Краткая характеристика и описание Выксунского Металлургического завода

1 Расчетная часть            

1.1 Методика предварительного расчета гидропривода       

1.2 Методика расчета валка-ролика на прочность       

1.3 Проверочный расчет валка- ролика на прочность       

1.4 Расчет гидропривода                                                                

 

1 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

1.1 Методика предварительного расчета гидропривода

 

Целью предварительного расчета является определение основных параметров гидропривода: номинального давления и номинального расхода рабочей жидкости

Предварительный расчет включает в себя расчет и  выбор насосов, направляющей и регулирующей аппаратуры, трубопроводов и других элементов, а также расчет потерь давления в гидросистеме.

Расчет геометрических размеров и  последующий выбор исполнительных механизмов и гидроаппаратов из номенклатуры серийно выпускаемого оборудования осуществляется после того, как сделан выбор номинального давления.

1. Выбор номинального давления

Выбор номинального значения давления p_ном является ответственным шагом, так как от него зависят габаритные размеры, материалоемкость, стоимость и надежность работы гидропривода.

где - нагрузка, преодолеваемая гидроцилиндром, Н;

- площадь поршня, м².

Округляем полученное значение номинального давления (МПа) до ближайшего стандартного значения по ГОСТ 12445-80: 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250.

При выборе номинального давления следует руководствоваться  следующими соображениями: малые давления приводят к возрастанию габаритных размеров и веса, но способствуют плавной  и устойчивой работе привода; большие  давления, снижая габаритные размеры  и вес, приводят к удорожанию привода, уменьшают срок службы гидрооборудования.

Станочные гидроприводы подразделяют на гидроприводы низкого (до 1,6 МПа), среднего (1,6...6,3 МПа) и высокого (6,3...20 МПа) давлений. Первые применяются главным образом  в станках для чистовой обработки (шлифовальных, хонинговальных, расточных), в которых нагрузки незначительны  и требуется низкий уровень колебаний  давления. Приводы среднего давления мощностью до 20 кВт нашли наиболее широкое применение благодаря своему преимуществу — возможности использования  достаточно простых и недорогих  пластинчатых и шестеренных насосов. Приводы высокого давления на базе поршневых насосов используют главным образом в мощных протяжных и строгальных станках для получения большой выходной мощности при ограниченных размерах гидродвигателей.

2. Выбор насоса

2.1. Находим скорость прямого  хода поршня

где - прямой ход, м;

- время формовки, сек.

2.2. Определяем подачу насоса

где - диаметр поршня, дм;

- скорость прямого хода поршня, ;

.

2.3 Определяем  теоретическую подачу насоса

где - объемный КПД.

В предварительном  расчете объемный КПД различных насосов может быть принят в пределах, указанных в таблице 3.

 

Таблица 3 - Значения объемного КПД для различных  насосов

Тип насоса	Объемный КПД
шестеренный	0,90-0,94
пластинчатый	0,70-0,90
аксиально-поршневой	0,95-0,98

 

_{Полученную  теоретическую подачу округляют до целого числа.}

2.4.Находим  рабочий объем насоса

где n – номинальная частота вращения вала

2.5.Находим  рабочую мощность насоса

2.6.Определяем  полную мощность насоса

где – общий КПД

В предварительном  расчете общий  КПД различных насосов может быть принят в пределах, указанных в таблице 4.

 

Таблица 4 - Значения общего КПД для различных насосов

Тип насоса	Общий КПД
шестеренный	0,80-0,85
пластинчатый	0,60-0,85
аксиально-поршневой	0,85-0,90

 

Из каталога выбираем насос с большей подачей.

3. Определение  параметров гидроцилиндра

Основными геометрическими параметрами  гидроцилиндра являются:

• диаметр поршня
• диаметр штока
• ход выходного звена;
• толщина стенки цилиндра
• толщина дна цилиндра.

3.1 Приложение к цилиндру чрезмерной  осевой нагрузки может привести  к продольному изгибу штока  (п устойчивости в осевом направлении). Максимально допустимая величина нагрузки на шток определяется из соотношения

где — коэффициент запаса по прочности

3.2. Диаметр  штока можно определить по  формуле:

где - модуль упругости;

 — длина нагруженного участка  цилиндра, м;

3.3.Находим  толщину стенки гидроцилиндра

где – допустимое напряжение

3.4. Вычисляем  толщину дна гидроцилиндра

3.5. Определяем  напряжение сжатия штока

4. Расчет  трубопроводов

На стадии предварительного расчета внутренние диаметры трубопроводов определяют на основе рекомендуемых значений средних  скоростей движения жидкости в гидролиниях:

в напорных — 6 м/с;

в сливных - 2 м/с;

Внутренние  диаметры трубопроводов определяют на основе известного соотношения, связывающего между собой площадь проходного сечения трубы A, расход жидкости Q и скорость потока в ней:

Для труб и каналов круглого сечения, в  которых площадь  , диаметр проходного сечения рассчитывают по следующей формуле:

Для инженерных расчетов мм, удобно определять по формуле

где — расход, л/мин;

 — скорость жидкости в трубе, м/с.

Полученный в результате расчета значения диаметра округляют до ближайшего большего значения из стандартного ряда: 3, 6, (8), 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, (60), 70, 80, (90), 100, 125, 150, (175), 200, (225), 250, 300, (325), 400, (425), 450, (475), 500 и т.д..

Расчет  трубопроводов на прочность сводится к определению толщины  их стенок, значение которой зависит от внутреннего диаметра трубопровода, максимального давления , действующего в гидросистеме, допустимого напряжения материала , а также необходимого запаса прочности на случай гидравлического удара:

Для стальных труб (сталь 20, 35, 40) допустимое напряжение = 400...500 МПа, для труб из цветных металлов и сплавов = 200...250 МПа. При искажении цилиндрической формы трубы должно быть снижено на 25 %. Запас прочности при расчете обычно выбирают равным трем.

5. Расчет  потерь давления в гидросистемах

Расчет  потерь давления в гидросистеме производится для определения эффективности спроектированного гидропривода и уточнения выходных параметров при поверочном расчете. Если система спроектирована нормально, потери давления не превышают 6 % номинального давления насоса.

Суммарные потери давления в гидросистеме складываются из потерь давления в отдельных элементах:

где - суммарные потери давления на трение по длине всех участков трубопровода;

 — суммарные потери давления  в местных сопротивлениях трубопровода;

 — суммарные потери давления  в гидроаппаратах.

Потери  давления на трение по длине трубопровода и на местных сопротивлениях определяются по соответствующим формулам:

где — плотность рабочей жидкости;

 — коэффициент потерь на  трение по длине;

- длина трубы;

 — диаметр трубы;

 — коэффициент потерь на  местном сопротивлении;

 — средняя скорость потока в расчетном участке трубопровода;

Значение  коэффициента потерь на трение по длине  зависит от режима течения жидкости, который определяется по числу Рейнольдса:

где — кинематическая вязкость жидкости.

Для ламинарных потоков (Re<2300)

При турбулентном течении для гидравлически гладких  труб

Коэффициенты  местных сопротивлений  выбирают по справочным данным в зависимости от их вида.

При отсутствии данных о потерях давления в гидроаппаратах, их можно принять из справочных таблиц

Рекомендуется потери давления суммировать по отдельным  участкам напорной и сливной гидролиниям. Если участки соединены последовательно, то общая потеря давления равна сумме потерь на всех участках.

6. Поверочный  расчет гидроприводов

Проверочный расчет выполняется с  целью установления действительных параметров гидропривода и проверки соответствия выбранного оборудования требованиям, предъявляемым к работе привода. Действительное давление, развиваемое  насосом в приводе поступательного  движения, равно:

• при выдвижении штока цилиндра

 

• при втягивании штока цилиндра

где — нагрузка, приложенная к штоку цилиндра;

— площади цилиндра в поршневой  и штоковой полостях;

— коэффициент, учитывающий потери на трение в уплотнениях цилиндра.

Расхождение между заданными и действительными  параметрами (не превышают 10 %) просчитывают по формуле:

 

1.2 Методика расчета валка-ролика на прочность

Напряжение изгиба валка-ролика определяют по следующей формуле:

где — изгибающий момент, действующий в рассматриваемом сечении валка-ролика;

 — момент сопротивления поперечного сечения валка-ролика на изгиб.

Напряжение кручения валка-ролика не подсчитывают ввиду его незначительной величины по сравнению с напряжением изгиба.

Для листовых станов максимальный изгибающий момент будет в середине валка-ролика:

где — максимальное давление металла валок при прокатке.

Рассчитывают опасное сечение  вала-ролика на изгибе и кручение по формулам:

где — длина и диаметр валка в опасном сечении;

- крутящий момент, прикладываемый  к валу.

Результирующее напряжение определяется по формулам:

для стальных валков-роликов — по 4-й теории прочности:

для чугунных валков-роликов —  на основании теории Мора:

Результирующее напряжение, определенное таким расчетом, не должно превышать допустимого для данных валков.

Допустимые напряжения в валках-роликах  принимают, исходя из пятикратного запаса прочности их, т. е.

где — предел прочности материала валка на изгиб, МПа.

На основании изложенного допускаемое  напряжение (МПа) можно принимать  следующим: для легированных кованых  валков станов холодной прокатки, имеющих  МПа, ; для кованых валков из углеродистой стали, имеющей МПа, ; для валков из стального углеродистого литья, имеющего МПа, ; для чугунных валков, имеющих МПа, .

1.3 Проверочный расчет валка-ролика на прочность

Усредненное усилие, развивающее роликами рабочей обоймы сборочно-сварочного стана при доформовки трубной заготовки с зазором до стыковки кромок представлено, составляет 24,69 МН.