Проектирование профилировок листовых станов

Конечная цель разработки – такая выпуклая профилировка

рабочих валков, которая обеспечивает полное устранение δh_b при силе прокатки Р_н и той ширине полосы b, при которой δh_b минимальна.

Для уменьшения неравномерности межвалкового давления нужно использовать итерационный метод расчета профилировок. В этом методе в первом приближении принимается цилиндрическая профилировка всех валков. Профили каждого следующего приближения определяются по изгибам и сближениям осей рабочих и опорных валков на предыдущих итерациях. Поскольку предусматривается выпуклость опорного валка, то в скосах по краям бочек опорных валков нет надобности. Обычно такие скосы делают, чтобы предупредить повышение контактных напряжений на краях бочек, которые приводят к выкрашиванию этих участков.

В качестве примера рассмотрим отечественный стан 3000 ОАО АМК. Профилировка и все следующие расчеты ведутся в соответствии с его параметрами после его реконструкции.

Основные параметры валковой системы, стана и технологии после реконструкции имют такие значения:

1. Диаметр рабочих валков – 900 мм;

2. Диаметр опорных валков – 1650 мм;

3. Длина бочек – 3000 мм;

4. Максимальная сила прокатки – 44,15 МН;

5. Максимальный момент прокатки – 2,94 МНм;

6. Максимальная скорость прокатки – 5 м/с;

7. Толщина листов – от 7 к 60 мм;

8. Ширина листов – от 1500 к 2700 мм

Для определения характера изменения δh_b в зависимости от

ширины полосы, исследовали ее в первом приближении для цилиндрических валков.

При максимальной ширине 2700мм:

Н/м; ;

м2/Н,

где коэффициенты Пуассона и модули упругости – по справочникам. Ширина раскатов принимается как ширина листов, поскольку допуск на боковую обрезь не может быть меньше, чем 140мм, а еще нужен запас бочки на осевое смещение.

м²/Н;

; ; ;

; ;

; ;

где м⁴;

;

;

Рабочая профилировка и упругие деформации должны быть симметричными для верхних и нижних валков. Известно, что нижние валки нагреваются сильнее и поэтому их тепловая выпуклость больше. Это можно учесть станочной профилировкой, сделав выпуклость нижних валков соответственно меньше. Тогда коэффициенты а₀ и а₁ верх-

них и нижних валков будут одинаковыми:

;

.

Поперечная разнотолщинность:

мм;

мм.

Поскольку расчеты по данной методике достаточно трудоемки, то была разработана программа „Defquarto”. С ее помощью можно рассчитать поперечную разнотолщинность, и другие параметры деформации при разных ширинах полосы. Результаты расчетов сведены в таблицу 5.1.

На рисунке 5.2 показан график зависимости, полученный методом кубической сплайн-интерполяции в среде MathCAD-2001.

Таблица 5.1

Изменения параметров деформации от ширины полосы

Рисунок 5.2 – Зависимость разнотолщинности от ширины полосы

Из таблицы 5.1 и рисунка 5.2 видно, что не монотонно зависит от ширины полосы. Стрела прогиба опорного валка с увеличением ширины монотонно увеличивается, а стрела сближения рабочего и опорного валков η имеет максимум при 1700 мм и при последующем увеличении ширины полосы уменьшается и даже становится негативной. Последнее легко объяснить тем, что при увеличении ширины полосы парабола р(х) межвалкового давления становится вогнутой. Действительно, по (5.3) при ширине 2700мм:

;

.

Следовательно, при цилиндрической профилировке минимальная δh_b имеет место при минимальной ширине раската 1500мм, а максимальная – при b_p = 2200 – 2300мм.

Для разработки профилировки такой, чтобы при заданном усилии прокатки она обеспечивала устранение δh_b при определенной ширине раската, можно использовать зависимость (5.3). Но в ней есть небольшая ошибка: поскольку рабочие валки прогибаются до полного контакта с опорными, то их активная образовывающая будет равняться сумме выпуклостей с обеих сторон, то есть 2h_p. Действительно, допустим, что профилировка опорных валков цилиндрическая. Тогда рабочий валок с выпуклой профилировкой под действием усилия прокатки прогнется до прилегания к образующей цилиндра, а его активная образующая с противоположной стороны будет иметь удвоенную стрелу выпуклости. Если опорный валок имеет выпуклость, то тогда она суммируется с удвоенной выпуклостью рабочего валка. Следовательно, зависимость от прогиба опорного валка, сближения осей рабочих и опорных валков и их профилировка должна иметь вид:

(5.12)

Соответственно в формулах (5.9) и (5.10) нужно заменить на . Используя программу „Defquarto” с вышеупомянутыми изменениями, провели подбор стрел выпуклости рабочего h_p и опорного h_оп валков методом последовательных приближений. В результате было выяснено, что полное устранение при минимальных выпуклостях обоих валков происходит при максимальной ширине полосы 2700 мм. При других ширинах стрелы выпуклости больше, следовательно, при увеличении ширины будет возникать негативная разнотолщинность, устранить которую будет невозможно. Поэтому было решено принять в конечном варианте профилировку с параметрами:

При такой рабочей профилировке разнотолщинность раската шириной 2700 мм при максимальной силе прокатки будет равняться 0,002 мм. Профилировка показана на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 – Выпуклая профилировка валков

На нем индексами „ц” и „к” обозначенные центры и края бочек. Как уже указывалось, профили валков должны быть параболическими. Следовательно, разработана выпуклая профилировка рабочих и опорных валков для стана 2800 после его реконструкции. Станочную профилировку не разрабатываем, поскольку это задача известная и ее решение не вызывает трудностей.

Была рассчитана разнотолщинность при прокатке полос другой ширины. Результаты сведены в таблицу 5.2. График этой зависимости приведен на рисунке 5.4.

Таблица 5.2

Разнотолщинность при прокатке полос разной ширины.

Рисунок 5.4 – Зависимость разнотолщинности от ширины полосы

По графику видно, что разнотолщинность достигает максимального

значения при ширине 1700 – 1800 мм. Следовательно, профилировка меняет зависимость от δh_b ширины даже качественно. Выпуклость валков, которая при горячей прокатке всегда имеет место, смещает минимум функции в противоположную сторону.

Лекция № 6

6.1 Проектирование станин

Станины являются одними из наиболее ответственных частей рабочей клети и всегда - самыми ее дорогими деталями. Поэтому от их конструкции во многом зависит эффективность и качество всего механизма.

Прежде всего нужно решить, какой вид станин предпочтителен в данном случае: открытого а) или закрытого б) типов (рис.6.1).

а) б)

Рисунок 6.1 – Типы станин

Как известно, станины закрытого типа имеют большую жесткость и прочность, что необходимо для чистовых клетей. Однако несколько усложняется перевалка, что, впрочем, не имеет значения для больших клетей, где эта процедура осуществляется специальными механизмами. Иногда приходится использовать станины открытого типа по требованиям технологии их изготовления, обычно для очень крупных клетей, когда изготовление больших отливок затруднительно. Станины открытого типа обычно используются для относительно небольших клетей сортовых станов. Однако для чистовых клетей, в связи с повышением требований к точности сортового проката, также лучше применять станины закрытого типа.

Материал станин достаточно традиционен: чугун с шаровидным графитом для небольших клетей и литая сталь марок 25л или 35л – для всех остальных. Для станин с шаровидным графитом предел прочности равен 400÷500 МПа. Предел прочности стального литья - 500÷600 МПа. Т.к. станины являются самыми дорогими деталями рабочей клети, то ее поломки недопустимы. При поломке валков станины не должны получать пластических деформаций, искажающих их форму. Поэтому коэффициент запаса прочности для станин принимается равным 10.

Размеры элементов станин должны обеспечить требуемые прочности и жесткости. Но нужно учитывать, что увеличение сечений стоек и поперечин сверх необходимого неоправданно, т.к. это увеличивает массу, следовательно, стоимость станин, и не дает существенного повышения жесткости всей клети, поскольку деформация станин составляет небольшую долю общей деформации клети.

Проектирование станины начинается с определения размеров проема станины (рис.6.2). Ширина проема В должна быть равна ширине подушек плюс толщина т.н. наделок, т.е. планок, предохраняющих внутренние поверхности стоек от износа. Обычно их толщина равна 50÷100мм. Высота проема станины Н складывается из высоты двух подушек, толщины подпятника, величины свободного хода нажимного винта и толщины прокладок под нижними подушками и толщины месдозы, если ее установка предусмотрена.

Рисунок 6.2 – Основные размеры станины

У клетей сортовых станов два нажимных механизма – сверху и снизу. Поэтому под нижней подушкой следует предусматривать высоту свободного хода еще одного винта. Далее определяются форма сечений станины и размеры ее расчетного контура

6.2 Определение основных размеров станины

Размеры сечений стоек и поперечин находятся расчетом. При этом размер стоек в направлении оси валка берется несколько меньшим, чем длина подушек (чтобы края стоек не мешали прокатке).

Форма сечений (рис.6.3) находится из следующих соображений. Сечение стоек в виде двутавра (рис.6.3а) удобно тем, что по краям тавра можно пропустить сквозные болты. Сечения в виде прямоуго-льника (вытянутое рис. 6.3б и узкое рис. 6.3в) проще в изготовлении,

но износ резьбовых отверстий для винтов, которыми крепятся план-

ки, приводит в негодность всю станину.

Рисунок 6.3 – Формы поперечных сечений стоек станин

Сечения типов а) и б) имеют большую жесткость и поэтому их применяют при относительно широких станинах (клети дуо), особенно при наличии горизонтальных усилий. Такие сечения в значительной степени разгружают поперечины от изгибающих моментов. При высоких и узких станинах (клети кварто) и незначительных горизонтальных усилиях с точки зрения прочности и минимизации массы предпочтительны сечения типа в). Меньший момент инерции такого сечения обусловливает меньший изгибающий момент в стойках. Возникающая при этом экономия металла на стойках из-за их значительной длины перекрывает некоторое увеличение площади поперечного сечения поперечин.

Ширина и длина расчетного контура станины:

мм

мм,

где - расстояние от нейтрального слоя сечений стоек;

- расстояние от нейтрального слоя сечений поперечин.

Для сечений несимметричной формы, таких как двутавровое

(рис.6.4), положение нейтрального слоя (ось g-g) находится как центр тяжести сечения с одной осью симметрии:

мм,

где S_a – статический момент сечения относительно произвольной оси а-а;

F – площадь сечения.

Сечение E-E

Рисунок 6.4 – Двутавровое сечение стоек

Статический момент сечения Е-Е равняется:

;

Площадь сечения стойки:

мм².

Расстояние от нейтрального слоя до внешних волокон стойки:

мм.

Статический момент сечения верхней поперечины D-D, в котором имеются расточки под нажимной винт и гайку, относительно

произвольной оси m-m равняется:

где h_г – высота нажимной гайки.

Площадь сечения D-D (рис.6.5):

Рисунок 6.5 –Сечение верхней поперечины

Расстояние от нейтрального слоя до внутренних волокон поперечины:

Расстояние от нейтрального слоя до внешних волокон поперечины:

Центр тяжести остальных прямоугольных сечений находится на пересечении их осей симметрии, т.е.в их геометрическом центре:

мм; мм.

Поиск по сайту: