Ирина Эланс
Эксплуатация и ремонт главного привода рабочей клети стана 630 х/п ЛПЦ-8 ОАО «ММК»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО «МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И. НОСОВА»
КАФЕДРА МОМЗ ИМ. 50-ЛЕТИЯ МГМИ
Оценка
«______»____________
дата и подпись «______»____________2012 г.
Курсовой проект
по дисциплине: «Надежность, эксплуатация
и ремонт металлургических машин»
Эксплуатация и ремонт главного привода рабочей клети стана 630 х/п ЛПЦ-8 ОАО «ММК»
Проверил: профессор кафедры МОМЗ Жиркин Ю.В.
Магнитогорск
2012
Содержание
Аннотация3
Введение4
1. Условия эксплуатации линии привода клети №16
2. Обеспечение износостойкости пар трения линии привода10
2.1 Зубчатое зацепление редуктора10
2.2 Зубчатая полумуфта-зубчатая обойма муфты.11
2.3 Соединение выходного вала редуктора с зубчатой втулкой полумуфты14
3. Определение предельно допустимых величин износа в парах трения линии привода16
3.1 Зубчатое зацепление редуктора16
3.2 Зубчатая полумуфта-зубчатая обойма17
3.3 Соединение выходного вала редуктора с зубчатой втулкой полумуфты18
4. Ремонт линии привода 1-ой клети21
4.1 Ремонт редуктора главного привода21
4.2 Обоснование
восстановления изношенной
5. Выбор системы смазывания
и смазочных материалов в
5.1 зубчатое зацепление в редукторе26
5.2 зубчатая муфта28
5.3 зубчатое шпиндельного соединение28
5.4 Роликовый подшипник качения на ведомом валу редуктора28
5.5 Подшипник качения рабочих валков29
5.6 Подшипники жидкостного трения опорных валков30
Заключение33
Список используемых источников
В процессе выполнения курсового проекта решаются задачи по обеспечению работоспособного состояния заданного механизма в течении всего жизненного цикла,включающего проектирование,изготовление и эксплуатацию.Также разрабатывается технологический процесс ремонта специального редуктора.Выбор типа системы смазывания и марки смазочного материала.
В качестве
объекта разработки
В последнее время в металлургической промышленности наметились определенные тенденции развития производства, обеспечение которых выдвигает ряд новых требований. В первую очередь необходимо отметить преимущественный рост производства листового проката. Этот рост непосредственно связан с изменением структуры потребления металлопроката, прежде всего в машиностроении. Значительно увеличивается потребление специальных сталей в виде холоднокатаного листа и ленты — динамной, трансформаторной, нержавеющей и высокопрочной.
ЛПЦ-8 выпускает ленту из высокоуглеродистых и легированных марок стали толщиной от 0,5мм до 4 мм, шириной от 10 мм до 475 мм. Ежемесячно до 16 тысяч тонн продукции отгружается на экспорт. Продукция экспортируется в Румынию, Болгарию, Корею и Кубу. Углеродистую ленту применяют в бытовой технике и военной продукции.
Холоднокатаные листы и полосы (ленты) толщиной от 5 до 0,001 мм широко применяют в разных отраслях промышленности благодаря широкому сортаменту и высокому качеству. Эта продукция характеризуется высокой степенью точности размеров, плоскостностью, чистотой поверхности, повышенными механическими и технологическими свойствами металла.
Одновременно с увеличением объема производства существенно повысились требования к качеству готовой продукции. Современные высокопроизводительные агрегаты в машиностроении рассчитаны на использование металла, обладающего строго постоянными свойствами и бездефектной поверхностью.
В области производства холоднокатаного листа и ленты до сих пор имеет место значительное технологическое отставание, не до конца используются возможности существующих агрегатов по скорости прокатки и ширине прокатываемой полосы. Качество холоднокатаного листа по отделке поверхности и разнотолщинности еще не всегда находится на уровне лучших зарубежных образцов. В этой области использование имеющихся разработок по подбору технологических смазок, обеспечению необходимого охлаждения должно существенно повлиять на технико-экономические
показатели производства и качество продукции.
Рост мощности агрегатов приводит к необходимости отвода большого количества тепла и обеспечения минимальных потерь на трение. Процесс трения непосредственно определяет состояние и качество обрабатываемых поверхностей. Все эти требования обеспечиваются применением различных смазок и охлаждающих средств или жидкостей, совмещающих эти функции.
1. Условия эксплуатации линии привода клети №1
Стан предназначен для холодной прокатки полос толщиной от 1,8 до 4,0 мм, шириной 250-465 мм из исходной полосы толщиной 3,5-8,0 мм.
Размеры рулонов: до прокатки после прокатки
- внутренний диаметр, мм 750 280
-наружный диаметр, мм от 1200 до 2200 от 500 до 1000
- масса рулона, т до 12 до 12
Наибольшая скорость прокатки в первой клети – до 8,5 м/с.
Рис.1.Кинематическая схема
1-электродвигатель,2-
4-специальный редуктор,5-
Исходные данные:
Зубчатое зацепление:
Передаваемый крутящий момент М=30 кН·м;
Частота вращения двигателя n=315 об/мин;
Передаточное число редуктора клети №1 u=1,7;
Начальный зазор в зацеплении U0=0,175 мм (при А=560 мм);
Межосевое расстояние А=560 мм;
Ширина зубчатого венца b=610 мм;
Модуль зацепления m=10 мм;
Число зубьев шестерни z1=34;
Число зубьев колеса z2=60;
Угол зацепления α=32°;
Радиус основной окружности шестерни R1=142 мм;
Радиус основной окружности колеса R2=250 мм;
Радиус делительной окружности шестерни r1=170 мм;
Радиус делительной окружности колеса r2=300 мм;
Материал зубчатых колес – Сталь 40Х;
Длина шпинделя l=2955 мм;
Диаметр тела шпинделя d=190 мм;
Материал шпинделя – Сталь 35ХМ;
Зубчатая полумуфта:
Передаточное число передачи u=1
Начальный зазор в сопряжении u0=0.2
φ – угол перекоса соединяемых валов, φ= 17= 0,017 рад;
l – длина сопряжения, l = 65 мм;
Н - высота контакта зубьев, Н = 15 мм.
Зубчатая обойма:
m-модуль m=10
z-число зубьев z=32
материал-сталь 40XH
Промежуточный вал:
Передаваемый крутящий момент М=30кН·м;
Длина промежуточного вала l=5300 мм;
Диаметр промежуточного вала d=300 мм;
Материал промежуточного вала – Сталь 40Х;
Подшипники промежуточного вала - №700144 – шариковые радиальные однорядные, D=370 мм d=220 мм.
Зубчатая муфта МЗ-5:
Диаметр посадочной поверхности вала-шестерни d=230 мм;
Длина посадочной поверхности l=270 мм;
Посадка полумуфты - ;
Передаваемый крутящий момент М=30 кН·м;
Материал зубчатой муфты – Сталь 40.
Подшипник качения рабочих валков:
Подшипник № 36-64442 144ХМ – четырехрядный с цилиндрическими роликами;
Наружный диаметр подшипника D=350 мм;
Внутренний диаметр подшипника d=210 мм;
Количество рядов роликов в подшипнике i=4.
Подшипник качения опорных валков:
Подшипник жидкостного трения гидростатодинамический с d=650 мм;
Длина подшипника l=500 мм;
Скорость прокатки v=8,5 м/с;
Давление металла на валки Р=10МПа;
Посадка подшипника .
Подшипник № 2097748 – радиально-упорный с коническими роликами, двухрядный;
Наружный диаметр подшипника D=400 мм;
Внутренний диаметр подшипника d=240 мм;
Количество роликов в ряду z=20;
Количество рядов роликов в подшипнике i=2;
Посадка подшипника – .
2. Обеспечение износостойкости пар трения линии привода
2.1 Зубчатое зацепление редуктора
Определим нормальное контактное напряжение для шевронного зацепления:
где u – передаточное число (u=1,7);
А – межосевое расстояние (А=0,56 м);
b – ширина зубчатого венца (b=0,61 м);
k – коэффициент, равный 1,3…1,5;
M – крутящий момент на колесе (М=0,03 МН∙м).
Определим скорость скольжения для вала шестерни:
где - угловые скорости колеса и шестерни, рад/с;
Угловая скорость шестерни:
Угловая скорость колеса:
r1, r2 – радиусы делительной окружности шестерни и колеса (r1=170 мм; r2=300 мм);
u – передаточное число(u=1,7);
m – модуль зацепления (m=10 мм);
А – межосевое расстояние, мм
α - угол зацепления (α=32°);
n – частота вращения двигателя (n=315 об/мин).
На основании анализа нагруженности наиболее вероятным видом изнашивания будет адгезионное изнашивание. При Vск=2,1 м/с и Pmax=335 МПа развивается процесс схватывания 2-го рода. В этом случае поверхность становится грубошероховатой с отчетливыми следами течения и размазывания материала. Для предотвращения схватывания применяется поверхностное пластическое деформирование (ППД).
Для зубчатых колес наиболее используемыми являются марки сталей: 40Х и 40ХН.Для обеспечения наибольшей износостойкости пары трения необходимо обеспечить наибольшую твердость поверхности зубьев. Этим параметрам отвечает сталь 40Х (хромированная).
Основным смазочным материалом для зубчатых зацеплений являются минеральные масла. Вид смазки – эластогидродинамическая.
2.2 Зубчатая полумуфта – обойма зубчатой муфты
Расчет наибольшей удельной нагрузки, передаваемой шпинделем:
где Мкр – крутящий момент, приложенный к валу; кН · м
d0 – делительный диаметр окружности зубьев вала, d0= 0,32м;
пшп – число оборотов зубчатого шпинделя, об/ мин;
пшп= n /и = 315 / 1,764 = 179 об/мин
Мкр = Мk · u = 21·1,764 = 37кН·м
Скорость скольжения:
υск = π ·d ·nшп/ 60 = 3,14·0,32·179 / 60 = 2,9 м/с
Критерий больших скоростей:
υск>4 · а / r,
где а – коэффициент температуропроводности, а = 0,11 · 10-4м2 / с;
r – радиус микронеровностей,r = 15 · 10-6м.
Определим вид контакта:
Контурное давление:
где φ – угол перекоса соединяемых валов, φ= 1̊ = 0,017 рад;
l – длина сопряжения, l = 65 мм;
Н - высота контакта зубьев, Н = 15 мм.
Условие ненасыщенного пластического контакта:
14,5· Δ-2·НВ5· θ4<рс<0,06· НВ,
где НВ - твердость менее твердого тела, НВ = 900 МПа;
Δ – комплексная характеристика шероховатости, Δ =0,16;
θ - упругая постоянная, МПа-1.
(3.8)
где μ – коэффициент Пуассона, μ = 0,3;
Е – модуль упругости, Е = 2,1 ·105МПа.
14,5 · 0,16-2 · 9005 · (4,33·10-6)4<рс<0,06·900
1,2 ·10-4<0,116<54.
В данном узле трения выполняется условие ненасыщенного пластического контакта, для которого характерны высокие нагрузки.
На основании анализа нагруженности наиболее вероятным видом изнашивания будет окислительное изнашивание.Которое характеризуется постепенным разрушением поверхностей при трении в результате взаимодействия активных, пластически деформированных слоев, слоев металла с атомами кислорода, содержащегося в воздухе или в смазочном материале.
Окислительное изнашивание проявляется при нормальных условиях эксплуатации узлов трения и протекает при нормальных и повышенных температурах при трении без смазочного материала или недостаточном его количестве.
Заготовки втулок и обойм делают коваными или литыми. Изготовляются из сталей марок: 35ХМ по ГОСТ 4543 - 71 или 40 и 45 по ГОСТ 977 - 75. Для данного шпиндельного соединения используется сталь 40ХН.
Термическую обработку зубьев осуществляют закалкой с нагревом токами высокой частоты. При этом твердость рабочих поверхностей достигается не менее 50HRC. Для повышения противозадирной стойкости перепад твердости зубьев втулок и обойм делают не менее 5HRC.
В данном узле трения затруднительно применение жидкостной смазки, поэтому рекомендуется применять ПСМ (пластичный смазочный материал), который обеспечивает режим граничной смазки, удерживает смазочный материал в слабо герметизированных узлах трения.
2.3 Соединение выходного вала редуктора с зубчатой втулкой полумуфты.
Полумуфта посажана на вал-шестерню с гарантированным натягом, это соединение должно гарантировать фиксацию контактирующих поверхностей, предотвращающих относительное проскальзывание. Это реализуется за счет назначения соответствующих натягов.
Проверим, обеспечит ли выбранная посадка передачу заданного крутящего момента. Определим вид контакта для посадки на вал Ø 230 мм. Находим нижнее и верхнее значение натягов Δmax=113 мкм, Δmin=38 мкм. Определяем величину натяга (Δн), характеризующую условие перехода к ненасыщенному пластическому контакту (ННПК):
где Δ – комплексная характеристика шероховатости;
d – диаметр вала, м;
НВ – твердость вала (НВ=2700МПа);
Δн – минимальная допустимая величина натяга;
θ – упругая постоянная, МПа-1;
где Е – модуль упругости, МПа;
μ – коэффициент Пуассона.
,
где
d – диаметр вала (d=230 мм);
d2 – наружный диаметр ступицы зубчатой втулки (d2=300 мм).
Определяем величину натяга
где Δпр – уменьшение натяга при прессовой сборке (Δпр=12 мкм);
fм – молекулярная составляющая коэффициента трения (fм=0,12).
Определяем величину контурного давления на поверхности контакта вала с полумуфтой
Условие реализации ненасыщенного пластического контакта:
То есть, в соединении может реализоваться ненасыщенный (ННПК).
На основании анализа нагруженности, исходя из того, что условие ненасыщенного пластического контакта выполняется, и в паре трения вал-полумуфта возникают высокие нагрузки, можно сделать вывод о виде изнашивания – это фреттинг-коррозия. Характерным признаком процесса фреттинг-коррозии в соединениях с натягом является то, что в месте контакта появляются продукты окисления отсветло-красно-коричневого до темно-коричневого цвета. Повреждения поверхностей в следствие фреттинг-коррозии служат концентраторами напряжений и снижают предел выносливости.
Для изготовления трущихся поверхностей выбираем материал сталь 40ХН.
Предотвратить или замедлить развитие процесса фреттинг-коррозии возможно путем повышения твердости полумуфты.
3. Определение предельно
3.1 Зубчатое зацепление редуктора.
Определим предельно допустимую величину износа зуба шестерни:
где К – коэффициент, равный отношению износостойкости колеса и шестерни;
n – запас прочности зубьев (n=2,5)
=2,5
Где, -предел выносливости;
-допустимое контактное напряжение;
С – жесткость наиболее податливого звена в линии привода, МН/рад;
r – радиус основной окружности шестерни (r=0,142 м);
u – передаточное число редуктора (u=1,7);
Мс – передаваемый крутящий момент (Мс=30 кН∙м).
Жесткость наиболее
где d – диаметр тела шпинделя (d=190 мм);
l – длина шпинделя (l=2955 мм).
При оценке предельно допустимого износа зубьев следует помнить, что при занижении этого значения срок службы деталей используется не полностью, при их завышении возрастает доля аварийных ремонтов из-за отказа деталей в межремонтный период.
3.2 Зубчатая полумуфта – обойма зубчатой муфты.
По аналогии расчета допустимой величины износа зубчатого зацепления в редукторе определим допустимую величину износа зубчатого зацепления зубчатой муфты:
где u – передаточное число передачи, и = 1;
К = 1 - коэффициент, равный отношению износостойкости зубьевобойм зубчатой муфты;
Мс – крутящий момент,приложенный к валу Мс= 37кН · м;
п = 2,1 – запас прочности зубьев ;
=2,1
Где, -предел выносливости;
-допустимое контактное напряжение;
d – диаметр делительной окружности шестерни, d= 0,54 м;
С – жесткость наиболее податливого узла в линии привода (см. зубчатое зацепление в редукторе), С = 4,25МН / рад;
Uo – начальный зазор в сопряжении, Uo= 0,2.
мм
3.3 Соединение выходного вала редуктора с зубчатой втулкой полумуфты.
Полумуфта посажена на вал-шестерню с гарантированным натягом, это соединение должно гарантировать фиксацию контактирующих поверхностей, предотвращающих относительное проскальзывание. Это реализуется за счет назначения соответствующих натягов. Посадка полумуфты на вал Ø230 мм Находим нижнее и верхнее значение натягов Δmax=113 мкм, Δmin=38 мкм.
Определим вид контакта.
При сборке соединений с натягом, как правило реализуется между контактирующими поверхностями либо ненасыщенный пластический контакт (ННПК), если:
где Δ – комплексная характеристика шероховатости;
d – диаметр вала, м;
НВ – твердость менее твердого тела (HB=2700 МПа);
Δн – минимально допустимая величина натяга;
θ – упругая постоянная, МПа-1;
где Е – модуль упругости, МПа;
μ – коэффициент Пуассона.
где ;
d2 – наружный диаметр ступицы зубчатой втулки (d2=300 мм);
d – диаметр вала (d=230 мм).
либо насыщенный пластический контакт (НПК), если:
где α=0,5 при прессовой сборке.
Определим минимально допустимую величину натяга:
где fm – молекулярная составляющая коэффициента трения (fm=0,12);
Δпр – уменьшение натяга при прессовой сборке (Δпр=12 мкм).
Определяем величину контурного давления на поверхности контакта и вала с полумуфтой
Условие реализации ненасыщенного пластического контакта:
То есть, в соединении может реализовываться ненасыщенный (ННПК).
Определим момент, не вызывающий изменения прочности соединения с натягом в условиях пластического ненасыщенного контакта при заданных натягах (Δmax=113 мкм, Δmin=38 мкм).
где fm – молекулярная составляющая коэффициента трения (fm=0,12);
l – длина посадочной поверхности, м;
Определяем момент для максимального натяга (Δн=Δmax=113 мкм)
Определяем момент для минимального натяга (Δн=Δmin=38 мкм)
Максимальное значение момента, не вызывающего изменения прочности соединения вала редуктора с полумуфтой равны Мmax=33 кН∙м превышает значение момента, передаваемого валом редуктора (М=30 кН∙м), Минимальное значение момента Мmin=11кН∙м, не обеспечивает гарантированную фиксацию.
Таким образом, посадка полумуфты на вал Ø230 мм обеспечит гарантированную фиксацию контактирующих поверхностей.
4. Ремонт линии привода клети №1.
В процессе ремонта металлургических агрегатов восстановление их работоспособности и соответствующего уровня надежности может осуществляться несколькими методами:
- заменой
или восстановлением
- заменой узла, в состав которого входит поврежденная деталь;
- заменой
всего механизма или крупного
блока, включающего несколько узлов,
содержащих поврежденные
4.1 Ремонт редуктора главного привода.
Для восстановления работоспособности узлов трения редуктора в главном приводе замене, без последующего восстановления, подлежат: зубчатая муфта и подшипники передачи привода валкам, подшипники редуктора, а также подшипники опоры шпинделей.
Восстановлению подлежат: посадочные места подшипников на вал в редукторе и посадочные места полумуфт на вал шпинделей в линии привода, а также зубчатые колеса редуктора.
Посадочные места подшипников вала передачи восстанавливают ручной электродуговой наплавкой с последующей термообработкой.
Для восстановления зубьев зубчатого колеса редуктора специального применяют наплавку износостойкими сплавами.
После износа подшипники качения редуктора специального просто заменяют на новые.
Разборка редуктора.
При замене поврежденной детали редуктора ремонтным персоналом цеха производится разборка редуктора специального. Разборку редуктора следует начинать с отсоединения редуктора от электродвигателя и шпинделей (со стороны прокатного стана). Для этого необходимо разъединить обоймы зубчатых муфт, снять промежуточный вал и полумуфты шпинделей с выходных концов редуктора. Съём осуществляется гидропрессовым методом.
При помощи гаечных ключей отворачиваются болты крепления крышек подшипниковых узлов. После чего отворачивается крышка корпуса редуктора. Вынимаются быстроходный и тихоходный валы. Для снятия подшипников и втулок с вала применяются специальные съёмники, обеспечивающие съём детали (при необходимости снятия зубчатых колёс с вала применяется гидропрессовый способ).
После съёма узлов верхней части редуктора раскручиваются с помощью гаечных ключей болты крышек подшипниковых узлов нижней части редуктора и отворачиваются болты, соединяющие среднюю часть корпуса с картером.
Для снятия узлов с картера используются операции описанные выше.
Сборка редуктора.
Сборка редуктора после ремонта осуществляется в соответствии со схемой, производя регулировку зубчатых зацеплений и осевого зазора в подшипниках.
Боковой зазор в зацеплении определяют с помощью щупа, вводимого между зубьями по линии делительной окружности.
Для выявления пятна контакта на боковые поверхности зубьев шестерни наносят тонким слоем краску и поворачивают её на несколько оборотов. Поверхность зубьев колеса покрываются следами краски, характеризующими размеры пятна и его расположение. Регулировка пятна контакта осуществляется изменением набора прокладок под крышками подшипников.
После сборки редуктора производится соединение его с валами электродвигателей и полумуфтами шпинделей, передающих крутящий момент на рабочие валки.
Соединение с натягом собирается тепловым методом. При этом охватывающая деталь нагревается до определённой температуры, в масляной ванне происходит расширение детали, и натяг в соединении ликвидируется.
4.2 Обоснование способа восстановления изношенных деталей.
Обоснование способа восстановления вала-шестерни:
Ремонтопригодность - важнейшее свойство металлургических машин, определяющие трудозатраты и длительность восстановления узла.
ГОСТ 27002 - 83 определяет ремонтопригодность как свойство узла, заключающееся в предупреждении и обнаружении причин возникновения отказов и повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.
На сборочном чертеже представлена технологическая схема сборки редуктора специального привода рабочих валков. Такая конструкция удовлетворяет принципам ремонтопригодности.
При обосновании способа восстановления изношенной детали решающее значение имеет экономическая эффективность. Целесообразным является тот метод, который полностью восстанавливает техническую характеристику восстанавливаемой детали и при этом стоимость восстановления ниже стоимости вновь изготовленной.
Восстановление зубчатых колес может осуществляться различными способами. Выберем наиболее экономически эффективный способ восстановления изношенных зубьев методом наплавки.
Наплавка осуществляется электродами марки Т – 620, Наплавляемый металл:Э - 320Х23С2ГТР.
Редуктор специальный и посадка зубчатой полумуфты на вал.
Подшипник 97168 ГОСТ 3189-90 1
Корпус редуктора
Вал шестерня
Зубчатая муфта
Полумуфта
______________
Наименование
5.Выбор системы смазывания и смазочных материалов в узлах трения привода клети.
5.1 Зубчатое зацепление в редукторе.
В узлах трения с большим тепловыделением, работающих с большими контактными нагрузками и скоростями скольжения, рекомендуется применять минеральные масла. Так как зубчатое зацепление в редукторе относится именно к таким узлам трения, то для его смазки будем выбирать марку минерального масла. Но при этом следует учитывать следующие особенности:
при температурах выше 150С0 происходит деструкция масла;
при незначительном изменении температуры происходит значительное изменение вязкости масла;
необходимо большое количество единовременно используемого масла.
На выбор марки минерального масла для зубчатого зацепления оказывают влияние температурный режим, окружная скорость, нормальное контактное напряжение в зоне контакта, твердость и состояние поверхностей.
Определим параметр χ:
где HV – твердость по Виккерсу, МПа;
– максимальное нормальное контактное напряжение, МПа;
v – окружная скорость, м/с.
Определим окружную скорость:
где d – диаметр делительной окружности шестерни (d=0,34 м);
n – частота вращения вала шестерни (n=315 об/мин).
Наибольшее нормальное контактное напряжение для шевронных зацеплений: