Общий случай прокатки

Различные условия прокатки полосы (в двух или нескольких валках, одинаковых или различных диаметров, цилиндрической или другой формы, в холодном или горячем состоянии, при отсутствии или наличии внешних сил, равномерном или неравномерном движении, постоянной или непостоянной температуре и пр.) создают различные зависимости между основными явлениями процесса и, следовательно, влияют на взаимодействие сил, величину давления и положение равнодействующей.

Чтобы выявить влияние указанных факторов на взаимодействие сил в разных случаях прокатки, рассмотрим простой или общий (идеальный), случай процесса деформации.

В общем случае прокатка ведется на гладких валках цилиндрической формы, имеющих одинаковые диаметры и окружные скорости при однородном материале прокатываемой полосы, равномерном ее движении и постоянной температуре.

Схема взаимодействия сил между полосой и валком, разобранная нами выше (фиг.92), или между полосой и обоими валками (фиг.93) может быть значительно упрощена.

От верхнего валка на полосу действуют равнодействующая радиальных давлений R и равнодействующая касательных усилий Т , от нижнего – равные первым и противоположно направленные силы R и Т (фиг.93, а).

Равномерное движение полосы при установившемся процессе прокатки аналогично плоскому движению твердого тела, подчиненного по законам механики трем условиям равновесия сил:

(99)

Проектируя силы, действующие на полосу, на направление ее движения, получаем

или:

(100)

Исходя из условий симметричности и , уравнение (100) можно написать так:

(101)

Отсюда можно сделать вывод, что равнодействующая сил и , представляющая общее давление валка на полосу, направлена параллельно линии .

Фиг. 93. Взаимодействие сил (а) между валками и полосой при установив­шемся процессе прокатки и сведение их к парам (б)

Из рассмотренного выше взаимодействия сил между валком и полосой, а также, учитывая второе условие равновесия (), легко убедиться в том, что равнодействующая общего давления прокатываемого металла на валки направлена по вертикали (фиг.93, а и б).

В подтверждение третьего условия равновесия () вос­пользуемся аналогичным ему выражением суммы моментов радиальных давлений и касательных усилий, сведенных к парам и имеющих взаимно противоположные направления:

Крутящему моменту двигателя (98), преодолевающему силы тре­ния, в нашей системе равен момент пары сил (97), направленный в противоположную сторону:

(102)

Как уже упоминалось выше, момент этой пары сил получается, если в точке на оси верхнего валка приложить две равные и направленные в противоположные стороны силы Р. Первая, — направленная вниз, образует с силой Р пару с плечом а, вторая, — направленная вверх, оказывает вертикальное давление на подшипники (боковое дав­ление отсутствует).

Таким образом при установившемся процессе прокатки (общий случай) и горизонтальном положении осей валков равнодействующая давления металла на валки направлена вертикально, параллельно ли­нии центров, а сумма горизонтальных сил равна нулю.

В действительных условиях ряда прокатных производств (сорто­вое, листовое, холодная прокатка, трубопрокатное, колесобандажное и др.) и при различных конструкциях станов могут иметь место от­ступления от общего случая, при которых равнодействующая общего давления металла на валки уже не направлена вертикально и подшип­ники валков подвергаются боковым давлениям.

К таким случаям необходимо прежде всего отнести:

а) В сортовом и листовом производстве: неравномерное движение полосы (реверсивные станы), наличие только одного приводного валка при втором холостом (жестекатальные станы дуо), вращение валков с разными окружными скоростями (в сортовых станах при наличии верх­него или нижнего давления), неравномерность температуры и т. д.

б) При холодной прокатке: натяжение полосы (реверсивные ста­ны, станы Штеккеля), перемещение валков в плоскостях, имеющих наклон (станы Краузе).

в) В трубопрокатных станах (прошивных, раскатных, отделоч­ных): различное положение валков (Маннесман, Штифель), их форма (пильгерные) и работа на конических насадках (Рокрайт).

г) В колесопрокатных и бандажных производствах (главные и эджерные валки) —работа на валках различных диаметров (подобно станам трио Лаута) и формы (конические); в станах для прокатки бесшовных барабанов (Рекнера) имеет значение также различие меж­ду величинами диаметров валков, их формой и расположением.

д) При бесслитковой прокатке — неравномерность температуры по­лосы и особое положение валков (оси валков находятся в горизон­тальной или слегка наклонной плоскости).

Как для установившегося процесса (общий случай), так и для дру­гих случаев прокатки имеет также некоторое значение опережение ме­талла, оказывающее влияние на перемещение точки приложения рав­нодействующей общего давления металла на валки.