Реферат
Разработкаконструкции клети дуо 350 –200, 28 с., 6иллюстраций, 2 таблицы. Библиографический список–6 наименований. 2,5листа чертежей формата А1.
Вработе приведён обзор конструкций клетей дуо. Разработана конструкция, приведеноописание конструкции и работы клети дуо 350, произведены расчёты на прочностьузла рабочего валка.
Оглавление
Введение
1.Обзор конструкций клетей дуо
2.Разработка конструкции клети
3.Описание конструкции клети и её работы
4.Расчёты на прочность узла рабочего валка
Заключение
Библиографическийсписок
Введение
Прокаткаявляется основным видом обработки металлов давлением. В отличие от других видовобработки металлов давлением деформация металла при прокатке осуществляетсянепрерывно–вращающимся рабочим инструментом — валками, поэтому процесс прокаткиявляется наиболее высокопроизводительным.
По данным таможенной статистикиРоссийской Федерации [1], за 9 месяцев 2008 года (с января по сентябрь) изРоссии экспортировано, без учёта торговли с Республикой Беларусь, 21,5 млн. тготового проката.
По сравнению с 9 месяцами 2007 годафизические объёмы экспорта проката возросли на 1,8 млн. т (9,4 %).
В товарной структуре экспорта прокатасортовой металл составил 9,4 % (2,0 млн. т). В январе…сентябре 2007 года этосоотношение составляло 9,6%.
В структуре экспорта сортового прокатапрутки составили 58,3 %; 22,5% – бунтовой металл; 19,2 % – уголки и профили.
Импорт проката чёрных металлов вРоссию [1] за 9 месяцев 2008 года составил 3,98 млн. т готового проката. Втоварной структуре импорта проката 35,8 % заняла сортовая продукция.
В сравнении с соответствующимпериодом 2007 года импорт проката в 2008 году снизился на 16,2 %, как за счётуменьшения поставок из стран дальнего зарубежья – на 515,7 тыс. т (на 27,5 %),так и из СНГ – на 251,5 тыс. т (8,8 %). Длинномерного проката ввезено 1405,5тыс. т – объёмы импорта сократились на 22 % от уровня периода с января посентябрь 2007 года. В Россию импортировано 94,9 тыс. т бунтового металла, 763,3тыс. т прутков, 547,2 тыс. т профилей из углеродистых и легированных сталей.
В таблице 1 приведены данные овыпуске продукции крупнейшими предприятиями чёрной металлургии РоссийскойФедерации.
Выпуск товарной продукции в чёрнойметаллургии России за 9 месяцев 2008 года по отношению к соответствующему периоду2007 года вырос на 41,4 %. Увеличение объёма товарной продукции произошло повсем металлургическим комбинатам и предприятиям.
Таблица 1 – Выпуск промышленнойпродукции крупнейшими предприятиями чёрной металлургии Российской Федерации вфактических ценах (без НДС) за 9 месяцев 2008 года [2]Предприятие Объём продукции в фактических ценах (без НДС) За сентябрь За период с начала года млн. руб. % к преды-дущему месяцу % к соответ-ствующему месяцу 2007 года тыс. руб. % к соответ -ствующему периоду 2007 года
ЧЁРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ
Из них:
ОАО ММК
ЧерМК ОАО «Северсталь»
ОАО НЛМК
ООО «Уральская сталь»
ОАО ЧМК
ОАО ОЭМК
227310,1
24451,7
23776,1
18516,6
5142,7
8583,9
7602,8
89,3
91,3
83,4
73,4
88,5
88,7
104,7
155,7
149,9
151,6
144,2
135,3
158,8
198,6
1861298,4
198171,8
197722,5
170921,9
53644,9
73091,1
54275,9
141,4
138,8
140,4
146,5
154,2
152,0
164,0
Потребление проката в мире растёт скаждым годом. Для того, чтобы отечественные предприятия могли конкурировать нарынке прокатной продукции, нужно улучшать её качество, но при этом цена должнабыть сравнительно низкая. То есть, необходим наилучший баланс «цена –качество». Этого можно достичь путём автоматизации и механизациипроизводства, улучшения качества инструмента, изготовления инструмента на самомпредприятии, разработки оптимальных конструкций клетей и др.
Рабочаяклеть является важнейшим элементом в линии прокатного стана, поэтому разработкаоптимальной конструкции клети и различных её механизмов является актуальнойпроблемой.
1. Обзор конструкцийклетей дуо
Вклетях применяются различного типа устройства, вносящие в конструкцию клетиизменения: нажимные и уравновешивающие устройства, устройства осевойрегулировки и др.
Дляуравновешивания верхнего валка с подушками применяют устройства грузовые,гидравлические и пружинные.
Нарисунке 1 показан общий вид грузового уравновешивания верхнего валка слябинга1150 [3]. Имеются четыре вертикальные штанги, которые верхними концамиупираются в нижние подвески подушек верхнего валка, внизу упираются в траверсу.Траверса подвешена к коротким плечам грузовых рычагов. На другом конце рычаговнаходятся контргрузы. Усилие, с которым вертикальные штанги давят на подвескуверхних подушек, на 20…40% больше веса уравновешиваемых деталей. Таким образом,подушка всегда прижимается к торцу нажимного винта.
/>
Рисунок1 – Грузовое уравновешивание верхнего валка слябинга 1150
Устройстватакого типа применяют при перемещении верхнего валка на большую высоту.Достоинствами устройства являются простота конструкции и надёжностьэксплуатации. Недостатки: инерция контргрузов большой массы вызываетдинамические нагрузки в системе, устройство работает с толчками,сопровождающимися сильными звуковыми эффектами; также такая конструкциядовольно объёмна и требует углубления и усложнения фундамента под рабочейклетью.
Нарисунке 2 приведён общий вид гидравлического устройства для уравновешиванияверхнего опорного валка стана кварто 2500 [4]. Однако, устройства такого типаприменяют и в двухвалковых клетях, например, при большом ходе верхнего валка(на обжимных станах).
/>
Рисунок2 – Гидравлическое уравновешивание верхнего опорного валка стана кварто 2500
Гидроцилиндр1 монтируется в траверсе, соединяющей станины клети. К верхней части плунжера 2прикреплена траверса 3, к концам которой подвешены две тяги 4. С тягами соединеныпоперечные балки 5, концы которой принимают на себя вес уравновешиваемыхдеталей. У подушек валков наверху сделаны Г–образные приливы 6, которыми ониопираются на концы поперечных балок.
Гидравлическоеуравновешивание работает бесшумно и без толчков, имеет небольшие габариты,легко управляется при работе стана. Высокое давление в гидравлических цилиндрахсоздаётся грузовым или воздушным аккумулятором, установленным поблизости отрабочей клети. Устройство практически не имеет недостатков.
Нарисунке 3 показана конструкция пружинного уравновешивания верхнего валка клети 530 мм заготовочного стана 700/500 [3].
/>
Рисунок3 – Пружинное уравновешивание верхнего валка клети 530 мм непрерывного заготовочного стана 700/500
Верхнийвалок уравновешивается с помощью четырёх пружин, опирающихся на траверсу,соединяющую две станины между собой. Имеется две тяги, на верхнем конце которыхнаходятся гайки, за счёт которых пружины затягиваются. К другим концам этих тягприкреплена траверса, соединяющаяся с подушками верхнего валка. Пружинызатягиваются, траверса идёт вверх, подушки прижимаются к нажимным винтам.
Пружинноеуравновешивание верхнего валка применяют, когда перемещение валков и массауравновешиваемых деталей невелики (на заготовочных, сортовых, проволочных илистовых станах дуо и трио).
Осевоерегулирование положения валков на сортовых станах выполняют при помощи рычажныхсистем, смонтированных на станине с одной стороны рабочей клети. На рисунке 4показано такое устройство [4].
/>
Рисунок4 – Рычажное устройство для осевой установки валков сортового стана
Имеетсядва кронштейна 1, которые укреплены болтами на стойке станины. В проушинахкронштейнов есть две оси, на которые насаживаются два двуплечих рычага 2.Короткие плечи рычагов концами упираются в выступы 3 на подушке валка. Длинныеплечи соединены между собой стяжными болтами 5 и гайками 4. На этих гайках содной стороны левая, а с другой – правая резьба. При помощи верхних рычагов истяжки между ними происходит перемещение подушки с валком внутрь клети. Нижниерычаги предназначены для перемещения валка в обратном направлении.
Достоинствамитакого устройства являются простота конструкции и возможность осевогорегулирования валков только с одной стороны рабочей клети. Положение подушек вокнах станин фиксируется боковыми планками, привёрнутыми болтами к станинам.
Конструкциянажимного винта и принцип работы, в сущности, одинаковы практически для всехклетей. Большая разница есть только в механизмах привода винта.
Дляувеличения производительности стана время, затрачиваемое на установку верхнеговалка должно быть минимальным. Поэтому перемещение верхнего валка должнопроисходить с большой скоростью. Однако, на станах для прокатки тонкой полосыскорость перемещения верхнего валка ограничивается необходимой точностьюустановки валков, поэтому она должна быть небольшой. На сортовых станах валкиустанавливают только при настройке стана, скорость перемещения валковограничивается точностью их настройки. Применяются тихоходные и быстроходныенажимные механизмы с гидравлическим, механическим и гидромеханическим приводом.
Станиныклетей по конструкции делят: закрытого и открытого типа.
Станиназакрытого типа представляет собой литую жёсткую раму. Станины этого типаприменяются в рабочих клетях блюмингов, слябингов и других станов.
Станинаоткрытого типа состоит из двух частей: собственно станины и крышки.Характеризуется меньшей жёсткостью, позволяет осуществлять перевалку валковнепосредственно краном при снятой крышке.
Такжеклети по конструкции могут быть и бесстанинные. Имеется четыре винта, накоторых собраны подушки, и по которым они перемещаются при настройке клети.
Комплексперечисленных и других элементов и составляет конструкцию клети. Видно, чтоконструкции клети могут быть самые разные.
2. Разработка конструкции клети
Прокаткапроизводится в клетях прокатных станов.
Рабочаяклеть — основной элемент главной линии прокатного стана, включающий устройствадля размещения, регулирования и закрепления прокатных валков; для деформацииметалла в прокатных валках. Состоит из двух массивных стальных или чугунныхлитых станин, установленных на плитовинах, прикрепляемых к фундаменту анкернымиболтами. В станинах— подушки с подшипниками и прокатными валками, устройствадля перемещения верхнего и нижнего валка по высоте, направляющие проводки дляпрокатываемого материала и др.
Вданном проекте разрабатывается конструкция сортовой клети дуо 350 (чертёж ФМ –102.03.00.00 СБ).
Конструкцияосновных деталей и механизмов прокатного стана и, в частности прокатной клети,несмотря на их различное назначение и многообразие, во многих случаяходинакова.
Станина3 рабочей клети воспринимает все усилия, возникающие при прокатке металла, ипоэтому выполняется массивной — до 60—120 т и более. Станина устанавливается нафундаментных стальных плитах (плитовинах 7), которые прикрепляются болтами кбетонному или железобетонному фундаменту. По конструкции станины рабочей клетиделят на два типа: закрытого и открытого.
Выбираюстанину открытого типа.
Станинаоткрытого типа (применяется в клетях сортовых станов) состоит из двух частей:собственно станины и крышки. Крышку скрепляют со станиной болтами или клиньями.Такая станина характеризуется меньшей жёсткостью по сравнению со станинамизакрытого типа, однако позволяет осуществлять перевалку валков непосредственнокраном (вверх) при снятой крышке.
Размерыстанин определяются следующими условиями:
1. Возможностьюразмещения в окне станины подушек валков и конца нажимного винта;
2. Требуемойпрочностью и жёсткостью.
Чтобыпроцесс прокатки протекал нормально, валки должны занимать в рабочей клетиопределённое положение. Для этого в каждой рабочей клети предусмотреныследующие механизмы и устройства:
1. Вертикальнойустановки валков (нажимные механизмы);
2. Осевой установкивалков;
3. Уравновешиванияверхнего валка.
Установкавалков в вертикальной плоскости на большинстве станов осуществляется при помощиспециального механизма с нажимными винтами, который называется нажимным.
Насортовых станах дуо положение валков при прокатке не меняется, необходимоерасстояние между ними устанавливают заранее при настройке стана. Необходимоерасстояние между валками устанавливают перемещением верхнего и нижнего валков.На сортовых станах дуо скорость перемещения валков ограничивается требуемойточностью их настройки. На практике скорость установки верхнего валка насортовых станах принимают 5…25 мм/сек.
Длясвоей клети выбираю нижнее нажимное устройство 4 с приводом через редуктор счервячной передачей, а верхнее нажимное устройство 5 с приводом черезпромежуточное (паразитное) зубчатое колесо.
Устройствадля уравновешивания верхнего валка применяются для устранения следующихотрицательных явлений:
1. При холостом ходестана под действием массы верхнего валка и его подушек между торцами нажимныхвинтов и их подпятников, а также в резьбе нажимной гайки неминуемо образовалисьбы зазоры. При последующей задаче металла в валки возникли бы динамическиенагрузки на шейки валка и на нажимные винты, которые сопровождались бы сильнымиударами;
2. Раствор междувалками не соответствовал бы требуемому обжатию вследствие неизвестной величинызазоров.
Насортовых станах перемещение валков и масса уравновешиваемых деталей невелики,поэтому применяют пружинное устройство 6 для уравновешивания верхнего валка.
Припрокатке на сортовых станах необходимо точно установить валки не только повысоте, но и в осевом направлении, чтобы калибры были правильной формы. Дляэтого применяют устройство для осевой регулировки валка.
Осевоерегулирование положения валков на сортовых станах выполняют при помощи двухрычажных систем. В клети дуо 350 такое устройство монтируется на станине содной стороны рабочей клети для осевой регулировки верхнего валка.
Узелвалка состоит из (чертёж ФМ – 102.03.01.00 СБ) собственно валка 1, двухроликовых радиально–упорных конических четырёхрядных подшипников 12, двухподушек 2 и разного типа крышек, колец, втулок, уплотнителей и др.
Подшипникипрокатных валков работают при очень больших нагрузках, доходящих на некоторыхстанах до 30—60 МН (3000—6000 тс) на валок. Возможные габариты ихограничиваются диаметром бочки валков. Подшипники (качения или жидкостноготрения) устанавливаются в массивных корпусах, называемых подушками, которыерасполагаются в проёмах станины. Подушки перемещаются по направляющим станиныпри установке валков.3. Описаниеконструкции клети и её работы
Клеть(чертёж ФМ – 102.03.00.00 СБ) включает в себя: узел станин 1, узлы верхнего 2 инижнего 3 рабочих валков, нижний нажимной механизм 4, верхний нажимной механизм5, уравновешивающее устройство 6, узел плитовин 7.
Валкипрокатных станов (чертёж ФМ – 102.03.01.00 СБ)выполняют основную операциюпрокатки — пластическую деформацию (обжатие) металла. Валки 1 за счёт силтрения захватывают металл и в дальнейшем деформируют его для придания нужногопрофиля и размеров. В процессе деформации металла, вращающиеся валкивоспринимают давление, возникающее при обжатии металла, и передают это давлениена подшипники.
Валоксостоит из нескольких элементов: бочки, которая при прокатке непосредственносоприкасается с прокатываемым металлом, шеек, расположенных с обеих сторон отбочки и опирающихся на подшипники, и концевых частей.
Особенностью сортопрокатных валков является обеспечениепостоянства или небольшого спада твёрдости на глубину вреза ручьёв.
Пригорячей прокатке сортового металла используют валки из углеродистой стали,легированной хромом, марганцем и др. Например, сталь 50Х. Ведущими мировымипроизводителями валков используются стали класса полубыстрорежущих ибыстрорежущих, которые имеют повышенную сопротивляемость растрескиванию притепловом ударе и во время проскальзывания, обладают повышенной износостойкостьюи обеспечивают более долгий срок службы и лучшие эксплуатационные качества.
Размерывалков выбирают исходя из расчётов и из практических соображений. Например, длясортовых станов рациональные соотношения между длиной бочки валков и еёдиаметром составляет 1,6…2,5.
Насортовых станах широко применяют подшипники качения 12. Роликовые четырёхрядныеподшипники хорошо самоустанавливаются и способны воспринимать большие осевыенагрузки. На каждой шейке рабочего валка установлен четырёхрядный коническийроликовый подшипник. В качестве смазки применяют жидкие масла марки П – 28,автотракторное АК – 10 и другие. Жидкие масла обладают рядом преимуществ посравнению с густыми мазями: допускают более высокие скорости вращения валков,более высокие температуры внутри подшипника, лучше работают в условиях низкихтемператур. Подача жидкой смазки к узлам трения и возврат её для очистки иохлаждения осуществляются циркуляционными автоматическими системами.
Чтобысмазка не вытекала из узлов трения, а также для предохранения этих узлов отводы, пыли и окалины применяют резиновые манжетные уплотнения. Смазкаподшипниковых узлов осуществляется через систему отверстий внутри валка.
Четырёхрядныйконический роликоподшипник монтируют в подушку 2 прокатного валка в строгоопределённом порядке согласно нормировке. Перед монтажом на шейку валкаподшипник устанавливают в горизонтальном положении на подставках. Подушкуподшипника надевают на посадочную шейку валка. Затем монтируют детали,фиксирующие подшипник на валке. Лёгкость монтажа и демонтажа подшипникаобеспечивается применением способа гидрораспора, при котором напрессовка ираспрессовка неподвижных соединений осуществляется с помощью масла, подаваемогопод высоким давлением. Для этого в корпусе подушки предусмотрены отверстия дляподачи масла.
Дляопускания и поднимания валков в клети предусмотрены верхнее и нижнее нажимныеустройства. Применяются для установки валков в вертикальной плоскости. Опишемпринцип работы на примере верхнего нажимного устройства.
Отэлектродвигателя момент передаётся на вал нажимного механизма посредством трёхзубчатых колёс. Одна из шестерён насажена на конец вала электродвигателя исцепляется с паразитным колесом, которое в свою очередь передаёт вращениезубчатому венцу, посаженному на ступицу. На одном конце вала нажимногомеханизма нарезаны шлицы, которые входят в пазы ступицы. Таким образом,вращение передаётся на вал нажимного механизма. При вращении колёс и ступицыосуществляется вращение винтов в нажимных гайках и поступательное перемещениенажимных винтов. Привод нижнего нажимного винта осуществляется через червячныйредуктор. Поверхности трения в пяте нажимного винта придана сферическая формадля лучшей самоустановки подушки с подшипником по оси нажимного винта.
Гайкинажимных винтов — наиболее быстроизнашивающиеся детали. Их изготовляют из литойбронзы марок БрАЖ9 – 4 и БрАЖМц10 – 3 – 1,5. для экономии бронзы гайки делаютсоставными с наружным бандажом из высокопрочного чугуна. Применяется жидкаясмазка нажимной пары винт – гайка. В этом случае износ их резьбы в 1,5…2 разаменьше, чем при густой смазке. При подаче жидкой смазки масло стекает по резьбевинта в его подпятник и оттуда — в общую циркуляционную систему. На нажимныхвинтах обычно применяют одноходовую упорную резьбу.
Дляуравновешивания верхнего валка с подушками в сортовых клетях применяютпружинное уравновешивающее устройство, так как масса уравновешиваемых деталейневелика. Валок уравновешивается при помощи двух пружин, опирающихся натраверсу, соединяющую вверху две станины между собой. Пружины установлены врасточках траверсы прокатной клети. Пружинам сообщается предварительная затяжкас помощью гаек, предусмотренных на концах тяг. К концам этих тяг прикрепленатраверса, соединяющаяся с подушками верхнего валка. Пружины поджимаются доприжатия подушки к винту.4. Расчёты напрочность узла рабочего валка
Исходныеданные для расчёта
Мкр=40 кН·м – крутящий момент,передаваемый от двигателя на шейку валка;
Р=400 кН – максимальная нагрузка,действующая на валок;
v=10 м/с– скорость прокатки полосы.
Нарисунке 5 показаны эпюры изгибающего и крутящего моментов.
/>
Рисунок5 – Эпюры изгибающего и крутящего моментов.
Расчётподшипника качения по методике для радиально–упорных подшипников [5]
Определениеэквивалентной динамической нагрузки
/>, (1)
гдеХ – коэффициент радиальной нагрузки, Х=0,67;
V –коэффициент вращения внутреннего кольца подшипника относительно направлениярадиальной нагрузки, V=1;
Fr – максимальная радиальная нагрузка на подшипник, Fr=200 кН;
КБ – коэффициент безопасности, КБ=1,3;
КТ – температурный коэффициент, КТ=1.
/>.
Динамическаягрузоподъёмность:
/>, (2)
где/> – частота вращения валка,при
/> />;
/> – заданный ресурс, />;
/> – коэффициент при 90% надёжности работы подшипника;
/> – коэффициент влияния на ресурс условий эксплуатации;
/> – для роликовых подшипников.
/>.
Исходяиз расчёта на долговечность, выбираю подшипник 2077140 ГОСТ 8419 – 75 [6] роликовыйрадиально–упорный конический четырёхрядный (рисунок 6).
/>
Рисунок6 – Основные размеры подшипника роликового радиально–упорного коническогочетырёхрядного по ГОСТ 8419 – 75
Втаблице 2 приведены основные характеристики выбранного подшипника.
Таблица2 – Основныехарактеристики подшипника качения
Условное
обозначе
ние под
шипника d, мм D, мм Т, мм r, мм N, мм В, мм А, мм
d0, мм α, º Ролики параметры Масса, кг
DW l, мм Z
Сrn
С0
nпред, об/мин
при жидкой смазке
Н×10-6 2077140 200 310 275 3,5 11 20 66 10 14 24,9 47,6 26 1,5 2,54 800 75,6
/> – выбранный подшипник является работоспособным.
Определяемскорректированный по уровню надёжности и условиям применения расчётный ресурсподшипника:
/>, (3)
/>.
/>. (4)
Расчётна прочность валка в рабочей клети сортового стана [3].
Выбираемточку приложения нагрузки в середине валка. Длина бочки валка />, ширина подшипника />. Тогда максимальныйизгибающий момент:
/>, (5)
гдеР =400кН – полное давление металла на валки в рассматриваемом сечении;
х=0,438м – половинарасстояния между точками опор;
а=0,876м – полноерасстояние между точками опор.
/>.
Моментсопротивления поперечного сечения бочки валка на изгиб:
/>, (6)
гдеD =0,35м – диаметр бочки валка.
/>.
Напряжениеизгиба в бочке валка:
/>. (7)
Напряжениекручения в бочке валка не подсчитывают ввиду его незначительной величины посравнению с напряжением изгиба. Допустимое напряжение для валков изуглеродистой стали:
/>.
Условиевыполняется />.
Расчётшейки валка на изгиб и кручение (принимая />)
/>, (8)
гдеТ и d – длина и диаметр шейки.
/>.
/>, (9)
гдеМкр.ш – крутящий момент, прикладываемый к валку со стороны привода.
/>.
Результирующеенапряжение для стального валка:
/>, (10)
/>.
/> – условие выполняется.
Заключение
1. На основаниипроведённого обзора конструкций клетей дуо выбраны типы механизмов для клетидуо 350;
2. Проведены расчётыузла валка на прочность и выбран подшипник.
Библиографическийсписок
1. Структурароссийского экспорта и импорта проката чёрных металлов и труб в январе –сентябре 2008 г. Информация корпорации «Чермет»// Производствопроката. — 2009. — № 2, — С. 43.
2. Выпускпромышленной продукции крупнейшими предприятиями чёрной металлургии РоссийскойФедерации в январе – сентябре 2008 г. Информация корпорации «Чермет»//Производство проката. — 2009. — № 1, — С. 42.
3. Королёв А. А.Конструкция и расчёт машин и механизмов прокатных станов: Учебник для вузов. —М.: Металлургия, 1969 — 464 с.
4. Королёв А. А.Механическое оборудование прокатных и трубных цехов: Учебник для вузов. — 4–еизд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1987 — 480 с.
5. Атлас конструкцийузлов и деталей машин: Учеб. пособие / Б. А. Байков, А. В. Клыпин, И. К.Ганулич и др. Под ред. О. А. Ряховского — М:Изд–во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005 – 384 с.
6. Перель Л. Я.Расчёт, проектирование и обслуживание опор: Справочник. — М.: Машиностроение,1983 — 543 с.