Конструктивная разработка шагающих балок

 

 

Федеральное Агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский Государственный Технический Университет – УПИ»

 

Кафедра «Металлургические и роторные машины»

 

 

 

Оценка за проект:

 

Члены комиссии:

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект по ММО

 

Конструктивная разработка шагающих балок

 

Пояснительная записка

КП2 15.04.04 081 361 00ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель       Некрасов И.И.

 

Студентка        Дубровская Т.С.

гр. М-54032

 

 

 

 

 

Екатеринбург

2008

 

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
СОДЕРЖАНИЕ

 

 

РЕФЕРАТ

 

В курсовом проекте представлена конструктивная разработка шагающих балок участка локальной термомеханической обработки (ЛТМО) который встраивается в существующий технологический поток производства сварных труб цеха №6 ОАО «ЧТПЗ», г.Челябинск. Устройство обеспечивает транспортировку труб со сборного рольганга на разгрузочный рольганг. В курсовом проекте рассчитаны параметры этих устройств.

В проекте приводится описание технологического процесса ЛТМО и ее механического оборудования.

Выполнен обзор конструкции  шагающих балок.

Выполнены следующие расчеты: Расчет максимального усилия развиваемого гидроцилиндром, индикаторной мощности силового поршня гидроцилиндра. Определение нагрузок на подвижные балки и проверка их на изгиб.  Определение нагрузок  на вал с эксцентриситетом, проверка его на изгиб, усталостную и статическую прочность. Проведен расчет шпонки на смятие.

При изготовлении чертежей использовались программы AutoCAD 2005 и Mechanics 4.5; с помощью данных продуктов изготовлено 5 листов формата А1. Для оформления пояснительной записки применялась программа Microsoft Word.

В проекте освещены вопросы монтажа, ремонта, смазки и обслуживания механизма.

 

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ

 

№	Наименование документа	Обозначение документа	Формат	Кол-во листов
1	Установка шагающих балок	КП2 15.04.04 081 361 01ВО	А1х4	3
2	Крышка	КП2 15.04.04 081 361 02	А1х0,375	1
3	Шток	КП2 15.04.04 081 361 03	А1х0,375	1

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Под термической обработкой понимается процесс, состоящий из нагрева и охлаждения металла (производимый при определенных режимах), находящегося в твердом состоянии, для изменения физико-механических свойств, которые происходят в следствие изменений в структуре.

Основными операциями термической обработки являются:

1) Отжиг. Операция отжига состоит  в нагреве стальных деталей, их  выдержке при температуре нагрева  в течение определенного времени  и последующем медленном охлаждении.

Процесс отжига применяется для:

- улучшения обрабатываемости твёрдой  стали при резании;

- улучшения механических свойств стали путем уменьшения величины кристаллов;

- устранения хрупкости и увеличения  вязкости стали, подвергающейся  волочению, вытягиванию или вальцеванию;

- устранения внутренних напряжений в стали и уменьшения склонности ее к образованию трещин при последующей операции закалки.

2) Нормализация. Операция нормализации  состоит в нагреве до высоких  температур стальных деталей, соответствующей  выдержке и последующем сравнительно  быстром охлаждении на воздухе.

Процесс нормализации применяется для:

- улучшения структуры стали (получение  мелкозернистой структуры) с целью  облегчения последующей закалки,

- устранения в заготовке внутренних  напряжений с целью уменьшения  опасности коробления при последующей  закалке,

- улучшения механических качеств стали.

3) Закалка. Операция закалки состоит  в нагреве стальных деталей  до определенной температуры  и последующем быстром охлаждении. Такой процесс дает твердую, но  в то же время хрупкую сталь. Закалке подвергаются стали с  содержанием углерода не менее 0,35%, так как при меньшем содержании углерода увеличение твердости от закалки незначительно.

4) Отпуск. Операция отпуска заключается  в нагреве закаленных деталей  до определенных температур (ниже  температур закалки) и последующего  охлаждения с любой скоростью. Отпуск применяется для устранения хрупкости закаленной стали, увеличения ее вязкости и повышения прочности.

 

 

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ

 

 

1. Краткое описание технологического процесса участка ЛТМО

 

Назначение участка: участок локальной термомеханической обработки (ЛТМО) встраивается в технологический поток производства труб и предназначен для местной (локальной) обработки сварных продольных швов, выполненных при изготовлении газонефтепроводных труб.

ЛТМО сварных швов производится с целью исключения негативных факторов сварного соединения, т.е. для повышения вязких характеристик сварного шва, обеспечение мелкозернистой структуры металла шва на уровне основного металла, полное исключение зоны термического влияния, образующейся в процессе сварки.

Основные технологические операции, производимые на участке ЛТМО: индукционный нагрев швов перед их раскаткой; раскатка; нагрев перед закалкой, закалка на устройстве контролируемого охлаждения; индукционный нагрев перед медленным отпуском.

 

Схема расположения оборудования ЛТМО

 

1. Приёмный рольганг»
2. Подъемный 3х позиционный рольганг
3. Механизм наведения индукторов, рабочая клеть, тянущая клеть
4. 2х позиционный рольганг
5. Установка шаговых балок
6. Разгрузочный рольганг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                  Рис. 1  

 

Техническая характеристика участка ЛТМО

Параметры обрабатываемых труб:

 

Наружный диаметр, мм 1020;1220

Толщина стенки, мм 10….16

Длина, м 10,6…12,5

Вес, Н 57000 мах

Материал обрабатываемых труб – низколегированные стали

Скорость транспортировки труб, м/мин:

к первой тянущей клети 6

во время прокатки и закалки швов 2

во время отпуска швов 4

Температура локального нагрева зон сварных швов, ◦С:

перед прокаткой 1000…1050

при закалке 950…1000

при отпуске 630…670

Ширина сварных швов, мм: 26 мах

Ширина зоны нагрева, мм:

для прокатки 70…80

для закалки и отпуска 100

Винтообразное смещение сварных швов по длине трубы, мм 20 мах

Давление в общей гидросистеме участка, мПа 12,5

Давление регулируемое в гидросистеме рабочей клети, мПа 3,3…16

 

На участке ЛТМО (Рис. 1) расположено параллельно между собой две линии ЛТМО, в состав каждой из которых входят тянущие и рабочая клети, оправки, механизмы наведения индукторов, установка контролируемого охлаждения, подъемные ролики и подъемные рольганги. Для приема труб с существующей рольганговой тележки, задачи их в установки ЛТМО, а так же для транспортировки прошедших термомеханическую обработку труб к рольганговой тележке и для загрузки труб на нее, на участке расположено транспортное оборудование: приводные и холостые ролики, связанные между собой шаговыми балками. 

Труба с рольганговой тележки передается на приемный рольганг 1, состоящий из четырех приводных роликов, каждый из которых установлен на отдельной фундаментной раме и имеет индивидуальный привод от мотор-редуктора.

Труба, не останавливаясь, передается далее на подъемный трехпозиционный рольганг 2, состоящий из 4-х приводных и 4-х поворотных роликов. Приводные ролики установлены на общей раме, которая имеет возможность опускания и подъема под действием гидроцилиндра через систему рычагов и тяг. Привод приводных роликов индивидуальный от мотор-редуктора. Поворотные ролики попарно установлены на стационарных рамах. Один из поворотных роликов имеет привод от мотор-редуктора. Исходное положение подъемной рамы – среднее, при котором ось трубы диаметром 1220 мм совпадает с уровнем прокатки. Это положение рамы рольганга во время приемки трубы любого диаметра с роликов приемного рольганга.

По команде от фотодатчика   , фиксирующего передний торец, труба останавливается. Рама подъемного рольганга опускается в крайнее нижнее положение, при этом  труба устанавливается  на поворотные ролики.

Включается электромеханический привод поворота и происходит поворот трубы до положения, при котором сварные швы располагаются в горизонтальной плоскости. Команда на остановку поворота трубы выдается от сигнала датчика системы слежения за сварным швом. После этого подается команда на подъем рамы рольганга либо в среднее положение (для труб диаметром 1220 мм), либо в крайнее верхнее положение (для труб диаметром 1020 мм). При этом происходит совмещение оси трубы с осью прокатки. Верхнее, нижнее и среднее положения  рамы рольганга фиксируются конечными выключателями.

После этого подается команда на транспортировку трубы в разведенные валки тянущей клети 3.

Тянущая клеть состоит из фундаментной плиты, в направляющих которой установлены две подушки с валками, имеющими каждый индивидуальный привод от электродвигателя через редукторы. Подушки имеют возможность перемещаться под действием гидроцилиндров, тем самым, меняя раствор между валками.

После начала движения трубы с выдержкой времени, достаточной для прохождения передним торцем трубы расстояния от фотодатчика до оси валков клети, валки сводятся до заранее настроенных механических упоров, захватывают трубу и подают ее между блоками индукторов в рабочую клеть.

Блоки индукторов установлены на механизме наведения индукторов. Механизм наведения состоит из фундаментной плиты, на роликах которой на радиальных полозьях установлена рама. В направляющих рамы под действием гидроцилиндров перемещаются каретки с установленными на них индукторами. Наведение индукторов на сварные швы осуществляется путем поворота рамы специальным электрическим прямоходным механизмом от сигнала датчика системы слежения за сварным швом трубы.

При прохождении трубы  через блоки индукторов, установленных на механизме наведения, происходит нагрев зоны сварных швов до необходимой температуры прокатки. Контроль температуры производится оптическими пирометрами.

Рабочая клеть по конструкции аналогична тянущей клети. Отличием является то, что одна из станин рабочей клети настраивается заранее на необходимый размер от оси стана до валка вручную с помощью винтового механизма и неподвижна во время процесса прокатки. В состав оборудования рабочей клети входит регулируемый поддерживающий ролик и оправка с внутренними валками.

Во избежание пробуксовки валков клетей по поверхности трубы во время ее движения через клети, предусматривается система согласования работы приводов валков как внутри каждой клети, так и валков одной клети с валками других клетей и с приводами роликов подъемных рольгангов.

При подходе к рабочей клети  труба «одевается» на оправку, на головке которой смонтированы внутренние прокатные валки по оси наружных валков клети. Головка оправки является сменным комплектом в зависимости от диаметра обрабатываемой трубы. На оправке так же смонтировано часть оборудования установки контролируемого охлаждения для охлаждения внутренних поверхностей зон сварных швов.

При входе в рабочую клеть труба задается сварными швами  между приводными наружными и холостыми внутренними валками. При движении трубы происходит раскатка внутренних и наружных усилений сварных швов до толщины стенки трубы.

До «одевания» трубы на оправку, оправка поддерживается в горизонтальном положении при помощи гидроцилиндра через рычажную систему. При заходе трубы на оправку, передний конец оправки через специальный подпружиненный ролик начинает опираться на нижнюю внутреннюю поверхность трубы. При прохождении передним торцем трубы фотодатчика , от его импульса подается команда на отведение опоры оправки. В этот момент оправка поддерживается в горизонтальном положении за счет сил трения, возникающих в процессе раскатки усилений сварных швов. Верхнее и нижнее положения опоры оправки фиксируются ВК.

Далее труба задается между блоками индукторов механизма наведения. Происходит нагрев зоны сварных швов до необходимой температуры закалки. Контроль температуры производится оптическими пирометрами. После этого труба сразу попадает в зону активного двустороннего охлаждения с помощью форсунок устройства контролируемого охлаждения (УКО). Происходит закалка зоны сварных швов.

Далее труба попадает во вторую тянущую клеть  и транспортируется по роликам подъемного двухпозиционного рольганга до положения, при котором задний торец трубы прошел зону УКО, но не дошел до оси валков тянущей клети  примерно 100…150 мм. Остановка трубы в этом положении обеспечивается фотодатчиком , установленным перед осью валков тянущей клети . После этого подается команда на отключение работы УКО. При этом задний конец трубы остается зажатым в валках клети .