Главная линия рабочей клети толстолистового стана 5000

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

Выполнить проверочный расчёт главной линии рабочей клети толстолистового стана 5000. Определить назначение и дать краткую характеристику стана, в состав которого входит проектируемая главная линия рабочей клети. Выбрать оборудование и основные параметры проектируемой главной линии рабочей клети.

При разработке проекта главной линии прокатной клети выполнить, определить или назначить следующее:

1. материал, конструкцию и размеры валков, силовые воздействия на валки;

2. расчёт прочности валков, расчёт коэффициента жёсткости рабочей системы;

3. тип, конструкцию и основные параметры подшипников прокатных валков;

4. тип и конструкцию устройств для установки и уравновешивания валков, расчёт нажимного механизма;

5. тип, конструкцию и размеры станины и её элементов, расчёт прочности и жёсткости станины;

6. расчёт коэффициента жёсткости рабочей клети;

7. крепление рабочей клети к фундаменту;

8. тип и конструкция валковой арматуры;

9. выбрать тип и конструкцию передаточных механизмов главной линии прокатной

клети;

10. выбрать тип и определить мощность главного привода рабочей клети;

11. выбрать тип и конструкцию устройств для смены валков и указать способ перевалки.



Содержание

• Задание
• Введение
• 1. Назначение и краткая характеристика стана
• 2. Выбор структурной схемы главной линии рабочей клети
• 3. Разработка конструкции рабочей клети
• 3.1 Прокатные валки
• 3.1.1 Выбор материала, конструкции и размеров прокатных валков
• 3.1.2 Определение сил, действующих на валки при прокатке
• 3.1.3 Расчет прочности, упругой деформации валков и определение жесткости валковой системы
• 3.3 Выбор типа и расчет механизма для установки прокатных валков
• 3.3.1 Механическое нажимное устройство
• 3.3.2 Гидравлическое нажимное устройство
• 3.4 Выбор типа и расчет механизма для уравновешивания верхнего валка
• 3.5 Станина
• 3.5.1 Выбор типа и размера станины
• 3.6 Расчет коэффициента жесткости рабочей клети
• 3.7 Крепление рабочей клети к фундаменту и расчет клети на опрокидывание
• 3.8Тип и конструкция валковой арматуры
• 4. Тип и конструкция передаточных механизмов главнойлинии рабочей клети
• 5. Выбор типа и определение мощности привода валков рабочей клети
• 6. Тип и конструкция устройств для перевалки валков
• Заключение


Введение

Потребности общества рождают технологии получения продукции, требуемые свойства которых определяется спецификой ее потребления. Технологии требуют создания соответствующего оборудования. Когда материальные условия для этого созрели, то необходимое оборудование создается. В этом смысле технология является первопричиной, определяющей потребность создания оборудования. А созревшие материальные условия - необходимой предпосылкой его разработки и изготовления.

Поэтому любой технологический процесс получения какой-либо продукции немыслим без соответствующего оборудования, и специалисту-технологу в силу объективности такой связи необходимо иметь знания по оборудованию цехов ОМД.

Главная особенность дальнейшего развития оборудования - это повышение качества продукции.

Оборудование цехов должно быть надежным, жестким, ремонтно-пригодным и экономичным.

В настоящее время перед металлургами поставлена задача поднять технический уровень отрасли, повысить качество металла. Для этого необходимо активнее обновлять устаревшие основные фонды, внедрять прогрессивные технологии и оборудование, совершенствовать структуру производства. Следует наращивать выпуск машин и агрегатов, обеспечивающих коренное техническое перевооружение базовых отраслей тяжелой индустрии, перейти от производства отдельных махнин в основном к созданию технологических линий и комплексов с высокой степенью автоматизации, существенно увеличить выпуск металлургического оборудования.

Решение поставленных задач неразрывно связано с ускорением научно-технического прогресса в металлургии и металлургическом машиностроении, с созданием экономичных, высокопроизводительных машин и агрегатов высокой надежности и долговечности.

Для того, чтобы машина была современна продолжительный срок, она должна обладать более высокими технико-экономическими показателями по сравнению с теми, которые достигнуты на машинах этого назначения в мировой практике.

Потребность в прокатном оборудовании продолжает расти. Это объясняется тем, что прокатка из всех способов обработки металлов пользуется наибольшим распространением вследствие непрерывности процесса, высокой производительности и возможности получения изделий самой разнообразной формы и высокого качества. Прокатные изделия из стали, являются наиболее экономичным продуктом -- конечным для металлургических предприятий и исходным в машиностроении, строительстве и других отраслях народного хозяйства.

Современные прокатные станы представляют собой полностью механизированные и автоматизированные линии, и поэтому по сравнению с другими видами металлургических агрегатов они при изготовлении более трудоемки и в то же время металлоемки.

Данный курсовой проект направлен на изучение технологических возможностей, анализ работы главной линии рабочей клети толстолистового стана 5000.



1. Назначение и краткая характеристика стана

Стан 5000 предназначен для производства листов толщиной от 8 до 100 мм, шириной от 1500 до 4800 мм, длиной от 6000 до 24000 мм из низколегированной марок стали типа 09Г2ФБ, 10Г2ФБЮ, 13Г1СУ и других, прокатываемых по контролируемому режиму.

На стане возможна прокатка листов толщиной от 8 до 160 мм, шириной от 1500 до 4800 мм, длиной от 6000 до 24000 мм из углеродистых, конструкционных, низколегированных и легированных марок стали, прокатываемых по обычному режиму.

Возможна поставка листов шириной от 900 до 2400 мм после продольной резки по оси.

Оборудование стана обеспечивает прокатку и отделку листов со следующими прочностными характеристиками (при температуре +20 °С):

- с пределом прочности до 1200 МПа;

- с пределом текучести до 750 МПа (при толщине листа от 41 до 50 мм);

- с пределом текучести до 1000 МПа (при толщине листа до 40 мм).

Таблица 1

Основные марки стали, прокатываемые на стане 5000 и требования, предъявляемые к ним

№ п.п.	Марка стали	НД на
		марку стали	технические требования
1	2	3	4
1	Сталь углеродистая обыкновенного качества СтО - Ст5, СтЗГпс и др.	ГОСТ 380	ГОСТ 14637
2	Сталь низколегированная для мостостроения марок 10ХСНД, 15ХСНД	ГОСТ 6713	ГОСТ 6713
3	Сталь углеродистая и низколегированная из марок 15 К, 20К, 09Г2С для котлов и сосудов под давлением	ГОСТ 5520	ГОСТ 5520
4	Сталь углеродистая и низколегированная для судостроения из марок А, В, D, А32, D32, А36	ГОСТ 5521	ГОСТ 5521
5	Сталь низколегированная конструкционная повышенной прочности марок 16ГС, 17ГС, 17Г1С, 09Г2, 09Г2 С(Д) 10Г2С1(Д), 10-15ХСНД	ГОСТ 19281	ГОСТ 19281
6	Сталь углеродистая качественная конструкционная из марок 08-25(пс, сп),30-70	ГОСТ 1050	ГОСТ 1577
7	Сталь легированная конструкционная из марок 15Г, 20Г, 30Г, 40Г, 50Г, 20Х, 40Х	ГОСТ 4543	ГОСТ 1577

В состав основного технологического оборудования стана 5000 входят:

- 2 нагревательные печи с шагающими балками;

- окалиноломатель;

- четырехвалковая реверсивная чистовая клеть;

- вертикальная обжимная клеть;

- машина горячей правки;

- система охлаждения листа;

- холодильники;

- кантователь и участок инспекции;

- установка ультразвукового контроля;

- концевые ножницы;

- кромкообрезные ножницы и ножницы продольной резки;

- делительные ножницы катящегося реза;

маркировочные машины. Схема расположения основного технологического оборудования представлена рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема расположения основного технологического оборудования стана 5000

1 - Склад слябов; 2 - Нагревательные печи; 3 - Первичный гидросбив окалины; 4 - Карман для листов свыше 50 мм; 5 - Рабочая клеть; 6 - Роликоправильная машина №1 (горячей правки); 7 - Установка ускоренного охлаждения; 8 - Роликоправильная машина №2; 9 - Клеймитель; 10 - Карман ПФО (противо флокенного охлаждения); 11 - Холодильник; 12 - Инспекторский стол; 13 - Кантователь; 14 - УЗК; 15 - Ножницы поперечной резки (для обрезки торцов); 16 - Ножницы продольной резки (СКОН + слитинг); 17 - Ножницы №2 поперечной резки (для порезки на мерные длины); 18 Маркировщик; 19 - Термические печи; 20 - Роликоправильная машина №3 (холодной правки); 21 - Маркировщик; 22 - Карманы.

Таблица 2

Характеристики 4-х валковой прокатной клети

Наименование агрегата	Наименование характеристики	Значение или описание
1	2	3
Прокатные валки	Диаметр рабочих валков Длина рабочих валков	1210 - 1110мм 5300 мм
	Диаметр опорных валков Длина опорных валков	2300 -°2100 мм 4950 мм
	Подшипники рабочих валков	4-рядные конические радиальные роликовые
		2-рядные осевые подшипники
	Подшипники опорных валков	ПЖТ МОРГОИЛ
	Скорость рабочих валков при макс, диаметре валка	(0-3,17) / 7,30 м/с
	Максимально допустимое усилие прокатки Максимальное усилие на цилиндрах HGC при давлении 300 бар со стороны поршня, 30 бар со стороны штока	120 МН более140 МН
Главный привод	Тип	спаренный
	Мощность главного привода	2x12 МВт
	Частота вращения вала двигателя	(0-60)/ 115 об/мин
	Номинальный крутящий момент	2x1,91 МН-м
	Максимальный крутящий момент при прокатке	2x3,82 МН-м (200 % от номин.)
	Максимальный крутящий момент перегрузки (двигатель)	2x4,23 МН-м (225 % от номин.)
	Крутящий момент при отключении двигателя	2x5,25 МН-м (275 % от номин.)
Гидронажимное устройство	Место установки	внизу
	Диаметр поршня Ход	1750/1600 мм 95 мм (действ. 85 мм)
	Максимальное давление в гидросистеме	29 МПа
Механическое нажимное устройство	Раствор между рабочими валками (новые валки)	320 мм
	Высота подъема	520 мм
	Скорость	0-50 мм/с
	Мощность привода Частота вращения привода	2x560 кВт 800 об/мин
	Нажимной винт: - диаметр - шаг	950 мм, 60 мм
Станина	Основные размеры станин	15,65x6,10x2,30 м
	Высота линии прокатки	+ 800 мм
	Размер просвета для свободного прохода через клеть	5380 мм
	Масса станины	547 т
	Расстояние между осями станин	7 м
	Размеры сечения стоек станины	950x1100 мм
Шпиндель	Тип	выдвижной



2. Выбор структурной схемы главной линии рабочей клети

Главная линия рабочей клети состоит из рабочей клети, передаточных механизмов и главного электродвигателя.

Основным технологическим инструментом прокатного стана являются валки, вращающиеся в подшипниках и воспринимающие усилие прокатки. Привод валков осуществляется электродвигателем через промежуточные передаточные механизмы и устройства. Машины и механизмы, предназначенные для вращения валков, а также для восприятия возникающих при пластической деформации металла усилий и крутящих моментов, составляют главную линию рабочей клети.

Схема главной линии рабочей клети толстолистового стана 5000 представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Структурная схема главной линии рабочей клети

1 - рабочая клеть; 2 - универсальные шпиндели; 3 - главный электродвигатель; 5 - промежуточный вал; 6 - моторная муфта; 8 - устройство для уравновешивания шпинделей; 9 - прокатные валки; 10 -станины: 11 - механизмы установки верхнего валка; 12 - траверсы; 13 - подушки с подшипниками; 14 - плитовины; 15 -фундаментные болты.



3. Разработка конструкции рабочей клети

3.1 Прокатные валки

Прокатные валки выполняют основную операцию прокатки - деформацию (обжатие) металла и придание ему требуемых размеров и формы поперечного сечения. В процессе деформации металла, вращающиеся валки воспринимают усилие, возникающие при прокатке, и передают его на подшипники и другие детали рабочей клети стана.

3.1.1 Выбор материала, конструкции и размеров прокатных валков

Принятый режим обжатий заготовки, необходимое качество проката, стойкость валков в значительной мере зависят от материала, из которого изготовлены валки. Основанием для выбора материала является назначение стана и условия эксплуатации валков. Материал, из которого изготовлены валки, должен обеспечить их прочность и износостойкость. Износ валков зависит от их твердости. Твердость снижает вязкость , что отражается на снижении прочности валков. В каждом конкретном случае в зависимости от назначения стана и условий эксплуатации валки делают из материала, обладающего свойством, являющимся в данном случае основным.

Выбираем материал валков - сталь марки К60.

Характеристики валков:

Диаметр рабочих валков 1210-1110 мм;

Длина бочки рабочих валков 5300 мм;

Диаметр шейки рабочих валков 749 мм;

Длина шейки рабочих валков 1153 мм;

Диаметр опорных валков 2300-2100 мм;

Длина бочки опорных валков 4950 мм;

Диаметр шейки опорных валков 1650 мм;

Длина шейки опорных валков 1513 мм.

Валок состоит из трех основных элементов: бочки валка (диаметром D и длиной L), которая при прокатке непосредственно соприкасается с деформируемым металлом; шеек (диаметром d и длиной 1), расположенных с обеих сторон бочки и опирающихся на подшипники валка; двух концевых участков, один из которых служит для соединения валка со шпинделем, а другой для фиксирования валка в осевом направлении или используется для перевалки.

3.1.2 Определение сил, действующих на валки при прокатке

Для обоснованного выбора и расчета прокатных валков, а также деталей и узлов рабочей клети необходимо знать силовые факторы, действующие на валки при прокатке. В каждом конкретном случае необходимо иметь в виду следующие силовые факторы: усилие прокатки Р и характер его приложения по длине бочки валка; крутящий момент М_кр, приложенный к приводному концу валка; усилие противоизгиба валков при прокатке листа; переднее и заднее' натяжения прокатываемой полосы. Графическое изображение действия полосы на валок представлено на рисунке 3.

Рисунок 3 - Силовое действие полосы на валок N_p - сила реакции опоры; Р - сила, с которой полоса действует на валок (усилие прокатки); М - крутящий момент.

Выделим из системы прокатный валок и рассмотрим его равновесие без учета сил трения в опорах валка. В точке Oi приложим систему сил, эквивалентную нулю, то есть две силы, равные по величине и противоположно направленные. Тогда получим систему сил, состоящую из пары сил (Р, Р) с плечом а и сосредоточенной силы Р. Чтобы валок находился в равновесии необходимо пару сил уравновесить моментом М, а силу Р уравновесить силой N_p. Момент М прикладывается к валкам шпинделями, приводящими валки во вращение, а усилие прокатки Р воспринимается деталями прокатной клети (подушками с подшипниками, нажимные винты, станины - цепь передачи усилия) и уравновешивается реакцией N_p этих деталей.

При практических расчетах усилие прокатки находят по методу усреднения:

Р = PcpF,

где р_ср - среднее контактное нормальное напряжение (контактное давление);

F - площадь контакта металла с валком.

Крутящий момент можно определить по формуле:

М_кр= Мпр/2 + Мтр,

где М_пр - момент прокатки;

Мтр - момент трения в подшипниках одного опорного валка четырехвалковой клети, приведенный к оси приводного рабочего валка.

Исходные данные:

Рассмотрим 1 проход черновой стадии прокатки стали класса прочности К56. Ширина листа в данном проходе составляет 1500 мм, толщина - 300 мм, относительное обжатие - 16%. Ширина готового проката, после последнего чистового проката составляет 4500 мм, толщина - 47 мм, длина - 21409 мм. После 2 прохода раскат имеет толщину 260 мм. Скорость прокатки в 1 проходе V = 1 м/с, температура - 1080 °С. Расстояние между осями нажимных винтов а = 7000 мм.

Проверяем соотношения основных размеров валков:

Основные размеры выбраны рационально.

Принимая для валков толстолистового стана коэффициент переточки к = 0,05, определяем максимальный и минимальный диаметры бочек рабочего и опорного валков.

мм.

Полученные данные основных размеров валков находятся в пределах, установленных практикой эксплуатации толстолистовых станов горячей прокатки. Обжатие в 1 проходе:

h = h₀-h₁ = 300 - 260 = 40 мм.



Принимаем коэффициент трения при захвате = 0,32. Тогда

2Дh /Dp мин = 2*40/1110 = 0,072; ² = 0,32² = 0,1024; 0,072<0,1024.

Условие захвата полосы валками выполняется. Определяем усилие прокатки по формуле

Р = Рср * F = 123,82*0,228 = 28,23 МН = 28230 кН

где р_Ср=*sc - среднее нормальное контактное напряжение;

где F=lд*b=0,152*1,5=0,228 -площадь контакта металла с валком.

Коэффициент Лоде _у =1,15.

Коэффициент, учитывающий влияние ширины полосы n_B = 1

Сопротивление деформации sc.

Коэффициент, учитывающий влияние внешнего трения на значение среднего нормального контактного напряжения, определяется по формуле:

где мм

Так как отношение , и находится в интервале 0,05<(lд/hср)<1,0, то коэффициент '', учитывающий влияние внешних зон деформации, можно определить по формуле:

Так как прокатка осуществляется без натяжений, то коэффициент, учитывающий влияние натяжений ”' = 1.

Тогда коэффициент напряженного состояния:

= *В*'*”*”' =1,15*1*1,09*1,27*1 = 1,59.

Сопротивление деформации:

уs=66,8+0,1*{(k1?*X1+k??X1№??)+….+(k11?*X11+k11??*X11№??)}

a=0,126+0,01*{(L?1*X1+L??1*X№??)+….+(L11?*X11+L??X11№??)

b=0,125+0,01{(m1?*X1+m1??*X1№??)+…..+(m11?*X11+m??*X11№??)}

c=-2,82+0,01{(n1?X1+n1??*X1№??)+….=(n11?*X11+n11??*X11№??)}

.

Определим крутящий момент. Момент прокатки

М_пр = РLд = 28230**0,5*0,152 = 2145 Нм,

где = 0,5 - коэффициент плеча равнодействующий при горячей прокатке простых профилей.

Момент трения

Нм,

где f = 0,003 - коэффициент трения в подшипниковых опорах валка на ПЖТ;

d = 1800 мм - диаметр втулки - цапфы.

Крутящий момент, приложенный к приводному концу валка:

Mкр = (Мпр/2)+Мтр=(2145/2)+41,35=1113,85*10³Нм

3.1.3 Расчет прочности, упругой деформации валков и определение жесткости валковой системы

Выполняем расчет опорного валка на прочность, руководствуясь расчетной схемой, представленной на рисунке 4.

Рисунок 4 - Схема к расчету прочности валков четырехвалковой систем Максимальный изгибающий момент в опасном сечении бочки опорного валка

где Р - усилие прокатки;

а - расстояние между осями нажимных винтов, проходящих через середины опор валка на ПЖТ;

L - длина бочки опорного валка. Максимальный изгибающий момент в опасном сечении шейки опорного валка

где Т - расстояние от края бочки опорного валка до середины валковой опоры на ПЖТ.

Условие прочности бочки опорного валка по нормальным напряжениям при изгибе:

где [] = 130 МПа - допускаемое напряжение для материала валка;

W₆ = 0,1 * = 0,1 * 2,145³ = 0,986 м³

- момент сопротивления сечения бочки валка при изгибе.

Условие прочности бочки опорного валка выполняется.

Условие прочности шейки опорного валка:

где W_ш = 0,1 * dк³ = 0,1 *1,65³ = 0,449 м³

- момент сопротивления поперечного сечения шейки валка при изгибе при наибольшем диаметре d_K конической части шейки валка под подшипник жидкостного трения.

Условие прочности шейки опорного валка выполняется.

Приступая к проверке прочности приводного конца рабочего валка, определяем его диаметр d = 760 мм.

Приводной конец выполнен с лысками. Форма поперечного сечения приводного конца валка представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Форма поперечного сечения приводного конца валка

Для проверки условия прочности приводного конца валка необходимо определить момент сопротивления поперечного сечения приводного конца при кручении. Принимаем b=425 мм, R=380 мм, а=90°. Приведем форму поперечного сечения к прямоугольной. Площадь сегмента

Находим положение центра тяжести площади сегмента по отношению к оси валка:

Получаем прямоугольную форму поперечного сечения с отношением сторон

h/b=690/550=1,25.

Тогда момент сопротивления сечения при кручении:

W_K = b³ = 0,263 * 0,55³ = 0,0437 м³.

Условие прочности приводного конца валка по касательным напряжениям при кручении:

где [ф] = (0,5 -- 0,6)[] = 0,6 *130 = 78 МПа - допускаемые значения касательных напряжений при кручении.

Условие прочности приводного конца валка выполняется.

Расчет упругой деформации валков

Прогибы опорного валка:

Е = 2,15 *10¹¹ Па - модуль упругости материала валка при растяжении (сжатии);

• - момент инерции площади поперечного сечения бочки опорного валка;
• - момент инерции площади поперечного сечения шейки опорного валка;

Кф - безразмерный коэффициент, зависящий от формы поперечного сечения; G = 0,82 * 10¹¹ Па - модуль упругости материала валка при сдвиге. Контактная деформация рабочего валка с опорным:

Упругая деформация при контакте рабочего валка с полосой отсутствует при горячей прокатке.

Суммарная деформация четырехвалковой системы

8_В = 2(₁ +₂ + _р-₀) = 2(0,82 + 0,307 + 0,59) = 3,43 мм.

Определение жесткости валковой системы

Жесткость валковой системы:

3.2 Тип, конструкция и основные параметры подшипников прокатных валков

Для рабочего валка выбираем четырехрядные конические роликоподшипники. Конические роликоподшипники служат для передачи между рабочим валком и подушкой как осевых усилий, возникающих в основном ходе прокатки, так и радиальных усилий, вытекающих, главным образом, из собственного веса рабочего валка и усилий исходящих от системы противоизгиба. Смазка подшипников рабочих валков осуществляется от системы масляно-воздушной смазки. Расположенные в подушках радиальные уплотнительные кольца цапф не допускают попадания воды и грязи в подшипник и одновременно предотвращают выход масла. Однако они позволяют выравнивать давления масляно-воздушной смеси по отношению к окружающей среде.

Характерные размеры подшипника представлены на рисунке 6.

16x23.8

Рисунок 6 - Характерные размеры четырехрядного конического роликоподшипника

Подшипники MORGOIL 80"-86-KLX используются в качестве подшипников для опорных валков. Их задачей является восприятие общего усилия прокатки. Элементом, несущим нагрузку, при этом является масляная пленка между подшипниковой и рабочей втулками. Эта постоянная масляная пленка обеспечивает бесконтактное скольжение металлических поверхностей. Подаваемое на подшипники количество масла обеспечивает отвод теплоты трения, а также благоприятное распределение температуры по всей длине опорного валка.

По ГОСТ 7999-70 выбираем подшипник: диаметр втулки-цапфы 1800 мм, длина втулки- цапфы l= 1600 мм. Конструкция ПЖТ представлена на рисунке 7.

где [р] = 16 -- 17 МПа - при работе в длительном режиме;

[р] = 21,0 -- 22,5 МПа - при работе в кратковременном режиме.

Полученное значение можно считать допустимым.

Рисунок 7 - Подшипник жидкостного трения:

1 -- втулка-вкладыш; 2 -- втулка-цапфа; 3 -- кольцо-насадка; 4 -- узел задней крышки с манжетным и торцевым текстолитовым уплотнениями; 5 -- упорный узел с роликовым коническим подшипником; 6 -- стакан; 7 -- фиксирующая крышка; 8 -- фиксирующая гайка; 9 -- кольцо; 10 -- разъемные полукольца; 11 -- крышка-кожух; 12 -- передняя насадка; 13 -- узел передней крышки; 14-- втулка; 15 -- шпонка-фиксатор; 16 -- шпонка

3.3 Выбор типа и расчет механизма для установки прокатных валков

Механизм для вертикальной установки валков предназначен для перемещения валков при установке зазора между ними на заданное обжатие полосы. На всех листовых станах положение нажимного валка с подушками и подшипниками в рабочей клети постоянно, поэтому раствор между валками регулируется перемещением только верхнего валка при помощи нажимного устройства.

3.3.1 Механическое нажимное устройство

Механическое нажимное устройство представлено на рисунке 8. Ст. обслуживания

Рисунок 8 - Механическое нажимное устройство

Наружный диаметр нажимного винта do = 950 мм.

Шаг 60 мм.

Диаметр нажимной гайки D = (1,5 -- l,8)d₀ = 1,5 * 950 = 1425 мм

Высота нажимной гайки Н = (0,95 -- 1)D = 0,95 * 1425 = 1354 мм

Определим усилие, действующее на нажимной винт

где G - масса уравновешиваемых деталей при прокатке (верхнего валка, его подушек и нажимных винтов).

Для приведения нажимного винта во вращение при действии на него усилия, возникающего при прокатке, к его хвостовику необходимо приложить крутящий момент, который должен преодолеть трение в пяте и резьбе. Схема к расчету прочности нажимного винта представлена на рисунке 9.



Рисунок 9 Схема к расчету прочности нажимного винта

Крутящий момент равен:

где f_п = 0,1 - коэффициент трения в пяте;

d_n = 800 мм - диаметр пяты нажимного винта;

d_cp = 905 мм - средний диаметр нажимного винта;

а -- 0°25' - угол подъема резьбы винта;

= 5°40' - угол трения.

Условие прочности хвостовика нажимного винта:

Условие прочности хвостовика нажимного винта выполняется. Условие прочности резьбового участка нажимного винта:

где p - результирующее напряжение.

Нормальное напряжение при сжатии:



где - площадь поперечного сечения винта по внутреннему диаметру резьбы.

Касательное напряжение при кручении:

где - момент трения в пяте;

W_K = 0,2 - момент сопротивления поперечного сечения винта при кручении;

d₁ - внутренний диаметр резьбы винта.

уp=[] = 120 - 150 МПа,

Условие прочности резьбового участка нажимного винта выполняется.

3.3.2 Гидравлическое нажимное устройство

Гидронажимное устройство вместе с механическим нажимным устройством служит в качестве исполнительного органа для регулирования очага деформации в клети. Нажимные гидравлические цилиндры находятся в нижней зоне станины. Гидравлический нажимной цилиндр представлен на рисунке 10.

Рисунок 10 - Гидравлический нажимной цилиндр

Технические характеристики нажимного цилиндра:

Диаметр поршня: 1750 мм

Диаметр поршневого штока: 1600 мм

Общий ход: 45 мм

Рабочее давление:

сторона штока: 3-12 МПа

сторона дна: 29 МПа

рабочий клеть толстолистовой стан

3.4 Выбор типа и расчет механизма для уравновешивания верхнего валка

Механизм уравновешивания верхнего валка предназначен для устранения зазоров между подпятником и пятой нажимного винта, а также в резьбе пары нажимной винт-гайка. Это необходимо для того, чтобы при задаче металла в валки не возникали динамические нагрузки, а раствор между валками соответствовал требуемому обжатию, установленному оператором.

Применяется механизм гидравлического уравновешивания, размещенный в верхней траверсе станины. Механизм гидравлического уравновешивания представлен на рисунке 11.



Рисунок 11 - механизм гидравлического уравновешивания верхнего валка

Цилиндр уравновешивания представлен на рисунке 12.

Рисунок 12 - Цилиндр уравновешивания

Технические характеристики цилиндра уравновешивания:

Диаметр поршня: 650 мм

Диаметр поршневого штока: 600 мм

Общий ход: 850 мм

Рабочее давление:

сторона штока: 300 бар

сторона дна: 300 бар

Испытательное давление: 400 бар

Максимальная скорость поршня:

сторона штока: 40 мм/с

сторона дна: 40 мм/с

Необходимое давление масла в цилиндре:

где G - вес уравновешиваемых деталей;

d - внутренний диаметр цилиндра.

3.5 Станина

Одной из наиболее ответственных деталей прокатной клети является станина. Она объединяет все узлы и механизмы прокатной клети в единый агрегат. В станины монтируются подушки с прокатными валками, механизмы установки валков и другие устройства и механизмы, необходимые для получения прокатных профилей с требуемой точностью размеров. Станина является последним звеном, замыкающим цепь передачи усилия прокатки от прокатных валков через подшипники, подушки и механизмы установки валков. Так как станина является одним из элементов прокатной клети, определяющим работоспособность стана и качество выпускаемой продукции, то к ней предъявляются определенные требования в отношении ее прочности, жесткости, удобства обслуживания и быстрой перевалки валков. Наиболее важными требованиями для станины являются прочность и жесткость.

3.5.1 Выбор типа и размера станины

Станина представлена на рисунке 13.



Рисунок 13 - Станина прокатной клети

Рассмотрим данную станину как станину закрытого типа, представленную на рисунке 14.

Рисунок 14 - Станина закрытого типа: 1 - верхняя поперечина; 2 - окно; 3 - стойка; 4 - приливы (лапы); 5 - нижняя поперечина

Рисунок 15 - Схема к определению геометрических параметров

Выбираем материал станины: Сталь К60.

Размеры станины:

ширина окна b = 5975 мм;

высота окна h = 10460 мм;

Н] = 2600 мм, В, = 2360 мм,

Н₂= 1075 мм, В₂ = 1025 мм,

Н₃ = 2350 мм, В₃ = 1950 мм,

di = 1350 мм, d₂= 1000 мм

hi = 1300 мм, h₂ = 1300 мм

Площадь сечения в середине верхней поперечины:

F₁ = Н₁В₁ - (d1*b1 + d₂b₂) = 2,6 * 2,36 - (1,35 * 1,3 + 1 * 1,3) = 3,08 м².

Статический момент площади сечения верхней поперечины относительно оси X:

Координаты центра тяжести площади сечения по оси у:

Положение нейтральной оси: y1 = у_с = 1,396 м; у₂ = Hi - у_с = 2,6 - 1,396 = 1,204 м. Момент инерции площади сечения верхней поперечины относительно центральной оси, проходящей через центр тяжести сечения:



Площадь поперечного сечения стойки:

F₂ = Н₂В₂ = 1,075 * 1,025 = 1,102 м²

Момент инерции площади поперечного сечения стойки:

=0,106

Площадь поперечного сечения нижней поперечины:

F₃ = Н₃В₃ = 2,35 * 1,95 = 4,583 м².

Момент инерции площади поперечного сечения нижней поперечины:

Размеры основного контура станины:

длина поперечин:

l1=b + 2Н₂ = 5975 + 2 * 1075 = 8125 мм. высота стоек:

l₂ = h + у_с + = 10460 + 1396 + 1175 = 13031 мм.

Конструктивно принимаем 1₂ = 15410 мм.

Усилие, действующее на станину:

3.5.2 Расчет прочности, упругой деформации и коэффициента жесткости станины

Расчет прочности станины

Прочность станины в сечении 1-1 верхней поперечины. Моменты сопротивления поперечного сечения изгибу:

Изгибающий момент в середине верхней поперечины:

Наибольшее напряжение сжатия по внутреннему контуру станины:

Условие прочности верхней поперечины выполняется.

Проверка прочности стойки в сечении 2-2.

Момент сопротивления поперечного сечения изгибу:

Изгибающий момент в стойке:

Наибольшее напряжение в стойке по внутреннему контуру:

у1=7,82 МПа < [у] = 60 Мпа.

Условие прочности стойки выполняется.

Проверка прочности нижней поперечины в сечении 3-3.

Момент сопротивления поперечного сечения изгибу:

Напряжение растяжения (сжатия):

Условие прочности нижней поперечины выполняется

Расчет упругой деформации и коэффициента жесткости станины

Перемещение станины от действия изгибающих моментов вследствие деформации двух поперечин:

Перемещение станины от действия поперечных сил вследствие деформации двух поперечин:

Перемещение станины от действия продольных сил вследствие деформации двух стоек:

Полное перемещение станины:

д = д₁ + д₂ + д₃ = 0,41 + 0,24 + 0,493= 1,143мм.

Жёсткость станины:

3.6 Расчет коэффициента жесткости рабочей клети

Жесткостью рабочей клети называется отношение максимального усилия на валки при прокатке к суммарной деформации рабочей клети.

Коэффициент жёсткости клети - величина усилия прокатки, приходящейся на единицу деформации клети.

Рассчитаем жесткость рабочей клети по известным коэффициентам жесткости клети и валков.

Упругая деформация клети составит:

3.7 Крепление рабочей клети к фундаменту и расчет клети на опрокидывание

Прокатная станина на стороне привода и на стороне обслуживания установлена на расположенных на входной и выходной сторонах плитовинах и жестко соединена с ними болтами.

Усилия и моменты, воздействующие на прокатные станины при прокатке, через крепежные болты передаются на плитовины. Передача усилий от плитовин в фундамент происходит посредством болтов с Т-образной головкой, с помощью которых плитовины закреплены на фундаменте.

Диаметр болтов, крепящих станины к плитовинам и плитовины к фундаменту определим из соотношения:

d = (0,9 - 0,15)D_P + 10 = 191,5 мм.

Для крепления станины выберем высокопрочные болты. Они изготавливаются из углеродистых или легированных сталей с последующей термической обработкой. Высокопрочные болты обеспечивают надежное соединение, хорошо работающее при любых видах силовых воздействий.

Рассчитаем рабочую клеть на опрокидывание. Схема к определению опрокидывающего момента, действующего на рабочую клеть в момент захвата металла валками представлена на рисунке 16.

Рисунок 16 - Схема к определению опрокидывающего момента, действующего на рабочую клеть в момент захвата металла валками

Максимальная сила инерции:

Опрокидывающий момент при прокатке с натяжением:

М_опр = F_ин * а = 1,77* 4,71 =8,33МНм



Усилие, с которым лапы растягивают болты:

Усилие, действующее на болт:

где п - число болтов с одной стороны клети.

Нормальные напряжения от растягивания:

Условие прочности выполняется.

3.8 Тип и конструкция валковой арматуры

Чистовая клеть оснащена вводной и выводной направляющими проводками. Проводки представлены на рисунке 17. Обе направляющие проводки выполнены в виде стальных сварных конструкций и закреплены на траверсе системы уравновешивания опорных валков. Вследствие этого они перемещаются в клети вместе с системой уравновешивания опорных валков и следуют за вертикальными движениями системы установки прокатного зазора. Направляющие проводки необходимы для направления переднего конца прокатываемого материала в очаг деформации в зависимости от направления прокатки, защиты оборудования выходной части клети от хвоста при выходе проката из клети, удерживания в клети и позиционирования верхнего гидросбива.



Рисунок 17 Вводная и выводная направляющие проводки



4. Тип и конструкция передаточных механизмов главной линии рабочей клети

Приводные шпиндели, представленные на рисунке 18, служат для передачи крутящих моментов с приводных двигателей на рабочие валки. При этом шпиндели образуют крутильно-жесткое соединение между муфтой на стороне двигателя и трефом на стороне валка.

Приводные шпиндели опираются по центру на опорный узел, соединенный с системой уравновешивания шпинделя и обеспечиваемый смазкой от системы масляно-воздушной смазки. Система уравновешивания создает поддержку приводных шпинделей в рабочем режиме.

Рисунок 18. Приводной шпиндель

Техническая характеристика:

Номинальная мощность двигателя: 12000 кВт

Номинальный вращающий момент электродвигателя: 1910 кНм

Предельный момент тока двигателя: 4775 кНм

Момент отключения двигателя: 5252 кНм

Диаметр шарнира на стороне двигателя: 1300 мм

Диаметр шарнира на стороне валка: 1200 мм

Номинальное расстояние между центрами вращения в нулевой позиции: 11000 мм



5. Выбор типа и определение мощности привода валков рабочей клети

Технические характеристики двигателя представлена в п.1.

Мощность двигателя:

где М_дв - момент двигателя;

-угловая скорость двигателя;

К_э = 1,1- коэффициент, учитывающий неучтенную динамику (пуск, торможение).

Момент двигателя:

где М_пр - момент прокатки, необходимый для осуществления пластической деформации прокатываемого металла и преодоление сил трения его на поверхности валков;

М_тр - момент, расходуемый на трение в подшипниках валков;

М_хх - момент холостого хода, определяемый при вращении деталей стана на его холостом ходу.

М_хх = 0,05 М_ном = 0,05 * 1,91 = 0,0955 МНм.

М_дв = 2145 * 10³ + 55,76* 10³ + 95,5 *10³ = 2,296 МНм.

N = 2,145 *10⁶ + 6,2 + 1,1 = 9,44 МВт = N_H0M

Двигатель выбран верно.



6. Тип и конструкция устройств для перевалки валков

Перевалочное устройство расположено на стороне обслуживания прокатного стана перед чистовой клетью. Задачей перевалочного устройства является транспортировка изношенных комплектов валков из клети в вальцетокарную мастерскую.

Главными составными частями перевалочного устройства рабочих валков являются:

• Платформы с ходовыми направляющими;

• Устройство поперечного перемещения;

• Локомотив для перевалки рабочих валков.

Устройство для перевалки рабочих валков представлено на рисунке 19.

Рисунок 19 - Устройство для перевалки рабочих валков



Заключение

Данная курсовая работа содержит расчёт главной линии рабочей клети толстолистового стана 5000.

Расчет показал, что материал валков, размер клети, крепление клети к фундаменту, передаточный механизм от главного двигателя к валкам, механизм уравновешивания валков, нажимной механизм, подшипники опорных и рабочих валков выбраны верно. Курсовой проект содержит некоторые допущения, позволяющие несколько упростить расчет, что приводит к некоторой погрешности (при расчете модуля жесткости рабочей клети не рассматривается влияние на жесткость клети подшипников, нажимного механизма и других составных элементов клети).

Размещено на Allbest.ru