Нажимной механизм стана 2000

Рисунок 2.1

Гидравлический цилиндр 1 расположен на верху рабочей клети и смонтирован в траверсе, соединяющей станины. К верхней части плунжера 2 шарнирно прикреплена траверса 3, к концам которой подвешены две тяги 4. С этими тягами шарнирно соединены поперечные балки 5, конечные участки которых входят в окна станин и воспринимают массу подушек и валков. У подушек валков при этой системе уравновешиывания наверху сделаны Г-образные приливы 6, которыми они опираются на концевые участки поперечных балок.

На рисунке 2.2 показан общий вид устройства для гидравлического уравновешивания верхних рабочих и опорных валков четрыхвалкового стана 1700 при помощи плунжеров между подушками валков. В этом случае уравновешивание опорных и рабочих валков осуществляется с помощью гидравлических плунжеров, расположенных между подушками опорных и рабочих валков.

Общий вид устройства для гидравлического уравновешивания верхних рабочих и опорных валков четрыхвалкового стана 1700 при помощи плунжеров между подушками валков.

Рисунок 2.2

Гидравлические цилиндры для этих плунжеров вмонтированы в самих подушках валков.

Высокое давление в гидроцилиндрах создается специальным грузовым или воздушным аккумулятором, установленным поблизости от рабочих клетей стана.

2.2 Механизм уравновешивания валков клети стана 2000

Механизм уравновешивания валков клети стана 2000 по типу конструкции схож с конструкцией устройства стана 2500 НКМЗ.

Гидравлический цилиндр расположен на верху рабочей клети и смонтирован в траверсе, соединяющей станины. К верхней части плунжера шарнирно прикреплена траверса, к концам которой подвешены две тяги - коромысла. С этими тягами шарнирно соединены поперечные балки 5, конечные участки которых входят в окна станин и воспринимают массу подушек и валков. У подушек валков при этой системе уравновешиывания наверху сделаны Г-образные приливы 6, которыми они опираются на концевые участки поперечных балок.

Технические данные устройства уравновешивания валков стана 2000 представлены в таблице 2.1

Таблица 2.1 - Технические данные устройства уравновешивания валков

 

№	Наименование	Размеры	Величина
1	Вес подвижных деталей механизма	кг	13230
2	Давление в цилиндре при уравновешивании	МПа	10
3	Давление в цилиндре при перевалке	МПа	15

 

 

3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Расчет моментов и мощности прокатки

Момент прокатки определяет загрузку главных линий прокатных станов и электродвигателей привода валков. Момент прокатки, подводимый от главных электродвигателей рабочей клети в общем случае, а различные периоды прокатки, направлен на преодоление следующих сопротивлений вращению элементов главного привода:

1. момента прокатки, т. е. момента препятствующего вращению валков со стороны прокатываемой полосы;
2. момента сил трения в подшипниковых опорах рабочей клети при действии на нее усилия прокатки;
3. момента добавочных сил трения в элементах главной линии прокатного стана;
4. динамического момента, связанного с разгоном и торможением элементов главной линии стана.

Суммарный момент прокатки, необходимый для преодоления сопротивления деформирования полосы, для первого прохода вычисляется по следующему соотношению:

,

где   – коэффициент плеча приложения равнодействующей усилия прокатки;

 – длина очага деформации в зависимости от температуры прокатываемого металла

Коэффициент плеча приложения равнодействующей усилия прокатки:

Момент сил трения в подшипниках опорах рабочих валков рассчитывается в зависимости от типа рабочей клети: в четырехвалковых клетях КВАРТО усилия воспринимается подшипниками опорных валков. Суммарный момент сил трения в подшипниковых опорах всех валков клети для 1–го прохода можно найти по соотношению:

  кН∙м.

где – коэффициент трения в подшипниковых опорах валков, которые воспринимают в зависимости от типа подшипникового узла:

= 0,0035 – так как задан роликовый подшипник качения.

Размер шеек валков были определены в подразделе 3.4.

Суммарный статистический момент на валу электродвигателя, возникающий в процессе прокатки полосы находим по формуле для рабочих клетей КВАТРО (приводные опорные валки):

В период пауз между прокаткой валки, как правило, вращаются на пониженной скорости для обеспечения режима охлаждения, а возникающий на валу электродвигателя момент – момент холостого хода, необходимый для вращения элементов главного привода стана и валков принимается равным 5% номинального момента всех электродвигателей главного привода:

 кН∙м,

где – номинальный момент всех электродвигателей главного привода, принимаемы на основании их паспортной характеристики, кН∙м; =879  кН∙м.

Для реверсивных прокатных станов, так как скорость валков изменяется в процессе прокатки, необходимо также определять динамические моменты, действующие в период разгона и торможения.

Динамический момент при разгоне главной линии стана:

, кН∙м.

Динамический момент торможения главной линии стана:

, кН∙м

где – приведенный к валу электродвигателя маховый момент главной линии прокатной клети, кН∙м²;

 кН∙м

Приведенный к валу электродвигателя маховый момент главной линии прокатной клети включает суммарный маховый момент якорей электродвигателей и маховый момент других вращающихся деталей передающего механизма. Приведенный к валу электродвигателя маховый момент других вращающихся деталей передающего механизма главной линии прокатного стана, как правило, составляет 10..20% от махового якоря электродвигателя. С учетом этого приведенный к валу электродвигателя суммарный маховый момент главной линии прокатной клети можно определить из соотношения

где – суммарный момент якорей электродвигателей, кН∙м².

Маховый момент якоря электродвигателя принимается на основании его паспортной характеристики.

 кН∙м2

Таким образом, рассчитаны все составляющие крутящего момента на валу электродвигателя. Это позволяет построить, на основании ранее найденного графика скоростей главного привода, соответствующую ему диаграмму крутящих моментов.

Крутящие моменты в различные временные периоды работы будут составлять:

при холостом приводе

при разгоне привода без металла в валках

 кН∙м;

при разгоне привода с металлом в валках

 кН∙м;

при установившемся процессе прокатки

 кН∙м;

при торможении привода с металлом в валках

, кН∙м;

при торможении привода без металла в валках

, кН∙м.

Находим эквивалентный среднеквадратичный момент:

 кН∙м.

Величина рассчитанного эквивалентного среднеквадратичного момента не должна превышать суммарного номинального момента электродвигателей главного привода данной клети, в этом случае не будет происходить перегрев электродвигателя:        

На основании построенной диаграммы моментов привода электродвигатель так же проверяют по перегрузке. Для этого по диаграмме моментов -максимальный крутящий момент привода ( кН∙м) и сравниваем его с номинальным крутящим моментом электродвигателя, определяя коэффициент перегрузки:

Рассчитанный коэффициент перегрузки не должен превышать допускаемого коэффициента перегрузки для данного электродвигателя, указанного в его паспортной характеристике.

Эквивалентную среднеквадратичную мощность электродвигателя вычисляют на основе эквивалентного среднеквадратичного момента и скорости электродвигателя в установившемся режиме:

 кВт кВт.

Значение рассчитанной эквивалентной мощности не должно превышать суммарной паспортной мощности электродвигателей главного привода данной клети .

3.2 Расчёт прокатных валков 

 

Валки прокатных станов выполняют основную операцию прокатки – пластическую деформацию металла. При прокатке вращающиеся валки воспринимают давление, возникающее при обжатии металла, и передают это давление через подшипники, подушки и нажимные винты на станины.

На рабочий валок приходится малая часть усилия прокатки. Поэтому опорный валок клети кварто рассчитывается на изгиб, а рабочий валок только на кручение в приводной шейке.

Схема нагружения валков рабочей клети стана 2000 представлена на рисунке 3.1

При одинаковых модулях упругости материалов рабочего и опорного валков нагрузка между ними будет распределена:

                                 

где Роп – нагрузка на опорный валок, Н;

Рр – нагрузка на рабочий валок, Н.

Полное усилие прокатки:

Р= Роп+ Рр        

Нагрузка на рабочий валок:

             

Нагрузка на опорный валок:

Роп=30 – 2,3=27,7 МН.

 

Dop – диаметр опорного валка, м (Dop=1,3); Dp – диаметр рабочего валка, м (Dp=0,7м); dop – диаметр шейки рабочего валка, м (dop=0,75м); dp – диаметр шейки рабочего валка, м (dp=0,44м); l – длина шейки валка на которую приходится реакция, м (l=0,575м); L – длина бочки валка, м (L=2м); В – ширина листа (В=1м); P – усилие прокатки, м (Р=30МН); Мкр – крутящий момент, приложенный к рабочему валку, м (Мкр=900кН∙м).

Рисунок 3.1

Максимальный изгибающий момент в бочке валка определяем по формуле:

             ,  

Максимальный изгибающий момент равен:

 

Соответствующее этому моменту напряжение изгиба в бочке опорного валка определяем, как:

 

где  Wиз – момент сопротивления бочки валка изгибу, м3 (Wиз=0,1D3on)

Максимальное изгибающее напряжение в шейке опорного валка:

 

Напряжение кручения в приводной шейке рабочего валка:

 

где  Wкр.ш. – момент сопротивления шейки кручению, м3 (Wкр.ш=0,2d2p).

Напряжение кручения равно:

С учётом полученных напряжений определим коэффициенты запаса прочности в каждом элементе валков по формулам:

         

Предел прочности для материала валков, стали 90ХФ, на изгиб σв=800 МПа и на кручение τв=0,7∙σв=560 МПа.

В результате получим следующие коэффициенты запаса прочности:

в бочке опорного валка:

в шейке опорного валка:

в шейке рабочего валка:

Все полученные коэффициенты запаса прочности выше допустимого [n]=5, т.е. все элементы валков имеют достаточную прочность, а наиболее слабым элементом валков является шейка опорного валка.

3.3  Расчет гидравлического устройства для уравновешивания

опорного валка

Вес верхнего опорного валка с подушками и подшипниками Q=555,7 кН, вес подвижных частей самого устройства для уравновешивания (тяг, коромысла, плунжера гидравлического цилиндра) G=132,3 кН

Конструктивно принимаем диаметр гидравлического цилиндра d=400 мм. Во время работы стана коэффициент переуравновешивания должен быть не менее k=1,4, поэтому давление рабочей жидкости в гидравлическом цилиндре должно быть:

Во время смены комплекта верхнего и нижнего опорных валков с подушками (Q=1200 кН) давление жидкости в гидравлическом цилиндре должно быть увеличено до

Максимальное подъемное усилие на плунжере при работе стана

Напряжение в теле гидравлического цилиндра определим при максимальном внутреннем давлении жидкости P=15 МПа:

а) радиальное

б) тангенциальное

где  r1 – текущее значение радиуса по толщине стенки цилиндра, мм.

Максимальное напряжение (радиальное и тангенциальное) будут на внутренней стенке цилиндра при r1=r2: