2.3.3 Подготовка валков

Валки, вновь поступившие на стан, а также вываленные из клетей стана при очередной перевалке, подвергаются шлифовке.

При наличии полного парка валков перешлифовку производят после выравнивания температуры по длине бочки валка или остывания валков до температуры воздуха внутри цеха. Если имеется разность температур по дине бочки валка, то перешлифовка осуществляется корректировкой профилировок.

Подготовка рабочих валков

Съем активного слоя с бочки за перешлифовку рабочих валков должен обеспечить полное удаление внешних дефектов, глубина которых определяется контрольным врезом шлифовального круга в тело валка или по показаниям дефектоскопа на станках фирмы « Геркулес ».

При отсутствии дефектов съем с валка за перешлифовку (разность диаметров, измеренных по центру бочки валка, до и после шлифования) должен быть не менее:

- для валков 1,2,3,4 клетях пятиклетевого стана – 0,40 мм,

При перешлифовке валков необходимо, чтобы:

1. Отклонение от заданного профиля в симметричных сечениях составило не более:

- для валков, отшлифованных на станках фирмы «Геркулес» 0,005 мм,

- для валков отшлифованных на станках фирмы «Тошиба» 0,01 мм;

2. Овальность, конусность, биение бочки по диаметру не более чем 0,005 мм.[18]

Подготовка опорных валков

Съем при перешлифовке опорных валков должен обеспечивать полное удаление дефектов (вмятина, выкрошка и т.д.). Опорные валки с отдельными глубокими выкрошками предварительно зачищают вручную шлифовальной машинкой, при этом наличие острых граней не допускается. Опорные валки с отдельными глубокими выкрошками и опорные валки, перешлифованные по дефекту "навар" ("оков"), эксплуатировать в нижнем положении в 1 и 2 клетях 5-ти клетевого стана.

При перешлифовке валков необходимо, чтобы:

- отклонение от заданного профиля в симметричных сечениях - не более 0,03 мм,

- овальность, конусность, биение бочки по диаметру не более 0,008 мм,

Съем за одну перешлифовку с опорных валков, эксплуатирующихся в клетях №№ 1 - 4 пятиклетевого стана - не менее 2 мм или до удаления дефектов.

Потребность в валках

Эффективность работы прокатного стана и качество производимой на нем продукции в значительной степени зависит от основного рабочего инструмента – прокатных валков. В цеховых затратах на передел доля затрат на валки для станов холодной прокатки составляет 15-25%. Таким образом, расход валков существенно влияет на себестоимость проката.[18]

Для бесперебойной работы цеха необходимо иметь 10-15 пар рабочих валков. Потребное число опорных валков – 7-8 пар.

2.4 Проектирование главной лини клети

Основные параметры и размеры

Диаметр рабочего валка D = 480 мм и длина бочки L = 1400 мм.

Номинальный диаметр опорного валка оценивают по формуле:

Выбираем из параметрического ряда ГОСТ 5399 – 69, получаем - Do = 1300 мм.

Максимальный ход верхнего валка

H=0,05K₂ xD = 0,05·1·480=24, по 5-му приближению Н=30 мм (34)

Для клети холодной прокатки значение коэффициента k₂=1.

Min диаметр рабочего и опорного валков после переточек и перешлифовок:

мм, (35)

мм. (36)

где k = 0,08 и k₀ = 0,05 - коэффициенты уменьшения диаметров рабочих и опорных валков при переточках и перешлифовках.

Другие характеристики валков приведены в таблице 15.

Таблица 15. Характеристики валков

Назначение валков	Материал	Е, МН/м^2	G^*, кН/м^2	HSD	[σ]	[τ]	[σк]
					Н/мм^2	Н/мм^2	Н/мм^2
Рабочие	Сталь 9Х2МФ	2,10∙10^5	0,79∙10^8	90	140	80	5200
Опорные	Сталь 9ХФ	2,10∙10^5	0,79∙10^8	60	120	-	2120

Здесь Е и G* - модули упругости первого и второго рода, HSD- твердость бочки по Шору, [ ], [τ], [σ_к]-- допускаемые напряжения изгиба, кручения и контактные.

Плотность материала стальных кованых рабочих и опорных валков, а также других изготовленных из проката и кованых деталей ρ 1 = 7,8, чугунных рабочих валков ρ 2 = 7,2, стальных литых деталей ρ 3 = 7,6, бронзовых направляющих на стойках станины ρ 4 = 8,6 т/м3.

Наибольшие размеры сопряжённых с рабочим валком деталей - подушек и головок шпинделей - не должны превышать его минимального диаметра.

Высота подушки

мм. (37)

Исходя из этого условия принимаем зубчатые шпиндели ШЗ-5, у которых диаметр головки .

Расчётное усилие, действующее на детали и узлы в окне станины (полусуммы усилий прокатки и противоизгиба рабочих валков)

Y = 5.6 D₀² =5,61300² =9,75MH (38)

Усилие противоизгиба, действующее на одну шейку рабочего валка

Y₁ = 0,05DY = 0,050,488,75 = 0,23МН. (39)

Узел рабочего валка

Подбор подшипника.

Оценка наружного диаметра:

D₄ ≤ H₁ – 0,05D = 430 – 0,05480 =416 мм. (40)

Следуя этой оценке, подбираем четырёхрядный радиально-упорный подшипник с коническими роликами № 330758А. Его габаритные размеры D₄=412,648 мм, d₁=304,902 мм, B₂=266,700 мм , С=2,86, МН.

Эквивалентная динамическая нагрузка в предположении, что усилие противоизгиба рабочих валков всегда максимально, а осевые силы отсутствуют, а также отвечающий такой нагрузке 90-процентный ресурс подшипника:

Y₂ = 1,1k₄Y₁ = 1,11,20,21 = 0,277 MH, (41)

ч.

где - температурный коэффициент при температуре в подшипнике 50°С;

k₄ - коэффициент динамичности, равный 1,2 [7];

С - коэффициент динамической грузоподъёмности [7].

Ширина подушки:

B₁ = 1,75H₁ = 1,75430 = 752,5 ⁴ 750 мм.

Размеры шейки, конца валка и подшипникового узла (рисунок 10):

l₁ = B₂=266,7 ³ 270мм,

l₂ = E(l₁ – 3B₂ / 4) = E(270-3·270/4)=69 мм,

l₃ = E(l₂ + B₂ – 5) = E(69 +270 – 5)=330 мм,

l₄ = 2l₁ – l₂ – l₃ = 2·270-69-330=141 мм,

l₅ = 0,65l₂=0,65·69=41,8 ³ 40мм,

d₂ = d₁ + 2l₂ tan15⁰=304,902+2·69·0,2679= 342 мм,

d₃ = d₁ – 10 = 304,902-10=294,902³290мм,

d₄ = 0,9d₁ =0,9·304,902=274,41³ 275мм,

d₅ =200, s₁ = 150, l₆ = l₂₃ – 10 =70-10=60, l₇ = 280 мм.

Четыре последних размера определил по [7].

L₁ = L+2l₁ =1500+2270=2040 мм,

L₂ = L+2(2l₁ +l₅+l₆+l₇)=1500+2(2270+40+60+280)=3220 мм,

D₅ =1,07H₁ =1,07430 =460,1 ³ 460 мм,

D₆ = 0,9D₄ = 0,9412,648=371,38³ 370 мм.

Остальные необходимые для вычерчивания узла валка размеры следует назначать конструктивно.

Узел рабочего валка с подушкой приведен на рисунке 8.

Рисунок 8. Узел рабочего валка с подушкой:

1, 3 – узлы крышек и уплотнений (не проработаны); 2 – подушка; 4 – гайка.

Масса, момент инерции и крутильная податливость одного валка:

т,

тм², кНм^-1.

Момент инерции здесь подсчитан без учёта приводных концов длиной l7, а масса – с их учётом.

Масса одной подушки и узла одного рабочего валка при средней плотности заполнения ее объема ρ5 = 6 т/м3:

G₂=2ρ₅l₁(H₁B₁–πd₁²/4)=26,00,24(0,430,75–3,140,304²/4)=0,85т, G₃=G₁+2G₂=2,59+20,82=4,23 т.

Узел опорного валка

Подбор подшипника жидкостного трения по размерам и нагрузочной способности.

Диаметр ПЖТ принимаем по таблице 16 [7] максимально возможным так, чтобы минимальный диаметр валка превышал высоту подушки:

где размер H₂ соответствует типоразмеру d=900 мм, который и следует принять к установке. Опорный валок изображен на рисунке 9.

Относительную длину подшипника определяют в зависимости от нагрузки так, чтобы удельное давление на площади диаметрального сечения подшипника при работе в длительном режиме не превышало 16-17 Н/мм с учётом графика нагрузочной способности, а в кратковременном 21,0-22,5 Н/мм. Расчётные удельные давления в подшипниках при l/d=0,75 и l/d=0,90:

Таблица 16. Размеры элементов узла опорного валка, мм, и масса ПЖТ [7]

d	l	d6	d7	d8	d9	d10	l8	l9	l10	l11	l12	l13
900	800	891	800	640	450	380	125	840	500	290	270	590
l14	l15	l16	l17	B4	D7	D9	H2	d11	D8	B6
470	630	1035	1110	1350	970	1250	610	500	720	218	4,52	4,08

Рисунок 9. Опорный валок

Таблица 17. Данные для построения графика нагрузочной способности ПЖТ

Сорт масла	d	10^-5	Координаты точек А
			nон1	q21	nон2	q22	nон3	q23	nон4	q24
МС-20	900	33	21	18	46	21	160	12	400	7
		50	25	17	96	21	220	12	400	8

Рисунок 10. График нагрузочной способности ПЖТ

Наибольшая и наименьшая частоты вращения втулки-цапфы подшипника опорных валков:

n_ов= 185мин^-1;

n_он=39мин^-1.

Окончательно принимаем ПЖТ, с характеристиками d=900 мм, l/d=0,9 мм, сорт масла МС-20, =0,0005.

Конструкция подушек и подшипникового узла.

Валок.

Размеры валка, принятые согласно [7], а также его габаритная длина:

d₆ = 891 мм, d₇ = 800 мм, d₈ = 640мм, d₉ = 450 мм, d₁₀= 380 мм, l₈ = 125 мм, l₉ = 840мм, l₁₀ = 500 мм, l₁₁ = 290 мм, l₁₂ = 270мм.

L₃=L+2(l₈+ l₉+ l₁₂)+l₁₀+ l₁₁=4760 мм.

Масса и момент инерции одного валка:

где a₁ = (d₆-d₇)/2l₈,

a₂=tg(arctg 0,1)=0,1.

3,688тм²

Подшипниковые узлы и подушки.

Основные размеры. Конструкция подушки и подшипникового узла опорного валка представлена на рисунке 11.

Рисунок 11. Конструкции подушек и подшипниковых узлов опорного валка

ПЖТ: d = 900 мм, l₁₃ = 590мм, l₁₄ =470 мм, l₁₅ = 630 мм,

l₁₆ = 1035 мм, l₁₇ = 1200мм,

l₁₈ = l₁₇ + l₁₁ - l₁₀ = 990 мм,

L₄ = L + 2l₃ = 2680 мм,

L₅ = L₄ + l₁₇ + l₁₈ = 4860 мм,

D₇ = 970 мм, D₁₀ = 1,2d₁₀ = 456 мм,

подшипник качения:

d₁₁=500 мм, D₈=720 мм, B₆=218 мм [ табл.16],

подушки:

H₂=610мм, B₄=1350мм, D₉=1250 мм[ табл.16].

H₃ = В₄/2 = 675 мм,

H₄ = H₁+Н₂ = 1040 мм.

Масса одного ПЖТ [ табл. 16], одной подушки и узла одного опорного валка: G₅=4,52т,

G₆ = ₅l₁₆[(H₃ + H₄)B₄ - H₁B₁ - D₇²/4] = 8,61т.

G₇ = G₄ + 2(G₅ + G₆) = 48,6 т.

Устройства для установки валков

Принятые параметры устройств для установки валков, необходимые для проектирования, в которой j-порядковый номер устройства, z-число гидроцилиндров в устройстве, p-гидравлическое давление в системе, МПа, _ij-скорость поршня, мм/с, k₇-коэффициент

Все гидроцилиндры поршневого типа, материал их корпусов и крышек – сталь с допускаемыми напряжениями []=120H/мм².

Рисунок 12. Поршневой гидравлический цилиндр

Таблица 18. Исходные параметры устройств для установки валков

j	Назначение устройства	z	p	u
1	Установка зазора между валками (нажимное)	2	25	5
2 и	Уравновешивание верхнего опорного валка	4	16	10
3	Уравновешивание и противоизгиб рабочих валков	4	16	10

Суммарные усилия на штоках половины гидроцилиндров каждого устройства (расположенных в окне одной станины):

Y₃₁=Y=9,76MH,

Y₃₂=1,4G₇/2/100=0,34 MH,

Y₃₃= Y₁+1.2G₃/2/100=0,25MH,

Y₃₄=( G₃+G₇)/100=0,53MH.

где 1,4 и 1,2 – коэффициенты переуравновешивания для валков с подушками.

Ход поршня каждого гидроцилиндра для обеспечения максимального подъема и компенсации переточки валков:

H ₅₁ = H + D - D₁ + (D₀ - D₂)/2 = 100 мм,

H ₅₂ = H + 2D -2D₁ + D₀ - D₂= 160 мм,

H ₅₃ = H + D - D₁ = 70 мм,

H ₅₄ = D - D₁ + (D₀ - D₂)/2 = 70мм.

Далее расчёт ведётся для j=1,…,4; пример расчёта приведён только для нажимного устройства, а все результаты представлены в таблице 19.

Диаметр поршня:

Толщина конструктивных элементов гидроцилиндра (стенки, днища, крышки, поршня):

Наружный диаметр:

d_13j= d_12j+ 2t_0j = 870 мм,

Высота корпуса:

H_6j= H_5j+ 3t₀= 350 мм,

Диаметр и длина штока:

d_14j= 0,8_jd_12j = 560 мм;

l₁=H=30 мм

l₂=2(D₁+D_2//2-H₄)=50 мм

l₃=D₁ - H₁ = 10мм

l₄=H/2=15 мм

l_19j= H _5j+ t _{0 j}+ ∆l_j= 210 мм;

Масса одного гидроцилиндра в сборе:

9. Оценки расхода масла и мощности насоса:

где =0,7-механический КПД гидроцилиндра.

Таблица 19. Результаты расчёта устройств для установки валков.

j	Y3	H5	d12	t0	d13	H6	d14	l	l19	G8	Q	N2
1	9,46	95	700	85	870	350	560	30	210	1,74	5,50	137,4
2	0,34	160	120	10	140	190	95	50	220	0,02	0,65	10,3
3	0,25	70	110	10	130	100	85	10	90	0,01	0,54	8,7

Компоновка гидроцилиндров:

При виде сбоку расстояния по осям гидроцилиндров уравновешивания верхних рабочего и опорного валков составляют:

B₃=( B₁+ D₄)/2=532,2⁵ 540мм,

B₅=( B₁+ B₄)/2 = 1050мм.

Высота цилиндра нажимного устройства при забое новых валков:

H₇₁^’ = H₇₁ + H = 410 мм.

Размеры пакета подкладок под подушки нижнего опорного валка (сечение B₇B₇ и высота H₇ при новых и H₇^’ при переточенных рабочих валках):

B₇ = 2d₁₄₄ = 250 мм,

H₇₄ = H₆₄ + l₄ = 140 мм,

H₇₄= H₇₄ + H₆₄= 205 мм.

Узел станин

Толщина бронзовых направляющих планок на внутренних поверхностях стоек и размеры окна по ширине и высоте (рисунке 13,14):

t = D₀/40 = 33¹ 30 мм,

B₈ = B₄ + 2 ∙ t = 1410мм,

H₈ = 2D + D₀ + 2H₃ + H₇₁+ H₇₄ =4160 мм.

Размеры сечений стоек и поперечин:

h₁=b₁=b₂=l₁₅=630 мм,

h₂=1,5h₁=945 мм.

Внешние габариты и радиус скругления наружног контура:

B₉=B₈+2h₁=2670 мм,

H₉=H₈+2h₂=6050 мм,

R₁=D_0/2=650 мм.

Рисунок 13. Компановка элементов в окне станины:

1 - гидроцилиндр нажимного устройства; 2 - подушка верхнего опорного валка; 3 - подушка верхнего рабочего валка; 4 - подушка нижнего рабочего валка с гидроцилиндрами уравновешивания и противоизгиба рабочих валков; 5 - подушка нижнего опорного валка с гидроцилиндрами уравновешивания верхнего; 6- планка; 7 - комплект подкладок.

Ширина лапы, высота лапы и бобышки:

b₃=h₃=0,2D₀=224 мм ² 260 мм,

h₄=1,25h₃=330 =>¹325 мм

Привязка линии прокатки и низа лап к низу окна станины:

H₁₀= H₇₄+ H₃+D₀/2+D=1945 мм,

H₁₁=h₃=260 мм.

Диаметр и базы четырёх шпилек для крепления станины к плитовине:

d₁₅ = 0,08D₀ + 10 = 114 мм

B₁₀=B₉+b₃=2930 мм,

l₂₀=b₁/2=315 мм.

Диаметр болта округляют в большую сторону до ближайшего в ряду метрических резьб (М115).

Масса одной станины и направляющей планки:

G₉=2₅[h₁b₁H₈+h₂b₂H₉-R₁²b₂(2-/2)] =47,52 т.

G₉^’=₇t[H₈-400l₁₅]=0,61 т.

Короба соединительные

Два соединительных короба крепятся болтами к верхней и нижней поперечинам станин.

Толщина стенок и фланцев, диаметр крепёжных болтов:

t₁=0,02D₀=26 мм,

t₂=1,25t₁=33мм,

d₁₆= 33 мм.

Толщины округляют до целых в соответствии с общепринятым правилом, а диаметр болтов – до ближайшего размера метрической резьбы в меньшую сторону. Число болтов – 6 – 8 на каждый фланец (по 3 – 4 в ряду), расстояния между болтами назначают конструктивно.

Высота и ширина фланцев:

H₁₂= h₂ -10=935 мм,

B₁₂= B₈=1410 мм.

Ширина и длина короба:

B₁₁= B₁₂-2∙2,5d₁₆=1245 мм,

L₆=L₄ -b₂=2050 мм.

Масса одного короба:

G₁₀₁=2₆[H₁₂B₁₁t₂+(L₆-2t₂)H₁₂t₁+(B₁₂-2t₁)(L₆-2t₂)t₁]= 2,39 т.

Плитовины и масса узла станин.

Плитовины представляют собой балки Г – образного сечения на которые станины опираются лапами. Каждая лапа крепится к плитовине двумя шпильками диаметром d₁₅, каждая плитовина крепится к фундаменту четырьмя фундаментальными болтами диаметром d₁₅.

Основные размеры плитовины, включая длину:

H₁₃=0,5D₀=650 мм,

h₅=b₃=260 мм,

b₄=b₃=260 мм.

B₁₃=2b₄=520 мм,

L₇=L₄+2∙b₁=3940 мм.

Масса одной плитовины и узла станин:

G₁₁ = ₅[h5 + H₁₃]b₄L₇ =7,08 т,

G₁₂ = 2[G₁ + 2G₂’ + G₁₀ + G₁₁] = 116,44т.

Рисунок 14. Станина (а), короб соединительный (б) и лапа на плитовине (в)