книги из ГПНТБ / Каган Я.А. Технологические расчеты в котлостроении учебное пособие
.pdfУчитывая размеры машины, получаем:
Вальцы |
De, см |
/( , см |
А |
Б |
|
8-метровые |
75 |
974 |
43500 |
3 8 .10*+ 1.В5-1С' - l o s - l l e |
|
13-метровые |
80 |
1410 |
49500 |
8 -№ + 2 ,82 |
.10*. 10б- 1 \ б |
Вычисление величины поправки -g- на прогиб от попереч ных сил дает следующие значения.
Для 8-метровой машины:
при |
10б= 200 см, |
4 - Ю0=- 1,05 |
%, |
|
|
Б |
|
при |
10б =я 800 см, |
- 4-100 = 0,92 |
%; |
|
|
Б |
|
в среднем для 8-метровых вальцов поправка составляет ~ 1 %', а значение коэффициента р составляет:
|
Р(8л) = 1,01. |
|
|
||
Для 13-метровой машины: |
|
|
|
|
|
при |
10б= 300 см, |
— |
100 = |
0,56 »/о. |
|
|
|
Б |
|
|
|
при |
1об= \800 см, |
— |
100 |
= |
0,5 %, |
|
|
Б |
|
|
|
в среднем — для |
13-метровых |
вальцов |
поправка составляет |
||
— 0,5%, а коэффициент |
может быть принят равным |
||||
Р(13Л)= 1,005. |
|
|
|
|
|
При часто получающемся значении / цз s |
2 см поправка — |
||||
20 |
|
|
|
Б |
|
= |
0,2 |
мм, |
для |
||
составляет для 8-метровой машины- 1% - ^ |
|||||
|
20 |
0,1 |
мм. |
||
13-метровой машины, соответственно, 0,5 °/0 ——г = |
|||||
|
100 |
|
|
||
Расчет стрелы прогиба производится для |
конечного мо |
||||
мента каждого прохода листа через гибочные |
вальцы, |
так |
|||
38
как усилия в конце прохода больше, чем в начале, с подста новкой в формулы для f"cyM принятых при расчете значений Рн и значений Р"в в конце данного прохода.
7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОЙ ВЕЛИЧИНЫ ПРОТИВОДАВЛЕНИЯ НА КОНЦАХ ВЕРХНЕГО ВАЛКА
Величина противодавления Рпротна концах консолей верх него валка определяется из условия равенства стрелы про гиба верхнего валка fnpom от сил противодавления—-суммар ной стреле прогиба fcyMот действия сил Раи Рн (см. рис. 5),
fпрот fcy.tr
Выполнение этого условия обеспечивает получение прямо линейного профиля верхнего валка, а следовательно, и пря молинейной стенки вальцуемой обечайки. Применение инте-
Рис. 9. Схема действия сил противодавления Рпрот на, концах верхнего валка и эпюры моментов.
грала Мора для определения величины стрелы прогиба f„p0m от действия на концах консолей верхнего валка сил противо
давления Рпрот Дает, с учетом наличия |
шеек с |
диаметром |
||||
dul< C f i следующее уравнение (см. |
рис. 9): |
|
||||
fnpom--- ^ |
Jl J L p |
i |
—1 |
+ т |
( 1 + т ) х |
|
2 2 |
проп к |
El, |
||||
|
|
|
|
|
см' |
(61) |
39
где: |
1К— длина |
консольного конца верхнего валка; |
||||
/„ и 1Ш— моменты инерции основного |
сечения |
верхнего |
||||
|
|
валка с диаметром Da и соответственно |
сечения |
|||
|
|
шейки |
верхнего валка с диаметром йш (или dt). |
|||
Решая полученное уравнение (61) |
относительно РНрот |
|||||
и подставляя вместо / прот значение / сум, |
получим |
формулу |
||||
для |
определения |
необходимой силы |
противодавления на |
|||
каждый |
конец консоли верхнего валка: |
|
|
|||
|
|
Р |
— f |
|
кг. |
(62) |
|
|
прот |
Jсу.и |
|
||
В том |
случае, |
когда йш^ De, то есть при диаметре шей |
||||
ки верхнего валка, равном или близком к диаметру бочки
валка, |
формула (61) |
для f nPon, |
после |
подстановки |
в нее |
||
вместо |
/ ш величины |
/а и |
значения |
|
с=>0, принимает сле |
||
дующий вид: |
|
|
|
|
|
|
|
|
fпрот — |
М |
12 |
СМ, |
(63) |
||
|
т прот1в |
||||||
|
|
|
8EI. |
|
|
|
|
где Мпр0т= Рпрот 1Я— изгибающий момент силы противо давления в опорном сечении подшипника верхнего валка, а необходимая сила противодавления Рпр0т, с учетом усло вия fnpom== fсули получается равной
D |
|
8£/« |
1&Л. |
Рпрот fсум . |
,2 |
(®4) |
|
|
*К'1$ |
|
|
или, с учетом соотношения |
/„ss; 0,05D ,, получаем |
|
|
„„ 0,4-ED\
Рпрот fcyM Г-л |
(64, а) |
1К*в |
|
Необходимая сила противодавления Р"проп, зависящая отвеличины суммарной стрелы прогиба верхнего валка f"CyM, так же как и последняя, определяется для конечного момента каждого прохода листа через машину.
При этом должна быть также проверена величина напря жения изгиба, возникающего в опорном сечении (в шейке)
40
верхнего валка, в конце соответствующего прохода, по фор муле
прот |
Рпрот |
к г .’см2 |
(65) |
О, Id®
Это напряжение не должно превосходить величины допускае мого напряжения ( о"'о ) для опорных шеек верхнего валка,
которое рекомендуется принимать равным:
для |
8-метровых вальцов о“ л = |
1700 кг/смг, |
для |
13-метровых вальцов о“ол |
2200 кг/см*. |
Подстановка в формулу (65) значения о“ л, а также ве
личин dm и /„ для четырехвалковой машины того или иного типа позволяет найти максимально допустимую нагрузку на консольный конец верхнего валка или максимальную величину Рпрот:
|
прот |
== |
г |
|
|
|
Р' |
°’— ,8- ? «г. |
|
||
|
|
|
1к |
|
|
Для 8-метровой машины получаем: |
|
||||
при dm — 72 см, /„= 3 9 0 |
см, и беря 3“ол= 1700 |
||||
р.макс |
0 ,1 -723-1700 |
163-103 |
кг. |
||
|
390 |
||||
прот (8л) |
|
|
|||
(65, а)
\ * м
кг/см*,
Для 13-метровой машины получаем: |
|
2200 кг/см*, |
||
при йш= 77 см; /„ = |
530 см и, беря о“ол |
|||
рмакс |
О,1-773-2200 |
190-103 |
кг. |
|
530 |
||||
прот (13 м) |
|
|
||
8. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ВЕРХНЕГО (ГЛАВНОГО) ВАЛКА ЛИСТОГИБОЧНОЙ МАШИНЫ
Для проверки напряжений, возникающих в верхнем валке в процессе вальцовки обечайки, определяем маквимальный изгибающий момент в срёднем (опасном) сечении верхнего валка.
Рассматривая внешние силы и опорные реакции, дейст вующие слева от_среднего сечения валка (см. рис. 5), полу чим:
41
где /?д — опорная реакция в левом подшипнике А, равная
Ra = ^ ^ + P , Пр1
следовательно, |
|
|
|
М Г С= |
Ре * Рн |
------- Я „Л лг.сх. |
(66) |
П р и м е ч а н и е . |
При Рпр— 0, |
то есть когда силы |
противодавления |
не включены, либо при отсутствии консольных концов на верхнем валке, максимальный изгибающий момент валка, будет равен
i /макс |
P q ~Ь Ян f 1в_ _Ь |
(66а) |
*2 \ 2 4
Напряжение изгиба в среднем сечении верхнего валка
|
9 = |
Ммакс |
кг!см\ |
(67) |
||
|
|
— |
||||
|
|
W. |
|
|
V ' |
|
где |
— момент сопротивления |
среднего |
сечения валка |
|||
|
равный |
|
|
D] см*. |
|
|
|
^ |
= |
0,1 |
|
||
Условие прочности: |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
« |
°доя> |
|
|
где адоп — допускаемое |
напряжение |
на изгиб |
для материа |
|||
ла верхнего валка. Учитывая тяжелые условия работы, ЦНИИТМАШ [Л. 2] рекомендует для средней части верхнего валка принимать
адоПга 900 кг/см2.
Проверка напряжения в верхнем валке производится для конечных моментов всех проходов, но наибольшее напряже ние получается обычно в последнем проходе, когда обечайка имеет наибольшую кривизну, и усилия на валки достигают наибольших значений.
9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМОЙ СКОРОСТИ ВАЛЬЦОВКИ
а ) Расчетная ф орм ула для скорости вальцовки
Скорость вальцовки veajtbli , то есть скорость перемещения вальцуемого листа, равная окружной скорости на поверхности верхнего (главного) валка, может быть определена из сле-
42
дующей формулы,^ выражающей мощность главного электро двигателя четырехвалковой листогибочной машины:
|
|
1 . |
MCgp'veaAbH квгл, |
(68) |
||
|
|
102 |
0,5 D ti\np |
|
|
|
где: Ne — мощность электродвигателя |
верхнего ведущего |
|||||
(главного) валка машины, квт\ |
|
|||||
D, — диаметр, см\ |
|
верхнего |
валка, м/сек\ |
|||
и»альц — окружная |
скорость |
|||||
М%* — суммарный крутящий момент |
на верхнем валке, |
|||||
складывающийся из |
двух крутящих моментов: |
|||||
крутящего момента Мдке$, затрачиваемого на |
||||||
деформирование при |
изгибе |
листа, |
и крутящего |
|||
момента М”р , |
затрачиваемого на |
преодоление |
||||
сопротивления |
трения качения всех валков по |
|||||
изгибаемому листу и трения скольжения в под |
||||||
шипниках |
всех |
валков: |
|
|
||
|
М%* + |
М™р кг.см, |
(69) |
|||
ч\пр — к.п.д. привода, |
то есть |
передачи от главного электро |
||||
двигателя до верхнего валка, принимается обычно, для гибоч ных вальцов, в зависимости от сложности передачи (от коли чества промежуточных механизмов) равным у}яр=от 0,7 до 0,9. Однако rjnpв отдельных случаях может колебаться и в более широком диапазоне.
Для четырехвалковых листогибочных вальцов, указанных в таблице 1, передача движения от электродвигателя к глав ному верхнему валку машины осуществляется с помощью че тырех пар зубчатых колес (см. схему привода рис. 10).
При этом к.п.д. привода получается равным |
|
||||
При |
известной |
(заданной) |
мощности электродвигателя |
||
главного |
верхнего |
валка |
Nв |
максимально допустимая ско |
|
рость вальцовки определяется из выражения (68) |
по следую |
||||
щей формуле: |
|
102 |
pNa |
|
|
|
|
'тлщ = |
|
||
|
|
ш сум м/сек, |
(70) |
||
где NB— в кет, De — в |
см, М<ч* — в кг-см, |
|
|||
щпр — в долях |
единицы. |
|
|
||
43
Рис. 10. Кинематическая схема привода главного верхнего , валка четырехвалковой листогибочной машины: 1—электро двигатель привода главного (верхнего) валка; 2, 3, 4— первый, второй и третий вал трехступенчатого редуктбра; •5, 6, 7, 8—зубчатые передачи соответственно первой и второй ступени, служащие для изменения скорости гибки; 9—ку лачковая муфта для переключения зубчатых передач второй ступени; 10—зубчатая передача третьей ступени; 11—зубча тая цилиндрическая передача от редуктора к верхнему валку; 12—штурвал переключения шестерен передач 5, 6 первой
ступени; 13—штурвал переключения кулачковой муфтойР зубчатых передач 7, 8 второй ступени.
Скорость вальцовки в существующих листогибочных ма шинах находится обычно в пределах v aaAbli=0,l -н 0,5 м/сек.
б) Определение
Крутящий момент на валу верхнего валка, затрачивае мый на деформирование изгибаемого листа, М*е* опреде
ляется как и |
при расчете числа проходов |
для I |
пропуска |
|
— п° формуле (31а), а для любого последующего, |
||||
г'-го прохода |
(7И^.) — по общей |
формуле |
(31), |
с подста |
новкой в последнюю значений М \, |
М ’, |
и Р]. |
|
|
в) Определение М*р
Крутящий момент, затрачиваемый на преодоление сопро тивления трения качения всех валков по. изгибаемому листу и трения скольжения в подшипниках всех валков, определяется по формуле:
м % = м тр кач + М*тр ск кг.см, |
(71) |
при этом крутящий момент, затрачиваемый на преодоление сопротивления трения качения всех валков по изгибаемому листу (Мяр.кач), определяется, как и при расчете числа про ходов, по формуле (33), а крутящий момент, затрачиваемый на преодоление трения скольжения в подшипниках всех вал ков, составляет
= V- (Р„ + Рн) |
+ |
2Рб - ^ - ^ + |
Р н-йн_ |
кг.см (72) |
~ |
6 2 Ds |
9 |
DH |
Значения коэффициентов — трения качения f и трения сколь жения р, — берутся, как было указано выше, при расчете чис ла проходов, равными f = 0,08 см; р=0,05—0,08.
Значения Ме/ м подсчитываются для каждого прохода,
при этом усилия валков Рв и Рв берутся средние для данного прохода. По найденному для каждого прохода значению Мску* и известной из паспорта машины мощности
главного электродвигателя подсчитывается максимально допустимая скорость вальцовки для каждого прохода.
45
При работе листогибочной машины без прижатия нижнего валка, очевидно, Рн—0.
Ниже дается рекомендуемый порядок расчета вальцовки обечайки барабана и текст задания на технологический рас чет вальцовки (см. задание 1).
10. ПОРЯДОК РАСЧЕТА ВАЛЬЦОВКИ ОБЕЧАЙКИ БАРАБАНА
Рекомендуется следующий порядок выполнения техноло гического расчета вальцовки обечайки барабана или корыта.
1.В соответствии с заданием, базирующимся на выпол ненном тепловом и прочностном расчете котла, составляется эскиз барабана с указанием основных его габаритных разме ров (диаметр внутренний, толщина стенки, длина цилиндриче ской части, материал).
2.Определяется способ вальцовки (в холодном или горя чем состоянии). Для котла среднего давления при толщине листа s, близкой или даже большей, чем D0HmI40, следует про верить возможность выполнения вальцовки в холодном со стоянии.
3.Производится расчет максимальной допускаемой мощностью вальцов, длины обечайки 1%™е, или, что то же,
максимально допустимой ширины вальцуемого листа Ьмакс. Расчет ведется по формулам, данным в § 2.
4. Производится расчет изгибающего момента М, необхо димого для гибки листа, по формулам § 4,,для разных прохо дов листа через машину.
При этом следует учесть, что если расчет ведется для гиб ки в холодном состоянии, то величина изгибающего мрмента М, зависящая от радиуса гибки [(’см. формулу (36)], меняется, с каждым проходом. При горячей гибке величина М не ме няется от R, а зависит лишь от температуры вальцовки.
По рассчитанным значениям М для каждого прохода вы числяются усилия, действующие на валки, по формулам, при веденным в § 5.
Для каждого прохода проверяется по формулам (28) -г-
(34) |
возможность |
выполнения гибки до _ предварительно |
|
принятого радиуса R ■" (для любого, /-го прохода). Если ус |
|||
ловие |
возможности гибки выполняется, то есть неравенство |
||
(28) удовлетворяется, |
то это означает, что данный (/-й) |
про |
|
ход рассчитан правильно. Если левая часть уравнения |
(28) |
||
намного превышает правую, это указывает на то, что кривиз на листа в конце рассчитываемого прохода взята занижен-
46
ная, то есть радиус R " может быть взят меньшим. В случае, если левая часть уравнения (28) не превышает правой, то это означает, что гибка до принятого радиуса R t" невозможна, и должен быть сделан пересчет для увеличенного значения R ". Необходимое число проходов определяется, когда закончен последний п-й проход, при котором R"„< R6ap, то есть когда принятый радиус Rn" в конце п-го прохода, взятый равным радиусу барабана, обеспечивает выполнение уравнения (28). Число проходов будет равно п. Усилие прижима нижнего валка может быть принято для начальных проходов Рн — 100— 200 т, для конечных проходов Р н—300ч- 500 г. •
. 5. Далее определяется прогиб верхнего валка для всех п проходов по формулам, указанным в § 6.
6. По формулам § 7 вычисляется, для каждого из п прохо дов, необходимая величина противодавления на консольных концах верхнего валка, Р Пр0т ■
7.Проверяется напряжение в средней части верхнего вал ка по формуле (67) также для всех проходов.
8.По формулам § 9 вычисляются значения максимально допустимой скорости вальцовки для каждого из п проходов листа через машину.
9.Расчет сопровождается выполнением необходимых для расчета и иллюстрирующих его рисунков (см. рис. 2 = 10) и завершается рабочим эскизом корпуса барабана (рис. 1).
И. ПРИМЕРНЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ БАРАБАНА КОТЛА
З а д а н и е
Произвести технологический расчет вальцовки обечайки барабана на четырехвалковой листогибочной машине для котла типа ТП-100, паропроизводительностью D—6^40 т/ч. имеющего давление пара в барабане Рбар =155 ата и темпе ратуру перегретого пара t ne—570/570°С.
Размеры корпуса барабана': внутренний диаметр Д вит=1800 мм,; . толщина стенки-5=92 мм, длина цилиндрической части /ч= 22 м, материал — Ст. 16 ГНМ.
1. Р асчет м аксим ально допустим ой длины обечайки
Максимальная длина обечайки рассчитывается для про цесса подгибки кромок. При производстве подгибки в горя
47