§ 44. Нагрузочные диаграммы двигателей колесопрокатного стана

Специально проведенным исследованием был изучен режим работы двигателей колесопрокатного стана. Нагрузка двигате­лей колесопрокатного стана в период деформирования замеря­лась регистрирующим амперметром, также включавшимся либо в шунт главной цепи обоих двигателей стана, либо в шунт вспо­могательного (малого) двигателя. Это дало возможность полу­чить в первом случае суммарную нагрузку двигателей стана, а во втором — нагрузку малого двигателя. Замеры тока произво­дились при прокатке более тяжелого профиля — колес условно­го диаметра 1050 мм. Нагрузочные диаграммы суммарного тока, потребляемого двигателями стана, показаны на рис. 150 и 151, а вспомогательным двигателем — на рис. 152.

Рассмотрим сначала диаграмму суммарного тока обоих дви­гателей. Учитывая значительную разницу в потребляемом токе главного и вспомогательного двигателей, можно с уверенностью отметить, что характер суммарной нагрузочной диаграммы пол­ностью соответствует характеру нагрузки главного двигателя стана.

Начало диаграммы характеризуется мгновенным возраста­нием нагрузки до определенной величины, постоянной для всех случаев. Эта нагрузка превышает, однако, ток холостого хода, так как двигатели запускаются при прижатых к колесной заго­товке нажимных роликах, находящихся под давлением гидрав­лики в нажимном цилиндре салазок. Номинальное значение на­грузки для рассматриваемой точки зависит от состояния обору­дования стана (смазка, нагрев, момент холостого хода) и колеб­лется в пределах 600—700 а.

Рис. 150. Нагрузочная диаграмма для суммарного тока, потребляемого двигателями стана

Рис. 151. Нагрузочная диаграмма для суммарного тока, потребляемого двигателями стана

Рис. 152. Нагрузочная диаграмма вспомогательного двигателя стана

Как и в диаграмме тока холостого хода, дальнейший подъем нагрузки происходит при выводе сопротивления. Если переклю­чение нажимных цилиндров салазок и верхнего наклонного вала, на высокое давление совпадает с моментом вывода сопротивле­ния, то на диаграмме виден один пик (диаграммы 15 и 16 на рис. 150). Если же эти моменты не совпадают, то заметно сту­пенчатое возрастание нагрузки (диаграммы 14 и 17 на рис. 150 и диаграмма 183 на рис. 151). При этом первая площадка обус­ловлена неравномерным выводом сопротивлений, а пик — увели­чением давления со стороны нажимных роликов и верхнего на­клонного валка.

Дальнейшее уменьшение нагрузки вызывается уменьшением пускового тока. Нагрузка резко падает, причем ее наименьшее значение определяется технологическими причинами, а именно моментом новой подачи. Если новая подача производится вслед за переводом нажимных цилиндров на высокое давление, то ми­нимальное значение тока мало отличается от максимального в конце прокатки. Если же подача производится через некоторое время после перевода на высокое давление, то после достижения пиковой нагрузки на диаграмме видно резкое падение тока до величины значительно меньшей, чем в первом случае. В обоих случаях далее следует более или менее плавное нарастание на­грузки. Оно определяется величиной подачи, а следовательно, усилием в нажимном цилиндре салазок. По окончании прокатки двигатели выключаются, и нагрузка падает до куля. На диаграм­мах можно видеть также переход линии, вычерчиваемой прибо­ром, за нулевую линию. Это объясняется тем, что после выключения детали стана продолжают вращаться по инерции, и двига­тель работает как генератор, от­давая энергию в сеть.

Учитывая, что прокатка про­исходит и нередко завершается в период разгона двигателей стана, действительный характер нагруз­ки, т. е. характер изменения тока, расходуемого на деформирование колесной заготовки, несколько от­личается от приведенного выше. Это легко установить, вычитая из тока, зафиксированного прибором, ток холостого хода. На рис. 153 вверху приведены совмещен­ные диаграммы тока рабочего и холостого хода, а внизу — диа­грамма тока, расходуемого на деформирование, полученная вы­читанием соответствующих орди­нат верхней диаграммы. Здесь следует учесть, что в нагрузку, определяемую током, расходуе­мым на деформирование заготов­ки, входит также ток, расходуе­мый на дополнительное трение в опорах вращающихся частей стана при деформировании.

На рис. 153 видно резкое воз­растание от начала к концу про­цесса тока, расходуемого на де­формирование. Это свидетельствует о том, что с каждой подачей (оборотом) изменяется дав­ление на валки и увеличивается необходимая сила тока.

Рис. 153. Совмещенная диаграмма суммарного тока,

расходуемого на деформирование и преодоление

сил трения (вверху), и диаграмма тока за

вычетом пускового тока (внизу)

Подача нажимных роликов осуществляется вручную путем открывания клапана нажимного гидравлического цилиндра сала­зок. Поступающая в цилиндр вода высокого давления переме­щает нажимные ролики в сторону прокатываемой заготовки, при­чем нажимные ролики внедряются в металл, осуществляя прокат­ку. Подача, регулируемая вручную, конечно, не гарантирует оди­наковой нагрузки двигателей. Скорее всего вальцовщик механически подает одинаковое количество воды за каждую подачу, открывая клапан на одинаковое время. Однако с каждым оборотом заготовки увеличивается поверхность соприкосновения нажимных роликов и коренного валка с металлом, и это приводит к перерас­пределению удельного давления по поверхности соприкосновения металла с деформирующим инструментом и к увеличению удель­ного давления течения.

Таким образом, пиковое значение нагрузки можно наблюдать как в начале, так и в конце прокатки. В начале прокатки пик на­грузки обусловлен целиком большой величиной пускового тока. В конце прокатки пик нагрузки получается в результате возраста­ния давления, а следовательно, крутящего момента на валках стана.

Рассмотрение нагрузочной диаграммы приводит к выводу о желательности увеличения подачи в начале процесса прокатки и постепенного ее уменьшения к концу. Это должно привести к по­лучению равномерной нагрузки на протяжении всего процесса прокатки.

Несколько иной характер имеет нагрузочная диаграмма мало­го двигателя (см. рис. 152). Резкие колебания нагрузки свиде­тельствуют об изменяющемся давлении на верхний наклонный ва­лок в процессе прокатки, в особенности в ее начале. Последнее обусловливается обычно неодинаковой высотой обода колесной заготовки. В первый момент прокатки расстояние между верхним и нижним наклонными валками еще не зафиксировано, и это вы­зывает колебания в обжатии обода верхним наклонным валком. К. концу прокатки колебания нагрузки становятся значительно меньше, так как прокатка идет при зафиксированном расстоянии между валками: колебания тока в этот период обусловливаются неравномерностью подачи.

В основном характер нагрузочной диаграммы малого двига­теля подобен нагрузочной диаграмме, полученной при замере суммарной нагрузки. Вначале также следует резкое нарастание нагрузки до какой-то постоянной величины, что соответствует за­пуску двигателя под малым давлением воды в нажимном цилинд­ре верхнего наклонного вала. Затем наблюдается либо непосред­ственно следующий резкий подъем кривой тока до максимально­го значения (диаграмма II рис. 152), либо также резкое повыше­ние кривой тока после некоторого колебания нагрузки в пределах величины тока, достигнутой после включения (диаграммы III и IV рис. 152). Это различие определяется моментом перевода на­жимного цилиндра верхнего наклонного вала на высокое давле­ние. Если переключение клапанов следует непосредственно за включением двигателя, кривая тока мгновенно достигает макси­мального значения. В противном случае на характер диаграммы оказывают влияние два противоположных фактора: с одной стороны, уменьшение пускового тока, приводящее к снижению кривой, а с другой — неравномерность обжатия обода разной вы­соты. Однако максимальное значение тока не достигает пиковой нагрузки, характерной для первого случая.

В конце прокатки вода высокого давления выключается, что приводит к снижению нагрузки. На диаграммах рис. 15^ видна площадка в конце периода прокатки, определяющая потребляе­мый ток при малом давлении. Почти вслед за этим моторист вы­ключает двигатели, и нагрузка падает до нуля.

Можно отметить также некоторое различие между диаграмма­ми суммарной нагрузки и нагрузки малого двигателя. На первой: наблюдалось постепенное нарастание нагрузки от начала к кон­цу прокатки, а на второй можно видеть падение нагрузки к концу прокатки.

Это различие объясняется следующим.

Давление, воспринимаемое верхним и нижним наклонными валками, неодинаково. К концу прокатки колебания в высоте обо­да заготовки значительно уменьшаются. Гайка фиксирующего устройства садится на верхнюю часть нажимного цилиндра, и давление на начальный конус верхнего наклонного валка также значительно уменьшается. Это приводит к уменьшению крутящего момента на верхнем наклонном валу, а следовательно, к умень­шению нагрузки.

Иная картина получается на нижнем наклонном валу. При прокатке в нажимных роликах и коренном валке с каждым обо­ротом заготовки увеличивается направленная вниз вертикальная составляющая действующего на ролики усилия. Это вертикальное усилие целиком воспринимается начальным конусом нижнего на­клонного валка, что приводит к увеличению крутящего момента на нижнем наклонном валу, а следовательно, к повышению по­требляемого тока. Таково различие в нагрузке верхнего и нижне­го наклонных валов.

Резюмируя все сказанное, можно отметить, что в малом дви­гателе колесопрокатного стана пиковая нагрузка всегда будет наблюдаться в начале прокатки. Снижение ее возможно при раз­новременном включении двигателя и переключении нажимного-цилиндра верхнего наклонного вала на высокое давление.