книги из ГПНТБ / Контактное взаимодействие металла и инструмента при прокатке

использованы мотцлки стана. Усилие с барабана моталки через трос, коромысло, две тяги и два зажима передавали на концы полос.

Для измерения натяжений на каждую тягу было наклеено по два проволочных тензодатчика сопротивлением 200 Ом каждый вдоль оси тяги и по два — поперек оси. Тензодатчики соединяли в полумост по обычной для усилителя 8АНЧ-7М схеме. Непосред-

А-А

ственно от тяг сигнал разбаланса поступал в усилитель, минуя какие-либо токосъемные устройства. Градуировку тя г— месдоз производили на механическом прессе.

Противоизгиб рабочих валков осуществляли специальными кли­ новыми устройствами [45] (рис. 121); распирающими шейки рабочих валков. Устройства были размещены между шейками рабочих валков за подушками.

Устройство для создания противоизгиба (рис. 121) сфстоит из двух бронзовых подшипников скольжения 1 с углом охвата шейки равным 120°, закрепленных в стальных кованых корпусах 2 винтами 6. Верхний корпус соприкасается с клином 3 по наклонной плоскости, имеющей уклон 1 : 13. Между клином и нижним корпусом помещен цилиндрический палец 4, предназначенный для самоцентрирования верхней и нижней частей устройства при изгибе осей рабочих валков. Необходимая величина усилия противоизгиба устанавливается пере­ мещением клина вместе с пальцем при помощи фланцев и болтов '5.

В корпусах устройств простроганы пазы, в которых расположены тензодатчики сопротивлением по 150 Ом (четыре рабочих и четыре компенсационных) для фиксирования усилия противоизгиба. Тензо­ датчики соединены в полумост для работы с усилителем 8АНЧ-7М. Пазы с наклеенными в них тензодатчиками тщательно изолированы от внешней среды. Тарировку устройств производили на гидравли­ ческом прессе.

Валок применявшийся для одновременного измерения нормального и касательных напряжений, радиальной упругой деформации и

171

действительной длины дуги контакта в четырех сечениях по. длине бочки, показан на рис. 122. В бочке каждого валка расточены асим­ метрично расположенные относительно середины четыре отверстия переменного диаметра с резьбой, причем одно отверстие находится

Рис. 122. Конструкция снлонзмернтельного рабочего валка (№ 1— ‘1 — номера месдоз)

на середине бочки. Осевой канал диаметром'30 мм в силоизмеритель­ ных валках служит для вывода проводов от месдоз и датчиков и для размещения некоторых элементов датчиков радиальной деформации.

перпендикулярной оси штифта, на его поверхности наклеены четыре датчика так, что плоскости, проходящие через ось штифта и сере­ дины диаметрально противоположных датчиков, взаимно перпединкулярны.

172

Для получения точных значений касательных напряжений необ­ ходимо строго ориентировать штифт вместе с корпусом месдозы в отверстии рабочего валка. Пара датчиков, соединяемая во второй полумост, должна находиться в диаметральной плоскости рабочего валка, другая пара датчиков, соединяемая в третий полумост, в осевой плоскости рабочего валка. Эти условия выполнены точной разметкой штифта под наклейку датчиков и отверстий в корпусе месдозы под регулировочные винты 3 (см. рис. 123).

Кольцевой зазор между концом штифта и корпусом месдозы выбирали экспериментально, при статических испытаниях месдозы

ипри пробной прокатке полос. Было установлено, что для нормаль­ ной работы штифта отмеченных выше размеров зазор должен соста­ влять 25—30 мкм на сторону.

Правильная установка штифтов в корпус месдозы — трудоемкая операция. Все четыре штифта должны быть строго одинаково ориен­ тированы по высоте по отношению к корпусам месдоз и к поверх­ ности валка. Это условие достигалось шлифовкой валков со вста­ вленными в них месдозами. После шлифовки месдозы разбирали, прочищали и вновь собирали. Сборку месдоз проводили с помощью микроскопа. Месдозу устанавливали в поле зрения микроскопа, пред­ варительно поджав штифт 2 гайкой 4 (см. рис. 123). После этого с двух сторон винтами 3 выставляли штифт по оси отверстия в корпусе мес­ дозы, затем штифт еще больше поджимали гайкой 4 до полной затяжки.

Тарировку месдоз до и после экспериментов производили на рычажном приспособлении, позволяющем нагружать штифт нор­ мальными и касательными силами. Начальную тарировку осуще­ ствляли нагружением конца штифта, выступающего из корпуса месдозы на 0,5—0,8 мм, последовательно возрастающим усилием. По окончании эксперимента штифт помещали в несколько занижен­ ный по высоте корпус и прикладывали нагрузку аналогичным обра­ зом. Разница плечей в первом и втором случаях не превышала 1,5%

исущественно на отражалась на результатах тарировки. Силоизмерительные валки позволили исследовать закономерности

распределения упругого сжатия в четырех сечениях по длине бочки валков непосредственно при прокатке с помощью датчиков сопро­ тивления. В качестве измерителя радиальной деформации применяли датчик сопротивления г в виде предварительно натянутых струн из константановой проволоки диаметром 40 мкм (рис. 124). Пред­

173

варительное натяжение датчика позволяет измерять деформации растяжения и сжатия. Один конец датчика приваривали на границе радиальных отверстий диаметром 0,5 мм и внешнего контура валка, а другой припаивали в натянутом (с помощью навески грузов) состоянии к изолированным от валка медным пластинам. На всей рабочей длине во избежание контакта с диском датчики были изо-

Рис. 125. Устройство для измерения прогиба опорного валка (/) и сближения осей рабочего и опорного валков (2)

ного валков по линии их контакта и разнотолщинности полос были использованы специальные устройства.

Прогиб опорного валка измеряли по его свободной кромке. Результаты работы [119] подтверждают целесообразность и воз­ можность такого измерения вследствие небольшого различия стрел прогиба опорного валка по свободной кромке и по нейтральной оси (не более чем на 3%).

Устройство для измерения прогиба опорного валка (рис. 125) состоит из рамы, жестко закрепленной' на станине клети, и пяти одинаковых по конструкции узлов, смонтированных на раме. Каждый узел состоит из штока с подшипником, находящимся в контакте с бочкой опорного валка, и пружины, поджимающей шток с под­ шипником к валку. Вертикальное перемещение штока фиксируется часовым индикатором (с погрешностью 0,5 мкм), укрепленным на раме. Ножка индикатора упирается в шток. Перемещение штока фиксируется, кроме того, при помощи проволочных тензодатчиков, наклеенных на стальные балочки. Последние консольно закреплены на раме. Балочки опираются через шарики на муфту, находящуюся

174

на штоке. Устройство позволяет измерять прогиб опорного валка в статических условиях (электротензометрированием и с помощью

прогиб опорного валка по свободной кромке относительно края бочки валков и края прокатываемых полос.

Измерение сближения осей рабочего и опорного валков произво­ дили по методике, изложенной в работе [5]. Сущность ее заключается в измерении перемещения шарика или конуса, касающегося поверх­ ностей рабочего и опорного валков в непосредственной близости от их контакта, при увеличении (или уменьшении) давления про­ катки. Перемещение штока, на одном конце которого находится шарик или конус, фиксируется часовым индикатором (с погрешно­ стью 0,5 мкм) и тензодатчиками сопротивления, наклеенными на консольные балочки, которые изгибаются при движении штока (см. рис. 125). Для определения сближения осей валков произво­ дили пересчет перемещений штока по методике, изложенной в ра­ боте [42].

Разнотолщинность полос измеряли на контактном толщиномере с вращающимися роликами конструкции завода «Калибр» (модель 211). Толщиномер был дополнительно оборудован приводными роли­ ками с входной и выходной сторон и столом с холостыми роликами для размещения на нем измеряемых образцов.

Толщину образцов до прокатки измеряли в четырех продольных и четырех поперечных сечениях, после прокатки их разрезали на поперечные полоски, две из которых отбирали в местах замера до прокатки, третью — с отпечатками месдоз и четвертую— в непо­ средственной близости от отпечатков. По результатам измерений строили профилограммы полос до и после прокатки и находили распределение обжатия по ширине полос. Погрешность определения толщины полос и распределения абсолютного обжатия по ширине лежит в пределах ± 2 мкм.

Схема измерения параметров процесса прокатки показана на рис. 126. В схему входят усилители переменного тока I— III типа 8АНЧ-7М, три магазина шунтов типа Р-1 и светолучевой тридцати­ канальный осциллограф типа Н-010. Измеряемые параметры распре­ делены по усилителям следующим образом (рис. 126): в I усилителе усиливаются сигналы от четырех датчиков радиальной деформации (кабель 2) и сигналы от 1-й и 2-й универсальных месдоз (нормальное давление от 1-й и 2-й месдоз, касательные силы трения от 1-й месдозы).

Во II усилителе усиливаются остальные сигналы от 2—4-й уни­ версальных месдоз для измерения контактных напряжений (ка­ бель 6). Усилителем III усиливаются сигналы от месдоз для измере­ ния переднего и заднего натяжений (кабель 4), сигналы от датчиков, наклеенных на нижний и верхний шпиндели (кабель 5), и сигналы от месдоз для измерения усилия, противоизгиба (кабель 3). Общее число усиливаемых сигналов 24.

175

Три параметра фиксировали на ленте осциллографа Н-010 без предварительного усиления (рис. 126): усилие на левой и правой месдозах (кабель /), отметку длины пути и линии центров валков (кабель 7).

Светолучевой осциллограф типа Н-010 позволяет одновременно фиксировать на фотобумаге шириной от 60 до 300 мм тридцать элек­ трических сигналов силой тока 0,2— 130 мА. Скорость движения

Рис. 126. Схема измерения параметров процесса прокатки

бумаги в осциллографе изменяется при его остановке и непосред­ ственно во время движения ленты (от 1 до 2500 мм/с). Запись пара­ метров на осциллографическую бумагу шириной 200 мм проводили при скорости ее движения 250 мм/с.

Отметчик пути устроен следующим образом: на торце ицжнего рабочего валка болтом закреплен диск с профрезерованиыми по его окружности канавками, которые залиты эпоксидной смолой. Шаг канавок основнойчасти диска равен 10°; кроме того, в двух секторах, соответствующих контакту штифтов и датчиков радиаль-

176

ной деформации с металлом, шаг был более мелким, равным 4 и 2° соответственно. С поверхностью диска контактирует головка. Диск и головка включены в электрическую цепь, состоящую из бата­ реи КБСЛ-0,5, переменного сопротивления и гальванометра М004-1,2. При вращении валка вращается и закрепленный на нем диск, размы­ кая цепь при контакте головки с залитыми смолой участками диска и замыкая ее на остальных участках. На осциллограмме записы-

н 1

А-А

Рнс. 127. Рабочий валок лабораторного стана кварто без изме­ рительного сегмента

вается прерывистая линия, с помощью которой можно определить масштаб осциллограммы и положение линии центров валков.

Рассмотрим еще одну методику исследо­ вания распределения нормального давления и сил трения по ширине полос применительно к

валкам малого диаметра. Эта методика представляет особый интерес прежде всего в связи с постановкой исследований контактных на­ пряжений при прокатке на многовалковых станах.

Методику разработали для стана кварто 130 с рабочими валками диаметром 75 мм (диаметр опорных валков 180 мм).

Стан снабжен силоизмерительным рабочим валком, в котором имеется продольный паз шириной 25 и длиной 121 мм, соединенный специальной расточкой с осевым каналом для размещения монтажных проводов (рис. 127). В продольном пазе на скользящей посадке двумя винтами закрепляется измерительный сегмент, изготовлен­ ный из валковой стали. В измерительном сегменте симметрично относительно середины бочки валка разместили.9 штифтов (рис. 128).

Штифт представляет собой стержень переменного сечения, вы­ полненный заодно с основанием (рис. 129). Поскольку штифт имеет весьма ограниченные размеры для размещения датчиков, то оказа­ лось возможным фиксировать только две составляющие контактных напряжений — нормальное и продольное (вдоль дуги контакта)

касательное.

Штифты крепят шлифованными гайками и контргайками, причем одной парой гаек и контргаек удерживается одновременно три штифта.

Для создания равномерного кольцевого зазора (при проведении экспе­ римента он составлял 20 мкм на сторону) в измерительном сегменте размещено 18 регулировочных винтов (по два на каждый штифт). Поскольку регулировочные винты одного штифта располагаются

Рис. 128. Измерительный сегмент без штифтов

на одной линии и три штифта удерживаются одной парой гаек, то появляются дополнительные трудности при создании равномерного кольцевого зазора. Поэтому, штифты устанавливали под микроско­

1каждого штифта были наклеены два микротен­ зодатчика в направлении его продольной оси.

моста представляют собой такие же микротензодатчики, наклеен­ ные на свободной вертикальной плоскости внутри измерительного сегмента.

На двух других противоположных плоскостях квадратной части каждого штифта,, перпендикулярных направлению прокатки, также в направлении его продольной оси расположены два микротензодат­ чика. Они служат для регистрации продольных сил трения и являются соседними плечами измерительного моста; два других плеча моста в виде сопротивлений установлены в измерительной коробке.

178

Для балансирования каждого из мостов использованы реохорды, а для того чтобы иметь одинаковые тарировочные зависимости для всех штифтов, в измерительной коробке установлены регулируе­ мые сопротивления. Питание каждого из 18 измерительных мостов осуществляли от стабилизированного выпрямителя напряжением 3 В. Оно подается непосредственно на размещенные в измерительной коробке элементы схемы.

Для соединения микротензодатчиков в измерительные мосты были использованы медные одножильные монтажные провода диа­ метром 0,3 мм, а для подачи питания на диагонали мостов и снятия

тельной коробкой, находились в осевом канале рабочего-валка для обеспечения их скручивания, так как токосъемные устройства не применялись. Для удобства проведения монтажно-профилактиче­ ских работ измерительным валком являлся нижний рабочий валок.

При проведении исследования использовали безусилительную схему измерения, сигнал разбаланса от измерительных мостов непо­ средственно подавался на гальванометры ультрафиолетового осцил­ лографа SE2100.

Кроме измерений контактных напряжений, записывали усилие

В месдозах в качестве чувствительного элемента использовали сталь­ ной кольцевой элемент с наклеенными на него проволочными датчи­ ками сопротивления. Крутящий момент фиксировали с помощью фольговых датчиков, наклеенных на промежуточный вал в рабочей линии прокатного стана, и серебряных токосъемных колец. При записи усилия .прокатки и крутящего момента использовался усили­ тель и осциллограф SE2100.

2. РАСШИФРОВКА ОСЦИЛЛОГРАММ КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ

В процессе прокатки на ленте осциллографа фиксировался мо­ мент прохождения универсальными месдозами и датчиками радиаль­ ной деформации участка контакта рабочего валка с металлом, а при повороте рабочего валка на 180°— контакта рабочего и опорного валков. Кроме зон силовых контактов, на каждой ленте имеются начальные нулевые отсечки всех параметров, которые записывались перед началом и после прокатки. Участки типовых осциллограмм, зафиксированных на полупромышленном стане кварто 500, показаны на рис.. 130.

Расшифровку осциллограмм начинали с определения их мас­ штаба. Диаметр нижнего рабочего валка полупромышленного стана был равен 202,8 мм, верхнего 202,6 мм. Длина дуги нижнего рабо­ чего валка, соответствующая 10°, равна 17,8 мм. Масштаб осцил­ лограммы 7И0СЦ находили делением расстояния между отметками 10° (на интересующем нас участке осциллограммы) на 17,8 мм. Таким

образом, исключалась погрешность измерения длины дуг контакта, вызываемая неравномерностью скорости прокатки и неравномер­ ностью движения бумаги в осциллографе. При неравенстве скорости движения фотобумаги в осциллографе и скорости прокатки полная

Нулевая отметка левой месдозы

длина процесса, фиксируемого штифтовой месдозой, равна X = = Мосц (1Я+ с1ШТ). Зная величины X ,. Мосц и диаметр штифта dmr, находили длину дуг контакта рабочего валка с полосой и с опор­ ным валком.

Известно 14, 8, 118, 120, 121], что получаемые с помощью штиф­ товых месдоз осциллограммы отражают изменения составляющих давления металла на торец штифта и не являются эпюрами составляю­ щих контактного напряжения. Ординаты, отсчитываемые на графи­ ках, пропорциональны среднеинтегральным значениям составляю­ щих контактного напряжения по площади штифта. В связи с этим чем больше отношение 1Д/йшт, тем ближе к эпюрам напряжений будут записанные на лентах осциллограммы распределения давления

180