Процессы, протекающие в межвалковом зазоре

Поле скоростей и давлений.

Материал, находясь в вязкотекучем состоянии, в области запа­са прилипает к рабочим поверхностям валков, имеющих окруж­ные скорости и ₁и и ₂, и затягивается ими в меж-валковый зазор с высотой h,переменной по его длине (рис. 26). Область тече­ния мате-риала по длине межвалкового зазора лежит между координатой верхней точки запаса х_ни координатой х_к, при ко­торой слой материала разобщается с рабочей поверхностью одного из валков (в данном случае - с поверхностью левого валка). При интенсивном деформировании материала в этой области возникает давление р. Так как в начале и в конце об­ласти (т. е. при х_н и х_к) давление равно нулю, то эпюра распре­деления давления р вдоль координаты х должна иметь макси­мум при некоторой координате х_м.

Так как центральный угол , охватывающий область дефор­мирования, как правило, очень мал, то векторы окружных ско­ростей валков и ₁и и ₂и, следовательно, векторы скоростей частиц материала в этой области практически параллельны оси х. Если дополнительно принять допущение о равенстве окружных скоростей валков и ₁ = и ₂ = и, то можно показать, что поле скоростей в зазоре можно выразить формулой:

, где - вязкость (так как большинство обрабатывае-мых на вальцах и ка­ландрах материалов представляет собой неньютоновские жид­кости, то входящая в урав-нение вязкость есть функ-ция интенсивности деформи-рования материала в межвал-ковом за­зоре). Из этой формулы видно, что скорость имеет две со-ставляющие. Эпю­ры этих со-ставляющих в поперечном сечении зазора, соответ­ству-ющих первому (1) и второму (II) слагаемым формулы, по-

показаны на рис. 27, а. Первая составляющая по всему сечению равна окружной скорости валков и и определяет вы­нужденный поток в зазоре. Наличие второй составляющей обу­словлено перепадом давления в зазоре. Направление этой со­ставляющей определяется знаком произ­водной dp/dx:на участке возрастания давления (участок от x_н до x_м на рис. 26) направление ее противоположно вынужден­ному потоку, и результирующая эпюра скоростей выглядит так, как это показано на рис. 27, а. Как видно, скорость срединной области результирующего потока на­правлена в сторону, противоположную направлению вращения валков.

Ширина области обратного тече­ния (отмечена штриховыми линиями на рис. 27, б) уменьшается в направлении оси х и при хм становится равной нулю: при хм производная dp/dx равна нулю, и второе слагае­моe в рассматриваемой формуле отсутствует. На участке же от хм до хк направле­ния обеих составляющих совпадают. Наличие области обратного течения обусловливает циркуля­цию материала в верхней части зазора (на рис. 27, б показана стрелками), что существенно интенсифицирует процесс смешения.

Конструкция основных узлов машин

Общий вид вальцов показан на рис. 28. Основные узлы валь­цов смонтированы на станине, представляющей собой две Н-об­разные рамы 12 и 14, укрепленные нижними стойками на фун­даментной плите 13. Верхние стойки каждой рамы охвачеНы траверсой 3 и образуют вместе с перекладиной рамы прямо­угольное отверстие, в котором располагаются корпусы 2 и 22 подшипников валков 7 и 24.

Величина межвалкового зазора у всех вальцов регулирует­ся бесступенчато, поэтому подшипники 2 валка 24 укреплены на станине неподвижно винтами 23, а подшипники 22 второго валка 7 могут смещаться в прямоугольном отверстии станины в горизонтальном направлении. Смещение их вместе с вал­ком 22 осуществляется механизмами регулирования зазора 18. Эти механизмы укреплены на стойках станины.

При обработке на валках материал может смещаться в об­ласти запаса вдоль валков и при этом выходить за пределы их рабочей части, что недопустимо. Во избежание этого валки ос­нащены ограничительными стрелами 4 и 8. Каждая стрела пред­ставляет собой две частично перекрывающие друг друга пластины; нижней поверхностью каждая из них охватывает верх­нюю, часть своего валка. Пластины укреплены на корпусах под­шипников подвижного и неподвижного валков. При раздвига­нии валов вместе с подшипниками пластины смещаются, однако зазора между ними не образуется из-за перекрывания ими друг друга.

Валки полые; внутренняя поверхность их охлаждается во­дой, подаваемой через трубу 6. Отработавшая вода свободно сливается через воронки 10, укрепленные на правых концах валков, в приемную ванну 11.

Вращение валкам от электродвигателя 19 передается через редуктор 21. Между ними установлен ленточный или колодоч­ный тормоз 20.Все эти элементы смонтированы на фундамент­ной плите 13. На выходном валу редуктора имеется шестер­ня 15, передающая вращение колесу 1, неподвижно надетому на левый хвостовик заднего валка 24. На правые хвостовики вал­ков также неподвижно надеты шестерни 16и 17; они находят­ся во взаимном зацеплении и передают вращение с заднего на передний валок. Зубчатые пары 15, 1 и 16, 17 заключены в ко­жухи, нижняя часть которых представляет собой масляные ван­ны для смазки пар.

На кронштейнах 9 натянуты два тросика аварийного оста­нова вальцов 5, соединенные с конечными выключателями. При нажатии на один из тросиков конечный выключатель дает ко­манду на отключение электродвигателя и включение тормоза.

Принципиальная конструкция каландров во многом подоб­на конструкции вальцов. На рис. 30 показан разрез четырехвалкового Г-образного каландра. Станина представляет собой две рамы 5 замкнутого контура, имеющие Г-образные отвер­стия, в которых расположены корпусы подшипников валков. Подшипники среднего валка 2 укреплены на станине неподвиж­но. Подшипники верхнего 4 и нижнего 1 валков могут переме­щаться в вертикальном направлении с помощью механизмов 6 и 11. Подшипники выносного валка 7 перемещаются в горизон­тальном направлении механизмами 9.

Привод валков также осуществляется от электродвигателя через редуктор и установ-ленные на валках зубчатые пары. В последнее время получили распространение каландры, у которых каждый валок соединен карданным валом с одним из выходных валов специального редуктора.

Все вспомогательные механизмы монтируются на рамах станины. На рис. 30 показаны питающее устройство 8, при­жимной валик 10и направляющие валики 3.

Валки

На рис. 30 показана конструкция валка каландра. Рабочую часть валка А часто называют бочкой,места Б под установку в подшипники - шейкамиили цапфами,место В под монтаж приводной шестерни или шпинделя - хвостовиком. Отношение диаметров шейки и бочки лежит в пределах 0,5-0,72.

Валки вальцов (за исключением рафинирующих) выполня­ют с цилиндрическими бочками. Бочки валков каландров часто имеют увеличивающийся к их середине диаметр (бомбировка валков); разность диаметров при этом не превышает 0,1 – 0,2 мм.

 

 

 

 

 

 

Рис.29. Г-образный четырехвалковый каландр: 1 - нижний валок; 2 - средний валок; 8 - направляющие валики; 4 - верхний валок; 5 - рама станины; 6 - механизм регулирования зазора между верхним и средннм вал­ками; 7 - выносной валок; 8 - питающее устройство; 9 - механизм регулирования зазо­ра между верхним и выносным валками; 10- прижимной валик; 11 - механизм регули­рования зазора между нижним и средним валками.

 

 

Бомбировка в значительной степени компенсирует не· постоянство межвалкового зазора по длине валков, возникаю­щее из-за их прогиба под действием распорного усилия.

Рабочие поверхности валков шлифуют, а у каландров - еще и тщательно полируют для получения листов и пленок с по­верхностью высокого качества. С этой же целью к точности из­готовления валков каландров предъявляются повышенные тре­бования. Так, несоосность бочки и шеек, а также овальность бочки не должны превышать 0,005 мм.

Рабочая поверхность валка должна иметь повышенную твердость и износостойкость.

Внутренняя поверхность валков в области бочки (см. рис. 28) растачивается. Это уве-личивает коэффициент теплоотдачи от металла к циркулирующей в полости охлаждаю-щей воде. Тем не менее, большая толщина стенки бочки является основной причиной пло-

 

Рис. 30. Валок каландра: 1, 5 - наклонные подводящие отверстия; 2 - труба для подвода термостатирующей жидкости; 3 - рабочее отверстие; 4 - уплотняющее кольцо; 6 - прокладка; 7 - кольца; 8 - ­заглушка.

 

хого теплообмена между рабочей поверхностью и термостатирующей жидкостью. В связи с этим практически все каландры и многие типы вальцов оснащаются валками, конс-трукция которых приведена на рис. 30. Канал для термостатирующей жидкости распо-ложены в непосредственной близости от рабочей поверхности: расстояние до нее не превышает 40 мм. Это значительно уменьшает тепловую инер­ционность валка и интенсифицирует теплообмен.

Жидкость подается по трубе 2 в правую полость централь­нoгo отверстия валка. По наклонным каналам 5 она попадает в рабочие каналы 3, выполненные вдоль образующих бочки, и затем по второй серии наклонных каналов 1 попадает в ле­вую полость центрального отверстия, откуда выходит на слив. Левая и правая полости разделены кольцом 4 с уплотнениями. Рабочие каналы по торцам бочки закрыты кольцами 7 с про­кладками б. Центральное отверстие валка имеет заглушку 8.

Тепловой режим работы каландров в отличие от вальцов такой, что теплогенерация за счет деформирования материала в межвалковом зазоре оказывается недостаточной, чтобы поддер­живать требуемую повышенную температуру рабочей поверхно­сти валков. По этой причине жидкость, подаваемая в рабочие каналы валков, осуществляет не охлаж-дение, а подогрев. Если рабочая температура валков должна превышать 453-473 ⁰К, то целесообразно применение не жидкостного, а электрического обогрева. В этом случае в рабочие каналы вставляются трубча­тые электронагреватели омического сопротивления, а выводы от них через наклонные и центральное отверстия в валке соединя­ются с токо-съемными кольцами, укрепленными на одном из концов валка. Вращающиеся при работе каландра кольца кон­тактируют с токоподводящими щетками, установленными на станине.

Для контроля и регулирования температуры рабочей по­верхности валка в нем параллельно какой-либо паре рабочих отверстий выполняют отверстия под термопару. Сигнал с уста­новленной в отверстии термопары передается к регулирующему и регистрирующему прибору также через контактные кольца и щетки