Продольно-резательный станок производительностью 350 т/сутки

колец. Всю систему разъемных ножевых и сплошных колец закрепляют на валу

при помощи затяжных гаек. При изменении формата бумаги затяжные гайки

отвинчивают на двойную длину хвостовика, снимают разъемные ножевые кольца,

сдвигают сплошные кольца и устанавливают ножевые кольца в необходимых

местах по длине вала. Однако изготовление и шлифовка разъемных ножевых

колец весьма сложны. Поэтому часто их делают сплошными, а промежуточные

кольца – разъемными.

На новых продольно – резательных станках сплошные ножевые кольца

закрепляют при помощи шпонок, перемещающихся под давлением пневматических

шлангов (рис. 2.3.7)

Ножевые кольца установлены по всей длине вала. Зазор между кольцами

равен 8 – 10 мм. Так как на кольцах имеется семь – восемь ножевых канавок,

то при смещении колец на величину зазора можно разрезать полотно бумаги на

рулоны нужной ширины.

При разрезании пухлой бумаги малого объемного веса на станках с

верхней заправкой канавки ножевого вала, опирающегося на наматываемый

рулон, оставляют на бумаге отпечатки. Поэтому для такой бумаги

устанавливают отдельный прижимной вал, от которого приводится во вращение

ножевой вал при помощи клиноременной передачи.

Механизм продольной резки располагают как можно ближе к наматываемому

рулону. Этим избегается возможное боковое смещение разрезаемых полос бумаги

при их движении. При смещении полос кромки полотен бумаги нахлестываются

друг на друга, что затрудняет разделение рулонов. Иногда во избежание

указанного смещения полос перед наматываемым рулоном устанавливают

разделители (тонкие пластинки) или сферические наконечники, которые

способствуют лучшему разделению рулонов.

Рис. 2.3.7 Ножевой вал с пневматическим закреплением новых колец:

1 – цапфа; 2 – подшипники; 3 – труба вала; 4 – пневматический шланг; 5

– шпонка; 6 – сплошное ножевое кольцо; 7 – ниппель для подачи воздуха; 8 –

концевые втулки

Усилие резания для бумаги весом 50 – 60 г/м2 не превышает 0,98 – 2,94

Н на один рез. Мощность, потребная для резания бумаги, очень мала и ее при

расчетах пренебрегают.

Обрезанные кромки бумажного полотна удаляются специальным

вентилятором, внутри которого имеется диск, разрывающий кромки. Вентилятор

направляет кромки по трубопроводам в размольный агрегат.

2.3.3. Механизмы регулирования давления между рулоном и несущими

валами.

Увеличение диаметра наматываемого рулона значительно повышает

производительность не только продольно-резательных станков, но и машин, на

которых используется ролевая бумага (например, типографская, мешочная и

др.), поэтому заметна тенденция увеличения диаметра наматываемого рулона до

1500 мм и даже до 1800 мм. Однако при увеличении диаметра рулонов должны

быть учтены условия их транспортировки и возможности использования таких

рулонов потребителями.

Плотность намотки рулонов на продольно-резательном станке в основном

определяется линейным давлением между рулоном и несущими валами. Давление

между рулоном и прижимным валом оказывает меньшее влияние на плотность

намотки, так как большую часть времени наматывания оно меньше, чем давление

между рулоном и несущими валами. Плотность намотки рулонов на продольно-

резательных станках выше, чем на накатах, ввиду большего линейного давления

между рулоном и несущими валами и наличия двух несущих валов, создающих две

зоны контакта между ними и рулоном.

Давление между рулоном и несущими валами при отсутствии механизма

регулирования возрастает по мере увеличения диаметра рулона, хотя и в

меньшей степени, чем вес рулона.

Для обеспечения необходимого линейного давления в начальный период

намотки, когда вес намотанной бумаги в рулоне значителен, применяется

прижимный валик.

До недавнего времени бумагу наматывали только на картонные гильзы

наружным диаметром 90 – 95 мм, надетые на намоточный валик диаметром 70 мм.

Намоточный валик представляет собой тонкостенную трубу с запрессованными по

концам цапфами. По окончании намотки рулона намоточный валик из него

вытаскивают, что является одной из тяжелых и до сих пор почти не

механизированных операций. На некоторых станках механизация этой операции

сводится к тому, что рулон вместе с намоточным валиком опускают на

транспортер, намоточный валик одним концом прикрепляют к специальной стойке

так, что транспортер, двигаясь вместе с рулоном, стаскивает его с

намоточного валика. Для уменьшения усилия вытаскивания намоточного валика

из рулона бумаги начали применять раздвижные трубчатые валики. Они состоят

из трех-четырех секторов, опирающихся на резиновый шланг, в который для

раздвижения валика подают воздух; при вытаскивании валика воздух выпускают.

На Балахнинском комбинате впервые начали применять бесштанговую

намотку, значительно облегчающую условия работы на станке. В этом случае

гильзы свободно надеваются на деревянную скалку, длина которой на 100-150

мм меньше общей длины рулонов. С торцов гильзы зажимаются конусами,

вращающимися на подшипниках качения. Ухудшения качества намотки при

бесштанговой намотке не наблюдается. В начальный период наматывания при

малом давлении прижимного вала и большом натяжении бумаги были единичные

случаи выбрасывания намотанного рулона. Проведенные аналитические

исследования показывают, что наибольшая возможность выбрасывания рулона –

на станках с верхней заправкой, так как при этой схеме горизонтальные

составляющие окружных усилий со стороны несущих валов на рулон и

равнодействующая натяжения бумаги действуют в одном и том же направлении.

На станках с нижней заправкой эти усилия действуют в разных направлениях,

что практически исключает возможность выбрасывания наматываемых рулонов.

При диаметре наматываемого рулона 1500 и 1800 мм линейное давление

рулона на несущий вал от собственного веса рулона составляет 4,9 и 7,85

кН/м. Уменьшить это давление при бесштанговой намотке нельзя, так как

наматываемый рулон не может быть вывешен. Даже при наличии намоточного

валика усилие вывешивания не может уменьшить линейное давление больше чем

на 0,98 кН/м из-за значительных напряжений изгиба, возникающих в намоточном

валике.

Качество намотки рулонов большого диаметра оказывается достаточно

удовлетворительным. В связи с этим надо полагать, что между плотностью

намотки и линейным давлением нет прямолинейной зависимости. Вероятно, после

определенного линейного давления (предположительно 2,94 - 3,92 кН/м)

дальнейшее его повышение почти не увеличивает плотности намотки. Поэтому

целесообразно, чтобы прижимной вал в начале намотки обеспечивал линейное

давление между рулоном и несущими валами 2,94 – 3,92 кН/м. По мере

увеличения диаметра рулона до 800-1000 мм прижимной валик вывешивается

соответственно увеличению веса рулонов. В этом интервале диаметра

наматываемого рулона линейное давление сохраняется примерно постоянным

(2,94 - 3,92 кН/м). Затем при дальнейшем наматывании прижимный вал

вывешивается с постоянным усилием и вследствие увеличения веса рулона

линейное давление между рулоном и несущими валами возрастает до 4,9 - 7,85

кН/м.

На современных продольно-резательных станках применяются

пневматические и гидравлические механизмы вывешивания прижимного вала. Так

как по мере увеличения диаметра рулона усилие вывешивания должно

возрастать, устанавливаются программные регуляторы давления.

Прижимной вал (а в станках с верхней заправкой – и механизм продольной

резки) необходимо поднять на 50-100 мм, чтобы можно было скатить рулон с

несущих валов. После укладки на несущие валы картонных гильз опускается

прижимной вал. Подъем и опускание прижимного вала ранее производились при

помощи маховика и цепной передачи, а на современных станках – при помощи

цилиндров механизма вывешивания.

2.3.4. Несущие валы

Несущие валы продольно-резательных станков представляют собой чугунные

или стальные трубы (рис. 2.3.8) диаметром 400-600 мм, в зависимости от

ширины станка, и длиной на 150-200 мм больше ширины бумажного полотна,

поступающего на продольно-резательный станок. Для облегчения

уравновешивания валов трубы

внутри растачивают. Относительный прогиб рабочей части несущих валов не

должен превышать 1/10 000 - 1/12 000. Расстояние между центрами несущих

валов на 10-15 мм больше диаметра вала. При таком близком расстоянии

бумажные (картонные гильзы), укладываемые на несущие валы, в начале намотки

не заклиниваются.

На некоторых станках установлены рифленые валы. Иногда рифленым

является только первый по ходу бумаги вал. Рифы представляют собой

спиральные канавки – правые на одной половине вала по длине, и левые - на

другой.

Рифы увеличивают коэффициент трения между рулоном и несущими валами и

уменьшают шум при работе станка, а также способствуют удалению воздуха

между рулоном и несущими валами.

Следует учесть, что при сталкивании намотанного рулона с продольно-

резательного станка он опирается только на передний несущий вал. Это

удваивает нагрузку на вал, но эта нагрузка является статической, так как

при ее воздействии вал не вращается, поэтому допускаемые напряжения изгиба

могут быть повышены.

Рис. 2.3.8. Несущие валы:

1 – цилиндр; 2 – диск сварного патрона; 3 и 4 – цапфы с лицевой и

приводной сторон; 5 – щиток; 6 – подшипник качения; 7 – эластичная муфта

2.3.5. Привод и потребляемая мощность

В продольно-резательных обычной (некомбинированной) намотки приводятся

во вращение оба несущих вала. При скорости станков свыше 1000 м/мин привод

имеет еще бумаговедущие прижимный и ножевой валы, что уменьшает напряжение

в бумаге.

Во время работы станка тяговые усилия для вращения бумаговедущего и

ножевого валов невелики, и если эти валы приводятся во вращение бумажным

полотном, то дополнительное натяжение, возникающее в бумажном полотне, не

превышает 0,0098 – 0,0196 кН/м на один валик. Кроме того, в этих условиях

при переходе от заправочной к рабочей скорости в период разгона в полотне

возникает добавочное динамическое натяжение.

Так как на продольно-резательном станке имеется несколько

бумаговедущих валиков, суммарное динамическое натяжение может достигнуть

0,392 – 0,49 кН/м, что недопустимо. Этим и объясняется необходимость

привода бумаговедущего и ножевого валов на быстроходных станках.

Для быстрого останова бумаговедущих валов при обрыве бумажного полотна

на новых станках установлены механические тормоза с пневматическим

управлением, расположенные внутри вала на приводной стороне.

Заправочная скорость продольно-резательных станков обычно равна 20-25

м/мин. Увеличение скорости упрощает электрическую схему привода, но

затрудняет заправку. Предел регулирования рабочей скорости составляет 1:3 и

1:5. Переход с заправочной на рабочую скорость и повышение рабочей скорости

должны быть плавными. В старых конструкциях от электродвигателя приводился

во вращение один несущий вал, а второй – ременной передачей первого. Однако

ввиду малого межцентрового расстояния условия работы ременной передачи

неблагоприятны, поэтому второй несущий вал часто фактически приводился во

вращение от рулона, а не от ременной передачи. Более совершенным является

привод (рис. 2.3.9) при помощи

Рис. 2.3.9. Привод несущих валов от одного электродвигателя:

1 и 2 – первый и второй несущие валы; 3 – редуктор; 4 и 5 – ведущая и

ведомая шестерни; 6 – электродвигатель

редуктора, приводная шестерня которого соединена одновременно с двумя

зубчатыми колесами, надетыми на цапфы несущих валов.

Большая плотность намотки рулонов достигается при скорости второго по

ходу бумаги несущего вала, несколько превышающей (на 1-2%) скорость первого

несущего вала.

На современных станках соотношения скоростей несущих валов

регулируются при помощи двух электродвигателей (рис. 2.3.10), установленных

по одному на каждом несущем валу.

Рис. 2.3.10. Привод несущих валов двух электродвигателей:

1 и 2 – первый и второй несущие валы; 3 – редуктор; 4 и 5 – ведущая и

ведомая шестерни; 6 – электродвигатель

Мощность между электродвигателями валов в этом случае распределяется

неравномерно: двигатель второго несущего вала, имеющий большую скорость,

потребляет и большую мощность.

Регулирование плотности намотки изменением соотношения скоростей

наиболее эффективно на станках с нижней заправкой, когда угол охвата

бумагой первого по ходу бумаги несущего вала составляет соответственно 1800

и 900, ввиду отсутствия скольжения между бумагой и первым несущим валом

окружная скорость рулона в этом случае будет равна окружной скорости

первого несущего вала. Более высокая скорость второго по ходу бумаги

несущего вала увеличит при этом плотность намотки. На станках с верхней

заправкой и на станках с нижней заправкой с малым углом охвата бумагой

несущего вала окружная скорость рулона будет примерно равна полусумме

окружных скоростей несущих валов. Тогда окружная скорость первого несущего

вала будет меньше скорости рулона, а второго несущего вала – больше нее. В

этом случае разная скорость несущих валов не окажет заметного влияния на

плотность намотки.

Для быстрого останова станка на современных станках применяют

электродинамическое торможение электродвигателей. Для возможности остановки

наматываемого рулона в определенном положении соответственно месту склейки

полотна бумаги устанавливается небольшой механический тормоз на одном из

несущих валов.

Во многих случаях для отделочных машин целесообразна установка

гидравлических или механических вариантов (редукторов с переменным

передаточным числом). Стоимость вариаторов ниже стоимости электродвигателей

постоянного тока с генераторами, а коэффициент полезного действия их выше и

обслуживание проще.

Длина намотанной бумаги (в метрах) учитывается счетчиком метража,

соединенным с несущим валом. При обрыве бумажного полотна электромагнитная

муфта выключает счетчик. Импульсом для выключения служит изменение силы

тока, потребляемого электродвигателем станка.

На преодоление трения в тормозе разматываемого рулона, т. е. на

создание натяжения полотна бумаги, расходуется до 60-80% всей потребляемой

станком мощности. Чем больше натяжение бумаги, тем больше доля мощности,

расходуемой на натяжение, так как остальная потребляемая мощность почти не

зависит от натяжения бумаги.

Мощность, потребляемую продольно-резательными станками, определяют

методом тяговых усилий.

2.3.6. Механизмы сталкивания и опускания рулона.

После намотки рулон необходимо столкнуть с несущих валов, опустить не

пол и вытащить из него намоточный валик или деревянную скалку при

бесштанговой намотке. Краном снимать рулон невозможно ввиду малого диаметра

цапф намоточного валика и расположения над рулоном прижимного вала. Вместо

применявшихся ранее на узких станках ручного сталкивателя рулонов на

современных станках устанавливают механические или гидравлические

сталкиватели.

Механизм сталкивания (рис. 2.3.11) на современных станках

Рис. 2.3.11. Механизм сталкивателя рулона:

1 – несущие валы; 2 – наматываемый рулон; 3 – цилиндр; 4 – поперечный

валик; 5 – поршень; 6 - шток

состоит из двух цилиндров, шарнирно закрепленных на станинах. Со штоками

цилиндров связан валик. Расположенный поперек станка и упирающийся при

сталкивании в рулоны бумаги.

Несколько наклонное расположение цилиндров уменьшает усилие

сталкивания. Для станка шириной 4200 мм при диаметре цилиндра 100 мм

необходимое давление воздуха в цилиндре не превышает 5 ати.

Наибольшее применение имеют два устройства для опускания рулонов:

приемный стол и опускающиеся лапы.

Первое устройство (рис. 2.3.12) состоит из приемного стола, который

поднимается штоком цилиндра. Воздух при подъеме стола

Рис. 2.3.12. Механизм опускания рулона (приемный стол поднимается

штоком цилиндра):

1 – несущие валы; 2 – намотанный рулон; 3 – приемный стол; 4 –

цилиндр; 5 – поршень; 6 – тяги, ограничивающие высоту подъема; 7 –

выдвижная балка для перекатывания рулона.

подается во внутреннюю пустотелую часть поршня и через отверстия, имеющиеся

в дне поршня, поступает в цилиндр. Опускается приемный стол под действием

собственного веса и веса рулона бумаги. Воздух при этом вытесняется во

внутреннюю пустотелую часть поршня, откуда по трубе выпускается через

вентиль в атмосферу.

Второе устройство (рис. 2.3.13) состоит из лап, расположенных поперек

станка на расстоянии 800 – 1000 мм друг от друга и закрепленных на сквозном

поперечном валу. После окончания намотки лапы поднимаются, на них

сталкивается рулон, затем, поворачиваясь, лапы опускают рулон на пол.

Рис. 2.3.13. Механизм опускания рулона:

1 – несущие валы; 2 – намотанный рулон; 3 – опускающиеся лапы; 4 –

сквозной поперечный вал; 5 – гидравлический (пневматический) цилиндр; 6 –

рулон, опущенный на пол

Сквозной вал поворачивается при помощи гидравлических (пневматических)

цилиндров или от электродвигателя с червячными редукторами.

2.4. Схема и общее описание работы проектируемого станка

Для проектируемого станка выбираем следующую принципиальную схему (рис

2.4.1)

[pic]

Рис. 2.4.1 Схема проектируемого продольно-резательного станка с нижней

заправкой;

1- разматываемый рулон; 2 - бумаговедущий валик; 3 - механизм

продольной резки; 4 - несущий вал; 5 - наматываемый рулон; 6 – прижимной

вал; 7 – транспортер для заправки бумаги.

На продольно – резательном станке перематывается рулон картона,

поступающий с наката картоноделательной машины. В процессе перемотки

производится продольная резка на полосы стандартной ширины и намотка в

рулоны требуемого диаметра.

Процесс переработки рулона на продольно – резательном станке состоит

из целого ряда последовательно выполняемых операций. Рулон картона после

снятия с наката картоноделательной машины, устанавливается в стойках

раската. Корпуса подшипников тамбурного вала зажимаются рычагами с помощью

пневмоцилиндров; тамбурный вал соединяется с генератором привода раската

муфтой включения.

Разматываемое с тамбурного вала полотно картона огибает бумаговедущий

вал, проходит по направляющему аппарату верхними и нижними ножами, огибает

снизу несущий вал. При этом несущие валы и бумаговедущий вал работают на

уровне заправочной скорости и крайние верхние ножи находятся в контакте с

нижними. Резка осуществляется по принципу ножниц. Для облегчения процесса

проводки бумажного полотна предусмотрен транспортер заправочной. После

проводки полотна картона между несущими валами привод останавливают. На

несущие валы укладывают гильзы, зажимают штоками кареток бесштанговой

намотки и заправляют на них картон. Для расправления разрезаемого полотна

перед несущими валами установлен расправочный вал. Необходимое линейное

давление между рулоном и несущими валами в начальный период намотки

создается прижимным валом. Чтобы линейное давление оставалось примерно

постоянным, по мере увеличения диаметра рулона, прижимной вал вывешивается

двумя пневмоцилиндрами. Для обеспечения безопасной работы на станке

установлены ограждения. После заправки полотна гильзы поднимают ограждение,

опускают прижимной вал, включают верхние ножи и вентилятор разрыватель.

Станок включают для работы на заправочной скорости и, убедившись в

нормальном ходе процесса перемотки, разгоняют до требуемого уровня рабочей

скорости.

На заправочной скорости станок может работать при опущенном ограждении

рулона. Переход на рабочую скорость и работа на рабочей скорости может

происходить только при поднятом ограждении.

Станок по программе разгоняется, работает на заданном уровне рабочей

скорости и, при достижении требуемого диаметра рулона или метража бумаги в

рулоне, привод автоматически тормозится. Автоматическое управление

отдельными механизмами станка осуществляется с помощью конечных

выключателей, установленных на станке.

После полной остановки станка прижимной вал поднимается, разжимаются

штоки кареток бесштанговой намотки, выключаются крайние верхние ножи,

опускается ограждение и стол приемный. Готовые рулоны сталкиваются

сталкивателем.

Для обеспечения бесперебойной работы станка устанавливается

накопитель. На накопитель укладываются рулоны, снимаемые с наката машины.

3. Технологические расчеты

3.1. Определение скорости картоноделательной машины по приводу

По заданной производительности выбрать ширину машины и рассчитать

рабочую скорость машины Vр:

[pic]

где: Q – производительность машины, кг/сут, Q = 350000 кг/сут

b – ширина полотна на накате, м, b = 4,2 м

q – масса 1 м2, г/м2, q = 300 г/м2

k1 – коэффициент загрузки работы машины в течение суток (число часов

фактической работы, обычно k1 = 22,5(23), ч, k1 =22,5

k2 – коэффициент использования рабочего хода машины (учет холостых

ходов k2 = 0,95(0,98), k2 = 0,95

k3 – коэффициент выхода нетто товарной продукции из брутто всей

машинной продукции (учет оборотного брака, k3 = 0,88(0,98), , k3 = 0,88

[pic]

Рассчитать скорость машины по приводу:

[pic]

Скорость по приводу уточняется согласно табл. 2 [ 3 ] и принимается,

как правило, равной ближайшему большему значению.

[pic]

3.2. Механизм продольной резки

На продольно-резательных станках применяют два метода резки: по

принципу ножниц и под давлением. При резке по принципу ножниц бумага

проходит между режущими кромками двух ножей: чашечного и дискового. При

резке по методу давления бумажное полотно охватывает ножевой вал, на

который надеты стальные закаленные кольца высокой твердости. К нему сверху

прижимаются пружинами дисковые ножи, осуществляющие резку бумаги.

Количество ножей на единицу больше количества рулонов, так как по краям

устанавливаются дополнительные ножи для обрезания кромок.

Наибольшее распространение получил метод резки по принципу ножниц,

обеспечивающий более чистый и гладкий рез и большую износоустойчивость

ножей.

При резании по принципу ножниц установка ножей показана на рис. 3.2.1

[pic]

Рис. 3.2.1 Установка дисковых ножей

1 – дисковый нож; 2 – чашечный нож; 3 - бумага

Угол взаимного наклона ножей изменяется от 2(2 к 2(1. В свою очередь,

эти углы равны (при условии равенства радиусов верхнего и нижнего ножей).

[pic]

[pic]

где h – перекрытие ножей, 0.0014 м

r – радиус ножей, 0.315 м

( - толщина бумажного полотна, 0.001 м

В расчетах принимают средний угол наклона ножей 2(ср

[pic]

Величину перекрытия ножей h принимают такой, чтобы средний угол

наклона 2(ср не превышал 150. В противном случае появляющиеся в месте

встречи ножей сила вытеснения материала может превысить силу трения бумаги

о ножи, что приведет к опасности разрыва кромок полотна и его обрыву.

3.3. Определение скорости ПРС

Скорость продольно-резательного станка определяется, как минимум,

тремя факторами.

В первую очередь, при определении скорости ПРС необходимо исходить из

производительности (скорости) бумагоделательной машины. Как правило, БДМ

обслуживает один станок. Тогда необходимая (минимальная) скорость продольно-

резательного станка

где: Vм – скорость БДМ по приводу, м/мин, Vм = 350 м/мин;

tвсп – длительность вспомогательных операций (установка и съем

рулонов, заправка и склейка при обрывах и т.п.), обычно составляет 6 ( 8

мин, tвсп = 6 мин;

S – длина намотанной бумаги, м;

длину бумаги в рулоне можно вычислить по формуле

где: D – наружный диаметр рулона на накате БДМ, 2.2 м;

Dт – диаметр тамбурного вала, 0.42 м [ 5 ];

б – толщина бумажного полотна, 0.001 м [ 6 ].

( - коэффициент запаса, ( = 1,15.

Второй и третий факторы ограничивают максимальную скорость станка.

При вращении рулона в его наружном витке от действия центробежных сил

возникают растягивающие напряжения, которые при достижении некоторой

критической скорости Vпр могут превысить допускаемые напряжения на разрыв.

Взяв за характеристику прочности картона его разрывную длину в машинном

направлении, можно определить критическую скорость, обусловленную

центробежными силами

где L – разрывная длина картона в продольном направлении, 6000 м

g – ускорение силы тяжести, g=9.81 м/с2.

В расчетах необходимо принимать, что напряжения в картоне не должны

превосходить 20% предела его прочности. Тогда допускаемая скорость

наматывания

С учетом будущей модернизации КДМ, для дальнейших расчетов, принимаем

скорость проектируемого станка равной Vст = 2200 м/мин. = 36.7 м/с.,

4. Конструктивные расчеты

4.1. Исходные данные для расчетов:

- обрезная ширина бумажного полотна, м – 4.2

- скорость станка max, м/мин – 2200

- скорость станка min, м/мин – 945

- скорость заправочная, м/мин – 25

- скорость рабочая, м/мин – 2200

- диаметр несущих валов, м – 0.59

- диаметр цапф несущих валов, м – 0.14

- диаметр прижимного вала, м – 0.24

- диаметр цапф прижимного вала, м – 0.08

- коэффициент трения качения в подшипниках – 0.02

- максимальный диаметр наматываемого рулона, м – 1.5

- максимальный диаметр разматываемого рулона, м – 2.2

- коэффициент отношения линейной скорости прижимного вала и скорости

полотна – 1.02

- коэффициент трения рулона по несущим валам – 0.1

4.2. Расчет мощности, потребляемой продольно-резательным станком.

В продольно-резательных станках приводными являются несущие валы, а

при скорости свыше 1000 м/мин привод имеют еще бумаговедущие, прижимный и

ножевой валы для компенсации добавочных динамических натяжений в бумажном

полотне при разгоне станка.

Мощность, потребляемую станком определяют по формуле:

[pic]

где Vcт - скорость станка

(Т – сумма тяговых усилий для преодоления сил трения в узлах станка

[pic]

где Т1 – тяговое усилие для преодоления трения в подшипниках несущих

валов;

Т2 – тяговое усилие для преодоления трения в подшипниках прижимного

вала;

Т3 – тяговое усилие для преодоления трения качения между рулоном и

несущим валом;

Т4 – тяговое усилие для преодоления трения между рулоном и прижимным

валом;

Т5 – тяговое усилие для преодоления трения в подшипниках тамбурного

вала;

Т6 – тяговое усилие для наматывания бумаги;

Т7 – тяговое усилие для размотки бумаги (усилие натяжения полотна);

Т8 – тяговое усилие для преодоления трения в подшипниках

бумаговедущего вала;

[pic]

где f – коэффициент трения в подшипниках, f = 0,02

d – диаметр цапфы несущего вала, м

D – диаметр несущего вала, м

Qo – общая нагрузка на несущий вал, Н

[pic]

где Q – нагрузка на несущий вал от веса рулона:

[pic]

где Gрул – вес наматываемого рулона, Н

[pic]

где b – обрезная ширина, 4.2 м

( - объемный вес намотанного полотна, равный 550 кг/м3

Dрул – диаметр наматываемого рулона, равный 1.5 м

( - угол между вертикалью и линией соединения центров вала и рулона,

(= 200

[pic]

Pд – динамическая нагрузка от возможного эксцентриситета наматываемого

рулона

[pic]

где Во – обрезная ширина, 4.2 м

( - объемный вес намотанной бумаги равный 550 кг/м3

Vcт – скорость станка, 2200 м/мин = 36.7 м/с

g – ускорение свободного падения, 9.81 м/с2

e – добавочная нагрузка от возможного эксцентриситета рулона,

принимают равным 0.003 ( 0.005, 0.005

Gв – вес несущего вала, 1.4 104 Н

[pic]

где f – коэффициент трения качения в подшипниках

d – диаметр цапфы прижимного вала, 0.08 м

D – диаметр прижимного вала, 0.24 м

Q – нагрузка на подшипники прижимного вала, Н

[pic]

где q – линейное давление между прижимным валом и рулоном, равное 4000

Н/м [1];

b – длина рабочей части вала, 2.1 м

[pic]

[pic]

Поскольку прижимной вал состоит из двух секций, то имеем две пары

подшипников, поэтому Т2 = 112 Н, т.е. в два раза больше, полученного при

расчете результата.

[pic]

где R – коэффициент трения качения рулона бумаги по прижимному валу,

равный 2

Dпр – диаметр прижимного вала, мм

Dг – диаметр гильз, мм

Q – давление между валом и рулоном, 16800 Нм

[pic]

[pic]

где R – коэффициент трения качения рулона бумаги по прижимному валу,

равный 2

Dн.в – диаметр несущего вала, 590 мм;

Dр – диаметр наматываемого рулона, 1500 мм;

Q – нагрузка на несущий вал от наматываемого рулона;

[pic]

[pic]

где q – линейное натяжение равное 20 кг/м = 200 Н

b – ширина наматываемого рулона, 4.2 м

[pic]

[pic]

где f – коэффициент трения качения в подшипниках, 0.02

d – диаметр тамбурного вала, 0.42 м

D – диаметр разматываемого рулона, 2.2 м

Q – нагрузка на тамбурный вал, Н

[pic]

где Gбум – вес разматываемого бумажного полотна, 8.6 104 Н

Gт.в. – вес тамбурного вала, Н

[pic]

где ( – плотность стали,

b – длина рабочей части вала, м

Dн – наружный диаметр тамбурного вала, м

Dвн – внутренний диаметр тамбурного вала, м

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

где q – линейное натяжение полотна, 20 кг/м = 200 Н/м

b – ширина разматываемого рулона

[pic]

[pic]

где f – коэффициент трения качения в подшипниках

d – диаметр цапф бумаговедущего вала, м

D – диаметр бумаговедущего вала, м

Q – нагрузка на бумаговедущий вал

[pic]

Рис. 4.2.1 Схема нагружения бумаговедущего вала

[pic]

где Qz – составляющая от натяжения бумажного полотна

Gв – вес бумаговедущего вала

[pic]

где ( – плотность стали, 7800 кг/м3,

b – длина рабочей части вала, 4.45 м

Dн – наружный диаметр бумаговедущего вала, м

Dвн – внутренний диаметр бумаговедущего вала, м

[pic]

[pic]

[pic]

Мощность потребляемая несущими валами:

[pic]

Мощность потребляемая раскатом:

[pic]

Мощность торможения:

[pic]

[pic]

[pic]

Мощность потребляемая ПРС

[pic]

4. 2. Расчет механизма торможения раската

Для хорошего качества намотки рулона и устойчивой работы станка

необходимо создать и поддерживать постоянным натяжения бумажного полотна.

Величина линейного натяжения зависит от прочности бумаги, обусловленной ее

разрывной длиной и весом.

Натяжение бумажного полотна создается при помощи генератора, который

при заправке работает как двигатель, а при намотке рулона работает в

тормозном режиме

Определение тормозного момента на разматываемом рулоне для создания

натяжения бумажного полотна определяется по формуле:

[pic]

где q – линейное натяжение бумаги, 200 Н/м

Во – обрезная ширина, 4.2 м

Dр – диаметр разматываемого рулона, 2.2 м

[pic]

Определение тормозного момента для быстрого останова разматываемого

рулона:

[pic]

где, Gр – вес разматываемого рулона, Н

[pic]

где b – обрезная ширина, 4.2 м

( - плотность намотанной бумаги, 550 кг/м3

Dрул – диаметр разматываемого рулона, 2.2 м

Vcт – скорость станка,

Dр – диаметр рулона в момент обрыва, м

g – ускорение свободного падения, 9.81 м/с2

t – время торможения, 3 с

[pic]

Определение тормозного момента в случае экстренного торможения в

случае аварии или при несчастном случае определяется по формуле:

[pic]

Такого тормозного момента сам двигатель создать не может, поэтому для

экстренного торможения разматываемого рулона предусматриваем дисковый

тормоз установленный на приводном валу раската.

4.3. Расчет несущих валов

Несущие валы продольно-резательных станков представляют собой чугунные

или стальные трубы диаметром 400 ( 600 мм в зависимости от ширины станка и

длиной на 150 ( 200 мм больше ширины полотна. Их расчет на прочность и

жесткость производят по общепринятой методике расчета трубчатых валов.

Относительный прогиб рабочей части несущих валов не должен превышать [pic].

Особенность их расчета на прочность состоит в том, что при определении

нагрузки, кроме собственного веса и давления рулона, учитывают добавочную

нагрузку от возможного эксцентриситета рулона е, который принимают равным

0,003 (0,005 м [ 4 ]

Рис. 4.3.1 Схема несущего вала

Проверка вала на критическую скорость при В0 = 4200 мм; Vст = 2200

м/мин

[pic]

где, g – ускорение свободного падения

fст – статический прогиб вала

[pic]

где Gв – вес вала, Н,

L – расстояние между центрами подшипников вала, 4.6 м,

b – длина рабочей части вала

Е – модуль упругости стали, 2.1 105 МПа = 2.1 1011 Па

I – момент инерции поперечного сечения стального вала, м4,

I1 – жесткость сечения цапфы несущего вала.

[pic]

где D1 – диаметр несущего вала, м

d1 – внутренний диаметр несущего вала, м

[pic]

[pic]

где dц – диаметр несущего вала,

[pic]

[pic]

где ( – плотность стали, 7800 кг/м3,

[pic]

С учетом веса цапф принимаем вес вала равным 14000 Н

[pic]

Рабочая скорость определяется по формуле:

[pic]

где V – скорость бумажного полотна, 36.7 м/с

R1 – радиус несущего вала, 0.295 м

[pic]

Во избежании резонанса рабочая угловая скорость не должна превышать 60

( 80% критической, т. е.

Условие выполняется!

4.4. Определение относительного прогиба вала

Рис. 4.4. Схема нагружения несущего вала.

Определяем силу тяжести рулона:

[pic]

где Dр – диаметр наматываемого рулона, 1.5 м

dг – диаметр гильз,

Во – обрезная ширина,

( – плотность намотки картона равная 550 ( 650 кг/м3,

[pic]

Находим усилие взаимодействия несущего вала и рулона:

[pic]

где Рст – статическая составляющая,

Рд – динамическая составляющая,

[pic]

где mр – масса намотанного рулона, 4080 кг

е – эксцентриситет рулона, 0.005

(р – угловая скорость наматываемого рулона

[pic]

где R – радиус рулона,

(р – угловая скорость наматываемого рулона

Страницы: 1, 2, 3