Раствор между валками не соответствовал бы требуемому обжатию вследствие неизвестной величины зазоров

2.  Раствор между валками не соответствовал бы требуемому обжатию вследствие неизвестной величины зазоров.

На сортовых станах перемещение валков и масса уравновешиваемых деталей невелики, поэтому применяют пружинное устройство 6 для уравновешивания верхнего валка.

При прокатке на сортовых станах необходимо точно установить валки не только по высоте, но и в осевом направлении, чтобы калибры были правильной формы. Для этого применяют устройство для осевой регулировки валка.

Осевое регулирование положения валков на сортовых станах выполняют при помощи двух рычажных систем. В клети дуо 350 такое устройство монтируется на станине с одной стороны рабочей клети для осевой регулировки верхнего валка.

Узел валка состоит из (чертёж ФМ – 102.03.01.00 СБ) собственно валка 1, двух роликовых радиально–упорных конических четырёхрядных подшипников 12, двух подушек 2 и разного типа крышек, колец, втулок, уплотнителей и др.

Подшипники прокатных валков работают при очень больших нагрузках, доходящих на некоторых станах до 30—60 МН (3000—6000 тс) на валок. Возможные габариты их ограничиваются диаметром бочки валков. Подшипники (качения или жидкостного трения) устанавливаются в массивных корпусах, называемых подушками, которые располагаются в проёмах станины. Подушки перемещаются по направляющим станины при установке валков.

3. Описание конструкции клети и её работы

Клеть (чертёж ФМ – 102.03.00.00 СБ) включает в себя: узел станин 1, узлы верхнего 2 и нижнего 3 рабочих валков, нижний нажимной механизм 4, верхний нажимной механизм 5, уравновешивающее устройство 6, узел плитовин 7.

Валки прокатных станов (чертёж ФМ – 102.03.01.00 СБ)выполняют основную операцию прокатки — пластическую деформацию (обжатие) металла. Валки 1 за счёт сил трения захватывают металл и в дальнейшем деформируют его для придания нужного профиля и размеров. В процессе деформации металла, вращающиеся валки воспринимают давление, возникающее при обжатии металла, и передают это давление на подшипники.

Валок состоит из нескольких элементов: бочки, которая при прокатке непосредственно соприкасается с прокатываемым металлом, шеек, расположенных с обеих сторон от бочки и опирающихся на подшипники, и концевых частей.

Особенностью сортопрокатных валков является обеспечение постоянства или небольшого спада твёрдости на глубину вреза ручьёв.

При горячей прокатке сортового металла используют валки из углеродистой стали, легированной хромом, марганцем и др. Например, сталь 50Х. Ведущими мировыми производителями валков используются стали класса полубыстрорежущих и быстрорежущих, которые имеют повышенную сопротивляемость растрескиванию при тепловом ударе и во время проскальзывания, обладают повышенной износостойкостью и обеспечивают более долгий срок службы и лучшие эксплуатационные качества.

Размеры валков выбирают исходя из расчётов и из практических соображений. Например, для сортовых станов рациональные соотношения между длиной бочки валков и её диаметром составляет 1,6…2,5.

На сортовых станах широко применяют подшипники качения 12. Роликовые четырёхрядные подшипники хорошо самоустанавливаются и способны воспринимать большие осевые нагрузки. На каждой шейке рабочего валка установлен четырёхрядный конический роликовый подшипник. В качестве смазки применяют жидкие масла марки П – 28, автотракторное АК – 10 и другие. Жидкие масла обладают рядом преимуществ по сравнению с густыми мазями: допускают более высокие скорости вращения валков, более высокие температуры внутри подшипника, лучше работают в условиях низких температур. Подача жидкой смазки к узлам трения и возврат её для очистки и охлаждения осуществляются циркуляционными автоматическими системами.

Чтобы смазка не вытекала из узлов трения, а также для предохранения этих узлов от воды, пыли и окалины применяют резиновые манжетные уплотнения. Смазка подшипниковых узлов осуществляется через систему отверстий внутри валка.

Четырёхрядный конический роликоподшипник монтируют в подушку 2 прокатного валка в строго определённом порядке согласно нормировке. Перед монтажом на шейку валка подшипник устанавливают в горизонтальном положении на подставках. Подушку подшипника надевают на посадочную шейку валка. Затем монтируют детали, фиксирующие подшипник на валке. Лёгкость монтажа и демонтажа подшипника обеспечивается применением способа гидрораспора, при котором напрессовка и распрессовка неподвижных соединений осуществляется с помощью масла, подаваемого под высоким давлением. Для этого в корпусе подушки предусмотрены отверстия для подачи масла.

Для опускания и поднимания валков в клети предусмотрены верхнее и нижнее нажимные устройства. Применяются для установки валков в вертикальной плоскости. Опишем принцип работы на примере верхнего нажимного устройства.

От электродвигателя момент передаётся на вал нажимного механизма посредством трёх зубчатых колёс. Одна из шестерён насажена на конец вала электродвигателя и сцепляется с паразитным колесом, которое в свою очередь передаёт вращение зубчатому венцу, посаженному на ступицу. На одном конце вала нажимного механизма нарезаны шлицы, которые входят в пазы ступицы. Таким образом, вращение передаётся на вал нажимного механизма. При вращении колёс и ступицы осуществляется вращение винтов в нажимных гайках и поступательное перемещение нажимных винтов. Привод нижнего нажимного винта осуществляется через червячный редуктор. Поверхности трения в пяте нажимного винта придана сферическая форма для лучшей самоустановки подушки с подшипником по оси нажимного винта.

Гайки нажимных винтов — наиболее быстроизнашивающиеся детали. Их изготовляют из литой бронзы марок БрАЖ9 – 4 и БрАЖМц10 – 3 – 1,5. для экономии бронзы гайки делают составными с наружным бандажом из высокопрочного чугуна. Применяется жидкая смазка нажимной пары винт – гайка. В этом случае износ их резьбы в 1,5…2 раза меньше, чем при густой смазке. При подаче жидкой смазки масло стекает по резьбе винта в его подпятник и оттуда — в общую циркуляционную систему. На нажимных винтах обычно применяют одноходовую упорную резьбу.

Для уравновешивания верхнего валка с подушками в сортовых клетях применяют пружинное уравновешивающее устройство, так как масса уравновешиваемых деталей невелика. Валок уравновешивается при помощи двух пружин, опирающихся на траверсу, соединяющую вверху две станины между собой. Пружины установлены в расточках траверсы прокатной клети. Пружинам сообщается предварительная затяжка с помощью гаек, предусмотренных на концах тяг. К концам этих тяг прикреплена траверса, соединяющаяся с подушками верхнего валка. Пружины поджимаются до прижатия подушки к винту.

4. Расчёты на прочность узла рабочего валка

Исходные данные для расчёта

М_кр=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.

На рисунке 5 показаны эпюры изгибающего и крутящего моментов.

Рисунок 5 – Эпюры изгибающего и крутящего моментов.

Расчёт подшипника качения по методике для радиально–упорных подшипников [5]

Определение эквивалентной динамической нагрузки

, (1)

где Х – коэффициент радиальной нагрузки, Х=0,67;

V – коэффициент вращения внутреннего кольца подшипника относительно направления радиальной нагрузки, V=1;

F_r – максимальная радиальная нагрузка на подшипник, F_r=200 кН;

К_Б – коэффициент безопасности, К_Б=1,3;

К_Т – температурный коэффициент, К_Т=1.

.

Динамическая грузоподъёмность:

, (2)

где  – частота вращения валка, при

 ;

 – заданный ресурс, ;

 – коэффициент при 90% надёжности работы подшипника;

 – коэффициент влияния на ресурс условий эксплуатации;

 – для роликовых подшипников.

.

Исходя из расчёта на долговечность, выбираю подшипник 2077140 ГОСТ 8419 – 75 [6] роликовый радиально–упорный конический четырёхрядный (рисунок 6).

Рисунок 6 – Основные размеры подшипника роликового радиально–упорного конического четырёхрядного по ГОСТ 8419 – 75

В таблице 2 приведены основные характеристики выбранного подшипника.

Таблица 2 – Основные характеристики 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.

Определяем скорректированный по уровню надёжности и условиям применения расчётный ресурс подшипника:

, (3)

.

. (4)

Расчёт на прочность валка в рабочей клети сортового стана [3].

Выбираем точку приложения нагрузки в середине валка. Длина бочки валка , ширина подшипника . Тогда максимальный изгибающий момент:

, (5)

где Р =400кН – полное давление металла на валки в рассматриваемом сечении;

х =0,438м – половина расстояния между точками опор;

а =0,876м – полное расстояние между точками опор.

.

Момент сопротивления поперечного сечения бочки валка на изгиб:

, (6)

где D =0,35м – диаметр бочки валка.

.

Напряжение изгиба в бочке валка:

. (7)

Напряжение кручения в бочке валка не подсчитывают ввиду его незначительной величины по сравнению с напряжением изгиба. Допустимое напряжение для валков из углеродистой стали:

.

Условие выполняется .

Расчёт шейки валка на изгиб и кручение (принимая )

, (8)

где Т и d – длина и диаметр шейки.

.

, (9)

где М_кр.ш – крутящий момент, прикладываемый к валку со стороны привода.

.

Результирующее напряжение для стального валка:

, (10)

.

 – условие выполняется.

Заключение

1.  На основании проведённого обзора конструкций клетей дуо выбраны типы механизмов для клети дуо 350;

2.  Проведены расчёты узла валка на прочность и выбран подшипник.

Библиографический список

1.  Структура российского экспорта и импорта проката чёрных металлов и труб в январе – сентябре 2008 г. Информация корпорации "Чермет"// Производство проката. — 2009. — № 2, — С. 43.

2.  Выпуск промышленной продукции крупнейшими предприятиями чёрной металлургии Российской Федерации 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–е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1987 — 480 с.

5.  Атлас конструкций узлов 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.