2.2.4 Розрахунок на міцність прокатного валка

Валок можна розглядати як балку, що лежить на двох опорах, піддану вигину під дією тиску металу на валки і крутінню від прикладеного моменту привода. У результаті спільної дії згинаючого і обертаючого моментів у небезпечних перетинах валка виникають напруги, величини яких не повинні перевищувати припустимі. Припустимі напруження у валках для кращого використання прокатного стану в більшості випадків приймаються високими, виходячи з п'ятикратного запасу потужності:

; (2.48)

де – межа потужності матеріалу валків;

n = 5 – коефіцієнт запасу міцності.

Розрахункова схема навантаження сортового валка приведена на рис. 2.4.

Рисунок 2.4 – Розрахункова схема навантаження та епюри моментів

Тому що при прокатці в різних калібрах величина тиску, діаметр бочки, і відстань від осі натискного гвинта є перемінними, то необхідно робити розрахунок напружень у бочці і шийці валка в кожнім калібрі. При розрахунку бочки валка напруги від крутіння звичайно не підраховуються, тому що величина їх, у порівнянні з величиною напружень від вигину, набагато менше.

Розрахунок бочки валка виробляється тільки на вигин.

При прокатці в калібрі опорні реакції рівні:

(2.49)

(2.50)

де х – координата прикладання сили;

- відстань між опорними реакціями.

Вигинаючий момент в центральному перерізі калібру:

(2.51)

Напруження вигину в даному калібрі:

(2.52)

де – діаметр валка по середині ручаю.

Шийка валка розраховується на вигин та крутіння.

Вигинаючий момент для правої шийки:

(2.53)

Вигинаючий момент для лівої шийки:

(2.54)

Напруження від вигину:

(2.55)

Крутячий момент для приведеної шийки:

, (2.56)

де – момент прокатки,

– момент тертя в шийках валків.

, (2.57)

де

Напруження від крутіння:

(2.58)

Результуючі напруження для шийки по III теорії міцності (чавунних валків):

(2.59)

Вихідні дані: максимальний тиск металу на валки Н; максимальний момент прокатки Нм; Па; діаметр бочки по середині ручаю м; довжина шийки валка м; діаметр шийки м.

Для розрахунку валків на міцність використовуються формули (2.49).....(2.59):

Н = 1,4 МН

Н = 0,18 МН

Нм = 450 кНм

Па = 8,2 МПа

згинаючий момент для правої шийки:

Нм = 41 кНм

згинаючий момент для лівої шийки:

Нм = 322 кНм

Нм = 0,966 кНм

Нм = 25 кНм

Па =33 МПа

Па = 1,3 МПа

МПа

Як видно з розрахунків дійсні напруження не перевершують допустимих, тобто міцність валка забезпечена.