Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Анализ состояния вопроса, цели, разработки и задачи ВКР

1.1 Стальной, тонколистовой прокат, характеристика, свойства и область применения

1.2 Классификация листов холоднокатаных

2. Прокат тонколистовой х/к общего назначения гост 16523-89

2.1 Классификация листов холоднокатаных общего назначения

3. Прокат тонколистовой х/к для холодной штамповки гост 9045-93

3.1 Классификация листов холоднокатаных для штамповки

3.2 Применяемое оборудование

3.3 Выявившиеся недостатки оборудования

3.4 Целью ВКР является

4. Проектирование и расчет привода механизма натяжения стальной полосы агрегата продольной резки

4.1 Описание конструкции

4.2 Разработка и описание кинематической схемы привода

4.3 Энергокинематический расчёт привода

4.4 Подбор стандартных узлов привода

4.5 Расчёт и проектирование нестандартных зубчатых передач

4.6 Ориентировочный расчёт и конструирование приводного вала исполнительной машины

4.7 Предварительный выбор подшипников качения

5. Выбор стандартных корпусов

5.1 Проверка долговечности предварительно выбранных подшипников

5.2 Уточнённый расчёт приводного вала

5.3 Выбор муфт

6. Проектирование и расчет рамы привода механизма натяжения стальной полосы агрегата продольной резки

6.1 Описание конструкции

6.2 Расчет балок на прочность

6.3 Расчет сварной рамы на прочность

7. Проектирование и расчет гидропривода перемещения верхнего прижимного ролика механизма натяжения стальной полосы агрегата продольной резки

7.1 Расчет и выбор исполнительного гидродвигателя

7.2 Выбор гидравлической схемы и ее обоснование

7.3 Расчет и выбор насосной установки

7.4 Расчет и выбор гидроаппаратуры и трубопроводов

7.5 Разработка блока управления

7.6 Определение потерь давления в аппаратах и трубопроводах

7.7 Проверка насосной установки

8. Разработка технологического процесса изготовления полумуфты привода механизма натяжения стальной полосы агрегата продольной резки

8.1 Разработка технологического процесса изготовления "шестерни" с применением станков с ЧПУ

8.2 Описание конструкции и назначения детали

8.3 Технологический контроль чертежа детали

8.4 Анализ технологичности конструкции детали

8.5 Выбор способа изготовления заготовки

8.6 Расчет межоперационных припусков и допусков

8.7 Выбор плана обработки

8.8 Выбор типа и формы производства

8.9 Выбор оборудования

8.10 Выбор приспособлений

8.11 Выбор режущих инструментов

8.12 Выбор средств измерения и контроля

8.13 Выбор режимов резания

8.14 Уточненное нормирование времени операции

8.15 Разработка управляющей программы для ЧПУ

9. Безопасность и экологичность проекта

9.1 Анализ условий труда производства холодного проката

9.2 Меры по обеспечению безопасности и условий труда

9.3 Меры по обеспечению устойчивой работы цеха в условиях ЧС

9.4 Меры по охране окружающей среды

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Введение

Черная металлургия - основа могущества любого государства. Без нее не может обойтись ни одна отрасль народного хозяйства.

В России действуют около 700 предприятий черной металлургии, где производится 46,9 миллиона тонн готового проката. Свыше 90 процентов из этого количества приходится на 9 предприятий: ПАО "Северсталь", Магнитогорский, Новолипецкий, Западно-Сибирский, Нижнее-Тагильский, Кузнецкий, Челябинский, Орско-Халиловский, Оскольский металлургические комбинаты. Среди этих производителей черного металла наибольший объем производства в 3-х компаниях: ПАО "Северсталь", ОАО "НЛМК", ОАО "ММК"; они дают 56 процентов всего российского экспорта металлопродукции.

С 1994 года лидирующие позиции в России по объемам реализации продукции принадлежат "Северсталь".

ПАО "Северсталь" входит в число 20 крупнейших сталелитейных компаний мира.

Такого успеха ПАО "Северсталь" добилась благодаря объединению в рамках холдинга всех этапов производственного цикла. И теперь под контролем находятся добыча сырья, получение, переработка металла, сбыт продукции. Благодаря продуманной, рассчитанной на перспективу финансовой и технологической политике ПАО "Северсталь" достигло того, что его продукцией пользуется весь мир.

Постоянная модернизация оборудования, внедрение новейших технологий, высокий научный потенциал сотрудников дают возможность непрерывно расширять ассортимент продукции, что позволяет удовлетворять запросы самых взыскательных потребителей.

Надежная и бесперебойная работа основных цехов и производств обеспечивается мощным энергетическим хозяйством, хорошо оснащенной ремонтной базой, специализированными лабораториями, транспортными службами. Почти половина необходимой электрической и тепловой энергии обеспечивается за счет вторичных ресурсов.

ПАО "Северсталь" имеет свой промышленный порт, железнодорожную сеть, авиакомпанию, самолеты которой совершают регулярные рейсы в Санкт-Петербург, Москву и Хельсинки.

Программу по сбыту готовых изделий реализует торговая сеть ПАО "Северсталь", включая ЗАО "Северсталь-Инвест", основной задачей которого является выход на конечного потребителя.

В составе холдинга ПАО "Северсталь" развивается также направления, связанные с жизненно важными сферами существования человека. Одной из таких является страхование, которым занимается одна из лучших на Северо-Западе страховая компания "Шексна"

Череповецкий металл пользуется устойчивым спросом на внутреннем рынке, экспортируется в десятки зарубежных государств.

ПАО "Северсталь" - это современный завод с полным металлургическим циклом объединяющий три основных производства: доменное, сталеплавильное и прокатное, и занимающийся выпуском годовой продукции.

В настоящее время Северсталь занимает одно из ведущих мест в мире по производству металла. Реализация готовой продукции очень богата. Так, например 80% стали в России произведено на Северстали. Также наш комбинат - крупнейший экспортер продукции в страны Европы, ближнего и дальнего зарубежья.

Одним из крупнейших производств ПАО "Северсталь" является производство холоднокатаного листа.

2 марта 2008 года ПХЛ отметил 45 лет со дня пуска в эксплуатацию первой очереди цеха. Сегодня это одно из крупных производств ПАО "Северсталь".

В состав ПХЛ входят цехи прокатки и отжига, цех травления, отделки и покрытий металла, цех динамных сталей.

Основным видом продукции является холоднокатаный прокат в листах и рулонах, а также термообработанный и оцинкованный. Прокат производится для холодной штамповки (автолист, прокат для эмалирования). Специфичным видом продукции является электротехническая сталь с электроизоляционным покрытием для сердечников электротехнических машин.

Основные виды продукции: автомобильный лист, оцинкованный лист, горячекатаный травлёный лист и изотопная динамная сталь.

В 2002 году выпуск продукции ПХЛ составил 2,3 млн. тонн. А в 2007 году в ПХЛ выпуск продукции увеличился до 2,5 млн. тонн. Освоено производство полос из листов из IF - сталей для автомобильной промышленности с цинковым покрытием, металла с алюмокремниевым покрытием, холоднокатаной полосы шириной до 1600 мм. Такие результаты были достигнуты за счёт построенного на базе ПХЛ совместного предприятия "Севергал".

За время прохождения практики на производстве ПХП в ЦОМ. Выбрал и рассчитал проект реконструкции роликов предварительного натяжения.

1. Анализ состояния вопроса, цели, разработки и задачи вкр

1.1 Стальной, тонколистовой прокат, характеристика, свойства и область применения

Стальным тонколистовым прокатом можно считать прокат изготовленный из различных марок сталей в виде листов или рулонов толщиной от 0,2 до 4 мм.

Стальной тонколистовой прокат играет большую роль в жизни человека, он имеет широкое применение во многих отраслях промышленности.

В машиностроении прокат служит для изготовления корпусов, кузовов, и других элементов и деталей машин. В строительном производстве тонколистовой прокат применяют для кровли крыш, обшивки заборов и ограждений, в отделке помещений и многих других направлениях. В гражданском производстве прокат имеет тоже очень широкую область применения, он присутствует, и из него изготавливают многие предметы быта от ложки до стиральной машины. Стальной тонколистовой прокат имеет широкое применение и в военной промышленности, из него изготавливают корпуса снарядов, боеприпасов, ракет, он присутствует в деталях транспортных боевых машин и снаряжении.

Стальной тонколистовой прокат имеет способность подвергаться многим видам механической, химической, физической обработке. Он имеет основные необходимые для производства качества: доступность, широкая область применения.

В настоящее время с развитием новых технологий стальной прокат постепенно заменяется другими видами материалов, пластмассами, пластиковыми материалами, широким ассортиментом сплавов, различными видами стёкол и т.д.

Производство стального проката на многих крупных предприятиях относится к массовому производству. С развитием нано-технологий, массовое производство постепенно, очень малыми долями уходит от нас в прошлое.

Технология прокатного производства это комплекс взаимосвязанных технологических переделов, определяющих качество прокатной продукции и технико-экономические показатели работы прокатных цехов, металлургических заводов.

В условиях постоянно возрастающих требований к качеству металлопродукции, оснащения предприятий современным прокатным оборудованием, расширения марочного и размерного сортамента проката, создания новых и усовершенствования существующих технологических процессов, а также высоких темпов развития прокатного производства, знание всех технологических факторов производства проката позволит наиболее эффективно решать вопросы, связанные с работой прокатных цехов, с дальнейшим внедрением новой техники и достижений науки в производстве, тем самым обеспечивая более высокий уровень качества проката и эффективность его производства. Развитие современного прокатного производства базируется на использовании нового, более совершенного нагревательного, прокатного и отделочного оборудования, характеризующегося поточностью ряда технологических процессов и операций, более высокими скоростями и более интенсивными режимами работы, все возрастающими массами исходного продукта, повышением качества исходного слитка и непрерывно литой заготовки. На технологию современного прокатного производства существенное влияние оказывают все возрастающие требования и к отделке готового проката. Новые автоматические линии и станочное оборудование заводов машиностроения переопределили особые требования к качеству прокатной продукции по чистоте и степени отделки поверхности, прямолинейности, обработке торцов сортового проката, точности профиля и ряду других требований.

Существенные сдвиги в технологии производства проката происходят в связи со значительным увеличением доли проката, характеризующегося высокими прочностными свойствами при высокой пластичности и в ряде случаев регламентированной микроструктуре и величине зерна. Это достигается путем увеличения количества проката из легированных и низколегированных марок стали, производство которого имеет специфическую технологию с особенностями нагрева, прокатки охлаждения и отделки металла. Принимаемые на заводах черной металлургии меры по повышению качества стали по чистоте от неметаллических включений, по улучшению поверхности слитков, заготовок и проката, позволяет намного уменьшить дефекты поверхности заготовок и готового проката и, следовательно, сократить объем зачистки металла для ряда назначений. Отсутствие поверхностных дефектов на прокате обусловлено не только необходимостью исключения ослабленных мест и концентраторов напряжения на прокате, предназначенном для изготовления ответственных деталей машин и конструкций, но и возможностью дальнейшего передела проката в металлопотребляющих отраслях промышленности. Оснащение цехов высокопроизводительным зачистным оборудованием обеспечит выполнение этой задачи. Особенностью современного развития прокатного производства являются также высокие темпы наращивания мощностей четвертого передела, в том числе для получения холоднокатаного и калиброванного металла, проката, подвергнутого термической обработкой, и проката с покрытиями, технология производства которого имеет свои особенности, обеспечивающие параметры качества готового проката, оговоренные соответствующими стандартами и техническими условиями.

Технология производства подката для четвертого передела, особенности подготовки металла для холодной деформации, многооперационность этих технологических процессов определяют технико-экономические показатели производства этой продукции.

Изучение вопросов технологии производства проката с оценкой влияния основных технологических процессов и операций по всем переделам прокатного производства на качество готовой прокатной продукции, на возможности расширения марочного и размерного сортамента проката и эффективность производства - важное условие дальнейшего повышения технического уровня и развития прокатного производства. При разработке мероприятий, связанных с развитием прокатного производства, учитываются результаты комплекса научно-исследовательских и проектно-конструкторских разработок, позволивших значительно усовершенствовать технологию прокатного производства, оснастить цехи современным высокопроизводительным оборудованием, постоянно расширять марочный и размерный сортамент проката в условиях значительного улучшения параметров качества проката по физико-химическим и эксплуатационным свойствам, структуре, величине зерна, состоянию и отделке поверхности.

Проблема улучшения качества проката в значительной мере определяется вопросами стандартизации. При разработке технологии производства проката различного назначения исходят прежде всего из необходимости обеспечить выпуск продукции, полностью соответствующей требованиям стандартов или технических условий. При этом учитывается, что в зависимости от эксплуатационных требований, предъявляемых к готовому прокату в условиях его службы в машинах, конструкциях, приборах, средствах транспорта, связи и т.д., к качеству металла могут быть предъявлены требования, соответствующие высоким категориям качества, оговоренным стандартом, или ТУ. Создание новых видов машин, оборудования, приборов, внедрение ряда прогрессивных технологических процессов в металопотребляющих отраслях промышленности связано с широким использованием холоднокатаного листового и ленточного проката, характеризующегося высокой степенью отделки поверхности, точностью размеров и заданными физико-механическими свойствами.

Значительные темпы создания мощностей по выпуску листовой стали с покрытиями цинком, хромом, оловом, свинцом, алюминием, пластиками связаны с использованием холоднокатаной стали. Холоднокатаная сталь для изготовления трансформаторов и электромашин в виде листового и ленточного проката характеризуется высокими магнитными свойствами и обеспечивает значительное повышение экономичности и создание новых типов энергетического оборудования и машин. Применение в качестве конструкционного и обшивочного материала холоднокатаной нержавеющей стали является определяющим в технических характеристиках различных видов ответственных машин и конструкций.

Холоднокатаный ленточный прокат с заданными физико-механическими свойствами является основным видом продукции в производстве прецизионных сплавов, широко применяемым в приборостроении и т.д.

1.2 Классификация листов холоднокатаных

По видам продукции:

– листы х/к;

– рулоны.

По точности изготовления холоднокатаного листа по толщине:

– БТ - нормальная;

– АТ - повышенная;

– ВТ - высокая.

По точности изготовления листа х/к по ширине:

– БШ - нормальная;

– АШ - повышенная;

– ВШ - высокая.

По точности изготовления по длине (для проката не прокатанного полистно):

– БД - нормальная;

– Д - повышенная;

– ВД - высокая.

По плоскостности листа холоднокатаного:

– ПН - нормальная;

– ПУ - улучшенная;

– ПВ - высокая;

– ПО - особо высокая.

По характеру кромки листа х/к:

– О - обрезная;

– НО - необрезная.

По формам поставки:

– ф.I - с указанием толщины, ширины и длины листа х/к;

– ф.II - c указанием толщины листа холоднокатаного;

– ф.III - с указанием толщины и кратных размеров листа х/к по ширине и длине;

– ф.IV - c указанием толщины и мерных размеров листа холоднокатаного.

2. Прокат тонколистовой х/к общего назначения ГОСТ 16523-89

Тонколистовой холоднокатаный прокат общего назначения изготовляется из углеродистой стали качественной и обыкновенного качества по ГОСТ 16523-89 шириной от 500мм и толщиной до 3,9мм из стали марок 08кп, 08пс, 10кп, 10пс, 15кп, 15пс, Ст 20кп, Ст 20пс, Ст 25, Ст 30, Ст 35, Ст 40, Ст 45, Ст 50 с химическим составом по ГОСТ 1050; Ст 1, Ст 2, Ст 3, Ст 3пс, Ст 3сп, Ст 4, Ст 5пс, Ст 5сп с химическим составом по ГОСТ 380.

В зависимости от временного сопротивления лист х/к изготовляют:

– из углеродистой стали обыкновенного качества групп прочноcти ОК 300В, ОК 360В, ОК 370В, ОК 400В;

– из углеродистой качественной стали групп прочности К 260В, К 270В, К 310В, К 330В, К 350В, К 390В, К 490В.

2.1 Классификация листов холоднокатаных общего назначения:

По нормируемым характеристикам: лист стальной холоднокатаный 1, 2, 3, 4, 5, 6 категории.

По качеству отделки поверхности:

– лист х к особо высокой отделки - I;

– лист х/к высокой отделки - II;

– лист х к повышенной отделки - III (IIIа, IIIб).

По способности листа холоднокатаного к вытяжке (прокат толщиной до 2мм групп прочности К 260В, К 270В, К 310В, К 330В, К 350В):

– Г - лист х/к глубокой способности;

– Н - лист х к нормальной способности.

3. Прокат тонколистовой х/к для холодной штамповки ГОСТ 9045-93

Лист холоднокатаный для холодной штамповки производится согласно ГОСТ 9045-93 из низкоуглеродистой качественной стали толщиной до 3,9 мм. Прокат изготовляется в термически обработанном состоянии, вид которого устанавливается изготовителем.

3.1 Классификация листов холоднокатаных для штамповки

По нормируемым характеристикам: лист стальной холоднокатаный 1, 2, 3, 4, 5.

По качеству отделки поверхности:

– лист холоднокатаный особо высокой отделки - I;

– лист х к высокой отделки - II;

– лист х/к повышенной отделки - III (IIIa, IIIб).

По способности к вытяжке (листы холоднокатаные толщиной до 2мм):

– весьма особо сложной - ВОСВ, ВОСВ-Т;

– особо сложной - ОСВ;

– сложной - СВ;

– весьма глубокой - ВГ.

3.2 Применяемое оборудование

В настоящее время для изготовления стального проката, в конечной стадии производства, ОАО "Северсталь" используют цех отделки металла ЦОМ.В состав ЦОМ входят: 10 агрегатов резки металла из них АПР 1,4,5,9,10,11-продольной резки, 2,3-поперечной резки, 2- дрессировочных стана Уралмаш 1700.

Агрегаты продольной резки производят холоднокатаный лист в рулоны, а поперечной резки - в пачки. Агрегат №9,10 предназначен для продольного роспуска холоднокатаной отожжённой и не отожжённой, оцинкованной и горячекатаной полосы в рулонах из углеродистой стали на полосы мерной ширины, сортировки полос по толщине и поверхностным дефектам, промасливания полос, обрезки боковых кромок, смотки полос в рулоны.

Помимо агрегатов резки и другого вспомогательного оборудования почти все остальное место занято под склады хранения рулонов и пачек листов. Агрегаты резки состоят из следующих механизмов:

приемный стеллаж;

загрузочная тележка с выдвижным настилом и подъемным столом;

разматыватель с прижимным роликом и боковым сталкивателем;

качающаяся задающая проводка с выдвижным козырьком;

задающее устройство;

радиоизотопный толщиномер;

гильотинные ножницы № 1;

механизм уборки некондиции, состоящий из роликов уборки обрези, качающегося стола и кассеты для уборки обрези;

проводковый стол, с маркировочным принтером, с холостыми гуммированными роликами и зеркалами для осмотра поверхности;

тянущие ролики;

петлевое устройство № 1 с двумя качающимися столами, состоящими из кассет с холостыми роликами и петлевой ямой;

направляющий стол с вертикальными центрирующими роликами;

дисковые ножницы с отбойниками кромки;

кромкомоталка с прессующим роликом и механизмом подъема бунта;

раскатные ролики;

задающая тележка с прижимным козырьком и подающими роликами;

петлевое устройство № 2 с двумя качающимися проводками, делительным роликом, проводковым подъемным столом и петлевой ямой;

пресс-прижим с воздушной камерой;

гильотинные ножницы № 2;

поворотная стрела с электроталью;

стол для отбора карт металла;

устройство предварительного натяжения;

откидная направляющая проводка задающей тележки;

моталка с прижимным роликом и поддерживающей опорой;

промасливающая в электростатическом поле машина;

съемная тележка моталки с подъемным столом и выдвижными настилами

3.3 Выявившиеся недостатки оборудования

В процессе длительной эксплуатации этого оборудования, выявились следующие недостатки: на АПР-9,10 имеется установка с роликами предварительного натяжения, в процессе её эксплуатации острой проблемой стал участок крепежа верхнего ролика. В области подушек, на которые устанавливается рама, и границах рёбер жёсткости, у подушек со станиной, возникают трещины и разрывы из за которых появляются недопускаемые колебания рамы при работе агрегата.

Верхний и нижний ролик, состоят из пустотелой бочки с полиуретановым покрытием, смонтированных на индивидуальных рамах. На индивидуальной раме каждого ролика имеется редуктор. В редукторе возникает проблема перегрузки подшипников и проблема выкрашивания зубьев ведомой и промежуточной шестерни.

Ещё одной важной проблемой является избыточное (слишком большое), не имеющее достаточной точности и регулировки не уместное для оборудования агрегата натяжение полосы металла создающееся пресс-прижимом.

3.4 Целью ВКР является

Модернизация установки роликов предварительного натяжения, агрегата продольной резки стальной полосы.

Исходя из поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:

– расчет и проектирование механического привода верхнего и нижнего ролика;

– расчет и проектирование гидравлического привода подъёма и отпускания нижнего ролика;

– разработка станины натяжного устройства, расчёт узла верхнего ролика;

– проектирование технологического процесса изготовления деталей.

4. Проектирование и расчет привода механизма натяжения стальной полосы агрегата продольной резки

4.1 Описание конструкции

Устройство натяжное представляет из себя сварную раму, в которой шарнирно монтируется верхний ролик, нижний ролик. Шарнирно смонтированные ролики с помощью гидроцилиндров перемещаются в позицию, позволяющую проходящей через натяжное устройство задающей тележке перемещаться до барабана моталки.

Верхний и нижний ролик состоят из пустотелой бочки с полиуретановым покрытием, смонтированных на индивидуальных рамах.

После окончания операции по заправке полосы в зев барабана моталки, верхний и нижний ролик перемещаются в рабочее положение. Ролики работают в генераторном режиме, увеличивая натяжение полосы, создаваемое в агрегате пресс-прижимом или роликами предварительного натяжения (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 - Установка роликов предварительного натяжения: 1- сварная рама; 2- верхняя рама в сборе с роликом;3 - нижняя рама в сборе с роликом; 4 - гидроцилиндр верхней рамы; 5 - гидроцилиндр нижней рамы; 6 - редуктор; 7 - тормоз электродвигатель; 9 - тахогенератор.

4.2 Разработка и описание кинематической схемы привода

Конструкция привода верхнего ролика предварительного натяжения представляет собой тахогенератор соединённый с электродвигателем при помощи муфты поставляемой с тахогенератором, который вращает редуктор привода ролика. Тихоходный вал стандартного редуктора соединён с редуктором рамы при помощи промежуточного вала с зубчатыми муфтами, через который передаётся вращательный момент на редуктор рамы, в которую шарнирно устанавливается ролик. На ролик с приводной стороны установлена шестерня, через которую передаётся ролику тот же вращающий момент, что и на тихоходном вале редуктора. Приводная и промежуточная шестерни установлены на подшипники, которые одеты на оси, запрессованные в саму раму ролика (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 - Кинематическая схема привода: 1 - тахогенератор; 2 - электродвигатель; 3 - тормоз; 4 - редуктор; 5 - промежуточный вал с муфтами; 6 - рама-редуктор в сборе; 7 - ролик.

4.3 Энергокинематический расчёт привода

Выбор электродвигателя. Основными рабочими характеристиками электродвигателя являются его номинальная мощность и номинальная частота вращения. Стандартный электродвигатель выбирают в зависимости от требуемой мощности рабочей машины и частоты вращения её быстроходного вала.

Требуемая мощность электродвигателя:

(1)

где Рдв - требуемая мощность электродвигателя, кВт;

Ррм - мощность быстроходного вала рабочей машины, кВт.

кВт.

Общий КПД:

(2)

где - общий КПД привода;

- КПД закрытой передачи.;

- КПД муфты.

Стандартный электродвигатель выбираем с номинальной мощностью, которая соответствует условию:

Рном ? Рдв,

где Рном - номинальная мощность электродвигателя, кВт;

Рдв - требуемая мощность электродвигателя, кВт.

64 > 62.

Из справочника выбрем электродвигатель постоянного тока Д 808У 2, 220В, 37кВт,575об/мин, с полумуфтой для присоединения тахогенератора на втором конце вала. Электродвигатель используется в режиме 380В, 64кВт, 1000об/мин.

Тахогенератор ТП 212-0,2-0,5-ЙМ 1082-УХЛ,200В, 1000об/мин.

Исполнение на лапах. Поставляется комплектно с полумуфтой для присоединения к электродвигателю.

Катушка параллельного возбуждения ТКП-400-У 2, 25%ПВ к тормозу ТКП-400. Тормоз используется в режиме 100%ПВ.

Выключатель конечный, бесконтактный КВП- 16.

Определение передаточного числа привода и передаточных чисел ступеней. Для определения передаточного числа привода необходимо найти частоту вращения его выходного вала N1, об/мин:

(3)

где N1- частота вращения выходного вала привода, об/мин;

- угловая скорость т/х вала рабочей машины, с.

N1=

Передаточное число привода определяется отношением номинальной частоты вращения стандартного электродвигателя к частоте выходного вала привода и рассчитывается по формуле:

(4)

где i - передаточное число привода;

N_ном - номинальная частота вращения выходного вала электродвигателя, об/мин;

N₁ - частота вращения выходного вала привода, об/мин.

Определение кинематических и силовых параметров привода. Кинематические и силовые параметры привода рассчитываются для быстроходного и тихоходного валов редуктора и для выходного вала электродвигателя. Положение быстроходного и тихоходного валов редуктора определяется по кинематической схеме привода:

– мощность электродвигателя: Р_ном=64кВТ.

– мощность б/х вала редуктора:

Р₁=Р_ном,кВт; (5)

Р₁=64Ч0,96=57, кВт.

– мощность т/х вала редуктора:

Р₂=Р₁, кВт; (6)

Р₂=57Ч0,93=54, кВт.

– частота вращения электродвигателя: N_ном= 1000об/мин.

– частота вращения б/х вала редуктора: N₁=Nном.

– частота вращения т/х вала редуктора: N₂=500, об/мин.

– угловая скорость электродвигателя:

(7)



– угловая скорость б/х вала редуктора: .

– угловая скорость т/х вала редуктора:

(8)

– вращающий момент электродвигателя:

(9)

– вращающий момент б/х вала редуктора:

(10)

– вращающий момент т/х вала редуктора:

(11)

Т₂=542Ч2Ч0,96=1125Нм.

Примечание: в дальнейших расчётах будем рассчитывать редуктор рамы ролика, у которого скорость на входе и на выходе одинаковы и равны скоростям тихоходного вала редуктора.

4.4 Подбор стандартных узлов привода

Выбор редуктора. Выбираем редуктор типа 1ЦУ-160 [4] с передаточным числом 2, межосевым расстоянием 160 мм и допускаемым крутящим моментом на тихоходном валу при ПВ = 100% и реверсивной нагрузке 1250 Нм.

Выбранное передаточное число редуктора не должно отличатся от заданного больше чем на 15% [2]:

(12)

где u_р.т. - требуемое передаточное число редуктора;

u_р -передаточное число выбранного редуктора.

Фактическое число оборотов барабанов:

(13)

где n_д - число оборотов двигателя, об/мин;

i_ред - передаточное число редуктора.

Данный редуктор удовлетворяет требуемым условиям.

Подбор тормоза. Тормоз выбираем исходя из расчетного тормозного момента:

 (14)

где K_т = 2 - коэффициента запаса торможения для тяжелой работы [2];

Q - нагрузка полосы металла на ролик Q=3000, кг;

r_б - радиус барабана, м;

з_мех - КПД всех механизмов от вала двигателя до барабана включительно.

Выбираем тормоз типа ТКГ-400 ГОСТ 12.2.007.0-75 с максимальным тормозным моментом 550 Н·м.

4.5 Расчёт и проектирование нестандартных зубчатых передач

Определение сил в зацеплении В зацеплении закрытых передач действуют окружная, радиальная и осевая сила. За точку приложения силы принимают полное зацепление передачи.

Примечание - в цилиндрической прямозубой передаче действует только окружная и радиальная силы..

Выбор материала закрытых передач. Определение допускаемых напряжений.

Выбор материала, твёрдости и основных механических характеристик зубчатых передач.

Для изготовления зубчатых колёс, вала-шестерни рекомендуется выбирать стали конструкционные качественные или стали конструкционные легированные с твёрдостью Ш НВ. При этом обеспечивается нарезание зубьев после термообработки, высокая точность изготовления и хорошая прирабатываемость зубьев.

Для равномерного изнашивания зубьев и лучшей их прирабатываемости твёрдость зубчатых шестерёнок назначается с разностью 20…30 НВ.

– Выбираем материал для приводной шестерни:

Сталь 45;

термообработка - улучшение;

твёрдость, 269…302 НВ 1;

предел прочности стали,

предел прочности стали,

предел прочности стали,

– допускаемое напряжение при числе циклов перемены напряжений Nно; Nfo, Н/ммІ:

, Н/мм; (15)

Н/ммІ;

, Н/ммІ; (16)

Н/ммІ.

– Выбираем материал для промежуточной шестерни:

Сталь 45;

термообработка - улучшение;

твёрдость, 235…262 НВ 2;

предел прочности стали,

предел прочности стали,

предел прочности стали,

– допускаемое напряжение при числе циклов перемены напряжений: Nно; Nfo, Н/ Н/ммІ.

 Н/ммІ; (17)

Н/мм.

, Н/ммІ; (18)

Н/ммІ.

– Выбираем материал для шестерни ролика:

Сталь 40;

термообработка - улучшение;

твёрдость, 192…228 НВ 3;

предел прочности стали,

предел прочности стали,

предел прочности стали,

– допускаемое напряжение при числе циклов перемены напряжений Nно; Nfo, Н/ммІ:

, Н/ммІ; (19)

Н/ммІ.

, Н/ммІ; (20)

, Н/ммІ.

Определение допускаемые контактные напряжения для зубьев шестерёнок, определяем число циклов перемены напряжений за весь срок службы редуктора N1 млн. циклов:

,млн.циклов; (21)

где - угловая скорость шестерни

Lh - срок службы редуктора, ч (техническое задание).

.циклов.

– Определяем число циклов перемены напряжений соответствующее пределу выносливости NНО 1, в соответствии с твёрдостью шестерни:

Средняя твёрдость поверхности 250НВ соответствует 16,5млн.циклов.

– определяем коэффициент долговечности KHL1 для зубьев шестерен:

(22)

– определяем допускаемое контактное напряжение []н 1 для зубьев приводной шестерни, :

(23)

– определяем допускаемое контактное напряжение []_{н 2} для зубьев промежуточной шестерни, :

(24)

– определяем допускаемое контактное напряжение []_{н 3} для зубьев шестерни ролика, :

(25)

.

Должно выполняться условие:

;

400<449<530; условие выполняется.

Определить допускаемые напряжения изгиба для зубьев шестерни, определяем коэффициент долговечности КFL1 для зубьев шестерни при напряжениях изгиба:

(26)

– определяем допускаемые напряжения изгиба для зубьев приводной шестерни, :

(27)

– определяем допускаемые напряжения изгиба для зубьев промежуточной шестерни,

(28)

.

– определяем допускаемые напряжения изгиба для зубьев шестерни ролика, :

(29)

Должно выполняться условие:

130<148<179 условие выполняется.

Расчёт закрытой не стандартной зубчатой передачи. Определить межосевое расстояние

(30)

где - вращающий момент на тихоходном валу редуктора;

- вспомогательный коэффициент (49,5);

- коэффициент ширины венца шестерни (0,28…0,36);

- коэффициент неравномерности нагрузки по длине зуба, для прирабатывающихся колёс равен 1.

Полученное значение межосевого расстояния округлить до ближайшего большего числа [26].

Определить модуль зацепления

(31)

где - вспомогательный коэффициент [6.8];

- делительный диаметр колеса, мм;

- ширина венца шестерни;

мм.

полученное значение модуля округлить до ближайшего большего m=5мм.

– Определяем делительный диаметр:

(32)

– Определяем ширину венца шестерни:

(33)

Определить суммарное число зубьев шестерни:

(34)

шт.

Определить фактических основные геометрические параметры шестеренок:

– Диаметр делительный, мм:

d=mЧz1,мм; (35)

d=5Ч52=260мм.

– Диаметр вершин зубьев, мм:

(36)

– Диаметр впадин зубьев, мм:

(37)

– Ширина зубчатого венца, мм:

(38)

Определить окружную силу Ft на шестерне

(39)

Определить окружную скорость колеса v, м/с и степень точности передачи

– Окружная скорость колеса определяется по формуле:

(40)

– Степень точности передачи определяется в зависимости от окружной скорости по таблице. Степень точности [8].

Определить фактического контактного напряжения зубьев шестерни

Фактическое контактное напряжение зубьев колеса сравнивается с допустимым напряжением:

(41)

где К - вспомогательный коэффициент, [36];

- коэффициент учитывающий распределение нагрузки между зубьями, [1];

;

- коэффициент динамической нагрузки, зависящий от окружной скорости шестерни и степени точности передачи, он выбирается по таблице. [24].

условие выполняется.

Проверка напряжений изгиба зубьев шестерни

(42)

где - коэффициент наклона зуба,[1];

- коэффициент формы зуба шестерни, определяется по таблице в зависимости от числа зубьев. [36];

- [1];

;

- коэффициент динамической нагрузки, зависящий от окружной скорости шестерни и степени точности передачи, он выбирается по таблице. [1.58]

условие выполняется.

4.6 Ориентировочный расчёт и конструирование приводного вала исполнительной машины

Выбор материала оси - ролика. Материал принимаем тот же, что и у шестерни ст 45. Проектный расчёт оси ролика:

– Определяю основные геометрические параметры оси ролика;

– Диаметр под шестерню D1, мм:

(43)

где Т2- вращающий момент т/х вала редуктора - Т 2=1125Н*М;

- допускаемое напряжение изгиба.

Полученное значение округляем до ближайшего большего, [25].

– Длина ступени L, мм:

(44)

– Определяем диаметр и длину ступени под подшипники, мм:

D2=D1+3…5(26); (45)

D2=95+5=100мм;

L=45мм.

– Определяем диаметр и длину ступени под уплотнение, мм:

D3=D2+3..10мм; (46)

D3=100+10=110мм;

L3=2.3ЧL1; (47)

L3=213мм.

– Определяем диаметр и длину ступени под крышку ролика, мм:

D=115мм, L=100мм.

4.7 Предварительный выбор подшипников качения

Согласно воспринимаемым нагрузкам выбираем подшипник №3515 ГОСТ 28428-90 Характеристика подшипника:

посадочный диаметр подшипника на вал, d, мм 100;

посадочный диаметр подшипника в корпус, D, мм 180;

высота подшипника Н, мм 34;

динамическая грузоподъемность, кН 69,5;

статическая грузоподъемность, кН 41,5.

Подшипники установлены в стандартные корпуса и закрыты стандартными торцовыми крышками с манжетными уплотнениями.

5. Выбор стандартных корпусов

В качестве корпусов для опор принимаем стандартные корпуса типа ШМ для установки подшипников качения. Корпуса неразъемные широкие со сквозным отверстием для подшипников качения. Назначаем корпус типа ШМ - 190 ГОСТ 13218.1-80.

Конструкция опор. Подшипник установлен в расточку корпуса ШМ - 190 ГОСТ 13218.1-80. Со стороны вала ротора подшипник закрывается торцовой проходной крышкой. В крышку установлена армированная манжета 1-105 х 130-1 ГОСТ 8752-79. С другой стороны подшипник в корпусе закрывает торцовая глухая крышка с пресс-масленкой.

5.1 Проверка долговечности предварительно выбранных подшипников

Определяем эквивалентную динамическую нагрузку подшипников:

(48)

где V - коэффициент вращения, [1];

Rr -суммарная реакция подшипника, Н;

Кб -коэффициент безопасности, [1.4…1.1];

Кт - температурный коэффициент, [1].

Re=1.3Ч3000=3900H=3.9кН.

Учитывая нагрузки возникающие на оси и в подшипнике по справочнику выбираем подшипник №3515.

5.2 Уточнённый расчёт приводного вала

Расчёт действующих сил в зубчатом зацеплении

– Окружная сила , Н:

; (51)

где НЧм;

d₂ =325 мм - диаметр колеса;

Н.

– Радиальная сила, Н:

,Н; (52)

Н.

Уточнённый расчет приводного вала

– В вертикальной плоскости:

а) Определение реакций опор, Н:

;

;



Проверка:

б) Эпюра изгибающих моментов относительно оси Х, НЧм:

М_{х 1}=0, М_{х 2}=;

М_{х 4}=;

М_{х 3}=;

М_{х 5}=.

– В горизонтальной плоскости:

а) Определение реакций опор:

(53)

б) Строим эпюру изгибающих моментов:

М_Y1=;

М_Y2=

М_Y5=

в) Эпюра крутящих моментов (рисунок 5.1):

M_z= (54)

– Составляющие опорных реакций суммируются геометрически, т.е. опорные реакции (рисунок 5.1) определяются по формулам, Н:

; (55)

Н;

; (56)

Н.



Рисунок 5.1 - Эпюры крутящих моментов

Расчёт на прочность:

(57)

где Мкр - максимальный крутящий момент;

Wp - полярный момент инерции;

(58)

Условие выполняется.

5.3 Выбор муфт

стальной натяжение трубопровод гидродвигатель

Муфта, соединяющая двигатель с редуктором: соединение двигателя с редуктором, принимая во внимание малые размеры барабана, производим напрямую без промежуточного вала с использованием втулочно-пальцевой муфты. Муфту вбираем исходя из соединяемых диаметров валов и максимального момента на валу электродвигателя с коэффициентом запаса 1.5:

(59)

где k - коэффициент запаса, k = 1.5;

Ш_max - максимальная кратность пускового момента 2,2;

М_дв.н - номинальный момент на валу двигателя, Н·м;

Выбираем муфту МУВП 2000-65-2-90-2-У 3 ГОСТ 21424-93 с максимальным передаваемым крутящим моментом 2000 Нм [5].

Подбор муфт соединяющих редуктор и раму ролика:

Муфту зубчатую выбираю исходя из передаваемого крутящего момента и частоты вращения тихоходного вала.

Выбрал муфту МЗ-3 ГОСТ Р 50895-96. Максимальный крутящий момент 3150Нм., частота вращения 4000мин-1.

6. Проектирование и расчет рамы привода механизма натяжения стальной полосы агрегата продольной резки

6.1 Описание конструкции

Рамы входят в состав различных машин и конструкций - станков, вагонов, крановых тележек, фундаментов, кузнечно - прессовых и прокатных машин, автомобилей, тракторов и металлические конструкции зданий. Рамы служат для связи в одно целое отдельных частей механизма. Они должны обеспечивать необходимую жесткость и прочность конструкции и удовлетворять требованиям рациональной компоновки изделия. При расчетах на прочность рамы представляют в виде системы соединенных балок.

Для увеличения жесткости рам в горизонтальной плоскости рекомендуется ставить распорки. В целях снижения массы при сохранении жесткости целесообразно применять для легких рам тонкостенные гнутые штампованные уголки, швеллеры и другие профили. Для соединения указанных элементов применяют не только дуговую, но и контактную сварку.

Рама привода механизма АПР должна выдерживать нагрузку 900кн, которая прикладывается к центру радиусом 250мм. Высота балок должна быть такой, чтобы в межбалочное пространство можно было установить два ролика для натяжения стальной полосы с гидроцилиндром.

3.5 Расчет балок на прочность

Требуется разработать конструкцию сварной балки пролетом l =1620мм со свободно опертыми концами. Допускаемое напряжение в балках устанавливаем с учетом коэффициентов условий работы m = 0,9 и перегрузки n = 1,2; для стали Ст 3кп [у]_Р = 160 МПа.

Балка нагружена сосредоточенными нагрузками Р₁ = 225000Н и Р₂ = 225000Н Наибольший прогиб балки f от сосредоточенной силы не должен превышать 1/700 пролета l.

Чтобы удовлетворить требованиям жесткости, балка должна иметь высоту не менее некоторой предельной. Эта минимальная высота определяется видом нагружения и допускаемыми напряжениями. Рассмотрим какова должна быть наименьшая высота балки, свободно лежащей на двух опорах, если она нагружена сосредоточенными силами Р ₁ и Р ₂ (рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 - Эпюры к расчету балки пролетом 1620 мм

Конструирование балки следует начинать с определения расчетных усилий М и Q. Сначала необходимо построить линии влияния моментов, чтобы знать их максимально возможные значения в разных сечениях балки.

Максимальный момент от сосредоточенной силы:

М = FЧl₁ ; (61)

М = 225000Ч0,585 = 131625 Н*м.

Расчетный прогиб в середине пролета:

f =, (62)

где ЕJ - жесткость балки.

Для рассматриваемой балки расчетный момент:

М = . (63)

Подставляя значение М в формулу (72), получим:

f =. (64)

Изгибающий момент:

М = [у]рW, (65)

где [у]р - допускаемое напряжение, [у]р = 160 МПа;

W - момент сопротивления.

Расчетное сечение симметрично относительно горизонтальной оси:

W = , (66)

где Н - высота балки.

Подставим значение М из формулы (70) в формулу (72):

f = (67)

откуда,

f/l =. (68)

По таблицам выбираем значение f/l = 1/700.

Из формулы (80) находим, Н:

Н =, (69)

где l - длина балки, l = 1620 мм;

Н = = 189 мм.

Данная высота является наименьшей при заданных значениях [у]р и f/l и может быть увеличена, если это диктуется соображениями компоновки конструкции или экономии металла.

Балка должна удовлетворять прочности при условии наименьшей массы, т.е. поперечное сечение должно быть минимальным:

Н = 1,3, (70)

где - толщина вертикального листа.

При проектировании балок толщина Sв в формулах неизвестна. Поэтому ее первоначально задают. Для разных строительных конструкций Sв обычно изменяется в узких пределах, Sв = 5…10 мм:

S_в = 7+0,005Н; (71)

S_в =7+0,005Ч500 = 10мм;

Н = 1,4= 40 мм.

Далее подбираем размеры поперечного сечения балки с учетом расчетного и изгибающего момента М и высоты Н.

Рассмотрим процесс подбора сечения двутаврового профиля. Для этого найдем требуемый момент сопротивления:

Wтр = ; (72)

Wтр = = 822,6смі.

Требуемый момент инерции сечения:

J_тр= W_трЧH; (73)

J_тр = 822,6Ч20 = 16453см ⁴.

Находим требуемый момент инерции двух горизонтальных листов:

J_г = J_тр - J_в; (74)

где J_в - момент инерции подобранного вертикального листа размером 400Ч10 мм;

J_в = 40іЧ1/12 = 5333см ⁴ ;

J_г = 16453 - 5333 = 11120 см ⁴.

В другой форме момент инерции выразится так:

J_г = 2[J₀+А_r()І]; (75)

где J₀ - момент инерции горизонтального листа относительно собственной оси, который всегда очень мал и может быть принят равным нулю;

Н ₁ - Расстояние между центрами тяжести горизонтальных листов, которое можно принять равным (0,96…0,98)Н.

Таким образом требуемое сечение одного пояса балки:

А_r = ; (76)

А_r = = 15смІ.

Принимаем сечение горизонтального листа 125Ч12мм.

Определим уточненное значение момента инерции подобранного поперечного сечения балки:

J = +2(1і+1,2Ч12,5Ч20І) = 19595см ⁴.

Наибольшее нормальное напряжение в крайнем волокне балки:

у_{max = ;} (77)

у_max = = 135МПа.

Определим касательное напряжение на уровне центра тяжести балки в опорном ее сечении:

ф = (78)

где Q - наибольшая поперечная сила балки, Q = 225кн;

S - статический момент полу площади сечения (симметричного) относительно центра тяжести балки (рисунок 6.2);

S = 20Ч12,5 + 22,5І/2 = 503 смі;

Ф = Ч10⁴ = 58 МПа.

Определим эквивалентные напряжения в сечении, в котором наибольший изгибающий момент М = 0,131625 МНм и поперечная сила Q = 225 кН.

Рисунок 6.2 - К расчету сварной балки

Эквивалентные напряжения вычисляются на уровне верхней кромки вертикального листа в зоне резкого изменения ширины сечения. Вычислим в этом волокне балки напряжение от момента М:

у₁ = ; (79)

у₁ = = 134,3 МПа.

В этом же волокне напряжение от поперечной силы:

ф₁ = ; (80)

где S₁ - статический момент площади горизонтального пояса относительно центра тяжести сечения балки;

S₁ = 20Ч12,5Ч1,2 = 300 смі;

Ф₁ = Ч10³ = 3,44 Мпа.

Эквивалентное напряжение определяется по формуле:

у_экв = ; (81)

у_экв = = 134,4 МПа;

что меньше наибольшего нормального напряжения в крайнем волокне.

Расчет поперечной балки длинной l = 1244 мм.

Требуется разработать конструкцию сварной балки пролетом l =1244мм с защемленными концами. Допускаемое напряжение в балках устанавливаем с учетом коэффициентов условий работы m = 0,9 и перегрузки n = 1,2; для стали Ст 3кп [у]р = 160 МПа.

Балка нагружена распределенной нагрузкой q = 900кН/м. Наибольший прогиб балки f от сосредоточенной силы не должен превышать 1/700 пролета l.

Чтобы удовлетворить требованиям жесткости, балка должна иметь (рисунок 6.3) высоту не менее некоторой предельной. Эта минимальная высота определяется видом нагружения и допускаемыми напряжениями. Рассмотрим какова должна быть наименьшая высота балки, свободно лежащей на двух опорах, если она нагружена (рисунок 6.3) сосредоточенными силами Р₁ и Р₂.

Рисунок 6.3 - Эпюры к расчету сварной балки пролетом 1244мм

Конструирование балки следует начинать с определения расчетных усилий М и Q. Сначала необходимо построить линии влияния моментов, чтобы знать их максимально возможные значения в разных сечениях балки.

Максимальный момент от сосредоточенной силы:

М = F?l₁; (82)