Прокатка уголка 45 на стане 350

 

 

1.3 Визначення розмірів і матеріалу основних деталей робочої кліті стану

 

Ефективність роботи прокатних станів, якість і собівартість продукції, що випускається в значній мірі залежать від міцності і жорсткості робочих клітей. Тому при проектуванні та експлуатації прокатних станів необхідно грамотно розраховувати обладнання робочих клітей. Зазвичай розміри деталей цього обладнання попередньо визначають конструктивно по емпіричним співвідношенням, отриманим в результаті узагальнення досвіду прокатного машинобудування, а потім роблять перевірочні розрахунки на міцність і жорсткість, за результатами яких корегують прийняті конструктивні розміри. Нижче представлені методика та приклади перевірочних розрахунків основних деталей робочих клітей при заданих їх розмірах і діючих на них навантаженнях [3].

У загальному випадку перевірочні  розрахунки кожної деталі кліті проводять в наступному порядку:

- складають схему навантаження деталі заданими зовнішніми силами;

- розраховують величину напружень, що виникають в небезпечних січеннях деталі;

- за довідковими даними визначають тимчасовий опір матеріалу, з якого виготовлена ​​деталь;

- перевіряють виконання умови міцності, яке може мати два формулювання:

1. Розрахункові напруги повинні  бути не більше допустимих

 

      або      ,                           (1.1)

        

          де і - розрахункові нормальні і дотичні напруження відповідно; і - допустимі нормальні та дотичні напруження; і - межа міцності матеріалу до нормальних і дотичних напружень; - допустимий коефіцієнт запасу міцності.

2. Розрахунковий коефіцієнт запасу  міцності  повинен перевищувати допустиме значення 

     или      .                        (1.2)

 

Допустиме значення коефіцієнта запасу міцності для усіх деталей кліті, крім станини, приймають рівним 5, а для станини, як найбільш відповідального елемента прокатного стану, 10 [5].

 

2 РОЗРАХУНОК НА МІЦНІСТЬ ТА ДЕФОРМАЦІЮ ДЕТАЛЕЙ РОБОЧОЇ КЛІТІ

 

 

При розрахунку на статичну міцність прокатний валок умовно представляють як балку, що лежить на двох опорах і завантажену силами і обертовим моментом, причому схема навантаження залежить від типу кліті та умов прокатки.

 

2.1 Розрахунок валків

 

Валки сортових станів дуо  можуть бути завантажені як однією силою (прокатка в одну нитку), так  і декількома силами (багатониткових прокатка, прокатка з перекриттями і т.п.). Розглянемо загальний випадок, коли валок завантажений силами (i=1,2,3,...,nприкладеними на відстані від опори в струмках з діаметром валка (рис. 2.4До приводного кінця валка прикладений необхідний для прокатки крутний момент . Оскільки ширина струмка, як правило, буває істотно менше довжини бочки, то сортовий валок розраховують на вигин в кожному струмку бочки від дії зосередженої сили і на вигин і кручення по шийці. [7]

Так як навантаження на валок зазвичай буває несиметричною відноси-тельно опор, спочатку потрібно визначити реакції на шийки валка з умови рівноваги сил і моментів (див. рис. 2.4):

 

                            (2.1)

 

Рис. 2.1. Схема навантаження сортового валка кліті дуо

 

Потім визначають згинальний момент у перерізі кожного струмка  за формулами:

 

...

                 (2.2)

...

.

 

Напруги вигину в кожному перерізі розраховують за формулою

 

                                       (2.3)

 

Після розрахунку цих  напруг визначають небезпечне перетин, де має максимальне значення

.

Напруги вигину і крутіння в приводний шийці валка рассчіти-вають за формулами:

 

                                   (2.4)

 

Результуюче напряження в шейці определяют  в залежності  від матеріала валка.

Напряження в приводній концевій розраховують в залежності від її форми. [7]

Визначення коефіцфіентів запаса міцності і перевірку условий статической прочности производят по формулам (1.1) или (1.2).

 

                                  Предел прочности материала валков               Таблиця 2.1

 

Кованые валки		Литые валки
Марка стали		Марка материала
1. Углеродистые стали  50-60	600-650	Углеродистые стали 50-70	500-600
2. Легированные стали  55Х, 55ХН, 60ХН	620-680	Легированные стали 50Х, 55Х, 55ХН, 60ХН, У15ХНМ	580-650 680-700
Легированные стали 9Х, 9Х2, 9ХФ, 9ХМ, 9Х2М	800-1000	Чугун СШ-СШХН, ЛШ-ЛШХН СП-СПХН, ЛП-ЛПХН	400-500 400-500

 

Розрахувати на міцність валок робочої  кліті чорнової групи сортового  стану 350 (n = 1). Розміри валка складають, мм: D₀ = 480,  х₁=600, d=230,     l = 300, A = 1600.  М_пр=155 кН*м. Матеріал валка – 55Х.

По формулам (2.1) рассчитаем реакции от усилия прокатки на шейки валка

          

           Згинальні моменти в перетині кожного струмка за формулами (2.2) складуть:

            

             Напруги вигину в кожному перерізі розрахуємо за формулою (2.3)

             Напруги вигину і крутіння в приводний шийці валка визначимо за формулами (2.4)

            

             З урахуванням отриманих напружень визначимо коефіцієнти запасу міцності в кожному елементі валка за формулою, приймаючи по табл. 2.1. межа міцності для матеріалу валка на вигин 500 МПа.

             В результаті отримаємо наступні значення коефіцієнтів запасу міцності:            в бочці валка             

в шийці валка            

Всі елементи валка, мають коефіцієнти запасу міцності вище допустимого [n] = 5.

 

2.2 Розрахунок на міцність деталей гвинтового натискного пристрою

 

Схема навантаження гвинтового натискного пристрою показана на рис. 2.1. Натискний гвинт обертається в гайці, встановленої в поперечині станини робочої кліті.

 

 

 

Рисунок. 2.2-Розрахункова схема гвинтового натискного пристрою

 

 

 

 

2.2.1 Розрахунок натискного гвинта

 

Натискні гвинти зазвичай виготовляють з кованої вуглецевої або низьколегованої сталі з межею міцності, зазначеною у табл. 2.2

            

Таблиця 2.2-Межа міцності матеріалу натискних гвинтів

 

Марка сталі	Межа міцності, Мпа
50	600 – 650
40Х - 40ХН	750 – 1000
50Х - 50ХН	850 – 1100

 

 

Натискний гвинт сприймає реакцію від зусилля прокатки на шийку валка  і, при налаштуванні міжвалкового зазору в процесі прокатки, крутний момент , який прикладений до приводного кінця гвинта (див. рис. 2.2). Таким чином, у загальному випадку, натискний гвинт піддається стисненню і крученню.

Крутний момент, необхідний для приводу в обертанні гвинта, розраховують за формулою:

       

                                     (2.5)

 

           де d - зовнішній діаметр різьби гвинта; - діаметр п’яти гвинта; - середній діаметр різьби гвинта; - коефіцієнт тертя в п'яті гвинта, приймає значення 0.15 - 0.30 в залежності від типу мастила; a - кут підйому різьби; j - кут тертя в різьбі. Параметр вибирають залежно від типу різьблення і зовнішнього діаметра гвинта по ГОСТ. Для розрахунку цього параметра можна використовувати наближену формулу:

 

     (2.6)

 

          де S - крок різьби.

          Кут підйому різьби розраховують за формулою:

                                                       

                                               .                                            (2.7)

 

          Кут тертя в різьбі можна визначити за формулою:

 

j= ,                        (2.8)

 

          де - можна візначіті за формулою

 

                                                                 (2.9)

        

          Напругу стиснення розраховують за формулою:

 

                                             (2.10)

 

Сумарні напруги в  гвинті від спільної дії стиснення і кручення визначають за четвертою теорією міцності

 

                                           (2.11)

 

Далі розраховують коефіцієнт запасу міцності гвинта і перевіряють виконання умови міцності (1.2) [6].

Розрахувати на міцність натискний  гвинт робочої кліті сортового стану 350, виготовленого зі сталі марки 50Х з межою міцності 600 МПа. Розміри гвинта, м: d=0.16, =0.132, =0.104, S=0.016, =0.149. Максимальне зусилля на  гвинт =0,75 МН.

Приймемо коефіцієнт тертя в  п'яті гвинта =0.2 (густа змазка), а коефіцієнт тертя в різьбі =0.1 (рідка змазка).

За формулами (2.7) і (2.8) визначаємо кут підйому різьби =0.0318 рад. і кут тертя в різьбі j= =0.0997 рад.

Розраховуємо крутний момент, необхідний для обертання гвинта, за формулою (2.5)

                      

                       0,00534 МН×м.

Напруги кручення в тілі гвинта розраховуємо за формулою  (2.9)

            =11,5 МПа.

Напруження стиснення розраховуємо за формулою (2.10)

54,8 МПа.

Сумарні напруги в гвинті розраховуємо за формулою (2.11)

58,3 МПа.

Коефіцієнт запасу міцності складе:

10.

 

Умова міцності виконується, так як розрахункове значення коефіцієнта  запасу міцності перевищує припустиме.

 

2.2.2 Розрахунок гайки натискного гвинта

 

Гайки до натискних гвинтів  зазвичай виготовляють з бронзи, наприклад, марок АЖ9-4 або АЖМц10-3-1.5 з характеристиками міцності, наведеними в табл. 2.3

Таблиця 2.3 Межа міцності матеріалу натискної гайки

 

	Межа міцності, Мпа
Марка матеріалу	по нормальним напругам (зминання, згиб)	по дотичним напругам (зріз)
Бр АЖ9-4	400-500	270-300
Бр АЖМц10-3-1.5	500-600	300-360

 

 

Гайка знаходиться під  дією реакції від зусилля прокатки , тому тіло гайки розраховують на зминання по поверхні її опори на поперечину станини, а різьбу гайки розраховують на вигин, зминання і зріз.

Напруга зминання на поверхні дотику гайки з поперечиною станини розраховують за формулою:

 

                                  (2.12)

 

де  - наружний діаметр гайки; - діаметр отвору в поперечині станини для проходу натискного гвинта (див. рис. 2.2).

Напруги в витках різьби гайки визначаються величиною зусилля, що діє на один виток  , де m - число витків в гайці, яке визначається в залежності від висоти гайки і шагу різьби S: 

 

.

 

Напругу зминання різьби гайки розраховують за формулою

 

                               (2.13)

       

         де - внутрішній діаметр різьби гайки (звичайно приймають рівним зовнішньому діаметру гвинта), - зовнішній діаметр різьби гайки, який можна визначити за наближеною формулою .

         Напруга вигину в різьбі розраховують за формулою

 

                                (2.14)

 

де В - ширина витка  різьби біля основи.

Напруга зрізу в різьбі