Lực cán và mômen cán
5.4- Mômen và công suất cán
Máy cán hiện đại đòi hỏi phải có đầu t− lớn cho thiết bị cơ khí và thiết bị điện. Vì vậy phải có sự lựa chọn chính xác để tránh lãng phí vốn đầu t− đồng thời tạo ra sự hợp lý trong dây chuyền công nghệ nhằm nâng cao năng lực sản xuất và công suất x−ởng. Khi thay đổi công nghệ cho một sản phẩm mới thì việc tính toán công nghệ để kiểm tra lại năng lực thiết bị cơ khí và điện là cần thiết và sẽ rất thuận lợi và nhanh chóng nếu nh− tr−ớc đó đã đ−ợc lựa chọn hợp lý.
Công suất động cơ của thiết bị cán đ−ợc tính toán trên cơ sở lý thuyết hoặc theo số liệu thực tế của sự tiêu hao năng l−ợng đơn vị theo sản phẩm cán.
Trên cơ sở tính toán, ng−ời ta th−ờng dùng cách xác định công suất theo mômen cán: r V . M N= c (5.52)
trong đó, V: tốc độ quay của trục cán r: bán kính trục cán Mc = Mms + Mbd (5.53) * Mms: mômen ma sát trên cổ trục cán, 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 lx/hTB 2 4 6 8 10 12 14 16 18 C Hình 5.16- Sự phụ thuộc của hệ số C (hệ số thực nghiệm của Gheley C = ϕ( TB x h l )) vào tỷ số TB x h l .
Tr−ờng Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng 74 Mms = f.P.d (5.54) với, f: hệ số ma sát trên cổ trục cán P: lực cán D: đ−ờng kính cổ trục * Mbd = 2.Pa = 2.P.ϕ.r.α (5.55) với, α: góc ăn kim loại
a: hệ số tay đòn, có thể lựa chọn a trong phạm vi:
a = (0,3 ữ 0,55)lx (5.56)
Có thể tham khảo theo số liệu:
Khi cán nóng: a = (0,45 ữ 0,5)lx Khi cán nguội: a = (0,35 ữ 0,45)lx
h R lx = ∆
Trong tr−ờng hợp cán có lực kéo tr−ớc và sau vật cán thì mômen biến dạng có thể tính theo biểu thức:
Mbd = 2.Pa + (Qn - Qh).r (5.57) với Qn, Qh là trị số lực kéo tr−ớc và sau vật cán.
Mômen biến dạng cũng có thể tính từ điều kiện lực ma sát trong vùng biến dạng TI và TII: Mbd = TI.r + (-TII).r (5.58)
với, TI: lực ma sát trong vùng trễ, TI = f.p.B.r(α - γ) TII: lực ma sát trong vùng v−ợt tr−ớc, TII = f.p.B.r.γ
p: áp lực đơn vị B: chiều rộng vật cán Thay vào biểu thức (5.58) ta có:
Mbd = 2.f.p.B.r2(α - 2γ) (5.59) Nếu quá trình cán không có sự v−ợt tr−ớc kim loại thì:
Mbd = 2.f.p.B.r2.α (5.60)
Khi xác định đ−ợc mômen biến dạng ta có thể tính đ−ợc công suất biến dạng dựa trên cơ sở biểu thức (5.52)
- Trên cả hai trục có đ−ờng kính D và bỏ qua l−ợng v−ợt tr−ớc:
Nbd = p.B.D.f.V.α (5.61)
- Trên cả hai trục khi có l−ợng v−ợt tr−ớc:
Nbd = p.B.D.f.V.(α - 2γ) (5.62)
Hệ số ma sát trên bề mặt tiếp xúc có thể thay thế bằng tg(α/2) (theo I.M. Pavlov), nh− vậy: Nbd = p.B.D.V.α.tg(α/2) (5.63)
và Nbd = p.B.D.V.(α - 2γ).tg(α/2) (5.64)
Phần công suất tiêu hao trên cổ trục cán do ma sát chúng ta có thể tìm t−ơng tự trên cơ sở biểu thức (5.52) và (5.54).
Tr−ờng Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng 75 phải xác định công suất tiêu hao trên hệ thống truyền lực từ trục động cơ đến máy cán (trục cán). Thông th−ờng ta xác định công suất tổn hao này theo một hệ số hữu ích η.
Vậy, công suất cán đ−ợc xác định nh− sau: η + = bd ms c N N N (5.65)
Khi tính toán công thức truyền động chính của máy cán thì ngoài công suất cán và công suất tổn hao trên hệ thống truyền lực còn phải tính đến công suất không tải của động cơ. Nếu nh− trong quá trình cán có điều chỉnh tốc độ hoặc không thì cũng phải tính đến mômen động.
Mđc = Mt + Mđ (5.66)
trong đó, Mt: mômen động cơ khi phụ tải không đổi (Mbd + Mms + M0) M0: mômen không tải của động cơ
Mđ: mômen động
Dấu (-) khi giảm tốc độ và dấu (+) khi tăng tốc độ
Sau khi tính toán mômen cho một lần cán, điều tr−ớc tiên là chọn động cơ, xây dựng đồ thị mômen tĩnh cho phép ta tính đ−ợc công suất động cơ khi đã kiểm tra đầy đủ về quá tải và đốt nóng động cơ.
Khi kiểm tra về sự quá tải cho phép của động cơ thì mômen định mức của động cơ đ−ợc tính nh− sau:
k M
Mdm ≥ max (5.67)
trong đó, Mmax: mômen cực đại tính theo đồ thị mômen tĩnh k: hệ số quá tải của động cơ
Với động cơ không đảo chiều: k = 2 Với động cơ đảo chiều: k = 2,5 ữ 3
Bên cạnh việc tính toán về mômen, ng−ời ta cũng th−ờng dùng chỉ tiêu tiêu hao năng l−ợng trên một đơn vị sản phẩm cán để xác định công suất cán:
( n 1 n)
e Ge e T
3600
N = − −
trong đó, Ne: công suất tiêu hao cho biến dạng kim loại khi cán (tính cả công suất không tải), KW
en-1, en: tiêu hao năng l−ợng trên một tấn thép cán, KW/giờ G: trọng l−ợng vật cán, tấn
T: thời gian cán (không tính thời gian nghỉ giữa các lần cán), giây Tiêu hao năng l−ợng trên một tấn thép cán đ−ợc tính:
A N e= e với, A: năng suất cán
Tr−ờng Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng 76 Trị số e thay đổi theo loại máy cán, mức độ hiện đại của máy cán. Trên cơ sở các số liệu sản xuất, thực tế ta có thể tham khảo trị số của e theo l−ợng biến dạng tổng cho một chiều dày thành phẩm nh− hình 5.17
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 àx 5 10 15 20 25 30 35 40 45 e (KWh/tấn)
Hình 5.17- Sự tiêu hao năng l−ợng khi cán
1. Bliumin; 2. Slabin; 3. Cán phôi liên tục 4. Cán ray, dầm 5. Cán hình 6. Cán dây 1 2 3 4 5 6
Tr−ờng Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng 77