КИНЕМАТИКА ЗАХВАТА КАЛАНДРОВОЙ БАТАРЕИ ПРИ ДЕФЕКТЕ ВАЛА – «ПРОДОЛЬНАЯ ПОЛОСА»

 

Сычугов С.Н.  (УГЛТУ, г. Екатеринбург, РФ)

 

Defect of a surface каландрового a shaft as a longitudinal strip leads to to impacts. In clause character of this impact is estimated.

 

Качество вырабатываемой бумаги в значительной степени зависит от технического состояния валов каландров и суперкаландров. Основным требованием, предъявляемым к валам является обеспечение равномерности линейного давления между валами. Для его обеспечения применяют валы с регулируемым прогибом, бомбированные валы, а также предъявляются высокие требования к качеству рабочей поверхности валов.

В процессе эксплуатации валы подвергаются механическому износу и коррозии. В результате этих воздействий рабочая поверхность валов приобретает следующие дефекты: увеличение шероховатости поверхности, появление кольцевых канавок, язвинок. Кроме того, меняется сама геометрия рабочей поверхности вала. Появляются дефекты, выраженные как отклонения от цилиндричности, в том числе и один из наиболее часто встречающихся дефектов – продольные полосы на поверхности валов. Такие дефекты могут возникать в результате неправильного хранения или при ударном воздействии в батарее валов. На предприятиях такой дефект часто называют «огранкой», что неверно, так как по ГОСТ 24642-81 дефект называется огранкой, когда профиль вала представляет собой многогранную фигуру с периодичностью граней, близкую к постоянной.

Получившаяся в результате удара поверхность может иметь различную форму: это зависит от материала валов, силы удара, диаметров сопрягаемых валов. Установлено,  что  продольные  полосы  на  валах  вызываются  различной степенью выкрашивания рабочей поверхности. Области с наиболее интенсивным выкрашиванием не соответствуют точно середине впадины, а несколько смещены в направлении,  противоположном  вращению вала. В дальнейших исследованиях будем считать, что грань является плоскостью. Такое приближение не повлияет на исследование сути происходящих процессов, но существенно упростит их математическое описание.

В процессе работы каландра, такой дефект может перерастать в периодически повторяющуюся огранку. Происходит это по двум причинам: 1) Каландровая батарея является динамически связанной системой валов, поэтому появление вмятины на одном из валов приводит к затухающим виброперемещениям сопряженных валов с собственными частотами колебаний. Такие перемещения вызывают ударные воздействия в батарее, а эти удары, в свою очередь, являются причиной появления новых граней, с периодичностью, соответствующей периоду свободных колебаний. 2) В случае появления одной грани на валу, в момент, кода она входит в контакт со смежным валом, некоторое время происходит увеличение контактного давления. В результате такого воздействия ребро грани деформируется, образуя новую грань, а смежный вал также получает дефект в виде грани.

При решении задачи принимаются следующие допущения: грань плоская; сопрягаемые детали не деформируемы; трение скольжения на площадке контакта отсутствует; частоты вращения сопряженных деталей неизменны;

Дефект представляем в виде сегмента шириной 2B и высотой L, которые связаны формулой: .

Рассмотрим перемещение верхнего вала при обкатке им грани на нижнем валу с неподвижной осью вращения (рис.1). За начало отсчета примем положение нижнего вала, при котором точка контакта валов совпадает с точкой пересечения окружности и грани.

Рисунок 1 – Поэтапный поворот вала с дефектом типа «вмятина»

 

При дефекте такого рода наблюдается четыре зоны движения точки контакта:

вход грани в контакт (зона движения 1 на рис.1). Продолжается до момента, когда радиус верхнего вала, проведенный к точке контакта, станет перпендикулярным грани.

движение точки контакта по грани до середины грани (зона движения 2 на рис.1). Продолжается до момента, когда точка контакта совместится с осью батареи.

движение точки контакта по грани после преодоления середины грани (зона движения 3 на рис.1). Продолжается до момента, когда радиус верхнего вала, проведенный к точке контакта, станет перпендикулярным грани.

выход грани из контакта (зона движения 4 на рис.1).

Решая геометрические задачи по рис.1, получаем следующую функцию перемещения верхнего вала в вертикальной плоскости:

где: R₁ и R₂ – радиусы верхнего и нижнего валов;

α – угол поворота вала;

r₂ – минимальный радиус нижнего вала, проведенный к середине грани.

Угол поворота вала зависит от времени и частоты вращения вала по формуле . По второй производной от функции перемещения, находится ускорение подвижного вала, график которого показан на рис. 3.9 (для R₁=R₂=300мм, B=10мм).

Анализируя график, представленный на рис.2 делаем следующие выводы:

1) Появление одной грани на валу, сопровождается повышенным трением и деформацией ее краев о смежный вал, что может вести к появлению огранки (множество граней) как на этом, так и на смежных валах. Кроме трения, к тому же эффекту ведет повышенное давление в контакте при движении в зоне 1 и 4 (рис.1).

2) Появление дефекта типа «вмятина» ведет импульсному воздействию на каландровую батарею. Причем этот импульс можно рассматривать как состоящий из трех, чередующихся по направлению импульсов.

3) Величина ускорения зависит от соотношения диаметров валов и практически не зависит от величины площадки. Таким образом, появление даже небольшого подобного дефекта ведет к значительному импульсному воздействию, состоящему из трех чередующихся по направлению импульсов. Величина дефекта (ширина грани) – влияет только на продолжительность этого воздействия.

От ширины площадки зависит только кривизна линий, которая становится существенной только для величин, соизмеримых с радиусом вала, чего не может быть в каландрах. Поэтому можно считать, что ускорение является постоянным на каждом промежутке времени (зоне движения).