Модернизация подъемно-качающегося стола

Модернизация подъемно-качающегося стола

РЕФЕРАТ

Курсовой проект выполнен в связи с модернизацией подъемно-качающегося стола за обжимной и черновой клетями, крупносортового стана 550 цеха ОАО «ЕМЗ».

На основе опыта эксплуатации подъемных столов на ОАО «ЕМЗ» и родственных предприятиях черной металлургии, результатов аналитического и литературно обзора предлагаю с целью повышения надежности в работе подъемно-качающегося стола, заменить тягу в приводе стола, сделав ее не литой, а сварной используя для изгтовления тяги сортамент продукции стана.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

.1 Подъемные столы

.2 Подъемно-качающиеся столы

. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

.1 Расчет и выбор электродвигателя привода подъемно-качающегося стола

2.2 Влияние маховых масс стола на процесс качания

2.3 Условия работы подъемно-качающегося стола в сортопрокатном цехе (стан 550) ЕМЗ и характер отказов в эксплуатации

.4 Технические предложения по совершенствованию конструкции подъемно-качающегося стола и технико-экономическое обоснование мероприятий

.5 Сравнительный анализ влияния уменьшенной массы тяг на время подъема стола, и на энергетический показатель привода подъема стола

.6 Определение усилий в тяге привода стола

.7 Расчеты на прочность

.8 Расчет подшипника

.9 Смазка узлов трения

. ОХРАНА ТРУДА

ВЫВОД

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

Введение

Для обслуживания клетей трио сортовых и листовых станов применя-ются подъемно-качающиеся и передвижные столы.

При раскатке коротких заготовок в обжимных клетях трио применяются подъемные столы с параллельным перемещением вверх и вниз. При длинных полосах в клетях трио и дуо применяются подъемно-качающиеся столы, у которых одна сторона закреплена на шарнире, а другая перемещается вниз и вверх. Передвижные столы, осблуживающие не одну, а несколько клетей и расположенные в одну линию перпендикулярно направлению прокатки, встречаются лишь в старых прокатных установках.

Наибольший интерес представляют подъемно-качающиеся столы, имею-щие широкое распространение. Подъемные столы значительно реже применя-ются непосредственно у рабочих клетей, чем у вспомогательных агрегатов (ножниц, нагревательных печей, адъюстажном оборудовании и т. д.). Передвижные же столы, как сказано, используются в старых малопроизводи-тельных установках, где выполняют роль рольгангов и шлепперов.

Подъемно-качающиеся столы в клетях дуо предназначены для передачи прокатываемого листа через верхний валок и применяются лишь в тонко-листовых станах, имеющих нереверсивное движение и встречающихся в послед-нее время очень редко. Подъем и опускание столов осуществляются криво-шипным механизмом.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

.1 Подъемные столы

Подъемные столы состоят из рамы, роликов (холостых или приводных) и привода. Для уменьшения расхода энергии при подъеме столов применяется грузовое и гидравлическое уравновешивание.

Подъемные столы с холостыми роликами (рис.1.1, а) применяются для мелкосортных, проволочных и тонколистовых станов при незначительном весе прокатываемой заготовки и часто располагаются лишь с одной стороны клети. Подъемные столы с приводными роликами (рис.1.1, б) наоборот применяются в тяжелых станах и располагаются в большинстве случаев по обеим сторонам рабочей клети.

Рисунок 1.1 - Подъемный стол с холостыми (а) и приводными и (6) роликами

Передача к роликам рольганга применяется преимущественно коническими шестернями; в старых конструкциях встречается еще передача цилиндрическими шестернями и кривошипно-шатунная. В подъемных столах современных станов в последнее время находят широкое применение ролики с индивидуальными моторами.

По краям столов устанавливаются направляющие. Для привода «столов применяют преимущественно кривошипно-рычажную передачу от электро-мотора или от гидравлической установки (последнее - весьма редко).

Схема кривошипно-рычажного привода для подъемного стола, устанавливаемого с одной стороны клети, приведена на рис.1.2, a, a для подъемно-качающегося стола (с левой стороной качающегося, с правой - подъемного) на рис.1.2, б.

Рисунок 1.2 - Схема подъемного (а) и подъемно-качающегося стола (б)

На обеих схемах показано уравновешивание при помощи контргрузов. Столы этих типов (особенно последнего) встречаются весьма редко и потому особого интереса для нас не представляют.

.2 Подъемно-качающиеся столы

Подъемно-качающиеся столы бывают односторонние и двухсторонние; первые применяются в станах трио легкого типа (рис. 1.3, а), вторые - в ста-нах трио тяжелого типа или в станах дуо (рис. 1.3, б) для передачи прокатыва-емого материала на другую сторону через верхний валок. Подъем стола осуществляется от электромотора через червячный редуктор и рычажно-кривошипную передачу, причем во втором случае механизмы обеих сторон связаны между собой тягой, передающей движение неприводной стороне стола.

Для облегчения подъема и опускания столов тяжелого типа применяют уравновешивание их: пружинное (рис.1.4,а), гидравлическое (рис.1.4,б), пневматическое (рис.1.4, в) и грузовое (рис.1.4, г),; причем наиболее часто встречается последнее, весьма простое. Столы легкого типа уравновешивания не имеют (рис.1.4, д).

Подъемно-качающиеся столы в большинстве случаев имеют только вращательное движение (рис. 1.4, б), так как один конец рамы прикреплен к неподвижной опоре, во в станах трио некоторых конструкций стол (рис.1.4, в) кроме вращательного имеет и поступательное движение для большего приближения к верхнему и среднему валкам.

В отличие от подъемных столов, длина которых не меньше длины про-катываемого материала, подъемно-качающиеся столы конструируются с таким расчетом, чтобы их длина обеспечивала перемещение материала по роль-гангам стола при их наклоне. Эта длина примерно равна 0,65-0,7 длины прокатываемого материала. Угол наклона зависит от высоты подъема стола и его длины; угол наклона выбирается таким, чтобы обеспечено было перемещение материала по рольгангам стола и не имел места изгиб полос при переходе ими стыка стола с рольгангом. Практически наклон стола берется в пределах от 1 :7 до-1:14 (нижний предел относится к старым установкам, верхний-к новым).

Рисунок 1.3 - Односторонний (а) и двухсторонний (б) подъемно-качающиеся столы

Для перемещения прокатываемого материала в помост рамы стола вмонтирован рольганг или установлен цепной транспортер (тонколистовые станы), причем в столах легкого типа рольганг иногда применяется с холостыми роликами, но в большинстве случаев - с приводными [1].

Вращение роликов рольганга осуществляется от индивидуальных моторов и через групповые приводы с моторами, устанавливаемыми на раме стола или стационарно - на фундаменте.

Подъемно-качающийся стол современной конструкции для клети трио L = 1500 мм. Стол имеет две массивные рамы1, в каждую из которых вмонтировано по пять ребристых роликов 2 и цилиндрических 3 (с одной стороны 8, с другой 10), Ролики приводятся во вращение от четырех моторов 4, установленных спереди и сзади (по два на каждую раму) с обеих сторон рольганга. Редукторы 5 - трехступенчатые цилиндрические. Четвертая ступень 6 вынесена в сторону стола для лучшего зацепления шестерни реду-ктора с шестерней продольного вала, на котором сидят конические шестерни 7 для передачи вращения коническим шестерням 8 роликов.

Подъем и опускание стола (обеих сторон) осуществляются от одного мотора 9, установленного внизу, но не под столом, а немного в стороне. Мотор 9 через червячный редуктор 10 приводит в движение кривошипно-рычажную передачу 7, связанную тягой 12 с рамой 1 стола и тягой 13 с уравновешивающим устройством 14 среднего валка. Уравновешивание столов осуществляется грузом 15.

С передней стороны клети между роликами рольганга вмонтирован палец 16 для поворачивания заготовок.

Для более плавной работы механизма стола на уравновешивающих тягах стола и среднего валка установлены пружины 17, а на вилках шатунов привода пружины 18.

Большой интерес представляет также устройство качающегося автоматического стола для клети дуо 750 ×900 мм, сконструированного НКМЗ (рис.1.5, а и б). В этой конструкции вместо рольгангов установлен цепной конвейер, имеющий две ветви 1, переброшенные через четыре шкива 2, из которых большие сидят на оси 3, червячного колеса, связанного через червяк 4 с мотором 5 (N=9,5 кВт, п=1300 об/мин). У мотора 5 установлен электромагнитный тормоз 6. Скорость цепи конвейера 1,5 м/сек, число реверсов цепи 40 в минуту.

Рисунок 1.4 - Схемы подъемно-качающихся столов: с пружинным (а), гидравлическим (б), пневматическим (в), грузовым (г) уравновешиванием и без уравновешивания (д)

качающийся стол маховый электродвигатель

Подъем стола осуществляется от мотора 7 через червячный редуктор 8 с кривошипной передачей 9, которая тягой 10 связана с коротки плечом 11 стола, имеющим форму треугольника, в одной из вершин которого закреплен шарнир, являющийся точкой опоры для разноплечего рычагам.

Короткое плечо cтола одновременно является противовесом, будучи выполнено весьма массивным по сравнению с длинным плечом. Кроме того к одной из вершин короткого плеча (треугольника) прикреплена оттяжная цепь 12, переброшенная через шкивы 13 и 14, Связанная с цилиндрами 15 и 16 уравновешивающего устройства.

Число запусков мотора качающегося стола 40 в минуту, подъем стола 800 мм.

Для направления полосы в валки служат направляющие щеки,' имеющие максимальный раствор 900мм, ход 185 мм, ход цилиндра привода линеек 105 мм, рабочее давление в цилиндре 5 ат.

Передняя и задняя стороны стола имеют аналогичное устройство и отдельные приводы, причем уравновешивающие устройства, состоящие из оттяжных цепей, связаны между собой тягами 17.

Таким образом привод для подъема обеих сторон стола имеет два мотора, связанных между собой электрически, и имеет механическое сочленение при помощи оттяжных цепей.

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

На рис. 2.1 представлен подъемно-качающийся стол установленнй за клетью «трио» стана 550.

Основные элементы подъемно-качающихся столов: сварные стальные рамы 4 и 6, ролики рольганга 1, привод роликов 3, подъемно-качающийся механизм и его привод 8. Рамы столов связаны между собой поперечными сварными траверсами. Столы поворачиваются относительно оси опорного подшипника и опираются четырьмя подшипниками на оба стола. Траверсы внизу шарнирно опираются на сварные двутаврообразные стойки 4, которые, в свою очередь, укреплены на фундаменте.

На каждом столе имеется по 20; ролики приводятся в движение коническими шестернями и трансмиссионным валом, установленными в раме стола по бокам его. Трансмиссионный вал приводится в движение универсальными шпинделями 2 от отдельных электродвигателей, установленных на фундаменте.

Рисунок 2.1 - Подъемно-качающийся стол обжимной клети «трио» крупносортового стана 550

Техническая характеристика механизма подъема стола:

Электродвигатель МТF - 62 - 10, мощностью 60квт и 575 оборотов в минуту. Редуктор ЦД - 85 передаточное число которого равно 23.2.

Техническая характеристика механизма привода роликов:

Электродвигатель МТF - 52 - 8, мощностью 30квт и 725 обоотов в минуту. Редуктор ЦД - 82 с предаточным числом 8.42, который дает скорость роликов рольганга равную 1.35 м/сек.

.1 Расчет и выбор электродвигателя привода подъемно-качающегося стола

Исходя из условий, что статические усилия, действующие в отдельных звеньях механизма подъема, находятся с учетом веса и положения уравновешивающих контргрузов, определяем нагрузку в шарнире С (рис.2.2,а)

 (2.1)

где:  и -вес стола и вес прокатываемой заготовки; и - плечи сил G₁ G₂ и Q_c - относительно оси Е качания стола.

Рассматривая силу Q_c, как равнодействующую и раскладывая ее на слагающие по двум направлениям CF и CD, получаем в звене CD усилие Q_CD, после чего определяем момент Md от веса стола и полосы относительно вала:

Md = Qcd ∙bD (2.2)

где b_D - плечо силы Q_CD относительно вала О₂.

При определении момента Мk развиваемого контргрузами относитель-но того же вала О2, необходимо учитывать, что выбирать вес и точки при-ложения контргрузов следует так, чтобы вес стола и находящейся на нем прокатываемой полосы полностью уравновешивался при среднем положе-нии стола, тогда как в крайних положениях стол должен быть уравновешен не полностью. В верхнем положении должен перетягивать стол, в нижнем - контргрузы, подчиняясь условиям для нижнего, среднего и верхнего положений стола:

M_D<M_k; M_D = M_k; M_D>M_k. (2.3)

Рисунок 2.2

а - схема статических усилий в звеньях механизма подъемного стола; положение контргрузов при постоянном (б) и переменном (в) моменте относительно вала О₂; г - диаграмма скоростей

При таком способе уравновешивания в начале периода подъема стола избыточный момент от веса контргрузов помогает электродвигателю привода, тогда как в конце периода подъема появившийся избыточный момент от веса стола способствует лучшему торможению механизмов. В начале периода опускания избыточный момент от веса стола помогает разгону электродвигателя, а к концу-избыточный момент от веса контргрузов способствует торможению. При таком способе уравновешивания в случае поломок кривошипа или шатуна стол останавливается в среднем положении, благодаря чему исключается возможность дополнительных поломок.

Этот способ уравновешивания возможен при соответствующем угле между плечами рычага, соединяющего вал О2 с контргрузом К и шарниром D.

Рассматривая условия равновесия рычагов, для упрощения расчета примем с достаточной для практики точностью, что направление силы Q_CD для стола данной конструкции постоянно.

Если бы угол φ между плечами рычага DO2K был равен углу между направлениями сил Qcd и Gk (G_k-вес контргруза), то условия равновесия системы не менялись бы при разных углах поворота рычага DO2K (рис.2.2, б).

Предположим, что длина рычага и вес контргруза выбраны из условия:

QCD rD =Gk∙rk (2.4)

где r_D и r_k - длины плеч рычага DO₂K»

При повороте рычага на некоторый угол β условия равновесия не нарушатся:

QcD rD cosβ = G_k r_k cos β. (2.5)

Необходимые для уравновешивания условия достигаются, когда угол φ делается несколько большим угла между направлениями сил Q_CD и G_k (рис.2.2, в), и тогда момент этих сил относительно вала О2:

M_D=Q_CD rD ∙cosβ1. (2.6)

M_k = Gk r_k cos β₂.

где β1 и β₂ - углы между перпендикулярами, опущенными из точки С2 направления сил Q_CD и G_k и соответствующими плечам рычага DO₂K при данном его положении. При условии, когда справедливо выражение QCD rD =Gk∙rk, рычаг DO2K находится в равновесии, если

cos β1 = cos β₂. (2.7)

Обозначим через γ угол, определяющий положение рычага при равновесии, а через β - угол поворота рычага от положения равновесия. Тогда:

Md = Qcd rD cos (β- γ) (2.8)

M_k=Gk rk cos (β + γ). (2.9)

Из этих выражений можно определить разность между обоими моментами, т. е. момент относительно вала О2.

Имеем:

M_r= M_D - M_k = Q_CD rD cos(β - γ)-G_k rk cos (β + γ) = G_k r_k [cos(β - γ)- cos (β + γ)] = G_k r_k (cosβ cosγ + sinβ sinγ - cosβ cosγ ++ sinβ+ sinγ) = G_k r_k 2 sinβ sinγ. (2.10)(536)

Величина r_k sinγ постоянна для данной формы рычага DO2K и может быть заменена отрезком е= rsinγ(рис.2.2,в).Тогда уравнение можно представить в таком виде:

M_r =2Gk e sinβ. (2.11)

По мере увеличения угла β момент М_r возрастает по синусоиде, однако последняя ввиду малой величины угла β (±30°) близка к прямой линии.

Выбор величины е производится из условия, чтобы в крайних положениях стола момент относительно вала О2 равнялся:

Mr ≈ 0,1 C_CD ≈ r_D 0,1 G_kr_k (2.12)

откуда:

 (2.13)

где β_mах - максимальный угол поворота вала О2.

Подставляя в уравнение значение е, получаем угол γ, характеризующий форму рычага DO2K

 (2.14)

При β_mах = 20º÷30° угол γ соответственно равен γ=8°20'÷ 5°40';

 обычно принимается равным 2÷2,5.

Ввиду непостоянства нагрузки на стол от веса прокатываемой полосы, а также различного назначения стола (подъем или опускание полосы) усилие Q_CD должно иметь поправку на избыточную нагрузку Q'_СD = 10кН, от неуравновешенности стола.

Итак, статический момент вращения вала при подъеме стола:

M_r = G_k r_k 2 sinβ sinγ + Q'_CD r_D cos (γ + β)+ M_mp, (2.15)

где M_mp - момент сил трения относительно вала О₂:

 (2.16)

коэффициент трения вподшипниковых опорах;

- диаметр вала под подшипник.

β - угол поворота вала О₂ от среднего положения стола.

Чтобы привести этот момент к валу кривошипа, составляем диаграмму скоростей точек А и В (рис.2.2,г) и, обозначая их через v_A и v_В, получаем:

 (2.17)

Пренебрегая силами трения в шатуне и кривошипе, получаем вращающий момент на валу O1:

 (2.18)

где: =200мм - длина кривошипа;

=450мм-длина рычага, соединяющего вал О₂ с шарниром В;

- отношение линейных скоростей (рис.2.2,г)

На валу электродвигателя статический момент [2] .

 (2.19)

где: u=24,6- передаточное число редуктора;

η=0,85- к. п. д. механизма от двигателя к кривошипу.

 (2.20)

Мощность предварительно выбираемого электродвигателя равна:

где число оборотов электродвигателя определяется из следующих соображе-ний, скорость подъема стола равна 0,49 м/с исходя из этого число оборотов приводного вала определяется по формуле [2]:

 (2.21)

Число оборотов выходного вала редуктора равно:

 (2.22)

.2 Влияние маховых масс стола на процесс качания

Длительность одного цикла качания стола (одного оборота кривошипа привода, без учета времени на пропуск полосы- привод подъема остановлен):

tц = 2H_0CH /v_n = 2∙0,45/0,49 = 1,84 с, (2.23)

где: H_0CH =0,45м- высота подъема (опускания) стола,

v_n = 0,49 м/с - скорость подъема стола.

Длительность собственно качания при угле поворота вала О2 на угол β=30°=π/6 и угловой скорости вала О2 - ωо2≈1,0 с-1

t_п = β/ωо2 = π/(6∙1,0) = 0,52 с. (2.24)

Так как длительность качания (подъема) по отношению к длительности (опускания) равна 1/3, то, очевидно, качание (опускание) будет осуществ-ляться за счет кинетической энергии маховых масс стола и привода, прио-бретенной за время подъема:

t_y = t_ц - t_п= 1,84 - 0,52= 1,32 с. (2.25)

В этот период электродвигатель развивает максимальный момент:

 (2.26)

Динамический момент, развиваемое двигателем в период пуска при подъеме стола с полосой:

M_дин= εдв Jпр.п =1,75∙0,68 = 11.9 н∙м. (2.27)

Суммарный крутящий момент в момент начала качания:

М = Мст + Мдин = 53,1 + 1,19 = 542.9 н∙м. (2.28)

Статический момент на валу двигателя при опускании стола:

M_r = G_k r_k 2 sinβ sinγ + Q'_CD r_D cos (γ - β)+ M_mp,  (2.29)

 (2.30)

Время пуска привода при подъёме и опускании стола:

 (2.31)

где: Jпр - момент инерции движущихся масс, приведённый к валу двигателя, при подъёме или опускании груза;

ω - угловая скорость двигателя;

Мст - статический момент на валу двигателя при подъёме или опускании стола; Мст = Мп или Мст = Моп;

Мп. ср - средний момент электродвигателя в период пуска [2]:

 (2.32)

Для предварительно выбранного двигателя (МТF 62-10, N=60кВт, n=575об/мин) кратность максимального пускового момента:

 (2.39)

ψmin = 1,1 ÷1,4 - кратность минимального пускового момента.

Передаточное число редуктора

Uр = k∙n /nО2= 0.44∙575 / 10,31 = 27,86, (2.40)

где: k=0,44 коэффициент пропорциональности скоростей шарнира А и шарни-ра В (см. рис.2.2,г);

число оборотов приводного вала стола:

n О2 = 30/π rD = (30∙0.49) /(3,14∙0,45) = 10,31 об /мин. (2.41)

Редуктор выбираем исходя из расчётной мощности (31,6 кВт.),числа оборотов вала двигателя, передаточного числа.

По катологу выбираем редуктор типа ЦД2- 1150 - 23,2 - 4М (суммарное межосевое расстояние А= 1150мм передаточное число 23,2, схема сборки 4).

Допустимая величина предельного момента, передаваемого редуктором

Мпред. = ψМр = ψ ∙9554 ∙Nр/ n = 1,6∙9554 ∙68,67 / 575 = 1.8 кН∙м,

где Nр = 68,67 кВт - табличное значение мощности при n = 575 об /мин;

Ψ = 1,6 - кратность пускового момента.

Определяем число оборотов приводного вала :

Действительная скорость подъёма стола:

Так как Мп.ср= 174 < Mпред = 182,5, то редуктор удовлетворяет условиям перегрузки в период пуска.

Знак минус соответствует пуску при подъёме стола, знак - при опускании.

Момент инерции движущихся масс механизма, приведённій к валу двигателя, при подъеме стола [2]:

Jпр. п = δ(Jр + Jм) + mстvст2/ ω2ηм - mкvк2/ ω2ηм + mтvт2/( uм2ηм ) н∙ м ∙ с2.

или

Jпр. п = δ(Jр + Jм) + mстRD2 / ( uм2ηм )- mкRк2 / ( uм2ηм )+ mтvт2 /( uм2ηм ) н ∙ м ∙с2 (2.42)

где: Jр = 5.24 н ∙ м ∙ с2- момент инерции ротора электродвигателя;

Jм = 0.463 н ∙ м ∙ с2 - момент инерции зубчатой муфты с тормозным шкивом, выбранной предварительно по Mпред;

δ - коэффициент, учитывающий моменты инерции масс деталей,вращающихся медленнее, чем вал двигателя, принимаем δ = 1,05÷1,25; в нашем случае δ = 1,2;

mст = Qс / g = 9350,4 / 9,81 ≈ 9.53 кН ∙с2/ м - масса поднимаемого стола и груза;

mк = Qк / g = 3000 / 9,81 ≈ 3.06 кН ∙с2/ м - масса опускающегося контргруза;

mт = Qт / g = 5000 / 9,81 ≈ 5.1 кН ∙с2/ м - масса поступательно движущихся тяг привода;

ηм - к.п.д. механизма;

vт - cкорость сложного движения тяги, определяется по теореме косинусов (см.рис.2.1, г) вектор ():

 (2.43)

скорость точки А кривошипа радиусом , и она равна:

 (2.44)

где  (2.45)

Скорость движения тяги является сложным, для упрощения расчетов ограничимся только ее поступательной составляющей.

Отношение , (см. рис.2.2, г).

RD = 0,45 м - радиус приводного кривошипа;

RК = 0,9 м - радиус кривошипа контргруза,

Jпр. п = 1,2 ∙(0,524+0,0463)+( 953 ∙0.452)/(46,42∙0,85) - ( 306 ∙0.92)/(46,42∙0,85)++510∙0,482/(46,42∙0,85) = 6.8 н ∙ м ∙ с2

Время пуска при подъёме и опускании стола соответственно равно:

 (2.46)

 (2.47)

где ω- угловая скорость ротора двигателя.

Ускорение при пуске поднимаемого стола с полосой:

 (2.48)

Такое ускорение удовлетворяет рекомендациям для механического оборудования металлургических предприятий.

Среднеквадратичный момент, эквивалентный по нагреву действительному переменному моменту, возникающему от заданной нагрузки электродвигателя механизма подъёма в течение цикла [2]:

 (2.49)

где ∑ tу - общее время установившегося движения, с;

∑ tп - суммарное время пуска в течение одного цикла, с;

to - время пауз, с.

Уточняем время установившегося движения

∑ tп = 0,33 + 0,179= 0,509 с;

tу = 0,5 H / Vст = 0,5 ∙ 0,45 / 0,58 = 0,38 с.

∑ tу = 2 ∙ tу = 2 ∙ 0,38 = 0,76 с;

где L=2м -длина заготовки квадрата 150×150мм по всаду;

Vполосы=1,35м/сек - скорость полосы (линейная скорость роликов рольганга)

рабочее время tр = ∑ tп + ∑ tу = 0,59+ 0,76 = 1,35 с;

время цикла tц = ∑ tп + ∑ tу + to = 0,59 +0,76 + 1,48 = 2,83 с.

Эквивалентный момент при

ПВ% = 100% ∙ tр / tц = 100% ∙ 1,35 / 2,83 = 47,7 %,

статический момент при подъёме стола ; Mст = 531 н∙м;

статический момент при опускании стола; Mст = 155 н∙м;

Эквивалентная мощность по нагреву при ПВ ≈ 48%:

Nэ = Мэn / 955 = 86,16 ∙ 575 / 955= 51,87 кВт.

Следовательно, выбранный двигатель удовлетворяет условию нагрева.

.3 Условия работы подъемно-качающегося стола в сортопрокатном цехе (стан 550) ЕМЗ и характер отказов в эксплуатации

Подготовленные для прокатки заготовки подаются поплавочно и укладываются на загрузочные решетки с помощью мостового крана, оборудованного грузоподъемным электромагнитом. На решетках заготовка шлеперами передвигается на посадочный рольганг до окна загрузки печи. В печь заготовка проталкивается толкателями винтового типа. Нагрев заготовок производится в методической трехзонной двухрядной печи с торцевой загрузкой и боковой выдачей. В томильной зоне через окно выдачи нагретая заготовка выдается на наклонный стол, по которому скатывается на рольганг и подается к обжимной клети, стана.

Обжимная плеть с передней стороны оборудована кантующими листами. Передача раскатов с нижнего горизонта в верхний на обжимной и черновой клетях осуществляется с помощью подъемных столов. С передней и задней сторон все клети стана оборудованы рольгангами. Передача раската от обжимной к черновой клети производится с помощью шлепнеров только с передней стороны. Задача раската в валки на всех клетях осуществляется рольгангами.

В процессе эксплуатации подъемно-качающегося стола в сортопрокатном це-хе на стане 550 характерными отказами в работе может считаться следующее - выработка (эллипсовидность) отверстий тяг;

.4 Технические предложения по совершенствованию конструкции подъемно-качающегося стола и технико-экономическое обоснование мероприятий

В целом по конструкции стола: отказаться от литых тяг и перейти на облегченные сварные тяги как более прогрессивную технологию, с возможностью включения взаимозаменяемости быстроизнашивающихся частей конструкции тяг.

В частности по тягам:

упростить конструкцию (использовать сортамент выпускаемой станом продукции) с целью быстрой замены изношенной детали тяги, а не изготовлять новую тягу;

уменьшение веса тяги новой конструкции с сохранением прочностных характеристик.

2.5 Сравнительный анализ влияния уменьшенной массы тяг на время подъема стола, и на энергетический показатель привода стола

Выше приведен расчет электродвигателя с модернизированной тягой.

Проведем расчет электродвигателя с существующими тягами.

При подъёме стола:

Jпр. п = δ(Jр + Jм) + mстRD2 / ( uм2ηм )- mкRк2 / ( uм2ηм )+ mтvт2 /( uм2ηм ) н ∙ м ∙с2

Jпр. п = 1,2 ∙(0,524+0,0463)+( 953 ∙0.452)/(46,42∙0,85) - ( 306 ∙0.92)/(46,42∙0,85)+ 744∙0,482/(46,42∙0,85) = 7,4 н ∙ м ∙ с2

mт = Qт / g = 7300 / 9,81 ≈ 7440 н ∙с2/ м - масса поступательно движущихся тяг привода;

Время пуска при подъёме и опускании стола соответственно равно:

Ускорение при пуске поднимаемого стола с полосой:

Уточняем время установившегося движения

tу = 0,5 H / Vп = 0,5 ∙ 0,45 / 0,58 = 0,38 с.

∑ tу = 2 ∙ tу = 2 ∙ 0,38 = 0,76 с;

∑ tп = 0,37 + 0,195= 0,56 с;

где L=2м -длина заготовки квадрата 150×150мм по всаду;

Vполосы=1,35м/сек - скорость полосы (линейная скорость роликов рольганга)

рабочее время tр = ∑ tп + ∑ tу = 0,56+ 0,76 = 1,32 с;

время цикла tц = ∑ tп + ∑ tу + to = 0,56 +0,76 + 1,48 = 2,8 с.

Эквивалентный момент при

ПВ% = 100% ∙ tр / tц = 100% ∙ 1,38 / 2,8 = 49,2 %,

статический момент при подъёме стола ; Mст = 531 н∙м;

статический момент при опускании стола; Mст = 155 н∙м;

Эквивалентная мощность по нагреву при ПВ ≈ 49,2%:

Nэ = Мэn / 955 = 119,16 ∙ 575 / 955= 71,74 кВт.

Следовательно, выбранный двигатель не удовлетворяет условию нагрева.

2.6 Определение усилий в тяге привода стола

Рассмотрим статику кривошипно-шатунного механизма в текущем положении, зафиксированном углом α, сначала при допущении отсутствия трения в шарнирах (рис.2.3). Если известно полезное сопротивление Pd, приложенное к кривошипу приводного вала, то, построив треугольник сил, можно определить величину Рав, действующую вдоль оси шатуна, и силу, действующую на направляющие Р_н. Чтобы отметить принятое нами допущение об отсутствии трения, снабдим эти силы значками и, что будет относиться к идеальной машине.

Рисунок 2.3 - Схема определения усилий в тягах

Из треугольника сил имеем :

 (2.50)

 (2.51)

Окружная сила на приводном валу определяется из уравнения момента:

 (2.52)

Принимая во внимание формулу для значения угла:

βsinβ = λ (sin α+ k) (2.53)

Где λ=0,12÷0,8 - параметр конструктивной осуществимости механизма;

k=+(0,1÷0,2) - значения давления в плоскости перпендикулярной плоскости действия силы. При правильном выборе отрицательного значения k можно достигнуть уменьшения давления вбок при определенном значении угла поворота кривошипа вала О1. Однако уменьшение давления вбок не всегда рационально; надо учитывать, что на шатун действуют силы техноло-гического сопротивления часто эксцентричные, и усилие, прижимающее ша-тун к кривошипу приводного вала, способствует сохранению правильности положения шатуна.

Вследствие малых значений λ, k и sinα можно принять значения за 1.

Получим:

2.7 Расчеты на прочность

Расчет тяги на устойчивость

Тягу необходимо проверить на устойчивость при продольном изгибе при эксцентричном приложении усилия в шарнире В.

Тяга имеет сечение двутавровой балки:

F = 178 см², Jx = 32800 см⁴, Jy = 9000 см⁴, Wx = 1985 см³;

радиус инерции сечения штанги:

Imin= (2.54)

Напряжение сжатая в тяге:

 (2.55)

где: a = 265 мм - расстояние от центра тяжести сечения штанги до направле-ния действия силы PВ.

Проверка на устойчивость тяги [4]:

 (2.56)

где:  - длина тяги (см. рис.2.4).

Допускаемое напряжение на устойчивость:

[σ]_y = γ[σ]сж, (2.57)

где: [σ]сж - допускаемое напряжение на сжатие; для стали марки СтЗ [σ]сж =140 МПа.

При гибкости =68 коэффициент γ0,75, поэтому:

[σ]_у=0,75∙140=105 МПа. (2.58)

Действительное напряжение по поперечному сечению тяги:

, σ<[σ]_Υ.

Проушина тяги

Расчётная схема проушины представлена на рис.2.5. Характер нагрузки таков, что опасным сечением является сечение ( А -А )

Ослабленное максимальным отверстием диаметра пальца кривошипа.

Данное отверстие проверяется на растяжение как кривой брус.

 (2.59)

где b=220мм -ширина проушины, мм; b ≥ (1,8 ÷ 2,0 )∙dпальца.= 2,0∙110 = 220мм. принимаем

Рисунок 2.4 - Схема к расчету проушины тяги

Напряжение во внутреннем растянутом волокне кривого бруса определяется по методу Бернгарда [4]:

где Rо = 92,5 мм - радиус кривизны оси центра тяжести сечения;

k - коэффициент приведения напряжений растянутого внутреннего волокна сечения:

 (2.61)

где h - высота сечения проушины тяги:

 (2.62)

Сечении В - В соответственно проверяют по формуле Ламэ [4]:

 (2.63)

где: ρ - среднее давление пальца кривошипа на нагруженную поверхность отверстия проушины тяги , [ρ] =100 МПа;

R - радиус наружной поверхности проушины серьги см.рис.7,R = 130 мм;

Материал проушины сталь 45 по ГОСТ 1050-88 с [σр] = 150 МПа.

Расчет болтового соединения[4]

Определить размеры соединения (см. рис.2.5). Соединение выполнено на болтах, нагруженных поперечным усилием:

Q = РВ/2 + Gтяги/2 = 11111/2+ 2500/2 = 68кН. (2.64)

Материал -Ст.3; нагрузка - статическая; [σ_т.Ст.3] = 230МПа;

[τ_ср.Ст.3] =, (2.65)

где - запас прочности при отсутствии контроля затяжки.

Принимая число болтов z = 6 и число стыков i=2 находим диаметр:

 (2.66)

Наиболее близкие по размерам болты: d =34 мм.

Рисунок 2.5 - Схема к расчету болтового соединения

Наибольший размер гайки (в плане) такого болта D = 2d =78 мм.

Ширину b полосы нужно взять большей D. Принимаем в=220мм, диа-метр отверстия под болт d₀ = 34 мм. При [σ_р] = 600МПа толщина полосы составит:

 (2.67)

2.8 Расчет подшипника

Нагрузка на подшипник Р = 60 кН, число оборотов n ≈40 об/мин., диаметр d = 350 мм.

b = (0,04 ÷ 0,06) d = (0,04 ÷ 0,06) 350 ≈ 21 мм. (2.68)

Величина радиального зазора (считая, что температура подшипника t_р может доходить до 100°, а температура воздуха t₀ до 25°) по формуле :

δ = b[α (t_р -t₀) + 0,03] =9 [12 ∙10^-5 (100- 25) + 0,03] = 0,35мм, (2.69)

где α = 12∙10^-5 - коэффициент линейного расширения материала вкладыша.

Предел пропорциональности для кассетного текстолита (при σ_т = 530МПа )

σ_п ≈ 0,8 σ_т = 0,8 ∙530 = 424МПа;

половина угла, ограничивающего ширину площадки контакта корпуса и вкладыша[2]:

 (2.69)

Допускаемое удельное давление при температуре 20°

 (2.70)

Учитывая снижение допускаемого, давления при температуре 100° на 45%, получим для t_р = 100°

[р] = 198 ∙ 0,55 = 109МПа. (2.71)

Тогда минимальная длина подшипника

 (2.72)

Принимаем l = 260 мм; при этом подшипник будет допускать почти двухкратную перегрузку.

Удельное давление [2]:

При удавлетворительной смазке водой можно принять f= 0,2. Определяем: окружную скорость валка рабочей клети, она равна скорости прокатки v=0.99м/с.

площадь теплоотдачи цапфы валка

приведенный коэффициент теплоотдачи вкладыша по формуле:

 (2.73)

где:

- коэффициент теплоотдачи подушек;

- коэффициент теплопроводности кассетного текстолита;

Температура нагрева подшипника при непрерывной работе по формуле [2]:

 (2.74)

что допустимо.

2.9 Смазка узлов трения

Подшипники, электродвигателя привода МТF 62-10, №42626 смазываются смазкой1-13(заменитель - консталин жировой УТ-1 или литол - 24). Система смазки- закладная. Ёмкость масляной системы одного узла - 0,4 кг.

Периодичность замены - 1 раз в 6 месяцев.

Зубчатое зацепление редуктора привода подъема , основным сортом -Цилиндровое-11 (заменитель - Цилиндровое 24, И - 50А. Система смазки заливная, ёмкость - 70кг, меняют один раз в два месяца, долив один раз в пять дней. Норма долива - 0,26кг, на месяц - 22кг, на год - 265кг.

Зубчатое зацепление редуктора привода рольганга , основным сортом -Цилиндровое-11 (заменитель - Цилиндровое 24, И - 50А. Система смазки заливная, ёмкость - 70кг, меняют один раз в два месяца, долив один раз в пять дней. Норма долива - 0,26кг, на месяц - 22кг, на год - 265кг.

Подшипники ведущего вала редуктора подъема №3626 ведущего вала, смазываются основным сортом индустриальная ИП-1, заменитель смазка №13, униол-2, централизованная ручная,два раза в смену, долив в смену - 0,013кг, в месяц - 1.12кг, в год - 13,5кг.

Подшипники ведущего вала редуктора подъема №2626 смазываются основным сортом индустриальная ИП-1, заменитель смазка №13, униол-2, централизованная ручная,два раза в смену, долив в смену - 0,013кг, в месяц - 1.12кг, в год - 13,5кг.

Подшипники промежуточного вала редуктора подъема №2626 смазываются основным сортом индустриальная ИП-1, заменитель смазка №13, униол-2, централизованная ручная,два раза в смену, долив в смену - 0,013кг, в месяц - 1.12кг, в год - 13,5кг.

Подшипники ведомого вала редуктора подъема №2626 смазываются основным сортом индустриальная ИП-1, заменитель смазка №13, униол-2, централизованная ручная,два раза в смену, долив в смену - 0,013кг, в месяц - 1.12кг, в год - 13,5кг.

Муфта зубчатая с тормозным шкивом МЗ-Р7. Основной сорт смазки - трасмиссионное автотракторное летнее (за-мена - цилиндровое - 24 или смазка ОЗП - 1. Система смазки - заливная.Ёмкость масляной системы одного узла 1,98кг, меняют масло один раз в два месяца, долив один раз в семь дней. Долив на смену составляет - 0,015кг, намесяц - 1,29кг, на год составит 14,48 кг.

общий расход в кг. - 900.

Подшипники вала-шестерни редуктора привода роликов рольганга №2626, индустриальная ЦП -1, заменитель смазка №137 унол - 2; централизованная, ручная; два раза в смену; на одну доливку в смену 0,031/0,026; в месяц 1,12/2,24; в год 13,5/27,0; всего на год 13,5/27,0.

Подшипники промежуточного вала редуктора привода роликов рольганга №32630 индустриальная ЦП -1, заменитель смазка №137 унол - 2; централизованная, ручная; два раза в смену; на одну доливку в смену 0,010/0,02; в месяц 0,86/1,72; в год 10,3/20,6; всего на год 10,3/20,6.

Подшипники приводных роликов №3644 индустриальная ЦП -1, заменитель смазка №137 унол - 2; централизованная, ручная; два раза в смену; на одну доливку в смену 0,036/0,072; в месяц 3,10/6,2; в год 37,3/74,6; всего на год 37,3/74,6.

Подшипники неприводных роликов №3644 индустриальная ЦП -1, заменитель смазка №137 унол - 2; централизованная, ручная; два раза в смену; на одну доливку в смену 0,072/0,144; в месяц 6,20/12,4; в год 74,4/148,8; всего на год 74,4/148,8.

Подшипники скольжения пальцев тяги d =110 мм, L = 115 мм; солидол - С; солидол УС - 2; шприцевое; на одну заправку в смену 0,01/0,04; в месяц 0,86/3,44; в год 10,3/41,2; всего на год 10,3/41,2.

Подшипники скольжения приводного вала d =200 мм, L = 230 мм; ВНИИНП-242; железнодорожная ЛЗ - ЦНИИ, ВНИИНП - 2323; закладная; 0,05 ;1 раз в пять дней;; всего на год 3,45/6,9.

Подшипник скольжения стола r =740 мм, L = 445 мм; ВНИИНП-242; железнодорожная ЛЗ - ЦНИИ, ВНИИНП - 2323; закладная; 0,05 ;1 раз в пять дней;; всего на год 1,38/2,76.

3. ОХРАНА ТРУДА

К сомастоятельной работе на участке нагревательных печей допускаются лица, прошедшие обучение, изучившие устройство и работу участка.

Сменьщик, принимающий смену обязан проверить исправность звуковой и световой сигнализации, шиберов, контрольно-измерительных приборов, горелок, дросселей, подводов газа и воздуха к методической печи, исправность механизмов, ограждения, наличие и исправность инструмента, заправочных материалов.

О всех замечаниях недостатках немедленно сообщите старшему мастеру, а в его отсутствие - начальнику смены для принятия мер.

При работе с грузоподъемными механизмами необходимо знать и строго соблюдать правила безопастности для подкрановых рабочих.[6]

Работать только исправным инструментом.

Не загромождайте рабочее место, проходы, ходовые площадки и лестницы посторонними деталями и предметами. Инструмент: ломики, крючки и т.д. должны быть всегда уложены на свое рабочее место так, чтобы они не мешали в работе и не загромождали рабочее место и проходы.

Меры предосторожности для работающих в становом пролёте.

Вращающиеся части стана (полумуфты шпендиля) должны быть закрыты щитами или ограждениями и находиться в исправном состоянии в непосред-ственной близости к ним во время работы стана запрещается.

Смена проводок и столов во время работы стана запрещается.

Весь производственный инструмент и чалочные средства должны находиться только в исправном сотоянии.

Применять неисправный инструмент, а также неисправные или неиспытанные на прочность чалочные средства запрещается.

Запрещается переходить через раскат и стоять против калибра во время про-катки, а также смотреть в проводку навстречу идущего раската.

Нестановится на ролики рольгангов.

Переходить стан разрешается только по переходным мостикам.

При осмотре механизмов во время приёма смены и во время ремонта отдельных узлов стана,бирка - ключ должна находиться у старшего по проведению осмотра или ремонта.[7]

ВЫВОД

Рост повышения прокатываемых объемов металла для cортовых станов требует высокой надежности узлов и механизмов механического оборудования стана 550. Автоматизация технологических процессов является одним из основных направлений технического развития всех отраслей промышленности. Она качественно видоизменяет к улучшает форму организации производства, обеспечивает рост производительности труда и повышает общую культуру производства.

Комплексная автоматизация, при которой все производственные процессы полностью механизированы и автоматизированы. Такие, как главный привод, нажимные устройства и сталкиватели на холодильник в настоящее время автоматизированы. Проводятся работы по автоматизации подъемно-качаючихся столов.

Вводом автоматизации и компьютеризации на производство заготовок повышаются требования к предсказуемости поведения механизмов и отдельных их частей.

Исходя из выше изложенного было предложено изготовить тягу сварной взамен литой. Данное предложение увеличить межремонтный период, работа подъемного стола станет надежной.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1.Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т.3.Машины и агрегаты прокатных цехов. Учебник для вузов/ ЦеликовА.И., Полухин П.И., Гребенник В.М. и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1988. - 680 с, ил.

.Королев А.А. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатныхстанов. - М.: Металлургия, 1985. - 464с.

.Курсовое проектирование деталей машин. Учебное пособие для учащихся машиностроительных техникумов/ Чернавский С.А., Боков К.Н.,

Чернин И.М. и др.-2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1987. - 416 с: ил.

.Допуски и посадки: Справочник в 2-х ч. Ч.1/Под ред. В.Д. Мягкова. -5-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленинградское отд-ние, 1978 -544с.

.Ефанов П.Д., Карнаух Н.Н. Техника безопасности и производственная санитария в черной металлургии. - М.: "Металлургия", 1985. - 398с.

. Злобинский Б.М. Охрана труда в металлургии. - М.: "Металлургия", 1985. - 535с.