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Análisis de carga y cálculo de potencia para la flexión de 4 rodillos

Una laminadora de chapa es un equipo de conformado universal que enrolla chapa metálica en formas cilíndricas, de arco y otras formas generales.

Se utiliza ampliamente en industrias como calderas, construcción naval, petróleo, productos químicos, estructuras metálicas y fabricación mecánica.

La máquina curvadora de placas de cuatro rodillos es conocida por su conveniente alineación central, pequeña cantidad de excedente de borde recto, alta precisión en la corrección de redondez y eficiencia, ya que puede completar el precurvado y la formación de la pieza de trabajo en un solo proceso de laminado sin necesidad de cambiar el extremo de la placa.

Cada vez es más importante en la hoja conformado de metales.

Las condiciones de la fuerza de flexión de los rodillos durante el funcionamiento de los cuatro rodillos curvado de chapas son complejas e implican una carga importante, por lo que requieren piezas de apoyo resistentes y rígidas.

Así pues, un diseño preciso y fiable del rollos de chapa es esencial.

Para empezar, los parámetros de fuerza del máquina curvadora de rodillos como la presión sobre el rodillo, el par de flexión y la potencia del motor.

El análisis de carga del maquinaria de laminación pueden servir como datos de referencia para el diseño de los rodillos de chapa.

El cálculo de la potencia motriz principal de la placa curvado de rodillos máquina es crucial a la hora de elegir el motor principal.

La potencia del motor debe seleccionarse con cuidado, ya que un motor demasiado pequeño se sobrecargará durante largos periodos y se dañará debido al calor del aislamiento, mientras que un motor demasiado grande no aprovechará plenamente su potencia de salida y desperdiciará electricidad.

Por lo tanto, la realización de un análisis de carga y la mejora del cálculo de la potencia motriz de los cuatro rodillos máquina curvadora de chapas tiene valor práctico a la hora de elegir un motor adecuado.

En este artículo, no sólo presentamos la estructura básica y el principio de funcionamiento de la máquina de cuatro rodillos. máquina curvadora de chapasAdemás, analiza sus capacidades de fuerza y proporciona la fórmula de cálculo de la potencia motriz principal de la máquina curvadora de cuatro rodillos.

Estructura y principio de funcionamiento de la máquina curvadora de cuatro rodillos

En maquinaria de laminación funciona según el principio de conformado en tres puntos, utilizando el cambio de posición relativa y el movimiento de rotación del rodillo de trabajo para producir un plegado elastoplástico continuo y lograr la forma y precisión deseadas de la pieza.

La estructura de la máquina curvadora de placas de cuatro rodillos se muestra en la Figura 1 y se compone de varias partes, incluyendo un bastidor bajo, dispositivo de volcado, rodillo superior, rodillo inferior, dos rodillos laterales, bastidor alto, viga de conexión, base, dispositivo de equilibrado, dispositivo de transmisión, sistema eléctrico y sistema hidráulico.

El rodillo de trabajo de la máquina de placa de cuatro rodillos consta de cuatro rodillos: un rodillo superior, un rodillo inferior y dos rodillos laterales.

El rodillo superior es el rodillo motriz principal y está incrustado en el bastidor alto y bajo a través de un cuerpo de rodamiento. Su posición es fija, permitiendo únicamente el movimiento de rotación.

El rodillo inferior está fijado en un pedestal de rodamientos, que puede moverse en línea recta para compensar el grosor del placa doblada.

Los dos rodillos laterales también están instalados en pedestales de rodamientos, que pueden moverse hacia arriba y hacia abajo en un cierto ángulo con la dirección vertical para lograr el radio deseado de curvatura del cilindro.

Estructura de la máquina curvadora de chapas de cuatro rodillos

Fig.1 Estructura de la máquina curvadora de chapas de cuatro rodillos

  • 1. marco izquierdo
  • 2. volcar el aparato
  • 3. rodillo superior
  • 4. rodillo inferior
  • 5. rodillo lateral
  • 6. dispositivo de equilibrado
  • 7. viga de conexión
  • 8. marco derecho
  • 9. base

En general, rodar un chapa metálica en una pieza cilíndrica en una máquina curvadora de cuatro rodillos consta de cuatro procesos, a saber:

  • Alineación central
  • Precurvado
  • Rodando
  • Redondez corrección

Durante el funcionamiento de la laminadora, el extremo delantero de la chapa se coloca entre los rodillos superior e inferior y se alinea con uno de los rodillos laterales. A continuación, el rodillo inferior se levanta para presionar firmemente la placa, y el otro rodillo lateral se eleva para aplicar fuerza y doblar el extremo de la placa metálica.

Para precurvar el otro extremo de la chapa, no es necesario retirarla de la laminadora. Basta con mover la placa al otro extremo de la máquina y repetir el proceso.

La laminación continua se consigue mediante la alimentación única o múltiple hasta alcanzar el radio de curvatura del cilindro deseado.

Por último, se realizan correcciones de redondez para conseguir la redondez y la cilindricidad requeridas.

Se puede observar que el uso de la máquina curvadora de chapa de cuatro rodillos permite colocar la chapa en la máquina una sola vez, logrando todo el curvado requerido.

Análisis de carga

2.1 Cálculo del momento flector máximo de la placa

Como se muestra en la FIG. 2, la distribución de la tensión de la sección de la placa a lo largo de la dirección de chapa de acero altura durante la flexión plástica pura lineal se muestra en la FIG. 2.

Distribución de tensiones de la placa

Fig.2 Distribución de tensiones en la placa

La relación funcional de la tensión verdadera puede expresarse del siguiente modo:

Fórmula de análisis de carga 1 2

En la fórmula anterior:

  • σ - la tensión de la pieza;
  • σs- el límite elástico del material;
  • ε - la tensión de la pieza;
  • ε - El módulo de refuerzo lineal del material, puede consultarse en el manual correspondiente.
  • y- La distancia desde el eje neutro a cualquier punto;
  • R′ - El radio de curvatura antes del rebote de la capa neutra, se puede calcular de la siguiente manera:
Fórmula de análisis de carga 3

En la fórmula anterior:

  • R - Radio de balanceo;
  • δ - Espesor de acero laminado plato;
  • E- Módulo elástico de la chapa de acero;
  • K0 - El relativo módulo de resistencia del material, puede consultarse en el manual correspondiente.
  • K1 - Coeficiente de forma, sección transversal rectangularK1=1,5

El momento flector en la sección transversal M es:

Fórmula de análisis de carga 4

Poniendo la fórmula (1)y(2)en(4), obtenemos:

Fórmula de análisis de carga 5

En la fórmula anterior:- La anchura máxima de la chapa de acero laminada.

Momento flector de deformación inicial M es:

Fórmula de análisis de carga 6

2.2 Cálculo de la fuerza del rodillo de trabajo

Las características estructurales de los cuatro rodillos permiten dos disposiciones diferentes: una disposición simétrica y otra asimétrica.

Por lo tanto, es necesario un análisis de fuerza independiente de la máquina de cuatro rodillos.

2.2.1 Los rodillos están dispuestos de forma simétrica

La fuerza de la placa de acero se muestra en la FIG. 3.

Efecto de la fuerza bajo el rodillo dispuesto simétricamente

Fig.3 Efecto de la fuerza bajo el rodillo dispuesto simétricamente

Según el equilibrio de fuerzas, se puede obtener la fuerza de cada rodillo de trabajo sobre la chapa de acero:

Cálculo de la fuerza del rodillo de trabajo

En la fórmula anterior:

  • FH - Fuerza de salida hidráulica del rodillo inferior;
  • FcRodillo lateral fuerza;
  • Fa - Rodillo superior laminado de chapa fuerza de deformación.
  • Fa - Fuerza total del cilindro superior;
  • α0 - El ángulo entre la línea de acción de fuerza del rodillo lateral y la línea de fuerza del rodillo superior.

El valor de α0 puede determinarse mediante la siguiente fórmula según la relación geométrica:

Fórmula de cálculo de la fuerza del rodillo de trabajo 10

En la fórmula anterior:

  • Da - Diámetro del rodillo superior;
  • Dc - Diámetro del rodillo lateral;
  • γ - Ángulo de inclinación del rodillo lateral, que es el ángulo entre la dirección de ajuste del rodillo lateral y la dirección vertical;
  • A - La distancia desde el punto de intersección del ángulo de balanceo hasta el centro del rodillo superior.

2.2.2 Los rodillos están dispuestos de forma asimétrica

La fuerza de la placa de acero se muestra en la FIG. 4 cuando el rodillo está dispuesto asimétricamente.

Según el equilibrio de fuerzas, se puede obtener la fuerza de cada rodillo de trabajo sobre la chapa de acero:

Fórmula de cálculo de la fuerza del rodillo de trabajo 11-13

En la fórmula anterior:

  • Fb- Menor fuerza de balanceo;
  • α - El ángulo entre la línea de acción de fuerza del rodillo superior y la línea de fuerza del rodillo inferior;
  • β - El ángulo entre la línea de acción de fuerza del rodillo superior y la línea de fuerza del rodillo lateral.

El valor de α, β puede determinarse mediante la siguiente fórmula según la relación geométrica:

Fórmula de cálculo de la fuerza del rodillo de trabajo 14

En la fórmula anterior:

  • Db - Diámetro inferior del rodillo;
  • B - La distancia entre la línea de acción del rodillo superior y el centro del rodillo inferior,
  • B= [1+Db /(2R'+δ]B';
  • B' - La longitud de la arista recta restante, B'=2δ
Fórmula de cálculo de la fuerza del rodillo de trabajo 15

En la fórmula: A1 = Asinγ/sin(γ - φ)

Fórmula de cálculo de la fuerza del rodillo de trabajo
Efecto de la fuerza bajo el rodillo dispuesto asimétricamente

Cálculo de la potencia motriz

3.1 Par de accionamiento del rodillo superior

El rodillo superior de la curvadora de cuatro rodillos es un rodillo accionado, y el par de accionamiento total que actúa sobre él es la suma del par consumido por la deformación y la fricción.

El par de fricción incluye la resistencia a la fricción consumida al rodar el rodillo del eje sobre la placa de flexión y el par consumido por la fricción del rodamiento.

El par consumido en la deformación puede determinarse por el trabajo realizado por el interno fuerza de flexión y la fuerza externa sobre el rodillo superior.

Fórmula de cálculo de la potencia motriz 16-17

En la fórmula:

  • W- El trabajo realizado por las fuerzas internas de flexión;
  • W- El trabajo sobre el rodillo superior por fuerzas externas;
  • L - El Ángulo de flexión corresponde a la longitud de la placa.

Haciendo la fórmula (17) igual a la fórmula (18), obtenemos el par consumido en la deformación:

Fórmula de cálculo de la potencia motriz 18

El par para vencer la fricción puede determinarse mediante las fórmulas (19) y (20).

Par de fricción del rodillo del eje en la disposición simétrica:

Fórmula de cálculo de la potencia motriz 19

Par de fricción del rodillo del eje en la disposición asimétrica:

Fórmula de cálculo de la potencia motriz 20

En la fórmula anterior:

  • f - Coeficiente de rozamiento de rodadura,  f =0,8mm
  • μ - Coeficiente de fricción por deslizamiento del cuello del rodillo, μ=0,05-0,1;
  • da, db, dson el diámetro del cuello de rodillo del rodillo superior, del rodillo inferior y del rodillo lateral por separado.

El par motor total en el rodillo superior es:

Fórmula de cálculo de la potencia motriz 21

3.2 Potencia de accionamiento del rodillo superior

La fórmula de cálculo de la potencia motriz es

Fórmula de potencia de accionamiento del rodillo superior

En la fórmula:

  • ν - Velocidad de rodadura;
  • r - Radio del rodillo motor, r=Da /2
  • η - Eficacia de transmisión, η=0,9

De acuerdo con las condiciones reales de aplicación de la máquina curvadora de chapa de cuatro rodillos, la potencia motriz del rodillo motriz se calcula durante el proceso de precurvado y laminado, y la potencia motriz del sistema de accionamiento principal es el valor mayor en el resultado del cálculo:

potencia motriz del sistema de propulsión principal

En la fórmula anterior:

  • P- Potencia motriz del sistema de propulsión principal;
  • P - La potencia de accionamiento del rodillo motriz durante el precurvado;
  • P - La potencia motriz del rodillo motriz cuando rueda en círculo.

El valor calculado Pq  de la potencia motriz puede servir de base para seleccionar la potencia del motor principal.

Conclusión

(1) Basándose en las características estructurales y el principio de funcionamiento de la máquina curvadora de chapa de cuatro rodillos, se analiza la fuerza del rodillo de trabajo y se obtiene la fórmula para calcular el rodillo de trabajo bajo diferentes disposiciones.

(2) Mediante el análisis del momento de flexión de deformación máxima y la fuerza de apoyo del rodillo de trabajo, y utilizando principios de transformación de funciones, se establece la relación entre la fuerza, el momento de flexión y la potencia de accionamiento del dispositivo. Se propone un método para calcular la potencia motriz del sistema de accionamiento principal.

Según las condiciones reales de aplicación, la potencia de accionamiento para el precurvado y el laminado se calcula por separado, y la potencia del motor principal se selecciona en función del valor calculado mayor.

¡A un paso!

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7 comentarios en “Load Analysis and Power Calculation for 4 Roll Bending”

  1. Somos un grupo de voluntarios y estamos abriendo un nuevo programa en nuestra comunidad.
    Su sitio web nos ha proporcionado información útil para
    trabajo. Youu han hecho una actividad formidable y todo nuestro barrio
    probablemente se lo agradecerá.

  2. no he encontrado el módulo de resistencia relativa en ninguna parte, ¿puede escribir algo sobre su valor para el acero dulce? sería genial tener este valor porque puedo comparar nuestro diseño existente con la teoría.

  3. ¿Podría proporcionar K0 para cualquier acero para que también podamos calcular el springback. Sin ella, todo el modelo matemático no significa nada.

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