Смекни!
smekni.com

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:

  • толщина1,810мм;

  • ширина10002350мм;

  • 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:=(0,0080,01)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(dпосад=1150мм) обуславливаетсяего прохождениемчерез шейкипрокатноговалка при сборке.

Непринимаетсяво вниманиеdпосад>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)


гдеЕ12=2,1х105Н/мм2– модули упругостиоси и бандажа;

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

С12– коэффициенты,характеризующиетонкостенкость;



(4)




(5)


гдеd1и d2– соответственновнутреннийдиаметр осии наружныйдиаметр бандажа.

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



ТогдаС1=1(d1=0).

  1. Наибольшийкрутящий момент,передаваемыйсоединением:


(6)

  1. Напряжениесжатия в осимаксимальнона внутреннейповерхности:


(7)


  1. 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

Мпркр

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.

Расчетнапряженийпроизводитсяпо следующейформуле:


(15)


где - половинавеличины натяга;

Е – модульупругостипервого рода.

Касательныенапряженияна поверхностяхот натяга, какизвестно,отсутствуют.[8]

Тогданапряженияrp,pи rможно представитьв виде:




(16)





(17)





(18)


На ЭВМбыли просчитанызначения величинrp,pи r для различныхзначений n[11], часть которыхприведена втаблице 2.

Значениянапряженийпредставленыв виде безразмерныхкоэффициентовСр, 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 295для n=1,34 и 188для n=1,19 значенияrpменяют 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 максимальноувеличениеrpпри =270и тем большеградиент напряженийв области =260280.

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.

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

В таблице3 представленызначения rи 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 rprи результирующиеr 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] = РfR (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] = РfR (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

Интегрируяrпо 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 dср=1540мм.

Давлениеметалла навалки постоянно,следовательно,максимальныеизгибающиенапряженияизгmax равныизгmin , 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)


гдеVi –скорость прокаткив каждой клети,м/с;

dср– 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=Ni=5,14x106.


2.4 Определениециклическойвыносливостив сечении 1-1

Максимальныеизгибающиенапряжения:

(22)