Скорости волочения на 4-х передачах волочильного стана

Передачи	I	II	III	IV
Скорости волочения, м/с	1.167	1.633	2.417	3.367

Напряжение волочения вычисляем, разделив усилие волочения на конечную площадь сечения F_к:

, (2.8)

где конечное сечение заготовки

. (2.9)

Зная мощности и скорости волочения, можно также определить такой характерный энергосиловой показатель, как удельную работу деформации, т.е. затраты энергии на единицу массы металла в процессе его волочения:

, (2.10)

где ρ = 7,8 кг/м³ – плотность металла.

З а д а н и е

1. На каждой скорости стана v_i (табл.2.2.) измерить токи холостого хода I_ХХ.

2. На каждой скорости стана v_i измерить рабочие токи I_i при волочении.

3. По ф-ле (2.1) для каждой скорости стана v_i вычислить полную потребляемая из электросети мощность N_i.

4. По ф-ле (2.5) для каждой скорости стана v_i вычислить мощность холостого хода N_ХХ.

5. Пользуясь кинематической схемой стана (рис.2.1) и данными табл.2.1., по ф-ле (2.4) вычислить к.п.д. волочильного стана.

5. Для каждой скорости стана v_i по (2.6), (2.7) и (2.8) вычислить мощность, затрачиваемую на процесс волочения, усилие и напряжение волочения.

6. Для каждой скорости стана v_i по (2.10) вычислить удельную работу деформации при волочении.

Оформление отчета

1. Привести основные понятия и расчётные формулы.

2. Описать порядка проведения экспериментов, средств и методов измерений.

3. Привести расчёт к.п.д. стана. Данные оформить в виде такой таблицы:

Передачи стана	I	II	III	IV
Скорости волочения, , м/с
Токи холостого хода, , А
Рабочие токи, , А
Мощности холостого хода, , кВт
Рабочие мощности, , кВт
Мощности процесса волочения, , кВт
Усилия волочения,  , кН
Напряжения волочения, , МПа
Удельная работа деформации,  , Дж/кг

4. Построить диаграммы зависимостей напряжения волочения и удельной работы деформации от скорости волочения.

5. Произвести анализ результатов и сделать выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Какими факторами определяется общая погрешность при определении напряжения и усилия волочения по расходу энергии?

2. По какой формуле определяется потребляемая волочильным станом из трехфазной электросети мощность? Почему в ней есть ? Что такое «коэффициент мощности» и как узнать его точное текущее значение?

3. Предложите более точный метод определения напряжения и усилия волочения по расходу энергии. Что необходимо для его осуществления? Как оно работает?

4. Как можно определит мощность процесса волочения и усилие волочения?

5. Зависит ли мощность холостого хода от скорости, на которую установлена коробка скоростей стана? Если да, то как?

Лабораторная работа № 3. Определение усилий при волочении с помощью механических датчиков

Цели работы: получить представление о методах непосредственного измерения энергосиловых параметров; научится определять усилия волочения с помощью прогибных датчиков натяжения; выявить влияние противонатяжения на усилие волочения.

Теоретические основы

Для полного определения силовых условий процесса волочения (рис.3.1) необходимо знать 3 величины: усилие волочения P, противонатяжение Q и осевую реакцию волокодержателя M. В виду их простой взаимной связи достаточно экспериментально определить какие-либо 2 из них:

. (3.1)

Рис. 3.1. Усилия, возникающие при волочении проволоки: P – усилие волочения; M – реакция волокодержателя, Q – противонатяжение.

Метод определения сил волочения по расходу энергии (л.р. № 2) прост, но недостаточно точен, и может применяться только для предварительной оперативной оценки экспериментальных результатов.

Более точные и надёжные результаты дают методы непосредственного измерения усилий. Контроль усилия, реакции волоки и противонатяжения легко можно осуществить, если в качестве экспериментального волочильного стенда использовать испытательную машину [1, с.398]. Но условия процесса, в частности, скорость и температура, при этом весьма далеки от промышленных.

Непосредственное измерение сил волочения может быть произведено с помощью механических и гидравлических динамометров.

Механические динамометры содержат упругий элемент, деформирующийся под действием измеряемой силы, и механический индикатор перемещения, регистрирующий эту деформацию. Таким образом, действие механических динамометров основано на законе Гука. Ввиду больших значений измеряемых сил, рабочие элементы подвергаются не растяжению, а деформациям изгиба и сжатия (рис.3.2.).

Рис. 3.2. Механический динамометр Пальмова.

В гидравлических динамометрах давление, действующее на волоку, передаётся поршню, а давление в масляном цилиндре регистрируется манометром (рис.3.3.).

Рис.3.3. Гидравлический динамометр Бабчина

Между волокой и волокодержателем можно установить электромеханический датчик, в котором упругая деформация вызывает изменение определённых электрических параметров – индуктивности, ёмкости, сопротивления и т.п. Чаще всего применяются проволочные датчики сопротивления, наклеиваемые на поверхность специальной нагружаемой втулки (месдозы) или непосредственно на конструктивный элемент стана, передающий усилие. Такие датчики называются тензометрами.

Использование электромеханических датчиков требует наличия соответствующей измерительной электроаппаратуры.

Используются также полупроводниковые тнзодатчики. Их высокая чувствительность, а также значительные величины характеристик выходного сигнала позволяют избавиться от усилителей. Полупроводниковые датчики выдерживают большие ударные нагрузки и вибрацию.

Но наиболее простыми, дешёвыми и доступными представляются прогибные датчики натяжения проволоки, которые могут быть изготовлены своими силами. Действие их основано на зависимости прогиба проволоки, возникающего под действием некоторого фиксированного бокового усилия, от её натяжения. В конструкции такого датчика используется механический индикатор перемещения, два опорных и подвижный нагрузочный ролики, система рычагов для передачи усилий и их подвески, набор грузиков (рис.3.4).

а)

б)

Рис. 3.4. Устройство для измерения усилия натяжения проволоки по её прогибу под действием бокового усилия: а – общая схема; б – вид вдоль линии протяжки: 1 – проволока (катанка); 2 – опорные ролики; 3 – нагрузочный ролик; 4 – нагрузочный рычаг; 5 – подвеска; 6 – груз; 7 – индикатор перемещения; 8 – опорный шарнир.

Усилие натяжения проволоки удобнее определять следующим образом.

В зависимости от приложенной нагрузки, которая определяется выбранным из набора грузиком и соотношением плеч нагрузочного рычага, снимается показание индикатора, фиксирующего вызванный нагрузкой прогиб проволоки; затем, по соотношению величин нагрузки и прогиба, определяют искомое натяжение. При этом, чтобы исключить возможность появления значительных неточностей из-за влияния изгибов проволоки на роликах и изменения базовых длин отклоняемых участков, грузики следует подбирать так, чтобы прогиб был мал по сравнению с базой, т.е. расстоянием между опорными роликами и мог бы быть измерен индикатором с требуемой точностью. Например, при базовой длине 1 м величина прогиба может выбираться в пределах от 2 до 5 мм.

При изгибании проволоки на роликах, если прогиб велик, возникающие в проволоке напряжения изгиба будут принадлежать пластической области и на эти изгибы нужны будут затраты энергии, поэтому само натяжение проволоки уже изменится и мы будем измерять уже не ту, а бóльшую величину.

Определим зависимости между натяжением, боковой нагрузкой и величиной прогиба. Расчётная схема устройства показана на рис.3.5.

Рис. 3.5. Схемы устройства для измерения натяжения катанки – геометрическая и силовая.

Пусть натяжение катанки на исследуемом участке P, а расстояние между опорными роликами A, B в осях (база) L. Под действием боковой нагрузки N нагрузочный ролик C из положения D смещается на величину прогиба h. Так как дополнительными усилиями на изгибание проволоки при малых прогибах можно пренебречь, считаем, что на участках AC и CB также действует натяжение P. Приравнивая значения тангенса угла отклонения проволоки от линии протяжки CAD, полученные из подобных треугольников ACD и соответствующего треугольника сил, получим уравнение

, (3.2)

где – проекция усилия P на ось протяжки АВ.

Произведя преобразования, получим зависимость

. (3.3)

Необходимо учесть то, что, например, при базе L = 1 м и величине прогиба h = 1 мм = 10^-3 м значение подкоренного выражения достигает 10000, и вторым слагаемым, равным единице, можно пренебречь. В таком случае, упрощая, получим расчётную зависимость

. (3.4)

Задавая в (3.4) величину боковой нагрузки N и последовательно придавая прогибу h значения 1, 2, ... 6 мм, вычисляем соответствующие значения натяжения P, заполняя таблицу 3.1.

Таблица 3.1.

Значения натяжения проволоки P, прогиба h, в зависимости от боковой нагрузки N и прогиба h при базовой длине L = 1 м

N, ньютоны	N`, ньютоны	h, (10-3 м)
		1	2	3	4	5	6
100	...	25000	12500	8333	6250	5000	4167
200	...	50000	25000	16667	12500	10000	8333
300	...	75000	37500	25000	18750	15000	12500
400	...	100000	50000	33333	25000	20000	16667

По данным таблицы строим номрграмму…

Рис. 3.6. Вид номограммы для определения натяжения проволоки P в зависимости от бокового усилия N и величины прогиба h.

З а д а н и е

1. С помощью прогибного датчика натяжения определить натяжение проволоки, необходимое для её протяжки через окалиноломатель и устройство абразивно-порошковой очистки катанки от окалины (процесс волочения обеспечивает преподаватель и персонал лаборатории; студенты наблюдают работу линии и датчика, снимают показания индикатора, при остановленной протяжке определяют вес грузов и, если необходимо, меняют их, определяют натяжение по номограмме).

2. Во 2-й графе таблицы указываем значения веса груза N', обеспечивающего боковое усилие N с учётом соотношения длин плеч нагрузочного рычага.

3. По данным табл.3.1. строим номограмму (пример номограммы – рис.3.6).

4. Рассчитать и построить номограмму для определения натяжения проволоки в зависимости от бокового усилия и величины прогиба для датчика с базовым расстоянием L = 50 · 7n, мм, где n – номер студента в списке подгруппы. Подобрать удобную величину грузов.

Оформление отчёта

В отчете должно быть представлено:

 известные типы датчиков усилий, используемых для исследований процесса волочения и их краткие характеристики;

 массы грузов и показания индикатора;

 копия тарировочной номограммы со схемой определения усилия;

 результат – определенное значение натяжения;

 расчётная схема рассчитываемого датчика в двух видах (вдоль и поперек оси волочения) с обозначенными параметрами;

 расчёт датчика с подбором грузов;

 номограмма.

Контрольные вопросы

1. Какие методы и инструменты для измерения усилий при волочении вы знаете?

2. Что такое месдоза?

3. В чём принцип работы прогибного датчика натяжения проволоки?

4. Почему прогибы проволоки при измерении её натяжения должны быть малыми? Почему не слишком малыми?

5. Какой в реальности выбирают величину прогиба при измерении усилия волочения?

Лабораторная работа № 4. Определение величины коэффициента контактного трения при волочении

Цель работы: изучить методику определения коэффициента контактного трения при волочении и научиться ею пользоваться, получить представление о влиянии коэффициента контактного трения на усилие и сам процесс волочения.