Конструктивная разработка шагающих балок

ремонт балка шагающий гидроцилиндр

Под термической обработкой понимается процесс, состоящий из нагрева и охлаждения металла (производимый при определенных режимах), находящегося в твердом состоянии, для изменения физико-механических свойств, которые происходят в следствие изменений в структуре.

Основными операциями термической обработки являются:

1) Отжиг. Операция отжига состоит в нагреве стальных деталей, их выдержке при температуре нагрева в течение определенного времени и последующем медленном охлаждении.

Процесс отжига применяется для:

- улучшения обрабатываемости твёрдой стали при резании;

- улучшения механических свойств стали путем уменьшения величины кристаллов;

- устранения хрупкости и увеличения вязкости стали, подвергающейся волочению, вытягиванию или вальцеванию;

- устранения внутренних напряжений в стали и уменьшения склонности ее к образованию трещин при последующей операции закалки.

2) Нормализация. Операция нормализации состоит в нагреве до высоких температур стальных деталей, соответствующей выдержке и последующем сравнительно быстром охлаждении на воздухе.

Процесс нормализации применяется для:

- улучшения структуры стали (получение мелкозернистой структуры) с целью облегчения последующей закалки,

- устранения в заготовке внутренних напряжений с целью уменьшения опасности коробления при последующей закалке,

- улучшения механических качеств стали.

3) Закалка. Операция закалки состоит в нагреве стальных деталей до определенной температуры и последующем быстром охлаждении. Такой процесс дает твердую, но в то же время хрупкую сталь. Закалке подвергаются стали с содержанием углерода не менее 0,35%, так как при меньшем содержании углерода увеличение твердости от закалки незначительно.

4) Отпуск. Операция отпуска заключается в нагреве закаленных деталей до определенных температур (ниже температур закалки) и последующего охлаждения с любой скоростью. Отпуск применяется для устранения хрупкости закаленной стали, увеличения ее вязкости и повышения прочности.

1. Технологическая часть

1.1 Краткое описание технологического процесса участка ЛТМО

Назначение участка: участок локальной термомеханической обработки (ЛТМО) встраивается в технологический поток производства труб и предназначен для местной (локальной) обработки сварных продольных швов, выполненных при изготовлении газонефтепроводных труб.

ЛТМО сварных швов производится с целью исключения негативных факторов сварного соединения, т.е. для повышения вязких характеристик сварного шва, обеспечение мелкозернистой структуры металла шва на уровне основного металла, полное исключение зоны термического влияния, образующейся в процессе сварки.

Основные технологические операции, производимые на участке ЛТМО: индукционный нагрев швов перед их раскаткой; раскатка; нагрев перед закалкой, закалка на устройстве контролируемого охлаждения; индукционный нагрев перед медленным отпуском.

На участке ЛТМО расположено параллельно между собой две линии ЛТМО, в состав каждой из которых входят тянущие и рабочая клети, оправки, механизмы наведения индукторов, установка контролируемого охлаждения, подъемные ролики и подъемные рольганги. Для приема труб с существующей рольганговой тележки, задачи их в установки ЛТМО, а так же для транспортировки прошедших термомеханическую обработку труб к рольганговой тележке и для загрузки труб на нее, на участке расположено транспортное оборудование: приводные и холостые ролики, связанные между собой шаговыми балками.

Труба с рольганговой тележки передается на приемный рольганг 1, состоящий из четырех приводных роликов, каждый из которых установлен на отдельной фундаментной раме и имеет индивидуальный привод от мотор-редуктора.

Труба, не останавливаясь, передается далее на подъемный трехпозиционный рольганг 2, состоящий из 4-х приводных и 4-х поворотных роликов. Приводные ролики установлены на общей раме, которая имеет возможность опускания и подъема под действием гидроцилиндра через систему рычагов и тяг. Привод приводных роликов индивидуальный от мотор-редуктора. Поворотные ролики попарно установлены на стационарных рамах. Один из поворотных роликов имеет привод от мотор-редуктора. Исходное положение подъемной рамы - среднее, при котором ось трубы диаметром 1220 мм совпадает с уровнем прокатки. Это положение рамы рольганга во время приемки трубы любого диаметра с роликов приемного рольганга.

По команде от фотодатчика, фиксирующего передний торец, труба останавливается. Рама подъемного рольганга опускается в крайнее нижнее положение, при этом труба устанавливается на поворотные ролики.

Включается электромеханический привод поворота и происходит поворот трубы до положения, при котором сварные швы располагаются в горизонтальной плоскости. Команда на остановку поворота трубы выдается от сигнала датчика системы слежения за сварным швом. После этого подается команда на подъем рамы рольганга либо в среднее положение (для труб диаметром 1220 мм), либо в крайнее верхнее положение (для труб диаметром 1020 мм). При этом происходит совмещение оси трубы с осью прокатки. Верхнее, нижнее и среднее положения рамы рольганга фиксируются конечными выключателями.

После этого подается команда на транспортировку трубы в разведенные валки тянущей клети 3.

Тянущая клеть состоит из фундаментной плиты, в направляющих которой установлены две подушки с валками, имеющими каждый индивидуальный привод от электродвигателя через редукторы. Подушки имеют возможность перемещаться под действием гидроцилиндров, тем самым, меняя раствор между валками.

После начала движения трубы с выдержкой времени, достаточной для прохождения передним торцем трубы расстояния от фотодатчика до оси валков клети, валки сводятся до заранее настроенных механических упоров, захватывают трубу и подают ее между блоками индукторов в рабочую клеть.

Блоки индукторов установлены на механизме наведения индукторов. Механизм наведения состоит из фундаментной плиты, на роликах которой на радиальных полозьях установлена рама. В направляющих рамы под действием гидроцилиндров перемещаются каретки с установленными на них индукторами. Наведение индукторов на сварные швы осуществляется путем поворота рамы специальным электрическим прямоходным механизмом от сигнала датчика системы слежения за сварным швом трубы.

При прохождении трубы через блоки индукторов, установленных на механизме наведения, происходит нагрев зоны сварных швов до необходимой температуры прокатки. Контроль температуры производится оптическими пирометрами.

Рабочая клеть по конструкции аналогична тянущей клети. Отличием является то, что одна из станин рабочей клети настраивается заранее на необходимый размер от оси стана до валка вручную с помощью винтового механизма и неподвижна во время процесса прокатки. В состав оборудования рабочей клети входит регулируемый поддерживающий ролик и оправка с внутренними валками.

Во избежание пробуксовки валков клетей по поверхности трубы во время ее движения через клети, предусматривается система согласования работы приводов валков как внутри каждой клети, так и валков одной клети с валками других клетей и с приводами роликов подъемных рольгангов.

При подходе к рабочей клети труба «одевается» на оправку, на головке которой смонтированы внутренние прокатные валки по оси наружных валков клети. Головка оправки является сменным комплектом в зависимости от диаметра обрабатываемой трубы. На оправке так же смонтировано часть оборудования установки контролируемого охлаждения для охлаждения внутренних поверхностей зон сварных швов.

При входе в рабочую клеть труба задается сварными швами между приводными наружными и холостыми внутренними валками. При движении трубы происходит раскатка внутренних и наружных усилений сварных швов до толщины стенки трубы.

До «одевания» трубы на оправку, оправка поддерживается в горизонтальном положении при помощи гидроцилиндра через рычажную систему. При заходе трубы на оправку, передний конец оправки через специальный подпружиненный ролик начинает опираться на нижнюю внутреннюю поверхность трубы. При прохождении передним торцем трубы фотодатчика, от его импульса подается команда на отведение опоры оправки. В этот момент оправка поддерживается в горизонтальном положении за счет сил трения, возникающих в процессе раскатки усилений сварных швов. Верхнее и нижнее положения опоры оправки фиксируются ВК.

Далее труба задается между блоками индукторов механизма наведения. Происходит нагрев зоны сварных швов до необходимой температуры закалки. Контроль температуры производится оптическими пирометрами. После этого труба сразу попадает в зону активного двустороннего охлаждения с помощью форсунок устройства контролируемого охлаждения (УКО). Происходит закалка зоны сварных швов.

Далее труба попадает во вторую тянущую клеть и транспортируется по роликам подъемного двухпозиционного рольганга до положения, при котором задний торец трубы прошел зону УКО, но не дошел до оси валков тянущей клети примерно 100…150 мм. Остановка трубы в этом положении обеспечивается фотодатчиком, установленным перед осью валков тянущей клети. После этого подается команда на отключение работы УКО. При этом задний конец трубы остается зажатым в валках клети.

При выходе заднего конца трубы из валков клети, по сигналу от фотодатчика с выдержкой времени подается команда на подъем опоры оправки клети, что фиксируется ВК. Выдержка времени необходима для прохождения заднего конца трубы расстояния от датчика до положения заднего торца трубы, позволяющего подъем опоры оправки. В это время оправка поддерживается в горизонтальном положении подпружиненной роликовой опорой, которая опирается на внутреннюю поверхность трубы.

Конструкция подъемного рольганга аналогична конструкции подъемного рольганга, за исключением того, что отсутствуют поворотные ролики, а рама рольганга имеет только два положения: верхнее - для трубы диаметром 1020 мм, и нижнее - для трубы диаметром 1220 мм. Также отличие в том, что из 4-х роликов два - холостые.

Для избежания пробуксовки приводных роликов рольганга по поверхности трубы предусматривается согласование режима работы приводов роликов рольганга c режимом работы приводов клетей линии.

Подается команда на подъем переднего конца трубы подъемным роликом с целью выливания остатков воды из внутренней поверхности трубы. После выдержки времени, необходимого для выливания воды, подъемный ролик опускается, и труба вновь устанавливается на ролики подъемного рольганга 4. Верхнее и нижнее положения подъемного ролика фиксируются ВК.

Далее подается команда на реверс приводов линии. Труба роликами рольганга 4 и валками тянущей клети подается в обратном направлении и проходит между блоков индукторов механизма наведения. При этом происходит контролируемый пирометрами нагрев зоны сварных швов до температуры, необходимой для отпуска. Наведение индукторов на сварные швы производится по сигналам датчика следящей системы.

При прохождении переднего по ходу движения трубы фотодатчика, подается команда на отведение (опускание) опоры оправки, что фиксируется ВК.

Далее труба подается через рабочую клеть, проходит между блоками индукторов механизма наведения, в зоне которых, при необходимости, поддерживается температура отпуска и, далее, через клеть.

При прохождении заднего по ходу движения торца трубы фотодатчика, подается команда на подъем опоры оправки, что фиксируется ВК.

После поступления всей трубы на ролики рольганга 2, при обработке труб диаметром 1020 мм рама рольганга опускается в исходное среднее положение, а при обработке труб диаметром 1220 мм, рама рольганга уже находится в этом среднем положении. Далее труба подается на ролики 4 «приемного рольганга». Для избежания пробуксовки приводных роликов рольгангов по поверхности трубы предусматривается согласование режима работы приводов роликов рольганга c режимом работы приводов клетей линии, а так же режимов работы приводов роликов рольганга и роликов «приемного рольганга» между собой.

При поступлении трубы на ролики «приемного рольганга», передний (по ходу движения) торец трубы фиксируется фотодатчиком, который дает команду на остановку. Далее шаговыми балками 5 труба передается с роликов приемного рольганга 1 на ролики сборного рольганга 6.

«Сборный рольганг» расположен между двумя линиями ЛТМО и состоит из отдельно стоящих восемнадцати приводных роликов, двух приводных роликов и одного холостого ролика.

Работа шаговых балок возможна только при отсутствии предыдущей трубы на роликах сборного рольганга в районе шаговых балок, что фиксируется датчиками импульсов ДИ1 и ДИ2.

Шаговые балки 8 снимают трубы с роликов приемных рольгангов поочередно то с одной, то с другой линии ЛТМО.

Цикл обработки трубы на линии ЛТМО завершен. На ролики 4 «приемного рольганга» подается очередная труба с рольганговой тележки.

По роликам сборного рольганга труба транспортируется в сторону шаговых балок 9, конструкция и принцип работы которых аналогичны конструкции и принципу работы шаговых балок 8.

При транспортировке трубы шаговыми балками и по роликам сборного рольганга зоны сварных швов охлаждаются (т.е. продолжается процесс отпуска). На сборном рольганге может так же происходить накопление труб, что контролируется визуально оператором.

При подходе трубы на последние ролики сборного рольганга, передний торец трубы фиксируется фотодатчиком, который дает команду на остановку. Шаговыми балками 5 труба передается сначала на ложементы стационарных балок, а затем на ролики разгрузочного рольганга.

Разгрузочный рольганг 8 состоит из отдельно стоящих одного холостого ролика, шестнадцати приводных роликов и четырех приводных роликов.

По роликам разгрузочного рольганга труба транспортируется в сторону передвижной рольганговой тележки, при этом на разгрузочном рольганге так же может происходить накопление труб, что контролируется визуально оператором.

При подходе трубы на последние ролики разгрузочного рольганга, передний торец трубы фиксируется фотодатчиком, который дает команду на остановку. При подходе рольганговой тележки в зону загрузки, труба транспортируется с роликов разгрузочного рольганга на ролики рольганговой тележки. Далее тележкой труба транспортируется в другой пролет цеха для прохождения следующих технологических переделов.

2. Конструкторская часть

2.1 Обзор конструкций

Для перемещения металла в продольном направлении цеха, например, от рольганга к рольгангу применяют различное оборудование: транспортеры и холодильники различных типов и конструкций. Рассмотрим некоторые из них:

1) Шлепперы

Для перемещения заготовок и крупносортных профилей металла поперек цеха (от подводящего рольгангу к отводящему, к уборочному карману или в соседний пролёт цеха) применяют канатные или цепные транспортеры, называемые шлепперами.

Канатный шлеппер (рис. 2) состоит из 6-8 канатов, натянутых между рядом приводных барабанов 1 и рядом натяжных блоков 2. На всех канатах в один ряд закреплены шлепперные тележки 3 с упорными пальцами 4. При ходе тележек вперед (налево) упорные пальцы 4 перемещают металл от рольганга 5 к рольгангу 6. При обратном ходе тележек пальцы «утапливаются» и проходят под металлом. Конструкция многих шлепперных тележек позволяет поднимать пальцы 4 в любом месте между рольгангами и перемещать сколько угодно заготовок и профилей по рельсовому настилу (стеллажу) между канатами.

При непрерывной реверсивной работе со скоростью перемещения тележек 1-2 м/с канатный шлеппер отличается маневренностью и позволяет накапливать на стеллаже и перемещать большое количество металла при одновременном его охлаждении.

2) Холодильники

Для охлаждения сортовых профилей применяют холодильники реечного и роликового типов.

На холодильнике выполняются следующие операции: прием прокатных полос, охлаждение, передача полос по рейкам холодильника на отводящий рольганг, транспортирование остывших пачек полос к отделочным агрегатам.

Реечные холодильники

На реечном холодильнике охлаждение полос происходит на подвижных зубчатых рейках, совершающих качательно-поступательное движение.

Роликовые холодильники

На многих среднесортных станах применяют роликовые холодильники. Роликовый холодильник состоит из длинных приводных роликов небольшого диаметра (100-120 мм), расположенных под углом 35-40є к оси подводящего рольганга. На концах роликов предусмотрены конические шестерни, находящиеся в зацеплении с коническими шестернями, установленными на общем трансмиссионном валу, приводимом от электродвигателя через редуктор.

Полоса в процессе охлаждения одновременно движется поступательно и поперек холодильника (от подводящего рольганга к отводящему). Главным достоинством роликового холодильника является простота конструкции: отсутствуют сложные механизмы, связанные с качательным движением реек, упрощается фундамент.

Устройства для транспортировки рулонов

Система уборки гарячекатаных рулонов, кроме конвейеров, включает в себя: приемники рулонов, подъемно-транспортные столы, весы, устройства для сдваивания рулонов, передающие устройства и др.

На рис. 5, а показана схема расположения оборудования в системе уборки горячекатаных рулонов широкополосового стана. Рулоны от моталок передаются на параллельный линии прокатки конвейер 3, работающий в шаговом режиме, а затем при помощи подъемно-поворотных столов 9 направляются конвейером либо на склад агрегата резки, либо к травильным агрегатам цеха холодной прокатки. Средний подъемно-поворотный стол в зависимости от направления потоков рулонов совершает поворот на 90 или 180є.

На рис. 5, б показано, как от первого подъемно-поворотного стола 9 рулоны направляются в цех холодной прокатки и в цех разделки горячекатаной полосы. От второго подъемно-поворотного стола, установленного в цехе разделки, в противоположных направлениях отходят вдоль склада две ветки конвейеров. Наличие на складе двух разгрузочных конвейеров позволяет увеличить фронт разгрузки рулонов, уменьшить пробег мостовых кранов и, следовательно, сократить время, необходимое для разгрузки рулонов.

Ни один из рассмотренных вариантов оборудования не подходит для ЛТМО по тем или иным причинам. Рассмотрим вариант наиболее подходящий для ЛТМО.

Состав оборудования

Составные части оборудования

Устройство

Опоры эксцентриковые левая (1а, 1б) и правая (2а, 2б), установленные и закрепленные на фундаменте, включают каждая в себя раму, на стойках которой установлены в подшипниках качения два эксцентриковых вала (15) и на подшипниках скольжения - ограничители (12).

На участке валов с эксцентриситетом смонтированы на подшипниках качения опорные катки (13), несущие на себе подвижные балки (8а, 8б), попарно соединенные друг с другом рамами (7а, 7б), при этом подвижная платформа, состоящая из двух балок и рамы, опирается и передвигается на 4 катках.

Эксцентриковые валы опор (1а, 2а), а также опор (1б, 2б) соединяются между собой приводными валами (3а, 3б) и промежуточными валами (4а, 4б) при помощи зубчатых муфт. Для обеспечения синхронного поворота и подъема опорных катков приводные и промежуточные валы соединены через рычаги тягами (11). Резьбовая вставка на тягах позволяет регулировать взаимное угловое расположение валов по отношению друг к другу.

При неравномерной загрузке подвижных балок (8) перемещаемыми трубами возможно появление опрокидывающего момента и отрыв подвижных балок от одной из пар катков (13). Чтобы уменьшить указанный отрыв до минимальной величины 5…10 мм, в конструкцию опор (1 и 2) введены С-образные ограничители (12), при отсутствии опрокидывающего момента на балках (8) опирающиеся роликами в верхней части на нижний пояс балок (8). В этом случае имеется зазор в 5…10 мм между плоскостью упора в нижней части ограничителя и нижней точкой катков (13). При возникновении момента балка с ограничителем перемещается вверх до исчезновения указанного зазора, после чего дальнейший отрыв балки прекращается.

Гидроцилиндры подъема балок (5а, 5б) на концах штоков имеют наконечники, шарнирно соединенные с рычагами приводных валов (3а, 3б). При подаче жидкости в поршневую полость гидроцилиндра выдвижение штока вызывает поворот приводного вала, связанного с ним промежуточного вала и эксцентриковых валов с катками. Катки, поворачиваясь вокруг эксцентриситета, поднимают подвижные балки. Для опускания балок жидкость следует направить в штоковую полость гидроцилиндра.

Гидроцилиндры перемещения (6) балок наконечниками на концах штоков шарнирно соединены с кронштейнами на середине рам (7). При перемещении поршней гидроцилиндров (6) происходит перемещение подвижных балок на заданную величину, соответствующую шагу переноса труб (1700 мм).

Как на подвижных балках (8), так и на стационарных балках (9) расположены ложементы (10), предназначенные для фиксированной укладки на них перемещаемых труб. При подъеме подвижных балок (8) в верхнее положение ложементы (10) на них расположены выше ложементов (10) стационарных балок (9), при опускании балок (8) в нижнее положение, ложементы (10) на них будут расположены ниже ложементов (10) балок (9).

Порядок работы

Исходное положение подвижных балок - нижнее, балки 8а сдвинуты в сторону «приемного рольганга» А, балки 8б сдвинуты в сторону «приемного рольганга» Б, штоки гидроцилиндров 5а, 5б, 6а, 6б втянуты на всю длину хода.

Работа шаговых балок по переносу трубы с «приемных рольгангов» на «сборный рольганг» возможна только при отсутствии трубы на роликах «сборного рольганга», что должно фиксироваться фотодатчиком.

Включение гидроцилиндра 6а на перемещение балок 8а в сторону «сборного рольганга» возможно только при нахождении балок 8а в верхнем положении, а балок 8б - в исходном положении. И наоборот - включение гидроцилиндра 6б на перемещение балок 8б в сторону «сборного рольганга» возможно только при нахождении балок 8б в верхнем положении, а балок 8а - в исходном положении.

Включение гидроцилиндров 6а и 6б на перемещение балок 8а и 8б от «сборного рольганга» в сторону «приемных рольгангов» А или Б возможно только при нижнем положении балок 8а или 8б.

При поступлении обработанной трубы на ролики «приемного рольганга» А (или Б) подается команда на подъем подвижных балок 8а (или 8б), выполняемый гидроцилиндром 5а (или 5б). Крайнее верхнее положение балок с трубой фиксируется конечным выключателем ВК… (или ВК…)

При отсутствии труб на роликах «сборного рольганга» в районе шаговых балок подается команда на перемещение балок 8а (или 8б) с трубой в сторону «сборного рольганга», выполняемое гидроцилиндром 6а (или 6б). Крайнее положение балок 8а (или 8б) в этом случае фиксируется конечным выключателем ВК… (или ВК…).

Подается команда на опускание балок 8а (или 8б), выполняемое гидроцилиндром 5а (или 5б). Крайнее нижнее положение балок 8а (или 8б) фиксируется конечным выключателем ВК… (ВК…). Перенесенная труба опущена на первые (по ходу переноса трубы) ложементы 10 на стационарных балках 9а (или 9б).

Подается команда на возврат балок 8а (или 8б) в исходное положение [перемещение от «сборного рольганга» к «приемному рольгангу» А (или Б)], выполняемый гидроцилиндром 6а (или 6б). Возврат балок 8а (или 8б) в исходное положение фиксируется конечным выключателем ВК… (или ВК…)

Последующие циклы переноса труб выполняются аналогичным образом, поочередно с «приемных рольгангов» А или Б, отличия только в том, что во 2-м цикле поднимаются две трубы - одна с ложементов стационарных балок, вторая - с приемного рольганга. В 3-м и во всех последующих циклах поднимаются и переносятся три трубы - первая труба со вторых ложементов стационарных балок на «сборный рольганг», вторая - с первых ложементов стационарных балок на вторые ложементы, третья - с «приемного рольганга» на первые ложементы стационарных балок.

3. Расчётная часть

Определение индикаторной мощности силового поршня гидроцилиндра

Расчетная схема

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определим вес конструкции

G=G1+2G2+Gтр

где, G1-вес траверсы; G1=15,050кН

G2 - вес одной балки; G2=26,1кН

G3 - вес труб; G3=5700x6=342кН

G=15,05+2x26,1+342=409,25кН

Принимаем G=410кН

Самое нагруженное состояние-среднее

М_G=410x0,122=50,02кН·м

Необходимое усилие гидроцилиндра

Р_г.ц.=50,02/0,595=84,067кН

Выбираем гидроцилиндр с диаметром поршня Dп=125 мм, давлением Р=100 атм (а у нас Р=125 атм).

Усилие гидроцилиндра при Р=100 атм:

Момент от гидроцилиндра при Р=100 атм:

>М_G=50кН·м

Максимальное усилие силового поршня гидроцилиндра:

Максимальный момент от гидроцилиндра при Р=125 атм:

Индикаторная мощность силового поршня гидроцилиндра:

N=P·V

где, Р - внешнее усилие на штоке

V - скорость поршня

N=122,7·0,05=6,135кВт