30

Министерство науки и образования Украины

Донбасский государственный технический университет

Кафедра ММКиПМ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по курсу: «Машины и агрегаты

металлургических заводов»

на тему: «Модернизация шпиндельного соединения клети 1250

обжимного стана с целью повышения надежности»

Разработал:

ст. гр. ММК-05-1

Фёдоров А.П.

Проверил:

Доцент Шпаков В.А

Алчевск

2009

Содержание

Введение…………………………………………………………………………….4

1 Аналитический обзор…………………………………………………………….5

1.1 Литературный обзор……………………………………………………………5

1.2 Патентный обзор………………………………………………………………..9

2 Подробное описание объекта проектирования………………………………..22

3 Разработка мероприятий проекта………………………………………………24

4 Расчет деталей узлов рабочей линии…………………………………………..26

4.1 Расчет головки универсального шарнира скольжения……………………...26

4.2 Расчет лопасти шарнира………………………………………………………31

5 Выбор и расчет подшипника качения универсального шарнира…………….33

6 Обоснование посадок…………………………………………………………...36

7 Смазка узлов трения…………………………………………………………….37

Список используемой литературы……………………………………………….39

Введение

В современных условиях одной из самых главных задач черной металлургии является снижение себестоимости проката черных металлов, при значительном повышении качества металлопродукции. Эта задача решается главным образом путем широкого технического перевооружения предприятий черной металлургии. К числу важных мероприятий в решении этой задачи относится реконструкция уже существующих производств, с целью повышения качества, надежности, экономичности и производительности машин и оборудования.

Необходимость быстрейшего перевооружения металлургической промышленности способствует совершенствованию и развитию организации и технологии монтажа, технического обслуживания и ремонта металлургического оборудования.

В процессе развития черной металлургии значительно повысились требования к надежности агрегатов и оборудования. Высокая эксплуатационная надежность металлургических машин достигается благодаря применению наиболее современных методов технического обслуживания и ремонтов.

Последующее развитие металлургического производства неразрывно пов'язан с внедрением новых высокоэффективных технологий производства металлопроката. С этой целью разрабатываются проекты реконструкции действующих технологических линий и комплексов, которые предусматривают замену устаревшего металлургического оборудования новым, высокопродуктивным, способным удовлетворить потребность современной промышленности.

Особенное внимание следует уделить вопросам повышение надежности прокатного оборудования, которое характеризуется повышенной интенсивностью процесса, сложностью конструкции и действием высоких температур.

1 Аналитический обзор

1.1 Литературный обзор

Шпиндели, предназначенные для передачи вращения и крутящих моментов от шестерной клети или непосредственно от главных электродвигателей к валкам рабочей клети.

В основу конструкции универсальных шпинделей заложен принцип шарнира Гука, потому шпиндели могут передавать вращение и крутящие моменты под углом наклона до 8 - 10°. Благодаря шарнирной конструкции универсальные шпиндели работают плавно; вместе с тем они позволяют передать большие крутящие моменты, потому их применяют для привода валков как листовых и сортовых станов (при угле наклона около 1 - 2° и моменте 50 - 200 кНм), так и обжимных, толстолистовых и заготовочных станах (при угле наклона 3 - 10° и моменте 0,5 - 3,0 МНм).

Длину шпинделя (по осям шарниров) определяют исходя из допустимого или принятого угла наклона его и высоты перемещения одного из шарниров, которая характеризуется высотой подъему верхнего вала при прокатывании металла наибольшей толщины по формуле L = H/tg .

Например, при прокатывании слябов на ребро высота подъема верхнего вала доходит до 2000 мм, потому длина шпинделя при максимальном допустимом кутье наклона 10° составит 12 м, а масса его приблизительно 40 т. Для уменьшения угла наклона верхнего шпинделя и создания более или менее одинаковых условий работы нижний шпиндель также устанавливают под углом (меньше, чем верхний).

Поскольку шпиндели передают большими крутящими моментами, то шарниры их должны быть весьма крепкими. Внешний диаметр шарнира шпинделя со стороны повода ограничивается межосевым расстоянием шестерен шестерной клети (или валов электродвигателей), а со стороны рабочей клети диаметром валов (когда верхний вал лежит на нижнем). Поскольку в процессе работы состояния валков изнашиваются и диаметр их уменьшается при перетачиваниях, то со стороны рабочей клети диаметр шарнира шпинделя должен быть меньше диаметра переточенного вала. Таким образом, диаметр шарнира шпинделя со стороны рабочей клети всегда меньше чем со стороны привода, потому прочность первого шарнира также меньше прочности второго. Рассчитывать на прочность нужно именно шарнир, расположенный со стороны валков, а не со стороны повода.

На рисунке 1 показан универсальный шпиндель четырехвалкового реверсивного клети конструкции ВНИИМетмашу. В конструкции шпинделя предусмотрен оригинальный и весьма простой способ подведения густого масла к бронзовым вкладышам через осевые и радиальные отверстия от стационарного подшипника с уплотнением, которое входит в состав устройства для уравновешивания шпинделя; в подшипник густое масло периодически подается питательными клапанами, включенными в цеховую систему автоматической централизованной смазки.

Рисунок 1 – Универсальный шпиндель привода валков реверсивного стана.

Большой износ вкладышей, который вызывает значительную затрату дорогой и дефицитной бронзы для изготовления запасных вкладышей, масса каждого из которых на больших станах достигает 300 кг, побуждает конструкторов находить более рациональные конструкции шарниров. Опыт замены бронзовых вкладышей пластмассовыми (текстолитовыми) дает позитивные результаты при надежном подведении смазки и охлаждения шарниров. На рисунке 2 представлено устройство шпинделя с гидравлическим уравновешиванием для четырехвалковой реверсивной клети 2800. В средней части шпиндели опираются на подшипники с баббитовой заливкой. Подшипник нижнего шпинделя опирается на плунжер гидроцилиндра, установленного в стойке на фундаменте. Верхний шпиндель уравновешивается двумя боковыми гидроцилиндрами.

Гидравлическое устройство уравновешивания работает плавно и отличается большой надежностью, однако применять его целесообразно только тогда, когда в цехе действует насосно-аккумуляторная станция высокого давления, обслуживающая другие механизмы и устройства (гидравлическое уравновешивание валов, гидрозбив окалины и тому подобное).

Рисунок 2 – Гидравлическое уравновешивание шпинделей.

На рисунке 3 приведен общий вид шпиндельного устройства с пружинным уравновешиванием шпинделей четырехвалкового состояния 2500 холодного прокатывания. Шпиндели изготовлены из кованой высокопрочной стали марки 30ХГВТ.

Баббитовые подшипники уравновешивающего устройства и шарниры шпинделей смазываются густым маслом, которое подается через осевые и радиальные отверстия, соединенные с системой централизованной автоматической густой смазки.

Рисунок 3 – Пружинное уравновешивание шпинделей

За последние годы разработано несколько удачных конструкций универсальных шарниров на подшипниках качения по типу карданных валов автомобилей. Трудности, связанные с применением таких шарниров для передачи больших крутних моментов до 2 - 3 МНм шпинделями прокатных станов, ограничены в настоящее время только недостаточной грузоподъемностью подшипников качения. Опыт эксплуатации таких шпинделей на прокатных станах при передаче крутящих моментов до 1,2 МНм дал полностью удовлетворительные результаты.

На рисунке 4 показан универсальный шпиндель с шарнирами на роликовых конических подшипниках для привода рабочих валов дрессеровочного четырехвалкового стана 500/15002500 конструкции ВНИИМетмашу - НКМЗ.

Шпиндель предназначен для передачи крутящего момента 50 кНм при частоте вращения до 800 об/мин. Со стороны рабочего валка и со стороны повода вилки-полумуфты 3 соединенные с фланцами 1: два диаметральных зуба (кулака) вилки входят в соответствующие пазы (западини) в фланце. Вторые вилки-полумуфты 10 насаженные на шлицевые концы среднего вала шпинделя. Вилки изготовлены из высокопрочной стали марки 34ХН3М, вал - из стали 45.

Рисунок 4 – Универсальный шпиндель с шарнирами на подшипниках качения

Осевые перемещения шпинделей допускаются за счет скольжения фланца 1 на конце вала. Крестовина шарнира образуется четырьмя осями 8, изготовленными из стали 40ХМ, с роликовыми подшипниками 5, что входят в отверстия на четырех концах двух вилок 3 и 10, внутренней втулкой 9 и внешней обоймой 4. От перемещения оси 8 фиксируются болтами 7, закатанными во внутренней гайке 6 с четырьмя отверстиями с резьбой М36. Смазка роликовых подшипников и осей 8 густым маслом, набивное. Периодически масло пополняется через пробки в оси 8.

Для привода валков жестепрокатных и дрессировочных станов при больших скоростях прокатывания (до 40 м/с) применяют шпиндели типа продленных зубчатых муфт, зубья которых обработаны внешне по сфере и пересечение их бочкообразной формы. Такие зубчатые шпиндели показали хорошие результаты в эксплуатации. [1]