ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

РАСЧЕТ ГЛАВНОГО ПРИВОДА КЛЕТЕЙ ШПС 2000

 

Цель работы: Изучение конструкции главного привода четырехвалковых     

                       клетей ШПС 2000, ведение мощностных расчетов привода и 

                       кинематических расчетов. Чтение кинематических схем.

 

Задание: Выполнить расчет мощности электродвигателя четырех валковой    

              клети стана 2000 и выбрать его по каталогу, провести кинематический

              расчет привода, если известны следующие исходные данные: -   

              диаметр рабочего валка; - диаметр цапфы рабочего валка; -    

              толщина прокатываемой полосы; - толщина прокатанной полосы;

             - ширина прокатываемой полосы; - скорость прокатки; - темпера-

             тура прокатываемой полосы. Исходные  данные приведены в таблице

             1.1.

 

Теоретическая часть

 

Кинематические схемы главного привода клетей ШПС 2000 по конструкции аналогичны (рис. 1.1).

 

 Рис.1.1.  Кинематическая схема главной линии клети ШПС 2000: 1 – электродвигатель; 2 – моторная муфта; 3 – редуктор; 4 – коренная муфта; 5 – шестеренная клеть; 6 – универсальные шпиндели; 7 – рабочие валки; 8 – опорные валки.

 

Горизонтальные рабочие валки диаметром D р предназначены для прокатки полосы максимальной шириной b и начальной толщиной h 0 до толщины h 1 с максимальной скоростью прокатки v. В состав привода главной линии клетей (рис.1.1) входят редуктор с передаточным числом u=2,95 и шестеренная клеть, служащая для разделения крутящего момента передаваемого от одного двигателя на два рабочих валка. Хвостовики рабочих валков соединены с шестеренной клетью при помощи универсальных шпинделей.

Момент прокатки M пр., прикладываемый к валкам со стороны их привода и необходимый для деформации (обжатия) металла (без учета потерь на трение в подшипниках валков) можно определить двумя способами: 1) по давлению металла на валки F, зная плечо a приложения равнодействующей этого давления; 2) по расходу энергии при прокатке.

Рассмотрим первый способ для простого процесса прокатки и прокатки с натяжением полосы (при условии, что Т01) полное усилие прокатки (равнодействующая давления металла на валки) F  направлена вертикально (см. рис. 1.2) и момент прокатки равен

 

                                ,                                                   (1.1)

где  – коэффициент плеча приложения равнодействующей;  – длина захвата металла валком или длина контакта.

Рис.1.2.  Направление усилий на валки при простом процессе прокатке

 

Длина захвата металла валком или длина контакта равна

 

  

                               

где R – радиус рабочего валка; Δ h – абсолютное обжатие (Δ h = h 0 – h 1 ).

  На основании экспериментальных данных можно принять для простого процесса прокатки, что полное усилие F прокатки приложена от оси валков на расстоянии, определяемом из следующих соотношений при горячей прокатке

                                        

                                ; .

   Полное усилие прокатки действующие на валки со стороны прокатываемого металла

                                                   .                                        (1.2)

 

   При горячей прокатки обязательно наличие зоны прилипания на дуге захвата α. При выполнении расчета наличие зоны необходимо проверить. Если условие  выполняется, то это говорит о наличие зоны прилипания. Где  – средняя толщина прокатываемой полосы. Протяженность зоны прилипания

                                      .                                        (1.3)

 

   Длины участков скольжения на дуге захвата

 

                                  ;     .

 

   Среднее давление металла на валки находят двумя способами: либо используя диаграммы (см. рис. 1.3), либо по формуле А. А. Королева              

 

                                  (1.4)

 

где μ – коэффициент контактного трения при горячей прокатки (μ = 0,5…0,3); k – термомеханический коэффициент (k = 1,15σд); σд – сопротивление деформации от обжатия за один проход ε (ε = ) при различных скоростях деформации ,  и температурах t 0С.

Полный статический момент

 

                                                 Мст = Мпр+ Мтр,                                                   (1.5)

 

где Мтр – момент от сил трения возникающих в подшипниках валков;

 

                                           ,                                              (1,6)

 

где f – коэффициент трения в опорах валков (0,003 – для подшипников жидкостного трения; 0,04 – для подшипников качения), d ц – диаметр цапфы валков.

Требуемая мощность электродвигателя

 

                                                  ,                                           (1.7)

 

где - угловая скорость вращения валка , η = η1η2…η h – коэффициент полезного действия привода (0,92…0,95 – для шестеренной клети, 0,95…0,98 – для редуктора, 0,99 – для шпинделей с муфтами).

Рис.1.3. Диаграммы зависимостей различных параметров: а)кривые зависимости отношения  от параметра  при различных коэффициентов контактного трения μ;

б)зависимость сопротивления деформации σд низкоуглеродистой стали (0,17% С) от обжатия за проход ε при различных скоростях деформации v д и температуре 10000С; в) то же самое при температуре 11000С; г) то же самое при температуре 12000С;

 Используя формулы, известные из курса «Технической механики» проводится кинематический расчет, в котором определяют крутящие моменты на всех валах привода, а также скорости вращения этих валов. Подбирают необходимую частоту вращения вала электродвигателя, чтобы обеспечить заданную скорость прокатки. Передаточное число редуктора 3 (рис. 1.1) принять u=2,95.

 

Отчет о работе должен содержать : тему и цель работы, исходные данные для расчетов, расчетные схемы и расчетную часть со всеми пояснениями; в конце работы необходимо сделать вывод, в котором необходимо указать выбранный двигатель с его характеристиками. Для подготовки к защите ответьте на контрольные вопросы.

 

Контрольные вопросы

1) Объясните конструкцию и принцип работы привода валков рабочей клети

ШПС 2000.

2) Назовите оборудование, входящее в состав главной линии клети ШПС 2000

2) Объясните назначение шестеренной клети.

3) Покажите все усилия и другие параметры, возникающие при прокатке.

4) Объясните конструкцию и назначение универсальных шпинделей.

5) Назовите типы муфт, применяемых в приводе валков.

 


Таблица 1.1. Исходные данные для выполнения работы

 

Вар.

D р h 0 h 1 v b d ц t

Вар.

D р h 0 h 1 v b d ц t мм мм мм м/с мм мм 0С мм мм мм м/с мм мм 0С 1 1200 190 140 1,5 1840 700 1200 16 900 15 10 3,8 1845 535 1100 2 1200 140 92 2,0 1845 705 1200 17 1200 52 30 3,2 1850 710 1200 3 1200 92 57 2,5 1850 710 1200 18 1200 195 145 1,5 1840 695 1200 4 1200 57 35 3,2 1855 695 1200 19 1200 145 105 2,0 1850 700 1200 5 1200 192 144 1,5 1835 700 1200 20 1200 105 65 2,5 1850 705 1200 6 1200 144 88 2,0 1850 705 1200 21 1200 65 40 3,2 1845 710 1200 7 800 8,4 7,0 5,8 1860 470 1000 22 1200 190 142 1,5 1850 695 1200 8 800 9,0 6,4 4,0 1850 475 1000 23 1200 146 94 2,0 1850 700 1200 9 800 10 7,2 4,4 1855 480 1000 24 800 8,6 7,2 6,5 1860 480 1000 10 800 14 11 4,8 1850 460 1000 25 800 4,7 3,5 7,0 1850 460 1000 11 800 10 8,2 5,0 1850 465 1000 26 800 5,7 4,5 7,5 1860 465 1000 12 800 13 11 5,5 1855 470 1000 27 800 5,5 4,5 8,0 1850 470 1000 13 800 8,2 6,8 6,0 1850 475 1000 28 820 3,5 3,0 9,0 1850 475 1000 14 900 23 14 3,2 1860 525 1100 29 820 4,5 4,0 10,0 1855 480 1000 15 900 24 15 3,6 1850 530 1100 30 820 3,4 3,0 14,0 1850 485 1000

 

 

Практическая работа № 2

 

РАСЧЁТ НА ПРОЧНОСТЬ И ЖЁСТКОСТЬ
ВАЛКОВ ЧЕТЫРЕХВАЛКОВЫХ КЛЕТЕЙ

 

Цель работы: Изучение конструкции и назначения четырехвалковых клетей  

                       полосовых станов горячей и холодной прокатки. Ведение рас-     

                       четов на прочность и жёсткость рабочих и опорных валков 

                       четырехвалковых прокатных клетей.

 

Задание: Провести расчёт на прочность и жесткость рабочих и опорных валков

             четырехвалковой клети, если известны следующие исходные данные:    

             - диаметр рабочего валка;  - диаметр опорного валка; - диа-

             метр цапфы рабочего валка; - предел прочности материала вал-  

             ка; - длина бочки валков; - ширина прокатываемой полосы; -  

             максимальное усилие прокатки; - разность переднего и заднего на-

             тяжения полосы; - максимальный крутящий момент на одном вал-

             ке. Материал валков и исходные  данные приведены в таблице 2.1.

 


Теоретическая часть

 

  В четырёхвалковой клети установлено два рабочих (меньшего диаметра) и два опорных (большего диаметра) валка. При прокатке давление металла с рабочих валков передаётся на опорные и воспринимается их подшипниками. Благодаря большой жесткости опорных валков (диаметр которых в 2…3 раза больше, чем у рабочих) прогиб их (и опирающихся на них рабочих валков) будет незначительным и профиль прокатываемой полосы будет иметь прямоугольное сечение (с весьма небольшой разнотолщинностью по ширине полосы).

  При прокатке полосы (листа) будут изгибаться как опорные, так и рабочие валки (рис. 2.1).

  Если рабочий и опорные валки имеют строго цилиндрическую форму, то они оба изгибаются на одинаковую величину, т.е. стрела прогиба рабочего валка будет равна стреле прогиба опорного валка.

  Распределение усилия между рабочими и опорными валками

                       ;                       (2.1)

где - максимальное усилие прокатки;  - минимальный (переточенный) диаметр опорного валка;  - минимальный (переточенный) диаметр рабочего валка.

  Таким образом, рабочие валки воспринимают  от общего давления на валки при прокатке.

  Максимальный изгибающий момент посередине бочки от вертикального усилия  (условно принимаем валок лежащим на двух опорах)

                                       ;                                              (2.2)

где - ширина полосы; - расстояние между опорами рабочего валка ( ); - длина бочки валка.

  Максимальный изгибающий момент от разности горизонтальных натяжений полосы (для одного валка)

                                     ;                                          (2.3)

где - разность переднего и заднего натяжения полосы.

Результирующий изгибающий момент посередине бочки рабочего валка

 

.             (2.4)

 

Максимальное напряжение изгиба посередине бочки рабочего валка

 

.                       (2.5)

Напряжения кручения на шейке ведущего (рабочего) валка

                                              ;                   (2.6)

где - максимальный крутящий момент на одном валке; -

- коэффициент концентрации нап-ряжений для шпоночного паза ( ).

Результирующее напряжение: для стальных валков – по четвёр-

той теории прочности    

;               (2.7)

Рис.2.1.  Распределение усилий в валках       

              четырёхвалковой системы                для чугунных валков – на основа-        

                                                                          нии теории Мора

 

                                       .                           (2.8)

 

Результирующие напряжение, определенное таким расчётом, не должно превышать допустимого для данных валков. Допустимые напряжения в валках принимают, исходя из пятикратного запаса прочности их, т.е. , где - предел прочности материала валка на изгиб.

Максимальный изгибающий момент и напряжение посередине бочки опорного валка

                                  ; ;                             (2.9)

где - расстояние между опорами опорного валка ( ).

  Напряжение изгиба в сечении I - I  

                                       ;                                                    (2.10)

где - диаметр шейки опорного валка ( ); - половина длины шейки опорного валка под подшипником ( ).

  Напряжение изгиба в сечении II-II

                                         ;                                                        (2.11)

где - половина длины шейки опорного валка ( ). Если валок бандожированный, то его диаметр следует уменьшить на толщину бандажа, т.е. в 1,25…1,45 раза (в практической работе валок следует принять бандожированным).

  Коэффициент запаса прочности от предела прочности материала валка на изгиб

                                             .                                                   (2.12)

 

  Если в результате расчетов запас прочности превышает в пять и более раз, то расчет валков на выносливость не проводится, в противном случае необходимо рассчитать.

  Контактное напряжение в поверхностном слое валков проверяем по наименьшим допустимым контактным напряжениям из двух валков

 

                                       ;                                           (2.13) 

 

где - межвалковое давление ( ); - приведённый модуль упругости материалов валков,

                                           ;

- модуль упругости материала рабочего валка, - модуль упругости материала опорного валка, (  - для стальных валков,  - для чугунных валков); - приведённый радиус цилиндров (валков),

                                           ;

 и - собственно радиусы рабочего и опорного валков;  - допустимые контактные напряжения ( ).

        Прогиб опорного валка согласно формулам А.И.Целикова

                   ,

                          ,                             (2.14)

 

                                                  ;

где  - момент инерции сечения бочки опорного валка ( ) ;  - момент инерции сечения шейки валка ( ); - модуль сдвига материала опорного валка ( );  - допустимый прогиб (  - при холодной прокатке,  - при горячей прокатке).

Для компенсации влияния прогиба валков на толщину полосы один из рабочих валков необходимо сделать выпуклым на величину, равную разности прогибов в середине бочки и у края

 

                          .                        (2.15)

 

  Упругое сплющивание в месте контакта опорного и рабочего валков

 

                                .                          (2.16)

 

Суммарное упругое радиальное контактное сплющивание в месте контакта опорного и рабочего валков

                                                    .

 

Отчет о работе должен содержать : тему и цель работы, исходные данные для расчетов, расчетную схему и расчетную часть со всеми пояснениями; в конце работы необходимо сделать вывод, в котором необходимо указать выполнение или невыполнение условий прочности и жёсткости. Расчетная схема выполняется в масштабе по полученным данным и на ней проставляются все полученные результаты расчетов. Все прочностные расчеты и расчеты на жесткость ведутся по минимальным (переточенным) диаметрам валков. Для подготовки к защите ответьте на контрольные вопросы.

 

Контрольные вопросы

1) Объясните конструкцию и принцип работы четырехвалковой клети.

2) Покажите все силы, возникающие в процессе прокатки на четырехвалковой клети.

3) Объясните причины возникновения поперечной разнотолщинности и методы её устранения.

4) Объясните причины возникновения контактных напряжений, на прочность какого элемента валка они влияют и методы повышения контактной прочности валков.

5) С какой целью проводят расчет на жесткость валковой системы и на что влияют прогибы валков при работе клети.

 

Таблица 2.1. Исходные данные для выполнения работы

№ варианта

Рабочий валок

Опорный валок

L

b

F

T

Мкр

вид прокатки*

max min

Материал

σпред

max min

Материал

σпред

D Р D Р D ОП D ОП мм мм --- МПа мм мм --- МПа мм мм МН кН кН*м -- 1 1200 1060 50ХН 550 1600 1480 9ХФ 600 2000 1800 30 260 3400 Г 2 410 375 9ХФ 600 1350 1220 9ХФ 600 1200 1070 26 100 120 Х 3 615 550 50ХН 550 1600 1490 9ХФ 600 2030 1850 30 180 1470 Х 4 480 442 9ХФ 600 1500 1440 50ХН 550 1400 1270 28 110 680 Х 5 900 860 чугун 400 1600 1500 9ХФ 600 2000 1800 30 280 2300 Г 6 400 380 9ХФ 600 1300 1220 9ХФ 600 1200 1000 28 90 130 Х 7 610 550 50ХН 550 1600 1490 9ХФ 600 2030 1840 30 160 1400 Х 8 475 445 чугун 390 1500 1440 50ХН 550 1400 1260 28 120 710 Х 9 550 500 50ХН 550 1500 1400 50ХН 550 2500 2300 35 200 200 Х 10 800 760 чугун 380 1600 1500 9ХФ 600 2000 1800 30 210 1300 Г 11 406 380 9ХФ 600 1350 1250 9ХФ 600 1200 1050 26 100 120 Х 12 620 560 50ХН 550 1600 1490 9ХФ 600 2030 1850 30 180 1420 Х 13 480 450 чугун 370 1500 1440 50ХН 550 1400 1290 28 100 700 Х 14 560 510 50ХН 550 1500 1400 50ХН 550 2500 2310 35 210 270 Х 15 820 780 чугун 360 1600 1500 9ХФ 600 2000 1800 30 260 600 Г 16 410 380 9ХФ 600 1340 1230 9ХФ 600 1200 1080 26 110 130 Х 17 610 550 50ХН 550 1600 1490 9ХФ 600 2030 1840 30 160 1450 Х 18 490 458 чугун 350 1500 1440 50ХН 550 1400 1300 28 120 630 Х 19 550 500 9ХФ 600 1500 1400 50ХН 550 2500 2320 35 190 310 Х 20 1200 1060 50ХН 550 1600 1480 9ХФ 600 2000 1800 30 180 4000 Г 21 400 380 9ХФ 600 1320 1220 9ХФ 600 1200 1040 26 100 120 Х 22 615 550 50ХН 550 1600 1490 9ХФ 600 2030 1860 30 160 1440 Х 23 485 460 9ХФ 600 1500 1440 50ХН 550 1400 1240 28 130 620 Х 24 560 510 50ХН 550 1500 1400 50ХН 550 2500 2300 35 200 240 Х 25 800 760 чугун 370 1600 1500 9ХФ 600 2000 1800 30 220 1100 Г 26 410 375 9ХФ 600 1340 1220 9ХФ 600 1200 1020 26 90 130 Х 27 610 560 50ХН 550 1600 1490 9ХФ 600 2030 1830 30 200 1430 Х 28 475 450 чугун 380 1500 1440 50ХН 550 1400 1230 28 110 640 Х 29 550 500 50ХН 550 1500 1400 50ХН 550 2500 2310 35 190 250 Х 30 800 760 чугун 350 1600 1500 9ХФ 600 2000 1800 30 240 600 Г

* Г – горячая прокатка, Х – холодная прокатка

Практическая работа №3

 

Дата: 2019-03-05, просмотров: 914.