Узел ролика рольганга колесопрокатного цеха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

прокатываемый металл рольганг подшипник

Перед металлургами поставлена задача поднять технический уровень отрасли, повысить качество металла. Для этого необходимо активнее обновлять устаревшие основные фонды, внедрять прогрессивные технологии и оборудование.

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

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

В металлургическом машиностроении снижение металлоемкости является одним из актуальных направлений технического прогресса. Главное проявление этого снижения должно выражаться в переходе с производства тяжелых машин на производство более современных и легких с расширением номенклатуры отделочных машин и средств механизации. Важно также снижать эксплуатационную металлоемкость прокатных станов за счет повышения надежности и долговечности быстро изнашиваемых деталей.



1.Назначение и конструкция рольганга

Для транспортирования прокатываемого металла к прокатному стану, задачи металла в валки, приема его из валков и передвижения к вспомогательным машинам (ножницам, пилам, правильным машинам) служат рольганги. Современные прокатные станы характеризуются поточным технологическим процессом обработки металла, поэтому общая длина рольгангов весьма значительна. А масса их иногда достигает 20-30% от массы механического оборудования всего прокатного стана.

По своему назначению рольганги разделяют на рабочие и транспортные. Рабочими называют рольганги, расположенные непосредственно у рабочей клети и служащие для задачи прокатываемого металла в валки и приема его из валков. Транспортными называют все остальные рольганги, установленные перед рабочей клетью и за ней и связывающие между собой отдельные вспомогательные машины и устройства стана.

По своей конструкции рольганги выполняются с групповым и индивидуальным приводом роликов и с холостыми роликами.

При групповом приводе роликов одна секция рольганга, состоящая из 4 - 10 роликов и более, снабжена приводом роликов от одного электродвигателя через конические шестерни и трансмиссионный вал. Групповой привод применяется только для рольгангов, работающих в тяжелых условиях, например подводящих рольгангов блюмингов и колесопрокатных станов.

При индивидуальном приводе каждый ролик или два данной секции рольганга приводится от отдельно электродвигателя. Они проще в изготовлении и эксплуатации. Их широко применяют в качестве транспортных рольгангов для передвижения металла, длина которого после прокатки значительна, а также в качестве первых роликов рабочих рольгангов у обжимных станов.

Рольганги с холостыми роликами применяют как транспортные4 их располагают с небольшим уклоном к горизонтали и перемещение металла по ним происходит под действием собственной тяжести, поэтому эти рольганги называют также гравитационными.

Ролики рольгангов изготовляют цельноковаными, литыми или из труб.

Мы рассматриваем приводной ролик рольганга с групповым приводом, работающим на участке нагревательных печей колесопрокатного агрегата, предназначенного для цельнокатаных железнодорожных колес.

Исходным материалом являются слитки из углеродистой стали или низколегированной стали массой 3500 кг и диаметром 500 мм. На слиткорезательных многорезцовых станках производится разрезка слитков одновременно семью резцами для получения шести заготовок, массой каждая около 480 кг. На полуавтоматических линиях на пресс - слитколомателях усилием 4,15 МН при помощи клиньев слитки ломаются на отдельные заготовки. По рольгангу при помощи загрузочные машин заготовки подаются в нагревательные карусельные печи с вращающимся кольцевым подом; одновременно при помощи выгрузочных машин из печей поочередно выгружаются заготовки, нагретые до температуры 1250 ⁰С и по рольгангу подаются устройству для гидросбива окалины водой высокого давления и затем к гидравлическим штамповочным прессам, в которых последовательно осуществляются следующие операции: осадка заготовки и дополнительное удаление окалины. Прошивка центрального отверстия и придание заготовке формы чернового колеса, формовка ступицы, диска и обода.

Далее на колесопрокатном стане производится окончательная выкатка обода и гребня и раскатка диска колеса. Прокатанное колесо по рольгангу поступает на пресс на котором осуществляется выгибка диска, калибровка обода и удаление небольшой перемычки в центральном отверстии ступицы. после клеймения колеса при температуре 900 - 950 ⁰С направляются в отделение термической обработки. Транспортирование колеса в термическом отделении осуществляется крюковыми подвесными конвейерами.

После дробеметной очистки в камерах, осмотра и дефектоскопии на стендах, окончательной обработки всех элементов колеса на станках, нанесения антикоррозионного покрытия в камерах и сушки покрытия в конвейерных печах, колеса направляются на склад готовой продукции.

Приводной ролик (рис. 1) входит в состав транспортного рольганга, передающего заготовки из промежуточного склада к карусельным нагревательным печам, при помощи загрузочных машин. При групповом приводе одна секция рольганга, состоящая из 10 роликов, приводится от одного электродвигателя через цилиндрические шестерни и трансмиссионные валы. Групповой привод применяют только для рольгангов, работающих в тяжелых условиях. На данном рольганге сделаны направляющие в виде неприводных роликов, предназначенные для направления движущейся заготовки.

Рис. 1 Схема секции рольганга

2.Момент привода ролика

Момент и мощность привода роликов рольганга определяют с учетом трех факторов:

- потерь на трение в подшипниках при передвижении металла по рольгангу;

- возможного буксования роликов по металлу при случайном упоре металла в препятствие, например в направляющие линейки, установленные по длине рольганга; Эти моменты составляют статическую нагрузку привода.

- возможности транспортировки металла с ускорением, для чего роликам необходимо приложить динамический момент.

Момент трения в подшипниках

где Q - вес транспортируемого металла, Н;

G - вес ролика, Н;

n - число роликов, приводимых от одного электродвигателя;

м - коэффициент трения в подшипниках роликах;

d_п - диаметр трения в подшипниковых опорах ролика, м.

Момент буксования роликов по металлу

где Q - вес металла, приходящегося на один ролик, Н;

d - диаметр бочки ролика, м;

м_б - коэффициент трения ролика при буксовании: по горячему металлу - 0,3, по холодному - 0,2.



Статический момент

При ускорении вращения роликов рольганга находящийся на них металл движется поступательно с ускорением. Для приведения момента инерции поступательно движущегося металла к оси вращения ролика считаем. Что масса металла приложена к точке (по образующей) на окружности ролика.

Динамический момент

где m_p - масса ролика, кг;

m_m - масса металла, кг;

D - диаметр инерции, вращающейся детали, имеющей форму цилиндра, м;

е - угловое ускорение, с^-2 .

Диаметр инерции

Угловое ускорение



где а - ускорение поступательно движущегося металла по ролику, м/с².

Для того, что бы заставить двигаться металл по роликам рольганга с ускорением, ролики должны преодолеть силу инерции металла

Но при движении металла по роликам (без проскальзывания) сила инерции не может быть больше силы трения между роликом и металлом

То есть,

или

Значит, максимальное ускорение металла на роликах рольганга не может быть больше произведения коэффициента трения ролика по металлу на ускорение свободного падения.

Для горячего металла получается а?3 м/с².

Угловое ускорение

Динамический момент



Суммарный момент привода роликов рольганга

3.Расчет ролика на сопротивление усталости

Расчетная схема оси представлена на рисунке 2. Определим опорные реакции, составив уравнения моментов относительно правой и левой опор оси.

Вертикальная плоскость

Горизонтальная плоскость

(13)

(14)

Общая реакция

(15)



Изгибающие моменты (рис. 3)

(17)

(19)

Проверим сечение оси.

Момент сопротивления сечения

- на изгиб

где d - диаметр вала в данном сечении, мм.

Рис. 2. Расчетная схема к определению опорных реакции



Рис.

Рис. 3. Эпюра изгибающих моментов

Общий изгибающий момент в т.1

Напряжения изгиба, возникающее в данном сечении

.



Напряжение кручения

, (23)

Момент сопротивления сечения вала кручению:

. (24)

.

Запасы прочности

(25)

где у_-1 и ф_-1 - пределы выносливости на изгиб и кручение при стандартных условиях испытаний, МПа;

у_а и ф_а - номинальное переменное напряжение в детали (амплитуда напряжений), МПа;

к - коэффициент. учитывающий совместное воздействие всех факторов на предел выносливости и номинальное напряжение в реальных условиях работы детали.

Ролик выполнен из стали 40Х ГОСТ 4543-88. Тогда



Запас прочности в случае одновременного действия нормальных и касательных напряжений при симметричных циклах напряжений

4.Расчет зубчатых передач

Номинальный момент двигателя

, (26)

где N - мощность приводного электродвигателя, Вт;

щ - угловая скорость приводного электродвигателя, с^-1.

Момент на тихоходном валу

где u - передаточное число редуктора;



Делительный диаметр колеса

(28)

где z- число зубьев;

m - модуль передачи.

Усилия, действующие в зацеплении

окружное

(29)

радиальное

(30)

Контактное напряжение, возникающие при работе прямозубого зубчатого зацепления

,

где a_w - межосевое расстояние зубчатой передачи;

b - ширина зубчатого колеса;

K_H - коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями.

Здесь z₁ и z₂ - числа зубьев колеса и шестерни зубчатой передачи.

Коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями

где K_б - равен 1,0 для прямозубых колес;

K_в - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения

нагрузки по ширине зубчатого венца;

K_v - коэффициент, зависящий от окружной скорости.

Тогда контактное напряжение составит для тихоходной ступени

Допускаемое контактное напряжение для азотированной стали

(33)

Здесь - предел выносливости стали 40Х, из которой

изготавливается шестерня, на контакт;

[n] - коэффициент запаса.

Таким образом, =505 МПа < =1050МПа.

Напряжение изгиба в зубьях шестерни



где Y_F - коэффициент формы зуба;

k_F - коэффициент нагрузки.

где k_в - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения

нагрузки по длине зуба;

k_v - коэффициент, зависящий от окружной скорости.

При числе зубьев шестерен z=28 коэффициент формы зуба составит Y_F = 4,09.

Тогда напряжение изгиба для шестерни тихоходной ступеней равно

Допускаемое напряжение изгиба для азотированной стали

(36)

Здесь - предел выносливости материала шестерни на изгиб;

[n] - коэффициент запаса.

Уравнение кривой усталости



(37)

где N₀ - базовое число циклов;

m - котангенс угла наклона кривой усталости.

Долговечность зубьев шестерни по контактным напряжениям

циклов.

5.Определение срока службы подшипников

Для ролика был принят роликовый двухрядный сферический подшипник средней серии 3614 ГОСТ 5721-75

Посадочный диаметр d=70 мм,

Наружный диаметр D=150 мм,

Ширина B=51 мм,

Динамическая грузоподъемность С₀=184000 Н.

Эквивалентная нагрузка

, (38)

где R - радиальная нагрузка на подшипник, Н;

Х=1 - для радиальной нагрузки, а осевая отсутствует;

V=1 - внутреннее кольцо неподвижно;

K_б =2 - коэффициент безопасности;

K_т =1.1 - температурный коэффициент.



Н.

Расчетная долговечность подшипника в миллионах оборотов

(39)

Здесь 3,33=10/3- котангенс угла наклона кривой усталости для роликовых подшипников.

Расчетная долговечность подшипника в часах

здесь n - число оборотов подшипника, об/мин.

Для паразитной шестерни был принят роликовый двухрядный сферический подшипник средней серии 3612 ГОСТ 5721-75

Посадочный диаметр d=60 мм,

Наружный диаметр D=130 мм,

Ширина B=46 мм,

Динамическая грузоподъемность С₀=130000 Н.

Эквивалентная нагрузка

Н.

Расчетная долговечность подшипника в миллионах оборотов



Расчетная долговечность подшипника в часах

здесь n - число оборотов подшипника, об/мин.



Заключение

Рассмотрены конструкция, устройство и принцип работы рольганга.

Определены нагрузки действующие на ролик при транспортировке заготовки.

Проведен расчет валка на сопротивление усталости.

Проведен расчет зубчатых зацеплений на прочность.

Определена долговечность подшипников ролика и паразитной шестерни.



Список литературы

1. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах Т. 3 Машины и агрегаты прокатных цехов. Учебник для вузов. А. И. Целиков, П. И. Полухин, В. М. Гребеник и др. - М.: Металлургия, 1981, 576 с.

2. Королев А. А. Механическое оборудование прокатных цехов ченой и цветной металлургии. Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Металлургия, 1976. -544 с.

3. Расчет металлургических машин и механизмов прокатных цехов /В. М. Гребеник, Ф. К. Иванченко, В. И. Ширяев. - К.: Выща шк. Головное изд-во, 1988. - 448 с.

4. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т. 2. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. -559 с.

5. Курсовое проектирование деталей машин/ С. А. Чернавский, Г. М. Ицкович, К. Н. Боков и др. - М.: Машиностроение, 1979. - 351 с.

6. Размещено на Allbest.ru