Производство круглых труб с диаметром 48 мм на трубоэлектросварочном агрегате (ТЭСА) "50-76" ЦГП ПАО "Северсталь"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Развитие трубного производства характеризуется не только цифрами количественного роста, но и значительными качественными изменениями. Непрерывно увеличивается выпуск труб из легированных сталей, в том числе из коррозионностойких (нержавеющих) и жаростойких (окалиностойких) сталей, труб с повышенной прочностью. Расширяется сортамент выпускаемых труб, как по их диаметру, так и по выпуску более трудоемких тонкостенных и особо тонкостенных труб; увеличивается выпуск различных фасонных труб и труб с переменным по длине сечением.

Трубы разделяют на бесшовные и сварные. Соотношение объемов производства труб той или другой категории в различных странах неодинаково: в одних преобладает выпуск сварных труб, а в других преимущественно выпускают бесшовные трубы. Благодаря успехам, достигнутым в области сварки, сварные трубы по прочности не уступают бесшовным [1].

В последние десятилетия трубы стали неотъемлемой частью современной техники. Их используют в строительстве магистральных трубопроводов, в машино и приборостроении, а также жилищном строительстве.

Специфические требования, предъявляемые к трубам, являются существенными при выборе способа их производства. Однако каждый из способов можно экономично применять только для производства труб определенного сортамента. В настоящее время все трубопрокатные установки проектируются в основном для производства труб с узким диапазоном размеров, но с возможностью расширения базового сортамента [2].

Доля сварных труб в мировом производстве составляет 60 %. Сварные трубы по сравнению с бесшовными трубами имеют более широкий диапазон размеров. Их изготавливают диаметром от 3 до 2500 мм. Производство труб сваркой объясняется технико-экономическим преимуществом этого метода. Сварные трубы, за исключением газопроводных и нефтепроводных, изготавливают на непрерывных агрегатах, работающих по «бесконечной» схеме формовки и сварки.

Применение таких агрегатов обеспечивает, с одной стороны, низкую себестоимость сварных труб, позволяет легко совмещать в одной технологической линии, как изготовление самой трубы, так и ее редуцирование, профилировку, нанесение защитных покрытий и т.д. С другой стороны, сварные трубы представляют собой экономичный легкий профиль, материал которого обладает высокими механическими свойствами.

Достоинством сварных труб является низкая себестоимость их производства по сравнению с бесшовными а так же возможность организации производства труб новых типа размеров в короткие сроки.

В данном дипломном проекте разработана технология производства круглых труб с диаметром 48 мм на трубоэлектросварочном агрегате (ТЭСА) «50-76» ЦГП ПАО «Северсталь» с целью расширения сортамента.

1. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ НА ТЭСА «50-76»

1.1 Сортамент выпускаемой станом продукции

В настоящее время ТЭСА «50-76» предназначен для производства электросварных прямошовных труб круглого и профильного сечения. Сортамент производимой станом продукции приведен в таблице 1.1[5].

Таблица 1.1 - Трубы круглого сечения производимые на ТЭСА «50-76»

Наружный диаметр трубы, мм	Толщина стенки, мм	Длина, мм
38	От 1,5 до 3,2 в зависимости от заказа	От 5000 до 7100 в зависимости от заказа
42
42,2
42,25
42,4
48
50
51
52
55
56
57
60
63,5
65
70
75,5
76
76,1

На ТЭСА «50-76» трубы профильного сечения изготавливают с размером полок от 20 до 80 мм с толщиной стенки от 1,5 до 2,5 мм длиной от 5000 до 7100.

1.2 Техническая характеристика агрегата ТЭСА «50-76»

ТЭСА «50-76» предназначен для производства электросварных прямошовных труб. Краткая характеристика ТЭСА приведена в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Краткая характеристика ТЭСА «50-76»

Характеристика стана	Значение
Электросварные прямошовные трубы диаметром, мм	38 ч 76,1
Толщина исходной полосы, мм	1,5 ч 3,2
Ширина исходной полосы, мм	118 ч 239
Длина труб, мм	5000 ч 7100
Допуск при порезке на мерные длины, мм	+50
Пачки готовой продукции прямоугольного или квадратного сечения с максимальным размером, мм	500х500х7000
Максимальная скорость профилирования трубы минимального диаметра, м/с	1

Схема расположения оборудования ТЭСА «50-76» приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 1.1 - Схема расположения оборудования ТЭСА «50-76». 1- разматыватель; 2- накопитель; 3- стол для сварки; 4- формовочные клети; 5- шовонаправляющая клеть; 6- сварочное устройство ТВЧ; 7- шовообжимная клеть; 8- гратосниматель; 9- правильно-калибровочные клети; 10- летучая пила; 11- отводящий рольганг; 12- шлеппер; 13- карман для укладки труб.

Разматыватель 1 предназначен для приема рулонов ленты со склада, надежного удержания вращающегося рулона и создания натяжения полосы. Максимальный наружный диаметр рулона - 2000мм, внутренний диаметр- 600, 750 мм, максимальная ширина полосы - 300 мм, максимальная масса рулона - 3500 кг [6, 7].

Секция стыковой сварки 2 состоит из зажима для полосы, сварочного стола с медной плитовиной и ножниц для обрезки концов полосы ручного типа. Стыкосварочный комплекс для сварки и обрезки концов полосы. Максимальная толщина резки - 3,2 мм, максимальная ширина полосы- 300 мм.

Накопитель полосы спирального типа 3 предназначен для намотки полосы. Максимальная ширина подаваемой полосы - 290 мм, максимальная скорость намотки - 250 м/мин. Схема и состав накопителя предствлены на рисунке 1.2

Рисунок 1.2 - Схема спирального накопителя. 1- вращающийся стол; 2- холостые ролики; 3- неподвижная роликовая обойма; 4- свободный конусный ролик; 5- датчик крайнего верхнего положения петли.

Формовочный стан 4 состоит из направляющих роликов (4 вертикальных (2+2) и 3 горизонтальных), 7 горизонтальных клетей и 6 пар вертикальных валков, приводного двигателя. Привод стана групповой. На данном стане происходит формирование цилиндрической трубы из плоской заготовки. Схема формовки представлена на рисунке 1.3.



Рисунок 1.3 - Схема формовки трубной заготовки

Формовочная клеть представленна на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Формовочная клеть ТЭСА 50-76. формовочная станина; 2- нижний валок; 3- верхний валок; 4- нажимной механизм.

Основные технологические параметры формовочного стана представленны в таблице 1.2.

Таблица 1.2: Основные технологические параметры формовочного стана

Диаметр роликов направляющей группы, мм	70
Расстояние между станинами клетей, мм	300
Мощность приводного двигателя стана, кВт	72
Частота вращения, (мин-1)	1300 (1300)

Шовонаправляющая клеть 5 предназначена для задачи кромок сформированной заготовки к индуктору с постоянным зазором, клеть состоит из станины, двух вертикальных и горизонтального валков. На горизонтальном валке крепится сменная шайба, которая вводится в разъем трубной заготовки, глубина введения шайбы, а также положение каждого вертикального валка регулируется винтами.

На станине шовонаправляющей клети установлен опорный кронштейн для закрепления феррита.

В состав сварочной установки входят индукционное сварочное устройство 6 и шовообжимная клеть 7. Подробная схема сварки токами высокой частоты (ТВЧ) приеведена на рисунке 1.5.

Индукционное сварочное устройство предназначено для нагрева кромок заготовки до сварочной температуры токами высокой частоты. Ток подводится с помощью контактов, подведенных к кромкам трубной заготовки, соединенных высокочастотным кабелем с ламповым генератором. Ролики сварочной клети обеспечивают приложение внешнего давления к свариваемым кромкам профиля и удержания их от смещения в процессе сварки. Положение сварочного индуктора регулируется в продольном и поперечном направлении относительно оси формовки. Индуктор является сменной деталью и устанавливается в зависимости от размера свариваемой трубы, индуктор охлаждается смазочно охлаждающей жидкостью (СОЖ) [8].

Рисунок 1.5 Схема сварки ТВЧ. 1- контакты сварочного индуктора; 2- свормованая заготовка; 3- стык кромок; 4- ролики сварной клети; 5- готовая труба.

Шовообжимная клеть 7 состоит из станины с закрепленной на ней кассетой, состоящей из 3-х роликов, расположенных под углом 120°.

Положение кассеты регулируется в вертикальной плоскости винтом, а в горизонтальной поворотом вокруг оси трубы при помощи червячной передачи. Охлаждение шовообжимной клети осуществляется при помощи гибких металлических сопел СОЖ.

Гратосниматель 8 предназначен для снятия наружного сварочного грата с трубы. Гратосниматель имеет 2 суппорта с резцами, которые могут работать раздельно или совместно. Регулировка глубины прохода осуществляется с помощью 2-х вертикальных винтов, горизонтальная регулировка центровки резцов производится при помощи 2-х винтов.

Холодильник предназначен для охлаждения трубы перед правкой. Охлаждение осуществляется СОЖ. Передающий рольганг холодильника состоит из верхних и нижних двух конусных роликов, установленных на горизонтальной оси на подшипниках качения.

Правильно-калибровочный стан 9 состоит из 4 приводных клетей, таких же по конструкции, как формовочные, 4 пар вертикальных валков и 4 турголовок, приводного двигателя, привод стана групповой. В турголовочных клетях происходит формирование прямоугольного профиля из круглой трубы. Схема турголовки представлена на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 - Схема правящей турголовки

Летучая пила 10 используется для порезки трубы на мерные длины без остановки процесса формовки трубы.

Отводящий рольганг 11 предназначен для транспортировки готовой трубы к укладчику, а также для создания разрыва между готовыми профилями с целью их уборки зацепами шлеппера на участке укладки готовой продукции.

Сбрасыватели предназначены для двухсторонней уборки с отводящего рольганга готовой трубы. Привод сбрасывателей осуществляется электродвигателем через цепную передачу.

Укладчик 12 предназначен для укладки готовой трубы в пачки. Укладчик состоит из 4 карманов: 2 - для готовой продукции, 2 - для отсортированной. Карманы для отсортированной продукции не имеют приспособлений для упаковки и изменения ширины пакета.

Каждый карман для готовой продукции имеет подвижные вертикальные упоры, перемещением которых регулируется ширина пакета труб, подвижные горизонтальные упоры, которые перемещаются по мере заполнения рядов в пакете. Имеется 5 приспособлений для удержания деревянных брусков и упаковочной ленты. Карман оснащен устройством с фотоэлементом для учета количества рядов в пакете.

1.3 Требования к исходной заготовке

Электросварные трубы изготавливаются из холоднокатаной, горячекатаной травленой и нетравленой заготовки, поставляемой из ЛПЦ-2, ПХЛ или с АПР-1500 отделения №2 ЦГП из марок стали по ГОСТ 380-94, ГОСТ 1050-88, EN 10025-93 и из других марок сталей по согласованию с потребителем, с учетом технических характеристик стана.

Для производства труб применяются штрипсы:

- толщиной от 1,5 до 3,2 мм для круглых труб;

- толщиной от 1,5 до 2,5 мм для профильных труб;

- шириной от 118 до 239 мм.

Требования к заготовке согласно СТП 105-ГП-60:

- предельные отклонения по ширине: +1 мм;

- серповидность полосы - не более 5 мм на длине 3 м;

- высота заусенцев на кромках полосы - не более 10 % толщины - для полосы толщиной до 2,5 мм и не более 5 % толщины - для полосы толщиной более 2,5 мм.

Качество исходной заготовки напрямую определяет качество готового изделия. Основная часть брака производится именно из-за несоответствия исходных заготовок заложенным техническим требованиям.

1.4 Требования к готовой продукции

Трубы должны иметь гладкую наружную поверхность, соответствующую данному способу производства. Наружный грат сварного шва должен быть удален. На поверхности допускаются незначительные дефекты, не выводящие толщину стенки за предельные отклонения по толщине.

В готовых пакетах не допускаются трубы с поперечными сварными швами и непроварами продольного шва.

Возможно производство труб других сечений и с другими допусками по согласованию с потребителем, с учетом технических характеристик стана.

Трубы круглого сечения в зависимости от назначения должны соответствовать:

- DIN 2394, EN219329, ТУ 14-105-737-04 для конструкционных труб

- ТУ 14-105-632-01 для производства мебели

- ТУ 14-105-683-02 трубы для производства деталей систем двигателей

- ТУ 14-105-731-04 трубы для производства деталей автомобилей МАЗ

- ГОСТ 3262 для водопроводных труб

- Другими техническими требованиям, согласованным с потребителем

1.5 Описание технологических операций

Технологический процесс производства электросварных прямошовных труб состоит из этапов: подготовка полосы, формовка полосы, сварка трубной заготовки, охлаждение, калибровка, ультразвуковой контроль, резка, упаковка.

Подготовка полосы. Подготовительная линия ТЭСА состоит из оборудования для правки, стыковки полос из отдельных рулонов в бесконечную полосу и обеспечения бесконечного процесса в формовочно-сварочном стане, а также в ряде случаев оборудование для получения постоянной ширины полосы и очистки кромок. Большие колебания ширины возникают из-за значительных допускаемых отклонений ширины полосы в рулонах, поступающих на ТЭСА больших типоразмеров с листопрокатных станов.

Формовка полосы в трубную заготовку. На данном этапе происходит формирование трубы из трубной заготовки путем непрерывного изгиба полосы с помощью калиброванных валков.

Калибровка валков должна обеспечить: универсальность, т.е. возможность применения одних и тех же валков (в первых клетях) для формовки трубных заготовок разных диаметров; устойчивость полосы и заготовки от смещений вдоль оси валка; возможность формовки тонкостенных заготовок; интенсивный режим формовки, что сокращает число рабочих клетей; пониженный износ валков.

Сварка трубной заготовки. Процесс сварки состоит из следующих этапов:

- С помощью подвода ТВЧ к кромкам трубных заготовок их разогревают до температуры сварки.

- Шовообжимающие валки сдавливают и сваривают кромки. При индукционном способе передачу энергии в сварку осуществляют кольцевым или щелевым индуктором. Индуцируемый в заготовке ток, проходя по периметру трубы, достигает максимальной величины на свариваемых кромках. Для усиления эффекта вводят магнитный сердечник.

Снятие наружного грата. При сварке давлением происходит вытеснение избытков металла в грат на наружной и внутренней поверхности. Наличие грата ограничивает область применения электросварных труб,

поэтому его удаление является одной из важных технологических операций. Удаление наружного грата осуществляется с помощью гратоснимателя, который резцами срезает его вдоль движения трубы. Удаление внутреннего грата трудноосуществимо и выполняется на специально разработанном оборудовании.

Охлаждение. После снятия наружного грата производится охлаждение непрерывной трубы СОЖ в холодильнике. Проток СОЖ регулируется вентилем на входе в холодильник и перепускным вентилем так, чтобы обеспечивалось достаточное охлаждение шва. Недостаточное охлаждение шва в холодильнике приводит к искривлению труб в пакете по мере остывания. При недостаточном охлаждении увеличивают проток СОЖ в холодильнике или уменьшают скорость прокатки.

Калибровка, при необходимости перепрофилирование. Калибровку сваренной трубы до требуемого диаметра производится на правильно-калибровочном стане. Для профилирования квадратных и прямоугольных труб используют правильные клети (турголовки). Турголовка представляет собой 4-х валковую бесприводную клеть для формирования прямых углов.

Основные дефекты калибровки, профилирования и охлаждения труб, а так же способы их устранения приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Дефекты калибровки, профилирования и охлаждения труб

Наименование дефекта	Причина	Способ устранения
Риски на наружной поверхности трубы	Смещение верхних валков относительно нижних	Следить за правильной установкой и настройкой валков стана.
	Недостаточная овализация трубы вертикальными валками
	Перекос валков
Отпечатки на наружной поверхности труб, расположение на одинаковом расстоянии	Выщербленные валки	Зачистить валки или заменить их
	Налипание на валки инородных тел
Овальные трубы	Износ профиля калибров или неправильная настройка валков	Проверить износ калибров валков шаблонами.
		Проверить взаимное положение валков, следя за точным совпадением калибра верхнего и нижнего валков

Ультразвуковой контроль сплошности сварного шва. Контроль качества продольного шва производится при помощи автоматической ультразвуковой установки АУУЗК «Маяк 7-02».

Автоматическая порезка непрерывной трубы на мерные длины производится летучей пилой при помощи режущего диска. Первая труба, отрезанная после запуска стана будет немерной длины.

Характерные дефекты порезки труб и методы их устранения приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Дефекты порезки труб и методы их устранения

Дефекты порезки труб	Причины	Методы устранения
Повышенный разброс по длине труб.	Недостаточный зажим трубы в прижимах.	Увеличить давление или устранить утечки воздуха в цилиндрах прижимов.
	Износ сменных накладок прижимов.	Заменить накладки.
	Налипание окалины на следящем ролике.	Очистить ролик от окалины.
Косой рез	Недостаточный зажим трубы в прижимах.	Увеличить давление или устранить утечки воздуха в цилиндрах прижимов.
	Износ сменных накладок прижимов.	Заменить накладки.
Косой рез	Повышенная неплоскостность режущего диска	Заменить режущий диск.
Овализация концов труб	Затупление зубьев режущего диска	Заменить режущий диск.
	Повышенная неплоскостность режущего диска	Заменить режущий диск.
	Износ сменных накладок прижимов.	Заменить накладки.
Повышенная величина заусенцев на торцах	Затупление зубьев режущего диска	Заменить режущий диск.

Рассортировка и упаковка. Отрезанные летучей пилой трубы передаются на укладчик по отводящему рольгангу с холостыми роликами. Труба останаливается на рольганге напротив карманов укладчика. Остановленная труба автоматически сбрасывается в правый или левый карман укладчика.

Трубы, сброшенные в карман, укладываются в прямоугольные пакеты регулируемые по ширине. Ширина пакета может изменяться от 450 до 500 мм. Пакеты увязываются в кармане укладчика упаковочной лентой шириной 30-32 мм и толщиной 0,8 мм и просечными замками. Далее пакеты труб отправляются на весы. После взвешивания на пакет одеваются проволочные кольца.

1.6 Критический анализ технологии

Тенденции мирового и российского рынка труб определяют основные пути развития цеха гнутых профилей. По оценкам консалтинговых компаний, с июля 2012 года рынок труб неожиданно показал достаточно активное оживление продаж, причем почти по всем сегментам, и особенно по трубам среднего и малого диаметра.

Основными перспективами развития стана ТЭСА «50-76» являются: удешевление технологического процесса, повышение износостойкости турголовок и валков, сокращение простоев оборудования во время ремонтов, получение проката лучшего качества при уменьшении затрат на его производство, а так же увеличение количества рабочих мест.

ТЭСА 50-76 ЦГП ОАО «Северсталь» согласно проектной документации предназначен для производства труб с минимальным диаметром равным 50 мм. При этом всегда имелась тенденция к расширению сортамента в сторону уменьшения диаметра производимых труб. На данный момент минимальный диаметр производимой трубы достиг 38 мм.

Для охвата востребованного сегмента рынка труб малого диаметра, является актуальной задача разработки технологии производства трубы диаметром 48 мм с толщиной стенки 3 мм по ГОСТ 3262. Которая раньше производилась на этом стане по ТУ 14-105-737 с целью расширения сортамента.

Задачей данной ВКР является разработка технологии производства трубы диаметром 48 мм на ТЭСА 50-76 ЦГП ПАО «Северсталь». Разработка технологии предусматривает выбор размера исходной заготовки, расчет новой калибровки валков, расчет параметров правящей турголовки, расчет энергосиловых параметров ТЭСА.

2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОГАЗОПРОВОДНОЙ ТРУБЫ С ДИАМЕТРОМ 48 ММ И ТОЛЩИНОЙ СТЕНКИ 3ММ НА ТЭСА 50-76

2.1 Расчет калибровки валков

Большое значение для получения элекросварных труб высокого качества имеет правильный выбор исходной заготовки (ленты). Расчет ширины ленты ведется по размерам готовой трубы с учетом деформации, получаемых при формовке, сварке и калибровке.

Ширина ленты определяется по формуле:

(2.1)

где - диаметр готовой трубы; - величина обжатия трубы по диаметру в редукционном стане; - толщина стенки готовой трубы; - изменение толщины стенки в редукционном стане (знак « +» соответствует утонению, знак «-» - утолщению); - уменьшение толщины заготовки в процессе формовки; - уменьшение ширины заготовки в процессе сварки; - припуск на обжатие в калибровочном стане; - коэффициент учитывающий потери металла на окалину и угар, если в составе установки имеется печь для нагрева перед редукционным станом.

Редукционный стан в состав ТЭСА «50-76» не входит, принимаем =0 и =1.

Припуски на ширину ленты при диаметре при диаметре трубы 48 мм и стандартной толщиной стенки 3 мм приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Припуски на ширину ленты

Диаметр трубы, мм	Толщина стенки, мм	Припуск на обжатие, мм	Припуск на сварку ТВЧ, мм
		В формовочном стане	В калибровочном стане
48-70	1-4	0,6-2,6	1,5	0,6-1,2

=.

Принимаем =146 мм.

Расчет двухрадиусной калибровки формовочного стана. При двухрадиусной калибровке рабочий профиль валка выполняют двумя радиусами: периферийные участки постоянным во всех калибрах меньшим радиусом, равным радиусу готовой трубы, а центральный участок- большим радиусом, постепенно уменьшающимся от клети к клети в направлении формовки. При этом ширина центрального участка постепенно уменьшается, а ширина и угол перегиба периферийных участков увеличиваются. Равновесие полосы при данном типе калибровки определяется условием:

(2.2)

где изменяется от ? до ; - радиус готовой трубы; - ширина формуемой полосы; - 1 угол формовки в i-й клети; - 2 угол формовки в i-й клети.

Исходные данные для расчета калибровки принимаем:

N- количество клетей с горизонтальными валками = 7;

i - порядковый номер клети;

n- порядковый номер первой горизонтальной клети с закрытым калибром= 5;

- ширина заготовки = 146 мм;

- ширина разрезной шайбы в закрытых калибрах;

Ширина шайбы для закрытых калибров приведена в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Ширина разрезной шайбы в закрытых калибрах

1 закрытый калибр	2 закрытый калибр	3 закрытый калибр
11 мм	7,2 мм	4 мм

Двухрадиусная калибровка характеризуется двумя участками - центральным с углом и крайним углом (рисунок 2.1)

Рисунок 2.1 - Открытые калибры горизонтальных клетей при двухрадиусной калибровке

Расчет калибровки валков будем вести по методике Матвеева [10]. При применении двухрадиусной калибровки радиус , которым формуют кромки ленты, обычно равен наружному радиусу трубы . Для определения остальных величин определяем отношение центрального участка калибра ко всей ширине ленты .

(2.3)

Произведем расчет для 7 клетей:

мм,

мм,

мм,

мм,

мм,

мм,

мм.

Для клетей с радиус центрального участка ленты в открытых клетях определяется выражением:

, (2.4)

где - номер клети, в которой .

Первая клеть, в которой выполняется условие - третья клеть. Принимаем 3.

,

мм,

мм,

мм.

Углы центрального и периферийного участков определяются по соотношениям:

, (2.5)

. (2.6)

Определим углы центрального и периферийного участков:

рад = ,

рад = ,

рад = ,

рад = ,

рад = ,

рад = .

Для клетей с порядковым номером (калибры открытого типа неполного охвата) радиус центрального участка и углы формовки участков определяются:

(2.7)

, принимаем ,

,

(2.8)

мм, принимаем 45 мм,

мм, принимаем 76 мм,

рад = .

Для клетей закрытого типа определяется суммарный угол:

. (2.9)

Произведем расчет суммарного угла подгибки для клетей с закрытыми калибрами:

,

,

.

Принимая значения крайних углов крайних участков , определяем центральный угол и радиус центрального участка в закрытых калибрах:

,

,

.

, (2.10)

мм,

мм,

мм.

Ширина нижних валков:

а) при :

, (2.11)

мм, принимаем 185 мм,

мм, принимаем 170 мм.

б) при

, (2.12)

мм, принимаем 140мм,

мм, принимаем 125 мм.

б) в закрытых калибрах:

, (2.13)

мм.

Ширина верхних валков:

а) при :

, (2.14)

мм, принимаем 71 мм,

мм, принимаем 62 мм.

б) при :

, (2.15)

 мм, принимаем 95 мм,

, принимаем 77 мм.

б) в закрытых калибрах

, (2.16)

мм.

Диаметр нижнего валка по дну калибра первой клети определяется исходя из максимального по размеру сортамента.

, (2.17)

где - максимальный диаметр трубы формуемой на ТЭСА.

мм, принимаем 145 мм.

Диаметры нижних валков по дну калибра остальных клетей определяем, увеличивая их на 0,5 % для обеспечения необходимого натяжения полосы между клетями:

, (2.18)

где - диаметр нижнего валка по дну предыдущей клети, мм.

мм,

мм,

мм,

мм,

мм,

мм.

Диаметр нижних валков по реборде определяется по формуле:

а) для клетей с :

, (2.19)

мм,

мм.

б) для клетей с :

, (2.20)

мм,

мм.

Для закрытых калибров диаметр реборды нижнего валка рассчитывается:

, (2.21)

мм, принимаем 194 мм,

мм, принимаем 196 мм,

мм, принимаем 194 мм.

Диаметры выпуклости и диаметры по дну закрытых калибров верхних валков определяются конструктивно. Принимаем:

мм,

мм,

мм,

мм.

Диаметры по дну верхних валков закрытых калибров принимаем равными диаметрам по дну нижних валков:

мм,

мм,

мм.

Диаметры верхних валков по реборде определяются

а) для клетей с :

(2.22)

мм,

мм,

б) для клетей с :

, (2.23)

мм,

мм.

Диаметры реборд верхних валков закрытых калибров равны диаметрам реборд нижних валков закрытых калибров:

мм,

мм,

мм.

Калибровка двухрадиусных калибров определяется следующим образом. Радиус периферийного участка равен радиусу готовой трубы, а угол периферийного участка принимается таким же, что и в предыдущей горизонтальной клети:

,

.

Схема формовки в вертикальных клетях представлена на рисунке 2.8.

Рисунок 2.2 - Схема формовки в вертикальных клетях. 1 - Клети в которых ; 2 - Клети в которых .

Угол центрального участка определяем, как среднее значение углов соседних горизонтальных клетей:

, (2.24)

рад =,

рад =,

рад =,

рад =,

рад =,

рад =.

Радиус центрального участка клети равен:

, (2.25)

мм,

мм,

мм,

мм,

мм,

мм.

Диаметр по дну калибра принимаем конструктивно - 60 мм.

Диаметр по реборде калибра определяем по формулам:

а) при :

, (2.26)

мм,

б) при :

, (2.27)

мм,

мм,

мм,

мм,

Высота калибра:

, (2.28)

мм,

мм,

мм,

мм,

мм,

мм,

Геометрические размеры калибров горизонтальных клетей, полученные в результате расчета, сведем в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 - Геометрические размеры калибров горизонтальных клетей

№ клети	Радиус центрального участка , мм	Угол центрального участка ,	Угол периферийного участка ,	Ширина валка, мм
				Нижний	Верхний
1	342	18,81	39,53	185	71
2	222	21,66	73,33	170	62
3	150	22,8	102,56	140	95
4	45	96,25	83	125	77
5	26,13	163,29	83	48	48
6	24,82	171,88	83	48	48
7	23,79	179,33	83	48	48

Размеры валков горизонтальных клетей представлены в таблице 2.4.

Таблица 2.4: Размеры валков горизонтальных клетей

№ клети	Диаметр по дну калибра, мм	Диаметр по реборде, мм
	Нижний	Верхний	Нижний	Верхний
1	145	180	170,017	156,96
2	145,72	220	195,88	133,82
3	146,45	270	199,42	264,08
4	147,18	320	209,14	240,07
5	147,91	147,91	194	194
6	148,65	148,65	196	196
7	149,39	149,39	194	194

Геометрические размеры калибров и валков эджерных клетей представлены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Геометрические размеры калибров и валков эджерных клетей

№ клети	Угол центрального участка ,	Радиус центрального участка , мм	Диаметр по дну , мм	Диаметр по реборде , мм	Высота калибра , мм
1	20,23	317,97	60	197,63	15,02
2	22,34	216,82	60	179,48	27,21
3	59,58	57,76	60	138,54	46,62
4	129,77	33,94	60	123	52,04
5	167,59	26,28	60	109,53	51,39
6	175,61	25,08	60	107,15	50,73

Расчет геометрических параметров сварочных клетей. Сварочная группа клетей включает в себя трехвалковую шовообжимную клеть (ШОК) и шовонапраправляющую клеть (ШНК). Согласно технологической линии после последнего закрытого горизонтального калибра располагается группа сварочных клетей. Произведем расчет калибров этих клетей.

Пример калибра ШНК представлен на рисунке 2.3

Рисунок 2.3 - Калибр ШНК

Пример калибра ШОК представлен на рисунке 2.4



Рисунок 2.4 Калибр ШОК

Калибр ШОК выбираем круглый. Радиуса калибров определяется по формуле:

, (2.29)

где - коэффициент учитывающий изменение ширины полосы при сварке.

,

.

Радиус ШНК вычисляется по формуле:

, (2.30)

мм.

Расчет параметров калибровочного стана. Калибровочный стан предназначен для придания трубе точных геометрических размеров и располагается сразу после ШОК. Клети калибровочного стана по своему строению схожи с клетями формовочного стана. В состав ТЭСА «50-76» ЦГП ОАО «Северсталь» входит калибровочный стан состоящий из 4 горизонтальных и 4 вертикальных валка.

Радиусы калибров вертикальных и горизонтльных клетей рассчитываются по формуле:

(2.31)

Произведем расчет на примере 1 горизонтальной клети калибровочного стана: мм.

Радиусы калибров горизонтальных клетей калибровочного стана представлены в таблице 2.6:

Таблица 2.6 - Радиусы калибров горизонтальных и вертикальных клетей калибровочного стана

№ клети	Тип клети	Радиус калибра , мм
1	вертикальная	24,44
2	горизонтальная	24,38
3	вертикальная	24,32
4	горизонтальная	24,26
5	вертикальная	24,20
6	горизонтальная	24,14
7	вертикальная	24,08
8	горизонтальная	24,02

Диаметр по реборде вертикальных валков выбираем в соответствии с технической характеристикой стана равной 140мм, а ширину вертикального валка 140мм.

Вертикальные валки калибровочного стана выполняют роль правящего устройства и не оказывают заметного действия на изменение диаметра производимой трубы. 1 вертикальная клеть располагается сразу после ШОК.

Ширину горизонтального ролика принимаем равным 110мм. Диаметр по бурту и катающий диаметр можно рассмотреть в таблице 2.7.

Таблице 2.7 Диаметр по бурту и катающий диаметр горизонтальных клетей

№ клети	Диаметр по бурту	Катающий диаметр
9	181,6	133,8
10	182,15	134,6
11	182,7	135,4
12	183,25	136,2

Результаты расчетов позволяют выполнить чертеж калибровок валков калибровочного стана.

2.2 Расчет турголовок

В разрабатываемой технологии производства трубы диаметром 32 мм на ТЭСА «50-76» ЦГП ОАО «Северсталь» турголовки будут выполнять роль правильно-калибрующего устройства, т.к. технология подразумевает производство только трубы круглого сечения.

Диаметры валков турголовки выбираются конструктивно. Калибры валков выполняются подобно валкам калибровочного стана. Калибр турголовки должен представлять собой окружность.

Принимаем диаметр валков по дну калибра 50 мм.

Радиус калибра выбираем согласно диаметру трубы произведенной в предыдущем калибре.

мм.

Диаметр валков по реборде будет опредеятся по формуле:

, (2.33)

мм.

Ширина турголовки:

, (2.34)

где - ширина борта валка турголовки, мм.

мм.

Основные геометрические параметры турголовок, полученные в результате расчета, приведены в таблице 2.8.

круглая электросварная прямошовная труба

Таблица 2.8 - Геометрические параметры турголовок

Радиус калибра , мм	Диаметр по дну калибра , мм	Диаметр по реборде калибра , мм	Ширина турголовки , мм	Ширина борта t, мм
24	50	64,058	15,81	3

2.3 Определение энергосиловых параметров процесса

Расчет энергосиловых параметров ведется исходя из условия равновесья полосы:

(2.35)

где: - активная составляющая протягивания полосы через калибр, МН;

- сопротивление перемещению полосы в открытом калибре по горизонтали, Н;

- сопротивление перемещению полосы в закрытом калибре по горизонтали, Н;

- сопротивление перемещению полосы в закрытом калибре по горизонтали, Н;

- количество горизонтальных клетей с открытыми калибрами;

- количество горизонтальных клетей с закрытыми калибрами;

- количество вертикальных клетей с холостыми валками.

Схема действия вертикальных и горизонтальных усилий приведена на рисунке 2.12.

Рисунок 2.5 - Схема действия вертикальных и горизонтальных усилий. 1- Открытый калибр горизонтальных клетей; 2- Эджерная клеть; 3- Закрытый калибр горизонтальных клетей

Сопротивление в открытом калибре определяем:

, (2.36)

где m - коэффициент упрочнения металла, Н/мм²; ;

- предел текучести металла, Н/мм²;

- угол подгибки полосы в данном калибре с учетом распружинивания, рад;

- толщина полосы, мм.

Угол подгибки определяем из выражения:

, (2.37)

где - увеличение разницы между углами формовки между калибрами с учетом распружинивания на 10 %;

- угол формовки в рассматриваемой клети, рад;

- угол формовки в предыдущей клети, рад.

Определим сопротивление в открытых калибрах на примере 1-ой клети:

рад,

Н.

Результаты для остальных открытых клетей приведены в таблице 2.9.

Таблица 2.9 Сопротивление перемещению полосы в открытых калибрах

№ клети	Угол подгибки полосы в данном калибре с учетом распружинивания , рад	Сопротивление перемещению полосы в открытом калибре по горизонтали , Н
1	0,36	603,28
2	0,42	703,83
3	0,44	737,32
4	1,83	3066,71

Н

Сопротивление полосы в закрытом калибре по горизонтали определяем, как:

, (2.38)

где - обжатие в закрытом калибре, .

Определим сопротивление в закрытых калибрах на примере 5-ой клети:

Н.

Результаты для остальных закрытых калибров приведены в таблице 2.10

Таблица 2.10 - Сопротивление перемещению полосы в закрытых калибрах

№ клети	Угол подгибки полосы в данном калибре с учетом распружинивания , рад	Сопротивление перемещению полосы в закрытом калибре по горизонтали , Н
5	1,3	2945,04
6	0,17	1051,38
7	0,15	1017,87

Н.

Активная составляющая протягивания полосы через калибр может быть представлена формулой:

, (2.39)

где - коэффициент трения на контактных площадях; ;

- вертикальное усилие в i-ой клети, Н, вычисляется по формуле:

, (2.40)

где - ширина калибра, мм;

- длина очага формовки с учетом внеконтактной деформации, мм, которая рассчитывается, как:

. (2.41)

Угол нейтральной линии определяем по формуле:

. (2.42)

Произведем расчет усилия формовки полосы на примере 1-ой клети:

рад,

мм,

Н.

Результаты расчетов вертикального усилия формовки полосы в открытых калибрах представлены в таблице 2.11.

Таблица 2.11 - Вертикальные усилия формовки полосы в открытых калибрах

№ клети	Угол нейтральной линии , рад	Длина очага формовки с учетом внеконтактной деформации, мм	Усилие формовки полосы , Н
1	1,21	62,63	1564,05
2	1,13	91,54	2487,73
3	1,19	94,58	3121,14
4	1,21	103,56	3827,57

Рассчитаем активную составляющую протягивания полосы через открытый калибр:

Н,

Н,

Н,

Н.

Вертикальное усилие для клетей с закрытыми калибрами рассчитываем:

(2.43)

Рассчет на примере 5-ой клети:

Н.

Результаты расчета вертикального усилия для клетей с закрытыми калибрами представлены в таблице 2.12:

Таблица 2.12 - Вертикальные усилия для клетей с закрытыми калибрами

№ клети	Вертикальные усилия для клетей с закрытыми калибрами , Н
5	37181,13
6	13273,67
7	12850,60

Рассчитаем активную составляющую протягивания полосы через закрытый калибр:

Н,

Н,

Н,

Н.

Радиальное усилие вертикальных валков будет равно:

(2.44)

Длина очага деформации с учетом внеконтактной деформации может быть представлена, как:

, (2.45)

где - ширина калибра предыдущей горизонтальной клети, мм;

- ширина калибра вертикальной клети, мм;

- высота калибра, которая в свою очередь определяется по формуле:

(2.46)

Произведем расчет радиального усилия вертикальных валков на примере 1-ой клети:

мм,

Н.

Результаты расчета для всех вертикальных клетей приведены в таблице 2.13.

Таблица 2.13: Радиальное усилие вертикальных валков

№ вертикальной клети	Длина очага деформации с учетом внеконтактной деформации , мм	Высота калибра , мм	Радиальное усилие вертикальных валков , Н
1	21,21	30,04	3261,99
2	30	40,84	3393,73
3	21,21	49,71	1971,23
4	48,06	60,47	3671,85
5	35,07	36,48	3532,35
6	23,57	30,89	3201,2

Сопротивление холостых вертикальных валков рассчитывается по формуле:

, (2.47)

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н.

Проверяем выполнение условия равновесия полосы по формуле 31.

Условие не выполняется, определяем усилие дополнительного прижима полосы:

 (2.48)

Усилие дополнительного прижатия полосы создается настройкой пневмогидрокомпенсаторов между нажимными винтами и подушками рабочих валков.

Вычисляем момент привода для рабочих валков:

а) Открытые калибры:

, (2.49)

где: - цапфа подшипника;

- коэффициент трения в подшипниках качения опоры вала.

Произведем расчет момента привода на примере 1-ой клети с открытым калибром:

Н•мм.

Результаты расчетов момента привода в открытых калибрах горизонтальных клетей представлены в таблице 2.14:

Таблица 2.14 - Момент привода в открытых калибрах горизонтальных клетей

№ клети	Цапфа подшипника , мм	Момент привода , Н*мм
1	72,5	59561,22
2	72,86	132064,82
3	73,225	170598,92
4	73,59	227113,25

б) Закрытые калибры:

. (2.50)

Произведем расчет момента привода на примере 5-ой клети с закрытым калибром:

Н*мм.

Результаты расчетов момента привода в закрытых калибрах горизонтальных клетей представлены в таблице 2.15.

Таблица 2.15: Момент привода в закрытых калибрах горизонтальных клетей

№ клети	Цапфа подшипника , мм	Момент привода , Н*мм
5	73,955	453444,45
6	74,325	170794,96
7	74,695	168902,88

Мощность привода для одной клети определяется по формуле:

, (2.51)

где - частота вращения одного валка, об/мин, которая в свою очередь, определяется, как:

, (2.52)

где - скорость сварки агрегата, м/мин;

- катающий диаметр калибра, м, представленный формулой:

. (2.53)

Произведем расчет мощности привода на примере 1-ой клети:

,

об/мин,

.

Результаты расчета мощности привода приведены в таблице 2.16.

Таблица 2.16 - Мощность привода горизонтальных клетей

№ клети	Катающий диаметр калибра , мм	Частота вращения одного валка , об/мин	Мощность привода , Вт
1	157,50	121,26	740,75
2	170,80	111,81	1514,47
3	172,93	110,44	1932,40
4	178,16	107,19	2496,84
5	170,95	111,72	5195,77
6	172,32	110,83	1941,45
7	171,69	111,23	1926,87

Полученные значение расчетов сведем в таблицу 2.17.

Таблица 2.18 - Энергосиловые параметры

№ клети	Вертикальное усилие, Н	Усилие сопротивления в калибре, Н	Тянущее усилие, Н	Частота вращения валков, об/мин	Момент вращения на валу, Н*м	Мощность приходящаяся на клеть, Вт
Горизонтальные клети
1	1564,05	603,28	125,12	121,26	59,56	740,75
2	2487,73	703,83	199,01	111,81	132,06	1514,47
3	3121,14	737,32	249,69	110,44	170,59	1932,40
4	3827,57	3066,71	306,2	107,19	227,11	2496,84
5	37181,13	2945,04	2974,49	111,72	453,44	5195,77
6	13273,67	1051,38	1061,89	110,83	170,79	1941,45
7	12850,60	1017,87	1028,04	111,23	168,9	1926,87

Полная мощность привода формовочного стана для выполнения условия равновесия будет составлять 14,31 кВт.

Размещено на Allbest.ru