Исследование и разработка конструкции бандажированного опорного валка стана 2500 горячей прокатки

Расчеты производились для трех различных величин натягов (=0,8; 1,15; 1,3.

Таким образом, циклическое нагружение во всех клетях, совмещающее действие от постоянных и переменных нагрузок, носит асимметричный характер.

Количество циклов нагружения в каждой клети составляет:

(21)

где Vi – скорость прокатки в каждой клети, м/с;

dср – средний катающий диаметр бочки опорного валка, м;

t – время работы валка в каждой клети за установку, ч;

К – количество установок.

Результаты расчетов сведены в таблицу 5.

Таблица 5 – Количество часов работы и циклов нагружения в каждой клети

Номер клети

5

6

T

93, 94

103,17

Ni

1,99х106

3,15х106

Общее число циклов нагружения опорного валка при однократном использовании оси составляет: N=(Ni=5,14x106.

2.4 Определение циклической выносливости в сечении 1-1

Максимальные изгибающие напряжения:

(22)

(23)

где Р = 3000 тс – давление металла на валки;

а = 3,27 м – расстояние между осями нажимных винтов;

Wизг = (d2оси /32 – момент сопротивления сечения ост при изгибе;

Lбоч =2,5 м – длина бочки опорного валка.

Максимальные напряжения сжатия (сж находятся по формуле (7). Следовательно, имеем:

(24)

Где (( - коэффициент чувствительности металла к ассимметрии цикла;

(25)

(0 =(1,4…1,6) (-1 - предел усталости для пульсирующего цикла.

Максимальное напряжение, вызванное кручением (maxi, в каждой клети зависит от максимального крутящего момента Мкрi=217 тм:

(26)

Эквивалентное напряжение, учитывающее все виды напряжений, действующих на составной валок:

(27)

Результаты расчетов сведены в таблицу 6.

Таблица 6 – Значения напряжений в валке для различных значений посадочных диаметров и натягов

Посадочный диаметр, м

d=1.15

d=1.3

Wизг , м3

0,149

0,216

(изг, МПа

101,67

70,14

(max, МПа

7,27

7,27

Натяг, мм

(=0,8

(=1,15

(=1,3

(=0,8

(=1,15

(=1,3

(сж, МПа

64,64

92,92

105,04

37,14

53,4

60,36

(max, МПа

123

132,33

136,33

82,4

87,76

90,06

(экв, МПа

123,85

133,12

137,1

83,67

88,96

91,23

Соответствующее число циклов, которое может выдержать образец до разрушения [16], [17]:

(28)

Материал оси – сталь 9ХФ, со следующими усталостными характеристиками [18]:

(-1=317 МПа – предел выносливости;

N0=106 – базовое число циклов;

R=tg(=(0.276(-1-0.8)=7.95 кг/мм2 – тангенс наклона кривой усталости

Для оценки запаса долговечности и срока службы детали при расчетах на ограниченную долговечность применяется критерий nдоп.долг. – допускаемый запас долговечности:

(29)

где nдоп=1,5 – допускаемый запас прочности.

Кратность использования оси при полном использовании прочностных свойств материала:

(30)

Результаты расчетов сведены в таблицу 7.

Таблица 7 – Влияние посадочного диаметра и натяга оси на ее кратность

Посадочный диаметр, м

D=1.15

d=1.3

Натяг, мм

(=0,8

(=1,15

(=1,3

(=0,8

(=1,15

(=1,3

Nппр(106

269,27

205,68

183,18

860,18

737,77

691,63

Кратность оси Т

2,45

1,88

1,67

7,84

6,72

6,3

На основании проведенных расчетов можно сделать следующие выводы: с увеличением натяга кратность использования оси составного опорного валка снижается за счет увеличения постоянных сжимающих напряжений, вызванных горячей посадкой бандажа на ось с натягом. В случае для более тонкого бандажа (d=1,13 м) наблюдается увеличение кратности использования оси более чем в 3 раза при одинаковых значениях натяга, так как для d=1,13 м характерны меньшие напряжения сжатия оси. Если же обратиться к эпюрам распределения напряжений для разных толщин бандажа (рисунок 6, 7, 8, 9, 10, 11), то следует отметить менее благоприятную картину для более тонкого бандажа. Следует принять во внимание и то, что в расчетах учитывались не просто максимально допустимые нагрузки на валок, но их пиковые значения. Если учесть, что для стали 150ХНМ, из которой предлагается выполнить бандаж, напряжения растяжения в бандаже превышают допускаемые в случаях d=1,15 м при (=1,15 мм и d=1,3м при (=1,3 мм (табл.1), то оптимальным можно считать вариант при d=1,15 м, (=0,8. Кратность оси в этом случае составляет 2,45 раза. Но, принимая во внимание, что реальные нагрузки несколько меньше расчетных, а также то, что на сопрягаемые поверхности предлагается нанести металлическое покрытие, увеличивающее несущую способность соединения, не изменяя при этом существенным образом его напряженное состояние, то кратность использования оси естественным образом увеличится.