Совершенствование работы волочильного стана

Волочение является четвертым переделом металлургического производства. Волочением изготавливают холоднотянутые изделия в виде проволоки, фасонных профилей и труб. Процесс заключается в том, что исходная заготовка под воздействием тянущей силы принудительно протягивается через сужающийся канал волочильного инструмента (волоки), при этом поперечное сечение протянутого изделия уменьшается, принимая форму выходного отверстия. Волоки изготавливают с высокой точностью из карбидвольфрамовых твердых сплавов. Процесс волочения реализуется в холодном состоянии при обязательном использовании смазки. Во многом стабильность процесса волочения, качество готовой продукции, количество брака зависят от характера приложения внешней силы, необходимой для осуществления процесса волочения. Внешнюю силу обеспечивает барабан волочильного стана, приводимый в движение обычно электродвигателем через цилиндрический редуктор. Система привода барабана оказывает существенное влияние на условия трения в волоке, стабильность приложения нагрузки в момент разгона и установившегося процесса, что в целом определяет реализуемость процесса волочения [1; 2].

В настоящее время волочением получают проволоку, трубы небольшого диаметра, некоторые виды специальных профилей. В качестве оборудования используется волочильный стан, основными узлами которого являются волока и протягивающий барабан, вращение на который от электродвигателя передается через редуктор [3; 4].

В результате анализа работы волочильного стана АЗТМ ВН 2-550 сталепрокатного цеха АО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат» (АО «ЕВРАЗ ЗСМК») выявлено, что для повышения его эксплуатационного ресурса и, соответственно, увеличения производительности необходимо провести модернизацию, заключающуюся в замене используемого привода в составе двух конических шестерен, цилиндрического редуктора и ременной передачи на трехсателлитный планетарный редуктор МПО-1М-10-5,74-7,5/250 [5].

Однако установленный при модернизации привода волочильного стана трехсателлитный планетарный редуктор с общим водилом имеет существенные недостатки: неуравновешенность звеньев передачи относительно центральной оси приводит к возникновению дополнительных динамических сил, а также такая конструкция передает движение от ведущего звена на водило лишь через один сателлит, зубья которого воспринимают всю силу, передаваемую крутящим моментом [6; 7]. Это снижает надежность редуктора и привода в целом. Выявленные недостатки не позволили устранить такие технологические проблемы, как сокращение времени перехода с профиля на профиль, плавность разгона до установившейся скорости волочения, уменьшение количества обрывов.

С целью устранения данных недостатков в Сибирском государственном индустриальном университете разработана конструкция трехсателлитной уравновешенной самоустанавливающейся планетарной передачи [8] (см. рисунок).

Трехсателлитная планетарная передача содержит центральное входное ведущее зубчатое колесо 1, сателлиты 2 ‒ 4, выходное звено (водило) 5, трехпарные шарнирные рычаги 6, 7 и неподвижное центральное колесо с внутренними зубьями 8, относительно которого осуществляется движение. Так как центры масс трехпарных шарнирных рычагов располагаются на осях соединяемых ими сателлитов, система становится уравновешенной, за счет чего уменьшаются динамические силы, действующие в зубчатых зацеплениях.

Трехсателлитная уравновешенная планетарная передача работает следующим образом: при передаче вращения от электродвигателя центральному колесу 1 движение от него передается на все сателлиты равномерно через трехпарные шарнирные рычаги (шатуны) 6 и 7, соединенные с выходным звеном 5, при этом крутящий момент от центрального колеса 1 равномерно передается на все сателлиты.

Подвижность разработанной конструкции редуктора определяется по общепринятой формуле П.Д. Чебышева следующим образом:

W = 3n – 2р₅ – р₄,

где W – количество степеней свободы (подвижность) механизма; n – количество звеньев; р₅ и р₄ – количество пар пятого (шарниры) и четвертого (зубчатые зацепления) классов.

Кинематическая цепь передачи содержит семь звеньев (n = 7), соединенных в семь шарниров (р₅ = 7) и в шесть зубчатых зацеплений колес (р₄ = 6), поэтому W = 1, то есть рассматриваемая планетарная передача является статически определимой и все три сателлита гарантированно участвуют в передаче мощности от центрального колеса к выходному звену, при этом уменьшаются силы, а, соответственно, напряжения, возникающие в зубьях передачи.

Использование в приводе волочильного стана трехсателлитной уравновешенной самоустанавливающейся планетарной передачи позволит сократить время перехода с профиля на профиль, снизить брак и простои, связанные с обрывами, увеличить скорость волочения и в целом повысить производительность волочильного стана.

Выводы

Анализ работы волочильного стана показал, что для увеличения его производительности необходимо модернизировать привод протягивающего барабана. Разработанная конструкция привода волочильного стана с использованием трехсателлитной уравновешенной самоустанавливающейся планетарной передачи повышает эксплуатационный ресурс, сокращает время перехода с профиля на профиль, увеличивает скорость волочения, уменьшает аварийные простои оборудования и брак, что, в свою очередь, увеличивает производительность стана в целом.