Прочностные расчеты оборудования стана 28000

,

где .

.

Определим напряжения, возникающие  в поперечинах и стойке станины  при прокатке металла в валках.

Поперечины подвергаются изгибу от действия сил Р и моментов М₁ и М₃, причем последние уменьшают изгибающее действие сил Р.

Изгибающие моменты  и растягивающие напряжения в  середине верхней поперечины:

Изгибающие моменты  и растягивающие напряжения в середине нижней поперечины:

Максимальное суммарное  растягивающее напряжение в стойке:

,

где  

Запас прочности станины  для нижней поперечины при пределе  прочности стали 35Л равном 600 МПа:

.

Определяем прогиб  среднего сечения от изгиба и действия поперечных (перерезывающих) сил:

- для верхней поперечины: ,

где

,

- для нижней поперечины: ;

,

где

Находим упругое растяжение стойки станины:

.

Находим суммарную деформацию станины по вертикали:

[158] – для станов с Р  > 15МН.

Жесткость станины по вертикали:

.

Прогиб стоек по горизонтали:

 

Следовательно, при сборке верхней подушки валка в направляющей планке необходимо обеспечить зазор  не менее 0,3мм для предотвращения заклинивания подушки.

4.2. Расчеты валков.

4.2.1 Определение  распределения усилий, действующих  на валки

[5, 103-110]

В четырехвалковой клети установлено два рабочих (меньшего диаметра) и два опорных (большего диаметра) валка. При прокатке давление металла с рабочих валков передается на опорные и воспринимается их подшипниками. Благодаря большей жесткости опорных валков (диаметр больше, чем у рабочих) прогиб их (и опирающихся на них рабочих валков) будет незначительным и профиль прокатываемой полосы будет иметь необходимое сечение.

При прокатке полосы будут  изгибаться как опорные, так и  рабочие валки (рисунок 4.2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4.2 – Распределение усилий на валки в четырехвалковой системе (верхняя часть).

Если рабочий и опорный валки имеют строго цилиндрическую форму, то они оба прогибаются на одинаковую величину, то есть стрела прогиба рабочего валка будет равна стреле прогиба опорного валка. Стрела прогиба балки, лежащей на двух опорах, обратно пропорциональна величине диаметра, возведенной в четвертую степень. То есть для рабочего и опорного валков можно записать:

,

где - коэффициент пропорциональности ( при ).

Так как  , то соотношение моментов изгиба валков будет эквивалентно соотношению усилий, действующих на валки:

,

с учетом того, что  , находим усилия, действующие на опорный и рабочий валки:

Таким образом, опорные  валки клети воспринимают около 86% давления металла на валки, остальная часть приходится на рабочие валки.

Распределенная нагрузка от прокатываемой полосы:

.

 

4.2.2. Расчет  рабочего и опорного валков на прочность

 

Производим расчет на прочность рабочего валка.

Максимальный изгибающий момент посередине бочки валка от вертикального усилия Р_р (условно принимаем валок лежащим на двух опорах):

.

Рассчитаем напряжения изгиба посередине бочки рабочего валка

.

Максимальный изгибающий момент в месте перехода шейка→бочка  от вертикального усилия Р_р:

.

Напряжения изгиба в  шейке валка в месте перехода шейка→бочка:

.

Напряжения кручения на шейке ведущего валка (рассчитываем по максимальному крутящему моменту):

.

Результирующие напряжения в шейке валка по 4-й теории прочности:

.

Напряжения кручения в хвостовике рабочего валка:

, где  - коэффициент концентрации напряжений для лопасти.

Рассчитаем напряжения в опорном валке.

Максимальный изгибающий момент действует в сечении, которое  расположено посередине бочки валка,

 

Рассчитаем максимальное напряжение изгиба посередине бочки валка:

.

Максимальный изгибающий момент в месте перехода шейка→бочка  опорного валка от вертикального усилия Р_р:

.

Напряжения изгиба при  переходе шейка→бочка опорного валка:

.

Рабочий и опорный  валки могут быть изготовлены  из сталей 50Х или 50Хн, для которых  , , .

Запасы прочности:

- рабочий валок  ;

- опорный валок: .

Запасы прочности валков превышают  требуемый минимальный запас  прочности , поэтому расчет на усталостную прочность не производим.

 

4.2.3 Расчет  контактных напряжений в поверхностном  слое валков

 

Рабочий и опорный валки стальные, следовательно, контактные напряжения могут быть определены по формуле:

,

где  - приведенный радиус рабочего и опорного валков;

.

- распределение нагрузки на  контакте рабочего и опорного  валков.

Таким образом, .

Допускаемые контактные напряжения, исходя из более благоприятных условий всестороннего сжатия в зоне контакта валков, составляют:

.

То есть запас по контактным напряжениям для валков составляет около 2.

 

4.2.4 Определение  прогиба опорного валка и сплющивания  валков вместе контакта

 

Момент инерции бочки  опорного валка: .

Отношение моментов инерции  бочки и шейки опорного валка:

,

.

Прогиб валка от изгибающего  момента: ,

Прогиб валка от перерезывающих сил: ,

.

Суммарная разность прогибов в середине бочки валка и у края прокатываемого листа, возникающая под действием изгибающих моментов и перерезывающих сил, определяется по формуле:

,  

.

Суммарный прогиб опорного валка посередине бочки:

.

Определяем упругое сплющивание в месте контакта рабочего и опорного валков:

.

Суммарное упругое радиальное сплющивание двух пар валков рабочей  клети «кварто»:

.

 

4.3. Расчет нажимного механизма

 

Нажимной винт и гайка  рис. 4.3.1

Нажимной винт имеет  упорную резьбу S 600 мм с шагом t=48 мм;

Диаметр резьбы:

Наружный 

Внутренний 

Средний

Угол подъема витка 

º.

 

Напряжение сжатия в сечении  нижнего опорного конца винта, имеющего наименьший диаметр :

Напряжение кручения в теле винта.

Материал винта –  сталь 40ХН,

Нажимная гайка высотой  и наружным диаметром ; число витков резьбы .

Напряжение смятия между  витками винта и гайки.

Напряжение смятия по площади соприкосновения гайки  со станиной.

Материал гайки –  БрАЖ9 – 9Л,

Следовательно напряжения смятия обеспечены.

Рисунок 5.1 – Соединение нажимной винт и гайка

           4.4Расчет подшипников на долговечность.

 

       4.4.1 Расчет роликовых  подшипников рабочего валка.

На рабочем валке установлены  четырехрядные подшипники 777/630. [5, 125-133]

Радиальная нагрузка на подшипник составляет:

,

где - нагрузка на подшипник от усилия прокатки, кН.

Тогда кН.

Среднее осевое усилие при прокатке рассчитывается по формуле:

 кН.

Приведенная нагрузка на подшипник  определяется по формуле:

 МН.

Угловая скорость вращения и частота  вращения валков:

 .

.

Принимаем коэффициент динамической нагрузки k_δ = 1,2; коэффициент работоспособности С=21·10⁶.

Определим долговечность подшипника в часах работы:

;

;

;

;

;

;  →   часов.

h = 77625 часов при [h] = 9000 часов.

Долговечность обеспечена.

На практике срок службы подшипников  меньше вследствие наличия ударных  нагрузок при захвате металла  валками. Практика   эксплуатации   стана   показывает,   что   этот   подшипник работает удовлетворительно [3, 9].

 

4.4.2 Подшипники опорного  валка.

 

Опорные валки установлены на ПЖТ1180-880-II. [5, 116-125, 132-133]

Определяем среднее давление в  подшипнике:

 МПа.

Для подшипника с заливкой из высокооловянистого баббита Б83 допустимо МПа.

 

Частота вращения опорного валка:

Угловая скорость вращения опорного валка и окружная скорость движения цапфы:

Для заданной внешней нагрузки на подшипник  и среднего давления в подшипнике р определим коэффициент грузоподъемности масляного клина по формуле:

,

где - вязкость масла при рабочей температуре подшипника (50^оС).

Чтобы работа подшипника была более  устойчивой (без вибрации цапфы), принимаем относительный эксцентриситет , при котором . Для находим мкм, мкм.

В реальности поверхности  трения не являются идеально гладкими, при изготовлении на поверхности образуются гребешки (микронеровности) высотой 1-0,5 мкм. Для обеспечения условий жидкостного трения толщина смазочного слоя должна быть больше суммы средних высот этих гребешков с тем, чтобы при скольжении поверхностей между ними не было контакта, то есть . Максимальная грузоподъемность будет обеспечена при

Определим критическую  минимальную толщину масляного  слоя, при которой может возникнуть полужидкостное трение.  Средняя  суммарная высота микронеровностей  цапфы  и  втулки,  согласно  ГОСТ 2789-73,  равна мкм. Учтем также прогиб конической цапфы (при изгибе валка), равный около 0,5Нср и возможную максимальную непрямолинейность (овальность) цилиндрических образующих рабочих поверхностей, допускаемую в пределах до 2 мкм, тогда мкм.

Определим коэффициент  запаса ПЖТ по толщине масляного  слоя при заданной нагрузке:

а) при номинальном радиальном зазоре

.

б) при максимальном радиальном зазоре

.

Таким образом, при заданных условиях подшипник будет работать с достаточным запасом по толщине масляного слоя.

Определяем коэффициент  трения подшипника по формуле:

.

Определим расход масла, необходимый для прокачки через подшипник и поддержания постоянной его рабочей температуры °C из условия следующего температурного баланса: тепловой поток от работы трения в подшипнике равен тепловому потоку, уносимому подогретым маслом из подшипника (пренебрегая теплоотдачей через корпус подшипника в окружающий воздух):

,

где  Q – расход масла через подшипник, м³/с;

С – объёмная удельная теплоёмкость масла, равна 16·10⁵ ;

 – разность температур  масла при выходе из подшипника  и входе в подшипник, .

Приравнивая правые части  этих уравнений, получим:

.

Принимая  и , получим:

 м³/с (0,069 л/с).

Расход смазки на четыре подшипника опорных валков черновой клети стана  составит 0,276 л/с.

Заключение.

 

Результатом курсовой работы по курсу "Расчет и конструирование прокатных  станов" явилось проектирование усовершенствований на основе существующих аналогов черновой клети стана ТЛС 2800 Череповецкого металлургического комбината для горячей прокатки толстых листов, внедрение новых конструкций узлов стана и проверка их на прочность и долговечность. На основе результатов расчета произведен детальный анализ о целесообразности произведенных нововведений, установлены основные конструкционные моменты, характеризующие процесс прокатки.

Курсовая работа способствовала всестороннему  развитию пониманию процесса и теории горячей прокатки, вместе с тем являясь базой для будущего совершенствования процессов обработки металлов давлением, оптимизации расчета и совершенствования клети прокатных станов, внедрению новых творческих идей.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК.

 

1. Прокатное производство. Учебник для вузов. 3-е изд. Полухин П. И., Федосов К. Н., Королев А. А., Матвеев Ю. М. – М.: Металлургия. 1982. – 696 с.

2. Механическое оборудование прокатных и трубных цехов. 4-е изд. А.А. Королев – М.: Металлургия, 1987. – 480 с.

3. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Автоматизированное проектирование оборудования прокатных цехов» / Сост. А. В. Сатонин, Ю. К. Фоменко – Краматорск.: ДГМА, 1995. – 52 с.

4. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3 т. Т.З. Машины и агрегаты для производства и отделки проката. Учебник для вузов. А. И. Целиков, П. И. Полухин, В. М. Гребенюк и др. – М.: Металлургия, 1988. – 680 с.