Исследование и разработка конструкции бандажированного опорного валка стана 2500 горячей прокатки

Содержание

Содержание1

Введение2

Краткийобзор составныхпрокатныхвалков. Характеристикастана 2500. Сортаментстана.3

1.1 Краткийобзор и анализконструкцийсоставныхпрокатныхвалков3

1.2Характеристикастана горячейпрокатки 25008

1.3Сортаментстана по маркамстали и размерамполос9

Исследованиеи разработкаконструкциибандажированногоопорного валкастана 2500 горячейпрокатки10

2.1 Выборнатяга, формы,толщины бандажаи расчет несущейспособностисоединения10

2.2 Расчетнапряженийв бандажированномопорном валке17

2.3 Расчетна кратностьиспользованияоси составногоопорного валка31

2.4Определениециклическойвыносливостив сечении 1-133

2.5Определениециклическойвыносливостив сечении 2-237

2.6Определениезоны проскальзыванияи прогиба составногои цельногоопорного валка37

2.7Определение прогиба цельногоопорного валка38

2.8Определениепрогиба и зоныпроскальзываниядля составногоопорного валка39

2.9Разработкамероприятийдля предотвращенияфреттинг –коррозии наосадочныхповерхностяхи повышенияповерхностивалка47

2.10Исследованиевлияния покрытийсопрягаемыхпокрытий нанесущую способностьсоединенияось – бандаж.Выбор материалаи технологиинанесенияпокрытия.48

2.11 Выборматериала осии бандажа испособы ихтермообработки52

Рекомендациипо заменеиспользованныхбандажей56

Экономическоеобоснованиепроекта57

4.1 Расчетпроизводственнойпрограммы57

4.2 Расчётсметы капитальныхзатрат59

4.3Организациятруда и заработнойплаты60

4.4 Расчетотчисленийна социальныенужды63

4.5 Расчетсебестоимостипродукции64

4.6 Расчетосновныхтехнико-экономическихпоказателей65

Заключение68

Списокиспользованныхисточников70

Введение

Цельюданной дипломнойработы являетсяразработкаконструкциисоставныхопорных валков,обеспечивающейих надежностьв процессеэксплуатации,повышение изстойкости иснижение стоимости.

Валкиявляются главнымэлементомпрокатнойклети, с помощьюкоторогоосуществляетсяобжатие прокатываемойполосы. Требования,предъявляемыек прокатнымвалкам, разнообразныи касаются нетолько ихэксплуатации,но и процессаизготовления.Прокатный валокработает приодновременномвоздействиина него усилияпрокатки, крутящегомомента, температурыв очаге деформациии т.п. поэтому,одним из главныхтребованийявляется высокаяизносостойкостьи термоусталостнаяпрочность,обуславливающиемалый и равномерныйизнос валков.

Одним изпутей повышениястойкостипрокатныхвалков и сниженияих металлоемкостиявляетсяиспользованиесоставныхвалков. Применениебандажей извысокопрочныхматериалов,возможностьзамены изношенныхбандажей примногократномиспользованииоси дадут большойэкономическийэффект.

В настоящеевремя в 5,6 чистовыхклетях стана2500 ОАО ММК применяютсяопорные валки1600х2500 мм, которыеизготавливаютиз кованнойстали 9ХФ. В даннойработе предлагаетсяиспользоватьсоставные валкис бандажом излитой стали150ХНМ или 35Х5НМФ.В качестве осейпредлагаетсяиспользоватьотработанныецельнокованыевалки. Опытэксплуатациивалков из подобныхматериаловсвидетельствует,что их износостойкостьв 2-2,5 раза выше,чем кованых.Соединениебандажа с осьюосуществляетсяпо посадке сгарантированнымнатягом. С цельюувеличения передаваемогокрутящегомомента напосадочнуюповерхностьоси предлагаетсянаноситьметаллическоепокрытие, значительноувеличивающеекоэффициенттрения, площадьфактическогоконтакта осии бандажа и еготеплопроводность.

Краткийобзор составныхпрокатныхвалков. Характеристикастана 2500. Сортаментстана.

1.1 Краткийобзор и анализконструкцийсоставныхпрокатныхвалков

Основныедостоинствасоставныхвалков:

• возможностьизготавливатьбандаж и осьиз материаловс различнымимеханическимии теплофизическимисвойствами;

• возможностьзамены изношенногобандажа примногократномиспользованииоси валка;

• термическуюобработкубандажа осиможно производитьраздельно, чтопозволяетувеличитьпрокаливаемость,получить одинаковуютвердость повсей толщинебандажа и снизитьградиент остаточныхнапряжений,который в сплошномвалке большоймассы весьмавысок.

Выпускбандажированныхопорных валковлистовых становосвоили ещев 70-х годах прошлоговека. Бандажи ось соединяются,как правило,тепловым способомпо посадке сгарантированнымнатягом; бандажиизготавливаютсякованые илилитые, оси кованные,для их изготовленияобычно используютсписанныевалки. Отверстиев бандаже чащевсего цилиндрическое,посадочноеместо оси можетбыть цилиндрическим,бочкообразнымили близкимк нему по формедля уменьшенияконцентрациинапряженийу торцов бандажапосле сборки.

По способукреплениябандажей составныевалки можноразделить наследующиегруппы:

• использованиепосадки сгарантированнымнатягом;

• применениеразличныхмеханическихспособов креплениябандажа;

• использованиелегкоплавныхсплавов и клеевыхсоединений.

Усовершенствованиюконструкций,методам производстваи сборки, повышениютехнологическиххарактеристиксоставныхвалков посвященымногие работыотечественныхи зарубежныхученых. Большоеместо занимаютработы по обеспечениюнадежногосоединениябандажа с осью.

Так,например, вработе [1] предлагаетсяиспользоватьсоставнойпрокатныйвалок, содержащийбандаж с натягом,и наложенныйна ось с каналами,выполненнымипо спирали наконтактирующейс бандажомповерхности,и буртом. В работе[2] предлагаетсяк использованиювалок с составнымбандажом изспеченногокарбида вольфрама.В ряде работпоследних лет[3,4] все чаще предлагаетсяк использованиюнаплавленныебандажи извысоколегированныхсплавов. Вомногих случаях,при упрощениитехнологииизготовлениивалка и повышенииизносостойкостиего поверхности,существенновозрастаетстоимость, засчет применениябольшого числалегирующихэлементов.Потому, с цельюувеличениясрока эксплуатациивалков, многиеавторы посвящаютсвои работыусовершенствованиюконструкциисоставныхпрокатныхвалков.

В работах[5,6] предлагаютсясоставныевалки, содержащиенесущую профилированнуюось и бандажс профилированнойвнутреннейповерхностью,насаживаемыйс натягом свозможностьюсвободногоперемещенияего участковменьшего диаметрав нагретомсостоянии вдольнесущей осичерез участкис большим диаметромпо длине. Причемобразующиеповерхностейбочки оси ибандажа выполненыпрофилированнымив виде плавнойкривой поопределеннымзависимостям(рисунок 1,2). Кнедостаткамтаких валковможно отнестисложность ихизготовления,невозможностьпроконтролироватьтребуемуюкривизну профиляпосадочныхповерхностей,а в случае [6] ещеи ограниченысроки эксплуатациивалка, вызванныемалым числомвозможныхпереточекбандажа, вследствиевозникновениярастягивающихнапряженийв средней частиот разогреваи тепловогорасширениянесущей осив процессеработы прокатнойклети (рисунок2). Но главнымнедостаткомвсе же можносчитать сложностькривых, описывающихпрофили сопрягаемыхповерхностей,которая затрудняетпроцесс токарнойобработки, аточность, требуемаяпри

и

хизготовлениипрактическиневыполнимапри технологиях,существующихна машиностроительныхзаводах.

Рисунок1 – Составнойпрокатный валок

Рисунок2 – Составнойпрокатный валок

В

работе [7], в условияхстана 2500 ОАО ММКпредлагаетсяиспользоватьсоставнойопорный валок,выполненныйв соответствиисо схемой нарисунке 3. Недостаткомтакого валкаявляется наличиепереходногоучастка осиот бурта к конуснойчасти, являющуюсяконцентраторомповышениянапряжений,что может привестик поломке осипри повышенныхнагрузках ипрогибе, а такжеограничениесрока егоэксплуатации.Кроме того,данная конструкциянетехнологичнав изготовлении.

Рисунок3 – Составнойпрокатный валок

Задачейпредлагаемогоизготовлениясоставногоопорного валкаявляется наиболеепростое техническоерешение, котороеувеличит срокэксплуатацииза счет обеспеченияпостоянногонатяга по всейдлине сопрягаемыхповерхностей.

Предлагаетсяпосадочноеместо бандажаи оси выполнитьцилиндрическими,с точки зренияпростоты итехнологичностиизготовления.На кромках осисделать разгружающиефаски – скосы,для уменьшенияконцентрациинапряжений.Для повышениянесущей способностисоединенияи работоспособностивалка основноевнимание следуетсосредоточитьна выборе величиныоптимальногонатяга, разработкемероприятий,существенноувеличивающихкоэффициенттрения на сопрягаемыхповерхностяхи теплопроводностьконтакта ось– бандаж.

Припрочностныхрасчетах необходимовыбрать методику,позволяющуюучитыватьвлияние усилийпрокатки нанапряженно– деформированноесостояниебандажа.

1.2 Характеристикастана горячейпрокатки 2500

Широкополосныйстан горячейпрокатки 2500 состоитиз участказагрузки, участканагревательныхпечей, черновойи чистовойгрупп с промежуточнымрольгангоммежду ними илинии смотки.

Участокзагрузки состоитиз склада слябови загрузочногорольганга, 3подъемныхстолов состалкивателями.

Участокнагревательныхпечей состоитиз собственно6 нагревательныхметодическихпечей, рольгангаперед печамис толкателямии подпечногорольганга послепечей.

Черноваягруппа состоитиз клетей:

• реверсивнаяклеть дуо;

• уширительнаяклеть кварто;

• реверсивнаяуниверсальнаяклеть кварто;

• универсальнаяклеть кварто.

Чистоваягруппа включаетлетучие ножницы,чистовойокалиноломатель(клеть дуо), 7 клетейкварто. Междуклетями установленыустройстваускоренногоохлажденияполос (межклетьевоеохлаждение).

Промежуточныйрольганг обеспечиваетсброс и разделкунедостатков(планируетсяоснащениерольгангатепловымиэкранами типаэнкопанель).

Линиясмотки включаетотводящийрольганг с 30секциями охлажденияполосы (верхнееи нижнее душирование),четыре моталки,тележки сподъемно-поворотнымистолами.

1.3 Сортаментстана по маркамстали и размерамполос

Широкополосныйстан 2500 предназначендля горячейпрокатки полосиз следующихсталей:

• стальуглеродистаяобыкновенногокачества поГОСТ 16523-89, 14637-89 марокстали по ГОСТ380-71 и действующимТУ;

• стальсвариваемаядля судостроенияпо ГОСТ 5521-86;

• стальуглеродистаякачественнаяконструкционнаяпо ГОСТ 1577-81, 4041-71,16523-89, 9045-93 и действующимТУ;

• стальлегированнаямарки 65Г по ГОСТ14959-70;

• стальнизколегированнаяпо ГОСТ 19281-89;

• сталь7ХНМ по ТУ 14-1-387-84;

• стальуглеродистаяи низколегированнаяэкспортногоисполненияпо ТП, СТП наоснове иностранныхстандартов.

Предельныеразмеры полос:

• толщина1,810мм;

• ширина10002350мм;

• весрулона до 25 т.

Исследованиеи разработкаконструкциибандажированногоопорного валкастана 2500 горячейпрокатки

2.1 Выбор натяга,формы, толщиныбандажа и расчетнесущей способностисоединения

Опорныйвалок 5,6 клетейстана 2500 горячейпрокатки ОАОММК в соответствиис рисунком 4имеет следующиеосновные размеры:

• длинабочки l=2500мм;

• максимальныйнаружный диаметрбочки d=1600мм;

• минимальныйнаружный диаметрd=1480мм;

• диаметршеек в местесоединенияс бочкой 1100 мм;

Посадочноеместо бандажа– цилиндрическое.На расстоянии100 мм от каждогокрая оси предлагаетсясделать разгружающиефаски высотой10 мм для уменьшенияконцентрацийнапряженийбандажа послесборки. Этообъясняетсятем, что бандажсоединяетсяс осью тепловымспособом, а приформированиисоединениякрая бандажаостывают быстрее,чем его средняячасть, что приводитк появлениюконцентрациинапряженияи дает дополнительнуювозможностьразвитияфреттинг-коррозиии усталостныхтрещин в дальнейшем

Часто,для предотвращениясползаниябандажа в осевомнаправлениина оси выполняетсябуртик, а набандаже проточка,или же посадочныеповерхностиимеют формуконуса. В данномслучае такиеприспособленияне используются,так как возможнопредположить,что при достаточнобольшой длинесопрягаемыхповерхностейосевого сдвигапроисходитьне будет, а прочностьсоединениятакже обеспечитсягарантированнымнатягом и возможнымувеличениемкоэффициентатрения наповерхностяхза счет нанесенияна них металлическогопокрытия илиабразивногопорошка.

Также,эта конструкциясущественнопроще и дешевлев изготовлении.

Анализфакторов, влияющихна выбор посадочногодиаметра показывает,что областьоптимальныхзначений отношенийпосадочногои внешнегодиаметровколеблетсяв интервалеd/d₂=0,5…0,8.[8]

Еслиговорить овыборе натягасоединения,то здесь можностолкнутьсяс разногласиями.На практикеоптимальныйнатяг обычнопринимаетсяравным 0,8-1% отпосадочногодиаметра:=(0,0080,01)d.Некоторыеавторы советуютувеличить егодо 1,3%, а некоторые,наоборот, снизитьдо 0,5%

Длярасчетов выберемтри различныхзначения натягов:₁=0,8мм; ₂=1,15мм; ₃=1,3мм.

Также,для сравненияи выбора оптимальныхкритериевсоединениябудем производитьрасчеты дляразных коэффициентовтрения и толщинбандажа.

f1=0,14	dпосад1=1150мм
f2=0,3	dпосад2=1300мм
f3=0,4

Какуказывалосьвыше, величинукоэффициентатрения можноизменить, нанесякакое-либопокрытие насопрягаемыеповерхности.

Наибольшаятолщина бандажа(d_посад=1150мм) обуславливаетсяего прохождениемчерез шейкипрокатноговалка при сборке.

Непринимаетсяво вниманиеd_посад>1300 мм, так как придостиженииминимальногонаружногодиаметра (d₂=1480мм) бандаж станетслишком тонким.

Произведемрасчет некоторыхпараметровнесущей способностисоединенияпри заданныхусловиях.

1. Н

   аибольшаяосевая сила,которую можетвыдержатьсоединение[9]:

(1)

гдеК – давлениена посадочнойповерхности,МПа;

F=dl– площадь посадочнойповерхности,мм²;(dи l– диаметр идлина посадочнойповерхностисоответственно,мм)

f– коэффициенттрения междусопрягаемымиповерхностями.

ДавлениеК на посадочныхповерхностяхзависит отнатяга и толщиныстенок охватывающейи охватываемойдетали.

Согласноформуле Ляме:

(2)

гдеd– относительныйдиаметральныйнатяг;

 -коэффициент.

(3)

гдеЕ₁=Е₂=2,1х10⁵Н/мм²– модули упругостиоси и бандажа;

₁=₂=0,3– коэффициентыПуассона длястали оси ибандажа

С₁,С₂– коэффициенты,характеризующиетонкостенкость;

(4)

(5)

гдеd₁и d₂– соответственновнутреннийдиаметр осии наружныйдиаметр бандажа.

Дляданного случаяотверстия воси нет – d₁=0,а за диаметрd₂принимаемсредний диаметрвалка:

ТогдаС₁=1(d₁=0).

2. Наибольшийкрутящий момент,передаваемыйсоединением:

(6)

3. Напряжениесжатия в осимаксимальнона внутреннейповерхности:

(7)

4. Навнутреннейповерхностибандажа максимальныерастягивающиенапряжения:

(8)

Результатывычисленийсведены в таблицу1.

Выводы:Как видно, давлениеК, а, следовательно,и несущая способностьсоединенияпропорциональнанатягу и обратнопропорциональнакоэффициентамС₁и С₂,характеризующимтонкостенкость.

Разностьпосадочныхдиаметровсоставляетвсего 150 мм, нопри одинаковыхнатягах различиеконтактногодавления почтивдвое большедля меньшегодиаметра.

Следуетзаметить, чтои напряжениесжатия в оситакже меньшев случае дляболее тонкогобандажа, нонапряжениярастяженияв бандаже сизменениемего толщиныостаются практическинеизменными.

Таблица1 - Характеристикапрокатныхвалков 5,6 клетейстана 2000 и ихнесущая способностьпри различныхзначенияхдиаметров,натягов, коэффициентовтрения в соединении

Давлениеметалла навалки, т	Р=3000
Моментпрокатки, тм	Мпр=217
Наружныйдиаметр бандажа,мм	d2=1600(1480) dср=1540
Длинасопряжения,мм	l= 2500
Диаметрсопрягаемыхповерхностей,мм	d=1150 (C2=3,52)									d=1300 (C2=5,96)
Площадьпосадочнойповерхностикв.мм	F=9,0275x106									F=10,205x106
Натяг,мм	1= 0,8			2= 1,15			3= 1,3			1= 0,8			2= 1,15			3= 1,3
Контактноедавление, Мпа	K=32,32			K=46,46			K=52,52			K=18,57			K=26,7			K=30,18
Напряжениена оси валка,Мпа	ст=64,64			ст=92,92			ст=105,04			ст=37,14			ст=53,4			ст=60,36
Напряжениев бандаже, Мпа	раст=146,1			раст=210,1			раст=237,5			раст=129,2			раст=185,8			раст=210
Коэффициенттрения f	0,14	0,3	0,4	0,14	0,3	0,4	0,14	0,3	0,4	0,14	0,3	0,4	0,14	0,3	0,4	0,14	0,3	0,4
Наибольшаяосевая силаРос,т	4084	8753	11670	5871	12825	16776	6637	14223	18964	2653	5685	7580	3814	8174	10899	4311	9239	12319
Наибольшийкрутящий моментМкр,тм	2348	5033	6710	3376	7234	9646	3816	8178	10904	1724	3695	4927	2479	5313	7084	2808	6005	8007

Рисунок4 - Составнойпрокатный валок

Сувеличениемкоэффициентовтрения несущаяспособностьсоединениятакже существенновозрастает,как в случаес d=1150мм так и с d=1300мм, но в случаес d=1150мм более максимальна.

Важнымявляется то,что для всехусловий соединениемобеспечиваетсяпередача крутящегомомента с хорошимзапасом прочности

М_пркр

Причемзапас прочностиувеличиваетсяпо мере ростаконтактногодавления всоединении,вызванногонатягом.

Вцелом можносказать, чтов обоих случаяхобеспечиваетсяхорошая несущаяспособностьсоединенияи достаточнонебольшиенапряженияв деталях валка,но более предпочтительнымявляется бандаж,внутреннийдиаметр которогоd=1150мм, за счетзначительногоувеличениявсе той же несущейспособности.

2.2 Расчетнапряженийв бандажированномопорном валке

Напряженияв составномопорном валкестана 2500 определяютсядля тех же основныхтехническихданных, заданныхв пункте 2.1. Требуетсяопределитьконтактныенапряженияна посадочнойповерхностибандажа и оси.

Областьбандажа обозначимчерез S₂,а область валачерез S.Радиус поверхностисопряженияпосле сборкиобозначим R,а внешний радиусбандажа R₂.

Навнешнем контуребандажа C₂приложена силаP,равная по величинедавлению металлана валки P₀.Принимая P=P₀,имеем системусил, находящихсяв равновесии.Посадочнаяповерхностьобразует контурC.

Расчетнаясхема представленана рисунке 5.

Рисунок5 – Расчетнаясхема для определенияконтактныхнапряженийв валке

При решениизадачи напряженияудобно определятьв полярныхкоординатах.Нашей задачейявляется определить:

_r– радиальныенапряжения

_ -тангенциальные(окружные) напряжения

_r- касательныенапряжения.

Вычислениякомпонентовнапряженийобычно весьмагромоздки вобщем виде ив расчетах.Используя методН.И. Мусхелишвилиприменительнок поставленнойзадаче и выполняярешение аналогичноприведенногов работе [10] определяютсянапряженияна посадочнойповерхностибандажа в видеформул, удобныхдля численнойреализации[11]. Окончательныевыражения имеютвид:

(9)

(10)

(11)

гдеP=P₀ –удельная нагрузкана единицудлины бандажаот внешнейсилы;

R –радиус контактнойповерхности;

h и g– просуммированныев замкнутомвиде ряды, отражающиеособенностьрешения в зонахточек приложениясосредоточенныхсил P и позволяющиеулучшить сходимостьрядов;



- угловаякоординататочек контураC;

• постояннаяМусхелишвили;

=0,3 - коэффициентПуассона;

 - угол,отсчитываемыйот оси х, до точкиприложениясилы Р;

n=R₂/R– коэффициент,характеризующийтолщину бандажа.

Последниеслагаемые вформулах (9) и(10) представляютсобой составляющиенапряжений,зависящие отнатяга. Тогдарадиальныеи тангенциальныенапряженияв составномвалке определяютсяиз двух компонентов,из напряжений,вызванныхнатягом и нормальнойнагрузкой:

_r=_rp+_r (12)

_=_p+_ (13)

Нормальные напряженияот натягаопределяютсяпо формуле[12]:

(14)

гдеК – контактноедавление отнатяга (см. табл.1),МПа;

n=R₂/R– относительнаятолщина бандажа.

Расчетнапряжений_производитсяпо следующейформуле:

(15)

где - половинавеличины натяга;

Е – модульупругостипервого рода.

Касательныенапряженияна поверхностяхот натяга, какизвестно,отсутствуют.[8]

Тогданапряжения_rp,_pи _rможно представитьв виде:

(16)

(17)

(18)

На ЭВМбыли просчитанызначения величин_rp,_pи _r для различныхзначений n[11], часть которыхприведена втаблице 2.

Значениянапряженийпредставленыв виде безразмерныхкоэффициентовС_р, С_,С_,которые следуетумножить навеличину P/(R²x10³),где Р – внешняянагрузка наединицу длиныбандажа, Н/мм;R₂ – наружныйрадиус бандажа.

Для определениякомпонентовнапряженийнеобходимознать толькоn (относительнуютолщину бандажа)и  (полярнуюугловую координатуточки, в которойопределяютсянапряжения).

В соответствиис рисунком 5при заданныхусловиях равенстванулю главноговектора и главногомомента силыР, эпюры напряженийна контактесимметричныотносительнооси y, тоесть достаточноопределениянапряженийв 2х из 4х четвертей,например, в Iи IV (от 3/2до /2 рад).

Характерраспределениянапряженийпо контактуось – бандажпредставленна рисунках6, 7, 8.

Таблица2 – Составляющиенапряженийи радиальные,тангенциальные,касательныенапряженияна посадочнойповерхностибандажа отвоздействиясилы Р = 1200 кг/ммклетей 5,6 стана2500

	Ср	rp,МПа	Ср	rp,МПа	С	р,МПа	С	р,МПа	С	р,МПа	С	р,МПа
	N=1,34 (d=1150 мм)		n=1,19 (d=1300 мм)		n=1,34		n=1,19		n=1,34		N=1,19
90	6,84	1,43	3,82	0,71	-14,6	-3,05	-16,6	-3,07	0	0	0	0
110	6,49	1,35	3,62	0,67	-14,21	-2,97	-15,88	-2,93	1,9	0,4	1,16	0,21
130	5,51	1,15	3,02	0,56	-13,13	-2,74	-13,75	-2,54	3,51	0,73	2,17	0,4
150	4,02	0,84	2,12	0,39	-11,7	-2,44	-10,78	-1,99	4,53	0,95	2,86	0,53
160	3,13	0,65	1,59	0,29	-11,03	-2,3	-9,12	-1,68	4,74	0,99	3,04	0,56
170	2,23	0,46	1,04	0,19	-10,52	-2,2	-7,45	-1,38	4,68	0,98	3,09	0,57
180	1,3	0,27	0,48	0,09	-10,33	-2,16	-5,95	-1,1	4,28	0,89	2,98	0,55
190	0,38	0,08	-0,1	-0,02	-10,66	-2,23	-4,8	-0,89	3,46	0,72	2,68	0,49
200	-0,52	-0,11	-0,57	-0,11	-11,82	-2,47	-4,25	-0,78	2,06	0,43	2,12	0,39
210	-1,51	-0,32	-1,03	-0,19	-14,27	-2,98	-4,73	-0,87	-0,12	-0,03	1,15	-0,21
220	-2,73	-0,57	-1,47	-0,27	-18,72	-3,9	-6,98	-1,3	-4,41	-0,92	-0,53	-0,1
230	-5,23	-1,09	-2,07	-0,38	-26,23	-5,47	-12,48	-2,3	-11,85	-2,47	-3,8	-0,7
240	-12,54	-2,62	-3,87	-0,71	-37,61	-7,85	-24,48	-4,52	-26,68	-5,57	-11,34	-2,09
250	-39,3	-8,2	-13,84	-2,56	-48,25	-10,07	-49,57	-9,15	-57	-11,9	-33,34	-6,15
260	-135,94	-28,37	-92,66	-17,1	-22,98	-4,8	-77,46	-14,3	-94,86	-19,8	-105,04	-19,4
262	-168,7	-35,2	-126,15	-23,3	-7,65	-1,6	-70,24	-12,97	-93,6	-19,5	-124,96	-23,07
264	-203,04	-42,37	-205,64	-37,96	10,25	2,14	-50,66	-9,35	-84,04	-17,54	-138,25	-25,52
266	-234,84	-49,01	-291,12	-53,75	27,99	5,84	-16,47	-3,04	-51,02	-10,65	-132,57	-24,47
268	-257,9	-53,82	-379,56	-70,07	41,45	8,65	-26,36	4,87	-35,51	-7,41	-88,7	-16,38
270	-266,18	-55,55	-420,5	-77,63	46,47	9,7	48,44	8,94	0	0	0	0

Рисунок6

Рисунок7

Рисунок8

Анализполученныхданных позволилвыявить следующиезакономерности:наименьшиезначения _rpпринимает полинии действиясосредоточеннойсилы Р вместеее непосредственногоприложения=270.При некоторыхзначениях угла 295для n=1,34 и 188для n=1,19 значения_rpменяют знак.Напряжениясжатия переходятв напряжениярастяжения,стремящиесянарушить монолитностьсоединения.Следовательно,эпюры _rpмогут иметьопределенноефизическоетолкование:точки контакта,в которых происходитсмена знаковнапряжений,определяютобласти зоныраскрытия стыкапри отсутствииконтактногодавления отнатяга за счетупругой деформациибандажа.

Чем тоньшебандаж, темболее максимальноувеличение_rpпри =270и тем большеградиент напряженийв области =260280.

Напряжениярастяжения,тем больше, чемтолще бандаж,но их градиентнезначителен,то есть чемтоньше бандаж,тем большеусилия сжатияна оси.

На эпюрахтангенциальныхнапряженийв зоне действиясилы Р видно,что _рявляютсярастягивающими,причем ихмаксимальнаявеличина практическине зависит оттолщины бандажа.Градиент напряженийувеличиваетсяс уменьшениемтолщины бандажа,а ширина зоныуменьшается.На большейчасти контактнойповерхностиоси и бандажанапряженияявляются сжимающимис меньшим градиентомдля n=1,34.

Эпюрыкасательныхнапряжений_rна рисунке 9меняют знакв точках при215и на большейчасти контактныхповерхностейявляютсярастягивающими,но малыми дляобоих случаев,а, следовательно,не слишкомзначительными.

В таблице3 представленызначения _rи _для различныхзначений и n.

Таблица3 – Величинаконтактногодавления итангенциальногонапряженияот натяга.

	n=1,34			n =1,19
	=0,8	=1,15	=1,3	=0,8	=1,15	=1,3
r,МПа	-32,4	-46,6	-52,7	-20,3	-29,1	-32,9
,МПа	113,7	163,5	184,8	109,5	157,4	177,9

По даннымтаблиц 2 и 3 построимэпюры для _rp_rи результирующие_r в соответствиис рисунком 9.Тангенциальныенапряженияот натяга различныпо знаку дляконтактныхнапряженийоси и бандажа,поэтому рассмотрениесуммарных эпюрна этих поверхностяхнеобходимопроизводитьотдельно (рисунок10, 11).

Проведенныйанализ напряженийна контактеось-бандажсоставноговалка показывает,что при любойсхеме нагрузкисуммарная эпюраконтактногодавления значительноотличаетсяот эпюры давления,вызываемогонатягом. Контактныедавления распределеныравномернопо окружностии имеют высокийградиент взонах возмущенияот сил давленияметалла навалок. При этомконтактныедавления отнатяга составляюттолько частьобщего контактногодавления (всоответствиис рисунком 9)на значительнойчасти контакта.На части контактнойповерхностиобщее давлениенесколькоменьше давленияот натяга.

Расчетвалка на возможностьпроворачиваниябандажа на осиот действиякрутящегомомента производитсяпо формуле:

Мпр [ Мкр] = РfR (19)

где Мпр – моментпрокатки;

[Мкр] –крутящий момент,который способнопередать соединениес натягом;

Р – контактноедавление всоединении;

f –коэффициенттрения покояна посадочныхповерхностяхсоединения;

R –радиус посадочнойповерхности.

Рисунок9

Рисунок 10 – Эпюры _р,_,_на контактнойповерхностиоси опорноговалка стана2500 при Р=1200кг/мм;n=1,19;n=1,34и =0,8;1,15; 1,3

Рисунок11 – Эпюры _р,_,_на контактнойповерхностибандажа опорноговалка стана2500 при Р=1200кг/мм;n=1,19;n=1,34и =0,8;1,15; 1,3

значительнойчасти контакта.На части контактнойповерхностиобщее давлениенесколькоменьше давленияот натяга.

Расчетвалка на возможностьпроворачиваниябандажа на осиот действиякрутящегомомента производитсяпо формуле:

Мпр [ Мкр] = РfR (19)

где Мпр – моментпрокатки;

[Мкр] –крутящий момент,который способнопередать соединениес натягом;

Р – контактноедавление всоединении;

f –коэффициенттрения покояна посадочныхповерхностяхсоединения;

R –радиус посадочнойповерхности.

Допускаемыйкрутящий моментпрямо пропорционаленконтактномудавлению,следовательно,при расчетесоставноговалка на возможностьпроворачиваниябандажа необходимоучитыватьособенностираспределенияи величинуконтактногодавления ввалках.

Полноеконтактноедавление всоставном валкеопределяетсяпо формуле:

P = _r= _rp+ _r

Интегрируя_rпо кругу можноопределитьпредельныйкрутящий момент,который способенпередаватьсоставной валокс учетом действиявнешних силР:

(20)

Произведенныерасчеты по этойформуле показали,что увеличениепредельногокрутящегомомента, которыйспособен передатьсоставной валокбез проворотабандажа с учетомвоздействиявнешних силР составляетпримерно 20-25% [11].

Передаваемыйкрутящий моментпропорционаленкоэффициентутрения f.От величиныкоэффициентатрения зависити деформациявалка под нагрузкой.Очевидно, чтодля предотвращениядеформациии микросмещенийв точках контактавозможно увеличитькоэффициенттрения и создатьна контактенеобходимогоудельногодавления. Изменениеконтактногодавления можнодостичь изменениемвеличины натягаи изменениемтолщины бандажа.Как видно изрисунков 6, 7, 8,уменьшениетолщины бандажаприводит кувеличениюградиентовнапряженийв местах приложениянагрузки. Аувеличениенатягов, в своюочередь, приводитк росту самихнапряжений,которые ужепри значении=1,15 дляd₂=1150 мм и=1,3 дляd₂=1300 мм превышаютдопускаемыедля стали 150ХНМ,равные 200 МПа(табл. 1), из которойпредлагаетсявыполнитьбандаж.

Поэтомустановитсяочевиднымувеличиватькоэффициенттрения на посадочныхповерхностях.Оптимальныйвыбор значенийвеличины натягаи коэффициентатрения позволитизбежать износаповерхности,что будетспособствоватьмногократномуиспользованиюоси.

2.3 Расчетна кратностьиспользованияоси составногоопорного валка

Оси бандажированныхопорных валковизготавливаютсяиз списанных,уже отработанныхвалков. Поэтомурасчет на кратностьиспользованияоси ведетсяисходя из усталостнойпрочности еематериала –стали 9ХФ.

В расчетах[13], [8], [15] учитывалисьчисло цикловнагружения,усталостныехарактеристикиматериала оси,а также величины3х видов напряжений:

1 – сжимающих,вызванныхпосадкой бандажана ось с натягом;

2 – изгибающих,вызваннымдавлениемметалла навалки;

3 – касательных,вызванныхкручением.

Расчетпроизводилсядля наиболееопасных сечений1-1 и 2-2 (рисунок12) с различнымизначенияминатяга посадки.

Опорныйвалок 1600х2500 проходитперевалку в5, 6 клетях черезкаждые 150 тыс.тонн проката[15]. При перешлифовкахсъем с поверхности

Рисунок12 – Схематическоеизображениесечений, длякоторых производилсярасчет осивалка на усталостнуюпрочность.

1. –поперечноесечение серединыбочки валка

2-2 – сечение,в месте переходаот бочки валкак шейке.

бочкипроизводитсяне менее 3 ммна диаметр.Общий съемсоставляет120 мм (_max= 1600 мм, _min=1080 мм), то естьвалок можетустанавливатьсяне менее 40 раз,например, по20 в каждой клети

Основныетехнологическиехарактеристики5, 6 клетей чистовойгруппы стана2500 горячей прокаткиОАО ММК приведеныв таблице 4.

Таблица4 – Основныехарактеристики5, 6 клетей

Номерклети	5	6
Катающийдиаметр, мм	1600-1480	1600-1480
Прокатза установку,тыс. тонн	150	150
Скоростьпрокатки V,м/с	1,42	2,05
Максимальноедавление металлана валки Р, тс	3000	3000
Максимальныйкрутящий моментМкр, тсм	217	192
Количествоустановок	20	20

В расчетахпринимаемсредний катающийдиаметр опорноговалка d_ср=1540мм.

Давлениеметалла навалки постоянно,следовательно,максимальныеизгибающиенапряжения_изгmax равны_изгmin , взятымс обратнымзнаком. Постояннымиявляются инапряжениясжатия _сж(табл. 1), зависящиеот величинынатяга.

Расчетыпроизводилисьдля трех различныхвеличин натягов=0,8;1,15; 1,3.

Такимобразом, циклическоенагружениево всех клетях,совмещающеедействие отпостоянныхи переменныхнагрузок, носитасимметричныйхарактер.

Количествоциклов нагруженияв каждой клетисоставляет:

(21)

гдеV_i –скорость прокаткив каждой клети,м/с;

d_ср– средний катающийдиаметр бочкиопорного валка,м;

t –время работывалка в каждойклети за установку,ч;

К – количествоустановок.

Результатырасчетов сведеныв таблицу 5.

Таблица5 – Количествочасов работыи циклов нагруженияв каждой клети

Номерклети	5	6
T	93, 94	103,17
Ni	1,99х106	3,15х106

Общеечисло цикловнагруженияопорного валкапри однократномиспользованииоси составляет:N=N_i=5,14x10⁶.

2.4 Определениециклическойвыносливостив сечении 1-1

Максимальныеизгибающиенапряжения:

(22)

(23)

где Р= 3000 тс – давлениеметалла навалки;

а = 3,27 м –расстояниемежду осяминажимных винтов;

W_изг= d²_оси/32 –момент сопротивлениясечения остпри изгибе;

L_боч=2,5м – длина бочкиопорного валка.

Максимальныенапряжениясжатия _сжнаходятся поформуле (7). Следовательно,имеем:

(24)

Г

де_- коэффициентчувствительностиметалла к ассимметриицикла;

(25)

₀=(1,4…1,6)_-1 - предел усталостидля пульсирующегоцикла.

Максимальноенапряжение,вызванноекручением_maxi,в каждой клетизависит отмаксимальногокрутящегомомента М_крi=217тм:

(26)

Эквивалентноенапряжение,учитывающеевсе виды напряжений,действующихна составнойвалок:

(27)

Результатырасчетов сведеныв таблицу 6.

Таблица6 – Значениянапряженийв валке дляразличныхзначений посадочныхдиаметров инатягов

Посадочныйдиаметр, м	d=1.15			d=1.3
Wизг,м3	0,149			0,216
изг,МПа	101,67			70,14
max,МПа	7,27			7,27
Натяг,мм	=0,8	=1,15	=1,3	=0,8	=1,15	=1,3
сж,МПа	64,64	92,92	105,04	37,14	53,4	60,36
max,МПа	123	132,33	136,33	82,4	87,76	90,06
экв,МПа	123,85	133,12	137,1	83,67	88,96	91,23

Соответствующеечисло циклов,которое можетвыдержатьобразец доразрушения[16], [17]:

(28)

Материалоси – сталь9ХФ, со следующимиусталостнымихарактеристиками[18]:

_-1=317 МПа– предел выносливости;

N₀=10⁶– базовое числоциклов;

R=tg=(0.276_-1-0.8)=7.95кг/мм² – тангенснаклона кривойусталости

Для оценкизапаса долговечностии срока службыдетали прирасчетах наограниченнуюдолговечностьприменяетсякритерий n_{доп.долг.}– допускаемыйзапас долговечности:

(29)

где n_доп=1,5– допускаемыйзапас прочности.

Кратностьиспользованияоси при полномиспользованиипрочностныхсвойств материала:

(30)

Результатырасчетов сведеныв таблицу 7.

Таблица7 – Влияниепосадочногодиаметра инатяга оси наее кратность

Посадочныйдиаметр, м	D=1.15			d=1.3
Натяг,мм	=0,8	=1,15	=1,3	=0,8	=1,15	=1,3
Nппр106	269,27	205,68	183,18	860,18	737,77	691,63
Кратностьоси Т	2,45	1,88	1,67	7,84	6,72	6,3

На основаниипроведенныхрасчетов можносделать следующиевыводы: с увеличениемнатяга кратностьиспользованияоси составногоопорного валкаснижается засчет увеличенияпостоянныхсжимающихнапряжений,вызванныхгорячей посадкойбандажа на осьс натягом. Вслучае дляболее тонкогобандажа (d=1,13м) наблюдаетсяувеличениекратностииспользованияоси более чемв 3 раза приодинаковыхзначенияхнатяга, так какдля d=1,13 мхарактерныменьшие напряжениясжатия оси.Если же обратитьсяк эпюрам распределениянапряженийдля разныхтолщин бандажа(рисунок 6, 7, 8, 9, 10,11), то следуетотметить менееблагоприятнуюкартину дляболее тонкогобандажа. Следуетпринять вовнимание и то,что в расчетахучитывалисьне просто максимальнодопустимыенагрузки навалок, но ихпиковые значения.Если учесть,что для стали150ХНМ, из которойпредлагаетсявыполнитьбандаж, напряжениярастяженияв бандаже превышаютдопускаемыев случаях d=1,15м при =1,15мм и d=1,3м при=1,3 мм(табл.1), то оптимальнымможно считатьвариант приd=1,15 м, =0,8.Кратность осив этом случаесоставляет2,45 раза. Но, принимаяво внимание,что реальныенагрузки несколькоменьше расчетных,а также то, чтона сопрягаемыеповерхностипредлагаетсянанести металлическоепокрытие,увеличивающеенесущую способностьсоединения,не изменяя приэтом существеннымобразом егонапряженноесостояние, тократностьиспользованияоси естественнымобразом увеличится.

2.5 Определениециклическойвыносливостив сечении 2-2

Ось опорногосоставноговалка в сечении2-2 испытываетдействие изгибающихи касательныхнапряжений.При таком нагружениинапряженияизменяютсяпо симметричномуциклу:

(31)

где

Опасностиусталостногоразрушенияоси в этом сечениинет.

2.6 Определениезоны проскальзыванияи прогиба составногои цельногоопорного валка

Известентот факт, чтов ходе работы,в результатедействия приложенныхнагрузок, какрабочие, таки опорные валкиначинают прогибаться.Явление прогибаможет вызватьухудшениекачествапрокатываемойполосы, биениевалков, что, всвою очередь,может привестик быстромувыводу из строяподшипниковыхузлов и появлениюфреттинг –коррозии.

Разницатемпературбандажа и осив процессепрокатки, вслучае длясоставноговалка, можетпривести кпроворачиваниюбандажа относительнооси, то естьпоявлению зоныпроскальзывания.

Ниже приведенырасчеты возможнойвеличины зоныпроскальзыванияс учетом действующихнагрузок иопределенияпрогиба составногои цельногоопорного валкас целью сравненияих значений.

2.7 Определение прогиба цельногоопорного валка

Давлениеметалла навалки при прокаткепередаетсячерез рабочиевалки на опорные.Характерраспределениядавления вдольбочки опорныхвалков зависитот ширины раската,жесткости идлины бочкирабочих и опорныхвалков, а такжеот их профиля.

Еслипредположить,что давлениеметалла навалки передаетсярабочим валкомна опорныйравномерно,то прогиб опорныхвалков можнорассчитатькак изгиб балки,свободно лежащейна двух опорах,с учетом действияпоперечныхсил [19].

Общаястрела прогибаопорного валка[20]:

f_о.в.= f_о.н. =f₁ + f₂ (32)

где f₁– стрела прогибаот действияизгибающихмоментов;

f₂ -стрела прогибаот действияпоперечныхсил.

В своюочередь

(33)

(34)

где Р– давлениеметалла навалок;

Е – модульупругостиметалла валка;

G –модуль сдвигаметалла валка;

D₀– диаметр опорноговалка;

d₀– диаметр шейкиопорного валка;

L –длина бочкиопорного валка;

а₁ – расстояниемежду осямиподшипниковопорных валков;

с – расстояниеот края бочкидо оси подшипникаопорного валка.

Таблица8 – Данные длярасчета прогибацельного опорноговалка

Название	Обозначение	Значение
Давлениеметалла навалок, Н	P	2,943х107
Модульупругостиметалла валка,Н/мм2	E	2,1х105
Модульсдвига металлавалка, Н/м2	G	8х104
Диаметропорного валка,мм	D0	1600
Диаметршейки опорноговалка, мм	d0	1100
Длинашейки опорноговалка, мм	L	930
Продолжениетаблицы 8
Расстояниемежду осямиподшипников,мм	a1	3270
Расстояниеот края бочкидо подшипников,мм	C	385
Прогибот действияизгибающихмоментов, мм	f1	0,30622
Прогибот действияпоперечныхсил, мм	f2	0,16769

Тогдаобщая стрелапрогиба опорноговалка:

f=0,30622+0,16769=0,47391мм

2.8 Определениепрогиба и зоныпроскальзываниядля составногоопорного валка

Расчетпроизводилсядля рекомендованныхранее оптимальныхзначений натяга,радиуса бандажа,коэффициентовтрения.

Основныеданные длярасчета приведеныв таблице 9.

Таблица9 – данные длярасчета жесткостисоставногоопорного валка

Показатель	Обозначение	Значение
Радиусбандажа, м	R2	0,8
Радиусоси, м	R	0,575
Модульупругостипервого рода,Н/м2	G	8х1010
Модульупругостивторого рода,Н/м2	E	2,1х1011
Коэффициент,учитывающийнеровностьраспределениякасательныхнапряжений	K1	0,695
	K2	0,787
Коэффициент,учитывающийисполнениекромок бандажа	K	0,833
Коэффициент,зависящийот поперечногосечения оси	1	0
Коэффициент,зависящийот поперечногосечения бандажа	2	0,71875
Продолжениетаблицы 9
КоэффициентПуассона		0,3
Натягмежду бандажоми осью валка,м		0,0008
Коэффициентвлияния выступающихпо краям бандажачастей оси	F	1,54
Коэффициенттрения		0,3
Крутящиймомент, Нм	M	2170000
Длинабочки опорноговалка, м	L0	2,5
Усилиевоздействияна валок, Н	P	30000000
Радиусшейки валка,м	Rш	0,55
Длинашейки валка,м	l2	0,635
Коэффициентдля шейки	Kш	0,8

Площадьпоперечногосечения бандажаи оси:

(35)

(36)

Моментыинерции бандажаи оси:

(37)

Постоянныйкоэффициент:

(38)

Контактноедавление P_H=32,32х10⁶Н/м² (см табл.1).

Изгибающиймомент на единицудлины, возникающийза счет силтрения:

m= 4 P_HR²= 12822960 Нм (39)

Расчетдлины участкапроскальзываниябандажа относительнооси при изгибе:

(40)

(41)

(42)

Определимпрогиб составногоопорного валка,воспользуясьметодикой,приведеннойв работе [19], [22].Расчетная схемаприведена нарисунке 13.

Рисунок13 – Схема действующихусилий в осевомсечении бандажированноговалка

Р

аспределеннаянагрузка:

(43)

Изгибающиймомент, действующийна валок в сечении[x=0]:

(44)

Перерезывающееусилие, действующиена валок в сечении[x=0]:

Q₀= q₀ (l₀- l) = 10,23x10⁶Н (45)

Определениепрогиба при[х=0]:

(46)

Угол поворотапри [х=0]:

(47)

Интенсивностьсилы взаимодействиямежду осью ибандажом:

(48)

(49)

(50)

(51)

Определениепрогибов длябандажа и осив областипроскальзывания:

(52)

(53)

Углы поворотабандажа и оси:

(54)

(55)

Изгибающиймомент на бандажеи оси:

(56)

(57)

Перерезывающееусилие, действующеена бандаж иось:

(58)

(59)

Сдвигбандажа относительнооси на краюбочки валка:

(60)

(61)

Прогибшейки валка:

(62)

(63)

(64)

Полныйпрогиб бандажированноговалка:

y=y_x+ y_ш= 0,000622 м = 0,622 мм (65)

Как видноиз результатоврасчетов, прогибысоставногои сплошноговалков поднагрузкойпрактическиодинаковы.Прогиб составноговалка немногимболее прогибацельного (y_{сплошного}= 0,474 мм, y_сост= 0,622 мм). Это говорито том, что жесткостьсоставноговалка ниже,вследствиечего бандажможет скользитьотносительнооси. Расчеты,в свою очередь,показали, чтозона проскальзыванияневелика исоставляетвсего 0,045 м. Навеличину зоныпроскальзыванияи жесткостьвалка в целомвлияют окружныерастягивающиенапряженияво втулке _t(в соответствиис рисунком 13).

Эксперименты,проводимыедля исследованияжесткостисоставныхпрокатныхвалков [19] позволилиувидеть, чтонаибольшиерастягивающиенапряжения_tрасположенына внутреннемконтуре бандажав области егоконтакта свалом; это указываетна возрастаниеконтактныхдавлений отпосадки приизгибе валка.Установлено,что уменьшениеотносительногонатяга снижаетнапряжение_t.Следовательно,уменьшениемнатяга прессовогосоединенияможно устранитьразрушениебандажа, однако,это приводитк потере жесткостивала, ослабляетпрессовоесоединение,расширяетобласть проскальзываниябандажа испособствуетфреттинг-коррозиипосадочнойповерхности.Так как длярасчетов выбраноминимальноезначение натяга(=0,8 мм), тодля улучшениясцепления валас бандажомнужно повыситькоэффициенттрения на посадочнойповерхности,например, припомощи нанесенияметаллическогопокрытия.

2.9 Разработкамероприятийдля предотвращенияфреттинг –коррозии наосадочныхповерхностяхи повышенияповерхностивалка

Фреттинг– коррозия –повреждениеметаллическойповерхностив результатеконтактноготрения, прикотором отделенныечастицы иповерхностныеслои взаимодействуютс компонентамиокружающейсреды (наиболеечасто с кислородом).

Известно,что при самыхнезначительныхнагрузках насоприкасающихсяповерхностяхмогут возникатьзаметные поврежденияповерхностныхслоев от фреттинга.Это в полноймере относитсяи к составнымпрокатнымвалкам, собраннымпо посадке снатягом, в которыхконтактныедавления достигаютзначительныхвеличин и имеютсязоны проскальзывания,прилегающиек торцам бандажа.В местах сопряженияпри знакопеременныхсмещенияхпосадочныхповерхностейоси и бандажаобразуютсязадиры, количествокоторых увеличиваетсяпочти пропорциональнонапряжениюнатяга. В последствииони переходятв концентраторынапряжения,что вызываетускоренноеусталостноеразрушениеоси, располагающейсяна некоторомрасстоянииот торца бандажапо посадочнойповерхности.Как правило,в конструкцияхвалков, гдевыраженафреттинг-коррозия,разрушениепроисходитздесь, а не пошейке. С цельюуменьшениявлияния этогопроцесса наторцах оси,выполняютсяразрушающиефаски, чтобыповысить надежностьоси за счетснятия концентраторовнапряжений,которые на краюсопряжениястановятсяравными нулю(рисунок 14).

Рисунок14 – Скосы на краюоси бандажированноговалка

Однакобез специальныхвидов обработокпосадочныхповерхностейне удаетсяизбежать поломокосей по этойпричине. Наиболееэффективныв этом случаемягкие гальваническиепокрытия. Применениеих значительноувеличиваетплощадь фактическогоконтакта сопряжения.При этом в контактесопрягаемыхдеталей возникаютпрочные связи(схватываниеметаллов), благодарячему поверхностиметалла сопрягаемыхдеталей защищаютсяот задиров имеханическихповреждений.При этом резкоснижаетсявероятностьобразованияостаточногопрогиба, иувеличиваютсяпредпосылкидля многократногоиспользованияоси при сменныхбандажах [14].

2.10 Исследованиевлияния покрытийсопрягаемыхпокрытий нанесущую способностьсоединенияось – бандаж.Выбор материалаи технологиинанесенияпокрытия.

Несущаяспособностьсоединенияс натягомпрямопропорциональнакоэффициентутрения на посадочнойповерхности,который входитв основныерасчетныеформулы дляопределениянаибольшихкрутящих моментови осевой силы.Коэффициенттрения зависитот многих факторов:давление наконтактныхповерхностях,размеров ипрофиля микронеровностей,материала исостояниясопрягающихсяповерхностей,а также способасборки. Следуетзаметить, чтодля большихдиаметров(d=500- 1000 мм) посадочныхповерхностейи соответственнонатягов (до0,001 d),которые характерныдля конструкциисоставныхвалков, какие-либоэкспериментальныеданные по величинекоэффициентовтрения отсутствуют.Обычно прирасчетах составныхвалков, сборкакоторых осуществляетсяпутем нагревабандажа до300-400С,коэффициенттрения принимаютравным f=0,14.Такая осторожностьи выбор весьманизкой величиныкоэффициентатрения вполнеоправданы. Делов том, что прибольших значенияхнатяга (до 1 - 1,3мм) влияниеисходнойшероховатостиповерхностии образующихсяна ней при нагревебандажа окисныхпленок, увеличивающихкоэффициенттрения, можетоказатьсявесьма незначительным.

В рядеработ [22, 23] указывается,что несущуюспособностьсоединенийс натягом можносущественноповысить нанесениемгальваническихпокрытий наодну из посадочныхповерхностей.Толщина покрытийобычно составляет0,01 – 0,02 мм. В среднемприменениепокрытий повышаеткоэффициентытрений в полтора– четыре разапри всех способахсборки.

Повышениепрочностисоединенийс гальваническимипокрытиямиобъясняетсявозникновениемметаллическихсвязей в зонеконтакта и увеличениемфактическойплощади контакта.Выявлено, чтомягкие гальваническиепокрытия дажев области малыхдавлений подвергаютсяпластическимдеформациями заполнятвпадины микропрофиляохватываемойдетали, не вызываяего пластическойдеформации.Повышениепрочностисоединенийвызываетсятем, что в начальныхмомент смещениядеталей, происходитодновременныйсрез большогоколичествамикрообъемовпокрытия неровностямиохватываемойдетали. Наиболееблагоприятноевлияние нанесущую способностьцилиндрическихсоединенийс натягом оказываютмягкие (анодные)покрытия (цинк,кадмий и др.).Они способствуютне только повышениюпрочностисоединений,но и сопротивлениюусталостивалов. Нанесениецинковогопокрытия повышаетпредел выносливостивалов при круговомизгибе на 20% [23].

При нанесениипокрытий натягв соединениивозрастает.Обычно приращениенатяга принимаютравным удвоеннойтолщине покрытия,независимоот его вида.Следует заметить,что при большихнатягах и большихдиаметрахсоединениявлияние толщиныпокрытия нестолько существенно.

Анализрезультатовработ, в которыхрассматриваетсявлияние покрытийна несущуюспособностьсоединенийс натягом даетоснованиеполагать, чтодля составныхвалков наиболееподходит покрытиеиз достаточнопластичныхметаллов. Нанесениетаких покрытийна посадочнуюповерхностьоси позволяетповысить коэффициенттрения не менеечем в 2 раза. Привыборе методаи технологийпокрытия будемруководствоватьсяследующимисоображениями.

Существуютразнообразныеметоды нанесенияметаллическихпокрытий сцелью предотвращениякоррозии, высокойтемпературы,уменьшенияизноса и др.Практическивсе методынанесенияпокрытий (горячий,электролитический,напыление,химическоеосаждение ит.п.) требуютподготовкиповерхностей,обычно включающейв себя обезжиривание,травление,химическоеи электрохимическоеполирование.Эти операциивредны дляобслуживающегоперсонала и,несмотря натщательнуюочистку стоков,загрязняютокружающуюсреду.

Использованиеперечисленныхметодов длянанесенияпокрытия наось составногопрокатноговалка длинойоколо 5 метровпредставляетзначительныетехническиетрудности.Следует заметить,что в работах,где приводятсяданные о влияниипокрытий накоэффициенттрения, покрытиянаносилисьэлектролитическимили горячимспособом нанебольшиеобразцы илимодели прокатныхвалков [22]. Использованиетаких способовдля крупногабаритныхвалков потребуетсоздания специальныхотделений илицехов. Представляетсяцелесообразнымфрикционныеметоды нанесенияпокрытий. Однииз наиболеепростых и весьмаэффективныхявляется способнанесенияпокрытия вращающейсяметаллическойщеткой (ВМЩ,фрикционноеплакирование)[24]. При этом одновременнос нанесениемпокрытия происходитповерхностноепластическоедеформирование(ППД), что будетспособствоватьповышениюусталостнойпрочности осивалка.

Схемаодного из вариантовнанесенияпокрытия вращающейсяметаллическойщеткой приведенана рисунке 14.

Материалпокрытия (МП)прижимаетсяк ворсу ВМЩ иразогреваетсяв зоне контактас ней до высокойтемпературыс ней. Частичкиметалла покрытиясхватываютсяс концами ворсиноки переносятсяна обрабатываемуюповерхность.Поверхностьобрабатываемогоизделия упрочняетсяза счет интенсивногопластическогодеформированиягибкими упругимиэлементами.Одновременнопроисходитпластическоедеформированиечастиц металлапокрытия, находящихсяна концах ворсиноки схватываниеих с поверхностьюизделия. Удалениеокисных пленок,обнажениечистых поверхностейпри совместнойпластическойдеформацииповерхностныхслоев и частичекматериалапокрытия обеспечиваетпрочное сцеплениеих с основой.

Рисунок14 – Схема нанесенияпокрытия методомфрикционногоплакирования(ФП)

1. заготовкаиз материалапокрытия (МП)

2. инструментс гибкими упругимиэлементами(ВМЩ)

3. обрабатываемоеизделие (осьсоставноговалка)

Покрытие,которое наноситсяна посадочнуюповерхностьоси прокатноговалка должнообладать следующимисвойствами:существенноувеличиватькоэффициенттрения, бытьдостаточнопластичными заполнятьвпадины микропрофиля,обладать хорошейтеплопроводностью.Этим требованиямможет отвечатьалюминий. Онхорошо наноситсяна стальнуюповерхностьс помощью ВМЩи образуетпокрытие достаточнойтолщины. Однакоответ на главныйвопрос – о величинекоэффициентатрения в соединениис натягом, однаиз сопрягаемыхповерхностейкоторого покрытаалюминием, втехническойлитературеотсутствует.Цилиндрическиесопряженияиз материаловсталь – алюминий,собранные попосадке с натягом,также не известны,так как чистыйалюминий из-занизких прочныххарактеристикне применяетсяв качествеконструкционногоматериала.Однако естьданные о коэффициентахтрения припластическомдеформированииметаллов (таблица10) [25].

Таблица10 – Коэффициентысухого тренияразличныхметаллов постали маркиЭХ-12 твердостьюНВ-650

Металл	Медь	Цинк	ЛатуньЛ-59	Алюминий	Никель	Свинец	Кадмий	Олово
Среднеезначениекоэффициентатрения	0,36	0,39	0,44	0,97	0,32	0,33	0,24	0,18

Как следуетиз таблицы 10,алюминий вусловияхпластическогодеформированияимеет максимальныйкоэффициенттрения в контактес остальнойповерхностью.Кроме того, уалюминия оченьвысокая теплопроводность.Эти факторыи послужилипричиной выбораалюминия вкачестве материалапокрытия охватываемойповерхностиоси валка.

2.11 Выборматериала осии бандажа испособы ихтермообработки

При выборематериаласоставныхвалков следуетучитыватьтермомеханическиеусловия ихслужбы. Валкиподвергаютсязначительнымстатическими ударным нагрузкам,а также термическомувоздействию.При таких жесткихусловиях работывесьма затруднительноподобратьматериал,обеспечивающийодновременновысокую прочностьи износостойкость.

К бочкевалка и егосердцевинепредъявляютсяразличныетребования.Сердцевинадолжна обладатьдостаточнойвязкостью ипрочностью,хорошо сопротивлятьсядействию изгибающих,крутящих моментови ударным нагрузкам.Поверхностьбочки должнаобладать достаточнойтвердостью,износостойкостью,термостойкостью.

Осьвалка изготавливаетсяиз стали 9ХФ,бандаж валка– 150ХНМ, исходяиз опыта использованияэтой стали визготовлениибандажей составныхвалков на ОАОММК. Предлагаетсяв качествематериалабандажа использоватьболее легированнуюсталь – 35Х5НМФ,которая обладаетболее высокойизносостойкостьюв сравнениис 150ХНМ. Данныепо износостойкостивалковых материаловв условияхгорячей прокатки[26] представленыв таблице 11.

Таблица11 – Механическиесвойства иизносостойкостьвалковых материалов.

Маркастали	Примерныйхимическийсостав	Механическиесвойства			Относительнаяизносостойкость
		Твердость	В,кг/см2	т,кг/см2
9ХФ	0,08-0,9%С,0,15-0,3%V, 0,15-0,35%Si, 0,3-0,6Mn, 0,4-0,6%Cr, S, P0,03%	50…69HSD	88	160	1,48
60ХН	0,5-0,6%C,Ni1,5%,S, P0,03%	248HB	80	155	1,05
150ХНМ	1,4-1,6%C,0,8-1,2%Ni, 0,5-0,8%Mn, 0,25-0,5%Si, 0,9-1.25%Cr, S, P0,04%	363HB	64	100	1,8
35Х5НМФ	0,3-0,4%C,5%Cr, Ni1,5%,Mn1,5%,Y1,5%,S, P0,04	63…70HSD	16	98-128	3,0

Из таблицыследует, чтостали 60ХН 9ХН,которые используютсяв основном длявертикальныхи горизонтальныхвалков черновойгруппы, обладаютсамой низкойотносительнойизносостойкостью,что и подтверждаетсяопытом ихэксплуатации.Но эти сталипо своим характеристикамвполне подходятдля изготовленияосей составныхвалков. Дляизготовлениялитых бандажейпредставляетсяцелесообразнымиспользоватьстали 150ХНМ 35Х5НМФ.

35Х5НМФимеет болеевысокую стоимостьпо сравнениюс 150ХНМ, но, обладаязначительнойпрочностьюи износостойкостью,в процессеэксплуатацииоправдываетсебя, так как,обеспечиваяповышеннуюсопротивляемостьизносу и выкрашиванию,дольше сохраняетхорошую структуруповерхностибочки валка.

Дляпридания бандажами осям необходимыхэксплуатационныхсвойств онивначале отдельнотермообрабатываются.Затем бандаж,нагретый доопределеннойтемпературы,обеспечивающейдостаточносвободноенадевание напрофилированнуюось, образуютпрессовуюпосадку (вовремя охлажденияпроисходитохватываниеоси).

Данныетехнологическиеоперации приводятк формированиюв бандажезначительныхостаточныхнапряженийот термообработки.Известны случаи,когда вследствиевысокого уровняуказанныхнапряженийбандажи разрушалисьеще до началаэксплуатации:при храненииили транспортировке.

Поусловиям эксплуатациик осям не предъявляютсявысокие требованияпо твердости(230280HB),в то время какдля бандажейтребованияболее жесткие(5588HSD).В связи с этимдля осей применяетсяболее мягкаяпо сравнениюс бандажамитермическаяобработка, неприводящаяк возникновениюсущественныхостаточныхнапряжений[27]. Кроме того,опасные с точкизрения хрупкойпрочностирастягивающиенапряженияот посадкивозникаюттолько в бандаже,в результатечего можетпроисходитьизлом вдольбочки валка.

Какпоказываетопыт термообработкиэтих сталейпри изготовлениибандажей, наиболееэффективнойобработкойявляется тройнаянормализацияс температур1050С,850Си 900Сс последующимотпуском,обеспечивающиенаиболееблагоприятноесочетаниепластическихи прочностныххарактеристик.

Тройнаянормализацияприводит ксохранениюнаследственнойлитой структурыи способствуетраспределениюсвойств, обеспечивающихповышеннуюсопротивляемостьизносу и выкрашиванию.

Осьвалка изготавливаетсяиз отработанноговалка. Послепереточки донеобходимыхразмеров напосадочнуюповерхностьоси фрикционнымметодом наноситсяалюминиевоепокрытие, толщинойпримерно 20-25 мкм.Окончательнаяобработкапосадочнойповерхностиперед нанесениемпокрытия –чистое шлифование.

Тепловаясборка существенно(в среднем 1,2-1,5раза) увеличиваетнесущую способностьсоединенийс натягом. Этообъясняетсятем, что присборке подпрессом микронеровностисминаются, вто время какпри тепловойсборке они,смыкаясь, заходятв друг друга,что повышаеткоэффициенттрения и прочностьсцепления. Вданном случае,частицы покрытияпроникают какв поверхностьоси, так и бандажа,происходитвзаимная диффузияатомов покрытияи основногометалла, чтоделает соединениепрактическимонолитным.

Поэтомув соединенииможно снизитьнатяг, необходимыйдля передачизаданногокрутящегомомента, ссоответствующимуменьшениемнапряженийв оси и бандаже.

Придостаточновысоком нагревебандажа можнополучить нулевойнатяг или обеспечитьзазор при сборкесоединения.Рекомендуемаятемпературанагрева бандажаперед сборкойвалка – 380С-400С.

Рекомендациипо заменеиспользованныхбандажей

Возможныследующиеспособы заменыизношенныхбандажей:

1. Механические– вдоль образующейбандажа на всюего толщину делаются двепрорези настрогальномили фрезерномстанке, в результатечего бандажразделяетсяна две половины,которые легкодемонтируются.Прорези располагаютсядиаметральнопротивоположноодна относительнодругой.

2. Нагревбандажа в индукторетокам промышленнойчастоты (ТПЧ)– производитсянагрев бандажадо 400С-450С.такая температурадостигаетсяза три-четыреперехода индукторав течении 15-20минут. При нагревебандажа посечению доуказаннойтемпературы,он спадает спосадочнойповерхности.

3. Демонтажбандажа с помощьювзрыва – такаятехнологияприменяласьна ММК еще в50-х годах прошлоговека. В 1953 г. стан1450 горячей прокаткиполностьюперевели насоставныеопорные валки.Изношенныебандажи снимаютсяс оси взрывомнебольшихзарядов, закладываемыхв просверленныеотверстия.Такая технологиявозможна вусловиях г.Магнитогорска.

Экономическоеобоснованиепроекта

ОАО «ММК»- крупнейшийметаллургическийкомбинат нашейстраны. Егоосновной задачейявляется полноеудовлетворениепотребностейрынка в высококачественноойпродукции. ЦехЛПЦ –4 входитв состав ММК,котрый являетсяакционернымобществом.Развитие комбинатане стоит наместе: совершенствуютсяметоды обработкиметалла, внедряютсяв жизнь новыеидеи, закупаетсясовременноеоборудование.

Модернизациястана 2500 ЛПЦ-4 ОАО«ММК» осуществляетсяпутем заменыцельных валковна бандажированные.Стоимостьодного бандажированноговалка составляет1,8 млн. руб., приэтом годовойрасход валков10 шт. Стоимостьбандажированныхвалков составляет60% от стоимостицельных, приэтом за счетприменениядля бандажаболее износостойкогоматериалагодовой расходвалков уменьшитьсяв 1,6 раза и составит6 шт. в год.

4.1 Расчетпроизводственнойпрограммы

Составлениепроизводственнойпрограммыначинаетсяс расчета балансавремени работыоборудованияв планируемомпериоде 28.

Фактическоевремя работыоборудованиярассчитываетсяпо формуле:

Т_ф=Т_ном*С*Т_с*(1-Т_т.пр/100%) (66)

гдеС=2– количествосмен работыоборудования,

Т_с=12– продолжительностьодной смены,

Т_т.пр– процент текущихпростоев поотношению кноминальномувремени (8,10%),

Т_ном– номинальноевремя работыоборудования,рассчитываемоепо формуле:

Т_ном=Т_кал-Т_рп-Т_п.пр-Т_в (67)

гдеТ_кал=365сут. – календарныйфонд времениработы оборудования,

Т_рп=18,8сут. – режимныепростои;

Т_п.пр=12-количестводней нахожденияоборудованияна планово-предупредительныхремонтах,

Т_в– общее количествопраздничныхи выходных днейв году.

Т_в=0,так как графикработы непрерывный.

Годовойобъем производстварассчитывается,как:

Q_год=Р_ср*Т_ф (68)

ГдеР_ср=136,06т/час – среднечасоваяпроизводительность.

Фактическоевремя работыоборудованияи годовой объемпроизводства:

Т_ном=365-18,8-12-0=334,2(суток)

Т_т.пр=0,081*334,2=27,7(суток) или 650 (ч)

Т_ф=334,2*2*12*(1-8,1/100)=7371 (ч)

Q_год=136,06*5033=1002870т

Рассчитанныеданные приведеныв таблицу 12.

Таблица12 - Баланс времениработы оборудования

Показатель	Единицы Измерения	Количество
1)календарноевремя 2)планируемыепростои -плановые ремонты -режимные простои 3)номинальноевремя 4)текущие простои 5)фактическоевремя 6)среднечасоваяпроизводительность 7)годовой объёмпроизводства	сут сут сут сут ч ч т/час т	365 12 18,8 334,2 650 7371 136,06 1002870

4.2 Расчётсметы капитальныхзатрат

Затратына осуществлениемодернизациистана 2500 рассчитываютсяпо формуле:

К_з=С_об+М+Д±О-Л (69)

гдеМ–затраты намонтаж оборудования,

Д – затратына демонтажоборудования,

О – остаточнаястоимостьдемонтируемогооборудования

Л–ликвидационнаястоимость (поцене металлолома),рассчитываемаякак:

Л=m*Ц_л (70)

гдеm– масса демонтируемогооборудования,

Ц_л– цена 1 тонныметаллолома,

С_об–стоимостьприобретенногооборудования.

Тогдазатраты назакупку валковсоставят:

С_об=6*(1800000*0,6)=6480000руб.

Затратына демонтажстарых и монтажновых валковравны нулю, таккак смена валковявляется текущейработой в цехе:М=Д=0 руб.

Происходитзамена цельныхвалков, уже иизносившихся,соответственноих остаточнаястоимость О=0руб.

Износившиесяцельные валкиидут на переработку,поэтому ликвидационнойстоимостьюне обладают(Л=0).

Такимобразом, капитальныезатраты наосуществлениемодернизации:

К_з=6480000+0+0+0-0=6480000руб.

4.3 Организациятруда и заработнойплаты

Расчетфонда оплатытруда приведенв таблицу 13.

Таблица13 - Расчет фондаоплаты труда

№ п/п	Наименованиепоказателя	Наименованиерабочего места
		Мастер(старш.)	Бригадир		Машинисткрана	Вальцовщик		Операторпоста
1.	Отношениек производству	ПР	ПР		ПР	ПР		ПР
2.	Разрядработы илиоклад	7	6		5	6		5
3.	Тарифнаясетка	№ 1	№1		№ 1	№1		№ 1
4.	Тарифнаяставка, руб./ч.	24,78	21,71		18,87	21,71		18,87
5.	Системаоплаты труда	СП	СП		СП	СП		СП
6.	Графикработы	2Н	2Н		2Н	2Н		2Н
	Продолжениетаблицы 13
7.	Количествоработающихс учетом подмены	8		8	4		4		4
8.	Планируемоевыполнениенорм выработки	100%		100%	100%		100%		100%
9.	Фондрабочего времени,чел./ ч.	182,5		182,5	182,5		182,5		182,5
9.1	Работав праздничныедни	5,5		5,5	5,5		5,5		5,5
9.2	Переработкапо графику,чел./ ч.	10		10	10		10		10
9.3	Работав ночное время,чел./ ч.	60,83		60,83	60,83		60,83		60,83
9.4	Работав вечернеевремя	60,83		60,83	60,83		60,83		60,83
10.	Основнаязаработнаяплата, руб./мес.(Σстр.10.1ч10.8)	8584,67		7406,10	6537,22		7406,10		6537,22
10.1	Оплатапо тарифу(стр.4*стр.9)	4522,35		3962,07	3443,78		3962,07		3443,78
10.2	Сдельныйприработок	0		0	0		0		0
10.3	Производственнаяпремия	1808,94		1584,83	1377,51		1584,83		1377,51
10.4	Доплатаза работу впраздничныедни	136,29		119,41	103,78		119,41		103,78
10.5	Доплатаза переработкупо графику	92,93		81,41	70,76		81,41		70,76
10.6	Доплатаза работу вночное время	602,95		528,25	459,14		528,25		459,14
10.7	Доплатаза работу ввечернее время	301,47		264,12	229,57		164,12		229,57
10.8	Доплатапо районномукоэффициенту	1119,74		966,01	852,68		966,01		852,68
11.	Дополнительнаязаработнаяплата	1502,32		1296,07	1144,01		1296,07		1144,01
12.	Всегозаработнаяплата по одномурабочему(стр.10+стр.11)	10086,99		8702,17	7681,23		8702,17		7681,23
13.	Всегозаработнаяплата всехрабочих	80695,92		69617,36	30724,92		34808,68		30724,92

Поясненияк таблице 13:

Расчетфонда рабочеговремени (п. 9):

t_мес=365*С_смен*t_смен/(12*б) (71)

где С_смен=2– количествосмен за сутки,

t_смен=12 ч.– продолжительностьодной смены,

б=4 – количествобригад,

t_мес.=365*2*12/(12*4)=182,5чел*час

Продолжительностьработы в праздничныедни:

t_пр=n_пр*С_смен*t_смен/(12*б) (72)

t_пр=11*2*12/12*4=5,5чел*час

Продолжительностьпереработкипо графику:

∆ t_мес=t_гр-(2004/12),

t_гр=∆t_мес-t_пр.

∆ t_мес=182,5-2004/12=15,5чел*час,

t_гр=15,5-5,5=10чел*час.

Расчетвремени работыв ночное и вечернеевремя:

t_ночн=1/3*t_мес,

t_веч=1/3*t_мес,

t_ночн=1/3*182,5=60,83чел*час,

t_веч=1/3*182,5=60,83чел*час.

Расчетзаработнойплаты по трарифу(п. 10.1):

ЗП_тар=t_час*t_мес,

t_час– часовая тарифнаяставка.

Для7го разряда:ЗП_тар=24,78*182,5=4522,35руб.;

Для6го разряда:ЗП_тар=21,71*182,5=3962,07руб.

Для5го разряда:ЗП_тар=18,87*182,5=3443,78руб.;

Расчетсдельногоприработка(п. 10.2):

∆ЗП_сд=ЗП_тар*[(N_выр-100)/100],где

N_выр-планируемоевыполнениенорм выработки,%.

Дляобоих рабочих:∆ЗП_сд=0,так как нормавыработки 100%и приработканет.

Расчетпроизводственнойпремии (п. 10.3):

ЗП_прем.=(ЗП_тар.+∆ЗП_сд)*Премия/100%,

Размерпроизводственнойпремии, установленныйна данном участкеравен 40%.

Для7го разряда:ЗП_прем.=(4522,35+0)*40%/100%=1808,94руб.;

Для6го разряда:ЗП_прем.=(3962,07+0)*40%/100%=1584,83руб.

Для5го разряда:ЗП_прем.=(3443,78+0)*40%/100%=1377,51руб.;

Расчетдоплаты заработу в праздничныедни при нормевыработки в100%:

∆ЗП_пр=t_час*(100/100)*t_пр.

Для7го разряда:∆ЗП_пр=24,78*5,5=136,29руб.,

Для6го разряда:∆ЗП_пр=21,71*5,5=119,41руб.

Для5го разряда:∆ЗП_пр=18,87*5,5=103,78руб.,

Расчетдоплаты запереработкупо графику(37,5%):

∆ЗП_гр=t_час*(37,5/100)*t_гр

Для7го разряда:∆ЗП_гр=24,78*10*0,375=92,93руб.,

Для6го разряда:∆ЗП_гр=21,71*10*0,375=81,41руб.

Для7го разряда:∆ЗП_гр=18,87*10*0,375=70,76руб.,

Расчетдоплаты заработу в ночноевремя (40%):

∆ЗП_ночн=t_час*(40/100)*t_ночн

Для7го разряда :∆ЗП_ночн=24,78*0,4*60,83=602,95руб.,

Для6го разряда:∆ЗП_ночн=21,71*0,4*60,83=528,25руб.

Для5го разряда :∆ЗП_ночн=18,87*0,4*60,83=459,14руб.,

Расчетдоплаты заработу в вечернеевремя (20%):

∆ЗП_веч=t_час*(20/100)*t_веч

Для7го разряда :∆ЗП_веч=24,78*0,2*60,83=301,47руб.,

Для6го разряда:∆ЗП_веч=21,71*0,2*60,83=264,12руб.

Для5го разряда :∆ЗП_веч=18,87*0,2*60,83=229,57руб.,

Районныйкоэффициентдля уральскогорегиона равен15%.

∆ЗП_р=0,15*(ЗП_тар+∆ЗП_сд+∆ЗП_пр+∆ЗП_гр+∆ЗП_ночн+∆ЗП_веч+ЗП_прем.).

Для7го разряда :∆ЗП_р=0,15*(4522,35+0+1808,94+136,29+92,93+

+602,95+301,47)=1502,32 руб.,

Для6го разряда:∆ЗП_р=0,15*(3962,07+0+1584,83+119,41+

+81,41+528,25+264,12)=966,01 руб.

Для5го разряда :∆ЗП_р=0,15*(3443,78+0+1377,51+103,78+70,76+

+459,14+229,57)=852,68 руб.,

Расчетдополнительнойзаработнойплаты (п. 11):

Придлительностиочередногоотпуска в 30 днейкоэффициентзависимостидополнительнойзаработнойплаты от основнойсоставляет17,5%.

Для7го разряда:ЗП_доп=0,175*8584,67=1502,32руб.,

Для6го разряда:ЗП_доп=0,175*7406,10=1296,07руб.

Для5го разряда:ЗП_доп=0,175*6537,22=1144,01руб.

4.4 Расчетотчисленийна социальныенужды

Годовойфонд оплатытруда:

ФОТ_год=S_числ*ЗП_мес*12 (73)

где S_числ– списочнаячисленность,

ЗП_мес– зарплата замесяц одногосотрудника.

ФОТ_год=(80695,92+69617,36+30724,92+34808,68+30724,92)*12=2958861,6 руб

Таблица14 - Расчет отчисленийво внебюджетныефонды

Вид начислений	%	Сумма,р.
ЕСН:
–в пенсионныйфонд	28	828481,25
–в фондсоциальногострахования	4	118354,46
–в фондмедицинскогострахования	3,6	106519,02
Итогоотчислений	35,6	1053354,73

ИтогоФОТ с отчислениями:2958861,6 +1053354,7=34012216,33 руб.

4.5 Расчетсебестоимостипродукции

.

Таблица15 - Калькуляциясебестоимости1 т готовой продукции

Наименованиестатьи затрат	Цена,руб./ед	Сумма		отклонение
		База	Проект
Задано
1.полуфабрикаты,т	-	5380,93	5380,93	0
2.отходы: -угар -концы и обрезкив шихту -концыи обрезкинекондиция -окалина	0 1301,57 1800,00 150,00	0,02 17,55 0,17 2,75	0,02 17,55 0,17 2,75	0
3.брак: -попрокату -брак 1-го предела -по металлу	1300,00 1300,00 0	4,86 0,84 0,00	4,86 0,84 0,00	0
Итогоза вычетомотходов и брака		3502,04	3502,04	0
1.электроэнергия	326,29	28,59	28,59	0
2.топливотехнологическое	602,50	29,90	29,90	0
3.отходящеетепло	25,00	-1,07	-1,07	0
4.вода техническая	142,21	0,15	0,15	0
5.сжатый воздух	62,84	1,06	1,06	0
6.пар	100,95	0,34	0,34	0
7.дпу	20,09	1,59	1,59	0
8.вспомогательныематериалы	-	4,08	4,08	0
9.основнаяз/п ПР	-	3,46	3,46	0
10.дополнительнаяз/п ПР	-	0,61	0,61	0
11.отчисленияна социальныенужды	-	4,07	4,07	0
12.амортизация	-	32,60	32,60	0
13.сменное оборудование вт.ч. валки	-	68,43 64,90	42,47 38,94	25,96 25,96
14.транспортныерасходы	-	9,25	9,25	0
Итогорасходов попеределу		419,06	419,06	0
15.потери от брака		1,18	1,18	0
16.расходы потравлению		124,13	124,13	0
17.расходы потермич.обработке		67,09	67,09	0
Итогопроизводственнаясебестоимость		4052,85	4026,89	25,96

Расчетык таблице 15:

1. Основнаязаработнаяплата производственныхрабочих:

ЗП_осн=ЗП_осн*12*S_числ/Q_год (74)

ЗП_осн=(8584,67*8+7406,10*12+6537,22*8)*12/187946=3,46руб.

2. Дополнительнаяплата производственныхрабочих:

ЗП_доп=ЗП_доп*12*S_числ/Q_год (75)

ЗП_доп=(1502,32*8+1296,07*12+1144,01*8)*12/187946=0,61руб.

3. Отчисленияс фонда оплатытруда:

Отчисленияс фонда оплатытруда былирассчитаныв предыдущейглаве в табл.3 и составляют2958861,6 руб. на весьгодовой объемвыпуска продукции,тогда на 1 т онисоставят:2958861,6 /186946=4,07 руб.

В проектномварианте всестатьи калькуляцииостанутсянеизменными,кроме затратна сменноеоборудование(валки).

4.6 Расчетосновныхтехнико-экономическихпоказателей

Прибыльот реализациипродукции:

Пр=(Ц-С/с)*Qгод (76)

где Ц –средняя оптоваяцена без НДС1т готовой продукции.

Ц=4460 руб.,тогда с НДСЦ=5262,8 руб.

• в базовомварианте:

Пр=(4460-4052,85)*1002870=408318520руб.,

• в проектномварианте:

Пр^/=(4460-4026,89)*1002870=434353026руб.

Таблица16 - Расчет чистойприбыли

№п/п	Наименованиепоказателей	Сумма,руб.		Отклонения
		база	проект
1.	Выручкаот реализациипродукции,всего (Ценас НДС*Qгод)	5277904236	5277904236	0
	вт.ч. НДС (стр.1*0,1525)	804880396	804880396	0
2.	Выручкаот реализациипродукции завычетом НДС(стр.1-стр.2)	4473023840	4473023840	0
3.	Себестоимостьпродукции(С/с*Qгод)	4064481680	4038447174	26034506
4.	Управленческиерасходы	250000	250000	0
5.	Коммерческиерасходы	300000	300000	0
6.	Валоваяприбыль (стр.2-3-4-5)	407992160	434026666
7.	Выручкаот реализацииосновных средстви иного имущества	0	0	26034506
8.	Процентык получению	0	0	0
9.	Доходыпо государственнымценным бумагам	0	0	0
10.	Доходыот участия вдругих организациях	0	0	0
11.	Прочиевнереализационныедоходы	0	0	0
12.	Платежиза пользованиеприроднымиресурсами	500000	500000	0
13.	Расходыпо реализацииосновных средстви иного имущества	0	0	0
14.	Прочиеоперационныерасходы	0	0	0
15.	Процентык уплате	0	0	0
16.	Налогна имущество	3250000	3250000	0
17.	Налогна рекламу	160000	160000	0
18.	Прочиевнереализационныерасходы	0	0	0
19.	Прибыльотчетногогода (Σстр.6ч11–Σстр12ч18)	404082160	430116666	26034506
20.	Налогооблагаемаяприбыль (стр.19-8-9-10)	404082160	430116666	26034506
21.	Налогна прибыль(стр.20*0,24)	96979718	103228000	6248282
22.	Чистаяприбыль (стр.19-стр.21)	307102442	326888666	19786224

∆Пч=326888666-307102442=19786224руб.

Рентабельностьпродукции:

Рп=(Пр/С/с)*100% (77)

• в базовомварианте:

Рп=(4460-4052,85)/4052,85*100%=10%,

• в проектномварианте:

Рп^/=(4460-4026,89)/4026,89*100%=10,75%.

Простая

ПНП=Пч/И (78)

где И –общий объеминвестиций.

Общийобъем инвестицийравен суммекапитальныхзатрат (И=Кз=6480000руб.)

ПНП=326888666/6480000=50,44.

Периодокупаемости:

Ток=И/∆Пч (79)

Ток=6480000/19786224=0,32г или 4 месяца.

Заключение

Предлагаетсязаменитьиспользованиецельнокованныхопорных валковв 5,6 клетях стана2500 (ЛПЦ-4) ОАО «ММК»на составныевалки.

На основаниипроведенногообзора, анализаконструкцийи опыта эксплуатациибандажированныхвалков былавыбрана оптимальнаяконструкциясоставноговалка с точкизрения постотыего изготовленияи более низкойстоимости.

В качествематериалабандажа предлагаетсяиспользоватьстали 150ХНМ или35Х5НМФ, износостойкостькоторых в 2-3 разавыше, чем стали9ХФ, из которойизготавливаютсяцельнокованныевалки. Бандажипредлагаетсяизготавливатьлитыми с тройнойнормализацией.Для изготовленияосей использоватьотработанныевалки.

Произведенырасчетынапряженно-деформированногосостояния инесущей способностидля различныхвеличин посадочныхдиаметров(1150мм и 1300мм), минимального,среднего имаксимальногозначений натягов(=0,8;1,15;1,3)и коэффициентатрения (f=0,14;0,3;0,4).Установлено,что в случаедля 1150мм картинараспределениянапряженийв валке болееблаоприятна,чем для 1300мм, а несущаяспособностьвыше в 1,5-2 раза.Но с увеличениемнатягов возрастаюти напряжениярастяженияв соединении,превышая допускаемыедля стали 150ХНМ.Поэтому становитьсяцелесообразнымиспользоватьминимальныйнатяг =0,8мм,который обеспечиваетпередачу крутящегомомента с достаточнымзапасом дажепри минимальномкоэффициентетрения f=0,14.

Для увеличениянесущей способноститакого соединения,не увеличиваяпри этом значениянапряжений,предлагаетсяповысить коэффициенттрения на сопрягаемыхповерхностяхпутем нанесенияметаллическогопокрытия. Вкачестве материалапокрытия былвыбран алюминий,исходя из егостоимости итеплофизическихсвойств. Какпоказываетопыт применениятакого покрытияна сопрягаемыхповерхностяхоси и бандажав условияхработы составныхвалков на стане2000 (ЛПЦ-10) ОАО «ММК»,алюминий увеличиваеткоэффициенттрения до значенийf=0,3-0,4.Крме того, покрытиеувеличиваетплощадь фактическогоконтакта ось-бандажи его теплопроводность.

Максимальновозможныйпрогиб, определенныйрасчетнымпутем, составляет0,62 мм, зона проскальзывания45 мм.

Соединениебандажа с осьюосуществляетсятепловым способом,путем нагревабандажа до350-400С.

На основаниипроведенныхрасчетов выбранаяконструкциясоставноговалка с цилиндрическимипосадочнымиповерхностямиоси и бандажа,без применениякаких-либодополнительныхфиксирующихустройств(бурты, конуса,шпонки), былапризнана оптимальной.

Для предотвращенияфреттинг-коррозиии снятия концентрацииостаточныхнапряженийна торцах бандажа,на краях осивыполненыскосы, такимобразом, чтов зонах, прилегающихк торцам бандажа,натяг равеннулю.

Стоимостьсоставноговалка составляет60% от стоимостинового цельнокованноговалка (1,8 млн.руб.).С переходо насоставные валкиих расход сократитсяс 10 до 6 шт в год.Ожидаемыйэкономическийэффект составитоколо 20 млн.руб.

Списокиспользованныхисточников

1. Полезн.мод. 35606 РФ, МПКВ21В 27/02. Составнойпрокатныйвалок /МорозовА.А., ТахаутдиновР.С., БелевскийЛ.С. и др. (РФ) -№2003128756/20; заявл.30.09.2003; опубл. 27.01.2004. Бюл.№3.

2. Валокс бандажом изспеченогокарбида вольфрамаметалла. KimuraHiroyuki. Японск.патент. 7В 21В 2700.JP 3291143 В2 8155507А,29.11.94.

3. Полезн.мод. 25857 РФ, МПКВ21В 27/02. Прокатныйвалок /ВетерВ.В., Белкин Г.А.,Самойлов В.И.(РФ) - №2002112624/20; заявл.13.05.2002; опубл. 27.10.2002. Бюл.№30.

4. Пат.2173228 РФ, МПК В21В27/03. Прокатныйвалок /ВетерВ.В., Белкин Г.А.(РФ) - №99126744/02; заявл.22.12.99; опубл. 10.09.01//

5. Пат.2991648 РФ, МПК В21В27/03. Составнойпрокатныйвалок /ПолецковП.П., ФирковичА.Ю., Тишин С.В.и др. (РФ) - №2001114313/02;заявл. 24.05.2001; опубл.27.10.2002. Бюл. №30.

6. Полезн.мод. 12991 РФ, МПКВ21В 27/02. Составнойвалок /ПолецковП.П., ФирковичА.Ю., АнтипенкоА.И. и др. (РФ) -№99118942/20; заявл. 01.09.99;опубл. 20.03.2000. Бюл.№8.

7. Пат.2210445 РФ, МПК В21В27/03. Составнойвалок /ПолецковП.П., ФирковичА.Ю., АнтипенкоА.И. и др. (РФ) -№2000132306/02; заявл.21.12.2000; опубл. 20.08.2003. Бюл.№23.

8. ГречищевЕ.С., ИльященкоА.А. Соединенияс натягом: Расчеты,проектирование,изготовление– М.: Машиностроение,1981 – 247 с., ил.

9. ОрловП.И. Основыконструирования:Справочно-методическоепособие. В 2-хкн. Кн. 2. Под ред.П.Н. Учаева. –3-е изд., исправл.– М.: Машиностроение,1988. – 544 с., ил.

10. НародецкийМ.З. К выборупосадок колецподшипниковкачения. «Инженерныйсборник» Институтмеханики АНСССР, т. 3, вып. 2,1947, с. 15-26

11. КолбасинГ.Ф. Исследованиеработоспособностисоставныхпрокатныхвалков со сменнымбандажом: Дис.:..к.т.н. – Магнитогорск,1974. – 176 с.

12. ТимошенкоС.П. Сопротивлениематериалов,ч. П.М. – Л., Гостехтеориздат,1933.

13. БалацкийЛ.Т. Усталостьвалов в соединениях.– Киев: Техника,1972, - 180 с.

14. ПолухинП.И., НиколаевВ.А., ПолухинВ.П. и др. Прочностьпрокатныхвалков. – Алма-Ата:Наука, 1984. – 295 с.

15. Горячаяпрокатка полосна стане «2500».ТехнологическаяинструкцияТИ – 101-П-Гл.4 – 71-97

16. Расчеткратностииспользованияоси составноговалка /ФирковичА.Ю., ПолецковП.П., СолганинВ.М. – Сб. центр.лаб. ОАО «ММК»:вып. 4. Магнитогорск2000. – 242 с.

17. СоколовЛ.Д., ГребеникВ.М., Тылкин М.А.Исследованиепрокатногооборудования,Металлургия,1964.

18. СорокинВ.Г. Марочниксталей и сплавов,Машиностроение,1989.

19. ФирсовВ.Т., МорозовБ.А., СофроновВ.И. и др. Исследованиеработоспособностипрессовыхсоединенийтипа вал-втулкав условияхстатическогои циклическогознакопеременногонагружения//Вестник машиностроения,- 1982. №11. – с. 29-33.

20. СафьянМ.М. Прокаткаширокополоснойстали. Изд-во«Металлургия»,1969, с. 460.

21. ЦеликовА.И., СмирновВ.В. Прокатныестаны, Металлургиздат,1958.

22. ФирсовВ.Т., СофроновВ.И., МорозовБ.А. Экспериментальноеисследованиежесткости иостаточногопрогиба бандажированныхопорных валков//Прочность инадежностьметаллургическихмашин: ТрудыВНИМЕТМАШ. Сб.№61. – М., 1979. – с. 37-43

23. БобровниковГ.А. Прочностьпосадок, осуществляемыхс применениемхолода. – М.:Машиностроение,1971. – 95 с.

24. БелевскийЛ.С. Пластическоедеформированиеповерхностногослоя и формированиепокрытия принанесениигибким инструментом.– Магнитогорск:Лицей РАН, 1996. –231 с.

25. ЧертавскихА.К. Трение исмазка приобработкеметаллов давлением.– М.: Маталлургиздат,1949

26. ВоронцовН.М., Жадан В.Т.,Шнееров Б.Я. идр. Эксплуатациявалков обжимныхи сортопрокатныхстанов. – М.:Металлургия,1973. – 288 с.

27. ПокровскийА.М., ПешковцевВ.Г., ЗемсковА.А. Оценкатрещиностойкостибандажированныхпрокатныхвалков //Вестникмашиностроения,2003. № 9 – с. 44-48.

28. КовалевВ.В. Финансовыйанализ: Методыи процедуры.– М.: Финансыи статистика,2002. – 560 с.: ил.

72

№ строки	Формат	Обозначение	Наименование	Кол.листов	Примечание
1	А4	Д.ММ.1204.001.00.00.ПЗ	Пояснительнаязаписка	72
2	А1	Д.ММ.1204.001.00.00.ДЛ1	Составнойопорный валок5,6 клетей
			стана2500 ОАО ММК	1
3	А1	Д.ММ.1204.001.00.00.ДЛ2	Характеристикапрокатныхвалков
			5,6клетей стана2500	1
4	А1	Д.ММ.1204.001.00.00.ДЛ3	Расчетнаясхема дляопределения
			напряженногосостояниявалка	1
5	А1	Д.ММ.1204.001.00.00.ДЛ4	Расчетныеформулы дляопределения
			напряженногосостояниявалка	1
6	А1	Д.ММ.1204.001.00.00.ДЛ5	Эпюрынапряжений,зависящие от
			контактногодавления	1
7	А1	Д.ММ.1204.001.00.00.ДЛ6	Эпюрытангенциальныхнапряжений
			наконтактныхповерхностяхоси и
			бандажа	1
8	А1	Д.ММ.1204.001.00.00.ДЛ7	Технико-экономическиепоказатели	1

					Д.ММ.1204.001.00.00.ВП
						Лит.			Масса		Масштаб
Изм.	Лист	№ докум.	Подп.	Дата
Разраб.		МухомедоваЕ.А
Пров.		БелевскийЛ.С.
Т.контр.						Лист				Листов
					Ведомостьдипломнойработы	МГТУ1204
Н.контр.
Утв.

Реферат

Дипломнаяработа на тему:«Исследованиеи разработкаконструкциибандажированногоопорного валкастана 2500 горячейпрокатки ОАОММК».

Страниц72, рисунков 14,таблиц 16, использованныхисточников28, листов графическогоматериала 7.

Ключевыеслова: опорный валок, бандаж,ось, кратностьиспользованияоси, напряженияв составномвалке, прогиб,зона проскальзывания,натяг, покрытие.

Объектисследованияи разработки:бандажированныйопорный валок.

Цельработы: разработкаконструкциисоставныхопорных валков,обеспечивающейих надежностьв процессеэксплуатации,повышение изстойкости иснижение стоимости.

Методисследования:расчетно-графический.

Основныеконструктивные,технологическиеи технико-эксплуатационныехарактеристики:посадочныеповерхностибандажа и осицилиндрические,осуществляемыепосадки сгарантированнымнатягом, безприменениядополнительныхфиксирующихустройств, снанесениемметаллическогопокрытия насопрягаемыеповерхности.

Полученныерезультаты:выбраны оптимальныеконструктивныеразмеры валка,натяг, материалбандажа.

Степеньвнедрения:рекомендуетсяк внедрению.

Областьприменения:прокатноепроизводство.

Экономическаяэффективность:ожидаемыйгодовой эффектоколо 20 млн. рублей.

МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ

МАГНИТОГОРСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТим. Г.И. НОСОВА

Факультет___Механико-машиностроительный _______

Кафедра____ОДи ПМ ____________________________

Специальность____1204Машиностроениеи технология __обработкиметалловдавлением_____

Допустить кзащите

Заведующийкафедрой

_______________/ДенисовП.И/

«____»________________2004г.

ДИПЛОМНАЯРАБОТА

_______Д.ММ.1204.001.00.00.ПЗ______

Студента МухомедовойЕкатериныАнясовны________________

На тему:____Исследованиеи разработка конструкции_________ ___бандажированногоопорного валкастана 2500горячей______________________прокаткиОАО ММК________________________

__________________________________________________________________

Состав дипломнойработы:

1. Расчетно-пояснительнаязаписка на _72страницах

2. Графическаячасть на _7_листах

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯЗАПИСКА К ДИПЛОМНОЙРАБОТЕ

Руководительдипломнойработы________________________________/БелевскийЛ.С./

________________________________________________________________________________

Консультанты__ст.преподаватель_____________________ ________/КуликовС.В./

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

(уч. степень,уч. звание, фамилия,и.о.)

Дипломник______________________

(подпись)

«____»______________2004г.

МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ

МАГНИТОГОРСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТим. Г.И. НОСОВА

Кафедра____ОДи ПМ_______________________________

_______________________________________________

УТВЕРЖДАЮ:

Заведующийкафедрой

_______________/ДенисовП.И./

____________________ 2004 г.

ДИПЛОМНАЯРАБОТА

ЗАДАНИЕ

Тема:_____Исследованиеи разработка конструкции________ _ ___бандажированногоопорного валкастана 2500горячей______________________прокаткиОАО ММК________________________

__________________________________________________________________

Студенту______ МухомедовойЕкатеринеАнясовне_____________________

(фамилия, имя,отчество )

Тема утвержденаприказом повузу №___________от_________________200___г.

Срок выполнения«_____»______________________200___г.

Исходные данныек работе:__-Технологическаяинструкцияпо стану 2500.__________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Перечень вопросов,подлежащихразработкев дипломнойработе:_______________________

1. Анализконструкцийсоставныхпрокатныхвалков;___________________________

2._Разработкаконструкциибандажированногоопорного валкастана «2500» горячейпрокатки (выборконструктивныхразмеров валка,натяга, материалабандажа);_____

3. Определениемаксимальногопрогиба составноговалка;______________________

4. Исследованиевлияния покрытийна несущуюспособностьсоединенияось-______ бандаж,выбор материлаи технологиинанесенияпокрытия;_____________________

5. Разработкамероприятийдля предотвращенияфреттинг-коррозии;_____________6. Разработкамероприятийпо заменеиспользованныхбандажей;________________7. Оценка экономическогоэффекта отвнедренияпроекта;______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Графическаячасть: 1.Составнойопорный валок5,6 клетей стана2500 ОАО ММК____

2. Характеристикапрокатныхвалков 5,6 клетейстана 2500______________________

3. Расчетнаясхема для определениянапряженногосостояниявалка_____________

4.Расчетныеформулы дляопределениянапряженногосостояниявалка___________

5. Эпюрынапряжений,зависящие отконтактногодавления______________________

6. Эпюрытангенциальныхнапряженийна контактныхповерхностяхоси и бандажа__

7. Технико-экономическиепоказатели________________________________________

________________________________________________________________________

Консультантыпо работе (суказаниемотносящихсяк ним разделов):

КуликовС.В. – Экономикаи планирование___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Руководитель:_________________________________________/_БелевскийЛ.С. ____/

(подпись,дата)

Заданиеполучил:______________________________________/__МухомедоваЕ.А.___/

(подпись,дата)