Расчет на прочность и жесткость вспомогательной клети “1250” УБС ЦПШБ НТМК

РОЛЬГАНГИ

Все рольганги выполнены  с цельноковаными роликами, установленными в расточках рам на двухрядных сферических подшипниках. Рольганги выполнены в виде отдельных секций по 4 и 5 роликов, кроме рольгангов на выдаче, которые состоят из пяти двухроликовых секций. Такое решение рольганга на выдаче вызвано условиями увязками его с устройством выдачи заготовок из нагревательных печей. Ролики загрузочных и приемных рольгангов со стороны печей, а также ролики раскатных рольгангов выполнены с внутренним охлаждением. Все рольганги снабжены плитным настилом. Часть плит настила со стороны примыкания к печам выполнена с водоохлаждаемыми пазухами для защиты подшипниковых узлов холостых рам рольгангов от воздействия высокой температуры.     Таблица №2 – Техническая характеристика рольгангов УБС

 

Наименование рольгангов УБС	Бочка ролика		Шаг роликов (мм)	Количест-во секций в  роль-ганге(шт.)	Количест-во роль-гангов в секции (шт.)	Скорость рольганга (м/с)
	Диа-метр (мм)	Длина (мм)
1	2	3	4	5	6	7
Рольганг перед печами промежуточный	450	1500	1500	24	4	1,5
Рольганг перед печами загрузочный	550	1500	1500	6	4	1,5
Рольганг за печами промежуточный	450	1500	1500	10	4 и 5	2,5
1	2	3	4	5	6	7
Рольганг за печами приемные	550	1500	1500	3	10	2,5
Рольганг Концевой	450	2700	1500	2	4	2,5
Рольганги раскатные  клети «1300»	450	2700	1500	6	4	3-6
Рабочие рольганги клети  «1300» с групповым приводом	500	2700	850,1100	2	5	0-5,9
Рабочие рольганги клети  «1300» с индивидуальным приводом	500	2700	850, 1100, 1200	-	10	0-6,5
Станинные ролики рабочего рольганга	500	2800	-	-	2	0-6,5
Рольганг до чистовой клети	400	1500	2000	-	-	0-8
Рольганг за чистовой клетью	350	1500	2000	19	3	0-8
Рольганги участка холодильников  и балкоотделки	300-350	1500	2000	-	-	0-6 0,1-2,24

 

 Рабочие рольганги  обжимной клети «1300»

Каждый рольганг как  перед, так и за клетью состоит из цельнокованых  роликов, смонтированных на двухрядных сферических роликоподшипниках в расточках рам. Рамы соединены между собой траверсами. В крайних траверсах установлено по 6 катков, на которые упираются штанги манипуляторов. Катки представляют собой цельнокованые из высоколегированной стали колёса, напрессованные на ось, на концах которой одеты двухрядные сферические роликоподшипники, установленные в глухие корпуса.

        Рольганги рабочих линий промежуточной,  предчистовой и чистовой группы

Рольганги предназначены  для транспортирования раскатов во время их прокатки в клетях. Рольганги  участка рабочих линий укомплектованы отдельными рольгангами секциями, в  каждой из которой по два-три ролика с индивидуальным приводом. Охлаждение роликов внутреннее с последующим свободным сливом воды под рольганг.

Рольганги на участке  пил горячей резки и клеймовки

Привод роликов безредукторный, от двигателей постоянного тока, регулируемый на требуемую скорость подачи прокатки. Ролики выполнены полыми, с обжатыми цапфами, с внутренним охлаждением водой. Ролики стационарных рольгангов перед и между стационарными пилами и у клеймовачных машин установлены на балках, соединенных между собой траверсами. Балки рольганга между стационарными пилами выполнены мостового типа и водоохлаждаемыми, так как под ними располагается скип, наполняемый горячей обрезью.

Рольганги участка холодильников  и балкоотделки

Каждый ролик выполнен в виден самостоятельной машины, состоящей из сварной рамы с установленным  на ней корпусами подшипниковых опор. Привод роликов, устанавливаемых в местах, где отсутствует поперечное транспортирование проката или где транспортирование проката производится только через не приводные стороны, осуществляется от электродвигателей через эластичные резиновые муфты. Привод роликов, устанавливаемых в местах с двухсторонней передачей проката, осуществляется от электродвигателей через карданные валы. Ролики выполнены с внутренним охлаждением из бочек проточной водой.

 

 

ХОЛОДИЛЬНИКИ

В состав технологического оборудования УБС входит три холодильника. Холодильники №1 и №3 предназначены для охлаждения балок, поступающих по подводящему рольгангу от пил горячей резки и выдачи охлажденной балки на отводящие рольганги в положении «лежа». Холодильник №2  предназначен для охлаждения балок, поступающих по подводящему рольгангу от пил горячей резки и выдачи пакета охлажденных балок на транспортный рольганг. Холодильник №3 отличается от холодильника №1 только расположением приводов трансмиссии механизма перемещения зоны охлаждения и зоны разгрузки. Холодильники №3 и №1 от холодильника №2 отличаются своей разгрузочной частью. Холодильники №3 и №1 в разгрузочной части имеют дополнительные стеллажи, на которых балки, поступающие из зоны охлаждения в положении «стоя» могут кантоваться в положении лежа с помощью торцевого кантователя. Все холодильники состоит из двух секций. Каждый холодильник по ходу прокатки разбит на три зоны: зону загрузки, охлаждения, разгрузки – и включает в себя стационарный стеллаж, шлеппер зоны загрузки, кантователь для установки балок на полку, шлеппер зоны охлаждения, шлеппер зоны разгрузки. Стационарный стеллаж холодильника выполнен в виде опертых на башмаки поперечных балок с закрепленными на них стойками, на которые опирается несущий настил и плиты перекрытия. Кантовка балки производится с тележек, находящихся в поднятом положении.Балка после кантовки находится в положении «стоя».После набора пакета балок в зоне загрузки вступает в работу шлеппер зоны охлаждения. Перемещение балок производится от зоны загрузки к зоне разгрузки шагом по 4 метра. Остывший пакет балок, переданный в зону разгрузки, поднимается и перемещается далее шлеппером зоны разгрузки либо на транспортный рольганги, либо на дополнительный стеллаж.

                         

 

1.2 Характеристика  рабочей клети.

ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ КЛЕТЬ

Вспомогательная клеть  предназначена для обжатия кромок полок при прокатки двутавровых  балок.

Техническая характеристика

Диаметр валков 1250-1100 мм. Давление металла на валки 450 т;

Скорость прокатки:

1. промежуточная группа 8 м/с;
2. предчистовая группа 10 м/с.

Диаметр нажимных винтов Уп 400 24 мм;

Скорость установки  винтов З мм/с;

Рабочий ход нажимных винтов 125 мм;

Количество распорных  гидроцилиндров 8 шт;

Давление в распорном  гидроцилиндра 140 мм;

Диаметр плунжера гидроцилиндра 140 мм;

Пределы осевой регулировки  валков 10 мм;

Смазка подшипников  узлов – густая централизированная.

Электрооборудование

Привод  электродвигатель типа П2 – 23/106 – 6,5

Мощность , 6500 кВт

Число оборотов в мин 80 – 150

Вспомогательная клеть  представляет собой дуореверсивную клеть с приводом от одного электродвигателя через шестеренную клеть.

1. узел станин;
2. узел подушек;
3. нажимное устройство  валков;
4. механизм осевой установки.

Узел станин

Представляет собой  две станины закрытого типа из стального литья со вставками между ними, скрепленными двумя анкерными кольцами. Каждое анкерное кольцо фиксируется двумя клиньями. Между выступами одной из станин и анкерными кольцами установлены блоки гидроцилиндров, которые предназначены для создания предварительного напряжения анкерных колец. На нижней поперечине левой станины установлены две балки, соединенные с телом станины болтами, и служат для комплекта подушек горизонтальных валков при перевалке.

Узел подушек

Узел подушек состоит из подушек горизонтальных валков и кассет . Для восприятия осевых усилий и фиксации горизонтальных валков со стороны перевалки валков на валках установлены осевые подушки с двухрядными коническими роликоподшипниками с большим углом конуса.

 

Нажимное устройств валков

Состоит из двух нажимных винтов для верхнего валка и двух нажимных

винтов для нижнего  валка, приводимых в движение от двух электродвигателей через цилиндро-червячные  редукторы. Для обеспечения синхронной работы правых и левых нажимных винтов червячные валы редукторов нажимного устройства соединены между собой промсоединением. На случай исчезновения давления в системе уравновешивания предусмотрена блокировка, запрещающая включение электродвигателя.

 

Механизм осевой регулировки  валков

Представляет собой рычажную систему, в которой передвижение подушки с валом в осевом направлении осуществляется регулированием тяг, соединяющих концы нажимных рычагов. Для каждого валка установлены две пары нажимных рычагов, одна пара перемещает подушку с валом в одном направлении, а другая в обратном направлении. Регулирование длины тяг осуществляется гайкой, которая имеет с одного конца правую, а с другого – левую резьбу.

Особенности эксплуатации

По условиям работы вспомогательной  клети проектом приняты небольшие скорости перемещения горизонтальных валков, поэтому на нажимных устройствах не предусмотрены ограничители крайних положений валков. Во избежание поломки нажимного устройства запрещается поднимать и соответственно опускать винты сверх указанных положений. Собранные клети маркируются порядковыми номерами с комплектующими узлами, имеющими индивидуальную подгонку. Маркировке подлежат: клеть, анкерные кольца к ней за и перед клетью, клинья верхние, нижние перед и за клетью; валы промежуточные, промсоединения и крышки площадки нажимного устройства. Маркировка наносится на видном месте насечкой и белой несмываемой .

2. РАСЧЕТЫ ДЕТАЛЕЙ  РАБОЧЕЙ КЛЕТИ НА ПРОЧНОСТЬ

 

2.1 Расчет валков  на прочность

 

Схема нагружения валка клети

 

Рис 2.1

Исходные данные

Длина шейки валка l =545 мм

Диаметр шейки валка d =480 мм

Усилие прокатки P = 4200 кН

Момент прокатки М_пр = 500 кН∙м

Номинальный диаметр бочки валка D = 1290 мм

Диаметр ручья бочки валка D’ = 1240 мм

Точка приложения силы P по середине валка

х = 1000 мм

Предел прочности материала валка на изгиб σ_в = 680 МПа

Материал валка Сталь 60ХН

 

 

Определяем реакции в опорах

 

                                                                                          (2.1)

Отсюда

R₁ = 2100кН

R₂ =Р- R₁ =4200-2100 =2100кН

Определяем изгибающий момент  :

       М_изг = R₁ *х = 2100*1 = 2100 кН*м

Максимальные напряжения изгиба в  бочке:

                                                                 _(2.2) 

Максимальные напряжения изгиба в шейки валка:

 

                                                      (2.3)

Напряжение кручения в приводной шейке:

                                                                (2.4)

Суммарное напряжение в  шейке валка определяют для стальных валков по четвертой теории прочности

                                                   (2.4)

Напряжение в приводной  концевой части валка:

                                                           (2.5)

С учетом полученных напряжений определим коэффициенты запаса прочности  в каждом элементе валка. Предел прочности  для стали 60ХН на изгиб  и на кручение

 

        

Все элементы валка , имеют  коэффициенты запаса прочности больше допустимого 

 

2.2. Расчет подушек  прокатных валков клети

Схемы нагружения подушек  с подшипниками

 

а) открытого  типа;  б) закрытого типа с подшипниками качения;  в) ПЖТ

Рис.2.2

Исходные данные

 

Коэффициент трения в  шейке валков f = 0,005 мм

Ширина подушки b_п = 480 мм

Высота подушки а_п = 1245 мм

Расстояние до центра тяжести наиболее опасного сечения y = 1040 мм

Высота опасного сечения h₁ = 400мм

Предел прочности материала  подушек σ_в = 550,0 МПа

Диаметр шейки валка d = 480мм

Максимальная реакция  на шейку валка от усилия прокатки R_max = 4.2МП

Площадь соприкосновения  подушки с подпятником винта S_ст = 0,33 м²

 

Подушки изготавливают  из литой стали марки 25 Л с пределом прочности σ_в = 550 МПа. Прочность подушки проверяют исходя из максимального усилия, действующего на нажимной винт (максимальной реакции на шейку валка от усилия прокатки R_max) и момента трения в подшипниках валков, стремящегося повернуть подушку (рис. 2.2) в направлении вращения валка. Со стороны станины этому повороту подушки препятствует сила Q, определяемая по формуле:

 

          (2.6)

 

где  d – диаметр шейки валка, м;

а_п – высота подушки, м;

f – коэффициент трения в шейках валков, выбираемый в зависимости от типа подшипника; в подшипнике качения f = 0,005

 

В опасном  сечении в подушке возникают  напряжениями изгиба σ_из под действием силы Q и напряжения сжатием σ_сж под действием силы R_max. Суммарные напряжения равны:

 

           (2.7)

Напряжение  изгиба в опасном сечении подушки определяем по 
формуле

         (2.8)

где  у –расстояние от нижнего края подушки (точки приложения силы Q) до центра тяжести опасного сечения, м;

b_п – ширина подушки, м;

h₁ – высота опасного сечения, м.