книги из ГПНТБ / Каган Я.А. Технологические расчеты в котлостроении учебное пособие
.pdf
|
|
|
|
|
|
Продолжение |
||
|
Наименование величины |
_ 8-метровые |
13-метровые |
|||||
п/п. |
вальцы |
вальцы |
||||||
|
|
|
|
|||||
13 |
Диаметр |
шейки |
верхнего |
720 м м |
770 м м |
|||
|
валка de |
|
|
|
||||
14 |
Диаметр |
шейки |
нижнего |
330 м м |
350 м м |
|||
|
валка dH |
|
|
|
||||
15 |
Диаметр |
шейки |
боковых |
320 м м |
320 м м |
|||
|
валков dg |
|
|
|
||||
16 |
Скорость |
гибки |
V |
|
0,1—0,5 м /с е к |
0,1—0,5 |
м /с е к |
|
17 |
Противодавление |
на консо- |
24-7-160 m |
35-190 |
m |
|||
|
ЛЯХ Р Пр о и |
|
|
|
||||
18 |
Прижимное усилие нижнего |
25-7-535 m |
25-7-500 m |
|||||
|
валка Р н |
|
|
|
||||
19 |
Мощность главного электро |
|
|
|
||||
|
двигателя |
привода |
верхнего |
210 кеш |
240 к е т |
|||
|
ведущего валка Ne |
|
||||||
20 |
Материал |
валков |
(кованая |
|
|
|
||
|
никелевая сталь) |
с |
пределом |
7000-г 8000 кг/см* |
7000-7-8000 к г /с м г |
|||
|
прочности (I, |
|
|
|||||
В связи с тем, что предварительная подгибка (или форзагибка) концов листа перед основной гибкой (вальцовкой) обечайки производится при расположении валков по асим метричной схеме (см. рис. 3-а), и конец листа подгибается за счет перемещения одного из боковых валков, при такой схеме работы гибочных вальцов в последних возникают значи тельно большие усилия, чем в процессе обычной, основной гибки или вальцовки листа, осуществляемой при расположе нии валков по симметричной схеме (рис З-б). В последнем случае вальцовка производится за счет одновременного пере мещения обоих боковых валков. Поэтому лимитирующей опе рацией, определяющей максимально ' допустимые размеры вальцуемого листа (толщину его 5 и ширину 6, равную длине обечайки /0Д является именно операция форзагибки.
Уравнение изгибающего момента, необходимого для под гибки листа. Для определения максимально допустимой ги-
8
бочными вальцами длины обечайки при известной толйщне листа применяется следующее уравнение изгибающего момен та, потребного для подгибки листа:
Рис.?3. Положение валков при выполнении форзагибки (а) и при вальцовке листа \б).
а) |
при горячем деформировании: |
|
|
||
|
|
Млодгиб= к t WA.a* |
кгсм, |
|
(1) |
б) при холодном деформировании: |
|
|
|||
|
м подгиб = ( * ! + . у ) |
WЛ ** кг СМ> |
(2) |
||
где: |
ft, — коэффициент профиля, |
для прямоугольного сече |
|||
|
ния равный ftx= l,5 ; |
|
|
|
|
|
WA — момент сопротивления |
листа, |
см3, |
|
|
|
|
с м ‘ - |
|
(8) , |
|
где |
|
|
|
|
|
Ь или 10в — длина |
обечайки, подгибаемого листа, |
см; |
|||
|
о*в — предел |
прочности листа при |
соответствующей |
||
температуре, кг/смЛ;
ft,— коэффициент упрочнения материала, может быть принят для котельных сталей марок 20-н35, 22-К и 16ГНМ ft, = 5,8;
г — относительный радиус гиба листа,
9
где Й — средний радиус гиба вальцуемого листа. Для опе
рации подгибки может быть принято |
12; |
|
os— предел текучести |
стали (подгибаемого |
листа) в |
холодном состоянии, кг/см2. |
|
|
В котлостроении для |
изготовления барабанов приме |
|
няются следующие марки стали: для котлов среднего дав
ления {РбаР~ 30—40 am)—Ст. 20, 25 и Ст. 20-К;для |
котлов |
высокого давления (Рбар= П 0 am) — Ст. 22-К; для |
P<sap=- |
=155 am—Ст. 16ГНМ. Значения предела текучести (при t=
= 20 °С) и горячего |
предела прочности (при £ = от1100до |
650 °С) приведены в |
таблице 2. |
Предел текучести з9 и |
горячий предел прочности at котельных сталей |
|
а |
Марки
стали
15 20; 25 20-К 22-К
16 г.нм
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
а, (при |
|
°£ |
D кг/мм* при температуре t |
°С |
|
||||
t=20°С), |
|
|
|||||||
кг/мм2 |
20 |
1100 |
1000 |
900 | 850 |
о |
1ё |
700 |
650 |
|
|
© ОО |
||||||||
22 |
37 |
3,5 |
5 |
7 |
|
7.5 |
|
11 |
|
26; 28 |
41; 44 |
|
6 |
-8 ,5 |
|
10 |
|
15 |
|
25 |
41-50 |
|
|
00 01 |
|
10 |
|
15 |
|
|
|
|
|
г |
|
|
|
|
|
28 |
44 |
4,4 |
6 |
8,6 |
9,8 |
10 |
12,0 |
15,0 |
20,0 |
38 |
50 |
|
7,2 |
10,3 |
|
12,0 |
|
18,0 |
|
В качестве расчетной рекомендуется принимать темпера туру конца подгибки, Cod2u<j= ®^°^ (расчетная температу ра основного процесса вальцовки обечайки составляет в на чале вальцовки ~ 900°С, а температура конца гибки берется равной 800°С, но не ниже 700°С).
Для вычисления максимально допустимого изгибающего момента Мподгиб' необходимого для выполнения . подгибки конца листа, необходимо знать максимально допусти мые усилия, которые безопасно могут быть восприняты верх ним и боковым валком, а также нижним прижимным валком.
На рис. 4 дана схема действия сил при подгибке. Наиболь ший угол между направлением действия сил и вертикальной осью гибочной машины составляет величину для 8-метровой
10
машины a s 15° и для 13-метровой — a s 13°. Наибольшее расстояние между точками касания листа с верхним и ниж ним валком /i=220 мм (для 8-метровой машины) и соответ ственно 190 мм для 13-метровой машины.
Рис. 4. Схема действия сил при • форзагибке кромки листа.
Расстояние 4 между точками касания листа с верхним и боковым валком получается равным, для 8-метровой гибоч ной машины 4=720 мм (для 13-метровой соответственно 4=710 мм). Согласно схеме действия сил при подгибке, изо браженной на рис. 4, получаем для усилий, воспринимаемых верхним и боковым валком, а также нижним прижимным вал ком, следующие выражения:
Наибольшее усилие на верхний валок
х |
Р .= Рн + |
Рб, |
|
(4) |
здесь Рн— максимальное усилие, |
воспринимаемое нижним |
|||
валком, определяемое по соотношению: |
||||
PH= [2 F Z + F % )p -G H, |
(5) |
|||
где: Рпл и РСпл — сечение |
крайних |
и |
среднего |
плунжеров, |
воздействующих |
на |
нижний |
валок (dh* = |
|
= 530 мм, dZ = 400 мм);
р— давление жидкости, меняющееся от 10 до максимального значения 100, кг/см1.
П
Наибольший изгибающий момент, потребный для подгиб ки листа, равен
^ п о д г и б z= Р н ^х KZ.CM i |
( 6) |
при этом наибольшее усилие, действующее на боковой валок, будет равно
|
|
М подгиб |
|
(7) |
|
|
и |
|
|
Следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р. |
Мподгиб (^1 |
^а) |
(8) |
|
|
|
|
||
и |
|
Р, Л^2 кг.см. |
|
|
Мподгиб |
|
(9) |
||
Подставляя в уравнения |
(1) и (2) |
значения |
IF, из (3) |
|
и Мподгиб из (9), получаем |
следующие формулы, |
выражаю |
||
щие связь между максимально допустимой шириной лис та Ьмахс (или, что то же, максимальной длиной обечайки 1ов*с — Ьмакс) и максимально допустимым усилием на верх
ний валок Р*акс, при заданной толщине листа s и известном материале листа:
а) При горячем деформировании
|
|
1,5 Ьмакс*> j = |
P***‘ |
hU |
|
|
||
откуда |
|
|
6 |
* |
в |
/,+ /, |
|
|
|
|
|
рмакс |
|
|
|
||
|
|
имакс |
|
|
|
|
||
|
|
4/,/ а |
S23I |
М М , |
( 10) |
|||
|
|
°гор |
— Т ^Т 2 |
|||||
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
причем |
1и /а — мм, Р*акс — кг, |
s — мм, |
о* — кг/’мм1. |
|||||
Для |
восьмиметровых гибочных вальцов, при подстановке |
|||||||
значений /t = |
220 мм, |
13= 720 мм, получаем |
|
|||||
|
|
|
|
рмакс |
|
|
|
|
|
|
в м |
= |
в и 7 |
5 - |
“ |
- |
01) |
Аналогично |
получаем, |
для |
тринадцатиметровых |
вальцов, |
||||
при подстановке значений |
/ , = |
190 мм и / , = 710 |
мм, |
|||||
|
|
Ь??оЪгм)= 600- |
S*a' |
ММ. |
( 12) |
|||
|
|
|
|
|
||||
12
б) При холодном деформировании |
|
|
||||||
|
1 5 |
J- |
:ДЁЛ ьмакс s* а — рмакс |
/,+ /, |
||||
откуда |
’ |
^ |
12 |
/ |
6 |
* |
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• макс |
|
3,03/,/а |
.р в |
мм, |
(13) |
|
|
|
0{хол)- |
/, + /а |
ss |
||||
|
|
|
|
|
|
|||
здесь llt |
/, — мм, Р“акс — кг, |
s — мм, |
а4 — кг/мм*. |
|||||
Для восьмиметровых вальцов с учетом того, что |
||||||||
|
3,03/4, |
|
3,03-220-720 |
= 510, |
||||
|
|
Л + U |
|
520 + 720 |
||||
получаем |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
рмакс |
|
|
|
|
|
макс |
|
|
|
|
||
|
|
|
510— ---- мм. |
(14) |
||||
|
|
(ХОЛ$М) |
||||||
Аналогично, |
для |
тринадцатиметровых |
гибочных вальцов |
|||||
получаем, |
с учетом того, что |
|
|
|
||||
|
|
3.03/,/, |
|
3,03-190-710 |
455, |
|||
|
|
/ , + / , |
|
190+710 |
||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
имакс |
|
|
рмакс |
|
|
|
|
|
|
455 -—------мм. |
(16) |
||||
|
|
0(«гол, 13ж) |
||||||
|
|
|
|
|
|
Sdа. |
|
|
Итак, |
для расчета |
максимально допустимой длины обе |
||||||
чайки (1обКС) или максимальной ширины Ьмакс листа требуется знание величины Р*а*с— максимально допустимой нагрузки
на главный верхний валок листогибочной машины. Эта ве личина рассчитывается из условия обеспечения прочности верхнего валка, то есть из условия, что в процессе под гибки напряжения (ова), возникающие в верхнем валке, не превзойдут допустимого значения.
Определение Р*акс. Для вычисления Р у снапишем урав
нение для результирующего изгибающего момента, дейст вующего на среднюю (рабочую) часть верхнего валка:
Мр. еэ = Млв — М У * |
кг.см |
или |
(16) |
Mp/ 3 = cW, кг.см |
|
где Мл, — изгибающий момент от действия на верхний валок давления листа;
13
M lpom— противоположно направленный |
первому, изгибаю |
|
щий момент от усилия |
компенсирующих гидрав |
|
лических цилиндров (от противодавления на кон |
||
солях верхнего валка Рпр0т)', |
кг/сма; |
|
з — напряжение в верхнем |
валке, |
|
W, — момент сопротивления |
изгибу |
сечения верхнего |
валка, |
|
|
W, = 0,]D\ |
см*. |
(17) |
Согласно схеме действия сил на верхний валок (см. рис. 5), имеем:
МЛв |
рмакс |
|
(2/, — b) кг.см., |
(18) |
|
|
8 |
|
И
M T m^Ptpoml. кг-см, |
(19) |
где lK— длина консольного участка верхнего валка.
Подставляя в формулу (16) значения входящих в нее ве личин, получаем
Рмаке __ 8 {^прот !к + |
|
/ о т |
|
‘ “ |
2Т^Гь |
“ |
( |
Как видно из формулы, |
величина |
Р-"акс |
зависит также |
от ширины подгибаемого листа: чем больше Ь, тем больше требующееся усилие на верхний валок.
Подставляя в формулу (20) значения входящих в нее ве личин для восьмиметровых вальцов, получим соответствую щую рабочую формулу:
рр™ = 160 т = 1 6 0 0 0 0 |
кг; |
/„ = 3,9 м = 390 см\ |
D ,= 75 см\ /, = 974 см\ |
ИТ, = |
0,1 ■75* = 42 200 см?. |
Учитывая, что верхний валок работает при знакоперемен ной нагрузке и при горячем деформировании он разогревает ся до температуры ~ 350°С, допускаемое напряжение для материала верхнего валка рекомендуется принять равным [Л. 2] оа°л1«^900 кг/см2. В результате получаем
Рвмаке(8.«) = |
803-1Q6 кг, |
(21) |
|
1948 — Ь |
|
где b — в см.
По формуле (21) подсчитаны -значения Р'в$% для разных значений Ь:
ь |
СМ |
200 |
250 |
300 |
350 400 450 |
500 550 600 650 700 750 800 |
пмакс |
тп |
450 |
473 |
487 |
502 520 536 555 575 596 620 645 671 700 |
|
*•(8м) |
||||||
Аналогично получаем рабочую расчетную формулу для |
||||||
|
|
Ямак£ |
для |
тринадцатиметровых вальцов: |
||
|
|
в |
|
|||
|
Р„рот = 190 /№= |
190000 кг; |
/„ = 5,3 .«= 530 см\ |
|||
£>, = |
800 мм — 80 см- |
= 0,1 • D, = 0,1 • 803 = 51 200 см\ |
||||
15
|
/„ = |
14100 мм = |
1410 см-, |
oaonss900 кг/см1 [Л. 2]: |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
пмаке |
|
___ 1175- 1QS |
кг, |
|
|
|
(22) |
|||||
|
|
|
|
|
|
' |
#(13л1) |
= |
2820 - |
Ъ |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
b —’В см. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Подсчитанные по формуле (22) значения |
|
для раз |
||||||||||||||||
ных значений b получаются следующие: |
|
|
|
|
||||||||||||||
ь |
|
см |
200 |
|
300 |
400 |
|
500 |
600 |
700 800 |
900 |
loooj 1100 1200 |
1300 |
|||||
омакс |
т |
448 |
|
466 |
486 |
|
507 530 554 582 612 |
646 |
683 725 |
773 |
||||||||
* в (13м) |
|
|
||||||||||||||||
Решая |
совместно |
два |
|
уравнения — уравнение |
для |
|
||||||||||||
[формулы (10), (11), |
(12)] |
|
или b*Zc [формулы (13), |
(14), |
(15)] |
|||||||||||||
и уравнение для Рвакс [формулы (20), (21), (22)], |
мы нахо |
|||||||||||||||||
дим |
интересующую нас величину |
Ьмакс. |
|
|
|
|
||||||||||||
Подставляя, в общем |
случае, |
при горячем |
деформиро |
|||||||||||||||
вании листов |
на четырехвалковых |
|
машинах, |
значение для |
||||||||||||||
Р Г |
из (20) |
в формулу |
|
(10) |
для |
bfopC, получаем: |
|
|||||||||||
|
|
Ьмакс _ _ |
|
А |
/, + *, |
|
|
8 ( С ' « |
+ ^ |
) |
ММ. |
(23) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21,- |
|
|
|
|
|
|||
Решая |
это уравнение |
|
относительно |
Ь, |
найдем |
искомое |
||||||||||||
Значение |
1маке |
*%.макс\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Iоб(гор) |
\&гор |
)* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
При холодной вальцовке, подставляя, в общем случае, |
||||||||||||||||||
выражение для Р$акс из (20) в формулу (13) для |
Ъ%™е , |
на |
||||||||||||||||
ходим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ьмакс —_ О |
/ |
У » |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
ММ. |
(24) |
|||||
|
|
ХОЛ |
' |
|
» / |
|
|
|
|
21, - b |
|
|||||||
|
|
|
|
|
ч |
т |
h s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Решая это уравнение относительно Ь, |
найдем |
искомое |
||||||||||||||||
значение 1об<,хо*)\рхол )• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
В частных |
случаях, при вальцовании обечаек на восьми |
|||||||||||||||||
метровых и тринадцатиметровых четырехвалковых гибочных вальцах, получаем нижеследующие расчетные (рабочие) фор мулы для вычисления 10бмакс (или Ьмакс):
16
а) |
При горячей |
подгибке на |
восьмиметровой |
машине |
||||||||
подстановка |
из (21) |
в |
формулу |
(11) для |
дает; |
|||||||
|
г макс |
*.67,4 |
1 |
|
803-100 |
СМ |
|
|
|
|||
|
Огор {8м)' |
S7at |
|
1948 — b |
|
|
|
|||||
или |
|
|
|
|
54-10» |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
СМ. |
|
|
(25) |
|||
|
гор (8л,) |
|
s2 |
а( (1948 — Ь) |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Решая полученное уравнение относительно Ь, получаем |
||||||||||||
после |
сокращения |
на |
sЗа„:‘ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ь*— 19486 + |
54-1?9 |
=^0. |
|
|
(26) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
S* а' |
|
|
|
|
|
откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЬГоДв,,) = |
974 ( 1 - |
| / " |
|
|
|
|
|
|
(27) |
||
Здесь b иvs — в см, |
а а; — в кг]см}. |
|
|
|
|
|||||||
П р и м е ч а н и е . Второе решение со знаком |
(+)' перед корнем в фор |
|||||||||||
муле (27)) является «посторонним» для данной задачи. |
|
|
|
|||||||||
б) При горячем деформировании на тринадцатиметровой |
||||||||||||
машине, значение |
|
Зк) |
определяется |
из |
(12) |
и |
(22) |
|||||
по той же формуле |
(27), |
но вместо коэффициента |
974 под |
|||||||||
ставляется число 1410, а вместо 5,7 • 104—3,55 • 104, |
|
|
||||||||||
в) |
При вальцовке обечайки |
в |
холодном |
состоянии, |
на |
|||||||
восьмиметровой машине из (14) и (21) следует, что для опре
деления |
Ьхол\ъм) в формулу (27) вместо о' подставляется aSi |
|||
а вместо |
5,7-10* — 4,28-10\ |
|
|
|
г) При холодном деформировании на тринадцатиметро |
||||
вой машине из (15) |
и (22) вытекает, что для |
определе |
||
ния ЬхолЬзм) в формулу (27) следует |
подставить |
вместо а' |
||
величину о^, вместо |
коэффициента |
974 — 1410, |
а вместо |
|
5,7-104 — 2,67-104. |
|
|
|
|
При пользовании формулой (27) в некоторых случаях рас чета (при подгибке, тонких листов для котлов среднего и низ кого давления) под корнем могут получаться отрицательные значения. Это означает, что для этих случаев расчета (как это видно также и из приведенных ниже графиков рис. 6) ве
личина 1 "%кс |
( Ьмакс) может быть взята равною 8 м (или |
соответственно |
13 м), и при этом напряжение в верхнем вал |
ке машины о будет менее допускаемого 9.00. /сг/сл2. |
|
2-1758 |
17 |
.'ПУБЛИЧНАЯ НАУЧН-7ЕХИИЧЕСКАЯ)
БИБЛИОТЕКА QCCP