Для прямого хода клети

а)

б)

для обратного хода клети

при R_ш>R_гр.x

при но

где

при (очаг деформации состоит только из зоны отставания)

Полученные формулы дают удовлетворительное совпадение с экспериментальными данными. Так, например, для случая прокат­ки труб из стали Х18Н1ОТ по маршруту:

108x6,5—70x3,5 мм на стане ХПТ=75 и подаче m =9 мм рас­четные и экспериментальные данные приводятся в табл. 1.

Таблица 1.

Расчетные и экспериментальные данные

Ход клети	По формулам (87) и (91)			По экспериментальным данным
	сечение I	сечение II	сечение III	сечение 1	сечение II	сечение III
прямой ход	5600	8560	10600	5000	10000	12000
обратный ход	8500	3500	1 200	5000	2100	—

Расчетные значения определялись при следующих данных

f₀ = 0.10; f_k = 0,08; к_φ = 0.5; R_ш = 189 мм.

Приближенно величину осевых усилий можно определить, ис­пользуя выражения для определения продольных напряжений (52,62). Для этого следует определить сумму всех продольных напряжений по поперечному сечению рабочего конуса:

где F₁ и F₂ — соответственно площади поперечного сечения

заготовки, соответствующие зоне опережения и зоне отставания, а σ'_x и σ"_x — продольные напряжения, действующие в этих зонах.

В работе [9] рекомендуется для определения осевых усилий

прокатки следующая формула:

в этом выражении

Θ₁ — угол охвата трубы в калибрах:

Параметр а при расчетах принимается в пределах 0,95 - 1,01. Формула (93) получена из расчета соотношения между площадями зон отставания и опережения.

Получение точных аналитических выражений для определения осевых усилий это только часть задачи, стоящей перед исследовате­лями процесса. Главным же образом, задача исследования осевых усилий заключается в изучении факторов, определяющих величину последних, и в максимально возможном уменьшении величины осе­вых усилий, что очень важно для ведения процесса холодной прокатки труб. Одним из таких факторов, позволяющих уменьшить величину осевых усилий, является уменьшение коэффициента трения между рабочим инструментом и деформируемым металлом. Умень­шение коэффициента трения может быть достигнуто за счет приме­нения новых покрытий и смазок с большими антифрикционными свойствами, а также за счет более тщательной подготовки поверх­ности рабочего инструмента, доведения ее чистоты до 9 — 10. Выполнение этих мероприятии позволяет в 2 - 3 раза уменьшить величину осевых усилии.

Большое влияние на величину осевого усилия оказывает вели­чина развала ручья. Увеличенное значение развала приводит к большей овализации рабочего конуса и к увеличению максимально­го значения осевого усилия при обратном ходе клети. Поэтому пра­вильное определение величины развала ручья является одним из факторов, позволяющих правильно вести процесс.

Уменьшение развала калибра приводит к уменьшению осевых усилии. В частности, при введении двойного поворота появляется возможность уменьшения необходимой величины развалки благода­ря тому, что при повороте рабочего конуса перед прямым ходом большая ось овала располагается вертикально или под некоторым утлом к вертикали. В свою очередь уменьшение осевых усилий при обратном ходе уменьшает «напрессовку» рабочего конуса на оправ­ку и, следовательно, вызывает уменьшение усилия срыва трубы с оправки. При этом следует отметить, что условии работы механиз­ма подачи и поворота, с одной стороны, облегчаются за счет сни­жения осевых усилий, а с другой стороны, для выполнения допол­нительного поворота механизм поворота должен работать интен­сивней в два раза, что приводит к увеличению его износа.

Экспериментальные исследования влияния двойного поворота на стане ХПТ = 2¹/₂” показали, что при прокатке труб с двойным по­воротом величина полного давления снижается па 8 -12%, а осевое усилие почти в два раза.

Наиболее существенное, уменьшение величины осевого усилим можно получить посредством применения ведущих шестерен с опти­мальным радиусом начальной окружности.

Если определить радиус начальной окружности ведущей валко­вой шестерни из условия равновесия горизонтальных проекций сил, действующих в очаге деформации, т.е. Q_пр=0 и Q_обр =0, то результаты расчета позволяют сделать следующие выводs^

1. по длине ручья калибров R_щ – величина переменная

2. радиус начальной окружности ведущей шестерни для обратного хода клети на 5-10% меньше, чем для прямого хода.

Наиболее простым решением можно считать установку на станах ХПТ ведущей шестерни со средним для прямого и обратного ходов радиусом начальной окружности. На практике это достигается применением нескольких комплектов ведущих шестерен для одного стана, причем каждый комплект шестерен является оптимальным только для определенной части сортамента. Поэтому целесообразна специализация станов для прокатки труб определенного диаметра.

В качестве примера применения ведущих шестерен различного размера могут служить станы ХПТ = 75 и ХПТ = 250. Для первых применяются ведущие шестерни с числом зубьев: z = 27, 28, 29, что соответствует диаметру начальной окружности 378, 392, 406 мм, для второго с диаметрами начальной окружности 680 мм и 720 мм.

Идеальным решением было бы создание конструкции, обеспе­чивающей переменный радиус, как по длине хода, так и отдельно для прямого и обратного ходов клети. Решение такой сложной за­дачи из-за конструктивных трудностей в настоящее время не пред­ставляется возможным. Поэтому полного устранения осевых уси­лий пока не удается достигнуть. Для уменьшения же осевых уси­лий работы проводятся в двух направлениях:

1. Перемещение реек.

2. Применение некруглых ведущих шестерен.

Касаясь первого направления, следует отметить, что из всех попыток, предпринятых для осуществления передвижения реек, первые обнадеживающие результаты получены при применении устройства для передвижения реек на стане ХПТР 15 = 30. Это устройство спроектировано ВНИИМЕТМАШ и является довольно-таки сложным.

Применение некруглых ведущих шестерен получило большее развитие.

На некоторых станах для компенсации изменения катающего радиуса применяются ведущие шестерни, выполненные по логариф­мической спирали р = al^kφ. Отличительной особенностью этой кривой является то, что касательная к любой точке привой обра­зует с ней постоянный угол о. (1< = с!§ а . Иными словами, для ведущих • шестерен, выполненных по закону логарифмической спирали, требуется прямолинейная наклонная рейка. Од­нако отсутствие специальных станков для нарезания некруглых шестерен и сравнительно малая точность при изготовлении некруг­лых шестерен на обычных фрезерных станках с помощью делитель­ной головки ограничивают применение этих шестерен.

Наиболее простым способом изменение радиуса ведущей шес­терни достигается при применении обычных цилиндрических шес­терен с эксцентричной установкой их на шейке валка [13]. На рис. 23 изображена рабочая клеть с эксцентричными ведущими шестернями 1, наклонными рейками 2 и регулировочными клиньями 3.

Предложенная установка эксцентричных ведущих шестерен учитывает, что угол разворота валков для всех типоразмеров ста­нов мало отличается от 180°. При этом изменение радиуса качения происходит на величину двух эксцентриситетов - 2 l. Для этого валки стана устанавливаются таким образом, чтобы началу рабочей зоны соответствовал минимальный радиус качении равный (R₀ - l). Отсюда вытекает, что необходимый эксцентриситет шестерен определяется как (где - изменение среднего катающего радиуса по длине клети для одного или группы маршрутов прокатки).

Понятно, что при применении эксцентричных шестерен возрас­тает целесообразность специализации станов. Установка эксцент­ричных ведущих шестерен нарушает прямую пропорциональную за­висимость между углом, поворота шестерни а_x и перемещением клети «х». Поэтому в случае применения эксцентричных ведущих шестерен необходимо производить корректировку калибровки ра­бочего инструмента. Однако в результате проведенных экспериментов было установлено, что при корректировке отпадает, т. к. в этих случаях заметного ухудшения распределения вертикального давления при применении калибров, рассчитанных для обычных ведущих шестерен, не наблюдается.

Если же , то необходимо производить корректировку

калибровки рабочего инструмента. Удобней всего следует коррек­тировку калибровки производить, не изменяя положения контроль­ных сечений, а изменяя значения глубины ручья в них.

Связь между „a_x" и „х" устанавливается двумя выражения­ми: одно из

них позволяет определять a_x с достаточной степенью точности до порядка 0,6 радиан:

При больших значениях a_x его величина определяется гра­фически по следующей зависимости:

Текущее значение радиуса качения эксцентричных шестерен R_ш._x. (при условии, что α = 0 этот радиус равен (R₀ — l)) опре­деляется выражением:

В соответствии с изменением радиуса эксцентричных шестерен должен изменяться и профиль рейки. Практика работы станов с эксцентричными ведущими шестернями показывает, что при не­больших значениях эксцентриситета допустима установка прямолинейных наклонных реек. Если угол поворота значительно больше 180°, рейки выполняются более сложной

формы (рис. 24).

Экспериментальное исследование процесса прокатки в связи с применением эксцентричных шестерен проводилось на станах ХПТ = 75 и ХПТ = 55.

На стане ХПТ = 75 эксперименты были проведены при установ­ке ведущих шестерен с диаметром начальной окружности 378 мм (число зубьев — 27) и эксцентриситетом l =7 мм. Такие шестер­ни рациональны для прокатки труб диаметром 68 — 80 мм из заготовки 108-121 мм. Определение силовых параметров произво­дилось при прокатке труб из стали Х18Н10Т по маршрутам:

108x6,5 — 76x3,5 мм

108x6,5 — 76x2,5 мм

108x6,1—80x3,1 мм.

Из всех измеряемых параметров: вертикальных и осевых усилий, усилий в шатунах, моментов сил упругости на ведущем ва­лу кривошипного узла, наибольший интерес представляют исследо­вания осевых усилий. На рис. 25 представлены осциллограммы осе­вых усилий при прокатке труб по первому из указанных маршру­тов при подачах 3 и 9 мм.

Из этих осциллограмм видно, что максимальное осевое усилие при прокатке с обычными ведущими шестернями составляет 16,5 т, а при прокатке с эксцентричными шестернями — 9,75 т или 39% от первой величины.

При прокатке труб по маршруту 108x6,1 —80x3,1 эффект сни­жения осевых усилий при установке эксцентричных шестерен был несколько меньше. Это объясняется тем, что при диаметре труб 80 мм естественный и «принудительный» катающие радиусы меньше отличаются по длине хода клети, чем при прокатке труб диа­метром 76 мм.

Экспериментальные исследования на стане ХПТ-55, для кото­рого были изготовлены ведущие шестерни 336 мм с числом зубьев z = 24 и эксцентриситетом l = 7 мм показали, что при прокатке труб из стали Х18ВН10Т по маршруту 68x4,0 — 32x1,8 и из стали 1Х2М по маршруту 68x6,5 — 32x3,5 осевые усилия умень­шаются на 22-27%. Естественно, что с уменьшением диаметра прокатываемых труб до 25 мм эффект от применения эксцентрич­ных шестерен будет увеличиваться.

Рис. 25. Осциллограммы осевых и вертикальных усилий при прокатке труб из стали Х18Н10Т по маршруту 108x6,5 — 76x3,5

_______ обычные шестерни

— — — эксцентричные шестерни.

Анализ результатов работы станов с применением эксцентрич­ных ведущих шестерен показал, что применение последних значи­тельно улучшает общие показатели протекания процесса: умень­шается произвольное перемещение рабочего конуса в процессе прокатки, уменьшается налипание металла на валки и оправку, улучшается качество поверхности, повышается производительность как за счет увеличения подачи, так и за счет уменьшения текущих простоев стана. При этом стоимость комплекта эксцентричных шес­терен и наклонных реек не намного превышает стоимость обычных шестерен и реек, так как при изготовлении эксцентричных шестерен требуется всего одна дополнительная операция: расточка эксцентричного отверстия после нарезки зубьев.

Следует также отметить, что срок службы зубчатой пары на­клонная рейка - эксцентричная шестерня превосходит срок служ­бы зубчатой пары с обычными шестернями.

В заключение необходимо еще раз подчеркнуть, что примене­ние эксцентричных ведущих шестерен повышает целесообразность специализации станов по сортаменту прокатываемых труб. Поэто­му весь сортамент труб следует распределить между станами, ос­нащенными обычными и эксцентричными ведущими шестернями. обеспечивая их рациональную загрузку.