуванням ККД усіх передач і цапф.

Це тепло витрачається на нагрівання оброблюваної суміші Q 1 на втрати в навколишнє середовище Q 2 і на нагрівання охолоджувальною водою Q 3 .

, (6.16)

де: G-продуктивність валка; c-питома теплоємність; t k , t n - кінцева та початкова температура суміші.

Втрати тепла в довкілля складається з втрат тепла конвекцією та променевипусканням.

, (6.18)

де: - температура валка та навколишнього повітря, °С; - абсолютна температура валка та повітря, ° К; - загальний коефіцієнт випромінювання (залежить від випромінювання валка, навколишнього середовища та абсолютно чорного тіла); - Поверхня тепловіддачі та випромінювання; - Коефіцієнт тепловіддачі (для нерухомого повітря).

, (6.19)

4.2 Штампування на кувальних вальцях (вальцювання).

Це штампування нагадує поздовжню прокатку в одній робочій кліті, на двох валках які закріплюють секторні штампи, що мають відповідні струмки.

Нагріту заготовку 1 подають до упору 2 у той момент, коли секторні штампи 3 розходяться. При повороті валків відбувається захоплення заготовки та обтискання її формою порожнини; одночасно з обтисненням заготовка виштовхується у бік подачі.

На вальцях виготовляють поковки порівняно нескладної конфігурації, типу ланок ланцюгів, важелів, гайкових ключів і т. п. Крім того, на вальцях фасонують заготовки для подальшого штампування, найчастіше на кривошипних гарячештампувальних пресах.

Профілюють і штампують на вальцях в одному або кількох струмках. Вихідний переріз заготовки приймають рівним максимальному перерізу поковки, так як при вальцювання відбувається головним чином протяжка.

4.3 Пристрій та принцип роботи деформуючого обладнання та штампувального оснащення.

Кінематична схема КДШП

Малюнок 1

1- Повзун;

4- Електродвигун

5- Приймальний вал

6- Мале зубчасте колесо

7- Велике зубчасте колесо

8- Пневматична функціональна дискова муфта

9- Кривошипний вал

11- Стіл преса

Штампування на кривошипних гарячештампувальних пресах КГШП виготовляють зусиллям 5-10 мм. Вони успішно замінюють і в багатьох випадках за технологічними можливостями перевершують паро-повітряні штампувальні молоти з масою частин, що подають, до 10 тонн. КГШП характерно те, що зусилля, що виникає при штампуванні, сприймається масивною станиною. На станині преса встановлено електродвигун. На його валу закріплений шків, від якого момент, що крутить, через клинопасову передачу передається маховику, закріпленому на приймальному валу. На іншому кінці цього валу насаджена мале зубчасте колесо, що знаходиться в зачепленні з великим зубчастим колесом з пневматичною муфтою включення. Велике зубчасте колесо з муфтою розташоване на колінчастому валу, який при обертанні приводить у рух шатун з повзуном у напрямні сторони.

Для зупинки обертання кривошипного валу після включення муфти служить гальмо. Стіл преса, встановлений на похилій поверхні, може переміщатися клином і тим самим у незначних межах регулювати висоту простору штампування. Для забезпечення видалення поковки з преса штампу є вимикачі в столі і повзуні. Виштовхувачі спрацьовують під час повзуна вгору. Зупинка моховика здійснюється гальмом при включеному електродвигуні.

На відміну від молотів преси мають жорсткий графік руху повзуна, повний хід якого вгору і вниз однаковий і дорівнює подвоєному радіусу кривошипу. У зв'язку з цим при багаторучковому штампуванні неможливо застосувати протяжний, підкатний, відрубний струмок. Поковки, що вимагають використання зазначених струмків штампують на КГШП із заготовок періодичного прокату або попередньо фасонованих на пальцях кувальних. Швидкість повзуна в момент зіткнення верхньої частини штампу із заготівлею дорівнює 0,3 – 0,8 м/с, тобто у кілька разів менше швидкості бази молота в момент удару. Так як деформація виконується в кожному струмку за один хід преса, заготовки повинні бути чистими від окалини, щоб уникнути псування поверхні пакування.

Постійність величини ходу повзуна, велика точність його руху в потужних регульованих направляючих станини преса, застосування штампів з направляючими колонками і виштовхувачами для примусового видалення поковок забезпечує велику точність виготовлення поковок, з меншими штампувальними ухилами, припусками, допусками і витратами металу . Виштовхувачі розміщують у вертикальних отворах струмкових вставок штампу. Під час штампування робочої поверхні виштовхувачів складають частину поверхні струмків. При зворотному ході повзуна спеціальний механізм у штампі, що приводиться в дію від виштовхувача преса, піднімає струмкові виштовхувачі, які викидають поковку з струмка.

Для виключення заклинювання та поломки преса відкриті штампи на КГШП не стуляються на величину задирки через відсутність ударів служать більше молотових. На КГШП використовують штампи збірної конструкції з струмковими вставками, які замінюють при зносі. Наявність виштовхувачів забезпечує зручність штампування у закритих штампах видавлюванням та прошивкою. При видавлюванні заготовку встановлюють у порожнину штампу і осаджують у цій порожнині з одночасним закінченням частини металу її межі. ККД пресів приблизно в 2 рази вищий за ККД молотів. Преси здійснюють 35-90 ходів за хв, тобто приблизно стільки, скільки 4 еквівалентні їм за потужністю молоти. Штампування на пресі в 1,5 – 3 рази продуктивніше, ніж на молоті, та її легше механізувати та автоматизувати.

При закритому штампуванні без задирки отримані за наведеною формулою значення зусилля зменшують на 2,0 – 2,5%. P = k F, де P – площа проекції штампованого пакування з задирковим шкарпеткою, см кв; k - Коефіцієнт, що враховує складність форми поковок (k = 6,4 / 7,3).

Останнім часом до мене було кілька звернень від читачів блогу за допомогою у вирішенні одного і того ж завдання: як при роботі на тривалкових листозгинальних вальцях і профілегибах визначити остаточне розташування середнього ролика (валка).

Щодо положення крайніх роликів (валків), яке забезпечить згинання (вальцювання) заготівлі з певним заданим необхідним радіусом? Відповідь це питання дозволить підвищити продуктивність праці при згинанні металу рахунок зменшення кількості прогонів заготівлі досі отримання придатної деталі.

У цій статті ви знайдете теоретичневирішення поставленого завдання. Відразу обмовлюся - на практиці я цей розрахунок не застосовував і, відповідно, не перевіряв результативність запропонованого методу. Однак я впевнений, що у певних випадках згинання металу може бути виконано набагато швидше при використанні цієї методики, ніж зазвичай.

Найчастіше у звичайній практиці остаточне місце розташування рухомого центрального ролика (валка) і кількість проходів до отримання придатної деталі визначається «методом тику». Після тривалого (або не дуже) відпрацювання технологічного процесу на пробній деталі визначають координату положення центрального ролика (валка), яку використовують при подальших переналаштуваннях вальців, виготовляючи партію цих деталей.

Метод зручний, простий і добрий при значній кількості однакових деталей - тобто при серійному виробництві. При одиничному або «дуже дрібносерійному» виробництві, коли необхідно гнути різні профілі або листи різної товщини різними радіусами, втрати часу на налаштування методом тику стають катастрофічно величезними. Особливо ці втрати помітні при згинанні довгих (8…11м) заготовок! Поки зробиш прохід, поки проведеш виміри, поки перебудуєш положення ролика (валка)… — і все спочатку! І так десяток разів.

Розрахунок у Excel розташування рухомого середнього ролика.

Запускаємо програму MS Excel або програму OOo Calc, і розпочинаємо роботу!

Із загальними правилами форматування електронних таблиць, які застосовуються у статтях блогу, можна ознайомитись .

Насамперед, хочу зауважити, що листозгинальні вальці та профілегіби різних моделей можуть мати рухомі крайні ролики (валки), а можуть рухомий середній ролик (валок). Однак для нашого завдання це не має принципового значення.

На малюнку, розташованому нижче, зображена розрахункова схема до завдання.

Вальцована деталь на початку процесу лежить на двох крайніх роликах (валках), що мають діаметр D. Середній ролик (валок) діаметром dпідводиться до торкання з верхом заготівлі. Далі середній ролик (валок) опускається вниз на відстань рівну розрахунковому розміру H, включається привід обертання роликів, заготівля прокочується, проводиться згинання металу, і на виході виходить деталь із заданим радіусом вигину R! Залишилася справа за малим – правильно, швидко та точно навчитися розраховувати розмір H. Цим і займемося.

Вихідні дані:

1. Діаметр рухомого верхнього ролика (валка) /довідково/ dв мм записуємо

в комірку D3: 120

2. Діаметр опорних із приводом обертання крайніх роликів (валків) Dв мм пишемо

в комірку D4: 150

3. Відстань між осями опорних крайніх роликів (валків) Aв мм вводимо

в комірку D5: 500

4. Висоту перерізу деталі hв мм заносимо

в комірку D6: 36

5. Внутрішній радіус вигину деталі за кресленням Rв мм заносимо

в комірку D7: 600

Розрахунки та дії:

6. Обчислюємо розрахункову вертикальну подачу верхнього ролика (валка) Hрозраху мм без урахування пружиніння

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

Hрозрах =D /2+h +R - ((D /2+h +R )^2- (A /2)^2)^(½)

7. Настроюємо вальці на цей розмір Hрозрахі робимо перший прогін заготівлі. Вимірюємо або вираховуємо по хорді і висоті сегмента внутрішній радіус, що вийшов в результаті, який позначимо R 0 і записуємо отримане значення в мм

в комірку D10: 655

8. Обчислюємо який би мала бути розрахункова теоретична вертикальна подача верхнього ролика (валка) H0розру мм для виготовлення деталі з радіусом R 0 без урахування пружиніння

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

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

9. Але деталь із внутрішнім радіусом вигинуR 0 вийшла при опущеному верхньому валку на розмірHрозрах, а неH0розр!!! Вважаємо поправку на зворотне пружиніння xу мм

в комірці D12: = D9-D11 =3,5

x = Hрозрах — H0розр

10. Тому що радіуси Rі R 0 мають близькі розміри, то можна з достатньою мірою точності прийняти цю ж величину поправки xдля визначення остаточної фактичної відстані H, на яке необхідно подати вниз верхній ролик (валок) для отримання на деталі вальцованої внутрішнього радіуса R .

Обчислюємо остаточну розрахункову вертикальну подачу верхнього ролика (валка) Hв мм з урахуванням пружиніння

у комірці D13: =D9+D12 =48,9

H = Hрозрах+ x

Завдання вирішено! Перша деталь із партії виготовлена ​​за 2 проходи! Знайдено розташування середнього ролика (валка).

Особливості та проблеми згинання металу на вальцях.

Так, як було б все красиво і просто – натиснув, прогнав – деталь готова, але є дещо «але»…

1. При вальцювання деталей з малими радіусами в низці випадків не можна отримати необхідний радіус Rза один прохід через можливість виникнення деформацій, гофр і надривів у верхніх (стискаються) і нижніх (розтягуються) шарах перерізу заготовки. У разі призначення технологом кількох проходів обумовлено технологічної особливістю конкретної деталі. І це не виняткові випадки, а дуже поширені!

2. Одномоментна без прокаток подача середнього ролика (валка) на велику відстань Hможе бути неприпустимим через виникнення значних зусиль, що перевантажують понад допустиму норму механізм вертикального переміщення вальців. Це може спричинити поломку верстата. В аналогічній ситуації перевантаження при цьому може бути і привід обертання роликів (валків)!

3. Кінці заготовки, якщо їх попередньо не підігнути, наприклад, на пресі, залишаться прямолінійними ділянками при згинанні на валках тривалкових! Довжина прямолінійних ділянок Lтрохи більше половини відстані між нижніми роликами А /2.

4. При русі середнього ролика (валка) вниз у перерізі заготовки, схильному до вигину, поступово наростають нормальні напруги, які викликають спочатку пружинну деформацію. Як тільки напруги в крайніх верхніх та нижніх волокнах перерізу досягнуть межі плинності матеріалу деталі σт, розпочнеться пластична деформація – тобто розпочнеться процес згинання. Якщо середній ролик (валок) відвести назад до початку виникнення пластичної деформації, то заготовка відпружинить слідом і збереже свій первісний прямолінійний стан! Саме ефект зворотного пружинення змушує збільшити розмір вертикальної подачі Hрозрахна величину x, так як ділянки заготівлі відпружинюють і частково розпрямляються, виходячи із зони згинання, розташованої між роликами (валками).

Ми знайшли цю поправку xдосвідченим шляхом. Зворотне пружинення або залишкову кривизну деталі можна розрахувати, але це складне завдання. Крім величини межі плинності матеріалу σтзначну роль при вирішенні цього питання відіграє момент опору вигину поперечного перерізу елемента, що вальцюється Wx. Оскільки часто профілі особливо з алюмінієвих сплавів мають досить хитромудрий поперечний переріз, то розрахунок моменту опору Wxвиливається в окреме непросте завдання. До того ж і фактичне значення межі плинності σтчасто значно коливається навіть у зразків, вирізаних для випробувань з одного й того самого листа або одного й того самого шматка профілю.

У запропонованій методиці зроблена спроба уникнути визначення зворотного пружиніння «методом наукового тику». Для пластичних матеріалів, наприклад алюмінієвих сплавів, значення

Не забувайте підтвердити підписку кліком за посиланням у листі, який одразу прийде до вас на вказану пошту (може прийти до папки « Спам » )!!!

З інтересом прочитаю Ваші зауваження та відповім на Ваші запитання, шановні читачі! Поділіться результатами практичних випробувань методики зі мною та колегами у коментарях до статті!

Прошу поважають працю автора завантажувати файл з розрахунком після передплати на новини статей!

Аварійний пристрій

Механізм регулювання зазору

Переміщення переднього валка здійснюється при пересуванні корпусу підшипників у отворах станин машини. Механізм регулювання зазору представляє гвинтову пару: гайка закріплена нерухомо в станині, а гвинт обертається електродвигуном через черв'ячні передачі.

Гвинт упирається в запобіжну шайбу, що знаходиться в корпусі підшипника. Ця шайба руйнується у разі навантаження вальців розпірним зусиллям.

Вальцеві машини належать до обладнання з підвищеною небезпекою обслуговування. Аварійний пристрій вальців включає тросики, розташовані над валками. Один кінець, троса жорстко з'єднаний з траверсою лівої станини, а другий з важелем вимикача. При натисканні на трос важіль вимикає електродвигун.

Визначення розпірних зусиль та корисно споживаної потужності

Повна потужність споживана валками

Розрахунок продуктивності

Визначення розпірних зусиль та корисно споживаної потужності.

При вальцюванні у робочому зазорі з'являються сили, які намагаються розсунути валки. Ці сили називаються розпірними. Їх необхідно враховувати при розрахунку, інакше при надмірно зусиллях можлива поломка вальців.

Складність явища вальцювання та недостатня теоретична вивченість ускладнюють розрахунок розпірних зусиль та споживаної потужності. Дані величини можна визначити двома методами:

1. Обробкою дослідних даних на основі теорії подоби

2. Математичним аналізом процесу при введенні певних припущень.

Для першого методу проводять досліди на модельній машині, отримують зусилля розпірні і споживану потужність.

де: - Діаметр валків; - Величина зазору; - Величина фрикції; - Питома вага суміші; L – довжина валка; - Кутова швидкість швидкохідного валка; - Кінцева пластичність матеріалу - Досвідчені коефіцієнти, які для деяких матеріалів наведені у довідниках.

За другим методом прості математичні залежності виходять при введенні таких припущень:

1. Ефективна в'язкість (середня) суміші не змінюється

2. Режим перебігу суміші у зазорі мінімальний – ламінарний

3. Матеріал прилипає до поверхні валків і швидкість шарів на поверхні дорівнює швидкості руху валка (U=V)

4. Інерційні сили малі

5. Перебіг матеріалу одномірно (у проміжок)

6. Швидкість суміші не змінюється по вертикалі

7. Тиск на вході та виході матеріалу у валки дорівнює нулю

8. Тиск у площинах, паралельних осям валків, не змінюється.

Тоді рівняння руху в'язкої рідини (Нав'є-Стокса) має вигляд:

, (6.3)

При інтегруванні даного рівняння та враховуючи припущення отримано вирази для розпірного зусилля:

, (6.4)

де: - Величина фрикції; - ефективна в'язкість; - Швидкість переднього валка; - Радіус валка; - Довжина валка; - Зазор між валками.

Момент споживаний валками дорівнює сумі моментів, що крутять:

, (6.5)

- крутні моменти швидкохідного та тихохідного валків.

Повна потужність споживана валками.

Вона розраховується за такою формулою:

(6.8)

де: - необхідний повний момент, що крутить.

де: - Момент холостого ходу; - Момент додаткових сил тертя.

, (6.10)

де: - Радіальне навантаження на цапфу; - Коефіцієнт тертя підшипника; - Діаметр цапфи; - передавальне число трансмісії та фрикційної пари; - загальний К.П.Д. трансмісії та фрикційної пари;

Момент додаткових сил дорівнює:

, (6.11)

де: - Розпірне зусилля на валки.

Розрахунок продуктивності.

Валкові машини працюють за схемами одноразового і багаторазового пропуску матеріалу, що переробляється через зазор. Для одноразового проходження матеріалу через вальці продуктивність визначається за такою формулою:

, (6.12)

де: - Одноразове завантаження; - Коефіцієнт використання машини (0.85 - 0.9). - Питома вага матеріалу; - Тривалість циклу;

де: - Діаметр переднього валка; - Довжина бочки валка.

Час циклу визначається за такою формулою:

, (6.14)

де: - Час завантаження та вивантаження; - технологічний час роботи. Цей час визначається експериментально.

Слід зазначити, що й інші розрахунку залежності щодо продуктивності вальців.

Тепловий розрахунок вальців

При переробці матеріалу в зазорі валків виділяється велика кількість тепла і в результаті цього підвищується температура як робочої поверхні валків, так і суміші, що переробляється. Для запобігання небажаним температурним змінам (підвулканізація тощо) передбачається спеціальне охолодження валків. Кількість тепла, що виділяється при переробці, можна визначити за потужністю споживаної вальцями, з урахуванням ККД усіх передач і цапф.

Це тепло витрачається на нагрівання оброблюваної суміші, на втрати в навколишнє середовище та на нагрівання охолоджувальною водою.

, (6.16)

де: - Продуктивність валка; - питома теплоємність; - кінцева та початкова температура суміші.

Втрати тепла в довкілля складається з втрат тепла конвекцією та променевипусканням.

, (6.18)

де: - температура валка та навколишнього повітря, °С; - абсолютна температура валка та повітря, ° К; - загальний коефіцієнт випромінювання (залежить від випромінювання валка, навколишнього середовища та абсолютно чорного тіла); - Поверхня тепловіддачі та випромінювання; - Коефіцієнт тепловіддачі (для нерухомого повітря).

, (6.19)

де: - Діаметр валка.

Кількість тепла, що забирається охолодною водою:

, (6.20)

- Вальці складаються з 2 або 3 паралельно розташованих порожнистих валків, що обертаються назустріч один одному.

- Застосовуються для пластикації каучуку, приготування гумових сумішей, розігріву їх перед каландруванням або шприцюванням, а також у виробництві регенерату.

Сучасні вальці мають вимірювальні прилади та допоміжні пристрої, але мають серйозні недоліки: низька продуктивність, відсутність герметичності, небезпека при обслуговуванні. Вальці витісняються зачиненими машинами.

- Класифікація за функціональним призначенням.

Вальці подрібнювальні (Др.) – для дроблення старої гуми. Вальці підігрівальні (Пд.) – для збільшення пластичності та підігріву гумових сумішей. Вальці промивні (Пр.) – для промивання каучуку водою. Вальці розмелювальні (Рз.) – для розмелювання гумових відходів. Вальці рафінуючі (Рф.) – для очищення регенерату та гумових сумішей від сторонніх включень. Вальці змішувальні – для змішування каучуку з різними інгредієнтами, для приготування та перегортання гумових сумішей. Вальці змішувально-підігрівальні (Див.-Пд.) - Для пластикації каучуку, змішування його з різними інгредієнтами та підігріву гумових сумішей. Вальці лабораторні (Лб.) – для лабораторних робіт.

- Класифікація за конструктивними ознаками

За розмірами валків та швидкості їх обертання: виробничі – легкого типу D / L : 300/800; 500/800, середнього типу D / L : 550/1500, важкого типу D / L : 660/2100; лабораторні.

За кількістю валків: 2 та 3 (Рф.).

За типом приводу: індивідуальний, здвоєний та груповий (3, 4, рідше 5).

За величиною фрикції (ставлення швидкості обертання заднього валка до переднього): Др. - 2.55, 3.08, 3.25; Пд. - 1.22, 1.25, 1.27, 1.28, 1.29; Пр. - 1.39; Рз. - 4.00; Росії. - 2.55; Див - 1.07, 1.08, 1.11, 1.27; Див-Пд. - 1.14; Лб. - 1-4. Позначення фрикції: 1:1.22.

- Умовне позначення містить найменування, довжину та діаметри валків (переднього та заднього), розташування приводу (праве – П, посередині – С, ліве – Л) та ГОСТ. Вальці Лб 100 50/50 П ГОСТ ...; Вальці Лб 200 100/100 ГОСТ з індивідуальним приводом на кожен валок; Вальці Див 2100 660/660 Л ГОСТ ...; Вальці Див 2100 660/660 Л з перемиканням фрикції ГОСТ ...; Агрегат вальців Росії 800 490/610 З 2 ГОСТ…

1.3.2. Схема роботи вальців.

Оброблюваний матеріал (каучук або гумова суміш) у вигляді шматків або пластин завантажують і пропускають через зазор між валками.

Матеріал втягується в зазор під дією сил тертя та в результаті зчеплення між матеріалом та поверхнею авлків.

Ступінь деформації та ступінь захоплення матеріалу визначається кутом захоплення  =10-45 про. Дуга, що стягує цей кут, називається дугою захвату. Втягуюча сила Р>0 , якщо  >  ;  - Кут тертя;  = tg  - коефіцієнт тертя.

При роботі реалізуються деформації зсуву та зрізу; у зоні зазору завжди є запас матеріалу.

Після виходу із зазору суміш відхиляється до переднього валку, т.к. він обертається повільніше заднього; це зумовлено ще й міркуваннями техніки безпеки. Шар суміші, що утворився на передньому валку, називають шкіркою або шубою.

Зазор регулюється не більше 10-12 мм.

Чим більша фрикція, тим інтенсивніше відбувається перемішування і тим більша температура.

Те саме стосується і швидкості, яка знаходиться в інтервалі 35-40 м/хв. Збільшення швидкості лімітується міркуваннями техніки безпеки.

1.3.3. Влаштування вальців.

Два порожні валка обертаються назустріч один одному в підшипниках кочення, встановлених у станинах, що стягнуті траверсами.

Траверси утворюють прямокутні вікна, у яких встановлені корпуси підшипників валків.

Станини встановлені на фундаментній плиті.

Для вимірювання величини зазору між валками корпусу підшипників переднього валу можуть переміщатися напрямними уздовж станини. Переміщення здійснюється натискним гвинтом за допомогою механізму регулювання зазору.

– Механізм приводиться в дію вручну маховиком чи ручкою або від електродвигуна.

Натискний гвинт упирається в корпус підшипника переднього валка через запобіжну шайбу, яка пробивається зі збільшенням розпорних зусиль.

При великому відсуві або зсуву валків спрацьовують кінцеві вимикачі.

У станинах є диски, що вказують на величину зазору.

Є обмежувальні стрілки, щоб не засмічувати підшипники.

Двигун передає зусилля через приводні та фрикційні шестерні.

Мастило здійснюється вручну або насосом від масляної станції, що простіше.

Є аварійна зупинка, що припиняє подачу електрики в двигун. Після спрацьовування валки проходять чверть обороту при незавантажених вальцях і зупиняються миттєво – при завантажених.

1.3.4. Основні вузли.

- Фундаментна плита - Чавунна виливок з посиленням ребрами жорсткості, 3.5 т.

Можна робити із залізобетону з каркасом із арматурної сталі (10-12% за масою).

- Станіна – сталева, складається з двох частин – власне станини та траверси – верхньої частини, 800-1350 кг. Повинна бути розрахована на зусилля розпіру 14 кН на 1 см довжини робочої частини валка.

- Валки – основний вузол – відливається в кокіль із чавуну, з поверхні відбілюється на глибину 8-25 мм.

Бочки, в основному, циліндричні, рафінуючі вальці мають бомбування. Передній (діаметр 490 мм) – 0.151 мм, задній (діаметр 610 мм) – 0.075 мм.

Дробильні та промивальні вальці мають рифлену поверхню (рифлення під кутом 4-15 о до поздовжньої осі).

Охолодження валків – зазвичай температура валків має бути ~60 про З. Температура води трохи більше 12-14 про З. Влітку водопровідну воду треба охолоджувати.

При пластикації НК та при переробці сумішей на його основі Температура переднього валка має бути на 5-10 град. Менше температури заднього – тоді суміш піде на передній валок.

При обробці сумішей із СК Температура переднього валка має бути на 5-10 град. Більше температури заднього.

Два способи охолодження - заповнення валка водою і періодична її заміна - відкритий спосіб. За допомогою розбризкувальних пристроїв на відстані 150-200 мм один від одного.

Витрата води 1.2-2ю5 м 3 /годину - малі, 5-12 - середні, 8-18 - великі.

Є конструкції із охолодженням підшипників.

- Механізм регулювання зазору. Зазор 0,05-12 мм. Натискний гвинт обертається в залізній гайці, закріпленої в станині. Зворотний хід може здійснюватись електродвигуном або за рахунок зусиль розпіру.

- Ножі (їх два) монтуються в каретці та можуть переміщатися вздовж валка.

- Пристрої для перемішування та охолодження суміші. Суміш зрізається з переднього валка і заправляється в зазор між барабаном, що охолоджує, і притискним роликом і знову направляється в зазор - вона перемішується, інтенсивно переміщаючись по довжині за допомогою спеціальних роликів і каретки - сток-блендерс. Така система застосовується для доопрацювання гумових сумішей після РС.

- Особливості різних типів вальців. Росії (рафінуючі) брекер-вальці - для попереднього очищення, рефайнер-вальці - для остаточного очищення. Знімання суміші здійснюється із заднього валка із закаткою в рулони. Поверхня гладка бочкообразна, включення йдуть на кромки. Різні діаметри валків. Фрікція 1:2.55. Др (дробільні) - розміри бочок і фрикція як у Росії. Пр (промивні) – рифлена поверхня, але однакові діаметри валків.

1.3.5. Розподіл напруги в матеріалі в зазорі між валками.

- Припущення: ламінарний режим течії, умова прилипання, ньютонівська рідина.

Рівняння Навье-Стокса.

Існує 2 принципово різні області течії . До межі двох зон (вище) має місце поступальний та зустрічний перебіг; нижче – лише поступальне. Між цією межею т найвужчим перетином - пробковий режим течії - сили, що виникають внаслідок гідростатичного тиску і діють з одного боку перерізу, врівноважуються силами, що діють з іншого боку перерізу.

Напруга зсуву у цьому перерізі дорівнює нулю, а тиск максимально – матеріал рухається як тверда пробка без деформації.

- Розподіл температур у валковому зазорі. Два піки поблизу поверхонь, зумовлені наявністю охолодження.

1.3.6. Розпірні зусилля.

- За підсумками закономірностей пластичної деформації матеріалу між валками.

Розпірне зусилля – величина сили, що прагне розсунути валки при проходженні між ними матеріалу, що деформується.

,

де  - Відносне розширення матеріалу,  = b до / b н (можна вважати  =1), b н - Початкова ширина, b до - Кінцева ширина, k - Емпіричний коефіцієнт,  Т - межа плинності матеріалу, що вальцюється, h нс -Товщина нейтрального шару, h нс ( h н  h до ) ½ , h н і h до - Товщина матеріалу до і після вальцювання,  =  / lg (  /2) ,  - коефіцієнт тертя,  - Кут захоплення, R - Радіус валка, см,  h =2 R (1- cos  ) - Лінійне обтискання.

- За підсумками закономірностей пружної деформації.

,

де E - модуль пружності.

При цьому сили тертя не враховуються, після проходу через проміжок товщина відновлюється.

- На основі гідродинамічної теорії вальцювання.

Розпірне зусилля розбивається на дві складові: 1) спрямоване проти вектора швидкості обертання (горизонтальна складова); 2) спрямоване у бік вектора швидкості (вертикальна складова)

,

де Т - сила тертя, l -довжина дуги захоплення, f - фрикція, v 1 , v 2 - Лінійна швидкість переднього і заднього валка, L - Довжина валка, У 1,2 - Коефіцієнти, n - Реологічний коефіцієнт /

Якщо P 1 і P 2 відомі, то координату точки додатку рівнодіючої можна визначити як

де  еф - Коефіцієнт ефективної в'язкості, h до - Мінімальний зазор.

Для орієнтовних розрахунків P = qL , q = 400 кН/м (для ПК), для наповнених сумішей q = 600-1100 кН/м.

Методика, що ґрунтується на теорії подоби.

Н
Н
Н

де В=( h н – h 2 )/( h н - h 1 ) - Відновлюваність, М = ( h н – h 1 )/( h н + h 1 ) - М'якість, h н - Початкова висота зразка, h 1 - Висота під навантаженням, h 2 - Висота після розвантаження, Пл до - Кінцева пластичність

Значення коефіцієнтів:

Наприклад, для СКН-40:

Р=18059860.66 1.4 2.1 0.7 0.002 0.1 0.48 –0.4 =1.22 МН=122 т.

1.3.7. Споживана потужність.

- Методика, заснована на теорії пластичної чи пружної деформації.

кВт

де М – момент опору обертанню валків, Нм, М = М р +М тр, М р - Момент для подолання опору деформації матеріалу, М р = PDsin (  /2) , P - Розпірне зусилля,  - Кут захоплення, М тр – момент опору тертю у підшипниках з урахуванням сили тяжкості валків та розпірних зусиль, М тр =  ( P + G в ) d ,  - Коефіцієнт тертя в підшипниках, G в - сила тяжіння валу, d - Діаметр цапфи валка, n - Середня швидкість обертання валків,  - ККД зубчастої пари.

- Методика, заснована на гідродинамічній теорії вальцювання.

де  - Окружна швидкість швидкохідного валка, з -1 .

Значення коефіцієнтів:

Наприклад, для СКН-40:

N=0.069861.8750.66 2 2.1 0. 6 0.002 0.1 0.48 –0. 7 1.22 –0.25 =65 кВт.

1.3.8. Привід.

Вальці можуть мати індивідуальний привід, спарений та груповий.

Привід може розташовуватися з правого та з лівого боку від робочого місця.

На початку циклу обробки потужність в 1.5-2 рази більша за потужність, що споживається вальцями. Тому потужність електродвигуна треба вибирати з урахуванням цього пікового навантаження.

При індивідуальному приводі встановлюють синхронний двигун, який за недовантаження може працювати як компенсатор і покращувати cos.

Можливо окремий двигун на кожен валок (у лабораторних вальцях).

Для з'єднання вихідного валу редуктора із трансмісійним валом використовуються муфти , вони допускають деякий перекіс валів, що з'єднуються, забезпечують еластичність передачі. Застосовують зубчасту муфту Фаста, пальцеву муфту Франка, пружинну муфту Бібі.

Можуть бути і гумові, і гумово-пневматичні муфти, що забезпечують плавну роботу приводу та деяку неспіввісність осей.

Для вальців з великим роздвигом валків і при великих зусиллях розпірних використовують блок-редуктор (до 20 кН/см). У ньому розміщуються приводні та фрикційні шестерні. Блок-редуктор з'єднаний двома вихідними валами через універсальні шарнірні пристрої із валками вальців.

Вартість блок-редуктора набагато більша, але він має багато переваг – шестерні та підшипники працюють у більш сприятливих умовах.

1.3.9. Особливості монтажу.

Раніше вальці встановлювали на спеціальному фундаменті та закріплювали фундаментними болтами.

Вібрації передаються конструктивним елементам будівлі.

Перенесення вальців з одного місця на інше пов'язане з великим обсягом будівельних робіт

Застосовують віброізолюючі опори – без спеціального фундаменту та болтів.

1.3.10. Вибір вальців.

Підігрівальні вальці в індивідуальному виконанні мають потужність двигуна 180 квт, а агрегат 320 квт. Економія 40 квт.

У груповому приводі навантаження вальців можна зробити рівномірнішим. Будь-яке навантаження небажане.

Не можна завантажувати одразу кілька вальців при груповому приводі.

Двигуни мають бути у пилозахисному виконанні.

Для зниження пікових навантажень використовують попередній підігрів (у гарячій воді) для жорстких сумішей (протектори, ковзанки та ін.).

1.3.11. Продуктивність вальців.

- Періодичний режим.

кг/година,

де V -літражна ємність або обсяг одноразового завантаження, в літрах: V =(0.0065-0.0085) D 1 L , D 1 - Діаметр переднього валка, см, L - Його довжина, см,  - Щільність кг/дм 3 ,  -Коефіцієнт використання машинного часу (0.85-0.9), t ц = t 1 + t 2 + t 3 - Час циклу (завантаження, пластикація, вивантаження) за хв.

При пластикації каучуку:

хв,

де  Пл - Зміна пластичності по Карреру, i - Зазор, см, u - Окружна швидкість швидкохідного валка, м / хв, f - фрикція, A , n , m - Коефіцієнти.

Значення коефіцієнтів:

У запасі знаходиться при вальцьуванні приблизно стільки ж суміші, скільки на валці.

- Безперервний режим.

де  0.75 – коефіцієнт заповнення канавок рифлення оброблюваним матеріалом, F – площа перетину канавки, м 2 , l - Крок рифлення, тобто. відстань між сусідніми канавками, м, k =1 чи 2 залежно від цього, скільки валків з рифленнями.

1.3.12. Система охолодження.

Система охолодження буває закритою (зараз не застосовується) та відкритою. Перевага останньої - високі значення коефіцієнта тепловіддачі в тонких струмочках з форсунок (малий діаметр струменя, висока швидкість, велике значення критерію Рейнольдса) та через часткове випаровування води при контакті з гарячими стінками.

- Тепловий баланс.

де Q 1 = N  t ц – тепло, що виділяється за рахунок внутрішнього тертя у матеріалі, кДж, N - Потужність двигуна, кВт;  - ККД приводу, t ц - Час циклу, с; Q 2 - Додатково підводиться тепло, кДж; Q 2 = m  h t ц - З парою, m - Витрата пари, кг / с,  h - Зміна ентальпії пари, кДж / кг; Q 3 = GC  Tt ц - тепло, що пішло на нагрівання гумової суміші, кДж, G – продуктивність вальців, кг/с, З – теплоємність гумової суміші, кДж/(кгК),  T - Зміна температури суміші, К; Q 4 =  F ( T пов – T в )+с 0  F (( T пов /100) 4 –( T в /100) 4 ) - Втрати тепла в навколишнє середовище, що складаються з конвективних і променистих (вважається для кожного валка), кДж,  – коефіцієнт тепловіддачі при природній конвекції від стінки вальців до повітря, кВт/(м 2 К), F - Поверхня теплообміну, м 2 , T пов і T в – температура поверхні валка та навколишнього повітря, відповідно, з 0 - Коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла, з 0 =5.6710 -3 кВт/(м 2 К 4),  - Ступінь чорноти; Q 5 = m в З в  T в t ц - Тепло, віднесене охолоджувальною водою, кДж, m в - Витрата води, кг / с, З в =4.2 кДж/(кгК) – теплоємність води,  T в - Зміна температури води, До.

1.3.13. Установки для прийому та охолодження стрічки гумової суміші.

- Фестонний тип. Стрічка зрізається з вальців або ЧС з листівкою, проходить ванну з каоліновою суспензією і подається в фестоноутворювач. Фестон виходить в результаті притискання стрічки гумової суміші до штанги конвеєра важелем, що приводиться в дію пневмоциліндром. Щойно утворюється фестон, важіль переміщається однією крок. Далі суміш надходить у камеру, що охолоджується повітрям за допомогою вентилятора. Розмір камери розрахований на 4 біти. Охолоджені фестони подаються до вузла укладання, де стрічка розрізається на листи заданої довжини, що подаються на піддони, встановлені на терезах.

Недолік цієї системи – громіздка, немає можливості закочувати суміш у бабини для подальшої подачі до ЧС. Останній недолік усунутий на деяких конструкціях (фірма "Піреллі").

У нових системах стрічка шириною 0.6 м зрізається з вальців, обробляється водяною суспензією каолінової, потім розрізається надвоє вздовж дисковим ножем. Потім охолоджується вентиляторами. Швидкість руху – 8-38 м/хв, кількість вентиляторів 4-7. Довше ріжеться на стрічки або закочується в бобіни. Існують такі установки частково вертикального типу, дуже компактні.

- Стрічкового типу. При поточному виробництві стрічка з вальців йде на каландри або ЧС стрічковим транспортером без додаткового охолодження. Попередньо вона розрізається на вузьку стрічку вздовж або впоперек (не до кінця).