Научно-исследовательская работа студента (НИРС), выполняемая на стане дуо-160 (Рисунок 1), помимо изучения конструкции рабочей клети [1] и ее электропривода (основного оборудования), нацелена на формирование у будущего специалиста практических навыков построения в компьютерной среде MathCAD моделей крутильно-колебательных систем для теоретического расчета динамических нагрузок [3].

Одним из этапов выполнения НИРС является определение осевых моментов инерции ротора электродвигателя, муфт, шпинделей, зубчатых колѐс редуктора, рабочих валков и других вращающихся деталей, имеющих сложную геометрическую форму, по чертежам или эскизам.

Эскизы муфт, шпинделей и рабочих валков выполняются студентами по результатам непосредственных замеров на стане дуо-160. Кроме того, геометрические размеры и осевые моменты инерции стандартных деталей и узлов могут быть найдены в чертежно-конструкторской документации на них.

Так, в техническом каталоге электродвигателей, размещенном на сайте Владимирского электромоторного завода (ОАО «ВЭМЗ»), содержатся сведения об осевом моменте инерции ротора электродвигателя, частоте вращения и др. Некоторые из характеристик электродвигателя приведены на заводском щитке (Рисунок 2).

Номинальная мощность, соответствующая продолжительному режиму работы (S1) Nэд  = 30 кВт . Номинальная частота вращения (частота вращения ротора) nр.эд = 735 об мин . Степень защиты электродвигателя IP 44 соответствует помещению с повышенной влажностью.

Для вычисления осевого момента инерции, каждую вращающуюся деталь или узел электропривода студентам рекомендуется представить в виде одного или нескольких расположенных друг над другом цилиндров, замерив их диаметры и высоты, правильно выбрав коэффициент распределения массы [4].

Приводной конец вала ротора электродвигателя соединяется с приводным концом быстроходного вала шестерни редуктора посредством моторной муфты, а тихоходный вал редуктора соединяется с приводным шестеренным валком посредством коренной муфты. Длины и наружные диаметры фланцев полумуфт замеряются с приемлемой точностью при помощи линеек и рулеток (Рисунок 3).

Студентам запрещена сборка-разборка 2-ступенчатого цилиндрического горизонтального редуктора РМ- 650. На заводском щитке редуктора (Рисунок 4) указано только, что его передаточное отношение равно 23,34, а изготовителем является Ижевский редукторный завод имени В.И. Ленина, поэтому геометрические размеры валов, зубчатых колес и шестерен ищутся в справочной литературе [2].

Во время ремонта шестеренной клети были сделаны замеры длин и диаметров участков верхнего и нижнего шестеренных валков (Рисунок 5), что позволило вычислить их осевые моменты инерции, примерно равные друг другу. Все отличие верхнего шестеренного валка от нижнего в том, что верхний валок имеет два приводных конца, а нижний один.

Универсальные шпиндели соединяют приводные концы рабочих и шестеренных валков (Рисунок 6). У студентов всегда возникают трудности при расчете осевого момента инерции шарнира, который имеет сложную геометрию, поскольку образуется головкой с лопастью, вилкой с цилиндрической расточкой, бронзовыми сегментными вкладышами скольжения и сухарем круглого поперечного сечения. Коэффициент распределения массы для шарнира шпинделя, состоящего из нескольких деталей, найти не удается.

Осевые моменты инерции верхнего и нижнего валков, установленных в рабочей клети стана дуо-160 (Рисунок 7), могут быть рассчитаны достаточно точно: рабочий валок имеет цилиндрический приводной конец, две цилиндрические шейки под подшипники и цилиндрическую бочку.

В ходе выполнения НИРС студенты могут предложить заменить моторную и коренную жесткие фланцевые муфты на податливые эластичные муфты, гидромуфты, установить дополнительные демпферы, которые сведут на нет удары, вибрации и крутильные колебания на всех участках электропривода, облегчат переход через зону резонанса при пуске и торможении прокатного стана. Осевой момент инерции современной эластичной муфты может быть найден по каталогу наряду с такими техническими характеристиками как передаваемый крутящий момент, масса, угловая жесткость, максимальная скорость вращения, осевая нагрузка, несоосность.

Для подтверждения правильности предложения, студентам потребуется еще раз выполнить динамический расчет крутильно-колебательной модели электропривода прокатного стана дуо-160 с учетом крутильной жесткости новой эластичной муфты, чтобы уйти от возможного резонанса.

 

Список литературы

1.     Колесников А.Г. Технологическое оборудование прокатного производства: учебное пособие / А.Г. Колесников, Р.А. Яковлев, А.А. Мальцев. – М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. – 158 с.

2.     Краузе Г.Н., Кутилин Н.Д., Сыцко С.А. Редукторы. Справочное пособие. Издание 2-е, дополненное и переработанное. Ленинград. Изд-во «Машиностроение», 1972. 143 с.

3.     Мальцев А.А. Исследование в среде MathCAD крутильных колебаний электропривода стана дуо-160 // Электронный научно-технический журнал «Инженерный вестник». 2014. №09. С.96–102.

4.     Целиков А.И. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т.3. Машины и агрегаты для производства и отделки проката. Учебник для вузов / Целиков А.И., Полухин П.И., Гребенник В.М. и др. М.: Металлургия, 1988. 680с.