Расчет клети непрерывного стана ТПУ 30-102

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО “Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина”

Институт материаловедения и металлургии

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: “Расчет клети Непрерывного стана ТПУ 30-102”

Студент В. М. Севастьянов

группы ИШЗ-340102у

Преподаватель Е. Ю. Слукин доцент, к.т.н.

Екатеринбург 2017



Содержание

Введение

1. Описание цеха и основного оборудования

1.1 Сортамент цеха

1.2. Технологический процесс на ТПУ 30-102

1.3. Технологический процесс на участке стана

1.4 Основное и вспомогательное оборудование на участке стана

2. Расчет деталей клети на прочность

2.1 Расчет валков на статическую прочность

2.2 Расчет подушек рабочих валков

2.3 Расчет прочности нажимной гайки

2.4 Расчет на прочность предохранительного стакана

2.5 Расчет подшипников рабочего валка

2.6 Расчет на прочность станины рабочей клети непрерывного стана

3. Расчет деталей клети на упругость

3.1 Расчет коэффициента жесткости клети

3.2 Упругая деформация валков

3.3 Упругая деформация подушек

3.4 Упругая деформация нажимного устройства

3.5 Рассчитаем деформацию стакана для установки подпятника нажимного винта

3.6 Упругая деформация подшипников

3.7 Упругая деформация станины

Заключение

Библиографический список

Приложение



Введение

клеть прочность технологический деформация

Производству металла уделяется особое внимание, так как металл является основным материалом создания машин, механизмов для облегчение труда в жизни человека. Часто производство металла определяет мощь и оборону государства.

В общем цикле производства металла прокатное производство является завершающей стадией. Сортамент проката очень широк: балки, рельсы, трубы, сортовой прокат и многое другое. Прокатные изделия применяются при сооружении объектов энергетики, мостов, транспортных магистралей, гражданского и жилищного строительства. Поэтому подвергается около 90% выплавляемого металла. «Первоуральский новотрубный завод», на его долю приходится 11% выпускаемых в стране труб. Завод располагает почти всеми основными технологиями производства трубной продукции. Выпускает свыше 25 тысяч типоразмеров и профилей труб из более 200 марок углеродистых, легированных и нержавеющих сталей по 34 государственным и 25 иностранным стандартам. Продукция предприятия поставляется в 25 стран мира. Диапазон потребителей продукции завода весьма широк от компаний ТЭК, которым ПНТЗ поставляет насосно-компрессорные, обсадные трубы до предприятий медицинской отрасли, для которых производятся капиллярные трубы диаметром до 0,1 мм.

Основной продукцией завода является:

- Трубы бесшовные горячедеформированные диаметром 32-219 мм

- Трубы электросварные малого диаметром 4-76 мм

- Трубы холоднодеформированные диаметром 0,1-180 мм

-Трубы профильные, переменного сечения

-Трубы футерованные

Производство труб постоянно совершенствуется, появляется новые проекты по реконструкций устаревших цехов. Одной из наиболее перспективных технологий является способ раскатки труб на трех валковых клетях непрерывного стана.



1. Описание цеха и основного оборудования

1.1 Сортамент цеха

Способ производства труб на ТПА с непрерывным станом является перспективным и самым производительным. Непрерывной прокаткой трубы называется прокатка труб одновременно в нескольких клетях на длинной оправке. В настоящее время ТПА с непрерывным станом широко применяются как в производстве труб для топливо-энергетического производства (ТЭК). Расход труб на ТЭК составляет около 70 % и особое внимание уделяется трубам нефтяного сортамента из непрерывной заготовки. Применение непрерывной заготовки снижает стоимость трубы. Широкое применение различного сортамента нефтяных труб требует создание труб повышенными прочностными свойствами, для этого применяются более совершенные резьбовые соединения.

В цехе №8 изготавливают бесшовные горячедеформированные трубы общего назначения, котельные, прецизионные, газлифтные, насосно-компрессорные, заготовка для холодного передела. Предусмотрено изготовление труб, как по отечественным так и по иностранным стандартам.

Сортамент для ТПА 30-102 принимает в соответствие с ГОСТом 8732-78 (таблица1).

Таблица 1

Сортамент производства труб в цехе №8

Наружный диаметр, мм	Толщина стенки, мм	Длина, м
32	2,9*; 3,0; 3,2; 3,5; 4,0	Немерная длина от 5,8 до 11,8 Мерная - в пределах немерной Кратная мерной в пределах немерной с припуском на каждый рез по 0,005 м.
33,4*	2,9*; 3,0; 3,2; 3,5; 4,0
33,7	2,9*; 3,0; 3,2; 3,5; 4,0
38	3,0; 3,2; 3,5; 4,0; 4,5
42	3,0; 3,2; 3,5; 4,0; 4,5
42,4	3,0; 3,2; 3,5; 4,0; 4,5
45	3,5; 4,0; 4,5; 5,0
48,3	3,5; 4,0; 4,5; 5,0
50	3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0
51	3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0
Наружный диаметр, мм	Толщина стенки, мм	Длина, м
57	3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5
60	3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5
60,3	3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5
63,5	3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5
68	3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5
70	3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5
73	3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5
76	3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5
82,5	3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5
83	3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5
89	3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5
102	4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5
108	4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5

1.2 Технологический процесс на ТПУ 30-102

В настоящее время бесшовные горячекатаные трубы в цехе №8 производятся по установленной схеме (рис. 1).

Рис. 1 Производственные процесс на ТПА 30-102



Технологический процесс изготовления труб на агрегате с непрерывным станом состоит из следующих основных операций:

1 Приёмка заготовки;

2 Посад заготовки в печь;

3 Нагрев заготовки;

4 Резка заготовки;

5 Прошивка заготовки;

6 Раскатка гильзы на непрерывном стане;

7 Обрезка переднего и заднего конца «черновой» трубы;

8 Прокатка труб в калибрующих устройствах;

9 Нагрев труб в индукционных печах;

10 Прокатка труб в редукционном и калибровочном стане;

11 Порезка труб после редукционного стана;

12 Резание труб после редуцирования и калибрования;

13 Охлаждение и контроль качества труб на участке охладительного стола;

14 Отделка труб на поточных линиях;

15 Сдача труб.

Приёмка заготовки. Для изготовления труб применяют заготовку диаметром 150 мм. При приёмке производится взвешивание пакетов заготовки, визуальный контроль поверхности и выборочно проверяют: диаметр, длину штанг (6-12 м) и и маркировку. Предельные отклонения по диаметру. Измерение диаметра штанг производят с помощью кронциркуля и металлической измерительной линейки, длину - с помощью рулетки.

Посад заготовки в печь. Из особенностей конструкции секционных печей в прокатку задаются штанги мерной или кратной длины. Загрузка штанг на рольганги секционных печей осуществляется в шахматном порядке.

Нагрев заготовки. Нагрев заготовки до заданной температуры производят равномерно по длине и сечению в нагревательных секционных печах непрерывного действия, состоящих из секционной нагревательной части и камеры выдачи (8 зон, 51 секция). Для работы используется природный газ.

Правильностьность нагрева металла контролируется фотоэллектрическим пирометром, который измеряет температуру гильзы, выходящей из валков прошивного стана.

Тепловой режим печи контролируют по следующим пирометрам:

- температура подогретого воздуха по зонам;

- температура отходящего дыма в зонах дымопроводах, в дымоотводах на котлы;

- температура прошивки заготовки;

- расход газа и воздуха на зону;

- давление газа и воздуха в зонах коллекторов;

- температура поверхности металла.

Технико-экономические показатели работы печи:

- производительность, т/ч	65
- скорость движения заготовки, м/мин	2,6-2,7
- расход газа, м/ч	6600

Выдача заготовки из печи производится поочередно по одной штанге из каждого ручья. После выдачи трех штанг приступают к выдаче заготовки из другой печи.

Резка заготовки. Разрезка нагретой в печи заготовки производится на ножницах консольного типа с нижним резом.

Резка заготовки производится на длину в соответствии с графиком проката. Установку упора на заданную длину заготовки производит оператор. Длина последней отрезаемой заготовки мерной штанги должна находиться в пределах ±25 мм от установленного раскроя.

Прошивка заготовки. Прошивка заготовки производится с целью получения полой гильзы из сплошной заготовки. Для устойчивого протекания процесса ось заготовки, лежащей в приемном желобе, совмещают с осью прошивки. В валки прошивного стана заготовка подается пневматическим вталкивателем через вводную проводку. Валки рабочей клети приводятся в действие электродвигателем через шестеренную клеть, соединенную с рабочей клетью универсальными шпинделями на подшипниках качения.

Очаг деформации прошивного стана формируется валками и линейками. Нижняя линейка закрепляется в линейкодержателе неподвижно, верхняя закреплена в траверсе, которая может перемещаться вверх или вниз. Положением верхней линейки регулируют степень овализации гильзы. Валки, линейки и оправка, за исключением специально оговоренных случаев, непрерывно охлаждаются водой.

Раскатка гильзы на непрерывном стане. Прокатку труб в непрерывном стане производят для получения «черновых» труб с заданной толщиной стенки.

Гильза по рольгангу доходит до упора и пальцами выбрасывателя передаётся на наклонную решётку, на которой установлен специальный дозатор. Далее гильза по наклонной решётке поступает на входную сторону непрерывного стана, где в неё вводится оправка.

Для введения оправки гильза прижимается рычагом, который приводится в движение от пневматического цилиндра.

Непрерывный стан, предназначенный для прокатки труб одного диаметра, имеет девять двухвалковых клетей, установленных на общем постаменте. Клети расположены взаимно перпендикулярно и попеременно образуют угол 45є к горизонту. Все девять рабочих клетей стана одинаковы и только первая и последняя клети имеют соответственно вводную и выводную проводки. Кроме того, на предчистовых клетях № 6 и 7 установлены электрогидравлические нажимные механизмы системы гидроутонения концов труб.

В работу задаётся комплект оправок в количестве 22-24 штук. Допускается уменьшение количества оправок в комплекте до 20 штук, при дальнейшем уменьшении их количества темп прокатки снижают. Минимальное допустимое количество оправок в работе 16 шт. Перед подачей оправок в гильзы на них наносится технологическая смазка методом полива через спрейер в режиме циркуляции. Прокатанная труба с оправкой выходит из непрерывного стана в жёлоб со склизом, что позволяет быстро убирать трубу с оси прокатки.

Оправки извлекаются из прокатанных труб двумя цепными оправкоизвлекателями, расположенными параллельно линии непрерывного стана. Оправкоизвлекатель представляет собой бесконечную цепь, снабжённую захватами в виде вилок. Прокатанные трубы с оправками попеременно подаются шлепперами на ось одного из оправкоизвлекателей. Готовка оправки проходит через люнет извлекателя и захватывается одной из вилок, а труба упирается в кольцо люнета. При движении цепи оправка выходит из трубы и попадает на цепной транспортёр, который передаёт её на сдвоенный рольганг, транспортирующий оправки от обоих извлекателей в охладительную ванну. Охлаждение оправок в ванне осуществляют по 2-3 шт.

Охлаждённые оправки, проходя смазывающее устройство, доставляются рольгангом на входную сторону непрерывного стана и вновь используются для прокатки.

Обрезка переднего и заднего конца «черновой» трубы. После извлечения оправки труба направляется к дисковой пиле № 2, где отрезают задний конец трубы. На трубах малого диаметра (до 42 мм) кроме обрезки заднего конца производят обрезку переднего конца на дисковой пиле №1.

Прокатка труб в калибрующих устройствах. Все трубы после обрезки задних концов проходят через калибрующие устройства.

Для черновых труб диаметром 115 мм - диаметр после калибрующих устройств составляет 113-114 мм. Скорость прокатки в калибрующих устройствах устанавливается меньше или равной входной скорости трубы в редукционном или калибровочном стане.

Нагрев труб в индукционных печах. Нагрев черновых труб в индукционных печах производится для повышения и выравнивания температуры по длине и сечению перед редуцированием или калиброванием.

Перед редукционным и калибровочным станами установлено 14 индукторов мощность 12000 кВт и частотой 2500 Гц.

Индукционные установки оборудованы системой регулирования температуры, обеспечивающей выравнивание температуры трубы по ее длине в пределах 50єС, высокочастотными ИК-пирометрами «Термоскоп-004» (ТС-004), измерителями-регуляторами технологическими ИРТ 5920, безбумажными регистраторами «ЭКОГРАФ». Выравнивание температуры труб по длине осуществляется за счет изменения мощности генераторов и времени задержки на их включение.

Прокатка труб в редукционном и калибровочном стане. Редуцирование труб производят для получения необходимого диаметра и толщины стенки. На 24-х клетевом редукционном стане осуществляют прокатку труб диаметром от 32 до 114 мм, на 12-ти клетевом калибровочном стане - диаметром от 73 до 114 мм. В настоящее время практически весь сортамент труб агрегата прокатывают на редукционном стане, кроме крупных диаметров.

Число оборотов двигателей (главного, вспомогательного, чистовых клетей) устанавливают в соответствии с таблицами прокатки (номинальное значение). При изменении скорости прокатки число оборотов двигателей изменяют таким образом, чтобы соотношение числа оборотов главного и вспомогательного двигателей г оставалось постоянным.

Перевалку клетей редукционного и калибровочного станов производят:

- при переходе с одного диаметра прокатываемых труб на другой;

- при износе валков, степень износа и необходимость перевалки определяет сменный мастер;

- при появлении на трубах дефектов в виде прирезки, ужимов, буртов, штамповки и т.п.

При прокате котельных и экспортных труб на валках редукционного или калибровочного стана не должно быть прокатано более 1500 т труб с учетом данного вида труб.

Порезка труб после редукционного стана. После 24-х клетевого редукционного стана трубы разрезают летучей пилой горячего резания фирмы «KOCKS» на длины 10,0-24,0 м.

Летучая пила установлена в линии за редукционным станом, ее назначение заключается в резке, выходящей из редукционного стана трубы в соответствии с заданием заказа.

Резание труб после редуцирования и калибрования. После выхода из 12-клетьевого стана трубы передают на охладительный стол. При длине свыше 24 м трубы предварительно разрезают дисковой пилой на две части. Длину передней отрезаемой части устанавливают с помощью реле времени и фотоголовки, которая даёт команду на подъём двухручьевого сбрасывателя и разрезку.

Охлаждение и контроль качества труб на участке охладительного стола. Разрезанная труба транспортируется по разгонному рольгангу со скоростью до 11-13 м/с с тем чтобы обеспечить разрыв между трубами перед их поступлением в сбрасывающее устройство. Затем, попадая в паз между его рёбрами, труба тормозится и благодаря вращению барабана сбрасывается на настил винтовой секции охладительного стола.

Охладительный стол предназначен для охлаждения и транспортировки труб длиной 10,0; 24,0 м. На участке охладительного стола производится отбор технологических проб от готовых труб.

Технологические пробы служат для контроля размеров, качества наружной и внутренней поверхностей труб в процессе настройки стана и периодического контроля труб для своевременного устранения возникающих несоответствий.

Отделка труб на поточных линиях. Отделка труб на поточных линиях включает в себя операции правки, резки, торцовки, продувки, а также ремонта (дополнительной подрезки и/или торцовки) забракованных труб, целью которых является придание трубам свойств, требуемых заказом. Поточных линий шесть.

Правку труб в холодном состоянии осуществляют для устранения кривизны труб на 7-валковых правильных станах типа «20-114».

Резку труб осуществляют для получения необходимых длин готовых труб, обрезки утолщенных концов, подрезки переднего и заднего концов каждой трубы после правильного стана на дисковых трубоотрезных станках конструкции УЗТМ.

Торцовку труб производят для получения торцов труб без заусенцев и вырывов перпендикулярных к продольной оси. Она осуществляется на трубоподрезных станках моделей 2К84 и 2К84А. установленных попарно в линиях отделки.

После операции торцовки производится удаление окалины и стружки из труб с помощью продувочных камер. Продувочные камеры имеют по 3 форсунки, расположенные параллельно оси трубы. При пересечении трубой осей форсунок окалина выдувается струёй воздуха. После продувки трубы по поперечному транспортёру поступают на инспекционные столы УКК для визуально измерительного контроля.

Дополнительные операции контроля и отделки. К дополнительным операциям контроля и отделки труб относят:

- контроль труб на приборах неразрушающего контроля (в цехе установлено 4 прибора неразрушающего контроля, 2 вихретоковых ВД и 2 ультразвуковых УЗК);

- шаблонирование труб по всей длине;

- гидроипытания труб на гидропрессе на отсутствие течей и потери давления;

- нарезка фаски на торцах труб;

- маркировка клеймением или краской;

- дополнительные технологические испытания;

- нанесение защитного покрытия на трубы (в цехе №8 возможно нанесение двух видов покрытия - покрытие поверхности труб чёрным лаком и промасловка поверхности путём окунания в ванну;

- дополнительная упаковка (увязка в 4 нити с укруткой или морская упаковка, упаковка в пакеты шестигранной формы, упаковка в различные материалы).

1.3 Технологический процесс на участке стана

Прошитая гильза по рольгангам и передаточным решеткам скатывается в приемный желоб входной стороны непрерывного стана, куда поступает длинная оправка, предварительно прошедшая через промасловочную машину. Длина оправок непрерывного стана 19-20,3 метра. Оправка вводится в гильзу с помощью толкателя перемещения. При введении оправок в желобе гильза удерживается пневматическим зажимом.

Нагрев оправок производится в секционной печи обкатного стана.

Температура в рабочем пространстве печи в 2-х зонах, должна быть 800-1150 ⁰С. Время нагрева одной оправки 2,5-4 минуты.

Прокатка труб на оправках, имеющих дефекты в виде раковин, трещин, рисок, дающих отпечаток на внутренней поверхности трубы, а также на кривых оправках - запрещается.

Извлечение оправок из трубы.

После прокатки на непрерывном стане труба с оправкой передается поочередно по рольгангам перед сдвоенным извлекателем оправок. Трубы с оправкой рольгангом транспортируется к извлекателю оправок. Хвостовик оправки проходит в отверстие упорного люнета выдвигается на величину, необходимую для захвата его цепью. Цепь извлекателя останавливается, таким образом, закрепленный на ней захват не препятствует прохождению хвостовика оправки и находится на минимальном расстоянии от хвостовика после его остановки. Захват, установленный на цепи, со скоростью 1 м/сек подходит к хвостовику оправки снизу, захватывает его и начинает извлекать оправку из трубы, которая торцом упирается в упор люнета. Дальнейшее извлечение оправки из трубы происходит со скоростью 1,86 м/сек. Оправка по мере извлечения поддерживается опорами, расположенными на цепи. При извлечении следующей трубы транспортируется на выходной рольганг.

1.4 Основное и вспомогательное оборудование на участке стана

Основное и вспомогательное оборудование на участке стана ТПУ 30-102 представлено в таблице 2.

Таблица 2

Основное технологическое оборудование ТПУ 30-102

Наименование оборудования	Количество, шт.
Загрузочное устройство секционной печи	2
Секционная печь	2
Ножницы горячей резки	2
Прошивной двухвалковый стан	1
Толкатель гильз и оправки	1
Непрерывный 9-ти клетьевой справочный стан	1
Оправкоизвлекатель	2
Дисковая пила для обрезки заднего конца	1
Подогревательные проходные печи	28
24-х клетьевой редукционный стан	1
12-ти клетьевой калибровочный стан	1
Летучие ножницы	1
Летучая пила	1
Барабанный сбрасыватель	1
Холодильник	1

Непрерывные установки отечественной конструкции имеют девять одинаковых рабочих клетей. Индивидуальный привод рабочих валков предпочтителен, так как позволяет осуществлять более простую настройку и регулировку валков.

Эта конструкция имеет наклонное расположение двигателей и редуктора с цилиндрическими колесами (под углом 45⁰). Рабочая клеть включает станину закрытого типа, узел валков, верхний и нижний нажимные механизмы, и механизм осевой регулировки. Боковые поверхности окон станины облицованы сменными планками.

Опоры валков - четырехрядные подшипники качения, подушки валков - литые. Для повышения износостойкости боковые поверхности подушек, соприкасающиеся с облицовочными планками окон станины, имеют закаленный слой с твердостью 40HRС.

Верхние подушки имеют встроенное в них пружинное уравновешивающее устройство, благодаря которому обеспечивается постоянное прижатие подушек к нижним и верхним нажимным винтам и выборка зазоров в системе полушка- стакан- винт.

Верхний нажимной механизм предназначен для регулирования раствора между верхним и нижним валками. Сближение с помощью нажимных винтов, которое приводится во вращение от электродвигателя через червячно- глобоидные редукторы, соединенные между собой зубчатой муфтой. Нижнее нажимное устройство предназначено для установки нижнего валка на ось прокатки. Привод нижнего нажимного устройства - ручной.

Рабочие валки имеют возможность перемещаться относительно друг друга с помощью осевой регулировки. Механизм которой крепят на приливах станины. Крышки подушек рабочих валков с не приводной стороны снабжены выступами, которые зажимаются между приливами рычагов. Сведение одной пары рычагов и разведение другой винтовыми стяжками перемещает валок в осевом направлении. Механизм осевого регулирования обеспечивает так же жесткое закрепление подушек рабочих валков. А значит, и самих валков в осевом направлении.

В 9-и клетьевом стане перемещение валков осуществляется в шестой и седьмой клетях, которое осуществляется электрогидравлическим нажимным механизмом, встроенном в нажимной винт, что обеспечивает независимую установку самого валка в исходное положение с помощью электродвигателя, расположенного на клети. В полом нажимном винте размещен поршень, перемещающийся относительного самого винта.

С помощью поршня обеспечивается дополнительное перемещение валка в пределах до 0,5 мм. Подача масла в полость гидроцилиндра осуществляется через дроссельный распределитель, который связан с шаговым электродвигателем. Шаговые двигатели являются исполнительными механизмами системы программного управления дроссельными распределителями. Гидравлическая система питается от насосно-аккумуляторной станции, обеспечивающей давление в системе до 32 МПа.

Величину дополнительного обжатия и длину утонения концов определяют числом шагов шаговых двигателей и скоростью их вращения. Регулирование раствора валков осуществляют перемещением только верхних валков; длительность этого процесса 0,1…0,15 секунд. Диаметр поршня гидроцилиндра составляет 250 мм, что обеспечивает высокое давление в шестой и седьмой клетях (до 2,5 МН).

Применение наклонных двигателей (под углом 45⁰) позволяет исключить из состава привода тяжело нагруженные быстроходные конические редукторы, что обеспечивает более удобную эксплуатацию привода и повышает его долговечность.

Входная сторона непрерывного стана содержит механизмы для задачи оправки в гильзу и совместной их задачи в валки первой рабочей клети стана. В линии приемного желоба установлены две пары фрикционных роликов, которые сходятся на гильзу с помощью пневмоцилиндра и задают гильзу с оправкой в стан.

При прокатке в непрерывном стане на удерживаемой оправке применяют механизм реечного типа с приводом, позволяющим регулировать скорость подачи. Удерживание оправки производится с самого начала прокатки, с весь процесс протекает при постоянной скорости оправки.

Величину и скорость перемещения оправки определяют по заданному алгоритму на основании фактических скоростей валков и взаимного положения гильзы и оправки перед прокаткой. На входную сторону станов продольной прокатки подают технологическую смазку. Наиболее успешно эту операцию осуществляют в непрерывном стане, где смазку наносят на оправку набрызгиванием раствора солей. Эта операция механизирована. Сцепление нанесенного слоя смазки с поверхностью оправки оказывается достаточно прочным, так что фрикционные ролики задачи оправки в гильзу не нарушают этого сцепления. На выходной стороне установлен отводящий рольганг, по которому черновая труба с оправкой подается к оправкоизвлекателям цепного типа, представляющим собой бесконечную цепь с одной ведущей звездочкой.

По окончании прокатки головкой с оправкой возвращают в исходное положение, оправку сбрасывают с линии прокатки и отправляют на смазку. А на линию прокатки подают гильзу и новую оправку.

Выходной рольганг оснащен тормозными устройствами и специальным упором. Для поглощения энергии удара. Трубы при этом упирается в кольцевой люнет. Извлечение оправки может осуществляться и при помощи фрикционного оправкоизвлекателя. Извлеченная оправка рольгангом подается в ванну для охлаждения.



2. Расчет деталей клети на прочность

2.1 Расчет валков на статическую прочность

Расчет деталей клети на прочность выполнялся по методике, приведенной в работе [4].

При расчете на статическую прочность прокатный валок условно представляют, как балку, лежащую на двух опорах и загруженную силами и крутящими моментами. На рисунке 2 приведена схема сил, действующих на рабочий валок прокатной клети 9-клетьевого стана ТПУ 30-102.

Рис. 2 Расчетная схема рабочего валка. Размеры указаны в мм

Усилие на один валок



где P_max - давление металла на валки, кН.

Расстояние между подшипниками L=820 мм.

Определяем реакции в опорах

В силу того, что диаметр бочки D обычно бывает существенно больше диаметра шейки валка d, напряжениями кручения в бочке обычно пренебрегают и рассчитывают бочку только на изгиб, а шейку - на изгиб и кручение.

Максимальные напряжения изгиба в бочке валка рассчитывают по формуле:

,

где М_из - максимальный изгибающий момент, кН?м;

W_из - момент сопротивления бочки валка изгибу, м³.

.

Максимальные изгибающие напряжения в шейке валка возникают по галтели (в месте соединения шейки и бочки валка) и равны:

,

.

Наибольшие касательные напряжения кручения получаются в приводной шейке валка и составляют:

где =0,2?d3 - момент сопротивления шейки кручению.

Крутящий момент, действующий на одну шейку рабочего валка.

Суммарное напряжение в шейке определяют в зависимости от материала валка:

- для стальных валков по 4-ой теории прочности:



Для концевой части в виде лопасти универсального шарнира (см. рис. 3) определяют напряжение в двух сечениях.

Рис. 3 Форма концевой части прокатного стана

В сечении I-I рассчитывают напряжение изгиба и кручения:

,

=8599,5

? - коэффициент, учитывающий отношение сторон лопасти и принимающий значение 0,25ч0,30.

Суммарное напряжение находят в зависимости от материала валка.

- для стальных валков по 4-ой теории прочности

Допускаемые напряжения:

где QT - предел текучести материала валка, МПа;

- допускаемый коэффициент запаса прочности, = 1,2 … 1,8;

Принимаем = 1,6

Материал валка - сталь 45, термическая обработка - улучшение.

Q_T= 440 Мпа

Статическая прочность валка обеспечена.



2.2 Расчет подушки рабочего валка непрерывного стана

Подушки изготовлены из литой марки стали 25Л с пределом прочности Q_т=550 МПа.

Прочность подушки проверяют исходя из максимального усилия, действующего на нажимной винт (максимальные реакции на шейку валка от усилия прокатки R_max) и момента трения в подшипниках валков, стремящего повернуть подушку (см. рис. 4) в направлении вращения валка. Со стороны станины этому повороту подушки препятствует сила Q, определяемая по формуле:

где d - диаметр шейки валка, мм;

- высота подушки, мм;

f - коэффициент трения в шейках валков, выбираемый в зависимости от типа подшипника по таблице.

В опасном сечении А подушки возникают напряжение изгиба Q_из од действием силы Q и напряжения сжатия Q_сж под действием силы R_мах (см. рис. 4).

Суммарные напряжения равны:

Напряжение изгиба в опасном сечении подушки определяют по формуле:

где y - расстояние от нижнего края подушки (точки приложения сил Q)

до центра тяжести опасного сечения, мм;

- ширина подушки, мм;

- высота опасного сечения, мм.

Рис. 4 Схема нагружения подушки с подшипниками качения

Напряжения сжатия рассчитывают по формуле:

где - площадь поверхности соприкосновения подушки с подпятником нажимного винта.



Суммарные напряжения в опасном сечении будут равны:

Коэффициент запаса прочности подушки рассчитывают по формуле:

Таким образом, условие прочности выполняется.

2.3 Расчет прочность нажимной гайки

Расчет на прочность нажимного винта прокатной клети непрерывного стана представлена на рис. 5.

Рис. 5 Конструкция узла нажимного винта рабочей клети непрерывного стана ТПУ 30-102

Схема нагружения винтового нажимного устройства показана на рис. 6. Нажимной винт вращается в гайке. Установленной в поперечине станины рабочей клети.

Рис. 6 Расчетная схема винтового нажимного устройства

Рассчитываем на прочность гайку нажимного механизма рабочей клети непрерывного стана ТПУ 30-102.

Размеры гайки с упорной резьбой по ГОСТ 10177-82

D_г = 270 мм

H_г = 270 мм

d_0г = 225 мм

d_1г = 186,5 мм

d = 200 мм

S = 8 мм

B = 5 мм

Материал гайки - Бр.АЖ 9-4Л.

Максимальная реакция на винт от усилия прокатки R_мах = 500 кН.

Рассчитываем напряжение смятия на поверхности соприкосновения гайки с поперечиной станины по формуле:

Определяем количество витков гайки, находящееся в зацеплении:

и усилие, действующее на виток резьбы:

Напряжение смятия резьбы гайки рассчитываем по формуле:

Напряжение изгиба в резьбе рассчитываем по формуле:

Напряжение среза в резьбе рассчитываем по формуле:

Рассчитываем коэффициенты запаса прочности при Q_в = 400 МПа и = 270 МПа

- для поверхности соприкосновения гайки с поперечиной станины

- для резьбы гайки по напряжениям смятия

- для резьбы по напряжениям изгиба

- для резьбы по напряжениям среза

Результаты расчета свидетельствуют, что условия прочности нажимной гайки выполняются, так как коэффициенты запаса прочности превышают допустимое значение.

2.4 Расчет на прочность предохранительного стакана

Рабочая часть непрерывного стана ТПУ 30-102 оснащена предохранительным стаканом, установленным между нажимным винтом и подушкой. Предохранительный стакан (рис.7) выполнен из чугуна.

Рис. 7 Схема предохранительного стакана

Опасным сечением стакана (см. рис. 7) является поверхность перехода внутренней мембраны (предохранительный элемент) стакана в стенку. В этом сечении под действием силы R_max возникают напряжения изгиба Q_из и среза, которые рассчитываются по формулам:

где S- толщина мембраны;

d₀ - внутренний диаметр нижней выточки стакана;

d_П - диаметр пяты винта.

Полученный результат свидетельствует, что условие прочности предохранительного кольца выполняется, и предохранительное устройство будет выполнять свои функции, так как коэффициент запаса прочности остальных элементов клети больше 5.

2.5 Расчет подшипников рабочего валка

Проведем расчет конических четырехрядных роликовых подшипников, так как при малых габаритах они воспринимают значительные радиальные нагрузки.

Рис. 8 Схема подшипника роликового конического четырехрядного

Динамическая грузоподъемность радиально-упорного конического четырехрядного роликого подшипника 2077160 - С = 2950 кН.

Реакции в опорах определены ранее

Эквивалентная нагрузка

где V - коэффициент вращения внутреннего кольца;

V = 1- вращается внутреннее кольцо подшипника.

R_А - радиальная нагрузка, кН;

К_Б - коэффициент безопасности;

К_Б = 1,5 - умеренные толчки, вибрации, кратковременные перегрузки до

150 % от номинальной нагрузки.

К_Т - температурный коэффициент.

К_Т = 1 при температуре подшипника ? 1050С.

Расчет на время эксплуатации, млн.об.

,

где m - показатель степени кривой усталости; для роликоподшипников m = 10/3.

Срок эксплуатации подшипника при максимальной нагрузке

,

где n_В - частота вращения рабочего валка, мин-1.

Эквивалентный срок эксплуатации подшипника

,

где- коэффициент эквивалентности для тяжелого режима нагружения.

Как видим, требуемая динамическая грузоподъемность для конического роликого подшипника находится в допустимых пределах, что способствует оптимальной работе стана.

2.6 Расчет на прочность станины рабочей клети непрерывного стана

Станина закрытого типа представляет собой литую массивную жесткую раму; в середине ее сделано окно, в котором устанавливаются подушки с подшипниками. В нижней части станины имеются лапы, которыми она крепится к плитовинам. Станины такого типа прочные и жесткие и применяются в рабочих клетях блюмингов, слябингов, тонколистовых станов горячей и холодной прокатки.

Расчет станины на прочность заключается в нахождении напряжений в характерных сечениях и сравнении их с допустимыми напряжениями (нахождение коэффициента запаса прочности).

Для упрощения расчетов станину закрытого типа представляют в виде жесткой прямоугольной рамы, состоящей из двух одинаковых стоек и двух поперечин.

На рис. 9 показано положение характерных сечений.

Форма и размеры характерных сечений показаны на рис.10.

Рис. 9 Схема станины

Рис. 10 Характерные сечения

Определяем для каждого сечения положение нейтрального слоя, совпадающего с центром тяжести сечения. Координаты центра тяжести сечения относительно оси X1 - X1

где F_i- площади участков сечения;

а_i- расстояния от центра тяжести соответствующего участка сечения до оси X1 - X1;

F_I, F_I, F_III - площади сечений _I-I, _II-II и _III-III соответственно.

Моменты инерции сечений

где b_i - ширина соответствующих участков сечения;

h_i - высота соответствующих участков сечения;

А_i - расстояние от центра тяжести участков сечения до оси X-X.

Моменты сопротивления сечений относительно оси X - X.

где d_I, d_II - расстояния от крайней точки сечения до оси X -X.

Определяем длины нейтральных линий

Статически неопределимый момент рассчитываем по формуле:

- для прямоугольной поперечины

Под действием статически неопределимого момента и силы в поперечинах возникают напряжения изгиба, а в стойках - напряжения изгиба и растяжения.

Эти напряжения в опасных сечениях станины рассчитываем по формулам:

в нижней и верхней поперечинах

в стойках

Определяем коэффициенты запаса прочности, приняв предел прочности материала станины уВ = 600 МПа:

для нижней поперечины

для стойки

для верхней поперечины

Условие прочности выполняется для всех элементов станины, так как расчетные коэффициенты запаса прочности больше допустимого 10. Наиболее слабым местом станины являются поперечины.



3. Расчет деталей клети на упругость

3.1 Расчет коэффициента жесткости клети

Жесткость рабочих клетей - один из важнейших факторов, определяющих точность размеров проката. Количественно жесткость клети оценивают коэффициентом (модулем) жесткости, равным

где Р - полное усилие прокатки, кН;

- общая упругая деформация всех элементов рабочей клети под действием усилия Р.

Для определения коэффициента жесткости клети необходимо при известном усилии прокатки рассчитать ее общую упругую деформацию, которая равна сумме упругих деформаций всех ее деталей:

3.2 Упругая деформация валков

Деформация рабочих валков сортовых станов определяется их прогибом под действием сосредоточенной силы.

Если прокатка ведется в калибре, расположенном по середине бочки валка при , то величину прогиба можно рассчитать по формулам, приняв В=0:

где Р_В - давление прокатки на один валок, кН;

С - расстояние от края бочки валка до точки приложения усилия на шейку валка, мм;

D - диаметр валка по дну калибра, мм;

d - диаметр шейки валка, мм;

А - расстояние между опорами валка, мм;

Е - модуль упругости материала валка, МПа;

G - модуль сдвига материала валка, МПа.



3.3 Упругая деформация подушек

Подушка валка претерпевает упругую деформацию сжатия, величину которой определяют ориентировочно по формуле

мм,

где - реакция усилия прокатки на шейку валка, кН;

, , - размеры подушки, мм;

Е_П - модуль упругости материала подушки, МПа.

Одновременная деформация двух подушек (верхней и нижней) будет равна

3.4 Упругая деформация нажимного устройства

Общую упругую деформацию винтовой пары от действия усилия на шейку валка определяют по уравнению:

,

где - упругая деформация тела и резьбы гайки;

- упругая деформация тела винта на участке между пятой и гайкой;

коэффициент 1,1 учитывает упругое сжатие подпятника нажимного винта.

где Н_Г - высота гайки, мм;

D_Г - внешний диаметр гайки, мм;

d - внутренний диаметр резьбы гайки, мм;

Е_Г - модуль упругости материала гайки, который можно принимать для бронзовой гайки (1.01.15)105 МПа.

0,0407мм

Деформация тела винта на участке между пятой и гайкой

где Н₁ - высота сжимаемой части нажимного винта;

d₂ - диаметр винта;

Е_В - модуль упругости материала нажимного винта.

Рассчитаем деформацию стакана для установки подпятника нажимного винта

где R_MAX - усилие, воспринимаемое деталью, кН;

Н и F - соответственно высота и площадь поперечного сечения детали;

E - модуль упругости материала детали, МПа.

3.6 Упругая деформация подшипников

Упругую деформацию одного подшипника качения рассчитывают по формуле

мм,

где n - число рядов роликов в подшипнике;

z - число роликов в одном ряду;

- диаметр ролика, мм.

Упругая деформация двух подшипников качения

3.7 Упругая деформация станины

Общая деформация станины в вертикальном направлении равна

где - упругий прогиб двух поперечин от действия изгибающих моментов;

- деформация поперечин от действия поперечных сил;

- удлинение стоек от действия продольных сил.

Составляющие , , рассчитывают с учетом формы станины.

Для станины, имеющей прямоугольную форму

Рассчитаем суммарную деформацию рабочей клети по формуле

Определяем коэффициент жесткости клети



Заключение

В курсовом проекте рассмотрена клеть непрерывного стана ТПУ 30-102, выполнены расчёты деталей клети на прочность и жесткость. Условие прочности для всех рассмотренных элементов клети выполняется, следовательно, детали клети подобраны рационально.



Библиографический список

1. Биргер И. А. и др. Расчет на прочность деталей машин: Справочник / И. А. Биргер, Б. Ф. Шорр, Г. Б. Иосилевич. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1993. 640 с: ил.

2. Целиков А.И. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Том 3. Машины и агрегаты для производства и отделки проката. Учебник для вузов / А.И. Целиков, П.И. Полухин, В.М. Гребеник и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия. 1988. 680 с.

3. Гладышев Р.М. и др. Механическое и транспортное оборудование трубных цехов / Р.М. Гладышев, В.В. Паначев. М.: Металлургия. 1975. 352 с.

4. Расчеты рабочих клетей прокатных станов (методика и примеры): Методическое пособие / В.А. Шилов, Ю.В. Игнатович. 2-е изд., перераб. и доп. Екатеринбург: УГТУ-УПИ. 2003. 65 с.

Размещено на Allbest.ru

...