Эксплуатация и ремонт главного привода волочильного стана ВГ 1/1000 ОАО «ММК-Метиз»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И. НОСОВА»

КАФЕДРА МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ ИМ. 50-ЛЕТИЯ МГМИ

 

Оценка                                                                                Утверждаю:

  «______»____________                                  Зав. кафедрой Корчунов А.Г.

дата и подпись   «______»____________2011 г.

 

Эксплуатация и ремонт главного привода волочильного стана

 ВГ 1/1000 ОАО «ММК-Метиз»

 

Курсовой проект

по дисциплине:  «Надежность, эксплуатация

и ремонт металлургических машин»

 

 

 

 

 

 

Оглавление

 

 

Аннотация

В данном курсовом проекте рассмотрена главная линия волочильного стана ВГ 1/1000 ОАО «ММК-Метиз». Произведены расчеты по обеспечению износостойкости пар трения в зубчатом зацеплении редуктора, подшипники качения редуктора и соединении входного вала редуктора с зубчатой муфтой.

Установлен вид изнашивания и вид упрочняющей обработки в парах трения.

Данные решения позволят увеличить долговечность работы главного привода, а так как стан является однократным, увеличит производительность самого стана ВГ 1/1000 ОАО «ММК-Метиз».

 

Введение

В настоящее время волочильное производство является одним из основных на метизно-калибровочном предприятии. С увеличением объёма производства и улучшением качества проволоки, повышением технико-экономических показателей работы волочильных станов и ростом уровня механизации, возрастет также качество метизов.

Целью этой работы является обеспечить высокую износостойкость пар трения, установить предельные величины износа деталей, обосновать способ восстановления изношенной поверхности детали, подобрать системы смазывания и марки смазочных материалов во все узлы трения рассматриваемого механизма.

 

1. Условия эксплуатации линии привода волочильного стана ВГ 1/1000

Стан предназначен для волочения проволоки рядовых марок сталей диаметром от 12 до 30 мм, из исходной заготовки диаметром 16-32 мм.

Размеры бунтов:   до волочения  после волочения

- внутренний диаметр, мм900    900

-наружный  диаметр, мм      от 1100 до 1400  от 1200 до 1450

- масса бунтов, т        0,3- 0,6    1,5-2,0

Наибольшая скорость волочения при обжатии 20% (диаметр заготовки – 16 мм)  – 2 м/с.

Рисунок 1 – Кинематическая схема главного привода

1 –  электродвигательП142-4К мощностью N=140 кВт, 2 – зубчатая муфта, 3 – редуктор КЦ 1800, 4 – барабан (1000 мм)

Исходные данные[1]:

Техническая характеристика двигателя

Мощность двигателя N=140 кВт;

Число оборотов n=400…1500 об/мин;

Вращающий момент T=3,3 кН/мпри n=400об/мин;

 

Техническая характеристика зубчатой муфты МЗ-7

Диаметр посадочной поверхности вала-шестерни d=105 мм;

Длина посадочной поверхности l=210 мм;

Диаметр ступицы зубчатой полумуфты  d2=190 мм;

Посадка полумуфты  - ;

Передаваемый крутящий момент М=3,3 кН·м;

Максимальный передаваемый крутящий момент 19 кНм;

Материал зубчатой муфты – Сталь 40.

Техническая характеристика редуктора КЦ-1800

1 ступень:

Передаточное число u=2,5;

Число зубьев шестерни z=18;

Число зубьев колеса z=46;

Модуль нормальный m=10 мм;

Число оборотов на выходном валу n=160 об/мин;

Вращающий момент на выходном валу T=7,9 кН/м;

Мощность на выходном валу N=133 кВт

2 ступень:

Передаточное число u=4,5;

Число зубьев шестерни z=23;

Число зубьев колеса z=107;

Модуль нормальный m=12мм;

Число оборотов на выходном валу n=35,5об/мин;

Вращающий момент на выходном валу T=34 кН/м;

Мощность на выходном валу N=126,5 кВт;

3 ступень:

Передаточное число u=2,8;

Число зубьев шестерни z=33;

Число зубьев колеса z=90;

Модуль нормальный m=16мм;

Число оборотов на выходном валу n=12,6об/мин;

Вращающий момент на выходном валу T=90,5 кН/м;

Мощность на выходном валу N=120,2 кВт

Начальный зазор в зацеплении U0=1,3 мм (при А=1000 мм);

Межосевое расстояние А=1000 мм;

Ширина зубчатого венца b=420 мм;

Угол зацепления α=20°;

Твердость рабочей поверхности зубьев HRC 45…55;

Термообработка HRC 220…270;

Радиус основной окружности шестерни R1=260 мм;

Радиус основной окружности колеса R2=725мм;

Радиус делительной окружности шестерни r1=270 мм;

Радиус делительной окружности колеса r2=735 мм;

Степень точности по ГОСТ  СТ 8-8-7-Х;

Материал зубчатого колеса и шестерни – Сталь 45Х;

Подшипник № 2097752 по ГОСТ 520-89– радиально-упорный с коническими роликами, двухрядный;

Наружный диаметр подшипника D=440 мм;

Внутренний диаметр подшипника d=260 мм;

Наружный диаметр внутреннего кольца подшипника d2=340 мм;

Количество рядов роликов в подшипнике i=2;

Массаm=127 кг;

Длина посадочной поверхности L=180 мм;

Посадка подшипника .

Опыт эксплуатации зубчатых зацеплений показывает, что интенсивный износ зубьев колес может происходить из-за недостаточной или неправильной подачи масла: наличием в масле большого количества (более 0,5%) механических примесей (в особенности абразивно действующих); применением масла недостаточной вязкости; наличием на головках зубьев острой кромки, способствующей нарушению и удалению с рабочих поверхностей масляной пленки; недостаточной  поверхностью касания между зацепляющимися зубьями вследствие перекоса или непараллельности валов; недостаточной твердостью поверхности зубьев зубчатых колес.

Так же зацепление зубьев вала шестерни и колеса выходят из строя вследствие разрушения контактных поверхностей зубьев. В месте сопряжения полумуфты с валом-шестерней (шпоночное соединение) может произойти смятие рабочей поверхности шпонки, что в свою очередь также является причиной выхода из строя приводного механизма.

Подшипники качения насаженные на вал-шестерню также выходят из строя. Существует ряд неисправностей и повреждений при которых дальнейшая работа подшипников качения невозможна:

- отслаивания или ямки усталостного  выкрашивания на телах на телах  качения или беговых дорожек  колец;

- трещины на рабочих поверхностях  внутреннего или наружного кольца;

- повреждения сепараторов или  бортов вращающегося кольца;

- радиальный зазор (вследствие износа) в подшипниках качения ответственных машин более 0,5 мм, в менее ответственных механизмах (транспортерах, рольгангах, блоках и т.п.) – более 0,8-1 мм;

- неукомплектованность подшипников  телами качения (нет полного числа шаров или роликов).

Перекос втулки в обойме до 2º30´.

При установке диафрагмы обеспечить плотное прилегание ее по наружному и внутреннему контурам. Диафрагма окраске не подлежит.

При сборке редуктора, подвергнуть его приработке и испытанию.

При окончательной сборке редуктора плоскости разъема корпуса и крышек подшипников покрыть пастой Герметик. Редуктор опломбировать.

2. Обеспечение износостойкости пар трения линии привода

Для анализа работы выбираем три основных узла трения главной линии привода волочильного стана ВГ 1/1000, а именно: зубчатое зацепление редуктора, подшипник качения редуктора (выходной вал), соединение вала-шестерни с полумуфтой.

 

1. Зубчатое зацепление №3 редуктораКЦ-1800

Определим нормальное контактное напряжение для шевронного зацепления[2]:

 

где u – передаточное число (u=2,8);

      А – межосевое расстояние (А=1 м);

b – ширина зубчатого венца (b=0,42 м);

k – коэффициент, равный 1,3…1,5;

M – крутящий момент на колесе (М=0,09МН∙м).

 

Определим скорость скольжения для вала шестерни:

 

где - угловые скорости колеса и шестерни, рад/с;

Угловая скорость шестерни:

 

 

 

 

 

Угловая скорость колеса:

 

где r1, r2 – радиусы делительной окружности шестерни и колеса (r1=270 мм; r2=735 мм);

u – передаточное число(u=2,8);

m – модуль зацепления (m=16 мм);

        А – межосевое расстояние, (1000 мм);

         α  - угол зацепления (α=20°);

n– частота вращения двигателя (n=400 об/мин).

 

 

 

Условие реализации внешнего трения

 

     где НВ – твердость шестерни (3410);

  – комплексная характеристика  колеса (0,3);

 – молекулярная составляющая  коэффициента 

трения;

 – среднее касательное напряжение  возникающее на границе 

раздела контактирующих тел.

 

где  фрикционные характеристики менее твердого тела.

.

.

 

 

Условие внешнего трения выполняется.

 

 

Определим вид контакта

;

;

 

Вид контакта НПК

В результате определения вида контакта (НПК), нормального контактного напряжения и скорости скольжения, можно сделать вывод о виде изнашивания – это адгезионное изнашивание. При Vск=0,43 м/с и Pmax=397 МПа развивается процесс схватывания 1-го рода. В этом случаена поверхности трения образуется углубления и наросты со значительными изменениями шероховатости. Для предотвращения схватывания применимповерхностную закалку.

Основным смазочным материалом для зубчатых зацеплений являются минеральные масла.Вид смазки – эластогидрадинамическая.

 

2. Посадка роликового подшипника качения на выходной вал редуктора

Определяем величину контурного давления

 

где Δ – комплексная характеристика шероховатости;

d –диаметр вала, м;

       НВ – твердость вала (HB=2700 МПа);

Δн – минимально допустимая величина натяга(20 мкм);

        θ – упругая постоянная, МПа-1;

Определим минимально допустимую величину натяга:

 

где fm – молекулярная составляющая коэффициента трения (fm=0,12);

l – длина посадочной поверхности (l=0,18 м);

       М – момент сопротивления для  подшипников качения, МН∙м;

 

где М0 – момент трения, зависящий от типа подшипника, МН∙м;

      М1– момент трения, зависящий от нагрузки на подшипник, МН∙м;

 

где  n – частота вращения (n=12,6об/мин);

v – кинетическая вязкость смазочного материала (v=90 мм2/с);

D0 – средний диаметр подшипника (D0=350мм);

f0 -коэффициент, зависящий от типа подшипника и условий смазывания (f0=6).

 

 

 

 

 

 

 

где Е – модуль упругости, МПа;

       μ – коэффициент Пуассона.

 

где;

– внешний диаметр внутреннего кольца подшипника (D=0,34 м);

d – диаметр вала (d=0,26 м).

Условие реализации внешнего трения в паре внутренне кольцо подшипника – вал

,        

где HB- твердость вала, МПа;

,          

где - величина касательных напряжений (180 МПа).

МПа.

- комплексная характеристика  шероховатости внутреннего кольца

( ).

МПа, условие реализации внешнего трения выполняется.

Определим вид контакта

Вид контакта УПК.

Наиболее характерным видом изнашивания для подшипников является усталостное изнашивание, которое проявляется в виде местных очагов разрушения (при качении). Повышение износостойкости в условиях усталостного изнашивания достигается снижением удельной нагрузки на контакте, выбором материала с повышенным сопротивлением усталости. В подшипнике качения наилучшим смазочным материалом является минеральное масло.