Состав и свойства систем управления резательным оборудованием

Резательное оборудование в виде разнообразных ножниц, пил и станков используется в технологических комплексах пищевых, бумаго- и картоноделательных, деревообрабатывающих, металлургических и других производств. Наиболее широкое распространение и многообразие резательного оборудования имеется в прокатном производстве.
В прокатном производстве оборудование для резки металла (ножницы и пилы) относится к вспомогательной группе машин и механизмов, осуществляющей после получения проката заданной формы функции формирования готовой продукции (резки металла заданной длины, правки, укладки в пакеты и т.д.).
В зависимости от требований технологического процесса возможно резание в стационарном положении проката или при его движении. Ножницы и пилы оснащаются системами автоматизации, выполняющими следующие функции:
установка проката для резания на мерные длины в стационарном положении (безупорная или с передвижным упором с учетом температурного коэффициента расширения горячего металла);
резание на мерные длины движущегося проката (летучие ножницы и пилы);
регулирование скорости подачи дисковой пилы в зависимости от загрузки привода вращения диска, свойств материала диска и проката;
позиционное управление несколькими пилами для одновременного резания проката на мерные длины в стационарном положении.
Ножницы применяют для поперечного и продольного резания металла. Для резания горячего металла прямоугольного и квадратного сечения на мерные длины и для обрезания переднего и заднего концов его после прокатки на блюмингах, слябингах, заготовочных и сортовых станах применяют ножницы с параллельными ножами двух типов: с верхним резом, когда резание производится при движении верхнего ножа, и с нижним резом, когда резание происходит при движении нижнего ножа.
Ножницы с верхним резом более просты по конструкции, но имеют существенные недостатки: заусеницы, образующиеся на нижней кромке металла, мешают его продвижению по рольгангу, а отрезаемая часть металла вместе с ножом опускается ниже уровня рольганга, поэтому ножницы должны быть снабжены подъемно-качающимся столом.
Ножницы с нижним резом получили большое распространение для резания блюмов, слябов и сортового металла высотой более 30...60 мм.
Для резания проката небольшой ширины сечения (круг, квадрат и т.д.) применяют параллельные ножи, для резания листового проката один из ножей устанавливают наклонно (гильотинные ножницы). Угол наклона ножа (угол реза) обычно не превышает 6° (меньший угол обеспечивает лучшее качество резания, но большее усилие резания). Ножницы с наклонным ножом состоят из горизонтального нижнего ножа 1 и наклонного верхнего ножа 2, имеющего привод от двигателя 6, снабженного маховиком 7, через редуктор 5, муфту сцепления 4 и коленчатый вал 3. Ножницы предназначаются для поперечного резания горячего и холодного листа, а также мелкого сортового проката пачками.
На рис приведена схема резания металла с нижним неподвижным ножом 1 и верхним подвижным наклонным ножом 2. Ножи имеют регулируемый боковой зазор 5, определяемый сечением металла 3 и его свойствами. Отрезаемая часть металла смещается вместе с подвижным верхним ножом с помощью подъемно-качающегося стола (качающегося рольганга). Процесс резания обеспечивается возвратно-поступательным движением верхнего ножа при полном обороте кривошипного (эксцентрикового) вала привода ножниц.
При увеличении ширины листа верхний нож должен делать ббльший ход, что требует увеличения эксцентриситета приводного эксцентрикового вала и, следовательно, момента резания. Этого недостатка лишены ножницы с катящимся резом, подвижный нож которых имеет дугообразную форму и сложное движение, обеспечивающее малый угол резания при небольшой дуге врезания в металл. На рис приведена кинематическая схема механизма резания ножниц с катящимся резом конструкции КО ВНИИ-МЕТМАШ. Эксцентриковый вал при резе поворачивается из положения 1 в положение 2 или обратно (при этом также происходит резание).
Ножницы приведенной конструкции применяются для поперечного резания листов, а также для продольного резания боковых кромок листов (сдвоенные кромкообрезные ножницы) на толстолистовых прокатных станах с толщиной листов 8...50 мм. Сдвоенные кромкообрезные ножницы (комплект неподвижных и подвижных ножниц) можно настраивать на заданную ширину резания листов с автоматической шаговой подачей листа на рез (шаг подачи листа определяется длиной режущей кромки ножей).
Существуют барабанные летучие ножницы, применяющиеся для резания движущегося тонкого листа или мелкого сортового металла. Недостатком этого типа ножниц является непараллельность режущих кромок при резании, отражающаяся на качестве поверхности разреза. Поэтому при резании толстых листов применяют кривошипные летучие ножницы с поступательно-движущимися ножами.
При поперечном резании горячего и холодного проката на мерные длины (заготовки, готовые профили сложной формы) используют пилы, вращающийся пильный диск которых с помощью механизма подачи совершает возвратно-поступательное или качательное движение при резании. Используются салазковые, рычажные, маятниковые механизмы подачи. Пильный диск имеет отдельный привод, скорость которого устанавливают исходя из требования оптимального режима резания с учетом подачи, характеристик проката и свойств материала пильного диска.
В отечественной практике для резания горячего проката используют высокопроизводительные роторные пилы. Механизм подачи 2 за время резания проката 1 совершает полный оборот с остановкой в исходном положении. Вращение пильному диску 3 передается от отдельного двигателя, расположенного на оси вращения водила, через клиноременную передачу. Роторная пила закрыта кожухом 4.
Усилие резания для ножниц с параллельными ножами, работающими с прижимом, где х — удельное сопротивление резанию, отнесенное ко всему поперечному сечению и зависящее от относительной глубины резания, МПа/мм2; S— площадь поперечного сечения разрезаемого металла, мм2.
Аналогично определяется усилие резания для ножниц с наклонным ножом, но в этом случае вместо площади поперечного сечения необходимо подставлять значение площади действительного среза.
В ножницах с относительно небольшим усилием резания применяют маховичный электропривод, позволяющий снизить мощность приводного двигателя. Двигатель с маховиком 7 вращается непрерывно. Привод соединяется с механизмом через муфту сцепления 4. Во время паузы между резаниями муфта сцепления отключена. Перед резанием муфта включается, ножницы приходят в движение, производится резание, после чего муфта вновь отключается и ножницы останавливаются.
Для резания заготовок больших сечений (блюмов, слябов и т.д.) применяют ножницы с приводом, работающим в режиме запуска на каждый рез. Эти ножницы могут быть с редукторным или без-редукторным приводом и работают с большой частотой включений в 1 ч, достигающей 600 и более. У ножниц с редукторным приводом очень важно использовать в процессе резания запас кинетической энергии, а следовательно, важна скорость в момент резания. Поэтому разгон до максимальной скорости за минимальное время при том же нагревании двигателя.
При резании металла максимальной толщины вал ножниц совершает полный оборот (круговой режим). При резании металла меньшей толщины в целях сокращения времени цикла кривошипный вал ножниц совершает меньше одного оборота за цикл с изменением направления вращения от цикла к циклу (качательный режим).
Электропривод ножниц для лучшего использования запаса кинетической энергии вращающихся частей должен иметь достаточно мягкую механическую характеристику, а также упорную характеристику (экскаваторную).
Для маховичного электропривода ножниц обычно применяются АД с повышенным скольжением. Возможна также реализация подобного режима средствами управления в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе.
Часто для снижения момента инерции применяют два приводных электродвигателя, действующих на общий вал. Суммарная мощность двигателей в зависимости от типа ножниц, передаточного отношения от вала двигателя к валу механизма и других факторов колеблется от сотен до двух тысяч киловатт.