9.4. Расчеты некоторых узлов волочильных станов на прочность
Проверяются на прочность цепные передачи, захватное устройство и ходовые колеса волочильных тележек, доска волок и отдельные тяжело нагруженные вспомогательные устройства волочильного стана.
Расчет цепи одноцепного волочильного стана на прочность. Принимают потери на трении в цапфах холостой звездочки и осях цепи ~ 5%; коэффициент трения цепи по направляющим f = 0,1.
Сопротивление от трения цепи по направляющим определяется по формуле:
P1 = k q l f, (9.1)
где k < 0,75 – коэффициент, учитывающий долю трущихся участков цепи от общей длины цепи; q – масса одного метра цепи; l – длина цепи.
Суммарная нагрузка на цепь составит:
,
(9.2)
где Pм – усилие, затрачиваемое на вращение механизма возврата.
Напряжение растяжения в ослабленном сечении центральной пластины цепи по оси шарнира:
,
(9.3)
где в – высота пластин цепи; d2 – диаметр валика в месте контакта с центральной пластиной; l2 – толщина центральной пластины.
Среднее давление на валики центральной пластиной:
,
(9.4)
где
d1
– диаметр валика в месте контакта с
боковой пластиной; l1
– толщина боковой пластины. Среднее
давление на валики цепи центральной
пластиной
;
напряжение среза в валике:
.
Напряжения п, q1, q2 и в не должны превышать предельно допустимого [] = 120÷160 Н/мм2.
Расчет плашкового узла. Определим, какие нормальные давления испытывает плашка в процессе волочения:
,
(9.5)
где P – усилие волочения; вп – толщина плашки; lп – длина контактной поверхности плашки с головкой; – угол между осью волочения и плоскостями скольжения плашек.
Изготовляют плашки из стали 45, сменные губки – из сталей У7, У8.; корпус плашковой головки – из литой стали.
Задача 9.1. Определить рабочее напряжение на губках плашки трубоволочильного стана с усилием волочения 300 кН. Длина одной губки плашки l = 215 мм, ширина b = 100 мм, полный конус 40º.
Решение. Определим нормальное усилие Qн, действующее на плашку, исходя из условия равновесия сил по оси волочения: 2Qн cos 70º = Pв; Qн = 300 / (2 · 0,342) = 0,439 МН.
С учетом коэффициента динамичности Кд = 2,0 рабочее напряжение на губках плашки:
σр = КдQн/бl = 2 · 0,466/(0,1 · 0,215) = 40,8 Н/мм2.
(Оно не должно превышать допустимое: σр < [σ]).
Губки
плашки изготовляют из стали У7 или У8,
для которых допустимое напряжение
составляет [σ] = 100…120 МП
а.
Задача 9.2. Определить прочность доски для установки волок на трубоволочильном стане усилием Рв = 300 кН. Расчетная длина доски l = 347 мм. Сечение доски по оси волоки – прямоугольник шириной b = 300 мм, высотой h = 125 мм с отверстиями под волоку диаметром d2 = 75 мм, глубиной h2 = 20 мм.
Решение. Изгибающий момент по центру доски:
Миз = Рв·l/4; Миз = 26 · 10–3 МНм.
Размеры опасного сечения:
Площадь сечения:
F = bh – d1h1 – d2h2 = 0,3 · 0,125 – 0,125 · 0,195 – 0,075 · 0,02 = 0,023 м2.
Статический момент относительно основания:
S = bh2/2 – d1h12/2 – d2h2 (h1 + 0,5h2) = 0,5 (0,300 · 0,1252) – 0,5 (0,125 · 0,1052) – – 0,075 · 0,020 · 0,115 = 1,48 · 10–3 = 1,48 · 10–3 м3.
Положение центра тяжести сечения относительно основания:
Хс = S/F = (1,48 · 10–3)/0,023 = 0,065 м.
Момент инерции сечения относительно центра тяжести:
Jc = bh3/12 + bh(Xc – 0,5h)2 – d1h13/12 – d1h1(Xc – 0,5h1)2 – d2h23/12 – d2h2(h – 0,5h2 – Xc)2 = = 0,31 · 10–4 м4.
Минимальный момент сопротивления:
W = Jc/Xc = 0,31 · 104 / 0,065 = 4,77 · 10–4 м3.
Наибольшее напряжение в опасном сечении с учетом коэффициента динамичности Кд = 0,2:
= M · Kд/W = 2 · 26 ··10-3 / 4,77 ··104 = 109 Н/мм2.
Доску изготовляют из стали 45 с допустимым напряжением на изгиб [] = 180…190 Н/мм2.