Узел ролика рольганга колесопрокатного цеха

Узел ролика рольганга колесопрокатного цеха

Введение

прокатываемый металл рольганг подшипник

Перед металлургами поставлена задача поднять технический уровень отрасли, повысить качество металла. Для этого необходимо активнее обновлять устаревшие основные фонды, внедрять прогрессивные технологии и оборудование.

Решение поставленных задач неразрывно связано с ускорением научно-технического прогресса в металлургическом машиностроении, с созданием экономичных высокопроизводительных машин и агрегатов высокой надежности и долговечности.

Потребность в прокатном оборудовании продолжает расти. Это объясняется тем, что прокатка из всех способов обработки металлов пользуется наибольшим распространением в следствии непрерывности процесса, высокой производительности и возможности получения изделий разнообразной формы и высокого качества. Прокатные изделия как из стали, так и из цветных металлов являются наиболее экономичным продуктом - конечным для металлургических предприятий и исходным в машиностроении.

В металлургическом машиностроении снижение металлоемкости является одним из актуальных направлений технического прогресса. Главное проявление этого снижения должно выражаться в переходе с производства тяжелых машин на производство более современных и легких с расширением номенклатуры отделочных машин и средств механизации. Важно также снижать эксплуатационную металлоемкость прокатных станов за счет повышения надежности и долговечности быстро изнашиваемых деталей.

1.Назначение и конструкция рольганга

Для транспортирования прокатываемого металла к прокатному стану, задачи металла в валки, приема его из валков и передвижения к вспомогательным машинам (ножницам, пилам, правильным машинам) служат рольганги. Современные прокатные станы характеризуются поточным технологическим процессом обработки металла, поэтому общая длина рольгангов весьма значительна. А масса их иногда достигает 20-30% от массы механического оборудования всего прокатного стана.

По своему назначению рольганги разделяют на рабочие и транспортные. Рабочими называют рольганги, расположенные непосредственно у рабочей клети и служащие для задачи прокатываемого металла в валки и приема его из валков. Транспортными называют все остальные рольганги, установленные перед рабочей клетью и за ней и связывающие между собой отдельные вспомогательные машины и устройства стана.

По своей конструкции рольганги выполняются с групповым и индивидуальным приводом роликов и с холостыми роликами.

При групповом приводе роликов одна секция рольганга, состоящая из 4 - 10 роликов и более, снабжена приводом роликов от одного электродвигателя через конические шестерни и трансмиссионный вал. Групповой привод применяется только для рольгангов, работающих в тяжелых условиях, например подводящих рольгангов блюмингов и колесопрокатных станов.

При индивидуальном приводе каждый ролик или два данной секции рольганга приводится от отдельно электродвигателя. Они проще в изготовлении и эксплуатации. Их широко применяют в качестве транспортных рольгангов для передвижения металла, длина которого после прокатки значительна, а также в качестве первых роликов рабочих рольгангов у обжимных станов.

Рольганги с холостыми роликами применяют как транспортные4 их располагают с небольшим уклоном к горизонтали и перемещение металла по ним происходит под действием собственной тяжести, поэтому эти рольганги называют также гравитационными.

Ролики рольгангов изготовляют цельноковаными, литыми или из труб.

Мы рассматриваем приводной ролик рольганга с групповым приводом, работающим на участке нагревательных печей колесопрокатного агрегата, предназначенного для цельнокатаных железнодорожных колес.

Исходным материалом являются слитки из углеродистой стали или низколегированной стали массой 3500 кг и диаметром 500 мм. На слиткорезательных многорезцовых станках производится разрезка слитков одновременно семью резцами для получения шести заготовок, массой каждая около 480 кг. На полуавтоматических линиях на пресс - слитколомателях усилием 4,15 МН при помощи клиньев слитки ломаются на отдельные заготовки. По рольгангу при помощи загрузочные машин заготовки подаются в нагревательные карусельные печи с вращающимся кольцевым подом; одновременно при помощи выгрузочных машин из печей поочередно выгружаются заготовки, нагретые до температуры 1250 ⁰С и по рольгангу подаются устройству для гидросбива окалины водой высокого давления и затем к гидравлическим штамповочным прессам, в которых последовательно осуществляются следующие операции: осадка заготовки и дополнительное удаление окалины. Прошивка центрального отверстия и придание заготовке формы чернового колеса, формовка ступицы, диска и обода.

Далее на колесопрокатном стане производится окончательная выкатка обода и гребня и раскатка диска колеса. Прокатанное колесо по рольгангу поступает на пресс на котором осуществляется выгибка диска, калибровка обода и удаление небольшой перемычки в центральном отверстии ступицы. после клеймения колеса при температуре 900 - 950 ⁰С направляются в отделение термической обработки. Транспортирование колеса в термическом отделении осуществляется крюковыми подвесными конвейерами.

После дробеметной очистки в камерах, осмотра и дефектоскопии на стендах, окончательной обработки всех элементов колеса на станках, нанесения антикоррозионного покрытия в камерах и сушки покрытия в конвейерных печах, колеса направляются на склад готовой продукции.

Приводной ролик (рис. 1) входит в состав транспортного рольганга, передающего заготовки из промежуточного склада к карусельным нагревательным печам, при помощи загрузочных машин. При групповом приводе одна секция рольганга, состоящая из 10 роликов, приводится от одного электродвигателя через цилиндрические шестерни и трансмиссионные валы. Групповой привод применяют только для рольгангов, работающих в тяжелых условиях. На данном рольганге сделаны направляющие в виде неприводных роликов, предназначенные для направления движущейся заготовки.

Рис. 1 Схема секции рольганга

2.Момент привода ролика

Момент и мощность привода роликов рольганга определяют с учетом трех факторов:

потерь на трение в подшипниках при передвижении металла по рольгангу;

возможного буксования роликов по металлу при случайном упоре металла в препятствие, например в направляющие линейки, установленные по длине рольганга; Эти моменты составляют статическую нагрузку привода.

возможности транспортировки металла с ускорением, для чего роликам необходимо приложить динамический момент.

Момент трения в подшипниках

где Q - вес транспортируемого металла, Н;

G - вес ролика, Н;

n - число роликов, приводимых от одного электродвигателя;

μ - коэффициент трения в подшипниках роликах;

d_п - диаметр трения в подшипниковых опорах ролика, м.

Момент буксования роликов по металлу

где Q - вес металла, приходящегося на один ролик, Н;

d - диаметр бочки ролика, м;

μ_б - коэффициент трения ролика при буксовании: по горячему металлу - 0,3, по холодному - 0,2.

Статический момент

При ускорении вращения роликов рольганга находящийся на них металл движется поступательно с ускорением. Для приведения момента инерции поступательно движущегося металла к оси вращения ролика считаем. Что масса металла приложена к точке (по образующей) на окружности ролика.

Динамический момент

где m_p - масса ролика, кг;

m_m - масса металла, кг;

D - диаметр инерции, вращающейся детали, имеющей форму цилиндра, м;

ε - угловое ускорение, с^-2 .

Диаметр инерции

Угловое ускорение

где а - ускорение поступательно движущегося металла по ролику, м/с².

Для того, что бы заставить двигаться металл по роликам рольганга с ускорением, ролики должны преодолеть силу инерции металла

Но при движении металла по роликам (без проскальзывания) сила инерции не может быть больше силы трения между роликом и металлом

То есть,

 или

Значит, максимальное ускорение металла на роликах рольганга не может быть больше произведения коэффициента трения ролика по металлу на ускорение свободного падения.

Для горячего металла получается а≈3 м/с².

Угловое ускорение

Динамический момент

Суммарный момент привода роликов рольганга

3.Расчет ролика на сопротивление усталости

Расчетная схема оси представлена на рисунке 2. Определим опорные реакции, составив уравнения моментов относительно правой и левой опор оси.

Горизонтальная плоскость

 (13)

 (14)

Общая реакция

 (15)

Изгибающие моменты (рис. 3)

 (17)

 (19)

Проверим сечение оси.

Момент сопротивления сечения

на изгиб

где d - диаметр вала в данном сечении, мм.

Рис. 2. Расчетная схема к определению опорных реакции

Рис.

Рис. 3. Эпюра изгибающих моментов

Общий изгибающий момент в т.1

Напряжения изгиба, возникающее в данном сечении

.

Напряжение кручения

 , (23)

Момент сопротивления сечения вала кручению:

. (24)

.

Запасы прочности

 (25)

где σ_-1 и τ_-1 - пределы выносливости на изгиб и кручение при стандартных условиях испытаний, МПа;

σ_а и τ_а - номинальное переменное напряжение в детали (амплитуда напряжений), МПа;

к - коэффициент. учитывающий совместное воздействие всех факторов на предел выносливости и номинальное напряжение в реальных условиях работы детали.

Ролик выполнен из стали 40Х ГОСТ 4543-88. Тогда

Запас прочности в случае одновременного действия нормальных и касательных напряжений при симметричных циклах напряжений

4.Расчет зубчатых передач

Номинальный момент двигателя

, (26)

где N - мощность приводного электродвигателя, Вт;

ω - угловая скорость приводного электродвигателя, с^-1.

Момент на тихоходном валу

где u - передаточное число редуктора;

Делительный диаметр колеса

 (28)

где z- число зубьев;

m - модуль передачи.

Усилия, действующие в зацеплении

окружное

 (29)

радиальное

 (30)

Контактное напряжение, возникающие при работе прямозубого зубчатого зацепления

 ,

где a_w - межосевое расстояние зубчатой передачи;

b - ширина зубчатого колеса;

K_H - коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями.

Здесь z₁ и z₂ - числа зубьев колеса и шестерни зубчатой передачи.

где K_α - равен 1,0 для прямозубых колес;

K_β - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения

нагрузки по ширине зубчатого венца;

K_v - коэффициент, зависящий от окружной скорости.

Тогда контактное напряжение составит для тихоходной ступени

Допускаемое контактное напряжение для азотированной стали

 (33)

Здесь  - предел выносливости стали 40Х, из которой

изготавливается шестерня, на контакт;

[n] - коэффициент запаса.

Таким образом, =505 МПа < =1050МПа.

Напряжение изгиба в зубьях шестерни

где Y_F - коэффициент формы зуба;

k_F - коэффициент нагрузки.

где k_β - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения

нагрузки по длине зуба;

k_v - коэффициент, зависящий от окружной скорости.

При числе зубьев шестерен z=28 коэффициент формы зуба составит Y_F = 4,09.

Тогда напряжение изгиба для шестерни тихоходной ступеней равно

Допускаемое напряжение изгиба для азотированной стали

 (36)

Здесь  - предел выносливости материала шестерни на изгиб;

[n] - коэффициент запаса.

Уравнение кривой усталости

     (37)

где N₀ - базовое число циклов;

m - котангенс угла наклона кривой усталости.

Долговечность зубьев шестерни по контактным напряжениям

 циклов.

5.Определение срока службы подшипников

Для ролика был принят роликовый двухрядный сферический подшипник средней серии 3614 ГОСТ 5721-75

Посадочный диаметр d=70 мм,

Наружный диаметр D=150 мм,

Ширина B=51 мм,

Динамическая грузоподъемность С₀=184000 Н.

Эквивалентная нагрузка

, (38)

где R - радиальная нагрузка на подшипник, Н;

Х=1 - для радиальной нагрузки, а осевая отсутствует;

V=1 - внутреннее кольцо неподвижно;

K_б =2 - коэффициент безопасности;

K_т =1.1 - температурный коэффициент.

 Н.

Расчетная долговечность подшипника в миллионах оборотов

 (39)

Здесь 3,33=10/3- котангенс угла наклона кривой усталости для роликовых подшипников.

Расчетная долговечность подшипника в часах

здесь n - число оборотов подшипника, об/мин.

Для паразитной шестерни был принят роликовый двухрядный сферический подшипник средней серии 3612 ГОСТ 5721-75

Посадочный диаметр d=60 мм,

Наружный диаметр D=130 мм,

Ширина B=46 мм,

Динамическая грузоподъемность С₀=130000 Н.

Эквивалентная нагрузка

 Н.

Расчетная долговечность подшипника в миллионах оборотов

Расчетная долговечность подшипника в часах

здесь n - число оборотов подшипника, об/мин.

Заключение

1. Рассмотрены конструкция, устройство и принцип работы рольганга.

3. Проведен расчет валка на сопротивление усталости.

4. Проведен расчет зубчатых зацеплений на прочность.

5. Определена долговечность подшипников ролика и паразитной шестерни.

Список литературы

1.   Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах Т. 3 Машины и агрегаты прокатных цехов. Учебник для вузов. А. И. Целиков, П. И. Полухин, В. М. Гребеник и др. - М.: Металлургия, 1981, 576 с.

2.       Королев А. А. Механическое оборудование прокатных цехов ченой и цветной металлургии. Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Металлургия, 1976. -544 с.

.        Расчет металлургических машин и механизмов прокатных цехов /В. М. Гребеник, Ф. К. Иванченко, В. И. Ширяев. - К.: Выща шк. Головное изд-во, 1988. - 448 с.

.        Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т. 2. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. -559 с.

.        Курсовое проектирование деталей машин/ С. А. Чернавский, Г. М. Ицкович, К. Н. Боков и др. - М.: Машиностроение, 1979. - 351 с.

6.