Разработка технических требований на эксплуатацию и ремонт линии привода и валков 7-й клети стана 2000 г.п.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Кафедра МОМЗ им. 50-летия МГМИ

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ И РЕМОНТ ЛИНИИ ПРИВОДА И ВАЛКОВ 7-й КЛЕТИ СТАНА 2000 г.п.

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Надежность, эксплуатация и ремонт металлургических машин»

МАГНИТОГОРСК

2011

Содержание

Аннотация

• Введение
• Расчетная часть
• 1. Условия эксплуатации линии привода 7-ой клети чистовой группы стана 2000 г.п. ЛПЦ-10 ОАО «ММК»
• 2. Обеспечение износостойкости и определение предельно допустимых величин износа пар трения
• 2.1 Зубчатая муфта шестеренного вала
• 2.2 Посадка зубчатой полумуфты на цапфу шестеренного валка
• 2.3 Зубчатое зацепление шестеренных валков
• 3. Выбор системы смазывания и марки смазочного материала в линии привода шестеренной клети
• 3.1 Шестеренная клеть
• 3.1.1 Узел трения «подшипник скольжения - шейка шестеренного валка»
• 3.1.2 Выбор марки смазочного материала в узел трения «зубчатое зацепление»
• 3.2 Выбор марки смазочных материалов для зубчатой муфты
• 3.3 Узел трения «подшипник скольжения - шейка промежуточного вала»
• 3.6 Подшипники жидкостного трения опорных валков
• 4. Технические требования на дефектацию и ремонт линии привода клети №7 чистовой группы стана 2000 г.п.
• 4.1 Определение величины допустимого износа посадки полумуфты на вал
• 4.2 Определение величины допустимого износа зубьев шестеренного валка
• 4.3 Предельно допустимая величина зазора в подшипниках скольжения шестеренной клети
• Выводы
• Список использованных источников

Приложение

Аннотация

В данной курсовой работе были решены несколько следующих задач:

· обеспечили высокую износостойкость пар трения;

· установили предельные величины износа деталей;

· подобрали системы смазывания и марки смазочных материалов в некоторые узлы трения клети №7 стана 2000 г.п.;

· обосновали способ восстановления изношенных поверхностей деталей.

Введение

Прокатное производство является завершающим звеном металлургического цикла. Потребность в прокатном оборудовании продолжает расти. Это объясняется тем, что прокатка из всех способов обработки металлов пользуется наибольшим распространением вследствие непрерывности процесса и высокой производительности.

В современных прокатных цехах технологические операции осуществляются по поточному и непрерывному принципам, позволяющим широко применять комплексную механизацию и автоматизацию.

Дальнейшее развитие производства проката основано на эксплуатации станов большой единичной мощности, получении проката высокого качества и использовании на них эффективных ресурсосберегающих технологий.

Главными направлениями повышения мощности прокатных станов являются увеличение массы исходного металла, скорости прокатки и обжатия металла. Повышение качества готового проката возможно в результате применения более совершенного основного и вспомогательного оборудования, включения в процесс прокатки отделочных операций, позволяющих повысить механические характеристики металла, улучшить состояние поверхности проката и получить необходимые его геометрические параметры.

Применение в производстве проката ресурсосберегающих технологий повышает эффективность производства проката, которая выражается в экономии металла и энергетических и других ресурсов и снижении его себестоимости.

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.

износ вал привод клеть

Расчетная часть

1. Условия эксплуатации линии привода 7-ой клети чистовой группы стана 2000 г.п. ЛПЦ-10 ОАО «ММК»

Линия привода клети №7 чистовой группы обеспечивает передачу крутящего момента на рабочие валки, что необходимо для обеспечения заданных скоростей прокатки листовой стали для разных марок сталей.

Линия привода прокатной клети №7 чистовой группы представлена на рис.1.1.

Рисунок 1.1 - Линия привода клети №7

Линия привода прокатной клети №7 чистовой группы состоит из:

- электродвигателя (9) с опорами (10) и (8);

- промежуточного вала с муфтами предельного момента (7) и его опорами (6) устройства для довода универсальных шпинделей;

- шестеренной клетью (5);

- универсальные шпиндели (2) бронзовых вкладышей (4);

- шпиндельного стула с механизмом уравновешивания (3);

- прокатной клетью (1).

Основные технические характеристики привода:

1. Электродвигатель клетей №7	2мп 12600-50У4
Мощность, кВт
Частота вращения, об/мин	50/100/140
Продолжительность включения, %	100
2. Клеть шестеренная КШШ-1250-II А-1,6
Число зубьев Межцентровое расстояние, м Диаметр шестеренного валка, м Передаточное число	31 1,25 0,8 1
Модуль нормальный, мм	36
Угол зацепления,
Угол наклона зубьев,
Степень точности	9-В
Смазка зацепления - жидкая циркуляционная
Смазка подшипников - жидкая циркуляционная
Максимальный допустимый установившийся момент прокатки, МН·м 3. Зубчатая муфта СТПО 295-76 Длина соединения, м Модуль зацепления, мм Высота зуба, мм Число зубьев Передаваемый крутящий момент, МН·м Твердость поверхности зубьев, МПа 4. Зубчатая полумуфта Посадка полумуфты на вал Внешний диаметр полумуфты, мм	2,8 0,18 16 36 104 1,82 2900 H7/s6 1200

Вращающий момент передается с электродвигателя на промежуточный вал через муфты предельного момента на шестеренную клеть, где крутящий момент распределяется на шпинделя и непосредственно рабочим валкам прокатной клети.

Стабильность процесса получения качественной продукции в большей степени зависит от надежной работы линии привода.

Механизм привода работает в условиях действия динамических нагрузок и высокой запыленности окружающей среды, результатом чего является интенсивный износ элементов механизма.

2. Обеспечение износостойкости и определение предельно допустимых величин износа пар трения

При оценке работоспособности механизма привода клети №7 чистовой группы необходимо установить предельно допустимые значения износа [U] его звеньев. При занижении значений [U] срок службы деталей используется не полностью, при их завышении возрастает доля аварийных ремонтов из-за отказа деталей в межремонтный период.

Предельно допустимый износ определяется из условия надёжности функционирования механизма.

Критерии предельного износа устанавливаются, исходя из общих принципов оценки предельного состояния.

Основными факторами, влияющими на интенсивность изнашивания контактирующих поверхностей, являются контактное давление и скорость их относительного смещения. Действующее между деталями механизма привода клети №7 чистовой группы контурное давление, может являться причиной упругого контакта, если

упругопластического контакта, если

,

ненасыщенного пластического контакта, если

,

и насыщенного пластического контакта, если

,

где - характеристика шероховатости для более твердого тела;

- упругая постоянная менее твердого тела;

НВ - твердость менее твердого тела;

для узлов трения покоя;

для узлов трения движения.

К низким нагрузкам относятся нагрузки, под воздействием которых в паре трения реализуется упругий или упругопластический контакт, к высоким нагрузкам - когда реализуется пластический контакт.

2.1 Зубчатая муфта шестеренного вала

Определим нагруженность узла трения. Найдем напряжения смятия в зубьях муфты:

,

где - передаваемый крутящий момент, Н•м;

- делительный диаметр зубчатого зацепления, м;

,

где - длина соединения, м;

- высота зуба, м;

- коэффициент, учитывающий неравномерность нагружения, ;

- число зубьев муфты.

.

Установленная зубчатая муфта СТПО 295-76 имеет следующие параметры: длина соединения l = 180 мм, модуль зацепления m = 16 мм, высота зуба h = 36 мм, число зубьев, z = 104. Передаваемый крутящий момент M = 1,82 МН•м.

Тогда напряжение смятия в зубьях муфты:

,

Скорость скольжения на контакте зубьев определяется по формуле:

,

где - угол перекоса оси втулки относительно оси обоймы, рад;

- угловая скорость муфты, с-1;

,

где - средний диаметр втулки, м;

.

Условием реализации ненасыщенного пластического контакта является неравенство:

,

где - контурное давление, МПа;

- комплексная характеристика шероховатости;

- упругая постоянная, МПа-1;

,

где - коэффициент Пуассона, ;

- модуль упругости сопрягаемых деталей (E1 = E2 = 2,1•105 МПа);

для узлов трения движения;

- твердость, МПа.

Твердость поверхности зубьев . Комплексная характеристика шероховатости .

,

,

,

.

Сравнив полученные значения с напряжением смятия видно, что в данной паре трения реализуется ненасыщенный пластический контакт.

Наиболее вероятным видом изнашивания зубьев муфт является окислительное, которое характеризуется постепенным разрушением поверхностей при трении в результате взаимодействия активных, пластически деформированных слоев, слоев металла с атомами кислорода, содержащегося в воздухе или в смазке и адсорбирующегося на поверхностях. Окислительное изнашивание проявляется при нормальных условиях эксплуатации узлов трения и протекает при нормальных и повышенных температурах при трении без смазочного материала или недостаточном его количестве. Износ не только снижает изгибную прочность зубьев (в связи с их утончением в опасном сечении), приводя к повышению изгибных напряжений, но и перераспределяет нагрузку между зубьями, вовлекая в работу все большее число зубьев. Заготовки втулок и обойм делают коваными или литыми. Кованые заготовки изготовляют из стали марок: 34ХН1М по ОСТ 108.958.04-85.

Термическую обработку зубьев осуществляют закалкой с нагревом токами высокой частоты. При этом твердость рабочих поверхностей достигается не менее 40HRC. Для повышения противозадирной стойкости перепад твердости зубьев втулок и обойм делают не менее 5HRC.

2.2 Посадка зубчатой полумуфты на цапфу шестеренного валка

Нагруженность соединений с натягом характеризуется величиной контурного давления, так как скольжение деталей исключается, которое находится по формуле

,

где - величина натяга, м;

- диаметр вала, м;

,

где - внешний диаметр втулки муфты.

Посадка полумуфты на вал - H7/s6, диаметр вала 800 мм, внешний диаметр втулки муфты d₂ = 1200 мм, k₂ = 1,5 (рис. 2.1).

При такой посадке отверстие полумуфты выполняется с отклонениями , вала - . В этом случае максимальный натяг , минимальный натяг - .

Рис. 2.1. Зубчатая муфта:

1 - зубчатая обойма; 2 - отверстия для проверки соосности валов; 3 - зубчатая втулка; 4 - крышка; 5 - уплотнение.

Тогда для максимального натяга контурное давление

.

Для соединения с натягом наиболее характерен такой вид изнашивания как фреттинг-коррозия. Окисление при фреттинг-коррозии носит специфичный характер, необычный для условий нормального трения и протекает очень интенсивно. Процесс схватывания так же резко выражен и наблюдается при относительно малых нормальных давлений. Значительная интенсификация этих процессов вызывается динамическим характером нагружения, при котором на контакте резко увеличивается градиент деформации и температура.

Выбор материала полумуфты описан выше. Для шестеренного вала выбираем сталь 38ХН3МА. Хромомарганцевые стали используются для деталей, работающих при повышенных температурах.

2.3 Зубчатое зацепление шестеренных валков

Длительность работы зубчатых передач во многом определяется скоростью изнашивания контактирующих поверхностей. Существенное влияние на скорость изнашивания оказывают величины контактных нагрузок и скорость скольжения в зацеплении. Контурное давление на контакте для шевронного зацепления может быть найдена из следующей зависимости:

где - межцентровое расстояние, А = 1,25 м;

- передаточное число;

- ширина зубчатого венца, м;

- коэффициент;

- крутящий момент на шестерне, МНм

Скорость скольжения у основания ножки зуба

,

где - передаточное число;

- межцентровое расстояние, м;

- угол зацепления;

- частота вращения шестерни.

Для угла зацепления

,

,

где - радиус делительной окружности шестерни, ;

- модуль зацепления.

.

В данном разделе были определены нагруженность зубчатой муфты, контурное давление при посадке муфты на вал, было рассчитано контурное давление на контакте для шевронного зацепления, а также скорость скольжения.

3. Выбор системы смазывания и марки смазочного материала в линии привода шестеренной клети

Наиболее эффективным средством снижения величины коэффициента трения и износа в узлах трения машин является применение смазочных материалов.

При введении смазочного материала между трущимися поверхностями реализуются различные механизмы взаимодействия, определяемые свойствами смазочного материала, свойствами трущихся поверхностей, кинематическими и силовыми условиями на контакте.

Рис. 3.1. Кинематическая схема

3.1. Шестеренная клеть

3.1.1 Узел трения «подшипник скольжения - шейка шестеренного валка»

Определяем необходимую величину вязкости минерального масла при рабочей температуре:

,

Находим значения входящих в зависимость величин для =0,74/0,8=0,925



Номинальное давление в подшипнике

где М = 2,2 МН·м - момент прокатки (из 1-го курсового проекта);

k - коэффициент перераспределения момента, передаваемого через зубчатое зацепление, k = 0,7;

- угол зацепления, ;

- диаметр шестеренного валка, м;

диаметр подшипника, м;

- длина подшипника, м.

Среднее значение относительного диаметрального зазора для посадки .

,

где , - минимальный и максимальный зазоры в поле допуска принятой посадки.

Угловая скорость

,

где n =100 об/мин - частота вращения валков.

Определяем рабочую температуру по зависимости

С

Нагрузка на подшипник

Находим кинематическую вязкость минерального масла при эталонных температурах 40,50⁰

Выбираем И-Г-А-32 (И-20А) или в соответствии с ГОСТ 20799-88.

3.1.2 Выбор марки смазочного материала в узел трения «зубчатое зацепление»

Определение необходимой вязкости минерального масла для стальных зубчатых передач:

где HV - твердость по Виккерсу, МПа;

- максимальное нормальное контактное напряжение, МПа;

- окружная скорость, м/с.

Для нахождения твердости по Виккерсу, зная значение твердости по Роквеллу, можно пользоваться зависимостью:

Наибольшее нормальное контактное напряжение для шевронных зацеплений:

где u - передаточное число;

А - межцентровое расстояние, м;

b - ширина зубчатого венца, м;

k - коэффициент равный 1,3 - 1,5;

- крутящий момент на колесе, МН*м.

Определяем окружную скорость:

Верхний предел вязкости принимается при изготовлении обеих зацепляющих шестерен из одной марки стали.

Из рис.3.2 по параметру x = 289,4 выбираем вязкость минерального масла

= 65 .



Рис. 3.2. Зависимость вязкости минерального масла от параметра х.

Найдем значения кинематической вязкости при эталонной температуре 40⁰С.

Так как контактные нормальные напряжения

=

то выбираем для шевронного зацепления шестеренной клети минеральное масло И-Г-А-68 (И-40А) по ГОСТ 20799-88.

Для шестеренной клети в целом выберем минеральное масло И-Г-А-68 (И-40А) по ГОСТ 20799-88.

3.2 Выбор марки смазочных материалов для зубчатой муфты

В зубчатых муфтах наиболее эффективно применение высоковязких минеральных масел, но трудности по обеспечению герметичности в процессе эксплуатации зубчатых муфт побуждает применять ПСМ, а так же битумные композиции, рекомендуемые для открытых зубчатых передач.

Для смазки зубчатых муфт примем марку смазочного материала: Графитная Ус-А ГОСТ 3333-79.

Свойства графита были описаны выше.

Температурный диапазон Графитная Ус-А -30…+60C. Вязкость .

3.3 Узел трения «подшипник скольжения - шейка промежуточного вала»

Для подшипников скольжения промежуточного вала выбираем то же самое масло что и у подшипника скольжения шестеренной клети.

Выбираем И-Г-А-32 (И-20А) или в соответствии с ГОСТ 20799-88.

3.4 Шпиндельное соединение

Для вкладышей универсальных шпинделей со стороны шестеренной клети выбираем жидкую централизованную смазку И-Т-В-460 (И-460ПВ) по ГОСТ 17479.4-87. Система смазывания централизованно-циркуляционное.

Для вкладышей со стороны прокатной клети выберем пластичную смазку Униол-1 ТУ 38 201150-78. Система смазывания закладная.

3.5 Подшипники качения рабочих валков

Подшипники NRT 360/540 - роликовые конические четырехрядные.

Выбираем марку масла для подшипника «Mobil», GR-600 XP 320 (из технологической инструкции стана 2000). Система смазывания - масло-воздух.

3.6 Подшипники жидкостного трения опорных валков

Подшипники SKF 360/540 .

Выбираем минеральное масло И-Т-А-460 по ГОСТ17479.4-87. Система смазывания - циркуляционная.

4. Технические требования на дефектацию и ремонт линии привода клети №7 чистовой группы стана 2000 г.п.

4.1 Определение величины допустимого износа посадки полумуфты на вал

Зубчатая муфта установлена с помощью нагрева на вал диаметром 800 мм, с посадкой H7/s6 для передачи крутящего момента . Внешний диаметр втулки муфты (рис. 2.1). Длина посадочной поверхности .

Комплексная характеристика шероховатости , твёрдость поверхности вала , 6й класс частоты обработки посадочной поверхности.

Определяем вид контакта для посадки H7/s6, находим нижнее и верхнее значение натягов , . Определяем величину , характеризующую условия перехода к насыщенному пластическому контакту:

,

где - при тепловой посадке,

- твёрдость поверхности,

- диаметр вала,

,

где и .

МПа^-1

.

То есть в соединении может реализоваться как насыщенный, так и ненасыщенный пластический контакт.

При максимальной величине натяга 430 мкм крутящий момент:

,

где - молекулярная составляющая коэффициента трения.

,

Данная посадка обеспечивает передачу заданного крутящего момента.

Для минимальной величины натяга 300 мкм крутящий момент:

,

Данная посадка обеспечивает передачу заданного крутящего момента, т.к. 6,58 МН·м.

Определим минимально допустимую величину натяга для передачи заданного крутящего момента

,

.

Максимальное значение момента, не вызывающего изменения прочности соединения шестеренного вала с полумуфтой равны М_max=12,65 МН•м превышает значение передаваемого крутящего момента (М=1,82 МН•м), Минимальное значение момента М_min=6,58 МН•м, обеспечивает гарантированную фиксацию.

Таким образом, посадка полумуфты на вал O800 мм обеспечит гарантированную фиксацию контактирующих поверхностей.

4.2 Определение величины допустимого износа зубьев шестеренного валка

Максимальная допустимая величина износа для зубьев шестеренного валка:

где U - передаточное число, ;

k - коэффициент равный k=1;

- передаваемый крутящий момент, ;

с - жесткость шпинделя;

r - радиус основной окружности шестерни, r = 0.625 м;

n - коэффициент запаса прочности;

- начальный зазор в сопряжении; .

d - диаметр шпинделя,

длина шпинделя,

где - предел выносливости для стали 38ХН3МА;

- допустимое контактное напряжение для стали 38ХН3МА;

Максимальная допустимая величина износа для зубьев шестеренного валка:

4.3 Предельно допустимая величина зазора в подшипниках скольжения шестеренной клети

В подшипниках скольжения, работающих в режиме жидкостной смазки, предельно допустимая величина зазора при эксплуатации определяется из условия перехода из режима жидкостной в режим полужидкостной смазки, характеризующийся резким возрастанием интенсивности изнашивания

·,

где - вязкость смазочного материала при рабочей температуре, Па·с;

- номинальное давление в подшипнике, Па;

- частота вращения, ;

- диаметр подшипника, м;

- длина подшипника, м.

,

·

5. Ремонт линии привода клети №7 чистовой группы стана 2000 г.п.

В процессе работы шестеренной клети происходит износ узлов трения и для восстановления их первоначальных размеров необходимо произвести разборку шестеренной клети.

Разборка шестеренной клети производится для замены поврежденных деталей при ремонтах и осуществляется ремонтным персоналом.

Разборку следует начинать с отсоединения полумуфты (со стороны шестеренной клети) от промежуточного вала.

При помощи гидравлического ключа откручиваются болтовые крепления крышки шестеренной клети и снимается крышка при помощи мостового крана.

Для того, чтобы извлечь шестеренный валки из станины, убирают универсальные шпинделя. Затем при помощи мостового крана извлекаются шестеренные валки. С нижнего шестеренного валка снимается полумуфта зубчатая, при помощи гидравлического съемника. Производятся замеры рабочих поверхностей с помощью измерительных приборов: микрометра, штихмоста и пр. для определения величины износа.

Рабочие поверхности шестеренных валков восстанавливают с помощью электро-дуговой наплавки под флюсом. Преимуществом электро-дуговой наплавки является получение наплавленного слоя без пор и трещин; деформация детали минимальная, минимальная зона термического влияния.

Недостатком является уменьшение до 40% сопротивления усталости наплавленных участков шестеренного валка. Этот показатель можно улучшить термообработкой.

Выводы

В данном курсовом проекте рассмотрена главная линия привода валков клети №7 стана 2000 г.пр. находящегося на площадке «ОАО ММК» г. Магнитогорск. Произведен расчет нагруженности пар трений в зубчатом зацеплении шестеренной клети, подшипника жидкостного трения опорного валка, а так же соединения шестеренного валка с зубчатой втулкой полумуфты, контурных давлений и скоростей скольжения.

Установлено, что вид изнашивания в парах трения: адгезионное изнашивание у зубчатого зацепления, для подшипника - избирательный перенос и фреттинг-коррозия в соединении выходного вала редуктора с зубчатой полумуфтой.

Составлена схема технологического процесса ремонта шестеренного валка, и выбрана марка смазочного материала. Для зубчатой муфты выбран - Графитная

Ус-А ГОСТ 3333-79, для зубчатого зацепления и подшипника скольжения И-Г-А-68

(И-40А) по ГОСТ 20799-88.

Список использованных источников

Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Надежность, эксплуатация и ремонт металлургических машин» для студентов специальности 150404. Магнитогорск: МГТУ, 2006.

Жиркин Ю.В. «Надежность эксплуатация и ремонт металлургических машин: учебник. - Магнитогорск: МГТУ, 2002. 330 с.

Жиркин Ю.В. Надежность, эксплуатация техническое обслуживание и ремонт металлургических машин. Руководство к решению задач и управлений: Учеб. пособие. - Магнитогорск: МГМИ, 1989. - 336 с.

Технологическая инструкция 374-2004 (стан 2000).

Инструкция по оформлению отчетов, курсовых работ и проектов специальности 170300. Магнитогорск, 1994.

Приложение 1

Карта смазывания привода клети №7 стана 2000 г.п.

Наименование смазочной точки	Количество смазываемого материала	Способ смазывания	Смазочный материал	Периодичность
1. Зубчатая муфта	2	Закладная	Графитная Ус-А ГОСТ 3333-79	При ревизиях
2. Подшипники скольжения промежуточного вала	2	Централизованно-циркуляционное	И-Г-А-32 (И-20А)	Постоянно
3. Шестеренная клеть	4	Централизованно-циркуляционное	И-Г-А-68 (И-40А)	Постоянно
4. Вкладыш универсального шпинделя со стороны шестеренной клети	2	Централизованно-циркуляционное	И-Т-В-460 (И-460ПВ)	Постоянно
5. Вкладыш универсального шпинделя со стороны прокатной клети	2	Закладная	Униол-1	Во время перевалки рабочих валков
6. Подшипники качения рабочих валков NRT 360/540	4	Масло-воздух	«Mobil», GR-600 XP 320	Постоянно
7. ПЖТ опорных валков SKF 360/540	4	Централизованно-циркуляционное	И-Т-А-460	Постоянно

Приложение 2

Таблица

Обозначение	Возможный дефект	Метод установления	Средство измерения	Метод восстановления	Требования после ремонта
1.Подшипник скольжения	Задиры, трещины подшипника, допустимая величина зазора более 152,7 мкм	Визуальный контроль, замер после разборки	Микрометр типа МК ГОСТ 6507-60	Замена	Допустимая величина зазора менее 152,7 мкм
2. Валок шестеренный	Износ зуба не более 2 мм	Замер после разборки	Микрометр типа МК ГОСТ 6507-60, Штангенциркуль	Ремонт
3. Хвостовик валка, для посадки зубчатой муфты	Появление окисной пленки на поверхности хвостовика, допустимый минимальный натяг 20 мкм	Визуальный контроль, замер после разборки	Микрометр типа МК ГОСТ 6507-60	Ремонт

Размещено на Allbest.ru