ОБОРУДОВАНИЯ

Лекция №12

12.1 Проектирование рольгангов..............................................

12.2 Расчет роликов рольгангов на прочность.........................

12.3 Конструкции рольгангов....................................................

12.4 Расчет мощности двигателей рольгангов..........................

Лекция №13

13.1 Определение параметров роликоправильных машин..........

13.2 Элементы теории правки полос..........................................

13.3 Определение усилий и моментов при правке в РПМ.........

Лекция №14

14.1 Ножницы прокатных цехов....................................................

14.2 Определение усилия резания параллельными ножами......

14.3 Определение усилия резания гильотинными ножницами..

14.4 Определение усилия резания дисковыми ножницами.....

Лекция №15

15.1 Конструкции моталок………………………..…..…………..115

15.2 Расчет барабана моталки……………………………..

15.3 Расчет мощности привода моталки………………………

Лекция №16

16.1 Динамические расчеты оборудования прокатных цехов….

16.2 Составление физической модели машины…………………

16.3 Динамические нагрузки в машинах…………………………

16.4 Динамические нагрузки от ударов в зазорах…………………..

16.5 Уменьшение динамических нагрузок………………………

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА …………………………….

ТЕМА 1. ВВЕДЕНИЕ

Лекция № 1

1.1 Общие требования к оборудованию прокатных цехов

К основному и вспомогательному оборудованию прокатных цехов предъявляются общие для всех машин и механизмов требования:

1. Высокая производительность;

2. Обеспечение требуемого уровня качества продукции;

3. Экономичность, т.е. малые расходы на эксплуатацию;

4. Высокая прочность и надежность;

5. Ремонтопригодность (минимальные длительность и стоимость ремонтов, удобство сборки и разборки);

6. Долговечность, как физическая, так и моральная;

7. Способность нормально функционировать в условиях сильно загрязненной окружающей среды;

8. Простота и безопасность обслуживания;

9. Малая металлоемкость и минимальные габариты;

10.Максимальная автоматизация процесса управления;

11.Минимальная стоимость;

12.Соответствие требованиям технической эстетики.

Однако удельный вес каждого из перечисленных требований к машинам и механизмам прокатных цехов может существенно отличаться от требований к машинам общего назначения, что связано с особенностями металлургического производства.

Высокая производительность машин и агрегатов прокатного цеха необходима для достижения максимальной экономической эффективности, т.к. чем больше продукции в единицу времени производит цех, тем меньше ее себестоимость. Кроме того, это позволяет выполнять заказы в сжатые сроки, что повышает конкурентоспособность предприятия.

Качество продукции непосредственно влияет на критерий эффективность – стоимость, определяющий целесообразность всего процесса. Для прокатного производства это требование является одним из главных стимулов развития технологии и конструкций оборудования.

При оценке экономичности оборудования ее следует отличать от экономичности технологии, реализуемой на данном оборудовании. Например, количество газа, идущего на нагрев металла перед прокаткой, определяет экономичность технологии, а количество электроэнергии, потребляемой двигателями прокатных клетей, правильных машин, ножниц и т.д. – экономичность самих машин.

Характерным для оборудования прокатных цехов является высокий коэффициент использования машин, достигающий 0,95. Это связано с круглосуточным режимом работы и вытекает как из непрерывного характера металлургического цикла, так и из требования максимальной производительности. Кроме того, изменение параметров технологии часто происходит плохо предсказуемым образом и при большой амплитуде, что приводит иногда к нагрузкам, существенно превышающим расчетные. Поэтому необходима высокая надежность. Из этого следуют большие коэффициенты запаса прочности прокатных механизмов (n = 5÷10, тогда как в общем машиностроении они равны 2÷2,5). Отсутствие тех жестких требований по минимизации массы, какие имеют место при конструировании летательных аппаратов, позволяет делать прокатное оборудование доста-

точно прочным.

При любой прочности оборудования неизбежен его износ. Осо-

бенно интенсивно он идет при эксплуатации прокатного оборудования из-за тяжелых условий его работы. Поэтому в прокатных цехах каждый месяц проводятся планово-предупредительные ремонты (ППР) и, как правило, раз в несколько лет – капитальные ремонты. При ППР заменяются вышедшие из строя или исчерпавшие свой ресурс детали отдельных машин и механизмов. Во время капремонтов меняют устаревшие или износившиеся клети, рольганги, двигатели и т.п. Поскольку время, отводимое на ремонты, ограничено (смена на ППР и несколько дней на капремонт), то оборудование должно отвечать требованию ремонтопригодности.

Высокая стоимость машин и механизмов прокатных цехов не позволяет их часто менять. Поэтому весьма важным является требование долговечности. Выход из строя прокатного оборудования со временем происходит по двум причинам: из-за потери усталостной прочности и при горячей прокатке - вследствие интенсивной эрозии металла, приводящей к изменению формы деталей. Для предупреждения усталостного износа оборудование проектируют так, чтобы коэффициенты циклической прочности его деталей соответствовали нормам. Для уменьшения эрозии детали следует по возможности защищать их от воздействия агрессивных физико-химических факторов среды.

Под моральным износом понимается ситуация, когда машина, сохраняя физическую работоспособность, перестает удовлетворять производство по своим показателям вследствие повышения требований к продукции или появления новых, более совершенных машин. Для предотвращения быстрого морального износа машины следует проектировать с учетом тенденций развития данной отрасли, причем как технологических, так и конструкционных.

Требование способности нормального функционирования в условиях сильно загрязненной окружающей среды является само собой разумеющимся. Для его выполнения узлы, подвергающиеся интенсивному износу (в особенности опоры валков, валов, роликов рольгангов и правильных машин) необходимо тщательно герметизировать и обеспечивать эффективную их смазку; детали, воспринимающие высокую температуру, нужно снабжать системами охлаждения и т.д.

Поскольку большинство машин и механизмов управляется или обслуживается людьми, то их необходимо проектировать с учетом требований техники безопасности. В идеале машина при любой, даже аварийной ситуации не должна причинять вред здоровью обслуживающего персонала.

Несмотря на отсутствие жестких ограничений по массе и габаритам, все же прокатное оборудование желательно иметь минимальной массы и габаритов. Первое связано с тем, что стоимость оборудования в среднем пропорциональна его массе. Уменьшение же габаритов (особенно по высоте) способствует уменьшению размеров здания цеха, что значительно уменьшает его стоимость.

Известно, что механизация и автоматизация технологического процесса способствуют повышению качества продукции и снижению ее себестоимости. Поэтому уже при проектировании следует предусматривать размещение датчиков и исполнительных механизмов систем автоматизации.

Требование минимальной стоимости не нуждается в комментариях. Высокий уровень технической эстетики необходим для создания благоприятного психологического климата на рабочем месте, что способствует повышению эффективности работы.

1.2 Нормативная документация, регламентирующая

процесс создания нового оборудования

Для облегчения и ускорения процесса проектирования машин и их изготовления, а также снижения их стоимости необходимо использовать унификацию и нормализацию деталей, узлов и агрегатов.

Унификация состоит в многократном повторении в конструкции одних и тех же элементов, что способствует сокращению номенклатуры деталей, уменьшению их стоимости, упрощению эксплуатации и ремонта машин. Унификация конструктивных элементов (фасок, галтелей, шпоночных соединений, посадочных диаметров, резьб, зубчатых зацеплений и т.д.) позволяет сократить номенклатуру обрабатывающего, измерительного и монтажного инструмента. Унификация марок и сортамента материалов, электродов, подшипников, крепежных деталей облегчает снабжение завода-изготовителя и проведение ремонтов в самом цехе. Наибольший эффект дает заимствование серийно изготавливаемых изделий (например, редукторов). В этом случае, помимо снижения стоимости, имеется гарантия надежности вследствие проверенности таких изделий опытом эксплуатации.

Нормализация – это регламентирование конструкции и типоразмеров широко применяемых машиностроительных деталей, узлов и агрегатов. Например, нормальный ряд диаметров головок шпинделей. Нормализация ускоряет проектирование, изготовление и ремонт

машин, а также способствует повышению их надежности.

Нормали являются стандартами для всей промышленности или данной отрасли и поэтому относятся к нормативной документации. Вся нормативная документация, применяющаяся при проектировании машин и механизмов, относится к общегосударственным или отраслевым стандартам. Из них непосредственно используемой при проектировании является ЕСКД - единая система конструкторской документации, которая регламентирует как оформление документов, так и их содержание.

ЕСКД, которая содержит свыше 130 стандартов, обеспечивает единство оформления и обозначений, определяет комплектность документации, порядок ее утверждения, учета, хранения и внесения изменений. Единство правил выполнения и оформления чертежей создает единый технический язык для всех предприятий любой отрасли промышленности.

Кроме ЕСКД при проектировании обязательно применяются стандарты на все виды материалов, конструктивных элементов, крепежных изделий, защитно-декоративных покрытий и т.д. Не стандартизованные детали и элементы конструкций допускается применять только в тех случаях, когда это технически обосновано.

1.3 Стадии проектирования и изготовления нового

оборудования

Исходным документом для начала проектирования обычно яв

ляется техническое задание, которое выдается министерством или частной фирмой-заказчиком и в котором определяются параметры будущего оборудования, область и условия его применения.

Иногда исходным пунктом бывает техническое предложение,

выдвинутое проектной организацией или группой конструкторов. Это также может быть научно-исследовательская работа (НИР) или изобретение и созданный на их основе экспериментальный образец.

В ответ на техническое задание проектной организацией разрабатывается техническое предложение, в котором определяются способы и основные конструктивные решения, позволяющие реализовать требования технического задания. Как правило, в техническом предложении также уточняются параметры будущей конструкции. Поскольку от начала проектирования до начала выпуска изделия проходит 2÷3, а иногда и больше лет, то конструктивные решения должны быть прогрессивными, гарантирующими моральное не старение оборудования в течение всего срока его физической долговечности.

После утверждения технического предложения с необходимыми коррективами начинается стадия эскизного проектирования.

Эскизный проект – совокупность конструкторских документов, содержащих принципиальные решения по обеспечению требований технического задания и дающих общее представление об устройстве и принципе работы изделия. В эскизном проекте подтверждаются или уточняются требования к изделию, установленные техническим заданием и техническим предложением. Рассчитываются технико-экономические показатели будущего изделия, закладываются основы применения типовых, стандартизованных составных частей разработки. Устанавливаются требования к составным частям и материалам. В случае необходимости проводятся экспериментальные исследования для уточнения параметров изделия или технологии его изготовления.

После утверждения эскизного проекта заказчиком начинается стадия технического проектирования. Технический проект - совокупность конструкторских документов, содержащих принятые окончательно все конструкторские решения по данному изделию, до последнего болта и гайки. Он содержит пояснительную записку с расчетами ответственных узлов и деталей, общие виды изделия и его отдельных узлов, а также наиболее важных деталей (типа станин рабочей клети). Технический проект должен обеспечить достижение заданных параметров изделия и его технико-экономическую эффективность, что подтверждается окончательным расчетом. Он должен также содержать решения по технологии изготовления деталей и узлов изделия, а также его сборки, испытаний и монтажа у заказчика.

После утверждения технического проекта начинается стадия рабочего проектирования. Рабочий проект обычно делает проектная организация предприятия-изготовителя, поскольку на месте проще согласовать требования к деталям и технологии их изготовления в цехах. Рабочий проект содержит всю техническую документацию, необходимую для изготовления каждой детали изделия. Поэтому рабочие чертежи деталей содержат сведения о допусках, шероховатости поверхностей, технологии изготовления, соответствующей имеющимся станкам, инструменту, оснастке и т.д.

После утверждения рабочего проекта начинается изготовления

опытного образца изделия, если предусматривается его серийное производство. Прокатное оборудование обычно является уникальным, поэтому опытный образец может быть и последним. На заводе-изготовителе осуществляется сборка изделия на стенде и его отладка. Затем изделие демонтируется и отправляется к заказчику, где оно окончательно монтируется в цехе. Проводятся испытания изделия, в случае необходимости – его доводка, и, наконец, - приемка заказчиком.

Если предусматривается выпуск серии изделий, то разрабатывается серийная документации с учетом опыта работы головного образца, и организуется серийный выпуск.

Тема 2 Проектирование основного оборудования

Лекция № 2

2.1 Исходные данные для проектирования прокатных

станов

Одним из разделов технического задания на проектирование прокатного цеха является задание на проектирование оборудования. Оно включает:

1. Сортамент готовой продукции, требования к ее качеству, исходные материалы для производства;

2. Производительность – годовой объем выпуска проката и фонд времени работы оборудования, часовые производительности, время на обработку каждого типоразмера проката;

3. Технологический процесс и условия эксплуатации: схема производства, режимы работы оборудования, факторы окружающей среды (запыленность, температурные перепады, шум, вибрации), характеристики материалов и химических веществ, используемых в технологическом процессе;

4. Параметры и характеристики оборудования стана, в т.ч. требования к надежности, экономичности, к уровню унификации и стандартизации, соответствия мировым образцам, патентной чистоте, механизации тяжелых и трудоемких работ, к пожаро-, взрыво- и электро-безопасности, к технической эстетике;

5. Уровень технологической автоматизации: требования к АСУТП отдельных машин и агрегатов и их связи с АСУП цеха;

6. Требования по охране труда, технике безопасности и промышленной

санитарии в виде перечня действующих нормативных документов;

7. Параметры энергоносителей: газа (его состав, теплотворная способность, давление, влажность), электроэнергии (род тока, напряжение), технической воды (давление, температура, жесткость), сжатого воздуха (давление, влажность), пара (давление, температура);

8. Расчет лимитной цены оборудования.

Эти данные разрабатываются проектными организациями министерства-заказчика (в СССР ими были институты Гипромез и Гипросталь). На их основании проектная организация министерства-исполнителя (ранее это был ВНИИметмаш) готовит техническое предложение, после утверждения которого появляется возможность начинать проектирование основного и вспомогательного оборудования стана.

2.2 Проектирование валкового комплекта

К началу проектирования основного оборудования, т.е. рабочих клетей, уже известны их основные параметры. Поскольку работа ведется с использованием опыта эксплуатации существующих станов, то, как правило, известны и типы рабочих клетей, типы привода и виды главных двигателей. Например, современные ТЛС средней мощности тандем имеют клети кварто с индивидуальным приводом от синхронных электродвигателей. Поэтому проектирование может начинается с разработки эскизного проекта рабочей клети.

Основными исходными данными к проекту рабочей клети являются диаметры валков и длины бочек, максимально допустимые сила прокатки Р_max и момент прокатки М_max, скорость прокатки, размеры и масса заготовок и раскатов, температурный интервал прокатки, требования к быстродействию вспомогательных механизмов.

Проектирование рабочей клети начинается с определения ос-

новных конструктивных решений по валковому комплекту, который включает валки, подшипники, подушки и подпятники (рис.2.1).

Рисунок 2.1 – Валковый комплект дуо

Определяется вид валков 1: сплошные или составные, бандажированные, а также их материал. Сплошные валки проще и дешевле в изготовлении при умеренных их размерах. Валки для больших станов (типа ТЛС 5000) сплошными изготовить затруднительно, поэтому их делают составными. Иногда целесообразно делать составными и небольшие рабочие валки. Например, в клетях кварто требуется рабочие валки делать из чугуна для обеспечения их стойкости против износа. Но чугун имеет сравнительно малую прочность, поэтому шейки таких валков не могут передавать значительные крутящие моменты. Сделав валок из высокопрочной стали и насадив на него чугунный бандаж, можно удовлетворить этим противоречивым требованиям.

Материал валков должен при заданных их размерах и нагрузках обеспечивать статическую и циклическую прочность в течение нормативного срока работы. Кроме того, он должен быть максималь-но износоустойчивым и, для станов холодной прокатки, иметь высокую твердость, обеспечивающую выкатку полос малых толщин. Стальные валки при высокой прочности, имеют сравнительно низкую износоустойчивость, а чугунные - наоборот. Твердость поверхностного слоя стальных валков можно повысить закалкой ТВЧ. Прочность валков из легированного чугуна приближается к прочности стальных валков, но стоимость их может превышать стоимость стальных. Поэтому решение о материале валков следует принимать с учетом экономических показателей, т.к. валки являются сменным инструментом и их стоимость является заметной статьей в расходах по переделу.

Размеры шеек валков определяются размерами их подшипников 2 (рис.2.1). Вид подшипников и их типоразмер находится в зависимости от условий эксплуатации и требований к рабочей клети. Например, для черновых клетей сортовых станов не имеет особого значения точность прокатки, но важны стойкость при попадании в узел опор абразивных частиц, малый коэффициент трения и минимальная стоимость подшипников. Поэтому здесь можно применить подшипники скольжения открытого типа с неметаллическими вкладышами. Наоборот, для чистовых клетей, где основным требование является точность прокатки, подшипники должны иметь высокую жесткость и способность работать при высоких скоростях, характерных для современных сортовых станов. Подшипники качения имеют высокую жесткость, но они не могут длительно работать при высоких скоростях. Поэтому в таких случаях приходится применять ГДП. Но ГДП требуют централизованной системы подачи жидкой смазки, а их грузоподъемность зависит от частоты вращения.

Для восприятия осевых нагрузок, если основные подшипники не являются радиально-упорными, узел опор следует делать комбинированным, с дополнительными радиально-упорными или упорными подшипниками (рис.2.2).

Рисунок 2.2– Схема комбинированной опоры кварто

После выбора подшипников производится их расчет на долговечность, грузоподъемность, допустимую нагрузку и т.п.

Т.к. размеры шеек валков определяются размерами подшипников, то после их выбора становятся известными все размеры валков в первом приближении и можно производить их расчет на прочность и жесткость. Если результаты расчета оказываются не удовлетворительными, то выбираются другие подшипники, с большим внутренним диаметром, и расчеты повторяются.

Особое внимание следует уделять конструкции всего узла опор.

Прежде всего нужно выбрать вид посадки подшипников на шейки валков, обеспечивающий удобство монтажа и демонтажа при перевалках и, одновременно, не допускающий повреждения поверхности шеек, если используются посадки с гарантированным зазором. Затем – обеспечить фиксацию подшипника на шейке в осевом направлении. Со стороны валка для этого делается буртик, а со стороны свободного конца валка подшипник обычно стопорится гайками.

Узел опор будет надежно работать только при условии его тщательной герметизации и смазке. Для герметизации используются различные уплотнительные устройства (лабиринтные уплотнения, сальники, манжеты). Смазка узла опор зависит от вида подшипников и регламентируется инструкцией по эксплуатации этих узлов.

После определения основных размеров валков необходимо выполнить их расчет на статическую и циклическую прочность и на деформацию. Если окажется, что валки не удовлетворяют существующим нормам по прочности и жесткости, следует произвести корректировку их размеров, если это возможно, или изменить материал или, в крайнем случае, убедить заказчика в необходимости снизить нагрузки.

Подшипники скольжения открытого типа проверяются по удельной нагрузке в соответствии с существующими нормами.

Гидродинамические подшипники рассчитываются на:

1. Обеспечение режима жидкостного трения путем сравнения полученной толщины смазочного слоя h_min с критической величиной h_кр;

2. Грузоподъемность в зависимости от фиксированного h_min и скорости вращения;

3. Наименьшую угловую скорость при известных размерах подшип-

ника, нагрузки на него и температурно-вязкостных характеристик масла;

4. Определение сорта смазки, обеспечивающего заданную грузо-

подъемность при данной скорости вращения;

5. Определение давления подачи смазки, обеспечивающего нормальную работу подшипника.

Подшипники качения рассчитываются только на долговечность, но с учетом предельно допустимой частоты вращения при данном виде смазки (густой или жидкостной).

2.3 Проектирование подушек

Подушки 3 (рис.2.3) должны обеспечивать надежную фиксацию валков относительно станин, перевалку в осевом направлении, если станины закрытого типа, равномерное распределение нагрузки по диаметру подшипников, размещение уплотнений, деталей механизмов осевой регулировки и фиксации. В некоторых случаях в подушках должны размещаться гидроцилиндры уравновешивания устройств противоизгиба или (и) дополнительного изгиба рабочих валков.

Ширина подушки В (рис.2.3) находится из условия свободного извлечения валков из проема станин при перевалках.

Рисунок 2.3 – Схема подушек валков дуо

Для этого размер В должен быть на 10÷100мм (в зависимости от раз-

меров клети) больше максимального диаметра бочек валков.

Высота подушки Н складывается из наружного диаметра подшипника D и высоты двух перемычек: верхней h_в и нижней h_н. Для более равномерного распределения нагрузки по диаметру подшипника рекомендуется размер h_в брать из соотношения:

,

где d – внутренний диаметр подшипника, равный диаметру шейки.

Высота нижней перемычки h_н обычно равна 0,1 h_в, но не менее технологически необходимой при обработке диаметра D на расточном станке.

Толщина подушек S снизу лимитируется шириной подшипника Т. Но обычно S > Т, т.к. в подушках нужно также разместить уплотнения. Поэтому окончательно размер S получается после конструктивной проработки всего узла.

У валкового комплекта кварто рабочие подушки размещаются в опорных и должны несколько выступать за их габарит (рис.2.4).

Рисунок 2.4 – Подушки валков кварто

Поиск по сайту: