Расчет цапфы сталеразливочного ковша

Цель работы: Изучение конструкции и назначение сталеразливочного ковша, выполнить расчет на прочность цапфового узла ковша. Исходные данные приведены в таблице 6.1.

Теоретическая часть

Для приема стали из сталеплавильного агрегата, транспортировки, обработки жидкой стали и разливки ее применяются ковши. Они представляют собой стальные сварные сосуды, футерованные изнутри огнеупорами. Основными элементами ковша являются корпус, цапфовый пояс с цапфами, стопорное или шиберное устройство. Цапфовый пояс состоит из цапфы 1, запрессованной в плиту 4, ребер коробки 5, двух кольцевых ребер жесткости (верхнего 2 и нижнего). Все элементы приварены к средней обечайке 3 корпуса ковша (см. рис. 6.1).

Цапфа в месте сопряжения с плитой испытывает деформацию от посадки с натягом, давления от которой равны

. (6.1)

Здесь – модуль продольной упругости; - натяг при посадке; – диаметр цапфы; – коэффициенты:

, ;

где – диаметр отверстия в цапфе; – приведенный диаметр плиты; – коэффициент Пуассона.

При опирании цапфы на крюк возникает реакция, равная половине веса груженого ковша, тогда в месте запрессовки действует равномерно распределенное давление от силы (рис.6.1).

, (6.2)

где – расстояние от края до середины плиты.

Рис. 6.1 – Схема к расчету при давлении на цапфу

Давление в стыке цапфа – плита создается моментом от силы . Величину давления при нераскрытом стыке и треугольном законе распределения определяют из условия равновесия цапфы

, (6.3)

откуда

, (6.4)

где – расстояние от точки приложения силы до края плиты.

Максимальные суммарные напряжения смятия в точке А

, (6.5)

где - допускаемые напряжения смятия ( ).

Согласно исследованиям ЮУМЗ, под нагрузкой наблюдается частичное раскрытие стыков в точках B, E (см. рис.6.1) цапфовых соединений сталеразливочных ковшей большой вместимости, что изменяет распределение характера давлений. Если , то раскрытие происходит в точке Е, при раскрывается также стык в точке В и давление в точке А увеличивается до . Значение определяется из уравнения цапфы, которое после преобразования принимает вид

, (6.6)

Здесь ; .

Это уравнение можно упростить при решении задачи для крупнотоннажных ковшей, у которых , тогда

. (6.7)

Максимальные суммарные напряжения смятия в точке А при раскрытии стыков

. (6.8)

Напряжение изгиба в сечении АЕ цапфы находится из рассмотрения выступающей части в виде консольной балки, нагруженной сосредоточенной силой

, (6.9)

где - момент сопротивления сечения цапфы; – коэффициент концентрации напряжений; - допустимые напряжения изгиба ( ).

Рассмотренную методику расчета на прочность можно применить и к другим цапфовым соединениям металлургических конструкций.

Отчет о работе должен содержать: тему и цель работы, расчетную схему и расчетную часть со всеми пояснениями; самостоятельно изобразить эпюру распределения изгибающих моментов по длине цапфы используя ранее полученные знания в курсе «Сопротивление материалов»; в конце работы необходимо сделать вывод. Если условия прочности не выполняются, то в выводе необходимо записать предложения по решению возникшей проблемы. Для подготовки к защите ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Назовите область применения сталеразливочных ковшей и их основные элементы.

2. Какие металлургические машины имеют цапфовые соединения еще.

Таблица 6.1. Исходные данные к работе №6

вариант
	т.	мм	мм	мм	мм	мм	мм
1	207,5	180	380	750	120	95	0,098
2	207,5	180	390	750	120	100	0,098
3	207,5	185	390	760	125	100	0,098
4	207,5	190	400	760	130	100	0,108
5	207,5	195	400	770	130	105	0,108
6	290,2	195	430	820	125	105	0,108
7	290,2	200	430	825	125	105	0,108
8	290,2	205	435	825	130	105	0,108
9	290,2	210	435	830	130	105	0,108
10	314,1	200	430	830	120	100	0,108
11	314,1	200	430	825	125	105	0,108
12	314,1	200	435	820	130	105	0,108
13	314,1	210	435	825	135	105	0,108
14	361,2	215	470	900	135	115	0,108
15	361,2	215	475	900	140	110	0,108
16	361,2	210	465	890	145	115	0,108
17	361,2	220	470	895	150	110	0,108
18	381,0	220	470	895	150	110	0,108
19	381,0	220	465	900	145	110	0,108
20	381,0	225	470	900	145	115	0,108
21	381,0	225	475	905	150	110	0,108
22	424,8	225	480	905	150	105	0,108
23	424,8	225	485	900	150	110	0,108
24	424,8	230	490	905	140	115	0,108
25	424,8	230	490	910	140	110	0,108
26	446,1	230	490	910	145	110	0,108
27	446,1	235	490	905	150	110	0,108
28	446,1	240	495	900	150	115	0,112
29	446,1	245	495	910	145	115	0,112
30	446,1	250	500	905	145	115	0,112

где – масса груженного ковша в тоннах.

Практическая работа №7