Методика оценки срока службы гидроцилиндров уравновешивания рабочих валков листовых станов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Мб

2006

8. У н я н и н А. Н. Стабилизация режущей способности шлифовального круга при обработке заготовок из пластичных материалов//Динамика технологических систем: Сб. трудов 7-ой междун. научно-техн. конференции. — Саратов: Саратовский госуд. технич. университет, 2004. — С. 353—356.

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ СРОКА СЛУЖБЫ ГИДРОЦИЛИНДРОВ УРАВНОВЕШИВАНИЯ РАБОЧИХ ВАЛКОВ ЛИСТОВЫХ СТАНОВ*

Д-р техн наук, проф. В, П. АНЦУПОВ, ст. препод. А.А. БАЖЕНОВ, канд. техн. наук, доц. А.В, АНЦУПОВ, асп. Ал. В, АНЦУПОВ

Одной из основных причин остановки стана листовой прокатки является износ элементов механизма уравновешивания рабочих валков, а именно, износ бронзовых втулок и резинотканевых уплотнений. Анализ литературных данных показывает отсутствие в настоящее время какой-либо инженерной методики расчета ресурса работы узлов гидр о- и пневмосистем типа « плунжер-втул ка». Поэтому в данной работе сделана попытка оценки межремонтного срока службы гидроцгшиндров на основе математической модели процесса изнашивания пар трения скольжения гидроцилиндра («плунжер-бронзовая втулка», «плунжер-уплотнение»).

One of the principal causes of a contour rolling mill stopping is component deterioration of the work roll balance mechanism, namely, deterioration of bronze sleeves and rubber-fabric seals. The analysis of published research data displays absence of any engineering design procedure as for resource of operation of hydraulics-and pneumatic systems of a «plunger-plug» type. Therefore in this article we attempted to estimate a turnaround time of hydraulic actuators on the basis of mathematical model of deterioration

process of sliding couplers («plunger-bronze sleeve», «plunger-condensation»).

Модель построена с использованием энергетического подхода В.Д. Кузнецова [1], согласно которому изношенный объем детали АV пропорционален работе сил трения, совершенной в контакте пары трения при ее эксплуатации А .

где — показатель энергетической интенсивности изнашивания (энергетическая интенсивность изнашивания).

В основу расчета /н, и А^ (7) положена базовая схема И.В. Крагельского [2], согласно которой рассматривается стационарный (установившийся) режим граничного трения, определяемый стабильностью во времени фрикционных характеристик сопряжения, температуры и физико-механических свойств поверхностных слоев трущихся тел.

Рассмотрим поочередно пары скольжения гидроцилиндра.

Объемный износ бронзовой втулки из геометрических соображений (рис. 2)

669.1.002.5-192

А^(0 = /,Л(0 >

(1)

(2)

Sadc = $аосв - Sacs = 'Л ~ {rm ~ АЯВТ - (гвт - У)) гпл sin (ср,),

*При финансовой поддержке Правительства Челябинской области.

№6

2006

здесь гш -плунжера;

радиус плунжера гидроцилиндра; ср

1

угол перекрытия сечений по оси

\

Ф1 = агссоз

пл

\

г ~ДЯ

пл

ВТ

ВТ

-У)

/

>

(4)

ВТ

внутренний радиус бронзовой втулки; АН

ВТ

линеиныи износ втулки;

У

ВТ

+ (е + АЯ

ВТ

ГШ

2(дя

ВТ

+ е

расстояние от оси втулки до линии, соединяющей точки

Направление прокатки

Шайба

Уплотнение

Плунжер Крышка

Втулка

нажимная

Втулка

направляющая

Рис. 1. Схема гидроцилиндра механизма уравновешивания рабочих валков

у 4

Рис. 2. К расчету объемного износа бронзовой втулки

№ 6 2006

А и С пересечения окружностей, находится совместным решением уравнений двух окружностей); е = гвт - — начальное смещение осей плунжера и втулки,

Sлес = ^есо " = r>2 - 7rBT sin (<р2), (5)

где ф2 — угол перекрытия сечений по оси втулки,

= arceos

'г Л

ВТ

Y

К1 J

(6)

Текущий радиальный износ втулки АЯвт(г) в функции изношенного объема АУ

ВТ

(7)

где Я™ — достаточно громоздкое выражение взаимосвязи АУ и геометрических характеристик (гх);Гт, гвт,е, фрф2Д (рис. 2).

Работа сил трения в контакте плунжер—бронзовая втулка.

K(t) = a;Zpyn(t) = a

ВТ ^

р п

(8)

где 2 (г) =--количество прокатанных (полос) рулонов за время г, г — общее

время прокатки; — время прокатки одного рулона; /п — время паузы между прокаткой рулонов.

Работа трения в контакте за время прокатки одного рулона,

¿7 = /?вт С

тр тр тр »

(9)

где 5тр — суммарное перемещение плунжера за прокатку одного рулона; = /ВГД^8Т — сила трения в контакте плунжера с бронзовой втулкой; /вт — коэффициент трения в контакте.

Нормальные силы, удерживающие плунжер от перекоса при сдвиге подушек верхнего и нижнего валков относительно друг друга, возникающего из-за разности (/пер) их зазоров со стойками станины (рис. 1)

дгвт _ ^пер

4 hb '

(10)

где N — вес верхнего рабочего валка и его подушек; 1гь — расстояние между точками приложения сил на нижней и верхней втулках (рис. 1).

Для оценки коэффициента трения использована методика [2], где его значение определяется в зависимости от вида контакта.

Вид контакта между плунжером и втулкой в зависимости от величины контурного

давления

Р

вт N

8 Т

ВТ

определяется по условиям контакта «металл-металл»

№ б

2006

Вид контакта =

упругим ненасыщенный, упруго-пл астический,

если

о0<Рг<сг

если

о2<рГ<о3

пластический ненасыщенный, если

е3 < рГ < о,

пластическим насыщенный,

если

а < р;т < о5

(12)

если соблюдается критерий внешнего трения

р7*

0Д25Я5

ВТ

Г

пл т

1-6

( Твт

0 +(3

\

V

ВТ

нв

ВТ

(13)

а границы видов контакта

О0 = 0;

а

2уШ1+1

2,4

упл ^пл

ВТ

(2упл + |>

е

IV ВТ

пл

5Д

ПЯУ

т

ПЛ

» *

а

пл ат2упл+1 г\2 Vм

5,4' НВ

е

ВТ

2Д

пл V

т

пл

МШН1

1

в

0,5 НВ

ВТ

,пл

)

Г 1

V

V -1

)

(И)

Оь = 0,32сс#В .

В приведенных выше выражениях 0

ВТ

1-ц

ВТ

к

и е

пл

1-й

пл

Е

ПЛ

упругие постоян-

ППЛ

тах

ные материалов втулки и плунжера; Дт =

_ рпл Ш1 1 Ш1 пл

1 Г > и ' У

комплексный

пл Г Ш1 V

закр

пл

показатель и единичные параметры шероховатости поверхности плунжера; НВ

ВТ

твер-

дость поверхности плунжера по Бринелю; а —коэффициент, характеризующий напряженное и кинематическое состояние в зоне контакта, при упругом контакте а = 0,5, при пластическом а = 1; 5" = фс гвт ¿вт — контурная площадь контакта плунжера и бронзо-

вой втулки,

где фг

Г

0,450

2ц

ВТ

я

\

ВТ

1

ВТ

. при <р(.

<

71

1,8

1,520+0,400

N

ВТ

Дгвт ПТ

0„ (1-2ц

ВТ

я

\

ВТ

1

V

ВТ

У -

начальный угол

, при фс >

п

1,8

№6

2006

охвата плунжера внутренней поверхностью втулки [2]; Двт — внешний радиус втулки.

Коэффициент трения согласно [2] на контакте плунжера с бронзовой втулкой определяем из выражений

при упругом ненасыщенном контакте

г

f

ВТ

4 Tq

0

1

ВТ

V

ВТ дпл

г с т

+ß

ВТ

+ 0,2«^

J

при упругопластическом контакте

рГ АПЛ"6

m

I

5

BT I у

(

f

ВТ

1,25 т

ВТ 0

е

л

ВТ

\

ВТ ДПЛ

г с т

+ ßBT +0,4 а

ВТ

эф 1

рйТ А 0

г с m вт

3 ,

J

при пластическом ненасыщенном контакте

/

вт

т

ВТ

о

HB

+ ßBT 4-0,5

f BT

Pc

BT

1

HB

А

an m

\

BT

/

при пластическом насыщенном контакте

/

BT

т

BT 0

HB

+ ßBT+0,9

/ ИТ

Pc

BT

1

Ч2

HB

А

1Ш

m

V

вт

J

BT

(15)

где а^ф, =2,5арт — коэффициент нии микронеровности, зависящий от напряженного состояния в зоне контакта;

а

ВТ

Г

коэффициент гистерезисных потерь материала втулки

(сжатии);

межмолекулярного сцепления; ß

ВТ

коэфф

<15),

циент влияния нормального давления на межмолекулярное сцепление.

Определяя входящие в условие (7) параметры в соответствии с условиями (8)— задаваясь величиной допустимого износа втулки [АЯ], и решая (7) относительно временг г, получим выражение для определения допустимого срока службы пары плунжер—втулка

4

А Я

вт

ВТ

I В™ Г s N1

* J тр пер

(16)

Радиальный износ уплотнения АДуп (г) в функции изношенного объема АV учетом условия (1)

уп

АR

уп

Г + \Г" +

'уп дСуи

А У

уп

7ELyn

^ \ I ^

nLyn

(17)

где АУуп(г) —текущий объемный износ уплотнения; г -уплотнения до сборки; Пп—ширина кольца уплотнения; г

внутренний радиус кольца радиус

будет

_ - " IUI л ^ „ ^

Работа сил трения в контакте плунжера с уплотнением согласно выражению (8)

К (0

t

ф

К + К

р п

(18)

№6

2006

Однако в (18) работа трения в контакте за время прокатки одного рулона;

яуп = Я'п (19)

тр тр тр 7 х у

= /упдгуп —сила трения и /уп —коэффициент трения в контакте плунжера с уплот-

г

нением.

Сила нормального давления на контакте с уплотнением определяется величиной натяга Д (разницей диаметров) уплотнения и плунжера и равна, согласно [2],

N

уп

2пгтП"р

уп

(20)

где р

уп

2гпп

пл

/

1-Цпл

Е

+

1

ПЛ

Е

уп

п2

1 + 4*

Л

нормальное давление в контакте

(21)

УП

1

К

+ \х

уп

уп

V

г2

уп

У

Коэффициента трения определен по той же методике, по которой его значение определяется в зависимости от вида контакта.

Вид контакта между плунжером и втулкой в зависимости от величины контурного давления определяется по условиям контакта металл—неметалл:

Вид контакта =

упругим ненасыщенный, упругий насыщенный, упруго-пластический,

пластическии ненасыщенный,

пластическим насыщенный

если

если

если

Со < р; ^ с,

оУ<Р:<с2

02<рГ<0г

если Оъ < рс < если С4 < р*Т < 05

(22)

если соблюдается критерий внешнего трения

рГ<

0,125 НВ

уп

д

Ш1

т

1-6

10

V

\\

НВ

уп

+р

уп

\

; )

(23)

Границы видов контакта могут быть найдены по условиям (14) с учетом того, что

= 0,06

Ш1

т

Э

, а коэффициент трения в упругонасыщенном контакте

Уп

/

/

уп

1,25тГ

6

уп

уп ДПЛ

^ гс т

1

+ (Зуп + 0,4 ауп

эф!

(V" Дпл0

т уп / ■

(24)

)

В приведенных выражениях упругие постоянные, параметры шероховатости, твердость и другие характеристики следует определять для материалов пары плунжер—уплотнение.

№6

Определяя входящие в условие (17) параметры в соответствии с условиями (18)— (24), задаваясь величиной допустимого износа уплотнения [Д7?уп] и решая (17) относительно времени г, получим выражение для определения допустимого срока службы пары

плунжер—уплотнение.

Г

уп

АЛ

уп

~ 'п

1 + 2 к

У"

27 г яуп<?

пл^с тр

(25)

Энергетические интенсивности изнашивания для исследованных пар, входящие в условие (1), определяем согласно требованиям рекомендаций Р 60-95-88 «Обеспечение износостойкости изделий». В качестве исходных данных для определения используем значение ¿-ой наработки по работе трения А^ и соответствующее значения износа А1/. для каждой пары гидроцилиндра. Из п измерений износа и расчетов работы трения_оцениваем статистические характеристики показателя изнашивания: среднее значение и дисперсию 52

I

IV

п М

(26)

52:

п

(

п~ 1

1

п

\

1

ч п /=1

'2

I

(27)

/

Для каждой пары вычисляем

ния

доля измерений, не меньшая заданного предела Р. Принимая нормальный закон распределения величины и задаваясь у = 0,99, Р = 0,90, находим минимальное число

испытаний

Допустимые

У/

формулам

1

т

/

И'

1

(28)

квантиль

2,33.

коэффициент

со

1,65

Полученные выражения (25) и (16) позволяют определить время замены уплотнений или бронзовых втулок соответственно. Как показывает практика, срок службы пары

службы

бронзо-

плунжер—уплотнение

вая втулка |7ВТ], Срок службы гидроцилиндра в сборе зависит от условий работы в каждом отдельном цехе и равен 2...3 срока службы [г ] пары плунжер—бронзовая втулка.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кузнецове. Д. Физика твердого тела. — Томск: Политграфиздат, 1947,

2. Крагельский И. В., М и х и н Н. М, Узлы трения машин: Справочник. — 280 с.

Т. 4, —С. 542. М.: Машиностоение, 1984.