Нажимной механизм стана 2000

 

 

 

 

 
СОДЕРЖАНИЕ

 

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕФЕРАТ ВВЕДЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Назначение и сортамент продукции стана Техническая характеристика стана. Состав оборудования линии прокатного стана Описание конструкции рабочей клети и взаимодействия её механизмов при работе КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ        2.1 Конструкции механизмов уравновешивания валков        2.2 Механизм уравновешивания валков клети стана 2000 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ Расчет моментов и мощности прокатки Расчет прокатных валков Расчет гидравлического устройства для уравновешивания Расчёт подушек прокатных валков ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ СПЕЦИФИКАЦИИ

- 4 5 6 6   6   8 10 10 13 14 14 18 21 22 25 26 27

 

РЕФЕРАТ

 

Пояснительная записка содержит 23 стр., 5 рис., 3 табл., 4 библ. источника. Графическая часть 4 листа формата А1.

В курсовом проекте рассмотрено описание конструкции и проведен проверочный расчет устройства уравновешивания валков прокатного стана 2000 (ОАО “Корпорация ВСМПО-Ависма”).

В проекте рассмотрено назначение и сортамент продукции стана, его техническая характеристика. Рассмотрен состав оборудования стана, выполнено описание конструкции прокатного стана, рабочей клети и взаимодействия его механизмов при работе. Приведены расчеты мощности прокатки, расчеты прокатных валков, расчеты гидравлического устройства уравновешивания валков, подушек

Проект содержит графическую часть, включающую чертеж участка прокатного стана 2000, чертеж черновой клети стана 2000 с поясняющими разрезами, сборочный чертеж устройства уравновешивания валков.

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В области обработки давлением цветных металлов и сплавов на основе титана и титановых сплавов прокатка имеет наиболее широкое применение. На предприятии ОАО «Корпорация ВСМПО-Ависма» прокатное производство сосредоточено в цехах № 3 и 16.

Прокатное производство представляет собой комплекс взаимосвязанных технологических переделов, определяющих качество прокатной продукции и технико-экономических показателей работы прокатных цехов.

Конкуренция на отечественном и мировом рынках продукции из титановых сплавов, повышение качества плоских титановых полуфабрикатов стала причиной конверсии производства и расширения спектра выпускаемых изделий.

Развитие технологии прокатки обусловливается потребностями промышленности. В соответствии с основными потребностями многочисленных отраслей промышленности в прокатной продукции необходимо: расширение типоразмеров прокатываемых изделий; использование новых сплавов и композитных материалов; повышение требований к качеству изделий; улучшение технико-экономических показателей (повышение производительности процесса и выхода годного металла, снижение энергосиловых параметров, трудоемкости, себестоимости и пр.).

В курсовом проекте рассматривается конструкция  прокатного стана 2000 (ОАО “Корпорация ВСМПО-Ависма”) и проводится проверочный расчет устройства уравновешивания валков.

 

 

 

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ

 

1. Назначение и сортамент продукции стана

 

Двухклетьевой реверсивный стан 2000 горячей прокатки предназначен для горячей прокатки металлов и сплавов из заготовок (слябов). Сортамент плоского проката по толщине - горячекатаные плиты и листы толщиной 8…150 мм. Листы и плиты из титановых сплавов сертифицированы рядом зарубежных организаций и фирм «ТЮФ», «Аэроспасьяль», «Снекма» и др.

 

2. Техническая характеристика стана

Состав оборудования стана 2000

 

Горячая прокатка осуществляется в черновой клети стана Кварто 2000. Характеристика стана приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Характеристика прокатного стана

Тип стана	Мощность главного привода, кВт	Допустимое усилие на валки, МН	Допустимый момент прокатки		Скорость прокатки м/с
			Стальные валки, МН×м	Чугунные валки, МН×м
Черновая клеть Кварто 2000	5500	30,0	1,80	0,90	0,50..5,0

Для прокатки плит применяют реверсивные станы горячей прокатки Кварто 2000. Этот стан имеет две клети: черновую – четырехвалковую с эджерами и чистовую - четырехвалковую. Характеристика стана кварто 2000 представлена в таблице 1.2.

 

Таблица 1.2 - Характеристика стана кварто 2000

Тип клети	черновая
Диаметр валков, мм рабочих          опорных	750 1400
Длина бочки опорных и рабочих валков, мм	2000
Допустимое усилие прокатки, МН	30
Мощность главного привода, кВт	5500
Максимальный момент прокатки, кНм	1800
Скорость прокатки, м/с	1 – 4,5

В состав черновой линии стана входит: нагревательная печь СРЗ20.80; транспортирующий рольганг; сама черновая клеть; транспортирующий рольганг за клетью; гильотинные ножницы усилием 2,2 МН.

Стан «2000» горячей прокатки по конструкции кварто-реверсивный, в его состав входят 2 линии: черновая и чистовая.

           Черновая клеть стана 2000 горячей прокатки предназначена для прокатки полос толщиной 5÷200 мм. 

         Технологическая   характеристика черновой клети 750/1400×2000 мм.

Обрабатываемый металл  - слябы кованые,  штампованные,  штампованно –катанные:

• толщина, мм  - до 330;
• ширина, мм  -   до 1750;
• длина, мм  - до 5000;
• масса, кг  -  до  6000.

Сортамент готовой продукции  -  листы и плиты:

• толщина, мм  -  6÷200;
• ширина, мм  -    600÷1700;

-    длина, мм     -    1000÷7000.

 

 

3. Описание конструкции стана и взаимодействия его

механизмов при работе

 

Двухклетьевой реверсивный стан 2000 горячей прокатки предназначен для горячей прокатки металлов и сплавов из заготовок (слябов).

Стан состоит из следующих основных узлов:

• роликовая электрическая печь;
• двухкамерная газовая печь с выкатным подом;
• механизм подъёмно-поворотный;
• вертикальная клеть;
• подводящий и отводящий рольганги;
• рабочий рольганг за  и перед рабочей клетью;
• подъёмно-поворотный стол; 
• рабочая клеть кварто 750/1400×2000;
• направляющие линейки;
• передаточное (шпиндельное) устройство;
• гильотинные ножницы с нижним резом усилием реза 2,2 МН, уборочным устройством и упором передвижным;
• листоукладчик.

Рабочая клеть является основным устройством прокатного стана, так как в ней осуществляется собственно прокатка металла.

Рабочая клеть каждого прокатного стана состоит из: двух станин, установленных на плитовинах, закрепляемых на фундаменте, валков с подушками и подшипниками, механизмов для установки и уравновешивания валков, валковой арматуры (проводок, устройств для охлаждения или нагрева валков и т.д.)

Литые станины установлены на две плитовины, опирающиеся на две сварные поперечины рамы. Каждая плитовина скреплена с фундаментом восемью анкерными болтами. Между собой станины соединены траверсами.

Диаметр рабочих валков 750 мм и длинна бочки 2000 мм, минимальный диаметр после переточки равен 700 мм. Валки изготовлены из стали марки 90ХМФ. Рабочие валки вращаются на четырёхрядных конических роликовых подшипниках (D=650 мм, d=440 мм, B=395 мм). Гидравлические цилиндры между подшипниками рассчитаны не только на уравновешивание верхнего рабочего валка, но и на выбор зазоров в подшипниках верхнего рабочего и опорного валков.

Диаметр опорных валков 1400 мм и длина бочки 2000 мм: минимальный диаметр после переточки равен1300 мм. Валки изготовлены из стали марки 90ХФ. Опорные валки вращаются на четырёхрядных конических роликовых подшипниках (D=1220 мм, d =750 мм, B=840 мм).

Наибольший раствор при новых валках равен 200 мм.

В окнах станин прикреплены направляющие планки, по которым перемещаются подушки верхнего опорного валка. Подушки нижнего опорного валка установлены неподвижно. Смена валков происходит через окна станины. Подушки опорного валка представлены собой П-образную раму, в которой установлены кассеты с подшипниками рабочего валка.

Уравновешивание верхнего опорного валка с подушками осуществляется гидравлическим цилиндром, при помощи двух траверс, на концы которой подвешены верхние подушки. Давление в системе гидроуравновешивания 100 атм (10 МПа).  

Рабочие валки приводятся от двигателя типа МП 7500-60 мощностью 5500 кВт и частотой вращения 60/120 мин-1 через шестерённую клеть и универсальные шпиндели. Наибольшее усилие на валки при прокатке равно 30 МН.

Нажимные винты с диаметром и шагом резьбы 560×48 мм приводятся от электродвигателя типа МП-82, мощностью 100 кВт, скоростью вращения 475 мин-1, соединены электромагнитной муфтой. Скорость установки винтов 1,95 мм/с. Крайнее верхнее положение винтов ограничивается командоаппаратом КА4658-5.

 

2  КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Конструкции механизмов  уравновешивания валков

Если тем или иным способом подушки верхнего валка были бы подвешены к концам нажимных винтов и установка верхнего валка происходила бы только перемещением винтов вверх и вниз, то возникли бы следующие отрицательные явления:

1) при холостом ходе стана под действием массы верхнего валка и его подушек между торцами нажимных винтов и их подпятников, а также в резьбе нажимной гайки обязательно образовались бы зазоры. При последующей задаче металла в валки возникали бы динамические нагрузки на шейки валка и на нажимные винты, которые сопровождались бы сильными ударами;

2) раствор между валками никогда не соответствовал бы требуемому обжатию вследствие неизвестной величины указанных зазоров.

Во избежание этих отрицательных явлений у всех рабочих клетей, предусмотрены специальные устройства для уравновешивания верхнего валка и его подушек. При помощи таких устройств подушки верхнего валка всегда плотно прижаты к торцам нажимных винтов и зазоры в соединениях шейки валка с нажимной гайкой не образуются.

Для уравновешивания верхнего валка с подушками применяют грузовые, гидравлические и пружинные устройства.

Грузовое уравновешивание применяют при перемещении верхнего валка на большую высоту (до 2000 мм на блюмингах и слябингах); конструкция этого устройства проста и оно надежна в эксплуатации. В то же время грузовому уравновешиванию свойственны следующие недостатки: инерция контргрузов большой массы вызывает динамические нагрузки в системе; расположение больших рычагов с контргрузами требует углубления и усложнения фундамента под рабочей клетью; невозможно осуществлять перемещение валка независимо от нажимного механизма.

Гидравлическое уравновешивание, применяют как при большом ходе верхнего валка (на обжимных станах), так и при небольшом растворе валков (на листовых станах). Оно не обладает указанными выше недостатками, свойственными грузовому уравновешиванию, работает бесшумно и без толчков, имеет небольшие габариты и легко управляемо при работе стана. В качестве рабочей жидкости применяют масло-водяную эмульсию или веретенное масло (в зависимости от климатических условий района, в котором расположен завод).

Недостатком этой системы является то, что для питания цилиндров уравновешивания необходима установка насосно-аккумуляторной станции. Однако во многих прокатных цехах такие станции имеются независимо от применения системы гидравлического уравновешивания (например, для гидропривода смены валков), поэтому указанный выше недостаток не является существенным.

На рисунке 2.1 приведено устройство гидравлического уравновешивания верхнего опорного валка четырехвалкового стана 2500 конструкции НКМЗ.

Устройство гидравлического уравновешивания верхнего опорного валка четырехвалкового стана 2500 конструкции НКМЗ

Рисунок 2.1

Гидравлический цилиндр 1 расположен на верху рабочей клети и смонтирован в траверсе, соединяющей станины. К верхней части плунжера 2 шарнирно прикреплена траверса 3, к концам которой подвешены две тяги 4. С этими тягами шарнирно соединены поперечные балки 5, конечные участки которых входят в окна станин и воспринимают массу подушек и валков. У подушек валков при этой системе уравновешиывания наверху сделаны Г-образные приливы 6, которыми они опираются на концевые участки поперечных балок.

На рисунке 2.2 показан общий вид устройства для гидравлического уравновешивания верхних рабочих и опорных валков четрыхвалкового стана 1700 при помощи плунжеров между подушками валков. В этом случае уравновешивание опорных и рабочих валков осуществляется с помощью гидравлических плунжеров, расположенных между подушками опорных и рабочих валков.

Общий вид устройства для гидравлического уравновешивания верхних рабочих и опорных валков четрыхвалкового стана 1700 при помощи плунжеров между подушками валков.

Рисунок 2.2

Гидравлические цилиндры для этих плунжеров вмонтированы в самих подушках валков.

Высокое давление в гидроцилиндрах создается специальным грузовым или воздушным аккумулятором, установленным поблизости от рабочих клетей стана.

2.2 Механизм уравновешивания валков клети стана 2000

Механизм уравновешивания валков клети стана 2000 по типу конструкции схож с конструкцией устройства стана 2500 НКМЗ.

Гидравлический цилиндр расположен на верху рабочей клети и смонтирован в траверсе, соединяющей станины. К верхней части плунжера шарнирно прикреплена траверса, к концам которой подвешены две тяги - коромысла. С этими тягами шарнирно соединены поперечные балки 5, конечные участки которых входят в окна станин и воспринимают массу подушек и валков. У подушек валков при этой системе уравновешиывания наверху сделаны Г-образные приливы 6, которыми они опираются на концевые участки поперечных балок.

Технические данные устройства уравновешивания валков стана 2000 представлены в таблице 2.1

Таблица 2.1 - Технические данные устройства уравновешивания валков

 

№	Наименование	Размеры	Величина
1	Вес подвижных деталей механизма	кг	13230
2	Давление в цилиндре при уравновешивании	МПа	10
3	Давление в цилиндре при перевалке	МПа	15

 

 

3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Расчет моментов и мощности прокатки

Момент прокатки определяет загрузку главных линий прокатных станов и электродвигателей привода валков. Момент прокатки, подводимый от главных электродвигателей рабочей клети в общем случае, а различные периоды прокатки, направлен на преодоление следующих сопротивлений вращению элементов главного привода:

1. момента прокатки, т. е. момента препятствующего вращению валков со стороны прокатываемой полосы;
2. момента сил трения в подшипниковых опорах рабочей клети при действии на нее усилия прокатки;
3. момента добавочных сил трения в элементах главной линии прокатного стана;
4. динамического момента, связанного с разгоном и торможением элементов главной линии стана.

Суммарный момент прокатки, необходимый для преодоления сопротивления деформирования полосы, для первого прохода вычисляется по следующему соотношению:

,

где   – коэффициент плеча приложения равнодействующей усилия прокатки;

 – длина очага деформации в зависимости от температуры прокатываемого металла

Коэффициент плеча приложения равнодействующей усилия прокатки:

Момент сил трения в подшипниках опорах рабочих валков рассчитывается в зависимости от типа рабочей клети: в четырехвалковых клетях КВАРТО усилия воспринимается подшипниками опорных валков. Суммарный момент сил трения в подшипниковых опорах всех валков клети для 1–го прохода можно найти по соотношению:

  кН∙м.

где – коэффициент трения в подшипниковых опорах валков, которые воспринимают в зависимости от типа подшипникового узла:

= 0,0035 – так как задан роликовый подшипник качения.

Размер шеек валков были определены в подразделе 3.4.

Суммарный статистический момент на валу электродвигателя, возникающий в процессе прокатки полосы находим по формуле для рабочих клетей КВАТРО (приводные опорные валки):

В период пауз между прокаткой валки, как правило, вращаются на пониженной скорости для обеспечения режима охлаждения, а возникающий на валу электродвигателя момент – момент холостого хода, необходимый для вращения элементов главного привода стана и валков принимается равным 5% номинального момента всех электродвигателей главного привода:

 кН∙м,

где – номинальный момент всех электродвигателей главного привода, принимаемы на основании их паспортной характеристики, кН∙м; =879  кН∙м.

Для реверсивных прокатных станов, так как скорость валков изменяется в процессе прокатки, необходимо также определять динамические моменты, действующие в период разгона и торможения.

Динамический момент при разгоне главной линии стана:

, кН∙м.

Динамический момент торможения главной линии стана:

, кН∙м

где – приведенный к валу электродвигателя маховый момент главной линии прокатной клети, кН∙м²;

 кН∙м

Приведенный к валу электродвигателя маховый момент главной линии прокатной клети включает суммарный маховый момент якорей электродвигателей и маховый момент других вращающихся деталей передающего механизма. Приведенный к валу электродвигателя маховый момент других вращающихся деталей передающего механизма главной линии прокатного стана, как правило, составляет 10..20% от махового якоря электродвигателя. С учетом этого приведенный к валу электродвигателя суммарный маховый момент главной линии прокатной клети можно определить из соотношения

где – суммарный момент якорей электродвигателей, кН∙м².

Маховый момент якоря электродвигателя принимается на основании его паспортной характеристики.

 кН∙м2

Таким образом, рассчитаны все составляющие крутящего момента на валу электродвигателя. Это позволяет построить, на основании ранее найденного графика скоростей главного привода, соответствующую ему диаграмму крутящих моментов.

Крутящие моменты в различные временные периоды работы будут составлять:

при холостом приводе

при разгоне привода без металла в валках

 кН∙м;

при разгоне привода с металлом в валках

 кН∙м;

при установившемся процессе прокатки

 кН∙м;

при торможении привода с металлом в валках

, кН∙м;

при торможении привода без металла в валках

, кН∙м.

Находим эквивалентный среднеквадратичный момент:

 кН∙м.

Величина рассчитанного эквивалентного среднеквадратичного момента не должна превышать суммарного номинального момента электродвигателей главного привода данной клети, в этом случае не будет происходить перегрев электродвигателя:        

На основании построенной диаграммы моментов привода электродвигатель так же проверяют по перегрузке. Для этого по диаграмме моментов -максимальный крутящий момент привода ( кН∙м) и сравниваем его с номинальным крутящим моментом электродвигателя, определяя коэффициент перегрузки:

Рассчитанный коэффициент перегрузки не должен превышать допускаемого коэффициента перегрузки для данного электродвигателя, указанного в его паспортной характеристике.

Эквивалентную среднеквадратичную мощность электродвигателя вычисляют на основе эквивалентного среднеквадратичного момента и скорости электродвигателя в установившемся режиме:

 кВт кВт.

Значение рассчитанной эквивалентной мощности не должно превышать суммарной паспортной мощности электродвигателей главного привода данной клети .

3.2 Расчёт прокатных валков 

 

Валки прокатных станов выполняют основную операцию прокатки – пластическую деформацию металла. При прокатке вращающиеся валки воспринимают давление, возникающее при обжатии металла, и передают это давление через подшипники, подушки и нажимные винты на станины.

На рабочий валок приходится малая часть усилия прокатки. Поэтому опорный валок клети кварто рассчитывается на изгиб, а рабочий валок только на кручение в приводной шейке.

Схема нагружения валков рабочей клети стана 2000 представлена на рисунке 3.1

При одинаковых модулях упругости материалов рабочего и опорного валков нагрузка между ними будет распределена:

                                 

где Роп – нагрузка на опорный валок, Н;

Рр – нагрузка на рабочий валок, Н.

Полное усилие прокатки:

Р= Роп+ Рр        

Нагрузка на рабочий валок:

             

Нагрузка на опорный валок:

Роп=30 – 2,3=27,7 МН.

 

Dop – диаметр опорного валка, м (Dop=1,3); Dp – диаметр рабочего валка, м (Dp=0,7м); dop – диаметр шейки рабочего валка, м (dop=0,75м); dp – диаметр шейки рабочего валка, м (dp=0,44м); l – длина шейки валка на которую приходится реакция, м (l=0,575м); L – длина бочки валка, м (L=2м); В – ширина листа (В=1м); P – усилие прокатки, м (Р=30МН); Мкр – крутящий момент, приложенный к рабочему валку, м (Мкр=900кН∙м).

Рисунок 3.1

Максимальный изгибающий момент в бочке валка определяем по формуле:

             ,  

Максимальный изгибающий момент равен:

 

Соответствующее этому моменту напряжение изгиба в бочке опорного валка определяем, как:

 

где  Wиз – момент сопротивления бочки валка изгибу, м3 (Wиз=0,1D3on)

Максимальное изгибающее напряжение в шейке опорного валка:

 

Напряжение кручения в приводной шейке рабочего валка:

 

где  Wкр.ш. – момент сопротивления шейки кручению, м3 (Wкр.ш=0,2d2p).

Напряжение кручения равно:

С учётом полученных напряжений определим коэффициенты запаса прочности в каждом элементе валков по формулам:

         

Предел прочности для материала валков, стали 90ХФ, на изгиб σв=800 МПа и на кручение τв=0,7∙σв=560 МПа.

В результате получим следующие коэффициенты запаса прочности:

в бочке опорного валка:

в шейке опорного валка:

в шейке рабочего валка:

Все полученные коэффициенты запаса прочности выше допустимого [n]=5, т.е. все элементы валков имеют достаточную прочность, а наиболее слабым элементом валков является шейка опорного валка.

3.3  Расчет гидравлического устройства для уравновешивания

опорного валка

Вес верхнего опорного валка с подушками и подшипниками Q=555,7 кН, вес подвижных частей самого устройства для уравновешивания (тяг, коромысла, плунжера гидравлического цилиндра) G=132,3 кН

Конструктивно принимаем диаметр гидравлического цилиндра d=400 мм. Во время работы стана коэффициент переуравновешивания должен быть не менее k=1,4, поэтому давление рабочей жидкости в гидравлическом цилиндре должно быть:

Во время смены комплекта верхнего и нижнего опорных валков с подушками (Q=1200 кН) давление жидкости в гидравлическом цилиндре должно быть увеличено до

Максимальное подъемное усилие на плунжере при работе стана

Напряжение в теле гидравлического цилиндра определим при максимальном внутреннем давлении жидкости P=15 МПа:

а) радиальное

б) тангенциальное

где  r1 – текущее значение радиуса по толщине стенки цилиндра, мм.

Максимальное напряжение (радиальное и тангенциальное) будут на внутренней стенке цилиндра при r1=r2: