Глава VII.

ДИСКОВЫЕ НОЖНИЦЫ И ПИЛЫ

2. Назначение

Дисковые ножницы применяют для обрезки кромок у широких полос и резки этих полос вдоль на несколько узких (роспуска).

Для получения качественной резки (прямой рез без заусенцев) дис­ковые ножи устанавливают с радиальным перекрытием Д = 1—2 мм (чем толще полоса, тем меньше перекрытие ножей); при h>W мм применяют отрицательное перекрытие и с небольшим боковым (гори­зонтальным) зазором б = (0,05—0,08) h (при резании полосы толщиной <0,2 мм ножи устанавливают плотно, без зазора). Толщину диска применяют в пределах 0,06—0,1 D. Ножи изготавливают из хромо­вольфрамовой стали марки 5ХВС с твердостью после термообработ­ки 60 HRC; угол заострения ножей принимают 90° (ножи строго ци­линдрические).

Если центры дисковых ножей будут установлены в вертикальной плоскости (рис. VII. 1,а), то полоса на выходе из ножей будет изги­баться вверх (хотя и незначительно), а обрезаемая боковая кромка пойдет сначала горизонтально, а потом вниз (под собственной тяже­стью). Для того чтобы полоса после резания выходила прямо, верхний нож смешают по направлению ее движения относительно нижнего но­жа (рис. VII.1,6); обрезаемая кромка будет направляться под боль­шим углом вниз (кромкокрошитель и кромкомоталки устанавливают поэтому ниже уровня ножниц).

Для обрезки кромок применяют двухпарные дисковые ножницы, а для роспуска широкой полосы — многопарные.

3. Методика определения усилия резания

Дуги ВС и АС (рис. VII.1, в) заменим соответствующими хордами; в таком случае процесс резания дисковыми ножами будет аналогичен процессу резания наклонными ножами (см. рис. VI.1).

а — ножи установлены в одной вертикальной плоскости; б — верхний нож смещен в направления движения полосы; в —к определению усилия резания

Рис. VII.1. Схема резания металла дисковыми ножами:

При некотором перекрытии ножей А скалывание (отрыв) в сечении ED будет происходить при величине коэффициента относительного

г/2 г

надреза сечения е_н= 2—^—=—; площадь среза (сдвига) равна трапе­ции ABED:

F = -A^{+ h(1} ~.^ен) .. „2 -вн _h2 (VII. 1)

2 2 tg а 4 tg а

По аналогии с формулой (VI.2) для гильотинных ножниц, усилие резания дисковыми ножницами с одной парой ножей можно опреде­лить по формуле

' ^Ршах = *4^Г^е=^Й!°»- (VH-2)

*х tg О-

Значения коэффициента к такие же, что и для случая резания на гильотинных ножницах; значения е_н приведены в табл. V.I.

Из сравнения формул (VI 1.2) и (VI.2) следует, что при всех равных величинах площадь и усилие резания на дисковых ножницах в два ра­за меньше, чем на гильотинных (в знаменателе 4tg а вместо 2tga).

Определим теперь угол а наклона хорд ВС и АС и угол захвата металла дисками.

Из рис. VI 1.1, в видно, что

а) угол перекрытия дисковых ножей

Я-^Л/2 =1 Y — УШ~) (VII.3)

R 2 R

б) межцентровое расстояние между дисками А = 2R — Д = 2 (R cos a„) -f h> откуда угол захвата, принимая

h-f Л

1. — cos a₀ = 2 sin² —— а? —— ; cos a₀ = 1

2. 2 ^u 2 R ¹

OottVik-t- A)/R ; (VII.4)

в) угол наклона хорд ВС и АС

a = Y + (a₀ — V)/2 =■ («о + Y)/² = «V² О + Y/^ao);

a = a₀/2 [ 1 + V M{h -f Д) ]. (VII.5)

a₀

При резании без перекрытия ножей А = 0, y = 0 и а = ~^.

Зависимость диаметра дисков от толщины разрезаемой полосы, со­гласно формуле (VII.4), можно представить так:

2R = D - (h-\- Д)/( 1 — cosa₀)2/aJ(h *f Д). (VII.6)

Дисковые ножницы предназначены для резания полос определенно­го диапазона по толщине от Лтш до h_mах. Для полос максимальной толщины перекрытие ножей может быть принято равным нулю. Кроме того, обычно угол захвата металла дисками равен 8—12°, т. е. а₀ = =0,14—0,19, поэтому, согласно формуле (VI 1.6), на практике прини­мают, что D— (ЗОч-ЮО) (г.

Зная усилие резания одной парой ножей, нетрудно определить мо­мент, который надо приложить к обоим дискам для их вращения при резании. Резание металла одним диском происходит на участке дуги (хорды) BE (в точке Е наступает скалывание — отрыв). Равнодейству­ющие усилий на диски приложены по середине дуг BE и AD, поэтому момент для вращения двух дисков (см. рис. VII.1).

м_рез = 2 Pa, i (VII.7)

где a=R sin р— плечо приложения силы Р; р— угол приложения си^ лы Р.

Сечение FG является средним для трапеции ABED, поэтому

FG = ^{hJr ED} = ^h + ^fl(^l — ^ен) _ д /j _ ^ен \

2. 2 [ 2 /*

Так как при резании с перекрытием ножей

А = 2R — Д = 2 (R cos Р) + FG = 2R cos р + h (1 — е_н/2),

_СО(. ft 1 ^ (1 6н/2) + А .

то получим^с°⁵Р ~ ¹ ^ »

р ~ -yf h(\-eJ2)±A ' (VII.8).

При 8н = 0 (скалывание без резания) р = а₀; при в_н = 1 (резание по всему сечению без скалывания) р = а.

j ■ 1:

Момент трения в сшорах приводных валов при резании одной парой дисков.

М_тр = Ppd* \ (VII. 9)

где ц и d — коэффициент трения и диаметр трения в подшипниках опор приводных валов.

Мощность электродвигателя для привода ножниц, имеющих п пар дисков диаметром D = 2R (м)* вращающихся с окружной скоростью v (м/с) и угловой скоростью (i>_H = v/R—2v/D (1/с) определим по сле­дующей формуле ₄

N = kn(M._pea + М_тр) со_н/т1, \ (VII. 10)

где т)—к. п. д. привода ножни¹! (редуктора, шестеренной клети, муфт);

г) = 0,85—0,98; k — коэффицис чт, учитывающий потери мощности на трение дисков о разрезаемый металл; А = 1,1 —1,2.

При выборе двигателя надо иметь в виду следующие два режима работы ножниц:

1. Ножницы для резания толстых полос (h>4 мм) работают с раз­личной скоростью в зависимости от толщины полосы, т. е. при пере­менном статическом моменте р -зания и постоянной мощности iV_aB = =Л^;_Н. В таком случае в фо-Умулу (VI 1.10) следует подставлять Мрозтах и швтш» соответствующие резанию полосы максимальной тол­щины; двигатель ножниц должен иметь регулирование скорости при постоянной мощности (изменен^; возбуждения); передаточное дисло

редуктора ПрИВОДа НОЖНИЦ ОП])едеЛЯеТСЯ ИЗ УСЛОВИЯ *=Лдвтах/Янтах-

2. Ножницы для резания тонких полос (/z<4 мм) в агрегатах рез­ки должны работать при максил. альной скорости и при максимальной нагрузке по моменту при резании любой толщины заданного сортамен­та. В этом случае в формуле (УД.10) необходимо подставлять Af_pe3max и «шпах; шуитовой электродвигазель должен иметь регулирование сво­ей угловой скорости при постоянном моменте М_№=М_Н путем измене­ния напряжения; мощность двигателя, подсчитанная по формуле (VII. 10), должна соответствовать номинальной мощности по каталогу (А'н), а передаточное число редуйюра следует определять из соотно­шения i = Ядвном/^nmax- ^

$

3. Конструкция и расчет дисковых ножниц

На рис. VII.2 показаны дисковые двухпарные ножницы 25x2600 мм конструкции УЗТМ, предназначенные для обрезки боковых кромок у толстых полос( толщиной 4—25 мм, шириной 1000—2600 мм); предел прочности материала листов 800 МПа. Диаметр дисковых ножей / равен 1000—920 мм. Ножницы приводятся от электродвигателя мощно­стью 200 кВт (500 об/мин) через редуктор и вал 7 (i = 23,9) и шестер­ни 4, встроенные в ножницы (/=2,63); скорость резания 0,3 м/с. На­стройка ножниц на заданную ширину полосы осуществляется при перемещении правой станины 5 по направляющим плитовинам б при помощи ходового винта, приводимого электродвигателем мощностью 3,5 кВт через редуктор. Дисковые ножи закреплены на приводных ва­лах 7, установленных на роликовых подшипниках 2 в эксцентриковых втулках 8. Перекрытие ножей регулируют, изменяя расстояние между осями ножей, поворотом эксцентриковых втулок червячными венцами 9; эти венцы приводятся червяками (на чертеже не показаны), соеди­ненными с электродвигателем 10 мощностью 1 кВт. Боковой зазор между ножами регулируют путем смещения в осевом направлении экс­центриковых втулок (вместе с приводными валами) при повороте вну­тренних червячных венцов 11 с резьбой ручными штурвалами, соеди­ненными с червяками. Для направления и прижима полосы при резке имеются холостые верхние и нижние ролики 13. С целью направления отрезанных боковых кромок вниз (в кромкокрошительные ножницы, см. рис. VI 1.4) верхние дисковые ножи смещены по отношению к ниж-

1

i

ним на 150 мм по направлению движения полосы. Общая масса нож­ниц 87 т.

Рис. VII.3. Дисковые многопарные ножницы 0,6X1000 мм для обрезки боковых кромок и роспус- ка тонкой полосы

На рис. VI 1.3 представлены дисковые мног' парные (четырехпар­ные) ножницы для обрезки боковых кромок у полосы шириной

1000 мм и толщиной 0,2—0,6 мм и роспуска ее вдоль на три узкие по­лосы шириной по 300 мм.

Дисковые ножи 20X250 мм установлены на цилиндрических оправ­ках (на шпонках); расстояние между ножами фиксируется дистанцион­ными кольцами; оправки установлены на сферических роликоподшип­никах и приводятся электродвигателем мощностью 5,8 кВт (800/ /1500 об/мин) через редуктор (t = 3,5) и шестеренную клеть; скорость резания 1—5 м/с. Установка оправок с ножами по вертикали осущест­вляется нажимными винтами с ручным приводом.

При резке полосы на дисковых ножницах отрезаемые кромки (от­ходы) удаляют от ножниц двумя способами;

а) сматыванием кромок ка барабаны специальными кромкомотал* ками;

б) резкой их на короткие куски непосредственно за ножницами и направлением кусков в установленный внизу короб.

Первый способ применяют только при обрезке кромок у тонкой по­лосы (толщиной до 0,5 мм). За дисковыми ножницами (обычно внизу,

Рис. VII.4. Летучие кромкокрошнтельные ножницы для цоперсчной резки боковых кромок после их отрезки дисковыми ножницами у толстой полосы

в подвале) устанавливают кромкомоталку с приводом наматывающего шпинделя от электродвигателя. Кромки от ножниц поступают вниз не­прерывно, накапливаются в желобе и периодически их концы заправ­ляются в паз на шпинделе. По окончании наматывания шпиндель (при помощи винтового или электрического привода) выдвигается из бунта в сторону, бунт сталкивается в короб, который периодически вынима­ется из подвала при помощи мостового крана.

По второму способу кромку убирают от ножниц резкой ее на весьма простых по конструкции летучих ножницах (кромкокрошителях).

На рис. VI 1.4 дан разрез по кромкокрошительным ножницам, уста­новленным за дисковыми ножницами (см. рис. VI1.2) и ниже их. Они предназначены для резки на короткие куски (длиной <1200 мм) не­ровных боковых кромок толщиной 4—25 мм и шириной 10—150 мм, отрезаемых дисковыми ножницами от широких толстых полос. Правая станина / ножниц может передвигаться по плитовинам 2 от электро* двигателя через винтово»": привод 3.

Приводной кулачковый вал 4 приводится от электродвигателя пере­менного тока мощностью 197 кВт (500 об/мии) через редуктор (/= =23,9). В станинах профилированные кулачки 5 смещены на 180° по отношению друг к другу с целью поочередной резки.

По кинема/ике ножницы являются летучими, так как они режут кромку при ее движении (на ходу). Корпус 6 ножниц совершает кача- тельное движение со скоростью, равной скорости движения кромки

Рис. VII.5. Кромкокрошительные ножницы для поперечной резки тонких кромок

(0,3 м/с); качательное движение со­здается левым приводным профи­лированным кулачком 7. Нижний нож 8 от кулачка 5 движется посту­пательно и при встрече с верхним ножом происходит резание кромки. Куски кромки по желобу поступают в короб, периодически удаляемой при помощи мостового крана.

На рис. VII.5 приведен общий вид кромкокрошителя для резки тонких кромок (толщиной до 4 мм) шириной 20—50 мм, установлен­ного за дисковыми ножни­цами.

Приводной вал между опорами имеет форму неправильного прямо­угольника, что позволяет осущест­вить крепление ножей и их регули­ровку при помощи винтов. Ножницы имеют две пары ножей для из­мельчения двух боковых кромок; неподвижные ножи закреплены на стойке рамы, установленной на фундаменте. Ножи одного суппорта смещены относительно ножей другого суппорта на 90°, так что за один оборот вала совершаются поочередно четыре реза (по два реза правой и левой кромок). Вал приводится от электродвигатели мощностью 1 кВт через редуктор с маховиками, скорость движения кромки 0,3—

1 м/с (см. рис. VI 1.3).

Пример 39.. Определить усилие резания и мощность электродвигателя дисковых ножниц 3—6x2500 мм (рис. VII.6). Ножницы предназначены для резания боковых

6

Рис. VI 1.6. Схема привода дисковых ножниц:

/—дисковые ножи; 2 — оправка для ножа; 3 — промежуточный вал; 4 — синхронизирующий вал настройки ножей; 5 — эксцентриковые втулки; 6 — червячный редуктор; 7 — шестерни; 8 — шпин­дели; 9 — шестеренная клеть; 10 — редуктор; 11 — электродвигатель

кромок полосы толщиной 3—6 мм, шириной 2300 мм из стали 1Х18Н9Т, имеющей пре­дел прочности Ов=500 МПа, со скоростью 1,5—3,0 м/с.

1. Для дальнейшего расчета принимаем; максимальная толщина разрезаемой по­лосы h=6 мм; скорость резання г/=1,5 м/с; перекрытие дисковых ножей А«0,2Л = = 1,2 мм; диаметр дисков, согласно формулр (VJJ.6), D=90, h=55D мм; угловая ско­рость вращения дисков со = 2-1,5/0,55 = 5,45 1/с; относительная глубина надреза при холоднрм резании поросы, согласно табл. V.1, е_я = 0,4. . • . -

2. Определяем усилие резания одной парой дисков (см. рис. VII.I)находим угол захвата металла диска по формуле (VII.4)

cos <х₀ = 1_(6,(У+ 1,2)/550 = 0,9869; о₀ = 9°17';

угол перекрытия дисковых ножей определяем по формуле (VIJ.3):

cos v = 1 — 1,2/550 = 0,99782; Y = 3°47';

находим угол наклона хорды резания ВС по формуле (VII.5) а<= (а₀ + у)/2 = 6°32'; tga = 0,U4o.

Усилие резания одной парой дисков определяем по формуле (VI 1.2) при h = 5 мм

р = 1,1 -г~т_г — 0,4-500-5? as 20 000Я = 20 кН.

4*0,1145

3. Крутящий момент, необходимый для резания одной парой дисков находим по формулам (VI 1.7), (VI 1.8)

cos р = 1—[6(1 —0,2)+1,21/550 = 0,98909; р = 8°28';

а = Я sin р = 275-0,14723 = 40,5 мм = 0,0405 м;

/И_рез = 2-20-0,0405 = 1,664 кН-м.

4. Момент трения в опорах одной пары дисков определяем по формуле (VII.9) при р = 0,005; d=220 мм=0,22 м

М_хр = 20-0,005*0,22 = 0,022 кН-м.

5. Мощность электродвигателя для привода двух пар дисков, согласно формуле (VII.10), при £—1,2 и 14 = 0,95-0,95 = 0,9 (см. рис. VII.1)

N = 1,2-2 (1,664 + 0,022) = 24,5 кВт.

и, У

Для привода ножниц принимаем: электродвигатель постоянного тока типа ДП-42

л

мощностью 32 кВт, 900 об/мин или 900=94,2 1/с; редуктор с передаточным чис-

о\)

лом 1 = 94,2/5,45=17,4 и шестеренную клеть — редуктор с передаточным числом i— I (см. рис. V1I.6).

Имея исходные данные (усилия, моменты и мощности), необходимо затем выпол­нить расчеты на прочность вала-оправки для диска, приводного вала, шпинделей, под­шипников опор и зубчатых зацеплений.

Пример 40. Выполнить расчет кромкокрошктельных гильотинных ножниц с ма- ховичным приводом (рис. VI 1.7).

Рис. VII.7. К расчету кромкокрошительных ножниц:

а —схема привода ножниц: б — схема резания узкой кромки; в —к определению усилия резания; / — электродвигатель; 2 — редуктор; 3 — маховик; 4 — суппорт с ножам!?; 5 — нижний неподвижный нож; 6 — ножи на вращающемся суппорте

Кромкокрошитель установлен за дисковыми ножницами и предназначен для непре­рывной резки — измельчения боковых кромок полосы, отрезаемых на дисковых ножни­цах. Максимальная ширина кромки 6 = 70 мм, остальные данные — см. пример 39.

Кромки отрезаются дисковыми ножницами с двух сторон полосы, поэтому кром- кокрошительные ножницы имеют два самостоятельных механизма резания. Каждый

механизм резания состоит из вращающегося вала-суппорта с двумя диаметрально рас­положенными ножами; неподвижный нож закреплен в станине (см. рис. VI 1.5). За каж­дый оборот суппорта осуществляются два реза при встрече вращающихся ножей с не­подвижными.

Для попеременного резания правой и левой кромки нсоки на правом и левом суп­порта.* смещены на 90^е. Расстояние между суп портами можно регулировать (в зави­симости от ширины полосы, у которой обрезаются кромки на дисковых ножницах) пе­ремещением станин по направляющим.

1. Определяем скорость вращения суппортов с ножами.

После резки кромки попадают в короба, установленные в яме фундамента диско­вых ножниц; короба периодически поднимают мостовым краном и разгружают в же­лезнодорожные платформы для отправки порезанных кромок в сталеплавильный цех на переплавку.

С целью более плотной загрузки коробов порезанные кромки должны иметь неболь­шую длину, около 200—300 мм. При скорости непрерывного поступления кромки от дисковых ножниц у=1,5 м/с ритм резания кромкокрошительными ножами должен быть в пределах 0,133—0,20 с; так как суппорт имеет два вращающихся ножа, то один оборот суппорта (два реза) должен совершаться за 0,27—0,40 с. Ножи суппорта опи­сывают при вращения окружность диаметром d=350 мм, поэтому окружная скорость вращения ножей должна быть в пределах v_H = ud/t=4,05—2,75 м/с; этой скорости со­ответствует угловая скорость вращения суппорта co_c=2u/d = 23,l—15,7 1/с, т. е. п_с — =30 о>с/л = 220—150 об/мин.

Принимаем угловую скорость вращения суппорта с ножами (о = 20 1/с (или /г_с = = 190 об/мин), при которой порезанная кромка будет иметь длину около 235 мм.

2. Определяем усилие резания кромки. Для уменьшения усилия резания (имеющего динамический характер при резании вращающимися ножами) ножи в суппортах уста­новлены наклонно по отношению к неподвижным ножам, закрепленным в станинах.

Для осуществления полностью гильотинного реза (см. рис. VI. 1) по всей ширине кромки необходимо, чтобы тангенс угла наклона ножа был больше отношения h/b, т. е.

tg а > h/b = 6/70 = 0,0857; а>4°54'.

Однако при таком угле наклона ножа при резании появится значительное гори­зонтальное усилие, которое будет выталкивать узкую кромку из-под ножей. С целью уменьшения усилия резания и сохранения в то же время устойчивого положения узкой кромки при резании угол наклона вращающегося ножа берем небольшой, а = 2°. При этом tg а = 0,0349<Л//>, поэтому формулой (VII.2) для определения усилия резания пользоваться нельзя.

В данном случае максимальное усилие резания будет испытывать сечение не в ви­де треугольника ABC (см. рис. VI. 1), а в виде трапеции ABDE (см. рис. VII.7). При tg ос = 0,0349 получим

(a + b) = /z/tga; DE = h — b tga, и площадь трапеции ABDE

F = ^k ■ b = {h — tg a j b; F= ^6--y 0,0349J 70 = 334 мм².

Согласно формуле (VI.2) усилие резания будет равно Ртах= 1,0-500-334= 160 кН.

Определяем энергию (работу) и мощность резания. Путь наклонного ножа от мо­мента начала резания до окончания резания (см. рис. VI.1)

Я = /i -\-b tg a = 6 + 70-0,0349 = 8,44 мм.

На некоторой части в конце пути происходит скалывание (отрыв) металла; при­нимаем, что скалывание происходит на 1/2 толщины кромки, т. е. относительная глуби­на надреза е_и=0,5. Таким образом, путь ножа под нагрузкой (собственно резание) будет равен

Я_р = Я — e_Hh = 5,44 мм.

На протяжении этого пути усилие резания возрастает от нуля до Ртах и затем уменьшается до некоторой величины, соответствующей моменту скалывания.

Принимаем, что на протяжении пути резания Я_р действует среднее усилие, равное Рт»х/2. Тогда работа (энергия) резания будет составлять

Лр = Яр = 0,00544 = 0,272 кН- м.

2 о

При угловой скорости вращения ножа <о = 20 1/с и пути резания ср = Я_р/г = 2Я_р/<* время резания будет равно

„ , 2-5,44

⁼ ф/® ⁼ 2Яр/(сод(); /р— ^0350 —0,00155 с.

Мощность резания

= Л_р//р = 0,272/0,00155 = 175 кВт.

Мощность на валу электродвигателя с учетом 10 % потерь в приводе (редукторе и т. п.) составит около 192 кВт.

Таким образом, электродвигатель привода кромкокрошителя для обеспечения крат­ковременной (пиковой) мощности резания должен иметь номинальную мощность (при допустимой двухкратной перегрузке) не менее 96 кВт.

4. Определяем мощность электродвигателя при применении маховика. Для сни­жения требуемой мощности электродвигателя и сглаживания пиковых нагрузок уста­навливаем маховик на валу суппорта с ножами.

Принимаем для привода кромкокрошителя асинхронный электродвигатель мощ­ностью 12 кВт (вместо требующейся мощности 96 кВт), 960 об/мин, допускающий скольжение (падение скорости при пиковых нагрузках) s=8 %.

Этот электродвигатель без перегрузки обеспечит работу резания, в 192/12=16 раз меньшую требуемой, т. е. 272/16=17 Н-м. Остальную часть требуемой работы реза­ния, равную 272—17=255 Н-м, должны обеспечить маховые массы привода, и после резания они должны накопить эту энергию за время между двумя последовательными реза ми, т. е. за половину оборота вала суппортов с ножами.

Устанавливаем диск-маховик диаметром D — 700 мм, массой 400 кг, радиусом инер­ции Г( и квадратом его г/=/?²/2=0,35²/2 = 0,0612 м² (без учета внутреннего отверстия маховика); момент инерции массы маховика J_M — mrj =24,5 кг-м².

Момент инерции якоря электродвигателя /_дв = 0,3 кг-м² (по каталогу); момент инерции, приведенный к оси вращения маховика и суппорта

•^дв.др ~ *^дн i² ~ 0,3<5? = 7,5 кг-м²,

где t=п_дй/п_с = 960/190=5 — передаточное число редуктора.

Учтем также моменты инерции остальных вращающихся деталей: суппорта с валом /с = 1.0 кг-м² (после подсчета); муфты на валу маховика /_м=0,3 кг-м² (по катало­гу). Моменты инерции моторной муфты (по каталогу) и шестерен редуктора (после подсчета), приведенные к оси вращения маховика равны /_р=1,2 кг-м².

Общий момент инерции всех вращающихся деталей (с учетом приведения к оси маховика)

/ = 24,5 + 7,5+ 1,0 + 0,3+ 1,2 = 34,5 кг-м².

При вращении с угловой скоростью too=20 1/с инерционные (маховые) массы име­ют запас кинетической энергии

<°o 20²

Е₀ = J —тр = 34,5 —— = 6900 кг-м²/с = 6,9 кН-м.

Если при резании из этой энергии 255 Н-м будет затрачено на работу резания, то после резания маховые массы будут иметь энергию £i = 6645 Н-м, угловая скорость их понизится и будет равна

щ = /lEy!J =V 2-6645/(34-5) = 19,6 1/с.

Снижение угловой скорости составит До> = 0,4 1/с и двигатель будет работать со скольжением, равным

s= (со₀ —- a>i)/co₀ — Дсо/(й₀ = 0,4/20= 0,02, или 2%,

что ниже допускаемого скольжения s—S %.

Длительность цикла между двумя последовательными резами за пол-оборота (ф=л) вращения вала суппорта

/_ц= ф/й>₀ = л/20 = 0,157 с.

Время на ускорение (разгон) всех маховых масс между двумя резами t_y = /_ц — /_р = 0,157 —0,015 = 0,155 с.

Ускорение вала суппорта с маховиком е — dca/c# = A(i>/iy = 0,4/0,155 = 2,6 1/с²..

Динамический момент на валу суппорта, необходимый для разгона (ускорения) ма­ховых масс:

dcо

Мдин = J — = Je = 34,5-2,6 = 90 Н-м. at

Динамический момент ускорения, приведенный к валу электродвигателя:

^дия.пр ⁼ Л4_Дин/1 = 90/5 = 18 Н-м.

Номинальный момент электродвигателя ((o_ft»=co_Hi= 20,5= 100 1/с)

М_в = Л^дв/фдв = 12000/100= 120 Н-м,

т. е. двигатель вполне обеспечит разгон маховых масс и накопление ими кинетической энергии, отдаваемой при резании.

Ввиду того, что двигатель при резании кромок работает с весьма небольшим сколь­жением, вызывает сомнение необходимость установки маховика.

Выясним работоспособность ножниц без маховика. Тогда момент инерции системы

20²

будет равен 7 = 34,5—24,5=10 кг-м²; запас кинетической энергии £= 10—=2000 Н-м; £ = 2000—255=1745 Н-м;

о, = у'^Г'2-1745/10 = 18,68 I/с; Асо = 1,32 1/с и скольжение

s = 1,32/20 = 0,066, или 6,6%, I

что не превышает допускаемого скольжения 8 %. Ускорение при разгоне е= 1,32/0,155 = =8,5 1/с; /Мд„„ = 10-8,5 = 85 Н-м; М_Дц_Н.пр = 85 : 5= 17 Н-м, что также значительно меньше номинального момента двигателя. Таким образом, устанавливать маховик не требуется, так как инерционные массы остальных деталей привода (якоря двигателя, вала суппорта и др.) обеспечивают накопление необходимой кинетической энергии в пе­риод между двумя резами.

3. Дисковые пилы

Ввиду того, что при резании на ножницах фасонных профилей происхо­дит смятие тонких полок и стенок этих профилей, для резки на мерные длины двутавровых балок, рельсов, заготовок квадратного и круглого

Рис. VII.8. К расчету диска пи­лы, вращающегося с большой скоростью

сечений и других фасонных профилей, а так­же для обрезки их концов применяют диско­вые пилы.

Пилы разделяют на две группы (в зависи­мости от конструкции диска): для горячего резания и для холодного резания (пилы тре­ния). У пил, относящихся к первой группе, диски зубчатые. У пил второй группы диски гладкие; резание происходит вследствие рас­плавления металла при трении быстровраща- ющегося диска. Производительность этих пил значительно меньше производительности пил для горячего резания с зубьями. Скорость вра­щения диска пилы должна быть максимально высокой для увеличения ее производитель­ности.

Определим растягивающее напряжение' в диске пилы при его вра­щении с угловой скоростью о) и линейной (окружной) скоростью V. Если пренебречь влиянием закрепления диска в концевых зажимных шайбах и представлять его в виде тонкого кольиа (рис. VII.8), то при вращении это кольцо будет равномерно нагружено радиально направ­ленными центробежными силами q:

q = nvu¹! г — moi²r,

где m — масса кольца на единицу длины его окружности, кг/м; q — центробежная сила на единицу длины окружности кольца, Н/м.

Разрежем кольцо по горизонтальному диаметру и отбросим его нижнюю половину; для соблюдения условия равновесия верхней поло­вины кольца приложим в сечениях разреза две силы Р.

Возьмем на окружности бесконечно малый элемент дуги длиной rd<$ и составим условие равновесия верхней половины диска; спроекти­рованные действующие на нее силы на вертикаль

я/2

2Р =2 j 7sin ср rdq> = 2qr, откуда P — qr.

Напряжение растяжения в сечении разреза (как и в любом другом радиальном сечении) будет

а = P/F,

где F — площадь сечения.

Массу кольца на единицу длины его окружности можно представить следующим образом:

m = Fp,

где.р — плотность материала кольца (диска), т/м³;

тогда центробежная сила на единицу длины окружности кольца буДет

q — Fpw² г.'

Так как v=-ur_t то получим

Р = Fpco² г² — Fpu².

Напряжение растяжения н диске

f JL _e JLJL J_ = кН/м² - кПа.

\ м³ с? / с^а. м².

pir

или

]

МПа,

о = pv*

1000

(VII. 11)

где v выражено в м/с.

Для стального диска р = 7,Ь5 т/м³, поэтому получим

о = 0,00785г>² МПа. (VII. 11а)

Напряжение з стальном диске при его вращении с большой скоро­стью должно быть не выше допустимого [ст] = 160 МПа, поэтому мак- симальная скорость диска пилы не должна превышать v = lly^r [а] ^ <140 м/с.

Рис. VII.9. Усилия, действую­щие на диск нрв резании ме­талла

находится в пределах диска при вращении с

Практическая скорость вращения дисков 100—120 М/с. Во избежание сильного нагрева большой скоростью при резании применяют интенсивное охлаждение его водой.

Производительность пилы при горячем ре­зании стальных профилей равна 2000—

5000 мм²/с. Она определяется величиной пло­щади сечения, разрезаемой в 1 с, и зависит не только от скорости вращения диска, но и от величины подачи пилы.

При резании дисковой пилой диск надо прижимать к разрезаемому металлу с усилием Q, т. е. непрерывно подавать диск «на металл» с некоторой скоростью и (мм/с). По контакт­ной поверхности металла с диском возникают окружное усилие резания Р и радиальное усилие R (рис. VII.9).

Так как при вращении диска с окружной скоростью v (м/сJ и при подаче со скоростью и в единицу времени (секунду) разрезается пло­щадь сечения, равная uh (мм²/с), то окружное усилие и а диске Р{И) можно определить по следующей формуле

Р-Р*±±. . (VII. 12)

где р — давление резания, отнесенное к 1 мм² сечения снимаемой стружки; его определяют по опытным данным и оно зависит от меха­нических свойств разрезаемого металла, его температуры, скорости ре­зания, состояния формы зубьев диска и т. д.; для ориентировочных расчетов можно принимать р= (40-Т-60) а_в, где а_в предел прочности металла при данной температуре резания, МПа; s — ширина прорези, мм; можно принимать, что s равно толщине диска плюс 2—4 мм; и — скорость подачи диска пилы; в зависимости от толщины раз­резаемого металла, жесткости конструкции пилы и ее производитель­ности и принимают в пределах 30—300 мм/с; h — толщина сечения разрезаемого металла, мм.

Мощность электродвигателя привода диска пилы (кВт)' можно оп­ределить по формуле

где Р — окружное усилие, кН; v — окружная скорость пилы, м/с; — к. п. д. привода диска; при непосредственном приводе диска от двига­теля rj=0,99.

Радиальное усилие, воспринимаемое диском пилы на основании опытных данных, для горячего резания стали принимаем равным R-=* = (8-г-15)/'.

Усилие подачи, согласно рис. VII.9, можно определить по уравне­нию

Q — Qo — Qi = R cos а — Psina, (VII. 14)

где угол а находят графическим путем для каждого конкретного слу­чая резания металла заданного профиля.

Основные параметры дисковых пил (диаметр, толщина и ход дис­ка, допустимые размеры разрезаемых профилей и т. д.) регламентиро­ваны ГОСТ 5379--50.

3. Конструкция и расчет дисковых пил

Наиболее широкое применение в прокатных цехах получили салаз- коьые дисковые пилы, у которых привод диска расположен на подвиж­ной раме с направляющими (салазках). Жесткость направляющих ста­нины и самих салазок исключает боковое биение диска, что является основным достоинством этих пил.

На рис. VI 1.10 дан общий вид салазковой дисковой пилы конструк­ции УЗТМ, предназначенной для горячей резки на мерные длины рель­сов, балок и других профилей.

Диск жестко закреплен на конце двухопорного вала, приводимого в движение электродвигателем переменного тока мощностью 185 кВт, (975 об/мин). Диаметр диска 2000—1800 мм, максимальная окружная скорость 100 м/с. Для обеспечения безопасной работы диск сверху за­крыт кожухом; при работе зубья диска интенсивно охлаждаются водой. Диск вместе с приводом установлен на жесткой стальной литой раме (салазках) 2, перемещаемой по направляющим в станине 4 при помо­щи зубчатой реечной передачи от электродвигателя 5 мощностью 14— 28 кВт, 710—i420 об/мин( с регулируемым напряжением) через ци- линдро-конический редуктор с общим передаточным числом /=100; скорость передвижения салазок 135—270 мм/с. Регулирование скоро­сти подачи при резании осуществляется автоматически в зависимости от нагрузки на диск при резании. Масса салазок воспринимается кат­ками диаметром 350 мм и не передается на реечное зацепление.

Пила установлена на двух направляющих балках (плитовииах), мо­жет передвигаться по ним при помощи реечного привода от электро-

двигателя 3 переменного тока мощностью 5 кВт (910 об/мин); ско­рость передвижения 34 мм/с (перемещение необходимо при резке про­филей на различные мерные длины несколькими пилами одновременно). На салазках установлены насосы 1 для подачи жидкой и густой смазки в узлы трения.

Пример 41. Определить усилие на диск и мощность электродвигателя при ре­зании двутавровой балки № 60 дисковой пилой.

Дано; диаметр диска 2000 мм; максимальная скорость вращения диска у=100 м/с; скорость подачи (минимальная при резании наибольшей толщины) и—100 мм/с; тол­щина диска, s₀=9 мм; температура раз-

Ход диска 860мм

Рис. VII.11. К расчету дисковой пилы при реза­нии двутавровой балки

резаемой балки при резании 900 °С (по выходе балки из чистовой клети рельсо­балочного стана). Материал балки — уг­леродистая сталь с содержанием 0,3 %С.

1. Определяем напряжение растяже­ния в диске от действия центробежных сил по формуле (VII. 11, а).

о,=0,00785 -100² = 78,5 МПа.

2. Определяем окружное усилие на диске пилы при резании по формуле (VII.12).

Предел прочности углеродистой ста­ли при температуре 900 °С о_в = 80 МПа.

Принимаем давление на зубья пилы при резании, /?=50 о_в = 4000 МПа.

На миллиметровой бумаге в боль­шом масштабе вычерчиваем различные положения диска при подаче его на «ме­талл» при резании и определяем соответ­ствующие толщины h_x в различные мо­менты времени; вычерчиваем кривую А* в функции от подачи (рис. VII.11). Находим: максимальная толщина /г=40 мм соответствует моменту резания сечения, проходящего через сопряжение стенки с полкой (точка А). Ширина прорези s=so+3=12 мм.

Согласно формуле (VII. 12), находим

Р = 4000.12-40-^- = 1920 Н = 1,92 кН.

3. Принимаем радиальное усилие /?«10Р=19,2 кН.

Графически находим а = 55°.

Определяем усилие подачи диска «на металл» по формуле (VII. 14)

19,2.0,573— 1,92-0,819 = 94 кН.

По данным значениям /? и Q необходимо провести расчеты на прочность вала дис­ка пилы и механизма подачи диска.

4. Определяем максимальную мощность резания по формуле (VII. 13), соответст­вующую моменту резания балки максимальной толщины /г = 40 мм;

iV= 1,92-100= 192 кВт.

Для привода дисковой пилы установлен электродвигатель постоянного тока мощ­ностью 185 кВт, допускающий двукратную кратковременную перегрузку.

Для резки горячего проката крупных сечений (квадрат 200X200— 300X 300 мм, круг 200—350 мм) из углеродистой и легированной стали (с пределом прочности до 120 МПа при 900—1000°С) применяют ро­торные дисковые пилы конструкции ВНИИметмаша (рис. VII.12).

Диск пилы 1 с диаметром 2000—2500 мм, толщиной 10—12 мм вра­щается со скоростью 50— 100 м/с; шаг зубьев 50—100 мм; зубья под­вергают закалке токами высокой частоты и отпуску на специальной установке.

Подшипники диска 2 установлены на конце сбалансированного ры- чага-водила 3, вал которого 4 приводится от электродвигателя посто­янного тока мощностью ПО—400 кВт через редуктор, установленный на раме 5. Диск приводится во вращение от электродвигателя через клииоременную передачу с натяжным роликом, имеющим винтовой ме­ханизм перемещения.

Электродвигатель водила работает в режиме запуска на каждый рез заготовки; к моменту резания скорость подачи диска на металл

1. 5—1 м/с; после резания водило останавливается в фиксированном положении при помощи командоаппарата.

Центр диска пилы вращается по круговой траектории относительно оси приводного вала рычага-водила 3. Благодаря большой скорости подачи (в 50—100 раз большей, чем у салазковых пил) время собст* венно резания металла составляет 0,2—0,3 с. Цикл одного резания 5—

Рис. VII.12. Роторная дисковая а ала ударного резания крупной заготовки

6 с (вместо 15—20 с при резании салазковыми пилами). Таким обра­зом, производительность роторных пил значительно выше, чем салаз­ковых.