книги из ГПНТБ / Кожевников С.Н. Гидравлический и пневматический приводы металлургических машин

ствует на упор механизма 11 и через штангу 18 поворачивает на

Корпус стайка в первой фазе движется ускоренно, пока скорость его и скорость трубы не станут одинаковыми. В этой фазе дви­ жения корпуса станка насос, питающий цилиндр 9, имеет пере­ менную (нарастающую) производительность.

После подготовительной фазы движения станка насос, пита­ ющий жидкостью цилиндр 9, переходит на работу с постоянной производительностью. Как только скорости корпуса станка и тру­ бы сравняются, подается команда сначала на зажатие трубы, а затем на ее разрезание. После окончания разрезания подается команда на обратное перемещение режущих роликов, затем — на разжатие трубы, на торможение корпуса станка и на возврат станка в исходное положение. Остановкой в начальном исходном положении корпуса станка заканчивается комплекс движений операции процесса резки трубы. Далее движения повторяются в той же последовательности.

В гидравлической схеме управления перемещением корпуса труборезного станка предусматривается питание его потребите­ лей от двух насосов: одного — постоянной производительности, питающей цепи управления, и другого — переменной производи­ тельности, питающего цилиндр 9 перемещения корпуса станка.

МЕХАНИЗМЫ КОЛЕСОПРОКАТНОГО СТАНА

На рис. 134 приведена конструктивная схема колесопрокатно­ го стана. В рабочей клети 20, перемещающейся относительно ста­

2) верхний 5 и нижний 26 наклонные валы с головками, приводи­ мые во вращение через редукторы 14 и 27 от электродвигателя 15 и вала 28 линии главного привода. Угол наклона верхнего вала во время настройки стана изменяется при помощи кулисного ме­ ханизма 18, червячных редукторов 12 и 13 и электропривода.

Под действием давления жидкости на плунжер подпорного цилиндра 7 через траверсу 11 и тяги 6 и момента силы тяжести электродвигателя 15 относительно оси 19 кулисного механизма корпус верхнего вала прижимается через штангу 5 к плунжеру цилиндра 9, перемещение которого при опускании ограничивает­ ся при помощи передвижного упора 10. Прокатываемая колесная заготовка 4, приводимая во вращение коренным роликом 3 через редуктор 25, вал 14 и редуктор 29 от электродвигателя 30 главно­ го привода, центрируется посредством направляющих роликов 31, шарнирио соединенных с плунжером цилиндра 1 и 2.

171

Принципиальная схема гидромеханической системы колесо­ прокатного стана приведена иа рис. 135 [31]. Управление гидрав­ лическими механизмами осуществляется при помощи ручных клапанных распределителей и дросселя, конструктивно оформ­ ленных в виде двух блоков 15 и 29.

I 2

4- ±

этом распределители запирают полости цилиндров 7, 16, 22, 24 и •соединяют цилиндр 27 с магистралью 1, а отверстие регулируемо­

Рабочий цикл колесопрокатного стана можно разбить на семь •фаз определенной продолжительности.

В первой фазе, перемещая клапан распределителя 34 вниз, со­ единяют цилиндр 24 с магистралью 1, и рабочая клеть 9 движет-

173

ся вперед, а колесная заготовка 20 поворотным краном подается навстречу движущейся клети. Головка верхнего вала посредст­ вом плунжера 7, соединенного через распределитель 6 с маги­ стралью /, опускается с таким расчетом, чтобы к концу фазы она переместилась на половину своего хода и колесная заготовка легла на головку нижнего вала н опорную реборду коренного ро­ лика 19. В середине фазы, в результате перемещения клапана распределителя 30 вниз п соединения магистрали 1 с цилиндром 16, начинают перемещаться направляющие ролики 18, поддер­ живая п центрируя колесную заготовку.

Вторая фаза начинается с момента остановки клети, включе­ ния главного 28 и вспомогательного 10 электроприводов н пере­ мещения роликов 21 салазок в сторону загружаемой заготовки. В это время цилиндр 24 передвижения клети запирается при помо­ щи распределителя 34, клапан которого устанавливается в исход­ ную позицию, а цилиндр 22 посредством распределителя 3 соеди­ няется с магистралью /. В конце фазы обод колесной заготовки, уложенной к этому времени на коренной ролик и головку нижне­ го вала, зажимается между головками верхнего и нижнего валов

ироликами салазок.

Втретьей фазе клеть с зажатым ободом подводит колесную заготовку к коренному ролику. После упора заготовки в ролик скорость вращения электроприводов достигает установившегося значения.

Четвертая фаза — раскатка заготовки до заданного внутрен­ него диаметра колеса. В течение этой фазы цилиндры 7 и 22 верх­ него вала и салазок подключаются к магистрали 2 высокого дав­ ления при помощи распределителей 4 и 5, отсекая при этом рас­ пределителями 3 и 6 магистраль 1 низкого давления. Дроссель 12 предназначается для регулировки усилия обжатия колеса при прокатке. В этом случае, когда реборда колеса плохо выкатана (чаще всего это происходит при остывшей заготовке), отсекают распределителем 34 магистраль /. Клеть останавливается, но по мере раскатки обода диаметр колеса увеличивается, в результате чего происходит выкатывание реборды колеса.

Втечение пятой фазы электроприводы переходят в тормозной режим, а ролики салазок и головка верхнего вала, а также на­ правляющие ролики, отводятся в исходное положение, для чего

цилиндры 7, 16 и 22 соединяют через распределители 11, 13 и 31 со сливом, а распределители 4, 5 и 30 переводят вверх. В преде­ лах этой фазы клеть остается неподвижной для осуществления захвата колеса поворотным краном.

После захвата колеса начинается шестая фаза, во время кото­ рой производится выгрузка колеса и отвод клети в исходное поло­ жение. Цилиндры 24 соединяются через распределитель 35 со сливом. В конце фазы все механизмы находятся в исходном поло­ жении, а распределители занимают нижние позиции.

Последняя, седьмая фаза определяется продолжительностью

174

технологической операции на стане и транспортировки колеса. При подходе новой заготовки цикл работы стана повторяется. Соединение цилиндра 27 с магистралью 1 и со сливом осуществ­ ляется при помощи распределителей 32 и 33.

Анализ работы колесопрокатного стана показал, что последо­ вательность операций в течение каждого цикла вполне опреде­ ленная и зависит от положения механизмов и заготовки при ее загрузке в стан. Следовательно, имеются условия для перевода стана на автоматическую работу. Однако существующий способ загрузки и выгрузки заготовки не позволяет осуществить комп­ лексную автоматизацию стана. При ручном управлении станом обжатие диска и обода происходит неравномерно и снижает его качество, а также темп прокатки.

Г л а в а IX

ОСНОВЫ ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ

В гидравлических механизмах тяжелых машин, в том числе металлургических, динамические процессы возникают либо в ре­ зультате изменения технологического режима, когда действую­ щие на ведомое звено гидравлического механизма нагрузки изме­ няются по определенному закону, либо в результате воздействия на гидравлическую систему аппаратуры управления, т. е. распре­ делителей, различного вида клапанов и пр. Характер протекания динамических процессов зависит прежде всего от параметров си­ стемы, т. е. от величины и распределения масс отдельных эле­ ментов системы, упругости жидкости, гидравлических трактов и твердых звеньев, диссипативных сопротивлений элементов системы, а также от внешних и внутренних (для системы) возму­ щений.

К внешним возмущениям следует отнести прежде всего пере­ менные технологические нагрузки, воздействие на систему тор­ мозных устройств, наконец, давление или вынужденный расход, жидкости на входе или выходе гидравлической системы. Возму­ щение может быть периодической функцией. Внутренние возму­ щения связаны с изменением структуры системы в результатевключения или выключения различных управляющих или регу­ лирующих устройств, вследствие разрыва или восстановления действующих гидравлических связей, работающих только на сжа­ тие.

175.

Особо должна быть отмечена возможность появления так на­ зываемых автоколебательных процессов в гидравлических следя­ щих системах при срабатывании предохранительных и перепуск­ ных клапанов и в других случаях систем с нелинейными характе­ ристиками звеньев. Автоколебательные процессы, определяемые падающей характеристикой кулонова трения в зависимости от скорости, возможны также при малых скоростях движения по направляющим тяжелых деталей, приводимых гидравлическими цилиндрами.

В системах с упругими звеньями (механическими пли гидрав­ лическими) при нестационарных динамических процессах, к ко­ торым следует отнести также и удар, возникают колебательные процессы, при которых могут появиться на отдельных участках гидравлического тракта давления жидкости на много больше до­ пустимых. Особенно большие динамические усиления могут по­ явиться в результате соударения твердых тел или гидравлическо­ го удара при внезапном перекрытии клапанов или золотников. Их наличие снижает надежность гидравлической системы, поэто­ му параметры ее, а также закон изменения управляющего воздей­ ствия должны быть выбраны при проектировании такими, чтобы динамические усиления в процессе работы не возникали или, во всяком случае, не превосходили допускаемой величины.

В связи с развитием автоматического управления процессами, например автоматического регулирования толщины прокатывае­ мой полосы, возникают дополнительные проблемы, связанные с точностью регулирования, устойчивостью процесса регулирова­ ния и пр. Если для целей регулирования используются гидравли­ ческие системы, то, как правило, не в чистом виде, а в сочетании с электрическими пли электронными аппаратами, и устройствами. Возникает в связи с этим необходимость анализа работы гибрид­ ных систем, отдельные части которых — гидравлическая и элект­ рическая — оказывают влияние друг на друга.

При малом коэффициенте связи между ними представляется возможным рассматривать переходные процессы в каждой из подсистем изолированно друг от друга, используя лишь внешнюю характеристику каждой из них. Например, для электрической си­ стемы, воздействующей на гидромеханическую, последняя может быть заменена приведенными к выходному звену электрической системы силой и массой, если дискретный спектр частот гидро­ механической системы смещен в сторону более высоких частот относительно дискретного спектра электрической системы, и наоборот.

В связи с изложенным возникает необходимость математиче­ ского описания процессов в разнородных по физической природе системах и совместного их рассмотрения либо для выяснения по­ ведения ведомого (выходного) звена системы, либо для выбора параметров системы с целью обеспечения заданного движения ведомого звена.

476

При построении математической модели разнородных по фи­ зической структуре систем очень большую помощь оказывают ме­ тод аналогий и метод графов, позволяющих учесть все особенно­

при расчете или какие характеристики системы требуется уста­ новить.

При проектировании или анализе действующих систем возни­ кают обычно следующие задачи: 1) определение времени сраба­ тывания механизма с учетом нестационарного движения его. Время срабатывания каждого из механизмов является составной частью циклограммы машины, характеризующей ее производи­ тельность; 2) обеспечение стационарной скорости на заданном участке перемещения; 3) обеспечение силовых воздействий при выполнении технологических операций; 4) обеспечение следящего режима работы гидромеханизма, используемого для целей дис­ танционного управления или автоматического регулирования; 5) обеспечение надежности работы гидромеханизмов снижением или исключением динамических нагрузок и правильным выбором размеров деталей гидросистемы из условий прочности. В зависи­ мости от поставленной при расчете гидросистемы задачи выбира­ ется и расчетная схема.

Для оценки работы гидравлических механизмов при постро­ ении циклограмм важно знать скорость стационарного движения при источнике питания постоянного давления или расхода и время нестационарного процесса во время трогания и торможе­ ния их. Такая оценка может быть дана в результате анализа про­ стейшей модели, состоящей из постоянной или переменной массы механизма и гидропривода, источника питания, гидравлических сопротивлений постоянных (местных и трубопроводов) на напор­ ной п сливной магистралях и переменных в распределителе, за­ висящих от перемещения его рабочих элементов. Предполагает­ ся, что к приведенной массе приложена приведенная сила сопро­ тивления. Выбором параметров такой простейшей системы могут быть решены указанные выше задачи 1 и 3. Для решения задачи 2 система должна быть усложнена введением стабилизирующего устройства, т. е. регулятора скорости.

Действительная скорость ведомого звена гидромеханизма и давление в различных точках гидравлического тракта при раз­ личных динамических ситуациях могут быть определены при ус­ ловии построения более сложной модели с учетом реальных физи­ ческих свойств системы, т. е. упругости жидкости и трубопрово­ дов, а в некоторых механизмах и упругости твердых звеньев — валов, шатунов и пр.

Динамические процессы возникают во время переходного ре­ жима, когда появляется возможность обмена энергией между звеньями — носителями кинетической и потенциальной энергии

и проявляются как колебания, налагающиеся на стационарное или нестационарное движение масс.

При построении расчетной схемы общая масса системы долж­ на быть разделена на части, между которыми располагаются упругие носители потенциальной энергии и диссипативные звенья, рассеивающие потенциальную энергию. Анализ такой расчетной схемы позволяет определить действительные нагрузки в элемен­ тах системы при различного вида возмущениях. Во время пере­ ходных режимов работы гидромеханизмов в трубопроводах боль­ шой протяженности возникают бегущие волны давления, отража­ ющиеся полностью или частично от препятствий различной степени прозрачности. Отраженные волны могут складываться с прямыми, в результате чего давление на отдельных участках гид­ равлического тракта могут достигнуть опасных величин. Расчет­ ная модель гидромеханизмов должна быть построена в этом слу­ чае с учетом распределения масс.

Для многих тяжелых машин, источники питания гидромеха­ низмов располагают обычно в отдельных помещениях, вопросы прочности и надежности без рассмотрения волновых процессов, которые могут возникать в определенные отрезки времени, не мо­ гут быть разрешены.

ПРИВЕДЕНИЕ МАСС И СИЛ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО МЕХАНИЗМА

Приведенная к ведомому звену гидромеханизма масса опреде­ ляется из условия равенства кинетических энергий приводимых масс заданного механизма и приведенной массы, а приведенная сила — из условия равенства работ приводимых и приведенной сил. При наличии в механизме сил, имеющих потенциал, приве­ денная сила определяется из условия равенства соответствующихпотенциальных энергий.

Кинетическая энергия механизма равна сумме кинетиче­ ских энергий отдельных звеньев. Приравнивая ее кинетической

178

отношения скоростей не зависят от положения звена приведения, п переменная в случае зависимости передаточных отношений от положения звена.

Кинетическая энергия жидкости на участке трубопровода постоянного диаметра зависит от распределения скорости по се­ чению трубопровода, т. е. от режима течения жидкости. При турбулентном режиме скорость во всех точках сечения можно принять равной средней скорости потока. При ламинарном пото­ ке жидкости в трубе скорость и струи изменяется по параболи­ ческому закону в зависимости от расстояния р от оси трубы. Как

Кинетическая энергия жидкости на участке трубы длиной

1 pdp.

После интегрирования и преобразования получаем

тнчеокой энергии через среднюю окорость при ламинарном дви­

жении, ее нужно увеличить в k = — раза, а при турбулентном

движении следует взять k — 1.

Бели масса жидкости трубопроводов приводится к поршню или плунжеру, то вся гидравлическая система разбивается на п участков и полная кинетическая энергия жидкости будет