Глава Vlfl.

ЛЕТУЧИЕ НОЖНИЦЫ

Летучие ножницы предназначены для резки металла на ходу («на ле­ту») при его движении с большой скоростью. Во многих случаях рабо­тоспособность этих ножниц определяет производительность прокатно­го стана (например, непрерывного заготовочного) .

1. Барабанные летучие ножницы

Кинематика ножниц

Барабанные (двухбарабанные)’ ножницы являются одной из первых машин для резания металла, весьма простой по конструкции и надеж­ной эксплуатации. Они получили широкое применение для горячей рез­ки широких стальных полос толщиной до 40 мм, холодной резки сталь­ных полос толщиной до 3 мм и горячей резки мелких сортовых про­филей.

Устройство и принцип работы этих ножниц состоят в следующем

(рис. VIII.1, а). На двух барабанах по их образующим радиально за­креплены ножи (по одному или по несколько на каждом барабане). Полоса движется непрерывно и подается к ножницам подающими ро­ликами (или валками последней клети непрерывного стана) с постоян­ной скоростью Ур=Уп. При встрече верхнего и нижнего ножей проис­ходит резание полосы. Дли создания разрыва между отрезанными кус­

Рис. VIII.1. Схема барабанных летучих ножниц (а) н схема резвния полосы (б) / — подающие ролики; 2 — барабаны с ножами; 3 — ножи; 4 — ролики рольганга

ками полосы скорость выходного рольганга должна быть больше ско­рости полосы перед ножницами.

Так как барабаны вращаются равномерно с постоянной угловой скоростью и вращающиеся массы полностью уравновешены, то эти ножницы позволяют резать металл со скоростью 15 м/с и более. Одна­ко эти ножницы имеют следующие недостатки:

1. Траекторией движения режущих кромок ножей являются окруж­ности, поэтому при встрече с горизонтально движущейся полосой реза­ние будет происходить при переменном угле и плоскость резания на полосе не будет вертикальной (рис. VIII.1,6). Однако этот недостаток не является существенным при резко тонких полос.

2. Резание полосы осуществляется параллельными ножами, т. е. одновременно по всей ширине ее, вследствие чего возникают большие усилия резания при динамическом их приложении. Для уменьшения усилия резания желательно один нож делать наклонным (по принципу гильотинных ножниц) или шевронным, однако при резании широких полос на больших скоростях (при изменении угла ф в процессе реза­ния) осуществление этого принципа требует увеличения бокового зазо­ра между ножами, что не всегда желательно.

При резании металла барабанные летучие ножницы могут работать по двум основным режимам: 1) периодических запусков и остановок;

2. непрерывною вращения барабанов (непрерывный).

Режим периодических запусков применяют только в двух случаях: 1) для отрезки короткого переднего конца полосы (не­кондиционного, имеющего неправильную форму); 2) для разрезки по­лосы на длинные куски при небольшой скорости ее движения.

По этому режиму ножницы запускают в ход для каждого единич­ного ре*а и затем останавливают. При отрезке переднего конца запуск ножниц осуществляется при помощи фотореле, установленного перед ножницами. Требуемую длину переднего куска определяют при этом по формуле

(VIII.1)

L =

где /раэг — время разгона ножниц от исходного положения барабанов до момента встречи ножей (известно из характеристик ножниц); v_a — ско­рость движения полосы.

Если и^_Разг<^Ф> ^то фотореле следует установить за ножницами.

Если требуется разрезать полосу на длинные куски (и при неболь­шой скорости), то ножницы запускаются не непосредственно от фоторе­ле, а от реле времени (например, через t_c после подачи импульса).

Режим запусков для барабанных ножниц применяют редко; основ­ным для их работы является непрерывный режим.

При непрерывном режиме полоса поступает к ножницам с постоянной скоростью v_n (см. рис. VIII. 1, а), а резание происходит пе­риодически через каждые t_c, поэтому длина отрезаемых листов

(VIII.2)

L — Уд t.

Таким образом, длина обрезаемых листов зависит от промежутка времени между двумя последователь­ными резами. Введем следующие обозначения: k—коэффициент про­пуска реза; он характеризует число оборотов барабана за время между двумя последовательными резами; например, если рез происходит за каждый оборот, то 6=1; если рез происходит через каждые два оборо­та (когда барабаны имеют разные диаметры и диаметр нижнего веду­щего барабана в два раза меньше диаметра верхнего барабана), то 6 = 2; если на барабанах по два ножа, то 6=0,5; а>_н — угловая скорость (1/с) ножей барабанов за время между двумя последовательными реза­ми: если барабаны имеют различные диаметры, то со_н — угловая ско­рость приводного барабана меньшего диаметра (нижнего или верхнего).

Очевидно, что за время между двумя резами нож барабана совершит

ПУТЬ, раВНЫЙ Lu = JlD_н6 ПрИ ОКРУЖНОЙ СКОРОСТИ У_н==Сйн^в/2.

Промежуток времени между двумя резами составит / = L_H/y_H=

• 2лк/(д_п, поэтому формула (VIII.2) получит следующий вид:

(VIII .3)

L — 2nv_a 6/w_H.

Таким образом, при постоянной скорости полосы (t>_n—const) длина отрезаемого листа зависит от коэффициента пропуска реза и угловой скорости ножа приводного барабана й)_н.

Из рис. VIII. 1,6 следует, что наиболее желательным будет такой процесс резания, при котором горизонтальная составляющая скорости резания (окружной скорости ножа) равна или на 2—3 % (в среднем) больше скорости движения полосы, т. е.

^х.я - V» cos а = (1 -ь 1,03) у_п;

при этом условии в материале полосы не будут создаваться большие ра­стягивающие усилия и в то же время в момент резания полоса не будет изгибаться перед ножами.

Рассмотрим этот случай, полагая, что v_n=v_n=u)_nD_a/2\ длину отре­заемых при этом листов при 6=1 будем считать основной и обозначим через Loch. Из формулы (VIII.3) следует, что при 6=1

I'OCR ⁼ ^-^Н»

а при k% 1

(VIII.4)

т. е. длина отрезаемых листов при 6^1 зависит от диаметра барабана D_a и коэффициента пропуска реза 6 и она равна основной длине (при

5. = 1), умноженной на коэффициент пропуска реза 6.

Изменение величины 6 осуществляют двумя способами: а) установ­кой различного числа ножей на барабанах; б) применением барабанов различного диаметра (рис. VIII.2).

Если барабаны имеют одинаковые диаметры и по одному или по два ножа, то рез будет происходить через каждый оборот или полобо- рота барабанов (6=1, и 0,5); длина листа будет равна L_0Ca = nD_H\ Llсн =0,5 nD_n. Например, при D_H = 500 мм получим L_OCh=1540 и •^осн=770 мм.

Если диаметр малого барабана D_H будет постоянным и минимально возможным (исходя из условия его динамической прочности), а диа­метр ведомого барабана будет различным (D = 2D_H; 3/2D_H; 4/3Z)_H), то при различных комбинациях ножей на барабанах* можно получить сле­

дующие Значения: £ = 1,5; 2; 3; 4: длины отрезаемых листов при этом равны (соответственно): L*_cн=(1; 1,5; .2; 3; 4) nD_n. Например, при £>_н=500 мм получим L_Och=1540; 2310; 3080: 4620; 6160 мм.

Следует отметить, что при значительном изменении межосевого расстояния А барабанов практическое конструктивное осуществление этого варианта требует изготовления отдельных (самостоятельных) ле­тучих ножниц и последующей комплектной замены их на одном и том же рабочем месте в поточ­ной линии.

Из предыдущего анализа сле­дует, что если в формуле (VII 1.3) изменять только величину k (ком­бинацией числа ножей на бараба­нах и диаметров барабанов), то можно получать различные, но вполне определенные длины от­резаемых полос с большими ин­тервалами размеров этих длин.

Однако, согласно требованиям ГОСТ, прокатные цехи должны поставлять различным отраслям ■народного хозяйства листы раз­нообразного сортамента с весьма малыми интервалами по длине (например, через каждые 5—

9. мм при длине 1 — 10 м).

Возвращаясь к формуле (VIII.3), мы видим, что промежуточные длины листов можно получить за счет изменения угловой скорости вра­щения ножей (барабанов) ш_н или, вернее, отношения и_п/ш_н (или

©в/^п)•'

Выразим сон через 2v_H/D_H\ тогда формула (VIII.3) будет иметь сле­дующий вид (D_H — диаметр круговой траектории ножей малого бара­бана):

Учитывая эти недостатки конструкторы ВНИИметмаша, УЗТМ и СКМЗ для новых летучих ножниц уменьшили допустимое максималь­ное опережение ножей до Ун=1,5и_п и одновременно ввели режим рабо­ты ножниц с отставанием ножей в пределах 0—35 %, при котором ско­рость ножей может снижаться до v_H = 0,75u_a при этом ножницы будут работать с «подпором», т. е. с некрторым выпучиванием полосы перед ножами. Таким образом, общий предел максимального и минимально­го отношения Va/Va остался прежним (1—2) и на ножницах можно по­лучать любые промежуточные длины в пределах L= (0,67—1,34)Loch* г. е. с изменением этих длин в два раза. Однако следует отметить, что если раньше регулированием (увеличением) скорости ножей по отно­шению к скорости полосы можно было получать длину листов только меньше основной длины (при у_н>Уп), то по-новому режиму можно по­лучать длины меньше и больше основной длины.

Синхронизация скоростей. Выше отмечалось, что для по­лучения требуемой определенной длины листов выбранное отношение (например, равное 0,8 или 1,1) должно быть строго постоянным за все время резания данной полосы, с тем чтобы точность размеров (допуски по длине) была в заданных пределах. Для поддержания от­ношения v_n/v_H постоянным применяют синхронизацию двух видов: электрическую и механическую.

Электрическую синхронизацию применяют, когда летучие ножни­цы установлены за последней клетью непрерывного стана (например, непрерывного заготовочного) и имеют свой привод, механически не связанный с приводом валков клети. В таком случае при помощи раз­личных сельсинных синхронно-следящих систем обеспечивается син­хронное изменение скоростей двух отдельных электродвигателей для привода последней клети стана и для привода летучих ножниц. Однако электрическая синхронизация пока еще не является достаточно точной и надежной, поэтому она применяется только для летучих ножниц при горячей резке полосы (заготовки, сорта), когда не требуется большая точность реза (тем более, что при остывании полосы происходит умень­шение ее линейных размеров на 4—5 %), а также при отрезке только переднего конца полосы.

Механическую (жесткую) синхронизацию применяют в поточных аг­регатах холодной резки рулонной полосы на листы небольшой длины при непрерывном вращении барабанов ножниц. В этих случаях в комп­лект установки летучих ножниц обязательно входят собственно ножни­цы и подающие ролики, причем ножницы и подающие ролики имеют привод от одного общего электродвигателя постоянного тока (серии МП) через различного типа (конические, цилиндрические) зубчатые ре­дукторы, механически (жестко) связанные между собой муфтами.

Промежуточные длины и точность р е з а н и я. При хо­лодной резке рулонной полосы шириной 1000—2350 мм, толщиной 0,2— 3,0 мм на листы длиной от 500 до 8000 мм интервалы длины, согласно ГОСТ, составляют 3—30 мм. Очевидно, что для получения такого ши­рокого сортамента листов (по длине) требуется широкий интервал син­хронизации отношения скоростей ножей к скорости полосы или к ско­рости подающих роликов (v_n/v_T1 = v_n/v_v при u_n=t>p).

Как это осуществляется конструктивно? Для ответа на этот вопрос представим основную формулу (VIII.3) в следующем виде (заменяя Vn — Vp ⁼⁼ ©pZ?p/2) :

L = л£>р£(а)_р/(о„) = nD_pk(i_VH), (VIII. 6)

где ip.H — отношение (передаточное число) угловых скоростей подающих роликов и ножа на ведущем барабане; D_p —диаметр подающих роликов (см. рис. VIII.1).

Поскольку подающие ролики и ведущий барабан ножниц приводят­ся от одного общего для них электродвигателя, то передаточное число i_p.H можно представить следующим образом:

(VIII,7)

ip _и 0)р/(0_а — (Ор/сОд * — ^Дв^{/ (Й}Н * 1/(ю_Дв/(Ор) ¹ iji_v,

где —передаточное число от двигателя к подающим роликам, Г_р = = й)_дв/о)р = Лдв/«р_> i_H — передаточное число от двигателя к ведущему ба­рабану НОЖНИЦ, гн=©дв/сОи = Ядв/Ян.

Подставляя это значение /_р._н в уравнение (VIII.6), получим весьма важную формулу для синхронизации привода подающих роликов с при­валом ножниц

L = JiDp k (t_B/ip). (VIII.8$

Из анализа этой формулы следует, что: 1) для данных значений диа­метра подающих роликов D_p и коэффициента пропуска реза любую про­межуточную длину листа при резании полосы на ножницах можно полу­чить при определенном значении отношения передаточных чисел редук­торов между двигателем и ножницами (г'_н) и между двигателем и пода­ющими роликами (i_p); 2) д л и н а мерных листов не зависит от абсолютных величин скоростей полосы, ножниц и электродвигателя.

Значит, широкий диапазон мерных длин листов при резании на ле­тучих ножницах можно получить двумя способами:

1) изменением t_H (при *'_p=const)_; 2) изменением t_p (при r'_H=const). Для этого в линии привода ножниц или в линии привода подающих ро­ликов устанавливают многоступенчатый редуктор (коробку скоростей), который позволяет получить 200—400 различных передаточных чисел. Так при работе ножниц максимальное допустимое превышение скоро­сти ножей по отношению к скорости полосы должно составлять не бо­лее 200 % (о чем было сказано выше), то этот диапазон различных пе­редаточных чисел должен находиться в пределах от 1 до 2.

Например, на летучих ножницах в агрегате резки применен много­ступенчатый редуктор, который позволяет получить 400 различных пе­редаточных чисел в пределах от 1 до 2 со следующими значениями: i — = 1,0025; 1,005; 1,01 и т. д. (см. рис. VIII.3, в).

При этих передаточных числах летучие ножницы могут резать поло­су на листы длиной 1002,5: 1005; 1007,5; 1010 мм и т.д., т.е. через каж­дые 2,5 мм. Этот редуктор (коробка скоростей) весьма сложный: он со­стоит из двух блоков шестерен в виде конусов Нортона и специального планетарного дифференциального редуктора. Учитывая этот недостаток, на новых летучих ножницах применены более простые коробки скоро­стей без конусов Нортона и дифференциальных планетарных редукто­ров. Так, в приводе летучих ножниц для резки жести конструкции УЗТМ (см. рис. VIII.3, а) коробка скоростей имеет набор только одних цилиндрических зубчатых шестерен и позволяет получить 201 переда­точное число с большим диапазоном 0,371—0,901. Выбор требуемого пе­редаточного числа осуществляется переключением шестерен (согласно имеющейся таблице) при помощи ручных рукояток.

Применяют два типа установок летучих ножниц, отличающихся толь­ко местом расположения многоступенчатого редуктора (коробки скоро­стей): 1) редуктор установлен в линии привода подающих роликов (рис. VI11.3, а); 2) редуктор установлен в линии привода ножниц от электро­двигателя (рис. VIII.3, б).

Рис. Vni.3. Схемы привода летучих ножниц с правильной машиной и подающими роликами:

/ — правильная машина; 2 — подающие ролики; 3— летучие ножницы; 4—силовой редуктор (I _с =const); 5 — электродвигатель; 6 — коробка скоростей с набором различных передаточных чи­сел (i _R -var); 7 —редуктор; 8 — электродвигатель привода правильной машииы

Во втором случае многоступенчатый редуктор передает большие на­грузки (моменты), возникающие при резании на ножницах, поэтому имеет значительные габариты. В.первом случае для привода подающих роликов требуется небольшая мощность, поэтому габариты многоступен­чатого редуктора небольшие.

Очевидно, что схема привода ножниц по первому типу является бо­лее предпочтительной. Применяют также схему привода, показанную на рис. VIII.3, в, являющуюся разновидностью схемы второго типа. Соглас­но этой схеме, перед подающими роликами установлены многоролико­вая правильная машина с приводом роликов от того же электродвига­теля.

Из сравнения этих схем следует, что при конкретном выборе одной из них предпочтение надо отдать той, в которой многоступенчатый ре­дуктор передает меньшую мощность. Следует отметить, что за послед­ние годы в приводе летучих ножниц для жести получили применение механизмы для выравнивания скоростей и бесступенчатого регулирова­ния передаточного числа i_v при помощи цепных вариантов скоростей (см. ниже).

Каждую конкретную установку летучих ножниц проектируют и ус­танавливают для резания полосы, толщина которой может изменяться от Zimin До bh_mах; обычно диапазон сортамента листов по толщине, разре­заемых ка данных конкретных ножницах, принимают в пределах h_m&x/ /Лщ1п=4ч-6. Скорость резки (скорость подачи полосы подающими ро­ликами) принимают различную в зависимости от качества и толщины полосы: минимальной толщине соответствует максимальная скорость, и наоборот. Однако при резании полосы определенной толщины скорость резания (подачи полосы в ножницы) должна быть строго постоянной j v„ = const) .

Скорость летучих ножниц. Выше было указано [см. фор­мулу (VIII.8)], что длина листов при резании полосы не зависит от аб­солютной величины скорости вращения ножей на барабанах летучих йожниц (зависит от отношения скорости полосы к скорости ножа при­водного барабана v_u/v_H). Однако при выборе скорости летучих ножниц надо принимать во внимание два обстоятельства:

1. Если летучие ножницы предназначены для установки в линии про­катного стана (например, за последней клетью его), а выходная ско­рость прокатки V\ на этом стане различная (от i>imm до v_max) в зависи­мости от толщины, ширины или сечения прокатываемой полосы или про­филя, то скорость ножниц и_н соответственно тоже должна быть различ­ной (от t>_H.min до ин.тах) для соблюдения условия ui/u_H=const при задан- ной длине отрезаемых листов.

2. Если летучие ножницы предназначены для установки в непрерыв­ной поточной линии поперечной резки полосы на листы, то скорость этой линии технологически также принимается различной при резании поло­сы различной толщины (с целью получения качественной резки при мак­симальной производительности агрегата резки). Таким образом, при рез­ке различного сортамента полос (по толщине их) подающие ролики бу­дут подавать к ножницам полосу с различной скоростью v_n (от у шиш до Unmax); значит, скорость летучих ножниц v_a также должна соответ­ствовать различным скоростям и_п т. е. должна быть в пределах от t»_Hmin

ДО Унтах-

Таким образом, для привода летучих ножниц необходимо устанав­ливать электродвигатель постоянного тока (типа П или МП) с ре­гулируемой скоростью вверх до /г_шах (изменением возбуждения) и вниз до Лщт (изменением напряжения) от номинальной ско­рости.

После выбора характеристики электродвигателя по каталогу необ­ходимо затем определить требуемое передаточное число редуктора при­вода ножниц. Если подающие ролики и летучие ножницы имеют общий привод от одного электродвигателя, то для получения различных мер­ных длин листов при резании полосы, согласно формуле (VIII.8), не­

обходимо определить передаточные числа редукторов следующим обра­зом:

а) для схемы привода второго типа (см. рис. VIII.3). Угловая макси­мальная скорость вращения подающих роликов при максимальной тех­нологической скорости подачи полосы

^WP max ⁼ тах/^р-

Передаточное число редуктора в линии привода подающих роликов

1р = (0_{ДВ max}/®p max*

где содвтах—максимальная угловая скорость двигателя. Ножницы пред­назначены для резки полосы на листы длиной от L_min до L_m&x\ соглас­но формуле (VIII.8), передаточное число линии привода летучих нож­ниц должны быть в пределах

» . — ^;р j . - i — * /

¹н гтп • ^L«4Hi ^ln max ^ , ^тах-

nDpk JiDpk

В линии привода ножниц установлены два редуктора: один пред­ставляет собой многоступенчатую коробку скоростей с переменным пере­даточным числом i_K, другой — силовой редуктор с постоянным переда­точным числом i_c. Таким образом, i_H = i_Kiс; коробка скоростей должна позволять выбирать любое передаточное число в диапазоне от 1ктт=

⁼ iнпйпЛ'с ДО 1ктах⁼⁼ ium&x/

б) для схемы привода первого типа (см. рис. VIII.3, а). Максималь­ная угловая скорость ножниц, согласно формуле (VIII.3),:

2^я и

max j max

^тах

Передаточное число силового редуктора в линии привода ножниц

*н — ⁼ ®дв юах^н max-

Передаточное число в линии привода подающих роликов, согласно фор­муле (VIII.8):

tpmin = JiDpfe—^tH- ; i_pmax = nD_pk —^tH— .

^max —

Так как общее передаточное число в линии привода подающих роликов *р = 1к1р.с> где г'р.с — для основного редуктора в этой линии, то коробка скоростей должна обеспечить полу­чение передаточных чисел в диапа­зоне ОТ iKmln^ ipmlnA'c» ДО /ктах =

⁼ *ртахА'с«

Усилия резания, статический мо­мент и мощность электродвигателя

Схему резания на летучих бара­банных ножницах (рис. VIII.4) рас­смотрим в сравнении со схемой ре­зания дисковыми ножницами (см. рис. VII.1). Поскольку на барабан­ных ножницах ножи установлены _{Рис< vm 4 Схема резаний полосы на летучих} параллельно ОСЯМ барабанов И ре- барабанных ножницах зание происходит на небольших ду­гах траектории ножей, можно счи­тать, что ножи внедряются в металл навстречу один другому. Тогда максимальное усилие резания можно определять по формулам: при резании параллельными ножами

P = M_m„(l-e.)F = AiM_ao»(l j-y-, (VIII.9)

при резании ножами, из которых один (верхний) наклонный

Р^к,к_гк₃-^(VIII. 10)

/ tg С6

где ki =тшах/а_в = 0,7^0,75:

при резании ножами, из которых один шевронный:

Р = 2к_у к_г k₃ -j—f- е_н о, h\ (VIII. 10а)

где k’₂ и kz — коэффициенты, учитывающие повышение усилия резания при затуплении ножей и увеличении бокового зазора между ними; &₂ = = 1,2—1,4; &₃.= 1,1 —1,3; а — угол наклона ножа; е_в~е_н/2— относитель­ная глубина вмятия, при которой усилие резания и сопротивление реза­нию т достигают максимальных значений (см. табл. VI. 1); е_н — относи­тельная глубина внедрения ножен, при которой происходит отрыв не­разрезанной части металла; F — площадь поперечного сечения разрезае­мой полосы.

Определим углы начала и окончания резания и угол приложения уси­лия резания Р. В случае резания на барабанах различного диаметра уси­лия Р будут направлены под некоторым углом к вертикали (сравнить со случаем на с. 70). Ввиду незначительной величины этого угла при­мем, что усилия Р направлены вертикально и плечи их приложения рав­ны, т. е. a_l = a₂—a — R_l sin pi = /?₂ sin (3₂.

Из рис. VIII.4 следует, что (при y\ + yz = h—А):

Я_а = Я, cos а_х + (у_г -(- Д); R_l (1 — cos a_t) - у_г + Д;

R., = R₂ cos a₂ -f (у.> -|- Д); R,( \ — cos a₂) =■ tj₂ -f Д

или 2R\ sin² ^ + 2/?₂sin²|²=/i+A.

Так как

sin o^/sin a₂ — RJR_X ж sin (a_x/2)/sin (a₂/2),

то получим формулу для определения угла начала резания на барабане меньшего диаметра:

_cosa 1_, (VIII. 11)

/М1 + /?,/я₂)

Аналогично получим формулы для углов окончания резания и приложе­ния усилия Р:

cos«;= 1- ^;i(1-^f"⁾-l -^д . cos (j, = 1- '»<1-еп/2) + Д_^ (VIII.12) RlO Rl/Ri) ^*1 (1 'I-

Для верхнего (большого) барабана эти формулы будут иметь следую­щий вид:

₁ h -j- А

cos a₂ = 1 — •

COS Обо = 1

cos ~ 1 ^A о — «я^/2> + ^д , l Г. (VIII. 13)

№a+R_z«i) '

Очевидно, что

Pi = (ai -f a[)/2; p₂ = (a. -f «а)/2.

Момент резания на нижнем (ведущем) барабане М_х = Ра — TR_X cos Pj.

Момент резания на верхнем (ведомом) барабане Mi = Ра -f TR₂cos р₂;

I

;

М₂ = М\(RJR.) = Ра (R_y/R₂) + TR cos |3₂ (R_X!R₂) =

= Ра (Ri/R₂) + ТR\ cos р₂.

Суммарный момент резания на нижнем (ведущем) барабане (прини­мая pi«p₂)

Мрез = М\ + - Ра- + Pa(R_x!R₂) = Ра( 1 + Ri/RJ.

^Статический (без учета динамики) момент резания 'на валу нижнего .(приводного) барабана

/ М„ = МрезЛТЬ Pah1(1 + RJRJ, (VIII. 14)

где т] — коэффициент, учитывающий потери в зубчатом зацеплении ше­стерен привода барабанов и в подшипниках валов барабанов.

Распорное усилие между ножами ТжО,2Р. Как видно из рассмотре­ния формулы(VIII. 14), это усилие при подсчете момента резания можно не принимать во внимание (силы Т направлены противоположно и их надо учитывать при определении результирующего усилия на опорах барабана).

При резании полосы на барабанных летучих ножницах процесс ре­зания происходит в весьма короткие периоды времени (0,01—0,001с) при динамическом возникновении усилия резания и при некотором па­дении скорости резания в этот период. Очевидно, что работа резания в значительной доле будет совершаться живой силой вращающихся бара­банов и всего привода. Таким образом, привод будет работать в махо- вичном режиме, поэтому окончательный выбор номинальных значений момента и мощности электродвигателя надо проводить не по статичес­кому моменту, а с учетом приведенных маховых масс и упругой дефор­мации валов, т.е. с учетом динамики привода. Однако ориентировочно можно считать, что максимальный момент двигателя постоянного тока (с учетом допустимого коэффициента перегрузки) не должен быть мень­ше максимального статического момента, приведенного к валу двига­теля.

Пример 42. Определить усилие, статический момент и мощность резания по­лосы на летучих барабанных ножницах.

Дано: максимальная ширина полосы 6=1000 мм; максимальная толщина полосы h = 0,6 мм; скорость полосы (скорость резания) и_п = 1,5 м/с; барабаны одинакового диаметра с одним или двумя ножами на каждом барабане; диаметр траектории ножей 500 мм. Основные длины листов: при работе с одной парой ножей L₀c_H = 0,97.nD = = 0,97я-500= 1520 мм; при работе с двумя парами ножей (ft = 0,5) L*_CH—L₀cnb — = 760 мм.

Материал разрезаемой полосы: сталь с пределом прочности о_в = 600 МПа.

I. Определяем максимальное усилие резания по формуле (VII1.9) (ножи на ба­рабанах параллельные) при е_и = 0,5:

/ 0,5 V ' * ' • ^у.

Я = 0,7-1,2-1,3 1 — —^—) 600-1000-0,6 = 3- 10^ь Н = 300 кН.

2. Определяем углы резания и приложения силы Р (см. рис. VIII.4), принимаем перекрытие ножей Д = 0,4Л = 0,24 мм.

Угол начала резания по формуле (VIII.11)

что соответствует среднему значению угла резания.

3. Статический момент на валу нижнего приводного барабана ножниц определяем по формуле (VIII.14).

Угол окончания резания по формуле (VIII. 12) 0,6(1 —ft,5) + 0,24 500

Угол приложения силы Р по формуле (VIII. 13) 0,6(1 —0,25) +0,24

0,99832; а = 3°20'.

= 0,99862; 6 = 3°;

500

/

0,6 -|- 0,24 2-250

ч:к?'

Ш !рё -

О. j ;

~ - е, :o.j j

пЛ

cos а = 1 —

О /-

П it

? с г

= 0,99892; сс' =2° 40'.

cos а' = 1

COS Р = 1

Плечо приложения силы Ра = R sin р=250-0,05234= 13,3 мм;

2-300-0,0133 _Л . ,

— _rv- — кН'М,

0,95

где Ti=0,95 — коэффициент, учитывающий потери на трение в зубчатом зацеплении шестерен привода барабанов и в подшипниках валов барабанов.

/'•'"3. Определяем мощность резания. Угловая скорость ножей (при v_u = v_n) ы — vlR — U 1,5/0,25 = 6 1/с.

■ W_pe3 =/И_ст со = 8,5-6 = 51 кН-м/с=51 кВт.

Согласно рис. VIII.3, а для привода ножниц и подающих роликов (вместе с пра­вильной машиной) установлен один электродвигатель мощностью 72 кВт.

На ножницах можно резать полосу на листы длиной меньше L_0св (при работе с опережением скорости ножей) или больше L_ocн (при работе с отставанием скорости ножей от скорости полосы).

При работе ножниц с опережением в полосе будут возникать растягивающие на­пряжения; при этом дополнительное горизонтальное усилие на ножи будет увеличи­вать момент резания. Рассмотрим случай работы ножниц с опережением, когда и_н = = 1,2уп, т. е. при резании полосы на длины [согласно формуле (VIII.5)]:

( vп \ 1 700

L — ^ ^ j L_0CH = ^ 2 L_0CH ⁼ j 2 ^{= MM}"

Время резания полосы ножами при о_в = 1,2-1,5= 1,8 м/с и

<о_н = v_H/R = 1,8/0,25 = 7,2 1/с

h = ф/о>н = (3°20' —2°40') л/180-1/7,2 = 0,00097 с.

За время резания ножи пройдут горизонтальный путь

/_н = R (sin а — sin а,) = 250 (sin 3°20' — sin 2° 40') = 1,74 мм.

За это же время полоса могла бы пройти путь

1_П = v_Dt_p= 1500-0,00097 = 1,45 мм.

Удлинение полосы при резании Д/= 1,74—1,45=0,29 мм.

Напряжение растяжения в полосе (при длине ее на участке между ножницами и подающими роликами L = 1 м)

сг= —— £ ~ 2,1» 10^s = 01 МПа.

L 1000

Горизонтальное усилие на ножи от натяжения полосы ножами X = oF = 61-0.6-1000 = 36,6 кН.

Принимая плечо приложения силы X равным радиусу траектории ножей, дополнитель­ный момент на валу нижнего барабана получим

М_а= XR = 36,6-0,25 = 9,15 кН-м,

т. е. больше, чем момент от собственно резания полосы (8,5 кН-м).

Отсюда следует, что нежелательно применять режим работы барабанных ножниц с опережением. Допустимым следует считать работу ножниц с опережением не бо­лее 10 %. Предпочтительным является режим работы ножниц с отставанием (т. е. с подпором полосы) для получения листов длиной больше L_ocн-

Пример 43. Определить усилие и мощность резания полосы толщиной 12 мм и шириной 1300 мм при скорости полосы г/_п=5-т-10 м/с. Ножницы установлены за по­следней клетью непрерывного широкополосного стана и разрезают полосу при темпе­ратуре не ниже 700 °С, предел прочности стальной полосы при этой температуре о_в = = 200 МПа. Диаметры траектории ножей; верхнего приводного барабана £>i = 648 мм; нижнего барабана (приводного от верхнего) D₂=864 мм; отношение диаметров D\/D2=3/4; межосевое расстояние между барабанами ножниц Л = 756 мм; длина лис­тов от 4 до 8 м с интервалом через 25 мм.

1. При непрерывном вращении барабанов (по одному ножу на каждом) резание будет происходит через каждые четыре оборота верхнего барабана (через три оборота нижнего барабана). Если скорость полосы равна скорости вращения ножей, то, согласно формуле (VIII.4), основная длина отрезаемых листов (в горячем состоянии) будет равна (при 6 = 4)

Lq_CH = L_0CHk = nD_x k = я648-4 = 2035*4 = 8140 мм.

2. Конструктивно предусмотрена возможность установки в той же станине нож­ниц нижнего барабана с диаметром траектории ножей, в два раза большим, чем на верхнем барабане, т. е. D₂=1296 мм; тогда отношение диаметров траекторий ножей (и приводных шестерен на концах валов барабанов) D\/D₂=l/2. Резание будет про­исходить через каждые два оборота верхнего (малого) барабана (через один оборот нижнего барабана) и основная длина листов будет равна (при k = ‘2)

^LtcH = ^Locu ^k = ^яб48‘^k = ²⁰³⁵ •² = ^{4070 MM}-

3. Для обеспечения возможности резания полосы на листы любой длины в пре> делах от 4070 до 8140 мм с интервалом через каждые 25 мм (с точностью до 5 мм) в приводе ножниц устанавливаем многоступенчатый редуктор (коробку скоростей) с передаточным числом i=l :2 (см. рис. VII 1.3, а); вместо подающих роликов их на­значение выполняет последняя чистовая клеть непрерывного широкополостного стан». Во избежание работы ножниц с обгоном (или подпором) и для соблюдения условия

в приводе ножниц между коробкой скоростей (редуктором) и ножницами уста­навливают двухкривошипный кулисный механизм выравнивания скоростей (см. ниже с. 272).

4. Усилие резания. Если на барабанных ножницах установлены ножи с парал­лельными режущими кромками, то, согласно формуле (VIII.9), при fei=0,75; k2=1,1; &з=1,3 и е_в = 0,8 получим

/> = (^75-1,1-1,3(1 —0,8/2) 200-1300-12 = 2000 кН.

С целью уменьшения усилия резания и улучшения условий работы ножниц (учи­тывая динамичность приложения нагрузки при резании) целесообразно верхний нож сделать наклонным (как у гильотинных ножниц). Однако ввиду увеличения при этом продолжительности резания широкой полосы (ножи внедряются постепенно с одного края полосы к другому) изменение угла резання при вращении ножей (см. рис. VIII.4) потребует наличия большого предварительного бокового зазора (4—5 мм) между но­жами, что ухудшает качество реза (линия резания будет не перпендикулярной по ши­рине, а косой).

Для улучшения качества реза применим шевронные ножи (с двойным наклоном к середине) с углом наклона 1 :50 (а=Г9', tga=0,02). Тогда, согласно формулам (VIII. 10) и (VI.7) усилие резания будет (для двух наклонных ножей, образующих шеврон)

Р — 2*0,75-1,1 • 1,3 г~ 0,8-200-12¹ = 860 кН,

2-0,02

т. е. в 2,35 раза меньше, чем в случае резания параллельными ножами.

5. Момент и мощность резания. Полоса максимальной толщины /i = 12 мм выходит из последней клети стана с минимальной скоростью у_п=5 м/с. При v_a^v_a средняя угловая скорость верхнего приводного барабана оэ₀ = ь>_п//?1 =2с>_я/0, =2,5/0,648= ==15,5 1/с; угол приложения усилия резания по формуле (VIII.12) при радиальном перекрытии ножей Д=0,3/г = 3,6 мм

cos pj — 1 ^{12 (1} ~^{0,4) + 3,6} = 0,978; р₁₌12°2\

¹⁴ то +т/12щ ^И1

Плечо приложения силы Р a=R\ sin Pi = 324-0,2085=68 мм. Максимальный момент резания для двух барабанов по формуле (VIII.14)

Мр_ез = 860-0,068 (1 + 648/1296) = 88 кН-м.

Максимальная мощность резания

/У_рез = Мо> = 88-15,5 = 1360 кН-м/c = 1360 кВт.

Электродвигатель допускает кратковременную трехкратную перегрузку (k—З), по­этому с учетом к. п. д. привода и расхода мощности на привод подающих роликов (т)=0,8) номинальная мощность двигателя должна быть не менее

ЛГ_ДВ= 1360/(3-0,8) =570 кВт.

При наличии в приводе ножниц двухкривошипного механизма выравнивания ско­ростей ножей и полосы (и_н = и_в) ножницы будут работать с неравномерной скоростью, т. е. с большими ускорениями. Расчет мощности двигателя с учетом возникаемых ди­намических моментов см. далее, с. 283.

На барабанных летучих ножницах применяют установку ножей двух типов:

а) ножи установлены параллельно в радиальных плоскостях бараба­нов вдоль образующих цилиндров. При вращении барабанов ножи встре­чаются и начинают резание одновременно по всей ширине полосы, вследствие чего возникающее большое усилие резания имеет ударный характер; распорное усилие между ножами вызывает «разворот» ножей, плоскость резания становится не перпендикулярной, торец отрезанной полосы приобретает клиновидную форму и режущие кромки ножей бы­стро затупляются. Несмотря на эти недостатки такую установку ножей применяют при холодном резании тонких (до 2 мм) и при горячем реза­нии толстых (до 10 мм) полос, так как при этом оба ножа имеют оди­наковую форму, а их установка и настройка являются весьма простыми;

₍ б) нижний нож прямой (как в описанном выше случае), а верхний нож имеет режущую кромку наклонную (0,5—1,0 град) или шевронную (V-образную) форму (рис. VIII.5): такая форма ножей не имеет отме­

ченных выше недостатков и обеспечивает качественное холодное реза­ние тонких и толстых (до 10 мм) полос и резание толстой горячей поло­сы (до 40 мм). Для резки толстых полос наклонный или шевронный нож устанавливают на нижнем барабане.

7

Лмоса

Конструкция ножниц

Lh

Lh

L_H

Рис. VIII.S. Форма ножей летучих ножниц:

Вверху — шевронный нож для резки тонких полос: внизу — нож для резки толстых полос простой </) и шевронной (И) формы

Ркс, VIU.6. Летучие барабанные «ow.kvium для «■&- перечной резки тонкой полосы

На рис. VIII.6 показан разрез по барабанам летучих ножниц конструкции УЗТМ, предназна­ченных для поперечной резки тонкой рулонной жести (тол­щиной 0,18—0,6 мм, шириной 1000 мм; см. рис. VIII.3, а). Основные длины отрезаемых листов: при установке по одно­му ножу на каждом барабане 1520 мм, при установке двух круг своей оси до полного соприкосновения ножей по всей длине их пе­рекрытия (при застопоренном нижнем барабане).

При торможении ножниц (уменьшении скорости вращения нижнего приводного барабана) верхний барабан иод действием запасенной ки­нетической энергии будет стремиться обогнать нижний барабан; при этом в зубчатом зацеплении появится зазор между основными эвольвентными рабочими поверхностями и верхний нож будет «набегать» на нижний. Для нормальной работы ножниц необходимо исключить возможность появления этого зазора. С этой целью рядом с основной шестерней на валу верхнего барабана свободно посажена вспомогательная узкая ше­стерня; на торце ее имеются две пружины, опирающиеся одним концом в штыри, соединенные с основной шестерней, а другим концом в штыри, закрепленные на торце вспомогательной шестерни; таким образом, под действием пружин вспомогательная шестерня всегда будет «прижимать» зубья основной верхней шестерни к зубьям ведущей шестерни. Для ре­зания жести и тонких листов радиальное перекрытие ножей устанавли­вают в пределах 0,05—0,2 мм, а тангенциальный зазор —в пределах 0— 0,02 мм. Для проталкивания заднего конца полосы через ножницы с входной их стороны установлены ролики 7; верхний из них приводится дополнительной шестерней на валу нижнего барабана, а нижний (холо­стой) прижимается к верхнему при помощи пневматического цилиндра. Смазка подшипников качения и зубчатых зацеплений — жидкая цирку­ляционная. Масса ножниц— 17,4 т.

На рис. VIII.7 показан разрез по барабанам летучих ножниц конст­рукции УЗТМ, предназначенных для поперечной резки стальной поло­сы шириной до 1500 мм и толщиной 0,6—2,0 мм на листы длиной от 1000 до 6000 мм; максимальная скорость полосы 6 м/с; максимальное усилие резания 1,5 МН. Барабаны ножниц различного диаметра с отно­шением диаметров траекторий ножей 1 :2 (750/1500 мм). Если на обо­их барабанах установлено по одному ножу, то резание полосы будет происходить через каждые два оборота нижнего приводного барабана (k — 2) и основная длина отрезаемых листов будет равна 4720 мм; если на нижнем барабане будет один нож, а на верхнем — два, то резание будет происходить через каждый один оборот нижнего барабана (k = = 1) и основная длина листов будет равна 2360 мм; если на нижнем барабане будет два ножа, а на верхнем — четыре (k = 0,5), то резание будет происходить через каждые 0,5 оборота нижнего барабана и основ­ная длина листов будет равна 1180 мм. Мерные длины листов ниже ос­новных получаются при резании с опережением ножей на 157 %, а вы­ше основных — при резании с отставанием ножей (подпором полосы) на 127 %. Между подающими роликами и ножницами предусмотрены спе­циальные проводки, которые создают вогнутую петлю (при работе нож­ниц с опережением с целью предотвращения «выдергивания» полосы но­жами из подающих роликов) или выпуклую петлю (при работе с отста­ванием ножей).

Конструкция установки подушек с ножами является весьма ориги­нальной: вал барабана имеет квадратное сечение с уступами, что облег­чает регулирование тангенциального зазора между ножами при помо­щи боковых винтов, упирающихся в уступы. Ножницы вместе с подаю­щими роликами и правильной машиной приводятся электродвигателем постоянного тока мощностью 320 кВт (400/1000 об/мин) через соответ­ствующие редукторы и коробку скоростей (см. рис. VIII.3, в)