Лабораторная работа №4
Экспериментальные методы определения
Коэффициентов внешнего трения при прокатке
Цель работы: ознакомиться с методикой определения коэффициента внешнего трения при захвате полосы валками и при установившемся процессе прокатки.
Лабораторное оборудование
Лабораторный стан (рис. 1) является одноклетьевым реверсивным станом для прокатки узких полос.
Рис. 1. Схема лабораторного прокатного стана:
1 – рабочая клеть; 2 – универсальные соединительные шпиндели;
3 – шестеренная клеть; 4 – коренная муфта; 5 – промежуточный вал;
6 – редуктор; 7 – двигательная муфта; 8 – главный электродвигатель
Рабочая клеть стана представляет собой клеть ДУО со станинами открытого типа. Прокатные валки стальные с диаметром и длиной бочки 120 и 150 мм соответственно.
Перемещение верхнего валка осуществляется с помощью нажимных винтов и электромеханического привода.
Привод вращения прокатных валков содержит главный электродвигатель постоянного тока, горизонтальный цилиндрический редуктор с передаточным числом 50, шестеренную клеть и универсальные шпиндели с шарнирами Гука.
Основные теоретические сведения
Внешнее трение играет важную роль в процессе прокатки, для осуществления которого должен произойти захват полосы вращающимися валками, возможный только при выполнении определенного условия (рис. 2).
Рис. 2. Схема силового взаимодействия
Полосы и валков при захвате
Из условия равновесия полосы под действием приложенных к ней сил следует, что сумма горизонтальных проекций сил должна равняться нулю:
,
где 
– сила трения; 
– сила нормального давления; 
– угол захвата.
Приведенное равенство можно представить в виде:
.
Сила трения является движущей силой при прокатке, поэтому захват произойдет только в том случае, если 
.
Известно, что сила трения и сила нормального давления связаны зависимостью
,
где 
– коэффициент внешнего трения при захвате.
Тогда условие захвата полосы валками можно представить в следующем виде:
.
При максимально возможном угле захвата имеет место следующее равенство:
.
Максимально возможный угол захвата можно определить по формуле:
,
где 
, 
– высота полосы до и после прокатки соответственно; 
– радиус прокатного валка.
При установившемся процессе прокатки (рис. 3) для определения условия равновесия полосы принимается допущение, что равнодействующая сил трения и нормального давления приложена посередине дуги контакта.
Рис. 3. Схема силового взаимодействия полосы и валков
Полоса будет находиться под действием приложенных к ней сил в равновесии при возникновении буксования валков, которое начинается после достижения максимально возможного абсолютного обжатия.
При этом имеет место следующее равенство:
где 
– коэффициент внешнего трения при установившемся процессе прокатки; 
– максимально возможный угол захвата при установившемся процессе прокатки. Для этого случая используются образцы клиновидной формы (рис. 4).
Рис. 4. Размеры клиновидного образца до прокатки
При прокатке тонких полос при отношении 
где 
– длина дуги контакта полосы с валком; 
– средняя толщина полосы в очаге деформации 
, коэффициент внешнего трения достаточно точно можно определить по опытным величинам опережения 
.
При прокатке скорость входа полосы в валки меньше горизонтальной проекции окружной скорости валков, а скорость выхода – больше. Это явление называется отставанием и опережением.
Отставание и опережение принято определять как относительную величину.
Опережение представляет большой практический интерес, т.к. позволяет рассчитать угловую скорость валков отдельных рабочих клетей непрерывных прокатных станов.
Опережение можно определить по формуле:
,
где 
– скорость полосы на выходе из валков; 
– окружная скорость валков.
Практически опережение определяют (рис. 4) после измерения расстояний между отпечатками кернов на полосе 
от кернов на поверхности валков 
по формуле:
Рис. 5. Схема прокатки образца
для определения опережения керновым методом
Теоретически для тонкой полосы опережение можно определить по формуле Дрездена:
,
где – толщина полосы после прокатки; 
– критический (нейтральный) угол.
По опытному опережению из формулы Дрездена определим нейтральный угол γ и коэффициент трения :
; 
где – угол захвата; – толщина полосы после прокатки; – радиус прокатных валков.
Результаты экспериментального и расчетного определения величин заносятся в табл. 1.
Таблица 1
| Характер процесса прокатки | Измеряемые и расчетные величины | ||||||
| h 0,мм | h 1, мм |  , рад
| S, % |  , рад
| 
| ||
| опыт | расчет по формуле А.П. Грудева | ||||||
| Захват полосы | 19,8 | 15,2 | 0,27 | 14,8 | 1,93 | 0,85 | 0,087 |
| Установившийся процесс | 23,8 | 0,27 | 14,8 | 1,57 | 0,85 | 0,087 |