Analisis Beban dan Perhitungan Daya untuk 4 Roll Bending

Mesin penggulung pelat adalah peralatan pembentuk serbaguna yang mengubah lembaran logam menjadi bentuk silinder, busur, dan bentuk kompleks lainnya. Peralatan ini memainkan peran penting dalam berbagai industri, termasuk pembuatan boiler, pembuatan kapal, pemrosesan minyak bumi, produksi kimia, fabrikasi struktur logam, dan manufaktur mekanik.

Mesin tekuk pelat empat gulungan ini menonjol karena karakteristik kinerjanya yang unggul. Mesin ini menawarkan penyelarasan tengah yang nyaman, kelebihan tepi lurus yang minimal, akurasi tinggi dalam koreksi kebulatan, dan efisiensi yang luar biasa. Salah satu keunggulan utamanya adalah kemampuan untuk menyelesaikan pra-pembengkokan dan pembentukan benda kerja dalam satu proses penggulungan, sehingga tidak perlu lagi melakukan pergantian ujung pelat. Fitur-fitur ini telah memantapkan posisinya sebagai alat yang semakin diperlukan dalam operasi pembentukan lembaran logam.

Selama pengoperasian, mesin tekuk pelat empat rol mengalami kondisi gaya yang kompleks dan beban yang signifikan, sehingga membutuhkan komponen bantalan yang kuat dan kaku. Oleh karena itu, ketepatan dan keandalan dalam mendesain gulungan pelat sangat penting untuk memastikan kinerja yang optimal dan umur panjang peralatan.

Proses desain dimulai dengan menentukan parameter gaya kritis dari mesin roll bending, termasuk tekanan rol, torsi tekukan, dan daya yang digerakkan motor. Analisis beban yang komprehensif dari mesin bergulir menyediakan data referensi penting untuk desain yang tepat dari gulungan pelat, memastikan bahwa gulungan tersebut dapat menahan tekanan operasional.

Menghitung daya penggerak utama dari mesin tekuk gulungan pelat adalah langkah penting dalam memilih motor utama yang sesuai. Perhitungan ini membutuhkan pertimbangan yang cermat, karena pemilihan motor berdampak pada kinerja dan efisiensi. Motor yang berukuran kecil akan mengalami kelebihan beban yang berkepanjangan, yang menyebabkan kerusakan insulasi karena panas yang berlebihan. Sebaliknya, motor yang terlalu besar akan beroperasi secara tidak efisien, membuang energi listrik dan meningkatkan biaya operasional.

Oleh karena itu, melakukan analisis beban secara menyeluruh dan menyempurnakan perhitungan daya yang digerakkan untuk mesin tekuk pelat empat gulung memiliki nilai praktis yang signifikan. Hal ini memungkinkan para insinyur untuk memilih motor yang menyeimbangkan kebutuhan daya dengan efisiensi energi, mengoptimalkan kinerja dan umur panjang alat berat.

Posting ini bertujuan untuk memberikan gambaran umum yang komprehensif tentang mesin tekuk pelat empat gulungan. Kami akan mempelajari struktur dasar dan prinsip kerjanya, menganalisis kemampuan kekuatannya secara mendetail, dan menyajikan rumus perhitungan yang tepat untuk menentukan daya penggerak utama. Informasi ini akan berfungsi sebagai sumber daya yang berharga bagi para insinyur dan teknisi yang terlibat dalam desain, pemilihan, dan pengoperasian mesin pembentuk logam yang canggih ini.

Struktur dan Prinsip Kerja Mesin Tekuk Empat Gulungan

Mesin penggulung beroperasi berdasarkan prinsip pembentukan tiga titik, memanfaatkan perubahan posisi relatif dan gerakan rotasi gulungan kerja untuk menghasilkan pembengkokan elastoplastik secara kontinu dan mencapai bentuk dan presisi benda kerja yang diinginkan.

Struktur mesin tekuk pelat empat rol ditunjukkan pada Gambar 1 dan terdiri dari beberapa bagian termasuk rangka rendah, perangkat pembalik, rol atas, rol bawah, dua rol samping, rangka tinggi, balok penghubung, alas, perangkat penyeimbang, perangkat transmisi, sistem kelistrikan, dan sistem hidrolik.

Gulungan kerja mesin pelat empat rol terdiri dari empat gulungan: gulungan atas, gulungan bawah, dan dua gulungan samping.

Gulungan atas adalah gulungan penggerak utama dan tertanam dalam rangka tinggi dan rendah melalui badan bantalan. Posisinya tetap, hanya memungkinkan gerakan rotasi.

Gulungan bawah dipasang pada alas bantalan, yang dapat bergerak dalam garis lurus untuk mengimbangi ketebalan piring bengkok.

Kedua rol samping juga dipasang pada alas bantalan, yang dapat bergerak naik dan turun pada sudut tertentu dengan arah vertikal untuk mencapai radius kelengkungan silinder yang diinginkan.

Gbr.1 Struktur mesin tekuk pelat empat gulungan

• １. bingkai kiri
• ２. membalikkan perangkat
• ３. rol atas
• ４. rol bawah
• ５. rol samping
• ６. perangkat penyeimbang
• ７. balok penghubung
• ８. bingkai kanan
• ９. dasar

Secara umum, menggulung sebuah lembaran logam menjadi benda kerja silinder pada mesin tekuk empat rol terdiri dari empat proses, yaitu:

• Penjajaran tengah
• Pra-pembengkokan
• Bergulir
• Kebulatan koreksi

Selama pengoperasian mesin penggulung, ujung depan pelat ditempatkan di antara rol atas dan bawah dan disejajarkan dengan salah satu rol samping. Rol bawah kemudian dinaikkan untuk menekan pelat dengan kuat, dan rol samping lainnya diangkat untuk memberikan gaya dan membengkokkan ujung pelat logam.

Untuk menekuk ujung pelat yang lain, pelat tidak perlu dikeluarkan dari mesin penggulung. Cukup pindahkan pelat ke ujung mesin yang lain dan ulangi prosesnya.

Penggulungan kontinu dicapai melalui pengumpanan satu kali atau beberapa kali hingga radius kelengkungan silinder yang diinginkan tercapai.

Terakhir, koreksi kebulatan dilakukan untuk mencapai kebulatan dan kesilindrisan yang diperlukan.

Dapat dilihat bahwa dengan menggunakan mesin tekuk pelat empat gulungan memungkinkan pelat ditempatkan ke dalam mesin hanya sekali, sehingga dapat mencapai semua tekukan yang diperlukan.

Analisis Beban

2.1 Perhitungan momen lentur maksimum pelat

Seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 2, distribusi tegangan bagian pelat sepanjang arah pelat baja tinggi selama pembengkokan plastik murni linier ditunjukkan pada Gbr. 2.

Hubungan fungsional dari tegangan yang sebenarnya dapat dinyatakan sebagai berikut:

Dalam rumus di atas:

• σ - tegangan benda kerja;
• σ_s- batas luluh material;
• ε - regangan benda kerja;
• ε - Modulus tulangan linier material, dapat ditemukan pada manual yang relevan.
• ｙ- Jarak dari sumbu netral ke titik mana pun;
• Ｒ′ - Jari-jari kelengkungan sebelum pantulan lapisan netral, dapat dihitung sebagai berikut:

Dalam rumus di atas:

• Ｒ - Jari-jari putaran;
• δ - Ketebalan baja gulung piring;
• Ｅ- Modulus elastisitas pelat baja;
• K0 - Relatif modulus kekuatan materi, dapat ditemukan dalam manual yang relevan.
• K1 - Koefisien bentuk, penampang persegi panjangＫ１＝1,5

Momen lentur pada penampang melintang Ｍ adalah:

Masukkan rumus （１）dan（２）ke dalam（４）, dan kita dapatkan:

Dalam rumus di atas:ｂ- Lebar maksimum pelat baja lembaran yang digulung.

Momen lentur deformasi awal Ｍ_０ adalah:

2.2 Perhitungan gaya roll yang bekerja

Karakteristik struktural dari keempat gulungan memungkinkan untuk dua pengaturan yang berbeda: pengaturan simetris dan pengaturan asimetris.

Oleh karena itu, diperlukan analisis gaya terpisah dari mesin empat gulung.

2.2.1 Rol disusun secara simetris

Kekuatan pelat baja ditunjukkan pada Gbr. 3.

Menurut keseimbangan gaya, gaya setiap gulungan yang bekerja pada pelat baja dapat diperoleh:

Dalam rumus di atas:

• F_H - Gaya keluaran hidraulik roller bawah;
• F_c – Gulungan samping kekuatan;
• F_a - Rol atas penggulungan piring gaya deformasi.
• F_a - Gaya total gulungan atas;
• α₀ - Sudut antara garis aksi gaya rol samping dan garis gaya rol atas.

Nilai α₀ dapat ditentukan dengan rumus berikut sesuai dengan hubungan geometris:

Dalam rumus di atas:

• D_a - Diameter gulungan atas;
• D_c - Diameter gulungan samping;
• γ - Sudut kemiringan rol samping, yaitu sudut antara arah penyetelan rol samping dan arah vertikal;
• A - Jarak dari titik persimpangan sudut gulungan ke bagian tengah rol atas.

2.2.2 Rol disusun secara asimetris

Gaya pelat baja ditunjukkan pada Gbr. 4 ketika roller disusun secara asimetris.

Menurut keseimbangan gaya, gaya setiap gulungan yang bekerja pada pelat baja dapat diperoleh:

Dalam rumus di atas:

• F_b- Gaya guling yang lebih rendah;
• α - Sudut antara garis aksi gaya roller atas dan garis gaya roller bawah;
• β - Sudut antara garis aksi gaya roller atas dan garis gaya roller samping.

Nilai α, β dapat ditentukan dengan rumus berikut ini sesuai dengan hubungan geometris:

Dalam rumus di atas:

• D_b - Diameter gulungan yang lebih rendah;
• B - Jarak antara garis aksi roller atas dan bagian tengah roller bawah,
• B ＝ [1 + D_b /(2R'+δ]B';
• B' - Panjang sisi lurus yang tersisa, B'＝2δ

Dalam rumus: A₁ = Asinγ / sin(γ - φ)

Perhitungan Daya yang Didorong

3.1 Torsi penggerak rol atas

Rol atas dari mesin tekuk empat gulungan adalah rol yang digerakkan, dan torsi penggerak total yang bekerja padanya adalah jumlah torsi yang dikonsumsi oleh deformasi dan gesekan.

Torsi gesekan mencakup tahanan gesekan yang dikonsumsi dalam menggulung rol poros pada pelat tekuk dan torsi yang dikonsumsi oleh gesekan bantalan.

Torsi yang dikonsumsi dalam deformasi dapat ditentukan oleh pekerjaan yang dilakukan oleh internal kekuatan lentur dan gaya eksternal pada roller atas.

Dalam rumus:

• W_n - Pekerjaan yang dilakukan dengan membengkokkan kekuatan internal;
• W_w - Pekerjaan pada roller atas oleh kekuatan eksternal;
• L - The sudut lentur sesuai dengan panjang pelat.

Jadikan rumus (17) sama dengan rumus (18), kita mendapatkan torsi yang dikonsumsi dalam perubahan bentuk:

Torsi untuk mengatasi gesekan dapat ditentukan dengan rumus (19) dan (20).

Torsi gesekan rol poros dalam pengaturan simetris:

Torsi gesekan rol poros dalam pengaturan asimetris:

Dalam rumus di atas:

• f - Koefisien gesekan guling,  f ＝ 0.8mm
• μ - Koefisien gesekan geser leher rol, μ＝ 0,05-0,1 ；
• d_a, d_b, d_c adalah diameter leher rol dari rol atas, rol bawah, dan rol samping secara terpisah.

Torsi penggerak total pada roller atas adalah:

3.2 Daya penggerak rol atas

Rumus penghitungan untuk daya penggerak adalah:

Dalam rumus:

• ν - Kecepatan putar;
• r - Jari-jari rol yang digerakkan, r = D_a /2
• η - Efisiensi transmisi, η＝0,9

Menurut kondisi aplikasi aktual dari mesin tekuk pelat empat gulungan, daya penggerak roller penggerak dihitung selama proses pra-tekukan dan penggulungan, dan daya penggerak sistem penggerak utama adalah nilai yang lebih besar dalam hasil perhitungan:

Dalam rumus di atas:

• P_q - Daya penggerak sistem penggerak utama;
• P_Y  - Daya penggerak roller penggerak saat melakukan pra-pembengkokan;
• P_J  - Daya penggerak roller penggerak saat memutar lingkaran.

Nilai yang dihitung P_q  dari daya penggerak dapat digunakan sebagai dasar untuk memilih daya motor utama.

Kesimpulan

(1) Berdasarkan karakteristik struktural dan prinsip kerja mesin tekuk pelat empat gulungan, gaya roller yang bekerja dianalisis dan rumus untuk menghitung gulungan yang bekerja di bawah pengaturan yang berbeda diperoleh.

(2) Dengan menganalisis momen lentur deformasi maksimum dan gaya bantalan roller yang bekerja, dan menggunakan prinsip transformasi fungsi, hubungan antara gaya, momen lentur, dan daya penggerak perangkat ditetapkan. Metode untuk menghitung daya penggerak sistem penggerak utama diusulkan.

Menurut kondisi aplikasi aktual, daya penggerak untuk pra-pembengkokan dan penggulungan dihitung secara terpisah, dan daya motor utama dipilih berdasarkan nilai yang dihitung lebih besar.