Б - лопасть для универсального шарнира

Таблица 2.1

Предел прочности материала валков

 

Кованые валки	Литые валки
Марка стали		Марка материала
1. Углеродистые стали 50-60	600-650	1. Углеродистые стали 50-70	500-600
2. Легированные стали 55Х, 55ХН, 60ХН	620-680	2. Легированные стали 50Х, 55Х, 55ХН, 60ХН, У15ХНМ	580-650 680-700
3. Легированные стали 9Х, 9Х2, 9ХФ, 9ХМ, 9Х2М	800-1000	3. Чугун СШ-СШХН, ЛШ-ЛШХН СП-СПХН, ЛП-ЛПХН	400-500 400-500

 

Значения предела прочности металла на сдвиг обычно принимают как долю от : =(0,6 ¸ 0,7) .

ПРИМЕР 2.1. Рассчитать на прочность валок черновой рабочей клети дуо широкополосного стана 1400. Размеры валка (см. рис.2.1), м: D =0.85; L =1.4; A =2.15; d =0.6; l =0.75; d₁ =0.42. Усилие прокатки P =8000 кН. К трефу валка приложен крутящий момент М_кр =450 кН*м. Ширина прокатываемого листа В =1.0 м. Материал валка - литая сталь марки У15ХНМ.

По формуле (2.2) рассчитаем максимальный изгибающий момент в бочке валка

Соответствующее ему напряжение изгиба в бочке валка определим по формуле (2.1)

Максимальное изгибающее напряжение в шейке валка при расчете по формуле (2.3) составит

Напряжение кручения в приводной шейке валка рассчитаем по формуле (2.4)

Поскольку валок изготовлен из стали, суммарное напряжение в шейке валка найдем по формуле (2.5)

Так как концевая часть валка выполнена в форме трефа, то напряжение кручения в ней рассчитаем по формуле (2.7)

С учетом полученных напряжений определим коэффициенты запаса прочности в каждом элементе валка по формулам (1.2), принимая по табл. 2.1 предел прочности для материала валка на изгиб и на кручение В результате получим следующие коэффициенты запаса прочности:

в бочке валка

в шейке валка

в трефе валка

Все полученные значения коэффициентов запаса прочности выше допустимого [ n]=5, т.е. все элементы валка имеют достаточную прочность. При этом можно сделать вывод, что наиболее слабым элементом валка является приводной треф.

 

Особенности расчета валков стана кварто

 

В рабочих клетях кварто приводными обычно бывают рабочие валки [1-3]. Случай с приводными опорными валками является энергетически невыгодным и реализуется лишь в тех редких случаях, когда по конструктивным условиям оказывается невозможным выполнить привод рабочих валков (например, в случае очень малого их диаметра).

Рабочие валки рассчитывают только на кручение в приводной шейке от полного крутящего момента по формуле (2.4). В тех случаях, когда прокатка ведется с сильным натяжением, рабочие валки целесообразно рассчитать на изгиб от усилия натяжения и на кручение, используя формулы (2.3-2.6). Другой особенностью силовых условий работы валков станов кварто является возникновение контактных напряжений в

В работах [1,2] показано что рабочие валки воспринимают часть полного усилия прокатки, а остальная часть его передается на опорные валки. Поэтому в практических расчетах с незначительной погрешностью принято рассчитывать опорные валки на изгиб от полного усилия прокатки при равномерно распределенном давлении по всей длине бочки валка L (рис. 2.3). При этом изгибающий момент в бочке валка определяют по формуле (2.2), подставляя вместо ширины листа В длину бочки L, а напряжение изгиба рассчитывают по формуле (2.1). Изгибающее напряжение в шейке опорного валка определяют по формуле (2.3).

Рис. 2.3. Схема нагружения валков

Рабочей клети кварто

 

поверхностном слое соприкасающихся рабочего и опорного валков, а также при соприкосновении рабочих валков с полосой (при холодной прокатке).

Эти напряжения рассчитывают по формуле

(2.11)

где (или ) - распределенная нагрузка на контакте валков (или валков и полосы), МН/м; - приведенный модуль упругости материала контактирующих валков (или валков и полосы), МПа; - приведенный радиус соприкасающихся валков (или валков и полосы =µ), м. Приведенный модуль упругости и приведенный радиус можно определить по формулам:

(2.12)

(2.13)

где Е₁ и Е₂, R₁ и R₂ - соответственно модули упругости и радиусы опорного и рабочего валков (или рабочего валка и полосы - при холодной прокатке).

Для стальных валков принимают Е = (2,0 ¸ 2,15)10 ⁵ МПа, для чугунных валков - Е = (1,1 ¸ 1,5)10 ⁵ МПа.

Рассчитанное контактное напряжение не должно превышать допустимого [ ], которое принимают в зависимости от условного предела текучести или твердости материала HRC: [ ]@ 3× или [ ]@ 80 HRC.

ПРИМЕР 2.2. Рассчитать на прочность рабочий и опорный валки рабочей клети непрерывного широкополосного стана кварто 1300 холодной прокатки. Параметры валков (см. рис. 2.3), м: минимальный диаметр бочек валков после перешлифовки: D_оп=1.32; D_р=0.37; L=1,3; d_оп=0.8; d_р=0.22; l=0.8; А=2.1.

Усилие прокатки Р=20000 кН, крутящий момент, приложенный к рабочему валку М_кр=200 кН×м. Ширина прокатываемого листа В=1,1 м. Материал валков - сталь 9Х2.

По формуле (2.2) рассчитаем максимальный изгибающий момент в бочке опорного валка

Соответствующее этому моменту напряжение изгиба в бочке опорного валка определим по формуле (2.1)

Максимальное изгибающее напряжение в шейке опорного валка рассчитаем по формуле (2.3)

Напряжение кручения в приводной шейке рабочего валка определим по формуле (2.4)

С учетом полученных напряжений определим коэффициенты запаса прочности в каждом элементе валков по формулам (1.2), принимая по табл. 2.1 предел прочности

для материала валков на изгиб и на кручение 0.7 ×800 = 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 рабочего валка.

Рассчитаем контактные напряжения в поверхностном слое опорных и рабочих валков по формуле (2.11), приняв МПа:

м,

1082 МПа.

Допустимое контактное напряжение для валков из стали марки 9Х2 с условным пределом текучести 410 МПа будет равно = 3 ×410=1230 МПа. Следовательно, условие прочности [ ] выполняется.