Повышение работоспособности летучих пильных установок на основе моделирования кинематики и динамики процессов разделения труб тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.09, кандидат технических наук Маслов, Владислав Сергеевич

• Маслов, Владислав Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Маслов, Владислав Сергеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ АГРЕГАТОВ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ТРУБ НА ХОДУ НА ИХ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И БЫСТРОДЕЙСТВИЕ. ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ области использования и ограничений применения агрегатов для разделения труб

1.2 Обзор основных методик определения энергосиловых

параметров процесса разделения труб

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАЗДЕЛЕНИЯ ТРУБ ЛЕТУЧИМИ ПИЛЬНЫМИ УСТАНОВКАМИ

НА ОСНОВЕ ИХ КИНЕМАТИКИ

2.1 Кинематика движения исполнительных органов ЛПУ кареточного типа

2.2 Закономерности изменения длины и глубины контакта

зубьев пильного диска с трубной заготовкой

2.3 Быстроходный процесс разделения трубной заготовки в

линии прокатного производства

2.4 Кинематика ЛПУ планетарного типа

3. ЭНЕРГОСИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ

3.1 Основы определение технологических усилий на базе

методов обработки металлов давлением

3.2 Определение технологических усилий при разделении поступательно движущихся труб на мерные отрезки в линии

ЛПУ

3.3. Определение динамических характеристик ЛПУ кареточного типа в процессе резания

3.4. Экспериментальное определение параметров процесса

для ЛПУ кареточного типа

4. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ И МОДЕРНИЗАЦИИ

4.1 Модернизация ЛПУ - БЩ81000-1 цеха №8 ОАО "ПНТЗ"

4.1.1 Основное оборудование ЛПУ

4.1.2 Реконструкция крепления пильного диска

4.1.3 Реконструкция исчезающего рольганга

4.1.4 Рольганги с У-образными и цилиндрическими

роликами на выходе из пильной установки

4.2 Технические решения для ЛПУ кареточного типа

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Пример расчета рациональных значений

секундного удаляемого объема для ЛПУ кареточного типа

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Пример расчета времени цикла работы ЛПУ

кареточного типа и минимально получаемых мерных труб

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Листинг программы расчета динамических характеристик ЛПУ кареточного типа

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение работоспособности летучих пильных установок на основе моделирования кинематики и динамики процессов разделения труб»

ВВЕДЕНИЕ

Качественное и быстрое разделение трубы в линии стана для производства труб существенно влияет на производительность всей линии, которая снижается в случае необходимости введения дополнительных линий подрезки и мерной резки на участках трубоотделки.

С решением проблемы качества отрезаемых заготовок и увеличения производительности прокатных линий в первую очередь встает вопрос о применяемом для этого оборудовании. Если производительность линии критически высока (агрегаты с непрерывным станом) либо длина изготавливаемых изделий не позволяет производить операции разделения стационарно (трубоэлектросварочные станы с "бесконечными" трубами либо редукционные станы с большими коэффициентами вытяжки) для разделения труб используются так называемые летучие пильные установки (ЛПУ), инструмент которых движется плоскопараллельно со скоростью разрезаемой трубы, обеспечивая ее разделение в движении.

Однако, проблема разделения стальных труб и проката на мерные длины на ходу на прокатных производствах мало освещена в научной и технической литературе. Мало изучена кинематика процесса поперечного разделения труб летучими пилами, обусловленная сложной геометрией инструмента и изделия. Не существует математической модели для описания изменения усилия разделения в процессе, динамического поведения приводов летучих пильных установок. Конструкции пильных установок имеют ряд существенных недостатков приводящих к снижению качества резания и надежности работы комплексов оборудования ЛПУ, что в свою очередь приводит к снижению производительности трубопрокатных и трубоэлектросварочных агрегатов.

На основании вышеизложенного, исследование процесса разделения труб на летучих пильных установках с целью совершенствования их конструкций является актуальным.

Целью работы является совершенствование конструкций летучих пильных установок планетарного и кареточного типа на основе моделирования кинематики и динамики процессов разделения труб, повышение их работоспособности, снижение аварийности работы и повышение качества получаемых изделий. При этом были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработка математической модели кинематики и энергосиловых параметров процесса высокоскоростного разделения движущихся труб на мерные отрезки, с использованием методов, основанных на анализе пластического течения металла в области очага деформации, учитывая специфику кинематики пильных установок, геометрическую форму инструмента и изделия, температурные характеристики, .

2. Разработка математической модели динамики привода летучей пильной установки, на основе матричного метода построения моделей механических систем, с учетом влияния характеристик электродвигателя пильной установки и ременной передачи.

3. Разработка пакетов прикладных программ для автоматизированного расчета технологических усилий и динамических характеристик привода летучих пильных установок в процессе разделения труб.

4. Разработка рекомендаций по модернизации оборудования пильных установок, обеспечивающих повышение работоспособности, снижение аварийности работы и повышения качества разделяемых труб.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые получены следующие результаты:

- разработана математическая модель высокоскоростного разделения движущегося потока труб на мерные отрезки для определения изменяющейся во времени доли металла, удаляемой каждым зубом пильного диска, в зависимости

от кинематики, траектории движения его центра, от размерных параметров профиля зуба и сечения разделяемой заготовки, а также вычисления суммарного слоя металла, удаляемого изменяющимся количеством зубьев, находящихся одновременно в контакте с заготовкой;

- на основании метода характеристик с использованием линий скольжения получены границы очагов деформации в областях передней и задней граней зубьев режущего диска в зависимости от геометрических параметров профиля зубьев, позволяющие определить характеристики напряженного состояния деформируемого металла и вероятные причины образования дефектов в виде тонкостенного «облоя», обусловленные состоянием пластической области в районе передней и задней рабочих граней зуба;

- на основании кинематики процесса и положений теории пластичности разработаны математические модели определения энергосиловых характеристик быстроходных летучих пильных установок (ЛПУ) кареточного и планетарного типа при разделении на мерные отрезки непрерывно движущейся трубной заготовки, реализованные в виде алгоритмов, программ для ЭВМ и инженерных формул; применение методов, основанных на анализе пластического течения металла в области очага деформации, позволили определить значения силового воздействия на инструмент с учетом высокой скорости деформации, температурных условий процесса, геометрических параметров профиля зубьев, особенностей нестационарного изменения подачи на зуб и количества зубьев одновременно находящихся в контакте с заготовкой;

- полученные значения технологических нагрузок и анализ схем нагружения устройств позиционирования заготовки, разделяемой на мерные участки в линии ЛПУ планетарного типа, послужили основанием для разработки новых устройств, исключающих аварийные ситуации при удалении немерных отрезков;

на основании полученных значений технологических нагрузок разработана обобщенная динамическая модель приводного механизма пильного диска, позволившая установить закономерности изменения в нем динамических

нагрузок с учетом особенности и ограничения тяговой способности применяемой ременной передачи; решение уравнений равновесия для конкретных параметров динамической системы и разработанные номограммы позволили в зависимости от марко-типоразмеров разделяемых труб определить и подтвердить результатами натурных измерений рациональные параметры настройки и усилия предварительного натяжения ремня.

Практическая ценность:

- На базе определения силовых и кинематических характеристик, полученных с использованием предложенных математических моделей, для ЛПУ планетарного типа (ЛПУ - ШЖЮОО), установленной в технологической линии редукционного стана ТПА 30-102, разработан и защищен патентами РФ комплекс технических предложений, направленных на повышение работоспособности и безотказности транспортной части оборудования и снижение расходного коэффициента при прокатке труб.

- для ЛПУ кареточного типа трубосварочного агрегата (ТЭСА 102-377) выполнена модернизация приводного механизма. На основании анализа полученной расчетной модели для определения энергосиловых показателей разработан номографический метод расчета и оборудование контроля натяжения ременной передачи, позволившие многократно увеличить безотказность работы пильной установки.

При получении результатов работы использовались теоретические методы расчетов, основанные на кинематике и геометрии движения рабочих органов пильных установок, теории пластичности металлов, матричных методах решения уравнений динамики; специализированные программные пакеты для ЭВМ; натурные измерения на действующем оборудовании, подтвердившие высокую степень достоверности полученных результатов.

Основные положения работы и отдельные разделы докладывались на XVII конференции молодых ученых (Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2009), XVIII конференции молодых ученых (Екатеринбург, УрФУ, 2010), международной

научно-технической конференции "Трубы 2010" (Челябинск, РосНИТИ, 2010), Шестой международной молодежной научно-практической конференции «Инновационные технологии в металлургии и машиностроении. Уральская научно-педагогическая школа по обработке металлов давлением имени профессора А. Ф. Головина» (Екатеринбург, УрФУ, 2012), IX Конгрессе прокатчиков (Череповец, «Северсталь», 2013), Десятой международной конференции «Современные металлические материалы и технологии» (Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2013).

Результаты работы представлены в 9 публикациях, в числе которых 3 статьи в изданиях из перечня, рекомендованного ВАК.

1. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ АГРЕГАТОВ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ТРУБ НА ХОДУ НА ИХ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И БЫСТРОДЕЙСТВИЕ. ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ области использования и ограничений применения агрегатов для

разделения труб

Трубы получаемые на соответствующих металлургических предприятиях обработкой давлением поставляются заказчикам определенной длины. Для этого в цехах используются установки для разделения труб на мерные участки преимущественно двух типов:

- фрикционные и ленточные пилы для холоднокатаных труб;

- дисковые пилы и ножницы для горячекатаных и сварных труб.

Основным лимитирующим фактором влияющим на темп производства

является время цикла при разрезании труб. При удовлетворительном качестве реза большая длительность операции требует установки ленточных и фрикционных пильных установок вне поточных линий [1]. Стационарные установки для горячего проката существенно удлиняют технологическую линию многоциклового производства и ограничивают производительность линии в целом. В ряде случаев неудовлетворительное качество торцов труб после порезки требует дополнительных отделочных операций, увеличивающих общее время на изготовление готовой трубы.

Некоторые агрегаты, например трубоэлектросварочные станы, либо прокатные станы с большим коэффициентом вытяжки (редукционные станы)

производят изделия с длиной, многократно превосходящей конечные товарные трубы, и не всегда имеют возможность для стационарной порезки так называемой "трубной плети" на мерные длины (например, ограничение длины охладительных столов или стеллажей). В таких случаях применяют так называемые "летучие" установки, в которых плоскопараллельное движение режущего инструмента в направлении движения трубы обеспечивает разрезание трубы на ходу, без остановки процесса.

Установки для разделения длинномерных труб на мерные участки при непрерывном их движении представляют собой комплекс оборудования, включающий помимо основной машины порезки, устройства для синхронизации движения отрезных устройств со скоростью движения труб в смежных агрегатах (проводках, направляющих роликах и т.п.) транспортирующие устройства на входе и выходе из пильной установки, устройства для удаления с технологической линии немерных участков. Надежность такого комплекса определяется быстродействием и безопасностью работы всех названных элементов комплекса. Структурная схема комплекса летучей пильной установки представлена на рисунке 1.1.

Схема комплекса летучей пильной установки

Движитель (труболрокатны

й или трубоэлектросп арочный стан)

Рисунок 1.1- Схема комплекса летучей пильной установки Анализ устройств, входящих в комплекс летучей пильной установки свидетельствует об ограничениях технических возможностей. Это требует дополнительных исследований их технических возможностей и выработки рекомендаций по их совершенствованию.

Первоначально кратко рассмотрим устройства для стационарной порезки труб. Общим для них будет отсутствие таких блоков как устройство для порезки на ходу, а, следовательно, и устройств для измерения и задания скорости, поэтому подобные типы устройств не подходят для мерной резки при высокоскоростной прокатке или сварке длинномерных труб.

На рисунке 1.2 дан общий вид салазковой дисковой пилы, предназначенной для горячей резки профилей и труб.

^ Устройство -измерения скорости Гро/жк или лазррГ"

Измерение скорости трубы

I [

Входная трансмиссия (рольганг или линия охлаждения ТЭСА)

—Задание скорости

1 Устройство для порезки на ходу

Ус тройство

для

удаления немерных труб или обрези '

Выходная трансмиссия (ролыанг)

Приемное ' устройство I готовых труб I (штабелер или | охладительный \ стол)

Приемное устройство немерных труб

и обрези (бункеры или карманы)

Рисунок 1.2 - Стационарная дисковая пила салазкового типа Пила установлена на двух направляющих балках (плитовинах) и может передвигаться по ним при помощи реечного привода от электродвигателя. Скорость и направление подачи (слева-направо либо сверху вниз при вертикальной конструкции) могут быть отрегулированы в зависимости от конструкции пилы и технологического процесса. [2]

Главным преимуществом подобных конструкций является то, что их можно использовать для послойной резки труб, что чрезвычайно увеличивает производительность линии [3]. В таком случае рольганги для подвода оборудованы штабелерами и широкими роликами для перемещения одновременно нескольких труб. Обрезь обычно удаляется, падая под воздействием собственного веса в бункеры расположенные ниже пилы. Несмотря на высокую производительность послойной резки, она невозможна при прокатке труб большой длины (до 50 м) ввиду ограничения длины участков и цехов.

Для резки горячего проката крупных сечений применяют роторные пилы (Рисунок 1.3) [2].

Рисунок 1.3 - Стационарная роторная пила

Центр диска пилы 1 вращается по круговой траектории относительно оси приводного вала рычага-водила 3. Благодаря большой скорости подачи время собственно резания металла составляет 0,2-0,3 с, поэтому пилы подобного типа также называют пилами ударного типа. Цикл одного резания составляет 5-6 с (вместо 15-20 с при резании салазковыми пилами). Таким образом, производительность ударных пил при резке одиночных труб значительно выше, чем салазковых.

Аналогично по конструкции выглядит маятниковая пила (рисунок 1.4), также широко распространенная на металлургических производствах [4].

Рисунок 1.4 - Маятниковая пила Отличием является то, что диск совершает не круговое, а возвратно-поступательное движение по ограниченной дуге окружности - от позиции ожидания к разрезаемой заготовке и обратно. Такие пилы обычно установлены в линиях трубопрокатных установок после отводящих рольгангов основных станов (непрерывный стан, редукционные станы) и используются для мерной порезки труб небольшой длины (до 25 м) и при небольших скоростях прокатки (до 2-3 м/с), а также для отрезки дефектных концов, например, после извлечения оправок непрерывного стана.

Как видно из конструкций ни один тип пил для стационарной резки труб не подходит для использования в линиях высокоскоростной прокатки длинномерных труб и сварки длинномерных труб.

Рассмотрим основные типы агрегатов для порезки на ходу, которые снабжены устройствами для измерения скорости труб и резки труб в движении.

Среди дисковых пил для порезки труб на ходу наиболее простой и широко применяемой является схема так называемого кареточного типа [5], показанная на рисунке 1.5.

Направление дЬижения каретки с диском

Рисунок 1.5 — ЛПУ кареточного типа В данной схеме на каретке 1, перемещающейся в направлении трубы на салазках, установлен пильный диск 2 с приводом 3 (ременным). Зажимные колодки 4, перемещаемые устройством подачи 5, и устройство подачи каретки 6 расположены на тележке 7, которая в процессе резания перемещается в направлении движения трубы 8 с ее скоростью. Таким образом плоскопараллельное движение диска синхронизировано с движением трубы. Скорость каретки задается сигналом с датчиков, определяющих скорость трубы. Скорость подачи диска по направлении к оси трубы регулируется.

Движителем трубы в установках подобного типа обычно выступают трубоэлектросварочные станы продольной сварки, в которых сформированная труба имеет бесконечную длину ввиду того, что заготовочный лист (штрипс) постоянно удлиняется сварным соединением со следующими листами.

Сваренная бесконечная труба покидает участок формовки и сварки со скоростью до 1 м/с. [6] Каретка пильной установки должна двигаться с такой же

скоростью, а устройство подачи пильного диска должно обеспечивать своевременный подвод и отвод диска за время прохождения участка порезки трубой для обеспечения мерной порезки труб. Большие подвижные массы, в сочетании с возвратно-поступательным движением тележки ограничивают применение подобного типа установок трубоэлектросварочными агрегатами, скорости труб в которых не превышают 200 м/мин. В связи с подобными ограничениями установка режет трубы на минимальную длину не менее 3-4 м.

Все трубы являются мерными и удаляются обычным трубным рольгангом для дальнейших операций окончательной отделки.

Отсутствие достаточных сведений о нагрузочной способности агрегатов такого типа и наблюдаемые отказы оборудования при порезке труб диаметрами свыше 200 мм требуют дополнительных исследований зависимости технологических и динамических нагрузок и их учета при совершенствовании конструкций.

Для порезки непрерывно движущихся труб в линиях горячего проката на больших скоростях первоначально широко применялись летучие ножницы [2, 4], однако применение подобного типа устройств ограничено. Во-первых, регулировать длину отрезаемой заготовки можно лишь ступенчато, во время пауз между прокатками и в ограниченных диапазонах, что препятствует отрезанию коротких концов. Во-вторых прямолинейные ножи деформируют концы получаемых труб, и требуются дополнительные операции подрезки на участках отделки.

Летучие пилы планетарного типа для быстроходной порезки горячего проката обеспечивают лучшее качество резания и имеют более гибкую систему регулирования длины при порезке труб. Замена поступательного движения каретки пильных установок кареточного типа на вращательно с плоскопараллельным движением пильного диска существенно снижает динамические нагрузки главного привода и, за счет этого, позволяет увеличить темп порезки до 10 раз при скорости непрерывного поступательного движения

трубной заготовки до 10 м/с, характерной для процессов горячей прокатки труб. [4, 7]

Основными узлами пил летучих планетарного типа первых конструкций (Рисунок 1.6) являлись: главный привод 1, каретка 2, токовоздухоприемник центральный 3, кулак подачи трубы 4, редуктор планетарный 6 и ограждения.

Рисунок 1.6 - Летучая пила конструкции ВНИИМЕТМАШ В основу конструкции пилы летучей, непрерывно вращающейся в горизонтальной плоскости, положен планетарный редуктор, на двух периферийных валах которого смонтированы каретки со встроенными электродвигателями и диском. Каретка, совершая движение по окружности, все

время перемещается параллельно самой себе, что обеспечивается системой планетарных шестерен редуктора.

Режущий диск пилы укреплен непосредственно на валу встроенного электродвигателя.

Подача и подъем трубы перед резом осуществляется посредством кулака, вращающегося в горизонтальной плоскости от тех же электродвигателей, что и планетарный редуктор, через паразитную шестерню и коническую передачу. Кулак выставлен относительно планетарного редуктора пилы таким образом, чтобы режущий диск располагался на оси реза и был совмещен с вырезом на кулаке.

Перед началом реза конец одного из рычагов заводится под трубу, в результате чего при дальнейшем вращении кулака она поднимается на диск. При пропуске реза рычаги при помощи пружин отжаты от кулака и их башмаки располагаются вне зоны прохождения трубы. Башмаки подаются к месту реза под трубу в результате притяжения рычагов электромагнитами, установленными на кулаке.

В состав летучей пилы в условиях поштучной прокатки входят следящие ролики, предназначенные для измерения пути и скорости перемещения прокатываемой трубы. На валу верхнего холостого ролика установлен тахогенератор и два импульсных датчика. Следящие ролики работают как в рабочем режиме, когда через них проходит труба, так и при холостом ходе (когда труба отсутствует). Верхний ролик выполнен подвижным для подъема и опускания до подхода очередной трубы после захода переднего конца предыдущей.

Несмотря на существующие модернизации подобных устройств, связанные в основном с изменением конструкций сопровождающих устройств [8], такая конструкция довольно сложна и разрезание в ней происходит при постоянно вращающихся водилах, следовательно, невозможно отрегулировать длину резания и отрезать короткие концы во время процесса, поэтому конструкция не

нашла широкого распространения на металлургическом производстве, однако стала основой для более современной и распространенной.

Современная летучая пильная установка с подобным видом синхронизации представлена в виде кинематической схемы на рисунке 1.7 [9].

Рисунок 1.7 - ЛПУ планетарного типа фирмы "Kocks" Общая компоновка ЛПУ, соответствующая схеме 1.1, показана на рисунке 1.8 (фронтальный вид).

Рисунок 1.8 - общая компоновка ЛПУ Как видно из рисунка 1.7 конические пары с передаточным отношением 1 обеспечивают плоскопараллельное движение диска. Система датчиков синхронизирует поступательную скорость разрезаемой трубной заготовки со скоростью плоскопараллельного движения диска.

Диск пилы смонтирован непосредственно на двигателе и перпендикулярен разрезаемым трубам. Две пары конических шестерен в плече пилы обеспечивают постоянство угла в 90° при полном обороте плеча пилы.

Плечо пилы и направляющее (поддерживающее) колесо для труб приводятся в движение главным двигателем через редуктор и вращаются с одинаковым количеством оборотов в минуту. Синхронизация по оборотам в минуту с помощью конических шестерен гарантирует, что диск пилы будет всегда входить в направляющее колесо для труб между двумя режущими колодками с каждым оборотом плеча пилы. На направляющем колесе предусмотрен направляющий ролик, по которому труба может перемещаться, когда пила не производит рез.

Датчик горячего металла регистрирует проход переднего и заднего конца трубы перед входом в пилу. Рольганг между станом и пилой регулируется по высоте в зависимости от диаметра труб. Рольганг на входе пилы направляет трубу с рольганга на направляющее колесо. Измерительный ролик, который синхронизирует скорость прокатки со скоростью пилы встроен в рольганг перед пилой. Измерительный ролик поднимается, когда на рольганге нет трубы. Измерительный ролик определяет точную скорость прокатки и, следовательно, скорость подачи трубы.

Система лазерных измерительных устройств, которая расположена за пилой, записывает скорость проходящей трубы, когда конец трубы прошел измерительный ролик, и в этом случае перенимает функцию синхронизации скорости трубы и пилы на себя.

Внутри кожуха, ограничивающего пильную установку, вслед за направляющим колесом размещен промежуточный, так называемый «исчезающий» рольганг и бункер приема коротких концевых обрезков, расположенный ниже уровня пола рядом с пилой. Исчезающий рольганг выполняет функции поддержания и сопровождения отделенных участков мерной длины и кратковременного освобождения области на участке от

поддерживающего колеса до выходного отверстия в кожухе при удалении коротких концевых обрезков («короткой обрези»).

Комплекс высокоскоростного оборудования представленного типа, предназначенный для разделения труб на мерные и немерные участки разной длины создан и передан в производство впервые в мировой практике. Опыт эксплуатации выявил ряд недостатков и отказов, не позволяющих реализовать в полной мере все предполагаемые функции.

Выполнение ЛПУ всех функций разделения труб на мерные и немерные участки требует дальнейшего решения следующих задач:

1. Исследование характеристик нагружения исполнительных органов ЛПУ.

2. Исследование динамических нагрузок на главном приводе машины.

3. Анализ причин отказов в комплексе оборудования, работающего в условиях сверхбыстроходного разделения длинномерной трубной заготовки на участки мерной длины.

4. Обоснование и выработка технический предложений, направленных на безотказную работу оборудования.

Несмотря на лучшие характеристики реза пильных агрегатов кареточного и планетарного типа, по сравнению с ножницами, качество торцов после порезки остается зачастую неудовлетворительным. Имеют место заусенцы (облой), неперпендикулярность торцов труб после резания (косина) (рисунок 1.9). Преимущества безостановочной порезки минимизируются необходимостью включения дополнительных отделочных операций в цикл производства труб.

Рисунок 1.9 - Дефекты труб после порезки на ЛПУ

Такое качество торцов не позволяет производить операции торцевания, необходимые для дальнейшей обработки труб, поэтому устанавливаются дополнительные отрезные станки, что приводит к увеличению расходного коэффициента и снижению технико-экономических показателей работы цехов.

Причиной возникновения «косины» вероятнее всего является рассогласование скоростей движения пильного диска и трубы во время резания.

Причина возникновения облоя видится в изменении величины такого важного параметра резания, как подача во время цикла резания. Для того чтобы найти возможные решения проблемы облоя необходимо изучить основные параметры резания и их изменение в процессе резания.

Для решения проблем качества при порезке электросварных труб на ходу фирмой SMS Meer GmbH была предложена схема, совмещающая преимущества широко распространенного способа "вихревой порезки", при котором режущий инструмент (диски либо фрезы) обходят разрезаемую трубу по периметру (Рисунок 1.10), и возможность порезки труб на ходу [10].

Рисунок 1.10- Схема вихревой порезки труб На рисунке показаны основные направления движения при порезке: вращение инструмента 1, направление обхода трубы инструментом 2, и направление подачи инструмента 3.

В агрегате для порезки труб на ходу (Рисунок 1.11) установка для вихревой порезки с фрезами расположена на подвижной каретке, скорость которой синхронизируется со скоростью трубы, как в установках кареточного типа.

Рисунок 1.11- ЛПУ вихревой порезки

Существуют также отечественные аналоги подобных установок [11], однако, несмотря на высокое качество получаемого торца, подобные агрегаты имеют ограниченное быстродействие (трубоэлектросварка), поскольку имеет место возвратно-поступательно движение больших подвижных масс (привода вихревой порезки (Рисунок 1.11)), а также дорогостоящи и сложны в эксплуатации.

1.2 Обзор основных методик определения энергосиловых параметров

процесса разделения труб

Решение проблемы качества напрямую связано с вопросами энергосиловых характеристик процесса резания дисковыми пилами. Одним из первых, кто применил научно-исследовательские подходы в вопросах горячей резки проката был академик А.И. Целиков, который предложил формулу для определения усилий резания Р на дисковых пилах [12].

р = р.8-к--——, (1.1) V 1000

где р - давление резания (удельное сопротивление резанию), отнесенное к 1 мм2 сечения стружки; его определяют по опытным данным и оно зависит от механических свойств разрезаемого металла, его температуры, скорости резания, формы зубьев диска и т.д.; для ориентировочных расчетов обычно принимается, что р - (40-КЮ) ов, где ов - предел прочности металла при данной температуре резания; 5 - ширина прорези в мм, обычно принимают, что 5 равна ширине диска

плюс 2-4 мм; и - скорость подачи диска пилы, мм/с; V - окружная скорость диска пилы, м/с; к - толщина сечения разрезаемого металла, мм.

В приведенной формуле давление резания определяется как эмпирическая величина, зависящая от множества факторов.

В работе [13] вопрос определения давления резания раскрывается более подробно, с учетом составляющих усилий резания и сопротивления перемещению диска (усилий подачи).

Схема сил, действующих на диски пилы во время резания, использованная в данном исследовании, представлена на рисунке 1.12, где Р0 - усилие радиальное и резания Р - их равнодействующая; Т и А - усилия подачи и вертикальное; Я - радиус диска.

В данной работе, на основании описанных опытов [14], дается попытка с помощью усовершенствованной формулы (1.1) теоретически определить энергосиловые параметры резания.

Процесс резания на пилах, согласно [15], можно отнести к пластической деформации сжатия, с той разницей, что сжимаемый зубом элемент должен быть еще оторван от соседних слоев, на что затрачивается энергия внешних сил. Для

Рисунок 1.12 - Схема сил при порезке проката

решения задачи резания пилами, процесс рассмотрен, как процесс внедрения жесткого штампа (зуба пилы) в пластическую среду.

Описываются выражения для определения работы в случае пластического сжатия и внедрения зуба без учета трения на поверхностях контакта. Так как эквивалентные деформации при сжатии и резании устанавливают из равенства соответствующих удельных работ, то приравнивая значения удельных работ и решая совместно полученные уравнения, с последующим интегрированием автор получает следующее отношение

где кик о - соответственно, толщина слоя до и после деформирования; / и 10 -соответственно, длина пути пройденного зубом и длина стружки.

Т.е. при одинаковых значениях удельных работ, истинная деформация при сжатии в 3 раза больше истинной деформации при резании, на основании чего авторы приходят к выводу, что именно с этой разницей связана так называемая усадка стружки.

Зависимость (1.2) весьма приблизительна, поскольку в действительности толщина стружки, получаемой при резании, может отличаться от толщины срезаемого слоя в 1,5-5 раз в зависимости от углов резания.

Авторы используют следующую формулу для определения скорости пластической деформации при резании

~ ы V у

\ к) \1 )

(1.2)

упд =

(1.3)

где // - время деформирования, с.

',='Л (1.4)

V

Принимая во внимания исследования A.M. Розенберга [16] и В.А. Кривоухова [17], определяется формула для толщины снимаемого слоя

а] = U — cos р, (1-5)

пд -п0

где пд - число оборотов диска в секунду; щ - число зубьев пилы; - шаг зубьев, мм; /? - угол встречи диска с разрезаемой поверхностью (Рисунок 1.9). С учетом (1.5) окончательно выражение (1.3) примет вид

-—L (1.6)

5•и• г • cosр

Данная формула применима лишь для стационарной порезки с постоянными скоростями и не учитывает особенностей кинематики пил при порезке изделий на ходу, а также особенности изделий сложной формы, в частности труб.

В качестве количественного критерия напряженного состояния при резании принимается определение удельного давления р по формуле С. И. Губкина [18]

ґ і ^ 1 5

v 3 /0 j

(1.7)

где Дг - коэффициент Лоде; ¡лі - коэффициент трения зуба, по разрезаемому металлу.

То есть, очевидно влияние коэффициента трения на удельное давление резания, следовательно, при изменении коэффициента трения, значения р и ав

будут существенно различаться. Но всё же в данной формуле не учитывается такой важный аспект как усадка стружки и кинематические составляющие процесса резания: изменение подач в процессе и форма инструмента.

Используя формулы А. И. Целикова [19] и формулы для определения мощностей трения о боковую поверхность и мощности холостого хода, получена формула для определения общей мощности резания

N^ =

рез

ъ-

Кх-F-S 750000

V it л, fдин Л2 • JU-V--

+

750

1,36

(1.8)

где Ki = р + А - суммарное сопротивление резанию, Н/мм2, здесь р -сопротивление пластической деформации при данной скорости и температуре резания с учетом трения стружки о зубья пилы, Н/мм ; А - энергия расходуемая на выброс стружки, Дж/мм ; К2 - коэффициент, учитывающий вид передачи: для безременного привода К2 = 1, для привода с ремнем К2 = 1,2-4,4; F - площадь сечения, разрезаемая в одну секунду, мм2/с; 5 - толщина диска, мм; ц, -коэффициент трения; fdUH - величина колебаний диска вызванная динамикой его вращения; Ъ и с- эмпирические коэффициенты [20].

В подобном подходе недостаточно внимания уделяется кинематическим составляющим процесса резания, не учитывается изменение величин подачи на зуб, глубины резания, не учитывается форма зубьев. Сила трения заготовки и диска определяется на основе колебательных движений диска, в то время как при порезке на ходу прижатие диска к заготовке происходит вследствие имеющего места небольшого рассогласования движений каретки с диском и разрезаемой заготовки, что также необходимо учитывать при расчетах.

Кроме того, мощность, затрачиваемая непосредственно на разделение заготовок не отражает полностью закономерности нагружения линии привода.

Более полную картину, необходимую для оценки динамического поведения системы «изделие - инструмент - передаточный механизм - двигатель» можно получить учитывая основные параметры динамической системы, включая: подвижные массы, жесткости ее элементов, показатели рассеивания энергии колебания, возможность упругого скольжения при наличии ременного привода, механическую характеристику двигателя и др.

Другой подход для определения усилий разрезания представлен в источниках [21, 22, 23, 24, 25, 26].

Данный подход является довольно распространенным для определения усилий резания в технологии машиностроения. Если рассматривать пилу, как разрезную фрезу с цельными зубьями, то формула для определения главной составляющей сил резания - окружной силы Р2 резания, будет выглядеть как

10 ■ Ср ■ Ґ • я?! • Ви ■ г

Ъ----------КМР' (1-9)

И4 -п™

где Ср - коэффициент пропорциональности; х, у, и, ц, м? - эмпирически полученные показатели степеней; ї - глубина резания, мм; - подача на зуб (глубина резания для одного зуба за время его поворота на шаг), мм; В - толщина диска, мм; О - диаметр диска, мм; п - частота вращения диска, об/мин; КМР -поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества разрезаемого материала на силовые зависимости. Согласно данным [21], для обработки углеродистых и легированных марок стали с пределом прочности ав < 600 МПа стальным диском, КМР можно определить по следующей зависимости

КМР =

/ \ 0,35 Г ав Л

750

(1.10)

Применение подобного подхода для быстроходного процесса порезки труб на ходу видится затруднительным. Коэффициенты и показатели степеней

получены на основе экспериментальных исследований процессов фрезерования, а, следовательно, при скоростях гораздо меньших, нежели имеют место при порезке металлургическими пилами. Кроме того, здесь глубина резания является величиной, которую сложно отнести к процессу разрезания движущегося проката, а подача на зуб при такой порезке на пилах меняется в процессе резания.

Как видно, оба представленных выше подхода не придают особого значения влиянию такого немаловажного фактора, как форма зубьев режущего инструмента.

В настоящее время на металлургических летучих пилах используются два основных вида зубьев: "волчий" (Рисунок 1.13а) и треугольный (Рисунок 1.136)

Как видно из рисунка главным отличием является передний угол у, который отрицателен в случае треугольного зуба и положителен в случае "волчьего" зуба.

В работе [28] рекомендуется следующее соотношение между основными параметрами профиля зуба

[27].

а

5

Рисунок 1.13- Формы зубьев летучих металлургических пил

п _

1 тах

ї со 8 а ( у + а) ^

зіп(у + а) V 2 /

(1.11)

к = ґ

с

\ ґ

СОБ у • СОБ а СОБ у ■ СОБ а

8іп(у + а) ) \ ят(у + а)

\

у + а)

Где Ri и Ri тех радиусы впадины зубьев, t - шаг зубьев, у и а - передний и задний углы, h - высота зуба. При этом значения переднего и заднего углов автор рекомендует определять в результате опытно-промышленных испытаний на конкретных режущих установках.

В 2008 году была опубликована серия статей [29-41] посвященная созданию теории процессов резания, названной авторами "новая теория резания", на основании уравнений теории пластичности.

В первых статьях цикла [29-30] дается общее описание исследования и критический обзор существующих методик определения усилий резания. В третьей статье [31] описывается современный подход к теории разрушения под действием пластической деформации.

Метод пластического течения позволяет определять размеры очага пластической деформации, находить относительное гидростатическое давление, необходимое для расчёта возможного разрушения.

В работах B.JI. Колмогорова [42], A.A. Богатова [43], A.B. Воронцова [44] развивается теоретический подход к оценке накопления повреждений при анализе разрушения металлов. При этом условия разрушения Колмогоровым B.JI. представлены в виде выражения

где сор - степень использования ресурса пластичности (параметр повреждений); p(t) - относительное гидростатическое давление; еР - накопленная деформация разрушения в элементарном объеме; - интенсивность скоростей деформации на поверхности разрыва.

В работах A.B. Воронцова упрощается методика теоретического расчета разрушений за счет использования средней за весь процесс величины

(1.12)

относительного гидростатического давления в опасной точке, и по этой величине нахождения с помощью диаграммы пластичности деформации разрушения - еР.

В работе [31] говорится, что теоретический метод прогнозирования разрушений, предложенный Воронцовым прошел широкую экспериментальную проверку применительно к процессам пластической деформации и во всех случаях показал достаточные практические точность и надежность.

Далее речь идет об обосновании и общих положениях нового метода теоретического исследования процессов резания [32] и определении кинематического, напряженного и деформированного состояний обрабатываемой заготовки [33].

В последних статьях исследования A.B. Воронцова, Н.М. Султан-Заде, А.Ю. Албагачиева [34-41] получены расчетные зависимости для определения усилий резания для различных процессов механической обработки, однако случаи резки на металлургических пилах в т.ч. для резки движущегося проката не рассматривался но, как утверждается, предложенная теория универсальна для всех процессов обработки металлов резанием, вне зависимости от направления скоростей подачи и того, движется ли инструмент в направлении заготовки, или заготовка в направлении инструмента. Схема резания подходит для любого переднего угла инструмента. Все зависимости, полученные авторами, также универсальны для различных процессов резания.

Рассмотрим предложенную схему процесса резания (Рисунок 1.14)

к

D

Bl

y/TS

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Маслов, Владислав Сергеевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании исследования особенностей высокоскоростного процесса разделения подвижных труб на ходу на мерные участки с помощью летучих пильных установок непосредственно в технологических линиях трубных станов получены расчетные зависимости и математическая модель для определения изменяющихся во времени основных характеристик резания: глубины внедрения зуба в металл, подачи на зуб, мгновенного объема металла, удаляемого в пределах дуги резания. В результате установлено существенное влияние закона скорости подачи пильного диска и геометрических размеров сечения трубы на нестационарный характер изменения подачи на зуб в пределах цикла разрезания: от начала к концу цикла резания при постоянной скорости подачи пильного диска, характерной для ЛПУ кареточного типа, подача на зуб монотонно снижается до полутора раз, а при переменной скорости подачи (ЛПУ планетарного типа) - до 4 раз. Получен закон изменения мгновенного удаляемого объема металла (на дуге резания), который характеризуется двумя пиковыми значениями: в начале и конце цикла резания. Максимальные пиковые значения мгновенно удаляемого металла зависят от размеров сечения тубы и закона изменения подачи пильного диска и превышают показатели в период движения инструмента в полости трубы в 3-5 раз.

2. Применение методов, основанных на анализе пластического течения металла в области очага деформации при внедрении зуба в металл заготовки, позволило определить силовые воздействия на инструмент с учетом высокой скорости деформации, температурных условий процесса, геометрических параметров профиля зубьев, особенностей нестационарного изменения подачи на зуб и суммарной толщины снимаемого слоя, соответствующего количеству зубьев одновременно находящихся в контакте с заготовкой. Для быстроходной порезки поступательно перемещающейся трубной заготовки круглого сечения получена зависимость для определения окружных сил на рабочей поверхности зуба и полного сопротивления вращению инструмента. В результате получена нестационарная картина изменения нагрузки за период разрезания трубной заготовки с двумя пиковыми значениями, существенно (до пяти раз) превышающими значения суммарных сил резания в середине процесса. Установлена зависимость для закона изменения и пиковых значений суммарных сил резания от геометрических параметров сечения разрезаемой трубы, от скорости вращения пильного диска, среднего напряжения текучести и температуры разрезаемого материала (упрочнение или разупрочнение), от закона подачи режущего инструмента и геометрических характеристик его зуба. Показаны вероятные причины образования дефектов в виде тонкостенного облоя, обусловленные состоянием пластической области в районе задней грани зуба.

3. Получены характеристики нагружения линии привода вращения пильного диска ЛПУ кареточного типа, содержащего ременную передачу. На основании полученных значений технологических нагрузок разработана обобщенная динамическая модель замещения приводного механизма пильного диска, позволившая установить закономерности изменения динамических нагрузок, воспринимаемых валом двигателя. Помимо традиционных характеристик расчетной модели: масс и жесткостей звеньев, диссипации и механической характеристики двигателя введены особенности и ограничения тяговой способности применяемой ременной передачи. Показатели изменения динамических нагрузок положены в основу рационального выбора характеристик настройки ЛПУ, направленных на повышение ее работоспособности.

4. Выполнен значительный объем экспериментальных натурных измерений энергосиловых показателей на ЛПУ кареточного типа в технологической линии трубоэлектросварочного стана для производства прямошовных труб диаметром до 426 мм. Сравнения энергетических балансов теоретического расчета и экспериментальных данных показали высокую точность характеристик, полученных расчетным путем на основании предложенной динамической модели.

5. На базе определения силовых и кинематических характеристик, полученных с использованием предложенных математических моделей, для ЛПУ планетарного типа (ЛПУ - 1Ш81000), установленной в технологической линии редукционного стана ТПА 30-102, разработан и защищен патентами РФ комплекс технических предложений, направленных на повышение работоспособности и безотказности транспортной части оборудования и снижение расходного коэффициента при прокатке труб.

Для ЛПУ кареточного типа трубосварочного агрегата (ТЭСА 102-377) выполнена модернизация приводного механизма. На основании анализа полученной расчетной модели для определения энергосиловых показателей разработан номографический метод расчета и оборудование контроля натяжения ременной передачи, позволившие многократно увеличить безотказность работы пильной установки, избегая потерь мощности и нарушения кинематики резания из-за проскальзывания ремня.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Маслов, Владислав Сергеевич, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников

1. Audel. Machine Shop Tools and Operations, All new 5th Edition / Miller R., Miller M. R. - Wiley Publishing Inc., 2004. - 446 c.

2. Королев А. А. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов / Королев А. А. - М.: Металлургия, 1985. - 376 с.

3. Danieli technology book / Danieli & С. Officine Meccaniche Spa, 2010. - 658 с.

4. Правила технической эксплуатации механического оборудования трубопрокатных установок с непрерывным оправочным станом «30-102» / ВНИИмехчермет. - Днепропетровск: «ВНИИмехчермет», 1981. - 312 с.

5. Летучая режущая установка. Правила технической эксплуатации / Voest -Alpine, Hoesch MFD, 1989, 56 с.

6. Крупман Ю. Г., Лиховецкий Л. С., Семенов О. А. и др. Современное состояние мирового производства труб / Крупман Ю. Г., Лиховецкий Л. С., Семенов О. А. - М.: Металлургия, 1992. - 353 с.

7. Автоматические летучие пилы для труб / «ВНИИМЕТМАШ» - М.: «ВНИИМЕТМАШ», 1974. - 4 с.

8. Патент № 2364479 РФ. Летучая пила для резки труб / Буров А. С., Подольская Е. В., Чекулаев А. В. Бюл. № 23, опубл. 20.08.2009 г.

9. RHS1000-1. Правила технической эксплуатации / Friedrich Kocks GmbH & Со KG, 2000 - 78 с.

10. SMS Meer. Станки и установки для обработки труб / SMS Meer GmbH, 2001. -51 с.

11. Патент № 2363566 РФ. Устройство для резки труб / Кокорев Н. Л., Баранов В. Н., Бедняков В. В. Бюл. № 22, опубл. 10.09.2008 г.

12. Целиков А. И. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т. 3. / Целиков А. И. и др.. - М.: Металлургия, 1988. - 678 с.

13. Соколов Л. Д. Исследование прокатного оборудования / Соколов Л. Д., Гребеник В. М., Тылкин М. А. - М.: Металлургия, 1964. - 489 с.

14. Серегин С. А. Исследование процесса резания и работы пил горячей резки / Труды Сибирского металлургического института. Выпуск 5. Издание СМИ. Сталинск, 1957. -90с.

15. Розенберг A.M., Еремин А.Н. Элементы теории процесса резания металлов / Розенберг A.M., Еремин А.Н. - М.: Машгиз, 1956. - 320 с.

16. Розенберг A.M. Динамика фрезерования / A.M. Розенберг. М.: Советская наука, 1945.-360 с.

17. Кривоухов В. А. Деформирование поверхностных слоев металла в процессе резания / Кривоухов В. А. - Свердловск: Машгиз, 1945. - 92 с.

18. Губкин С. И. Пластическая деформация металлов. Том III. Теория пластической обработки металлов / Губкин С. И. - М.: Металлургиздат, 1961. -306 с.

19. Целиков А. И. Механизмы прокатных станов / Целиков А. И. - Л.: Машгиз, -1946.-272 с.

20. Кузнецов В. Д. Физика твердого тела. В 5 томах. Т. 3. /Кузнецов В. Д - Томск : Красное знамя, 1937-1949

21. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х томах. Т. 2. / Дальский A.M. и др. - М.: «Машиностроение», 2001. - 943 с.

22. Веселовский С. И. Разрезка материалов / Веселовский С. И. - М.: Машиностроение, 1973. -360 с.

23. Макаров А. Д. Оптимизация процессов резания / Макаров А. Д. - М.: Машиностроение, 1976. - 278 с.

24. Вульф А. М. Резание металлов / Вульф А. М. - Л.: Машиностроение, 1973. -496 с.

25. Ящерицын П. И. Теория резания / Ящерицын П. И., Фельдштейн Е. Э., Корниевич М. А. - Мн.: Новое знание, 2006. - 512 с.

26. Atkins Т. The Science and Engineering of Cutting. The Mechanics and Processes of Separating, Scratching and Puncturing Biomaterials, Metals and Non-metals / Atkins T. - Elsevier Ltd, 2009. -413 c.

27. Филлипов И. В. Исследование и разработка путей повышения стойкости и долговечности дисков металлургических пил и улучшения качества реза. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Филлипов И. В. - Харьков: «УКРНИИМЕТ», 1977. - 201 с.

28. Шпак В. И. Оптимизация конструктивных параметров режущей части дисков металлургических пил / Сталь № 9. 1987. С. 108-110.

29. Воронцов A. JL, Султан-Заде Н. М., Албагачиев А. Ю. Разработка новой теории резания. 1. Введение / Вестник машиностроения № 1. 2008. С. 57-67.

30. Воронцов А. Л., Султан-Заде Н. М., Албагачиев А. Ю. Разработка новой теории резания. 2. Состояние вопроса / Вестник машиностроения № 2. 2008. С. 56-66.

31. Воронцов А. Л., Султан-Заде Н. М., Албагачиев А. Ю. Разработка новой теории резания. 3. Современная теория разрушения при пластической деформации / Вестник машиностроения № 3. 2008. С. 54-61.

32. Воронцов А. Л., Султан-Заде Н. М., Албагачиев А. Ю. Разработка новой теории резания. 4. Обоснование и общие положения нового метода теоретического исследования процессов резания / Вестник машиностроения № 4. 2008. С. 69-74.

33. Воронцов А. Л., Султан-Заде Н. М., Албагачиев А. Ю. Разработка новой теории резания. 5. Определение кинематического, напряженного и деформированного состояний обрабатываемой заготовки / Вестник машиностроения № 5. 2008. С. 61-69.

34. Воронцов А. Л., Султан-Заде Н. М., Албагачиев А. Ю. Разработка новой теории резания. 6. Определение основных параметров процесса резания / Вестник машиностроения № 6. 2008. С. 64-70.

35. Воронцов А. Л., Султан-Заде Н. М., Албагачиев А. Ю. Разработка новой теории резания. 7. Математическое описание образования стружки разных видов, пульсации силы резания и параметров контакта обработанной поверхности заготовки с задней поверхностью резца / Вестник машиностроения № 7. 2008. С. 56-61.

36. Воронцов А. Л., Султан-Заде Н. М., Албагачиев А. Ю. Разработка новой теории резания. 8. Методика расчета стружколомов / Вестник машиностроения № 8. 2008. С. 61-68.

37. Воронцов А. Л., Султан-Заде Н. М., Албагачиев А. Ю. Разработка новой теории резания. 9. Практические расчеты параметров резания при точении / Вестник машиностроения № 9. 2008. С. 67-76.

38. Воронцов А. Л., Султан-Заде Н. М., Албагачиев А. Ю. Разработка новой теории резания. 10. Строгание и протягивание / Вестник машиностроения № 10. 2008. С. 71-73.

39. Воронцов А. Л., Султан-Заде Н. М., Албагачиев А. Ю. Разработка новой теории резания. 11. Расчет параметров цилиндрического фрезерования/ Вестник машиностроения № 10. 2008. С. 73-79.

40. Воронцов А. Л., Султан-Заде Н. М., Албагачиев А. Ю. Разработка новой теории резания. 12. Расчет параметров фасонного фрезерования/ Вестник машиностроения № 11. 2008. С. 75-78.

41. Воронцов А. Л., Султан-Заде Н. М., Албагачиев А. Ю. Разработка новой теории резания. 13. Расчет параметров торцевого фрезерования/ Вестник машиностроения № 12. 2008. С. 65-72.

42. Колмогоров В. Л. Напряжения. Деформации. Разрушение / Колмогоров В. Л. - М.: Металлургия, 1970. - 230 с.

43. Богатов А. А. Механические свойства и модели разрушения металлов / Богатов А. А. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2002. - 329 с.

44. Воронцов А. Л. Технологические задачи теории пластичности. В 3 томах / Воронцов А. Л. - М.: Машиностроение, 2006.

45. Кудинов В. А. Динамика станков / Кудинов В. А. - М.: Машиностроение, 1967.-359 с.

46. Вейц В. Л., Коловский М. 3., Кочура А. Е. Динамика управляемых машинных агрегатов / Вейц В. Л., Коловский М. 3., Кочура А. Е. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1984. - 352 с.

47. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. Т. 2 / Под. ред. Челомея В. Н. -М.: Машиностроение. 1979. - 351 с.

48. Харитонов В. В., Соломеин В. А. - Производство труб. Энциклопедия. Электронное издание / ОАО «Первоуральский новотрубный завод», 2008.

49. Макаров Е. Г. - Mathcad: Учебный курс / Макаров Е. Г. - СПб.: Питер, 2009. -384 с.

50. Выгодский М. Я. Справочник по высшей математике / Выгодский М. Я. - М.: ACT: Астрель, 2006. - 991 с.

51. Циркулярная пила горячего распила (RHS) фирмы "Kocks" / Friedrich Kocks GmbH & Co KG, 2000 -5 c.

52. Чечулин Ю. Б., Маслов В. С., Буйначев С. К. Определение параметров высокоскоростной порезки поступательно движущихся труб / Сталь. - 2012., № 9. С. 84-86.

53. Навроцкий Г. А. Холодная объемная штамповка. Справочник / Навроцкий Г.

A. и др. -М: Машиностроение, 1973. - 496 с.

54. Кроха В. А. Кривые упрочнения металлов при холодной деформации / Кроха

B. А. -М.: Машиностроение, 1968. - 131 с.

55. Васин С. А., Верещяка А. С., Кушнер В. С. Резание материалов. Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании / Васин С. А., Верещяка А. С., Кушнер В. С. - М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2001. -448 с.

56. Резников А. Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов / Резников А. Н. - М.: Машиностроение, 1981. - 279 с.

57. Ефимов В. Н. Высокотемпературное упрочнение и разупрочнение / Ефимов В. Н. и др. - Киев: Наукова думка, 1992. - 104 с.

58. Россум Г., Дрейк Ф. J1. Дж., Откидач Д. С. Язык программирования Python / Россум Г., Дрейк Ф. JI. Дж., Откидач Д. С. и др. - Пер. с англ. - М. - СПб.: AHO «Институт логики» - «Невский Диалект», 2001. - 635 с.

59. Лутц М. Изучаем Python / Пер. с англ. - СПб.: Символ-Плюс, 2011. - 1280 с.

60. Бизли Д. - Python. Подробный справочник. Перевод А. Киселева / Пер. с англ. - СПб.: Символ-Плюс, 2010. - 864 с.

61. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин / Артоболевский И. И. -М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1988. -640 с.

62. Свами М., Тхуласираман К. Графы, сети и алгоритмы / Пер. с англ. - М.: Мир. 1984.-455 с.

63. Москаленко В. В. Электрический привод / Москаленко В. В. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 368 с.

64. Hughes А. Electric Motors and Drives. Fundamentals, Types and Applications. / Hughes A. - Elsevier Ltd, 2006. - 430 c.

65. Чечулин Ю. Б., Маслов В. С., Буйначев С. К.. Некоторые вопросы повышения надежности пильных установок при резке поступательно движущихся труб/ Сталь. - 2013, № 5. С. 62-64

66. Маслов B.C., Чечулин Ю.Б., Буйначев С.К. Определение энергосиловых параметров летучей пильной установки / «Труды 10-й Международной научно-технической конференции «Современные металлические материалы и технологии», Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2013, С. 368-372

67. Маслов В. С., Чечулин Ю. Б. Исследование закона движения конца трубы, отрезаемого на летучей пильной установке / Сборник статей «Научные труды 17 Международной конференции молодых ученых», Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2009, С. 298-300.

68. Аппель П. Теоретическая механика. Перевод И. Г. Малкина. Том 3 / Пер. с франц. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960. - 514 с.

69. Маслов В. С., Панфилов А. Ю., Чечулин Ю. Б. Модернизация системы поддержки труб при порезке на летучей пиле / Сборник статей «Научные труды 18 Международной конференции молодых ученых», Екатеринбург, УрФУ, 2010, С. 217-219.

70. Патент № 106854. Опорно-зажимное устройство / Федоров А. А., Чечулин Ю. Б., Трескин В. В., Маслов В. С., Верт В. Ю., Панфилов А. Ю. опубл. 27.07.2011 г.

71. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. Том 3 / Анурьев В.И. и др. - М.: Машиностроение, 2001.

72. Герц Е. В., Крейнин Г. В. Расчет пневмоприводов. Справочное пособие / Герц Е. В., Крейнин Г. В. - М.: Машиностроение, 1975. - 266 с.

73. Патент № 111038. Рольганг для транспортировки труб и удаления немерных отрезков / Чечулин Ю. Б., Трескин В. В., Маслов В. С., Верт В. Ю., Ильин А. Е. опубл. 10.12.2011 г.

74. Чечулин Ю. Б., Маслов B.C., Верт В. Ю., Трескин В. В. Модернизация узлов летучей пильной установки для безаварийной резки движущихся труб / Сталь. - 2012, № 10. С. 69-72.

75. Маслов В. С., Сидоров О. И., Чечулин Ю. Б. Модернизация летучей пилы ТПА 30-102 Первоуральского новотрубного завода / Сборник статей «Труды Международной научно-технической конференции «Трубы 2010», Челябинск, РосНИТИ, 2010, С. 226-230

ПРИЛОЖЕНИЕ А Пример расчета рациональных значений секундного удаляемого объема

для ЛПУ кареточного типа.

Численные значения получены для вариантов порезки труб диаметром 426

мм.

Время необходимое непосредственно для разрезания труб определяется общим объемом удаляемого металла согласно зависимости:

'з*=-> (А.1)

Ч

^-(¿-2 ТПВ

4

где Т- толщина стенки разрезаемой трубы; В - толщина диска пилы.

При полученном в соответствии с (В.1) значении необходимого времени на порезку труб скорость перемещения пильной каретки определится согласно выражению:

Г/у =4, (А.З)

'з

а полное время прямого хода пильной каретки

^ (А.4)

У П

Для трубы 0426x12 длина рабочего

хода каретки — Ьр, соответствующая периоду непосредственной порезки, в соответствии с (2.2) равна

Ьр = 7(700 + 213)2 - (580 - 213)2 - д/(700 - 213)2 - (580 - 213)2 = 515,77 мм Полное перемещение каретки в соответствии с (2.4) имеет значение:

LK =34 + 515,77 + 15 = 564,77 мм

Объем - Q удаляемого металла по выражению л--(4262 -(426-2-12)2)-10

Q = " -V— - —/ / - = j56074ммз = j56074смл

4

При значении секундного объема q - 20 см /с время разрезания трубы

* 156,074

U =-= 7,8 с,

3 20

соответствует скорости перемещения пильной каретки

у - 515,77 _ ^ мм/с 7,8

Для секундного объема q = 22 см3/с - соответственно

* 156,074 __

h = ——— = 7Д 22

515 77 77 7,1

Установленная скорость тележки летучей пилы равна скорости сварки VT = 20 м/мин = 333,33 мм/с. Полное время прямого хода пильной каретки, включая подвод пильного диска и выход за пределы разрезанной трубы, при q = 20 см3/с

564,77 осс ооД

а при q = 22 см3/с, соответственно t36 = 7,78 с.

Определение минимальной длины разрезаемых на меру труб диаметром 426 мм и соответствующего минимального значения секундного объема выполнено в соответствии с параметрами закона движения, указанными в технической документации на летучую режущую установку.

Ниже представлен расчет промежутков времени для отдельных переходов.

1. Тележка движется с равномерным ускорением от 0 до синхронного хода за время ¿/=0,386 с, за это время проходится расстояние

^ = 0,5 • Ут ■ = 0,5 • 333,33 • 0,386 = 64,33 мм 2. Зажим трубы: = 0,5 с

= Ут ■ г2 = 333,33 • 0,5 = 166,67 мм

3. Резка пилой а) д = 20 см3/с

б) д = 22 см3/с

= УТ^2 = 333,33 • 8,55 = 2850 мм

53б =УТ-Ь= 333,33 • 7,78 = 2593 мм

4. Ослабление зажимных колодок за ^ = 0,4 с

54 = Ут • г2 = 333,33 • 0,4 = 133,33 мм

5. Ускорение отрезанной трубы и повторное кратковременное ускорение пильной тележки ¿5 =0,5 с

= Ут ■ = 333,33 • 0,5 = 166,67 мм

6. Отвод пильного диска со скоростью У0 - 350 мм/с

Б6 =УТ ■ — = 333,33 • = 537 87 мм

6 г 350

7. Торможение пильной тележки, аналогично ускорению ^ = ^

£7 = 0,5 -Ут-Ц= 0,5 • 333,33 • 0,386 = 64,33 мм

8. Общее перемещение тележки при скорости сварки Ут = 20 м/мин и секундном объеме разрезаемого металла д = 22 см3/с

7

¿>£ = = 3731 мм

/=1

при допускаемом перемещении пильной тележки /57=3890 мм и максимально возможном ее перемещении 4180 мм, а при д = 20 см/с - соответственно,

7

=3988 мм, что превышает допустимое значение. Соответственно при

/=1

о

заданной скорости сварки секундный объем не должен быть меньше 22 см /с. Аналогично выполняется расчет для других типоразмеров труб.