автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка методов расчета процессов и устройств формирования открытого и кольцевого узлов на проволоке при обвязке металлопроката

КОНТРОЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР

На правах рукописи

Козырь Александр Валерьевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ И УСТРОЙСТВ ФОРМИРОВАНИЯ ОТКРЫТОГО И КОЛЬЦЕВОГО УЗЛОВ НА ПРОВОЛОКЕ ПРИ ОБВЯЗКЕ МЕТАЛЛОПРОКАТА

Специальность 05.02.13 - «Машины, агрегаты и процессы (Металлургическое машиностроение)». Технические науки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических

наук

Магнитогорск

2004

Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете им Г.И. Носова

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Макаров Александр Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Кащенко Филипп Данилович кандидат технических наук, профессор Славин Вячеслав Семенович

Ведущее предприятие - ОАО «Магнитогорский калибровочный завод»

Защита диссертации состоится «и »^ВХСир^2004 Г. в/У час. на заседании диссертационного совета Д.212.111.03 в Магнитогорском государственном техническом университете им Г.И. Носова по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, Малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « £ »¿¿ЦЯ/ 2004 1

Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш отзыв по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, МГТУ им Г. И. Носова, Ученый совет.

Ученый секретарь и/-

Диссертационного совета Жиркин Ю.В

9зУ<?зг

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ*

Актуальность темы. В настоящее время существует тенденция к ужесточению требований потребителей к качеству обвязки готовой продукции.

Обвязка металла обеспечивает сохранение товарного вида продукции получаемой потребителем. Облегчает его погрузку, транспортировку, выгрузку и складирование.

При производстве проволоки целесообразно использовать собственную продукцию, что обеспечит большую экономичность по сравнению с обвязкой лентой.

Ужесточение требований к качеству обвязки готовой продукции прокатного производства обуславливает появление новых машин для обвязки проката, которые формируют различные узлы на обвязочной проволоке.

В настоящее время для обвязки преимущественно применяются машины, формирующие открытый узел и узел типа «оплетка».

Узел типа «оплетка» компактен и имеет высокую прочность, но его формирование возможно только при наличии прямолинейных участков проволоки (от 250мм.).

Узел открытого типа прост в реализации. Однако существующие механизмы его формирования не позволяют получать плотную обвязку. Кроме того, при формировании узла, возможно его разрушение из-за слишком большого усилия скрутки.

Кольцевой тип узла отвечает всем современным требованиям, предъявляемым к соединению обвязочной проволоки. Его внедрение сдерживается отсутствием конструкций машин, формирующих такой узел.

Процессы формирования узлов новых типов, в первую очередь кольцевого, не исследованы аналитически. Это затрудняет проектирование механизмов их реализующих. В связи с этим стоит настоятельная потребность в аналитических исследованиях процессов, и разработка на их основе инженерных методик проектирования. Для используемых узлов, типа открытого, необходимо совершенствовать конструкцию устройств их формирования, с целью получения узлов с более высокой несущей способностью. В связи с этим возникают задачи исследования несущей способности узлов открытого и кольцевого типа, от их геометрических параметров.

Цель работы: теоретические и экспериментальные исследования процессов формирования и несущей способности узлов открытого и кольцевого типов и разработка научно обоснованных методов проектирования элементов устройств для обвязки проволокой продукции сортовых цехов.

В качестве соруководителя в работе принимал участие канд. техн. наук, доцент Кутлубаев И.М.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

«

£"г£м

Методы исследования. При разработке методик расчета за основу приняты методы механики машин и теории пластичности.

Научная новизна.

1. Разработаны методики расчета силовых параметров процесса образования проволочного узла открытого и кольцевого типа, с учетом фиксации концов проволоки в скручивающем устройстве.

2. Разработана методика определения несущей способности узлов открытого и кольцевого типов в зависимости от геометрических параметров и свойств материала.

3. Получены результаты экспериментального исследования процесса образования узлов открытого и кольцевого типов и их несущей способности.

4. Разработаны методики расчета основных элементов машины клещевого типа с переменной структурой, обеспечивающей обвод и формирование открытого узла при фиксированных концах проволоки.

Практическая ценность работы.

Разработанные методики могут служить основой для научно обоснованного проектирования элементов обвязочных машин.

Достоверность полученных результатов и сделанных выводов, а также обоснованность принятых при расчетах математических моделей и допущений подтверждены сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Реализация результатов работы. Результаты работы были использованы при проектировании машины для обвязки бунтов катанки на Белорецком металлургическом комбинате.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Подъемно-транспортные машины и роботы» МГТУ им. Г.И. Носова в 2003, 2004гг., на ежегодных научных конференциях механико-машиностроительного факультета МГТУ им. Г.И. Носова в 2002, 2003 гг., на первой общероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука - региону» (Вологда, 2003г.), на Второй Всероссийской конференции «Необратимые процессы в природе и технике» (Москва, 2003).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано шесть работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов работы, списка литературы и приложения. Содержит 140 страниц машинописного текста, включая 71 рисунок. Список литературных источников содержит 100 наименований.

На защиту выносятся методики расчета силовых параметров процессов формирования узлов открытого и кольцевого типов, методики расчета несущей способности этих узлов, результаты экспериментальных исследований процессов, а также методики расчета элементов машин формирующих открытый и кольцевой типы узлов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы, рассматриваемой в диссертации, излагаются цели и основные вопросы, определяющие ее научную новизну.

Первая глава посвящена обоснованию задач исследования, на основе анализа современного состояния и тенденций в конструировании обвязочных машин.

Рассмотрены способы формирования узлов на обвязочной проволоке. Обозначены основные требования, предъявляемые к узлам: прочность, компактность, простота реализации.

Проведен анализ конструкций машин для обвязки проката проволокой.

С учетом новых конструкций машин, уточнена классификация конструкций обвязочных машин. Приведены основные конструктивные решения механизмов формирования узла.

Отмечен вклад в решение вопросов механизации обвязки ученых и инженеров ВНИИМЕТМАШа, МВТУ им. Н.Э. Баумана, металлургических предприятий: М.А. Гонопольского, А.И. Меренкова, Шефтель Н. И., Химича Г. Л., Марголина Ф.М., Попова Б. В.; Макарова А. Н., Кутлубаева И. М.; Литвак А. М., Бакшинова А.В., и др.

Установлено, что в настоящее время для обвязки преимущественно применяются машины, формирующие открытый узел и узел типа «оплетка».

Механизмы скручивания узла открытого типа имеют простое устройство. Однако при этом формируется узел с большой выступающей частью. Приведение узла в соответствие с требованиями отгрузки, определяет необходимость совершенствования конструкций механизмов скручивания.

Узел типа «оплетка» компактен и имеет высокую прочность, но его формирование возможно только на прямолинейных участках проволоки. Этот узел затруднительно использовать при обвязке пачек проката, рулонов штрипсов и круглых бунтов проволоки. Для их обвязки следует использовать кольцевой тип узла. Но на сегодняшний день, такой узел формируется только вручную.

Его внедрение в практику сдерживается отсутствием конструкций машин, обеспечивающих формирование такого узла.

При формировании кольцевого узла требуется реализация минимум трех основных движений: вытяжка проволоки, формирование петли и скрутка. Кроме того, формирование узла сопровождается рядом дополнительных движений, таких как: удержание концов проволоки, сведение концов проволоки и т.д.

Общая превалирующая положительная характеристика кольцевого типа узла определила выбор его в качестве одного из объектов исследований.

В тех случаях, когда не требуется значительная компактность узла на обвязываемом изделии (перевозка автотранспортом, транспортирование продукции внутри предприятия, невысокие требования, предъявляемые заказчиком), широко используется прямой узел. Однако, при формировании его с использованием существующих механизмов, его несущая способность много меньше прочности обвязочной проволоки. Кроме того, при формировании узла, возможно его разрушение из-за слишком большого усилия скрутки. Увеличение несущей способности узла и повышение надежности его формирования, требует совершенствования конструкции механизма его формирования.

а. б.

Рис. 1 Проволочные узлы открытого (а), и кольцевого (б) типов

Рассмотрена методика расчета параметров процесса образования узла открытого типа, разработанная А.И. Меренковым. Однако, процесс формирования узла, рассматривается с момента образования перекрестия ветвей проволок. Большинство конструкций обвязочных машин формируют узел из непересекающихся ветвей проволок и имеют этап, во время которого это перекрестие образуется. Этот этап характеризуется значительным удлинением ветвей обвязочной проволоки, что отражается на усилии, которое требуется для скрутки проволоки в узел.

При формировании кольцевого узла, из четырех ветвей проволоки, геометрия и вид взаимодействия проволок имеют существенные отличия, по сравнению с узлом открытого типа. Контакт проволок в узле происходит по винтовой линии при большем радиусе готовой скрутки. Поэтому метод, предложенный А.И. Меренковым, не подходит для расчета кольцевых узлов.

В результате обзора литературных источников не удалось найти каких-либо данных по исследованию несущей способности узлов от их геометрических параметров. В связи с этим требуется решить задачу исследования влияния геометрических параметров открытого и кольцевого типов узлов на их несущую способность.

Для проектирования устройства формирования узла необходима научно-обоснованная методика расчета параметров конструкции. Основой для которой, должна быть методика расчета усилий, необходимых для скрутки ветвей проволоки в узел с определенными геометрическими характеристиками. Адекватность принятой математической модели физическому процессу, следует проверить экспериментально.

Таким образом, к решению в данной работе были поставлены следующие задачи:

1. Разработать инженерную методику расчета силовых параметров процесса образования узлов открытого и кольцевого типов с заданными геометрическими характеристиками.

2. Разработать методику расчета несущей способности узлов открытого и кольцевого типов.

3. Провести экспериментальные исследования несущей способности узлов, усилий формирования узлов открытого и кольцевого типов, с целью подтверждения адекватности разработанных методик расчета.

4. Разработать инженерную методику расчета параметров механизмов скручивания узлов открытого и кольцевого типов.

Вторая глава посвящена разработке методики расчета момента необходимого для формирования узлов открытого и кольцевого типов.

Во время формирования узла, на первом этапе, рычаги скручивающего устройства совершают движение, до образования перекрестия проволоки. На втором этапе, происходит скручивание проволоки в узел.

Для получения плотной обвязки при формировании узла, концы проволоки должны быть зафиксированы в скручивающем устройстве.

Одним из основных параметров определяющим процесс формирования узла на первом этапе, является, изменение длинны ветви проволоки, заключенной между точкой контакта с обвязываемым сечением и точкой ее фиксации в рычаге. Удлинение проволоки, на этом этапе, зависит от формы обвязываемого сечения.

Можно выделить наиболее характерные виды обвязываемых сечений: прямоугольное, круглое и ромбовидное.

Прямоугольная форма характерна для рулонов штрипса и пачек сорта. Круглую форму сечения имеют бунты проволоки. Ромбовидную форму принимают прямоугольные сечения при формировании узла на угле сечения, а также такую форму имеют пачки сортового проката.

При использовании машины клещевого типа, на первой операции, рычаги скручивающего устройства, с зажатой в них обвязочной проволокой, движутся поступательно. Происходит охват проволокой обвязываемого сечения. Далее рычаги скручивающего устройства совершают вращательное движение (на угол л) до образования перекрестия проволоки. При дальнейшем движении рычагов происходит скручивание проволоки в узел.

Была определена зависимость удлинения проволоки, как функция от угла поворота рычагов на первом этапе скручивания - до образования

перекрестия проволоки, для различных видов сечений.

При этом полагалось, что обвязываемое тело является недеформируемым (т.к. для получения плотной обвязки предмета процесс скрутки узла производится в подпресованном состоянии). Деформация

проволоки происходит в упругой зоне. Натяжение проволоки определялось

по закону Гука: Т(ф) =

(1)

где Е - модуль упругости обвязочной проволоки, г - радиус проволоки, 1ц -длина ветви проволоки до начала скручивания.

Для поворота рычагов необходимо приложить момент, обеспечивающий деформацию ветвей проволоки.

Максимальный момент необходимый для вращения рычагов на первом этапе, при обвязке квадратного сечения:

где а - ширина обвязываемого сечения, Ь - высота сечения, к - расстояние от поверхности сечения до концов рычагов с зажатыми концами обвязочной проволоки, с - расстояние между концами рычагов, к - параметр, характеризующий положение точки контакта, - угол охвата круглого сечения, - угол поворота рычагов, при котором ветвь проволоки ляжет на боковую поверхность сечения, Я - радиус круглого обвязываемого сечения, - длина ветви проволоки, при повороте рычагов на угол Анализ зависимостей удлинения ветвей проволоки при повороте рычагов, для различных сечений, позволяет рекомендовать: на квадратном сечении формирование узла проводить на углу сечения. При обвязке 08

образных сечений, оптимально располагать узел в части сечения с меньшим радиусом. В этих случаях требуется минимальная величина момента.

В процессе образования узла кольцевого типа четыре ветви проволоки попарно изгибаются по винтовой линии и скручиваются. При деформации двух параллельных витков проволоки, с относительным смещением, между ними возникает сила трения. Ее появление обуславливается разницей деформаций слоев проволок. Задача учета сил трения при скрутке аналогична задаче учета сил трения при изгибной деформации в листовых рессорах.

Исходя из этого, была получена формула: М = М()\

(4)

где - момент, необходимый на скрутку узла, без учета сил трения; -коэффициент трения; 1 - диаметр проволоки; / - длина ветви проволоки находящаяся между узлом и воротком.

Момент Мо без учета сил трения можно определить, используя зависимости полученные А.И. Меренковым:

М()=тг^\<г (А$та+Всо$а)+—Л 31/1 1+—]!таг+2г£со$а 12 [ ЛUJ

(5)

где: т=2 или 4, для узла формируемого из двух, или четырех концов обвязочной проволоки, соответственно; Й - модуль упрочнения - коэффициент скручивания («крутка»)

и

'у 4 \(к2 О 4 Г ^ в узле, Г - радиус проволоки,

г ч £ £

■7з1п|1+—I 2 2 _

---= ГЛ»-Г/,_*2||п2в.Л

П у1 + с2 ¿¿-^т2® '

С использованием полученных аналитических зависимостей момента, были рассчитаны его значения на механизме скручивания, для различных форм обвязываемых сечений, как функция угла поворота рычагов (рис.2).

АМ.Нм

Процесс до образования Процесс формирования

перекрести* ветвей узла

проволоки

О ж2 * Зж2 2п <Р'Р°д

Рис.2 Функция М(<р),для открытого типа узла

Момент на приводе на первом этапе формирования узла, значительно превосходит момент, необходимый для реализации второго этапа. В связи с этим, необходимо, при конструировании машины для обвязки принимать меры для снижения крутящего момента на первом этапе. Если такие меры не приняты, то момент на узловязателе рассчитывается по формулам (2,3). По этим же формулам, следует проводить расчет конструкций обвязочных машин на прочность.

Третья глава посвящена разработке методики расчета несущей способности узлов открытого и кольцевого типов.

Несущая способность узла характеризуется усилием, при котором начинается его раскручивание.

Под действием внешней нагрузки на обвязочную проволоку происходит ее изгиб на участке /. Далее, при достижении внешним усилием критической нагрузки, возникает относительное движение ветвей обвязочной проволоки в узле, сопровождаемое пластическим изгибом ветвей его образующих в зоне

В связи с тем, что потеря целостности узла наступает с относительного движения ветвей проволоки в зоне II, Ркр определится из отсутствия движения на участке t/2.

При определении были приняты следующие допущения:

Рис, 3. Характерные участки ветви проволоки

1. Полагаем, что нормальное давление, обусловленное действием силы Ркр действует на длине (рис. 4 а, б).

2. Нормальное давление имеет линейную зависимость от длины линии контакта (рис. 4 в, г).

3. Реологические свойства: жесткопластическое тело с линейным упрочнением.

Целостность узла определяется из условия отсутствия движения на участке t/2, т.е.: Мр1р<М„к, (6)

где М„ю=OjW, W - момент инерции сечения.

Рассмотрев действующие нагрузки на одну ветвь проволоки, находящейся в начальной части узла, были получены зависимости изгибающих моментов в разных плоскостях по длине проволоки, как функция F„p.

При этом суммарный момент, для каждого участка, определяется по формуле:

Сила FKf определяется из условия (6), после подстановки в него максимального значения Мр^, из уравнения (7).

Для функции (7), характеризующей изменение изгибающего момента по длине ветви проволоки, найдем значение г, дающее максимальное значение изгибающего момента. Для определения максимума функции (7) и выводе использовалась программа Mathcad 2001.

Для открытого узла получено:

для кольцевого узла:

И

910 -г -(г.

г5.,3

т

(9)

•/■Г + 2.03-Г'

.2

Вывод: используя зависимости (8) и (9) можно определить несущую способность узлов открытого и кольцевого типов. Формулы (8,9) позволяют решать обратную задачу - по заданной несущей способности, определить диаметр проволоки для обвязки и шаг свивки.

Четвертая глава посвящена экспериментальной проверке правильности разработанных методик расчета. А также дан анализ результатов работы, на основе сравнения результатов аналитического исследования с опытными данными.

Рис. 5 Кинематическая схема установки для исследования процесса формирования узлов: а - открытого типа, 6 - кольцевого типа

Для экспериментального исследования процесса узлообразования была сконструирована специальная установка (рис. 5).

Установка для формирования открытого типа узла (рис. 5 а) состоит из вращающейся 1 и неподвижной 2 направляющей для проволоки 3. Комбинация расположений ветвей проволоки в подвижной и неподвижной направляющей позволяет получать различную геометрию узла. Подвижная направляющая приводится в движение гидромотором 4. В разрез вала установлен тензодатчик 5, подключенный к тензостанции 6. Необходимое натяжение проволоки задается грузом 7, который через систему блоков, соединен с проволокой канатом 8. Удлинение проволоки измеряется устройством 9.

Для формирования кольцевого узла, в установке используемой для формирования узла открытого типа (рис. 5 а), вращающаяся направляющая 1 была заменена рычагами 10 (рис. 5 б), в которых фиксировалась петля из двух проволок.

а.

б.

Количество необходимых замеров определяемых величин, находилось согласно методике изложенной в работе А.Н. Зайделя. Исходя из точности измеряемых величин Е=0.728П1 г д>£ - среднеквадратичное отклонение в выборке, и доверительной вероятности а=90%, необходимое количество замеров, каждой измеряемой величины, составило не менее семи.

В экспериментах использовалась проволока из стали 08сп.

Для анализа результатов были построены графики зависимостей крутящего момента от угла поворота, для каждого из этапов и видов узлов

(рис. 6,7). Результаты экспериментов представлены на графиках выборочными математическими ожиданиями м (показаны фигурными точками)

Максимальные относительные погрешности крутящего момента, в сравнении с опытными данными, составляют 9%.

Экспериментальное исследование несущей способности узлов было проведено на разрывной машине ИР-100.

Расчетные данные критической силы, посчитанные по формулам (8), представлены на гистограммах (рис. 8) светлыми прямоугольниками (поз. 1), экспериментальные - темными (поз. 2).

Рис. 8. Значения несущей способностиузла для различныхугловсвивки а и опытные данные дляузла открытого типа, полученного из проволоки

(=3тт.:

Максимальные относительные погрешности расчетных данных критической силы, в сравнении с опытными данными, составляет 14%,

Это позволяет сделать вывод о применимости полученных инженерных методик расчета по отношению к узлам открытого и кольцевого типов.

Пятая глава посвящена разработке конструкций машин для обвязки проволокой сортового проката, с получением узлов: "открытого" типа (рис. 10), открытого узла двустороннего типа (рис. 11) и узла кольцевого типа (рис. 12). При этом, в основу построения было положено, наиболее благоприятное, с точки зрения снижения моментов, протекание процессов при формировании узлов.

Проектирование приводов осуществлялось по традиционным методикам с использованием величин крутящих моментов посчитанных по методикам, изложенным в главе 2 и 3.

Характерными особенностями машины для формирования узла открытого типа является, использование переменной структуры механизма. От одного привода обеспечивается поступательное движение рычагов при

Р. кН

/

охвате сечения, а при формировании узла вращательное, при этом на первом этапе (поворот рычагов от 0 до л) обеспечивается их сведение. Данная схема позволяет получить узел с заданными характеристиками при минимальных внешних моментах.

Разработана методика расчета профиля кулачков, обеспечивающих преобразование поступательного движения во вращательное.

Машина, формирующая открытые узлы двустороннего типа (рис. 11), отличается от известных ранее тем, что для формирования узла используется устройство формирования секторного типа. Это позволило упростить конструкцию, уменьшить массу вращающихся элементов и производить обвязку в любом сечении обвязываемого проката. Уменьшение вращающихся масс, позволило значительно сократить время обвязки и уменьшить энергопотребление.

Кольцевой тип узла формируется при помощи клещевого устройства (рис. 12), при этом обвод обвязываемого сечения производится при помощи проводковых устройств охвата.

Снижение усилия на начальном этапе скрутки, обеспечивается механизмом сведения ветвей проволоки перед скруткой, состоящим из двух рычагов 2 и 3.

Особенностью машины является обеспечение приводов механизма вытяжки, механизма реза и образования петли проволоки от одного двигателя.

Разработана методика расчета движущего усилия, с учетом движения во всех перечисленных механизмах.

Рис. 11. Кинематическая схема машины для обвязки пачек проката с формированием открытого узла двустороннего типа на обвязочной

проволоке

Рис. ¡2 Кинематическая схема машины для обвязки проволокой сортового проката с формированием кольцевого узла на обвязочной

проволоке

Для апробации предложенных инженерных методик и принятых конструктивных решений в лаборатории кафедры ПТМиР были построены опытные модели машин. Нормальная работа машин подтвердила правильность принятых решений.

Элементы механизма формирования открытого узла двустороннего типа были рассчитаны и сконструированы кафедрой ПТМиР МГТУ им. Г. И. Носова, и изготовлены на Магнитогорском заводе «Ремстроймаш», где и прошли стендовые испытания. Методики расчета, разработанные в данной работе, использовались при разработке обвязочной машины для ОАО «Белорецкий металлургический комбинат».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. В данной работе на основе анализа существующих конструкций обвязочных машин, было выявлено, что существующие конструкции не позволяют получать узлы открытого и кольцевого типов с максимальной для этих типов узлов несущей способностью. Основным содержанием работы явилось исследование процесса формирования узлов открытого и кольцевого типов, исследование несущей способности узлов этих типов, а также разработка инженерных методик расчета устройств формирования узлов с высокой несущей способностью.

2. Для научно обоснованного проектирования механизмов образования узлов открытого и кольцевого типов разработана методика расчета крутящего момента, необходимого для образования таких узлов. В методике расчета рассмотрены два этапа формирования узлов: образование перекрестия ветвей проволок на первом этапе и скручивание ветвей проволоки в узел на втором. Для оценки достоверности методики расчета было проведено экспериментальное исследование процесса узлообразования на лабораторных установках (максимальная относительная погрешность -8% для открытого типа узла и 9% для кольцевого типа узла).

3. Для оценки несущей способности узлов открытого и кольцевого типов, а также для выбора обвязочной проволоки и параметров узла для получения максимальной несущей способности узлов разработана методика расчета несущей способности узлов этих типов. Для оценки достоверности методики расчета было проведено экспериментальное исследование несущей способности узлов (максимальная относительная погрешность - 12% для открытого типа узла и 14% для кольцевого типа узла).

4. Разработаны конструкции машин для обвязки сортового проката с формированием открытого узла, открытого узла двустороннего типа и кольцевого узла на обвязочной проволоке, при конструировании которых использовались выводы, полученные при анализе процессов формирования узлов и несущей способности узлов. Машины позволяют получать узлы открытого и кольцевого типов с высокой несущей способностью.

5. Разработаны инженерные методы расчета элементов устройств формирования узлов открытого и кольцевого типов, а также открытого узла двустороннего типа. Испытания натурных моделей механизмов скручивания узлов показали их хорошую работоспособность и применимость в разработке новых машин.

6. Результаты теоретических исследований были использованы при проектировании механизма формирования узла опытной машины для обвязки бунтов на стане 150 ОАО «Белорецкий металлургический комбинат».

Основные положения диссертации изложены в следующих работах

1. Козырь А.В., Кутлубаев И.М., Макаров А.Н. Разработка принципиальной схемы и конструкции для формирования кольцевого узла на обвязочной проволоке. // Процессы и оборудование металлургического производства: Сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова, 2002. - С. 122-129.

2. Макаров А.Н., Кутлубаев И.М., Кудряшов А.А., Козырь А.В. Экспериментальное исследование механизмов машины для обвязки бунтов с О- образным обвязываемым сечением проволокой. // Вузовская наука -региону: Материалы первой общероссийской науч. техн. Конф. - Вологда : ВоГТУ, 2003. С. 137-138.

3. Кутлубаев И.М., Козырь А.В., Макаров А.Н. Структуры механических систем многодвигательных машин и их комплексов. // Необратимые процессы в природе и технике: Тезисы докладов Второй Всероссийской конференции 22-24 янв. 2003. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. - С. 23-24.

4. Козырь А.В. Анализ изменения геометрических параметров при формировании узла открытого типа на обвязочной проволоке. // Современные методы конструирования и технологии металлургического машиностроения: Сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова, 2004. -С. 98-104.

5. Патент РФ № 38728 МКИ7 В 65 В 13/28. Устройство для обвязки изделий проволокой / Кутлубаев И.М., Макаров А.Н., Козырь А.В. (РФ), -№ 200404101087/20(000870) Опубл. 10.07.2004. Бюл.№ 19 //Открытия. Изобретения. - 2004. № 19.

6. Патент РФ № 38729 МКИ7 В 65 В 13/28. Устройство для обвязки изделий проволокой / Кутлубаев И.М., Макаров А.Н., Козырь А.В. (РФ), -№ 2004105433/20(005669) Опубл. 10.07.2004. Бюл.№ 19 //Открытия. Изобретения. - 2004. № 19.

Подписано в печать 01.11.2004. Формат 60x84 1/16. Бумага тип.№ 1. Плоская печать. Усл.печ.л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ 761.

455000, Магнитогорск, пр.Ленина, 38 Полиграфический участок МГТУ

#22192

РНБ Русский фонд

2005-4 22939

ВВЕДЕНИЕ

1. Обзор исследований и постановка задач

1.1. Типы узлов и конструкций обвязочных устройств и машин для их формирования

1.2. Обзор работ по исследованию процесса формирования узла на обвязочной проволоке

1.3. Цель и постановка задач

2. Анализ процесса формирования узлов открытого и кольцевого типов

2.1. Методика определения крутящего момента, необходимого для формирования перекрестия ветвей проволок для различных видов обвязываемых сечений

2.2. Методика определения крутящего момента, необходимого для образования открытого узла

2.3. Методика определения крутящего момента, необходимого для образования кольцевого узла

3. Анализ несущей способности узлов открытого и кольцевого типов

3.1. Анализ несущей способности узла открытого типа

3.2 Анализ несущей способности узла кольцевого типа

4. Экспериментальное исследование узлов открытого и кольцевого типов

4.1. Методика проведения экспериментов для исследования процессов формирования узлов открытого и кольцевого типов

4.2. Анализ результатов исследований узла открытого типа

4.3. Анализ результатов исследований узла кольцевого типа

4.4. Лабораторное исследование и анализ результатов исследований несущей способности узлов открытого и кольцевого типов

5. Методика расчета элементов машин для обвязки проката с формированием узлов открытого, открытого двустороннего и кольцевого типов на обвязочной проволоке

5.1. Описание конструкции машины для обвязки сортового проката проволокой с формированием на ней узла открытого типа

5.2. Методика расчета элементов машины для формирования открытого узла на обвязочной проволоке

5.3. Описание конструкции машины для обвязки сортового проката проволокой с формированием на ней открытого узла двустороннего типа

5.4. Описание конструкции машины для обвязки сортового проката проволокой с формированием на ней узла кольцевого типа

5.5. Методика расчета элементов машины для обвязки проката с формированием кольцевого узла на обвязочной проволоке

Основные результаты работы

Список используемых источников

Готовую продукцию прокатных, волочильных цехов отправляют потребителям в зависимости от сортамента и качества в виде мотков, бухт, бунтов, пачек, рулонов и пакетов.

Материал для обвязки, способ упаковки должны отвечать требованиям технических условий на поставку, специальных инструкций или договорных условий заказчика.

Обвязка металла обеспечивает сохранение товарного вида продукции, получаемой потребителем, облетает его погрузку, транспортировку, выгрузку и складирование.

Некачественно увязанные рулоны штрипсов, бунты катанки и особенно пачки сортового металла неудобны при транспортировании, что приводит к дополнительным потерям, а при погрузочно-разгрузочных работах - к помехам и травмам.

В прокатных и волочильных цехах для обвязки готовой продукции применяют проволоку или упаковочную ленту [9].

При производстве проволоки на предприятии целесообразно использовать собственную продукцию для обвязки проката, что обеспечит большую экономичность по сравнению с обвязкой лентой. В настоящее время наметилась устойчивая тенденция преимущественного использования проволоки для обвязки готовой продукции сортовых цехов.

В мировой практике накоплен немалый опыт как по механизации отдельных операций обвязки и упаковки проката, так и механизации целых участков [9]. Созданы различные машины и промышленные установки для машинной обвязки бунтов проволоки и пачек прутков.

Первый опыт успешной эксплуатации обвязочной машины относится к 1927 году и принадлежит Японии. А первая обвязочная машина, предназначенная для массового производства, была создана в США на заводе фирмы Сейноуд в 1941 году [9].

С начала 50-х годов прошлого века решением вопроса механизации обвязки занимаются многие известные машиностроительные заводы и фирмы, такие как Экми, Джеррард, Юнайтед Стейтс Стил Саплай Ко, Стенли Стил Стрипинг Ко (США); Бехер ГмбХ, Шлеман ЛГ, Фридрих Круп Индастриебау [58], Демаг ЛГ, Фридрих Кокс, Скет (ФРГ); Л.Б.Г., Титан [6], Боталам (Франция) [36]; Меркон ЛГ, Сундс (Швеция) [22]. В результате создан широкий спектр машин для обвязки проката.

В нашей стране машины для обвязки проката разрабатываются следующими предприятиями и научно-исследовательскими институтами: ВНИИМЕТМЛШ, ММК, Магнитогорским ГИПРОМЕЗом, Ижорский завод тяжелого машиностроения, «Стальпроект», Электростальский завод тяжелого машиностроения (ЭЗТМ). В СССР этой проблемой занимались: Днепропетровский проектно-конструкторский технологический институт (ПКТИ), Макеевский металлургический завод [9,23,30,39,45,50,56,82].

Однако до настоящего времени остается не решенным до конца вопрос но обвязке пачек штрипсов. Также в последние годы стоит задача создания машин для обвязки, в которых реализовывались бы соответствующие мировые тенденции в производстве сортового проката.

Основными из них являются увеличение массы обвязываемого изделия. Это привело изменению параметров обвязываемых сечений. В настоящее время масса бунтов проволоки достигает 2000 кг., сортового проката 3000 кг. В то же время возрастают требования к обвязке - формируемый на концах обвязочной проволоки узел должен иметь прочность основного металла, при этом узел должен быть компактным. Узел необходимо формировать как на длинных прямолинейных участках сечения отгружаемой металлопродукции (бунты проволоки большой массы), так и на коротких его участках (рулоны штрипса).

Ужесточение требований к качеству обвязки готовой продукции прокатного производства обуславливает появление новых машин для обвязки проката, которые формируют различные типы узлов па обвязочной проволоке.

Для научно-обоснованного проектирования устройств образования узлов, отвечающих требованиям заказчика по форме и несущей способности узла, необходимо иметь методики расчета энергосиловых параметров и конструкционные характеристики этих устройств. Геометрические и силовые характеристики процессов формирования узлов на обвязочной проволоке и их несущая способность не исследованы в полной мере. Это затрудняет проектирование новых эффективных и надежных механизмов. В связи с этим стоит настоятельная потребность аналитических и экспериментальных исследований процессов и устройств формирования узлов и разработка на их основе научно-обоснованных методик проектирования этих устройств.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. В данной работе, на основе анализа существующих конструкций обвязочных машин, было выявлено, что существующие конструкции не позволяют получат!» узлы открытого и кольцевого типов с максимальной для этих типов узлов несущей способностью. Основным содержанием работы явилось исследование процесса формирования узлов открытого и кольцевого типов, исследование несущей способности узлов этих типов, а также разработка инженерных методик расчета устройств формирования узлов с высокой несущей способностью.

2. Для научно обоснованного проектирования механизмов образования узлов открытого и кольцевого типов разработана методика расчета крутящего момента, необходимого для образования таких узлов. В методике расчета рассмотрены два этапа формирования узлов: образование перекрестия ветвей проволок на первом этапе и скручивание ветвей проволоки в узел на втором. Для оценки достоверности методики расчета было проведено экспериментальное исследование процесса узлообразования на лабораторных установках (максимальная относительная погрешность — < 8% для открытого типа узла и <9% для кольцевого типа узла).

3. Для оценки несущей способности узлов открытого и кольцевого типов, а также для выбора обвязочной проволоки и параметров узла для получения максимальной несущей способности узлов разработана методика расчета несущей способности узлов этих типов. Для оценки достоверности методики расчета было проведено экспериментальное исследование несущей способности узлов (максимальная относительная погрешность — < 12% для открытого типа узла и <14% для кольцевого типа узла).

4. Разработаны конструкции машин для обвязки сортового проката с формированием открытого типа узла, открытого узла двустороннего типа и кольцевого узла на обвязочной проволоке, при конструировании которых использовались выводы, полученные в результате анализа процессов формирования узлов и несущей способности узлов. Машины позволяют получать узлы открытого и кольцевого типов с высокой несущей способностью.

5. Разработаны инженерные методы расчета устройств формирования узлов открытого и кольцевого типов, а также открытого узла двустороннего типа. Испытания натурных моделей механизмов скручивания узлов показали их хорошую работоспособность и применимость методов в разработке новых машин.

6. Результаты теоретических исследований были использованы при проектировании механизма формирования узла опытной машины для обвязки бунтов на стане 150 ОЛО «Белорецкий металлургический комбинат».

- 129

1. Ачеркан U.C. Детали машин расчет и конструирование / Справочник. -М.: Машиностроение, 1968.-Т.2.-408 с.

2. Агрегаты упаковки холоднокатаного металла / Химич Г.Л. и др. // Сталь. 1974. - j\!»3. - с. 243.

3. Безухов Н. И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. -2-е изд. испр. и доп. -М.: Высшая школа, 1968.— 512 с.

4. Бидермап В.Л. Рессоры / Детали машин. Кн. 2. М.: Машгиз, 1953. — С.254-270.

5. Боброва JI. И. Машины и механизмы фирмы «Сейпоуд» для обвязки металлопроката. М.: НИИТЭИТЯЖМАШ, Металлургическое оборудование, 1981. т выи. 14.-С. 15-18.

6. Боброва JI. I I. Машины фирмы «Титан» для обвязки металлопроката. -М.: НИИТЭИТЯЖМАШ, Металлургическое оборудование, 1981 вып. 14. - С. 18-19.

7. Букштейи М. А. Производство и использование стальных канатов. -М.: Металлургия, 1973.-360 с.

8. Глушко М. Ф. Стальные подъемные канаты. Киев: Техшка, 1966. — 327 с.

9. Гононольский М. А. Механизация обвязки и упаковки проката. М.: Металлургия, 1969. - 144 с.

10. Гостев В. А. Краткий курс сопротивления материалов. М.: Наука, 1977.-456 с.

11. Джонсон У., Меллор П. Б. Теория пластичности для инженеров: Пер. с англ. / Пер. А. Г. Овчинников. -М.: Машиностроение, 1979. 567 с.

12. Допедов С. М., Саксаганский А. И. Машины конструкции ВНИИМВТМАШа для обвязки бунтов горячей проволоки // Труды BI1ИИМПТМАШ. 1967. - №21. - С. 278-290.

13. Дрозд В. Г., Мерепков Л. И. Сортовые прокатные станы. М.: Металлургия, 1967. - 180 с.

14. Заплель А.Н. Особенности измерении физических величин М.: Наука, 1974. 108 с.

15. Козлов В. Т. // Научные записки ОПИ. Т. 36. Одесса: Одесский политехнический институт, 1961. - С. 24-36.

16. Макаров А. Н., Кутлубаев И. М., Кудряшов А. А. Экспериментальное исследование проволочного узла типа «оплетка». Магнитогорск, гос. техн. ун-т. - Магнитогорск, 2002. - 6 с. - Деп. в ВИНИТИ 17.12.2002. -№2188-В 2002.