Расчет рабочей клети стана продольной прокатки ДУО-140 в цехе Т-2 "ОАО СинТЗ"

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Министерство образования и науки РФ

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет»

им. первого Президента РФ Б.Н.Ельцина

филиал в г. Каменске-Уральском

Кафедра «Обработка металлов давлением»

Расчет рабочей клети стана продольной прокатки ДУО-140 в цехе Т-2 «ОАО СинТЗ»

Курсовой проект

Руководитель

доцент, к.т.н. Слукин Е.Ю.

Студент гр.

МТВ 48082-КУ Ардашев Е.А.

Екатеринбург 2012

РЕФЕРАТ

В данном курсовом проекте рассмотрен стан продольной прокатки ДУО 140, приведено описание рабочей клети стана и взаимодействие элементов стана во время работы. Выполнены расчеты на прочность основных узлов и механизмов, рассчитана жесткость клети.

ВВЕДЕНИЕ

клеть стан сплав валок

Открытое акционерное общество «Синарский трубный завод» (ОАО «СинТЗ) - одно из крупнейших специализированных предприятий России по производству широкого ассортимента труб различного диаметра и толщины стенки. Входит в Трубную металлургическую компанию (ТМК) - одну из ведущих мировых холдингов по производству стальных и чугунных труб.

На оборудовании завода выпускаются:

все виды труб нефтяного сортамента: бурильные, обсадные, насосно-компрессорные и газонефтепроводные;

бесшовные трубы общего назначения от капиллярных до диаметра 168 мм;

трубы для котлов низкого и высокого давления;

трубы широкого назначения из нержавеющей стали и сплавов на основе титана;

- стальная лента.

Технологический процесс производства бесшовных горячедеформированных труб на трубопрокатном агрегате (ТПА-140) имеет ряд последовательных операций. Основными являются подготовка металла к прокатке; нагрев металла перед прокаткой; прошивка заготовки в гильзу; прокатка труб в автоматическом стане; риллингование в обкатных машинах; подогрев металла; калибровка или редуцирование труб, их охлаждение; отделка; приемка и сдача годных труб на складе готовой продукции.

В курсовом проекте рассмотрен стан продольной прокатки ДУО 140 в составе ТПА-140.

1. ОПИСАНИЕ ПРОКАТНОГО СТАНА ПРОДЛЬНОЙ

ПРОКАТКИ ДУО -140

1.1 Сортамент продукции ТПА-140 по номенклатуре и сплавам

В цехах, где установлены агрегаты с автоматическим станом ТПА-140, производят бесшовные горячедеформированные трубы широкого сортамента из углеродистых, легированных и высоколегированных сталей разного назначения. Сортамент горячекатаных труб показан в таблице.

Таблица 1

Сортамент горячекатаных труб (мм), изготовляемых на ТПА- 140

Трубы	DTЧST
Общего назначения из углеродистой и легированной сталей	(40-140)Ч(3,5-30)
Заготовки для холодного передела из углеродистой и легированной сталей	(76-140) )Ч(3,5-15)
Разного назначения из нержавеющей стали	(76-121) х (4,5-20)
Заготовки для холодного передела из нержавеющей стали	(76-114) х (4,5-15)
Прецизионные	(50-127) х (4-20)
Паропроводные качественные для судостроения	(114-140) х (4-25)
Бурильные	(60-114) х (7-11)
Обсадные	(114-140) х (6-11)
Насосно-компрессорные	(60-114) х (5-7)

Трубы изготовляются из сталей: 10, 20, 35, 45, 10Г2, 20Х, 40Х, 30ХГСА, 15ХМ и др. По длине трубы изготовляются: немерной длины от 4 до 12,5 м; мерной в пределах немерной; кратной мерной в пределах немерной с припуском на каждый рез 5 мм.

1.2 Исходная заготовка

Исходным сырьем для изготовления готовых товарных труб является:

а) для получения бесшовных горячедеформированных труб собственного проката ТПА-140 (диаметром от 73 до 168,3мм) - трубная заготовка круглого сечения, катаная или непрерывно - литая диаметром 120, 130, 140, 150, 156мм, получаемая в виде штанг длиной от 6,5 до 12,0м, овальностью до 8мм; кривизной не более 0,3% длины с косиной реза торцов не более 7мм. Материал заготовки - марки сталей 10, 15, 20, 30, 35, 45, 20Ф, 20К, 20ПВ, 20ЮЧ, 09Г2С, 12ГБ, 14Г1Ф, 14Г2Ф, 15ГФ, 15Х5М, 17ГС, 26ХМФА, 30ХМА, 30ХГС, 12Х1МФ, 32ХМА, 32ХГ, 32Г2, 37Г2С, 38ХНМ, 37ХГФ, 38Г2С, 40ХН, Д;

б) для изготовления бесшовных горячедеформированных труб, прочностные характеристики которых получают путем проведения термической обработки в цехе по производству труб нефтяного сортамента - из труб:

- групп прочности от Х-52 до Х-65 для нефтегазопроводных труб по требованиям API 5L;

- от Е до М для насосно - компрессорных и обсадных труб по требованиям ГОСТ и других стандартов, разработанных на их основе, а также от N(80) до C95 по требованиям API 5CT;

- от Е до М для бурильных труб по ТУ 14-3-1571, ГОСТ 633-80 и других технических условий (ТУ), а также G105, S135, X95 по требованиям API 5D, имеющих или не имеющих отделку концов;

в) комплектующие изделия:

- муфты для свинчивания резьбовых соединений насосно - компрессорных и обсадных труб групп прочности соответствующих группе прочности труб (в отдельных стандартах допускается использование муфт более высоких групп прочности);

- замки для приварки трением к бурильным трубам также соответствующих групп прочности;

- предохранительные детали (протекторы) комбинированного (металл и полимер) или цельнометаллического типа для защиты резьбы, фаски, внутренней поверхности труб.

1.3 Описание прокатного стана

Стан продольной прокатки предназначен для приема гильзы из прошивного стана, для прокатки гильзы через клеть с одноручьевыми валками на коротких конических оправках и передачи трубы к выходным сторонам трехвалковых обкатных станов.

Стан продольной прокатки входит в состав ТПА - 140 с производительностью 195 тыс.т/год. Стан продольной прокатки состоит из следующих последовательно расположенных узлов (рис. 1)

Подводящий рольганг.

Качающаяся решётка.

Скрывающийся упор.

Передний стол.

Рабочая клеть.

Задний стол.

Схема расположения оборудования стана продольной прокатки

Рис. 1

Подводящий рольганг служит для транспортировки прокатанных труб к задающим роликам. Состоит из 12 роликов с индивидуальным приводом, размещённых на двух рамах (9 роликов на одной раме и 3 ролика на второй раме).

Качающаяся решётка служит для приёма (и при необходимости выдачи вновь на рольганг) труб, которые по каким-либо причинам не могут быть заданы в данный момент в задающие ролики, и состоит из перекладывателя с приводом, собственно решётки и механизма качания решётки (трансмиссии). Перекладыватель представляет собой составной вал с насаженными на него шестью рычагами.

Скрывающийся упор служит для ограничения хода труб при нарушении ритма нормативной работы и представляет собой подвижную доску, расположенную в пазу станины. Перемещения доски упора производится пневмоцилиндром.

Передний стол установки продольной прокатки предназначен для задачи трубы в валки рабочей клети и собирания незаданных по какой-либо причине труб в карманы и включает в себя две пары задающих роликов с приводами, выбрасыватель и карманы.

Каждая пара задающих роликов соединена зубчатыми муфтами со специальным редуктором, который приводится во вращение от электродвигателя постоянного тока с регулируемой скоростью. Сведение роликов на трубу производится при помощи пневмоцилиндра. Для синхронизации сведения роликов подвижные корпуса связаны между собой зубчатыми секторами. Выбрасыватель имеет 4 рычага, приводится от пневмоцилиндра ПЦ 360х250.

Станы продольной прокатки (СПП), представляют собой две одинаковые двухвалковые клети, образующие шестигранный калибр и расположенные последовательно друг за другом («тандем» или полунепрерывный стан). Предназначены для раскатки гильзы с прошивного стана в черновую трубу, уменьшения разностенности трубы по сечению и длине. Двухвалковая конструкция калибра и метод прокатки - продольный, без вращения трубы в очаге деформации - образуют неизбежное течение металла в выпуски калибра, что обуславливает наличие на черновой трубе двух диаметрально противоположных буртов, которые частично раскатываются на втором стане продольной прокатки путем кантовки (поворота) трубы перед станом на угол 60 - 90є при уменьшении степени деформации. Краткая техническая характеристика СПП приведена в таблице.

Таблица 2

Техническая характеристика СПП

№ п/п	Наименование параметра	Единица измерения	Значение
1	Тип станины	-	закрытый
2	Диаметр рабочих валков	мм	от 585 до 645
3	Материал валков:
	3.1	СПП-1	-	сталь 60ХГ или чугун ТШХН-42
	3.2	СПП-2	-	чугун ТШХН-42
4	Длина бочки валка	мм	300
5	Осевая регулировка валков	мм	±10
6	Ход нажимного винта	мм	±50
7	Скорость подъема нажимных винтов	мм/с	0,14
8	Шаг винта	мм	6
9	Тип электродвигателя привода	-	постоянного тока
10	Мощность электродвигателя	кВт	1900
11	Частота вращения электродвигателя	об/мин	от 0 до 250
12	Длина стержня:
	12.1	СПП-1	мм	14600
	12.2	СПП-2	мм	16100
13	Материал оправок	-	Стали 140Х17Л,300Х32Н3ФЛ

Станы продольной прокатки служат для раскатки гильзы в трубу с заданной толщиной стенки. В цехе Т-2 ОАО «СинТЗ» установлен тандем - это два последовательно расположенных стана продольной прокатки (СПП №1 и СПП №2) с осевой выдачей трубы.

Прошитая гильза передается по транспортному рольгангу к переднему столу стана продольной прокатки №1 (СПП №1). В проводке перед станом установлен скрывающийся упор для ограничения хода гильз при нарушении ритма нормальной работы. Упор представляет собой подвижную доску, расположенную в пазу станины. Энергия удара поглощается пружинными амортизаторами.

Опускание и подъем доски упора производится пневмоцилиндром через рычажную систему. Таким образом, скрывающийся упор удерживает гильзу, если в стане еще не окончена прокатка предшествующей трубы.

Передний стол обоих станов предназначен для задачи гильзы в валки рабочей клети, а также для сбора в карманы незаданных по какой-либо причине гильз.

На переднем столе стана устанавливают две пары задающих фрикционных роликов (рис.2). Вращение роликов производится - от электродвигателя постоянного тока с регулируемой скоростью через конические передачи, а сведение и разведение их - от пневматического цилиндра через систему рычагов. При сближении роликов труба получает поступательное движение.

Сведение роликов на трубу производится двумя пневмоцилиндрами, один из которых имеет винтовой регулятор хода, необходимый для ограничения деформации трубы роликами. Для синхронизации сведения роликов подвижные корпуса связаны между собой зубчатыми секторами. Воздух в пневмоцилиндры подается для нерегулируемого ролика - в обе полости, а для регулируемого ролика - в полость, производящую сведение роликов.

Схема задающего механизма

1 - привод вращения роликов; 2 - пневмоцилиндр; 3 - ролики

Рис. 2

Перед задачей гильзы в валы СПП №2 необходимо произвести её кантовку на угол 900. Для этого служит рольганг перед задающими роликами, во время движения по которому гильза получает осевое вращение.

Угол между осью вращения роликов и перпендикуляром к оси прокатки в вертикальной плоскости может изменяться. Этот угол настраивает старший вальцовщик стана с учётом обеспечения необходимого угла кантовки.

Рабочая клеть представляет собой стальную станину закрытого типа с размещенными в ней двумя рабочими валками с подушками [7].

Кроме того, на клети размещены нажимное устройство, механизм осевой регулировки валков и механизма перехвата стержня. В подушках верхнего рабочего валка расположено пружинное уравновешивание (по 4 пружины на каждую подушку). Нажимные винты приводятся в вращение от электродвигателя через червячно-глобоидный редуктор. Хвостовики нажимных устройств имеют эвольвентное шлицевое соединение с червячными колесами редукторов. Наличие расцепной зубчатой муфты между редукторами дает возможность раздельной настройки нажимных винтов. Для ограничения хода нажимных винтов установлен конечный выключатель. Для отсчета величины хода валков один из винтов нажимного устройства снабжен лимбом с ценой деления 0,1 мм. Рабочие валки имеют возможность осевого регулирования с помощью механизма осевой регулировки.

Крышки подушек рабочих валков с неприводной стороны снабжены выступами. Эти выступы зажимаются между приливами рычагов осевой регулировки. Сведение одной пары рычагов и разведение другой пары рычагов винтовыми стяжками обеспечивает перемещение валка в осевом направлении.

Опорами рабочего валка являются четырехрядные конические подшипники, закрепленные на валках и в подушках.

Механизм перехвата стержня состоит из литого стального фланца и корпуса, обоймы, рычажной системы, сменных проводящих воронок и пневмоприводов перехвата и стержня. Обойма может поворачиваться относительно корпуса на подшипниках скольжения.

Выходная сторона - комплекс механизмов, обеспечивающих: удержание, центрирование и охлаждение стержня с оправкой во время прокатки; прием и транспортировку трубы после прокатки гильзы; смену оправки и регулировку ее местоположения в очаге деформации.

К этим механизмам относятся: механизмы выдающих роликов (с приводами) и центрующих роликов; узлы проводок; механизм перемещения стержня (с приводом); упорно-регулировочный механизм.

Выдающие ролики (4 пары) расположены с одинаковым шагом и предназначены для транспортировки трубы за пределы УРМ. Центрующие ролики (4 пары) предназначены для центровки стержня во время прокатки.

Центрующие и выдающие ролики собраны попарно: на одном корпусе вместе с узлом проводки монтируется одна пара выдающих роликов и одна пара центрующих роликов. Первая пара центрующих роликов (по ходу металла) имеет привод вращения от электродвигателя через низкооборотный редуктор, шестеренную клеть и карданные валы. Все это составляет механизм, предназначенный для перемещения стержня при смене оправки и в случае отскока стержня от упорной головки, вызванного силой упругой деформации в конце прокатки.

На выходной стороне размещено 9 узлов проводок. Задний стол оканчивается УРМ, предназначенным для удержания оправки и стержня, подвода к ним охлаждающей воды, а также регулировки местоположения оправки в очаге деформации. УРМ состоит из станины, на которой собран механизм, узла каретки и механизма перемещения каретки с приводом.

Механизм перемещения каретки включает в себя две винтовых пары и привод вращения винтов через червячные передачи. Поскольку винты, на которых посажены колеса передач, могут перемещаться в осевом направлении из-за износа опорных полуколец, то колеса выполнены не червячными, а цилиндрическими косозубыми. Вращение червяков осуществляется от электродвигателя переменного тока. Ограничение перемещения каретки в обе стороны производится посредством двух конечных выключателей.

Главные приводы СПП №1 и СПП №2 аналогичны. В состав привода входят 2 шпинделя, шпиндельный стул, двухвалковая шестеренная клеть с плитой, зубчатая муфта с промежуточным валом и электродвигатель постоянного тока.

Рольганг за СПП №1 служит для транспортировки прокатанной трубы к переднему столу СПП №2. Длина заднего стола СПП №2 увеличена соответственно габариту металла, и на столе находятся еще дополнительно пара центрующих и одна пара выдающих роликов.

Основная деформация гильзы (уменьшение диаметра и толщины стенки) осуществляется в первом проходе.

Валки автоматического стана образуют калибр, по форме близкий к закрытым калибрам (рис. 3). Выпуски с углом б=300 сопрягаются с образующей валка радиусом 8-20 мм. Раскатку трубы осуществляют в калибрах одного и того же диаметра или с понижением на 1-2 мм.

Диаметр оправок в СПП №1 на 2-4 мм больше чем в СПП №2. Вытяжка за проход в СПП №1 составляет 1,18-1,42, в СПП №2 1,08-1,15.

Схема калибра на стане продольной прокатки труб

1 - валки, 2 - труба,3 - оправка

Рис. 3

1.4 Описание рабочей клети

Настройка клети в линии стана на заданный типоразмер труб производится нажимным устройством и механизмом осевой регулировки после перевалки при помощи шаблонов в соответствии с калибровкой установленных валков.

Настройка клети начинается с установки верхнего валка по оси прокатки. Для этого шаблон плотно вводят в ручей верхнего валка, и производится его осевое перемещение до совпадения оси шаблона с базовой меткой на клети (осью прокатки).

Настройка нижнего валка производится путем его перемещения относительно верхнего до полного совмещения контура калибра с шаблоном. Зазоры между валками с обеих сторон должны быть одинаковыми, на новых не более 5мм, на изношенных не менее 1 мм. Контроль зазоров производится с помощью отожженной стальной проволоки диаметром 6мм.

Настройку задающих роликов при ремонтах производят таким образом, чтобы расстояние между сведенными роликами СПП №2 было на 5-7 мм меньше высоты калибра СПП №1, а для СПП №1 - на эту же величину меньше диаметра гильзы.

Установку стержня производят с расчетом, чтобы середина цилиндрического пояска оправки совпадала с плоскостью, проходящей через оси рабочих валков.

Для улучшений условий захвата и прокатки разрешается подавать стержень вперед (при прокатке трубы с толстой стенкой) или назад (при прокатке трубы с тонкой стенкой) на 5-10 мм. При оптимальной настройке оправка работает конической и цилиндрической поверхностями [2].

2. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ РАБОЧЕЙ КЛЕТИ

2.1 Расчет валков на прочность

Расчет рабочей клети на прочность производился согласно методике [3]. Так как нагрузка на валок несимметричная относительно опор, вначале нужно определить реакции на шейки валка из условия равновесия сил и моментов Валки прокатных станов работают в условиях непрерывного истирания их металлом прокатываемых труб, резко меняющегося температурного режима, испытывают большие динамические нагрузки. Их прочность и жесткость также влияют на точность проката, как прочность и жесткость других элементов клети. Схема и эпюра моментов валка представлены на рис. 5.

Схема и эпюра моментов валка

Рис. 5

Рассчитаем реакции от усилия прокатки на шейки валка по формуле:

R2= P x /a; R1= P - R2

R2= 825·0.375/ 0.750= 412,5 кН.

Т.к. нагрузка на валки симметричная, то R2=R1

Изгибающий момент в сечении ручья определяем по формуле

Мизг = R1· х. ;

Мизг = 412,5 · 0,375= 154,68 кН·м.

Напряжение изгиба в сечении ручья определяем по формуле

из. = = ,

где Мизг - изгибающий момент, действующий в рассматриваемом сечении бочки валка;

Wб - момент сопротивления поперечного сечения валка на изгиб;

D - диаметр валка по дну калибра, Dmin = 0,428м.

где Р - усилие металла на валок, Р = 825 кН;

а - расстояние между центрами подшипников, а = 0,750 м;

х - расстояние от середины калибра до центра подшипника со стороны шпинделя, х = 0,375 м.

уиз.=154,68·10-3/0,1·0,4283=19,72 МПа

Напряжения изгиба в приводной шейке валка определяем по формуле

уизг. ш =R2· Lш / 0,2d3

где Lш - длина шейки валка, Lш = 0,750 м;

d - диаметр шейки, d = 0,3 м.

уизг. ш =412,5 · 0,750 · 10-3/0,2 · 0,33= 57,29 МПа.

Напряжения кручения в приводной шейке валка определяем по формуле

фкр= Мкр/ 0,2 · d3 ;

фкр= 167,4 · 10-3 / 0,2 · 0,33= 31 МПа.

Валок выполнен из стали, суммарное напряжение в шейке валка определим по формуле:

уш =

уш ==78,51 МПа.

Напряжение в приводной части валка определяем по формуле

;

Коэффициент запаса прочности в бочке валка, принимаем по таблице ув=580МПа,

n= 580/19,72=29,4

в шейке валка

n = 580/78,51=7,38

фв=0,7·ув=0,7·580=406 МПа.

в концевой части

n= 406/41.11=9.87

Все элементы вала имеют коэффициент запаса прочности выше допустимого [n]=5. Условия прочности выполняются.

2.2 Расчет на прочность подушек опорного валка клети

Материал подушек - литая сталь марки 25Л с пределом прочности ув=520 МПа [2].

Прочность подушки проверяют, исходя из максимального усилия, действующего на нажимной винт и момента трения в подшипниках валков, стремящегося повернуть подушку (рис.6) в направлении вращения валка. Со стороны станины этому повороту подушки препятствует сила Q, определяемая по формуле:

Q=Rmaxfd/2aп,

где d - диаметр шейки валка;

ап - высота подушки;

f - коэффициент трения в шейках валков, выбираемый в зависимости от типа подшипника (для подшипника качения f=0,003) [8].

Q=825?0,003?0,3/2?0,638=0,58кН

Схема нагружения подушки

Рис.6

В опасном сечении А-А подушки возникают напряжения изгиба уиз под действием силы Q и напряжения сжатия усж под действием силы Rмах. Суммарные напряжения равны:

уУ=уиз+усж.

Напряжения изгиба в опасном сечении подушки определяем по формуле:

уиз=Миз/Wиз=6Qу/bпh2,

где у - расстояние от нижнего края подушки до центра тяжести опасного сечения;

bп - ширина подушки;

h1 - высота опасного сечения.

уиз=6?0,58?10-3/0,68?0,232=0,99МПа.

Напряжения сжатия в опасном сечении подушки:

усж=Rmax/Sст,

где Sст - площадь поверхности соприкосновения подушки с предохранительным стаканом или с подпятником нажимного винта.

усж=825?10-3/0,008=103,12 МПа.

Суммарные напряжения в опасном сечении

уУ=0,99+103,12=104,11 МПа.

Коэффициент запаса прочности подушки

n=ув/ уУ;

n=550/104,11=5,28.

Расчётное значение коэффициента запаса прочности превышает допустимое [n]=5. Таким образом, условие прочности выполняется.

2.3 Расчет на прочность гайки нажимного механизма

Гайки к нажимным винтам изготавливают из бронзы марки БрАЖ9-4 (рис.7).

Гайка находится под действием реакции от усилия прокатки Rмах, поэтому тело гайки рассчитывают на смятие по поверхности её опоры на поперечину станины, а резьбу гайки рассчитывают на изгиб, смятие и срез [2].

Размеры гайки с упорной резьбой по ГОСТ 10177-82 : Dг= 0,12 м , Hг=0,26 м , dот=0,06 м, d=0,18 м , S= 0,008 м , В= 0,004 м.

Напряжение смятия на поверхности соприкосновения гайки с поперечиной станины рассчитывают по формуле

усм.г=

где Dг - наружный диаметр гайки, м;

dот - диаметр отверстия в поперечине станины для прохода нажимного винта, м.

усм.г=МПа.

Напряжения в витках резьбы гайки определяются величиной усилия, действующего на один виток Rмах/m, где m - число витков в гайке, определяемое в зависимости от высоты гайки Нг и шага резьбы S:

m=Нг/S.

Количество витков гайки, находящееся в зацеплении

m=0,26/0,008=32.

Расчетная схема винтового нажимного устройства

Рис.7

Усилие, действующее на виток резьбы

Rмах/m=0,8/32=0,025 МН.

Напряжение смятия резьбы гайки

усм.=

где d - внутренний диаметр резьбы гайки;

d1г - наружный диаметр резьбы гайки, который можно определить по приближённой формуле d1г=d-1,7S=0,1664 м.

усм.=0,025=50 МПа.

Напряжение изгиба в резьбе рассчитываем по формуле

уиз.=

где В - ширина витка резьбы у основания.

Уиз.=0,02? МПа.

Напряжение среза в резьбе

фср.=

фср.=МПа.

Рассчитаем коэффициенты запаса прочности при ув=500 МПа и фв=300 МПа (для БрАЖ9-4):

для поверхности соприкосновения гайки с поперечиной станины

n=500/74.3=6,7;

для резьбы гайки по напряжениям смятия

n=500/50=10;

для резьбы гайки по напряжениям изгиба

n=500/45,3=11;

для резьбы гайки по напряжениям среза

n=300/10=30.

Результаты расчёта свидетельствуют, что условия прочности нажимной гайки выполняются, так как коэффициенты запаса прочности превышают допустимое значение [n]=5.

2.4 Расчет на прочность винта нажимного механизма

В случае, если в процессе прокатки настройку зазора между валками не производят, принимают равным нулю.

Напряжение сжатие рассчитывают по формуле

Коэффициент запаса прочности составит

Условие прочности выполняется, так как расчетное значение коэффициента запаса прочности превышает допустимое.

2.5 Расчет на прочность предохранительного стакана рабочей клети

Стакан изготовлен из чугуна с временным сопротивлением ув = 450 МПа. Размеры стакана dп = 0,16 м, d0= 0,24 м, S = 0,08 м, Rmax = 8,25 МН.

Определяем напряжения изгиба в опасном сечении по формуле

МПа.

Напряжения среза в этом сечении рассчитывается по формуле

фср = Rmax / (р · d0 · S) = 8,25 / 3,14 · 0,24 · 0,08 = 137,5 МПа.

Допускаемые напряжения на изгиб и срез определяем по формуле, приняв

фср = 0,7 · ув = 0,7 · 450 = 315 МПа.

[у] = 450 / 2 = 225 МПа,

[ф] = 315 / 2 = 157,5 МПа.

Условия прочности выполняются.

2.6 Расчет станины на прочность

Станина рабочей клети - самый ответственный узел прокатного стана. В станину монтируют подушки валков и другие устройства и механизмы, обеспечивающие заданную точность проката [2].

В связи с этим при конструировании и изготовлении станин их прочности и жесткости уделяется особое внимание.

Станина стана продольной прокатки представляет собой литую массивную жесткую раму, в середине которой сделано окно для установки подушек валков.

Станины прокатных станов имеют сложную конфигурацию и не поддаются точному расчету. Для упрощения расчета представим станину в виде жесткой прямоугольной рамы, состоящей из двух одинаковых стоек и двух поперечин.

Для расчета используем следующие данные:

Р = 825 кН - максимальное усилие металла на валок;

L1 = 0,870 м - длина поперечины;

Вп = 0,830 м - ширина поперечины;

Hп= 0,240 м - толщина поперечины;

L2 = 2,100 м - длина стойки;

Всm = 0,290 м - ширина стойки;

Нсm= 0,250 м - толщина стойки.

Упрощенная конструкция станины представлена на рис.6. а, эпюры изгибающих моментов на рис.6. б.

К расчету станины закрытого типа

Рис. 6

В поперечинах действуют только изгибающие моменты. Напряжение изгиба рассчитывается по формуле:

изг==,

где М 0 = М 1 = М 3 = ,

где J1, J2 - моменты инерции поперечины и стойки соответственно;

Мп - максимальный момент изгиба поперечин.

Мп = ;

Мп = = 89,71 кНМм;

Wn - момент сопротивления сечения поперечины.

Wn= ;

Wn= = 0,01 м3;

Моменты инерции J1, J2 рассчитывают по формулам

J1= ;

J2= ;

J1 = = 1,82М10 -3 м4;

J2 = = 0,38 М10 -3 м4;

М0 = = 1,76 кНМм.

изг = = 8795 кПа = 8,79 МПа.

В стойках действует растягивающее напряжение ст

ст = ,

где Wсm - момент сопротивления сечения стойки.

Wсm= ;

Wсm = = 3,021 М10 -3 м3;

F2 - площадь поперечного сечения стойки,

F2 = Всm М Нсm;

F2 = 0,290 М0,250 =0,0725 м2.

ст = = 2846 кПа = 2,846 МПа.

Определяем коэффициенты запаса прочности по формуле

n = ,

где = 10 - минимальный коэффициент запаса прочности для станины;

= 500 МПа - предел прочности материала станины.

nп = = 56,8;

nст = = 175,68.

Станина рабочей клети стана СПП обладает высоким запасом прочности.

3. РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ РАБОЧЕЙ КЛЕТИ НА ЖЕСТКОСТЬ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЖЕСКОСТИ КЛЕТИ

3.1 Определение упругих деформации деталей рабочей клети

Расчет деталей рабочей клети на жесткость и определение коэффициента жесткости производились согласно методике [1].

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

fкл = fвал + fпод + f п+ fст + fстак + fн.у.,

где fвал, fп, fн.у, - упругая деформация соответственно валков, подушек, деталей нажимного устройства.

Деформация рабочих валков сортовых станов определяется их прогибом под действием сосредоточенной силы, сплющивание валков не учитывают. Поэтому деформация валкового узла сортового стана равна

fвал=2(f1+f2).

Величина прогиба сортового валка зависит от места расположения калибра, в котором ведётся прокатка, то есть от места приложения = 500 МПа - предел прочности материала станины.

nп = = 56,8;

nст = = 175,68.

Станина рабочей клети стана СПП обладает высоким запасом прочности.

При прокатке в одну нитку в калибре, расположенном на расстоянии х от середины опоры, обе составляющие прогиба рассчитывают по формулам [2]

где D - диаметр валка по дну калибра;

E и G - соответственно модуль упругости и модуль сдвига материала валка. Ориентировочно можно принимать G?3/8Е.

Примем для материала валка E=2,15•105 МПа, G=0,806•105 МПа [2].

Тогда по формуле (3.2) находим

fвал=2(0,8·10-3+0,15·10-3)=1,9·10-3м.

3.2 Упругая деформация подушек

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

f=,

где lп, bп, hп - размеры подушки в соответствии с рис.7.

f=

Одновременная деформация двух подушек (верхней и нижней) будет равна

fп=2 f;

fп=2•0,21•10-5=0,004•10-3 м.

3.3 Упругая деформация нажимного устройства

Упругая деформация нажимной гайки

Величину fг рассчитывают по формуле

fг=,

где Нг - высота гайки;

Dг - внешний диаметр гайки;

d - внутренний диаметр резьбы гайки;

Ег - модуль упругости материала гайки, Ег=1,1•105 МПа [2].

fг=

Упругая деформация нажимного винта

Величину f в рассчитывают по формуле

f в =

f в =

3.4 Упругая деформация станины рабочей клети

Жесткость рабочей клети определяет точность размеров проката. Общая жесткость клети во многом зависит от жесткости станины, так как её упругая деформация определяет качество крепления всех других составляющих.

Суммарная вертикальная деформация станины определяется по формуле

fст = f 1 + f 2 + f 3,

где f1 - упругий прогиб верхней и нижней поперечин от действия изгибающих моментов;

f2 - деформация поперечин от действия поперечных сил;

f 3 - удлинение стоек от действия продольных сил.

Для станины прямоугольной формы составляющие f1, f2 и f3 рассчитываются по формулам [2]

f 1 = ;

f 2 = ;

f 3 = ,

где Е и G - модуль упругости и модуль сдвига материала станины соответственно; для стального литья Е = 2,15М105 МПа, G Е = =0,79М105 МПа.

Rmax - реакция усилия прокатки на шейку валка,

Rmax = = 412,5 кН = 0,41 МПа.

Fср =

Jср = J1 = J3 = 1,82М10 -3 м4;

F1 - площадь сечения верхней поперечины, F1 = 0,159 м2;

F3 - площадь сечения нижней поперечины, F3 = 0,266 м2.

Fср = = 0,213 м2.

f1 = = 0,022 М10 -3 м;

f 2 = = 0,012 М10 -3 м;

f 3 = = 0,027 М10 -3 м.

Суммарная вертикальная деформация равна

Fст = = 0,061М10 -3 м.

Для станов горячей прокатки деформация станины не должна превышать м. Результаты расчетов подтверждают достаточно высокую жесткость станины.

3.5 Рассчитаем деформацию стакана

fстак= РН / ЕF ;

fстак= 8,25 • 0,12 / 2,0 • 105 • 0,08 = 0,061 • 10-3 м.

3.6 Рассчитаем суммарную деформацию клети

fкл = fвал + fпод + f п+ fст + fстак + fн.у. ;

fкл = 0,48 • 10-3 + 0,072 • 10-3 + 0,039 • 10-3 + 0,061 • 10-3 + 0,061 • 10-3

+0,30 •10-3 = 1,07 • 10-3 м.= 0.95 мм.

3.7 Коэффициент жесткости клети

С = Р / fвкл ;

С = 0,825 • 103 / 0.95 = 868,4 кН/мм.

Жесткость клети стана соответствует коэффициенту жесткости среднесортного стана С=700…1300кН/мм. На основании полученных данных можно сделать вывод, что рабочая клеть стана продольной прокатки СПП удовлетворяет условию жесткости.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения данной работы сделаны расчеты на прочность и на жесткость, по результатам которых корректируют принятые конструктивно размеры. В настоящей работе представлены расчеты основных деталей рабочей клети при заданных размерах и действующих на них нагрузках. Расчет показал, что их прочность является достаточной для использования этих деталей на практике.

Выполнен расчет на жесткость и показал, что коэффициент жесткости соответствует требованиям.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Королев А.А Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов. М.:Металлургия, 1985. 376с.

Шилов В.А., Инатович Ю.В. Расчет рабочих клетей прокатных станов. Методика и примеры. Учебное пособие. Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2002. 66с.

Машины и агрегаты металлургических заводов. ТЗ. Машины и агрегаты для производства и отделки проката / А.И. Целиков, П.И. Полухин и др. М.: Металлургия, 1981. 528с.

Механическое оборудование прокатных и трубных цехов. Королев А.А., М.:Металлургия, 1987. 480 с.

Материалы производственной практики в ОАО «СинТЗ». Каменск- Уральский, 2010.

Стандарт предприятия. Общие требования и правила оформления курсовых и дипломных проектов (работ). Стандарт предприятия СТП-УПИ-96. Свердловск: УПИ, 1996. 33с.

Матвеев Б.М. Совершенствование производства труб из высоколегированных сталей. М.:Металлургия, 2000. 378с.

Размещено на Allbest.ru

...