It]* 205-0.984 Номинальный момент электродвигателя

45 575

0,76 кН-м.

Л4_Н = 9,56-

Таким образом, М_В>М_ПР.

Затем следует выполнить расчет редуктора и расчеты на прочность цепи и вала веду­щих звездочек.

4. Определим динамическую силу, возникающую при падении обрезка на опорную плиту горизонтального участка транспортера. Вес обрезка G—10 кН; (5=30°; /i=3 ы. Живая сила падающего обрезка (при ц=0,4)

h ~ .

Е₀ = Gh — Л_тр = Gh — (iiG ——г^- = 9 кН- м.

sin

опорная плита определим при зесе плиты

Кинетическую энергию системы обрезок Q=80 кН:

Опорную плиту представляем в виде двухопорной балки, для которой потенциальная энергия от фиктивной нагрузки, заменяющей действие удара, выражается формулой (Х.29). При 1—3 м, £=2,1*10® кПа и /=0,015 м⁴ получим

ра I» рг

^{и =} ~шГ ⁼ о,1мо^{8 кН}’^м*

Приравнивая E_y=*U, получим

. ' Р= /о,П« 108 = 3300 кН. '

Напряжение в сечении А—А плиты при №=50000 см³ Р1 3300-10³-300

= 50 МПа.

4-50000

Для уменьшения действия удара обрезка над плитой подвешен маятник (буфер) с гру­зом на конце.

Пример 61. Выполнить расчет канатного транспортера (шлеппера) для переме­щения горячих заготовок с отводящего рольганга за первой группой непрерывного заготовочного стана на боковой (обводной) рольганг перед ножницами,

КА 5 5

7 8

Рнс. Х.24. К расчету канатного шлеппера:

/ — подводящий рольганг; 2 — натяжные блоки: 3 — рельсовый направляющий настил: 4— отво­дящий рольганг; 5 — приводные блоки (барабаны); 6— приводной трансмиссионный вал; 7 — ре­дуктор; 8 — электродвигатель; 9 — опорный ролик; 10 — шлепперная тележка с упорным пальцем; 11 ■— опускающийся упор в конце рольганга; КА — командоаппарат

Дано: три заготовки сечением 120x120 мм, длиной 62 м, весом 72 кН каждая передвигаются одновременно; скорость передвижения и<=1,3 м/с, число канатных шлеп- перных тележек л=22, шаг между ними 3000 мм; длина (ширина) шлеппера (22—1)3 — =63 м; коэффициент трения скольжения горячего металла по направляющим рельсам ц=0,4 (рис. Х.24).

1. Усилие натяжения канатов, необходимое для передвижения трех заготовок:

Q = 3-72-0,4 = 86,4 кН.

Принимаем, что ввиду неравномерной вытяжки канатов только четыре шлепперные тележки одновременно соприкасаются с металлом и передвигают его. Усилие на каж­дом канате Qi = 21,6 кН.

2. Натяжение каната создается (воспринимается) пружиной на шарнирной опоре натяжного блока. Устанавливаем пружину: диаметр витка d—30 мм; средний диаметр пружины £>_Ср=130 мм; число рабочих витков я = 8; высота пружины в свободном со­стоянии #=350 мм. При максимальном допускаемом напряжении кручения для м»ате-

риала пружины (сталь 65 Г) [т] =350 МПа пружина способна воспринимать (созда­вать прн затяжке) усилие

nd* л-30³ _Л

^Р'^{иах 88} 8£>_ср ^[Т1'" 8-130 ^За0-²⁸'^{6 кН}-

Так как потери от изгиба каната при огибании блока малы, то можно считать, что натяжения набегающей и сбегающей ветвей каната равны между собой, т.е. Т\^Т₀.

Тогда при равенстве плеч а=*Ь максимальное усилие на ось натяжного блока будет г = 70+Г,-Ртах=28,6 кН. По ГОСТ 3070—76 выбираем канат типа 6x19+1с (шесть прядей по 19 проволок на одной сердцевине) диаметром d_K—26.5 мм; вес 1 м каната «?=25 Н/м=0,025 Н/мм. При Гс = 14,3 кН и расстоянии между приводным и натяжным блоками /=12,6 м максимальная стрела провеса нижнего каната

qp 0,025.12 600*

^f~ 8Т₀ “ 8-14300 “ ^ММ‘

Для уменьшения свободного провеса каната и увеличения угла обхвата блоков для нижней ветви каната устанавливаем опорные (направляющие) ролики.

3. Определим статический момент на валу приводных блоков (барабанов), необ­ходимый для привода канатов всех 22 шлепперных тележек; диаметр приводных ба­рабанов £)_б=1000 мм:

а) момент, необходимый для транспортировки трех заготовок четырьмя шлеппер- ными тележками:

M! = Q~- =86,44-= 43,2 кН-м; |

2 2

б) момент, необходимый для перемещения (22—4) = 18 шлепперных тележек, не соприкасающихся с металлом; вес каждой тележки 250 Н:

М₂ = 18*250-— = 2,25 кН-м;

2

|

в) момент трения в осях вращения всех натяжных блоков, установленных на под­шипниках качения; d_Tp=l60 мм; ц=0,005:

0,16

Afa = 22* 28,6-0,005—-— = 0,25 кН-м;

г) момент трения в подшипниках вала приводных блоков (барабанов); d_Tp=>

=220 мм:

М_л= 18-28,6-0,005⁼ 0*3 ^кН-м;

д) то же, от четырех ведущих шлепперных тележек:

0 22 •

М₆ = 4 (28,6 + 21,6)0,005 —=0,1 кН-м. - _ч|

U

Суммарный статический момент на приводном валу М — 2/И = 46,1 кН-м.

4. Статический момент, приведенный к валу электродвигателя при передаточном числе редуктора i=23,4 и т) = 0,9: *

46.1

. ^Мпр= 23,4-0,9 ’ ^кН'^М*

5. Для привода шлеппера установлены два электродвигателя переменного тока, передающие момент через два редуктора на один общий вал приводных блоков (ба­рабанов); мощность каждого электродвигателя 60 кВт (577 об/мин); номинальный мо­мент двух электродвигателей

2-60

М_н = 9,56 ~_ь7~ = 2,03 кН-м.

Электродвигатели допускают перегрузку 6=1,5. При скорости передвижения металла о«=1,3 M/c=const угловая скорость ведущих барабанов Шд = 2и/Ьб—2,6 1/с. Угловая скорость электродвигателя со_Д8= (л/30)гс_дв=60 1/с; передаточное число редуктора

< = -^- = 23,4. ш_б

6. Расчет каната на срок службы (количество повторных перегибов до разруше­ния) :

а) напряжение изгиба в канате

где Р — коэффициент структуры каната, выбранного по ГОСТ; d= 1,7 мм — диаметр проволоки в канате; Dt — диаметр приводного барабана;

б) среднее напряжение на разрыв в ведущем канате при площади поперечного сечения всех проволок в канате F=259 м-м^а

T₀ + Qi 14,3 + 21,6 _в

о_Р = = — Ю³ = 138 Н/мм²;

в) коэффициент долговечности каната определяем по формуле

Ь= <4/100/ Стр/10Л ,

где А= 120 — коэффициент, зависящий от структуры каната и материала канавки блока;

k = D₆/d_K = 1000/26,5 = 38;

6 = 120/100^ 138/10.38 = 0,86.

г) число повторных перегибов каната при коэффициенте работоспособности его C=8*10^s (по каталогу)

z = C/6⁴= 14,5-10⁵;

д) канат имеет два перегиба (на двух блоках) и работает при 30 включениях шлеппера в час. Число перегибов каната в час п=2*30=60. Число часов работы каната до разрушения

h = г!п = 14,5* 10⁵/60 = 24500 ч,

т. е. около четырех лет эксплуатации.

Далее необходимо провести расчет блоков приводного трансмиссионного вала и редуктора.

3. Моталки

Моталки применяют для сматывания прокатанного металла в рулоны и бунты.

На современных высокоскоростных (20—40 м/с) станах холодной прокатки применяют моталки с безредукторным приводом барабана не­посредственно от электродвигателя большой мощности.

На рис. Х.25, а дан разрез по барабану моталки конструкции ВНИИ­метмаша для непрерывного четырехклетевого стана холодной прокатки 2500.

Смазка

Рис. Х.25. К расчету моталки стана 2500 холодной прокатки полосы:

а — разрез по барабану моталки; б — линия привода моталки (/ — электродвигатель; 2 — вал барабана; 3 — дополнительная (отводная) опора; 4 — рулон по­лосы на барабане моталки)

Зажим переднего конца полосы губками 1 и 2 и разжатие сегмен­тов 6 и 4 осуществляются одним пружинно-гидравлическим устройст­вом, воздействующим на шток 7 и ползунок 10, последний перемещает верхний клин 3 и зажимает полосу губками; в то же время происходит раздвижение сегментов 4 и 6 клином 5. При обратном ходе щтока с пол­зуном зажим полосы освобождается и сегменты сближаются (перед съе-

мом рулона с барабана моталки). Козырек 9 предназначен для облег­чения ввода переднего конца полосы в губки и закрытия шели при нама­тывании полосы на барабан моталки.

При наматывании рулона массой 15—25 т с натяжением полосы!¹ 100—150 кН барабан 8 моталки испытывает большие напряжения, по­этому он должен быть прочным и жестким. С этой целью при конструи­ровании необходимо стремиться увеличивать внутреннее сечение тела барабана и по возможности уменьшить сечение сегментов (Не снижая их жесткости) при заданном наружном диаметре барабана.

Как было указано выше, для получения качественной полосы (рав­номерной толщины по ширине и длине) процесс холодной прокатки и сматывания прокатанной полосы в рулон должен быть устойчивым, т. е. натяжение полосы Т и скорость ее должны быть при этом постоянными (T=const; y=const). Отсюда следует, что мощность на барабане мо­талки при сматывании полосы в рулон с натяжением будет также по­стоянной;

^нат = Tv — const. (Х.53)

Так как в процессе наматывания полосы при T=const радиус рулона увеличивается, то очевидно, момент на барабане будет переменным:

М_к&у = TR = Tviсо, (Х.54)

где R и ш — текущие (переменные) значения радиуса рулона и угловой скорости барабана моталки.

Таким образом, электрическая схема автоматизации процесса смотки полосы в рулон должна обеспечивать непрерывное уменьшение угловой скорости барабана моталки по мере увеличения радиуса рулона.

При сматывании в рулон прямолинейная полоса изгибается по ра­диусу, равному радиусу рулона, и при этом все ее поперечные сечения испытывают упруго-пластический изгиб. Момент упруго-пластического изгиба равен

М_у._п = М^_п-1/2Г_г),

где W₂ — момент сопротивления половины упругой зоны, имеющей вы­соту z от нейтральной линии сечения полосы (см. с. 300).

Момент изгиба полосы действует в той же плоскости, что и момент натяжения полосы, поэтому по правилам механики можно считать, что он приложен к валу барабана-моталки.

Для совершения работы изгиба полосы от барабана моталки (т.е. от электродвигателя ее привода) потребуется затрата дополнительной мощности.

Ввиду того, что точно определить значения г и W₂ не представляет­ся возможным, при определении дополнительной мощности двигателя моталки примем (с некоторым запасом), что при сматывании в рулон полоса испытывает пластический изгиб по всему сечению, т.е. W_z— =0; тогда

ЛГ

М

уп

где R — минимальное значение радиуса рулона, равное радиусу бара­бана моталки.

Мощность электродвигателя привода моталки можно определить по формуле

Л'дв = (Л^нат + AU/П, (Х.55)

где г] — к. п. д. привода.

При определении/Упат, согласно формуле (Х.53), следует учитывать наибольшее натяжение

T = o_Hbh, (Х.56)

где Он — удельное натяжение полосы, МПа; b и Л — ширина и толщина полосы, мм.

Для получения устойчивого -процесса холодной прокатки и наматы­вания полосы на барабан моталки на практике стремятся работать с большими удельными натяжениями. Однако из-за опасения обрыва по­лосы (при наличии мелких трещин-концентраторов на ее боковых кром­ках) это натяжение не допускают свыше 0,5—0,8о_т, где о_т — предел те­кучести материала полосы (с учетом наклепа ее при холодной прокат­ке). Обычно принимают: при прокатке и сматывании в рулон полосы толщиной до 1 мм он=0,3—0,8о_т; толщиной более 1 мм а_н = 0,2—0,4а_т.

Пример 62. Выполнить расчет моталки четырехвалкового стана 2500 для холод­ной прокатки полосы.

Дано: минимальная толщина полосы h~0,6 мм; максимальная ширина полосы 6=2350 мм; скорость прокатки (сматывания полосы в рулон) w = 21 м/с; предел теку­чести материала полосы а_т=320 МПа; радиус барабана моталки 400 мм (см. рис. Х.25, б).

1. Натяжение полосы, принимая о_и — 0,3350*= 107 МПа:

Т = с_н bh — 160 кН.

2. Мощность на барабане моталки для сматывания полосы в рулон при натяже­нии полосы Т

_кц • м

Л^нат ~Tv — 160-21 = 3360 = 3360 кВт.

с

3. Мощность на барабане моталки, требуемая для пластического изгиба полосы:

2350.0,62 _Л , 2и 2-21

W_n = = 211,5 мм³; о = -^-^- = 51 1/с;

М_и = Л[_и'₈ == 320-211,5 = 68 кН-мм = 0,068 кН-м;

Л/_иа = М_Иг <*> — 0,068*51 » 3,5 кВт.

Таким образом, при сматывании в рулон тонкой полосы (Л=0,6 мм) дополнительная мощность на пластический изгиб ее вокруг барабана моталки незначительная и состав­ляет только около 0,1 % от мощности натяжения. Однако следует отметить, что мощ­ность изгиба может быть значительной при сматывании в рулон толстой полосы. На­пример, при /t=4 мм получим Л/_иа=30 кВт при со = 10 1/с.

4. Потребная мощность электродвигателя при tj = 0,95

• Д^дв = (3360 -f- 3,5) f/0,95 = 3600 кВт.

Для привода моталки установлен двигатель постоянного тока мощностью 3800 кВт (500 об/мин).

5. Рассчитаем на прочность вал барабана моталки. Дано: вес рулона 250 кН; вес барабана моталки 120 кН; суммарный вес, действующий вниз, 250+120=370 кН. При­нимаем, что натяжение полосы Г=160 кН направлено горизонтально; тогда результи­рующая нагрузка, действующая на барабан моталки:

Q = V 370? -f- 160? « 400 кН.

Считаем, что поворотная опора плотно прилегает к концу консольного вала бара­бана моталки и воспринимает опорную реакцию; тогда расчетная схема может быть представлена в виде трехопорной балкн с распределенной нагрузкой <7=Q//₂=400/3,6— = 110 кН/м.

Применяя уравнение трех моментов, получим

2М_П (1_П + /_п+1) =-6о)_n+i ;

U+i

2. qi\

ln*°lf, l_n+i=*li-, bn+\—/s/2; моментная площадь ш„₊₁=со₂=—- — /₂, поэтому

О о

^2ЛЫ<1+;₂)=~«'2/⁴;

tfa ПО’3,6³

М_в =— — = ■■ ,———: =— 88 кН-м;

2. (/1 + /2) 8 (3,7 -j- 3,6)

М_в 88

К_Л=- ——=-23,8 кН; ql₂ ^мв 110-3,6 88

^Rc-^Jt + ~ ⁼ — ij=¹⁷³'^{7 кн;}

R_B^ql₂+R_A—Rc= ПО-3,6+ 23,8- 173,7 = 246,1 кН.

M_x^^_cx-~x = R_c х-. .

Для нахождения максимума приравниваем производную нулю:

R_c— 9* — 0; х = Rq/q = 173,7/110 = 1,57 м;

110-1,57?

Мшат = 173,7-1,57 — = 110 кН-м.

Момент сопротивления сечения вала барабана в пролете /а

Г_нз = 0,1^_р«0,1-400³ = 6,4.10⁶ мм³,

где d=400 мм—средний (условный) диаметр вала в сечении х=1,57 м, имеющем сложную конфигурацию.

Напряжение изгиба в сечении х=1,57 м при k_a =4,5 110-10^е

^{0 = 4}'*Т>юГ = ^77МПа-

Максимальный крутящий момент на валу барабана моталки, равный номинальному моменту электродвигателя (при 1=1):

М_нр = 9,56 — == 9,56 = 72,5 кН-м.

N 3800

= 9,56 ~гзг п 500

Напряжение кручения в этом сечении при W^=2W^₃ и k_x =2,3 72,5-10®

*-^а'³-2.М.№ ^'^ЗМПа-

Результирующее напряжение . apes = V 772 + 3-13* = 80 МПа.

Вал изготовлен из кованой стали марки 35ХНВ, для которой o_s = 1000 МПа; запас прочности составляет

п = 1000/80= 12,5.

Рассмотрим случай, когда дополнительная (поворотная) опора недостаточно плотно прилегает к кониу вала барабана, т. е. барабан моталки является консольным. Напря­жение изгиба у опоры вала будет (при 700 мм и k_a-2)

' _г h 110-3.6=

А*из = <7/г"Y = — = g ^{в 15 кН}'^М;

715-10*

о = 2 — 41 МПа;

1. 1-700» ’

допускаемое напряжение [о] «200 МПа.

6. Определим радиальное давление сжатия барабана моталки при наматывании полосы с натяжением Т по формуле

(vHi

-ft)¹

In

^Ht)4

где г\ — радиус вала барабана моталки, равный ~250 мм; г$ — максимальный радиус рулона, равный 900 мм; г₃ — радиус барабана моталки, равный 400 мм;

( г<\ 2 / го \2 5,06—0,39

(tH'^39: (t)=^{5M; ,Л} 1-0.^ = Ш7.7 =2.05;

107

о_г = —-— (I — 0,39) 2,05 = 65 МПа.