Стан продольной прокатки. Модернизация механизма удержания стержня ПАО «Синарский трубный завод»цех Т-2. Часть 3

1  2  3

---

3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Расчет усилия, развиваемого пневматическим цилиндром механизма удержания прокатного стержня

 

Сжатие захватов прокатного стержня производится от пневматического цилиндра через рычажный механизм. Кинематическая схема механизма удержания прокатного стержня изображена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Кинематическая схема механизма удержания прокатного стержня

Усилие прижатия захвата к прокатному стержню

где k – коэффициент запаса, для обеспечения удержания стержня захвата

при интенсивной подаче охлаждающей воды, k=1,5;

F_ст – усилие стягивания трубы с прокатного стержня – сила трения

между стержнем и трубой

где µ – коэффициент трения между трубой и прокатным стержнем, при

горячей прокатке, µ=0,3 [1];

m_т – масса наиболее тяжелой трубы, m_т =650 кг.

n – количество захватов, удерживающих прокатный стержень, n=2.

Усилие прижатия захвата к прокатному стержню

Требуемое усилие, развиваемое пневматическим цилиндром

где a – меньшее плечо рычага, a=240 мм;

b – большее плечо рычага, а=350 мм;

η_р – КПД рычажного механизма, η_р =0,9 [7].

Требуемое усилие, развиваемое пневматическим цилиндром

 

3.2 Расчет требуемого диаметра пневматического цилиндра

 

Требуемая рабочая площадь пневматического цилиндра [8]

где р – давление сжатого воздуха, р=0,4 МПа.

Учитывая схему подключения цилиндра – давление рабочей жидкости подается в штоковую полость цилиндра – найдем рабочую площадь штоковой полости гидроцилиндра [8]

где D – диаметр цилиндра;

d – диаметр штока.

При применении нормализованных пневмоцилиндров, параметры которых регламентированы ГОСТ 6540-68, имеем зависимость d=0,5D, мм [8]; откуда

Требуемый диаметр пневмоцилиндра механизма удержания прокатного стержня

В соответствии с ГОСТ 6540-68 назначаем ближайший больший стандартный диаметр пневматического цилиндра D=180 мм [8].

 

3.3 Прочностные расчеты основных узлов и деталей машины

3.3.1 Расчет на прочность приводного рычага

 

Выполним расчет на прочность приводного рычага механизма удержания прокатного стержня. Приводной рычаг нагружен поперечным усилием, действующим на него со стороны штока пневмоцилиндра – F_ц=7285 Н. Напряженное состояние рычага – изгиб. Расчетная схема рычага механизма удержания прокатного стержня изображена на рисунке 3.2.

Изгибающий момент, действующий в ступице рычага

где h – расстояние от штока до ступицы, h=290 мм=0,29 м.

Рисунок 3.2 – Расчетная схема рычага механизма удержания прокатного стержня

Напряжения изгиба, действующие в сечении рычага

где Wи – момент сопротивления сечения изгибу, для прямоугольного сечения [9]

где b – ширина сечения крюка, b=35 мм;

h – высота сечения крюка, h=125 мм.

Напряжения изгиба, действующие в сечении рычага

Условие прочности рычага

где  — допускаемые нормальные напряжения

где σ_в – предел прочности рычага, для стали 45, σ_в =600 МПа [9];

n_в – коэффициент запаса прочности по пределу прочности, n_в=5 [1].

Условие прочности рычага

Условие прочности выполнено.

 

3.3.2 Расчет на прочность оси приводного рычага

 

При осуществлении сжатия захватов, ось приводного рычага нагружена поперечным усилием F_ц = 7285 Н. Напряженное состояние оси приводного рычага – изгиб. Расчетная схема оси – двухопорная балка, нагруженная поперечной силой. Расчетная схема оси изображена на рисунке 3.3. Расчет оси на прочность выполним в соответствии с рекомендациями [10].

Рисунок 3.3 – Расчетная схема оси

Реакции опор оси

Построение эпюры изгибающих моментов:

изгибающий момент, действующий в середине пролета двухопорной балки

Выполним расчет на прочность среднего сечения оси, изгибающий

момент в котором имеет максимальное значение.

Условие прочности оси при изгибе [10]

где σ_и – напряжения изгиба, действующие в опасном сечении

где М_и –изгибающий момент, действующий в рассматриваемом

сечении, М_и=840 Нм;

Wи – момент сопротивления сечения изгибу, для круглого сечения [9]

где d – наружный диаметр оси, d=90 мм.

Напряжения изгиба, действующие в опасном сечении

Условие прочности оси при изгибе

Условие прочности выполнено

 

3.4 Прочностные расчеты унифицированных деталей и узлов машины

3.4.1 Расчет удельного давления на втулку приводного рычага

 

Бронзовая втулка приводного рычага воспринимает радиальную нагрузку, действующую от приводного пневматического цилиндра. Выполним расчет удельного давления на рабочей поверхности бронзовой втулки.

Удельная нагрузка, действующая на поверхности бронзовой втулки [10]

где d – диаметр втулки, d=90 мм;

l – длина втулки, l=350 мм.

Условие работоспособности подшипника скольжения

где [р] – допускаемая удельная нагрузка на подшипник скольжения,

для втулки из бронзы, [р] =4 МПа [10].

Условие работоспособности подшипника скольжения

Условие работоспособности выполнено.

 

4 ВОПРОСЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИНЫ

 

4.1 Правила технической эксплуатации стана продольной прокатки труб. Техническое обслуживание и ремонты

 

Системой технического обслуживания и ремонта на ОАО «СинТЗ» является система планово – предупредительных ремонтов (ППР) оборудования, направленная на поддержание оборудования в работоспособном состоянии. Сущность системы ППР заключается в том, что не ждут, когда произойдет аварийный выход оборудования из строя, а при отработке машиной определенного количества часов, производится её остановка и выполнение заранее запланированных работ по обслуживанию и ремонту [11].

Ремонтные работы на прокатном оборудовании цехов завода производит дочерняя компания ОАО «Синарский Трубный Завод» – ООО «Ремонтно–Технический Центр Синара».

Системой ППР предусматриваются следующие виды обслуживания и ремонтов оборудования [12]:

1. Техническое обслуживание оборудования;
2. Текущие ремонты оборудования;
3. Капитальные ремонты оборудования.

График ТОиР стана продольной прокатки труб ТПА-140 на 2019 год представлен в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – График ТОиР стана продольной прокатки труб ТПА-140 на 2019 год

 

Примечание: ТО – технический обслуживание; Т – текущий ремонт; К – капитальный ремонт

Общая продолжительность простоя в ремонтах стана продольной прокатки труб ТПА-140 на 2019 год – 912 часов.

При проведении работ технического обслуживания производится мелкая разборка оборудования – снятие кожухов, ограждений и крышек и очистка оборудования. По результатам осмотров производится замена разрушенных быстроизнашивающихся деталей, регулировка механизмов и узлов. При очистке оборудования производится удаление окалины, пыли и выдавленной смазки из узлов трения. Итого простои стана продольной прокатки труб при техническом обслуживании составляют 4 часа в месяц.

При проведении текущих ремонтов выполняются все работы по текущему обслуживанию и частичная разборка машины с заменой узлов и деталей. При замене изношенного узла, на его место монтируется заранее подготовленный, собранный и отрегулированный узел. Поузловой метод ремонта относится к прогрессивным методам ремонта, имеющий наивысшее качество ремонтов и производительность. При текущих ремонтах стана продольной прокатки производится замена перехватчика прокатного стержня, зубчатых шпинделей, редукторов нажимных механизмов. Текущие ремонты ТПА-140 проводятся один раз в неделю – по понедельникам оборудование выводится на двенадцатичасовой ремонт. Итого простои стана продольной прокатки труб в текущих ремонтах составляют 48 часов в месяц.

При капитальном ремонте полностью восстанавливается первоначальные качественные и количественные технические характеристики оборудования (производительность, мощность, энергопотребление и другие). При выполнении работ капитального ремонта производится полная разборка прокатного стана со снятием с фундаментов базовых деталей. При капитальных ремонтах производится восстановление базовых деталей (станины рабочей клети, корпуса и крышки шестеренной клети) и замена всех изношенных деталей и узлов. Капитальные ремонты ТПА-140 проводятся 1 раз в год – оборудование ТПА-140 выводится на четырнадцати суточный ремонт. Итого простои стана продольной прокатки труб в капитальном ремонте составляют 336 часов в год.

 

4.2 Монтаж и демонтаж машины

 

Монтаж стана продольной прокатки ТПА-140 начинается с установки плитовин рабочей линии стана и станин выходной стороны стана и увязки осей данных базовых деталей с осями выходной стороны прошивного стана и входной стороны обкатных станов. На плитовины рабочей линии монтируются электродвигатель главного привода, шестеренная клеть и рабочая клеть стана продольной прокатки. На станины выходной стороны монтируются центрователи с выдающими роликами, проводки, упорно – регулировочный механизм.

При установке плитовин рабочей линии и станин выходной стороны и их точной выверке используют пакеты подкладок. Их укладывают на тщательно зачищенных поверхностях фундаментах с последующей выверкой и подливкой цементным раствором. Подкладки бывают установочные (толщиной 5-100 мм) и регулировочные (толщиной 0,5-5,0 мм) [12].

Плитовины рабочей линии и станины выходной стороны стана продольной прокатки устанавливают на пакетах плоских подкладок. Их устанавливают с каждой стороны фундаментного болта на расстоянии от 75 до 100 мм, а между смежными пакетами подкладок 300-1000 мм. Число подкладок в пакете составляет 6-8. Из них 3-4 установочные, а остальные регулировочные. Общая высота пакета 40-80 мм. При меньшей высоте затрудняется подливка оборудования.

При выверке базовой детали при оптико – геодезическом методе, после установки станины на фундамент оборудование выверяют по осям в плане, а затем по высоте, оставляя припуск 1-2 мм выше проектной отметки на усадку пакета подкладок. Для выверки вокруг фундамента устанавливают стойки, на которых укрепляют осевые струны с грузами, с помощью которых фиксируют проектные оси. Отвесы совмещают с осями на плашках. Ось станины прошивного стана с осями фундамента совмещают с помощью отвесов, подвешиваемых на струнах.

После совмещения осей предварительно затягивают анкерные болты, после чего повторно проверяют правильность установки оборудования по осям и высотным отметкам и окончательно затягивают болты. Качество затяжки проверяют щупом, толщиной 0,05 мм, который не должен проходить на глубину не более 5 мм в стыках между гайкой и шайбой, и базовой поверхностью детали. В ответственных случаях, необходимое усилие затяжки проверяют по крутящему моменту на гайке или по удлинению болта.

При монтаже рабочей линии и выходной стороны стана продольной прокатки труб ТПА-140 применяются разного рода ГПМ:

стационарные: кран электромостовой Q=300 kН

специально применяемые: монтажные лебедки, домкраты.

Перемещение плитовин рабочей линии, электродвигателя главного привода, шестеренной клети, рабочей клети, станины выходной стороны и оборудования выходной стороны на место монтажа осуществляется электромостовым краном грузоподъемностью Q=300 kН.

При выверке вышеперечисленного оборудования по оси прокатки ТПА-140 применяются специальные ГПМ: монтажные лебедки Q=1000 kН, гидравлические домкраты Q=5000 kН.

Монтажные лебедки применяются для точной установки плитовин в плане цеха. Гидравлические домкраты применяются при высотной выверке оборудования в единой оси прокатки ТПА-140.

 

4.3 Смазка узлов машины

 

Рабочая линия стана продольной прокатки труб ТПА-140 имеет большое количество узлов трения. За счет смазывания узлов трения в соответствии с паспортом машины, обеспечивается высокая работоспособность стана продольной прокатки труб.

Узлы трения стана продольной прокатки труб смазываются двумя видами смазок:

1. пластичная смазка Униол-2 ГОСТ 23510-79
2. индустриальное масло ИРп-40 ТУ 38.101853-83.

Подача смазки от централизованной системы пластичной смазки (ЦСПС) производится к следующим узлам трения:

1. Упорная резьба нажимных механизмов верхнего валка. Подвод смазки производится по каналам в гайке.
2. Подпятники нажимных винтов. Подвод смазки производится по каналам в сферическом подпятнике.
3. Направляющие подушек рабочих валков. Подвод смазки производится по каналам в станине.

Подача смазки вручную производится к следующим узлам трения:

1. Подшипниковые узлы рабочих валков.
2. Оси рычагов механизма осевой регулировки валков.
3. Направляющие ползуна механизма комплектной смены валков.
4. Соединение штока гидравлического цилиндра с ползуном механизма комплектной смены валков.
5. Зубчатые соединения шпинделей привода рабочих валков.

Смазывание узлов трения пластичными смазками производится за счет подачи смазки через масленки.

Смазывание узлов трения жидкими смазками производится картерной и циркуляционной системами жидкой смазки.

Смазывание червячных передач редукторов нажимного механизма осуществляется за счет погружения витков червяка в масляную ванну.

Подача смазки от централизованной системы жидкой смазки (ЦСЖС) производится к следующим узлам трения:

1. Зубчатое зацепление шестеренной клети.
2. Вкладыши скольжения валов шестеренной клети.
3. Подшипники главного электродвигателя

ЦСЖС стана продольной прокатки труб состоит из резервуара – отстойника, двух насосных установок, фильтра, холодильника, реле давления и теплового реле.

Масло из узлов трения по сливным трубопроводам собирается в резервуаре – отстойнике 1 емкостью 2 м^З. Из резервуара – отстойника масло забирается шестеренным насосом.

ЦСЖС имеет два шестеренных насоса типа Ш8-25. Нормальная работа системы осуществляется на одном насосе; второй насос – резервный. Масло шестеренным насосом прокачивается через дисковые фильтры типа ФДЖ-50 с шириной фильтрующей щели 0,18 мм. После фильтров масло охлаждается в кожухотрубчатом маслоохладителе с поверхностью теплообмена 6 м². Маслоохладитель работает от системы холодной технической воды, включен в работу в теплое время года. Для подогрева масла в зимнее время года, резервуаре-отстойнике смонтирован электрический подогреватель масла.

Характеристики масла, подаваемого от ЦСЖС к узлам трения

номинальное давление 0,3…0,5 МПа

номинальная температура 35…40º С.

Очищенное и охлажденное масло подается по нагнетательным трубопроводам к шестеренной клети и подшипникам главного электродвигателя.

При нормальной работе подача масла происходит от одного насоса. При падении давления в нагнетательном трубопроводе до 0,2 МПа, электроконтактный манометр производит запуск в работу второго (резервного) насоса. Электродвигатель главного привода стана сблокирован с реле давления ЦСЖС: если при запуске резервного насоса не происходит рост давления масла в нагнетательных трубопроводах, происходит остановка прокатного стана. При повышении температуры масла в нагнетательном трубопроводе свыше 60 ºС, тепловое реле также производит остановку прокатного стана.

ЦСЖС стана должна находиться под пристальным наблюдением: не допускается выключать из схемы управления тепловое реле и реле давления, т.к. прекращение подачи смазки в зубчатую передачу и в подшипники скольжения шестеренной клети приведет к крупным авариям и следующим за ними длительным простоям в ремонтах.

Карта смазки стана продольной прокатки труб ТПА-140 приведена в таблице 4.2.

Таблица 4.2

Карта смазки стана продольной прокатки труб ТПА-140

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В выпускной квалификационной работе спроектирован механизм удержания прокатного стержня, обеспечивающий установку оправки по оси калибра валков станов продольной прокатки труб ТПА-140.

Механизм удержания прокатного стержня предлагается установить на выходной стороне рабочей клети стана продольной прокатки труб на расстоянии от оси рабочих валков в 1 метр.

Механизм удержания прокатного стержня представляет собой станину с рычажным механизмом с приводом от пневматического цилиндра, имеющим пару клещевых захватов, обеспечивающих удержание всего типоразмера применяющихся на стане прокатных стержней – Ø70…Ø121 мм.

Внедрив технологию прокатки с механизмом удержания прокатного стержня, сводится к минимуму количество несоответствующей продукции по виду «внутренняя риска». При этом также уменьшится поперечная разностенность на трубах за счет точного центрирования оправки в очаге деформации.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Целиков А.И. Машины и агрегаты для производства и отделки проката, в 3-х т. – Т.3.- М.: Металлургия, 1988.
2. Коликов А.П. Машины и агрегаты трубного производства –– М.:Интермет Инжиниринг, 2000.
3. Шишков М.М. Марочник сталей и сплавов – М.:Металлургия, 1989.
4. 4. Осадчий В.Я. Технология и оборудование трубного производства – – М.: Интермет Инжиниринг, 2001.
5. Авторское свидетельство №764755 СССР «Механизм перехвата оправочного стержня» Серман Б.А., Кудрявцев А.Н., Виноградов Ф.Т. Опубл. 23.09.1980. Бюллютень №35.
6. Авторское свидетельство №950457 СССР «Устройство для перехвата и осевого перемещения оправочного стержня» Серман Б.А., Петров Ю.В., Виноградов Ф.Т., Четырбок Н.Ф., Гриншпун А.И. Опубл. 15.08.1982. Бюллютень №30.
7. Чернавский С.А. Проектирование механических передач – – М.: Машиностроение, 1984.
8. Абрамов А.П. Пневматические приводы – Киев: Высшая школа, 1986.
9. Анурьев В.И. Справочник конструктора — машиностроителя в 3-х томах. Т.1.-М.: Машиностроение, 2001.
10. Писаренко Г.С. Сопротивление материалов – Киев: Высшая школа, 1979.
11. Паспорт стана продольной прокатки труб ТПА-140 – Электросталь, 1972.
12. Касаткин Н.Л. Ремонт и монтаж металлургического оборудования – – М: Металлургия, 1970.

---

1  2  3