Определение продольной устойчивости полосы в системе прокатная клеть – неприводное делительное устройство

Современные реалии характеризуются активным ростом промышленного и гражданского строительства. Передовые строительные технологии базируются на все большем применении сборных конструкций из железобетона и металлопроката [1 – 3]. Постоянно увеличивающаяся потребность в строительном прокате вызывает необходимость решения этой проблемы за счет поиска путей, отличающихся небольшим сроком окупаемости, низкими затратами на перевооружение производства и существенным ростом производительности. Всем вышеприведенным требованиям отвечает технология прокатки – разделения [4; 5]. В настоящий момент технология прокатки – разделения развивается по двум направлениям. Характерной особенностью является место, где происходит продольное разделение: в одном случае – это валки прокатной клети, одновременно формирующие и разделяющие сочлененный профиль, в другом – это отдельно стоящее неприводное делительное устройство. На большинстве современных прокатных станов второму способу отдают предпочтение, так как разделение операций формирования сочлененного профиля и последующее продольное разделение в отдельно стоящем неприводном устройстве существенно упрощает настройку оборудования [6 – 9]. Однако такая компоновка создает условия вероятной потери естественной продольной устойчивости в случае ошибочного выбора расстояния между прокатной клетью, формирующей сочлененный профиль, и неприводным делительным устройством. В настоящее время эта задача решается методом проб и ошибок, что приводит к увеличению количества брака и непредвиденным простоям основного прокатного оборудования.

Использование методов 3D моделирования не позволяет оценить допустимое расстояние, обеспечивающее естественную продольную устойчивость [10]. Для оценки опасности потери продольной устойчивости полосы, нахождения предельного расстояния между прокатной клетью и неприводным делительным устройством предложена зависимость, полученная с использованием известной формулы Эйлера [11]:

\[{l_{\max }} = \frac{{\pi \sqrt {Ei_{\min }^2} }}{{\sqrt {{\sigma _2}} k}},{\rm{при  }}\frac{{{\sigma _2}}}{{{\sigma _s}}} \le 1,\]

где l_max – наибольшее допустимое расстояние между прокатной клетью, формирующей сочлененный профиль, и неприводным делительным устройством, отвечающее условию продольной устойчивости; Е – модуль упругости первого рода, МПа; k – коэффициент приведения длины; i_min – минимальный радиус инерции сечения; σ₂ – напряжение подпора, необходимое для продольного разделения неприводным делительным устройством; σ_s – сопротивление деформации разделяемого материала.

Как следует из приведенной зависимости, величина максимально допустимого расстояния зависит от напряжения подпора, необходимого для продольного разделения, формы и площади поперечного сечения сочлененного профиля, которые характеризуются минимальным радиусом инерции, модулем упругости первого рода и коэффициентом приведения длины. Из рассмотренных выше факторов, влияющих на максимально допустимое расстояние между прокатной клетью и неприводным делительным устройством, существенное воздействие оказывает коэффициент приведения длины, который изменяется в пределах от 0,5 до 2,0 в зависимости от характера защемления [11].

Для определения коэффициента приведения длины при реализации процесса прокатки – разделения были проведены лабораторные эксперименты, в которых сравнивали критическую силу, соответствующую моменту потери устойчивости, полученную по формуле Эйлера и опытным путем. Полученные экспериментальные и теоретические данные при коэффициенте приведения длины 0,5 и 0,7 показаны на рисунке.

Согласно полученным данным, при определении естественной продольной устойчивости полосы в системе прокатная клеть – неприводное делительное устройство необходим коэффициент приведения длины, равный 0,7, что позволяет получать значения более близкие к экспериментальным данным. При коэффициенте приведения длины 0,7 расчетные данные получаются на 10 – 15 % меньше экспериментальных. При практическом использовании это дает запас надежности при определении допустимого расстояния в системе прокатная клеть – неприводное делительное устройство.

Выводы

Получена зависимость, позволяющая оценить максимально допустимое расстояние между прокатной клетью и неприводным делительным устройством, гарантирующая продольную устойчивость полосы при реализации технологии прокатки – разделения. Экспериментально установлено, что коэффициент приведения длины при технологии прокатки – разделения с использованием неприводного делительного устройства целесообразно принимать равным 0,7.