Расчёт на прочность и жёсткость станины чистовой клети шпс 2000

Цель работы: Изучение конструкции и назначения чистовых четырехвалковых клетей ШПС 2000, провести расчёт на прочность и жёсткость станины. Исходные данные приведены в таблице 6.1.

Теоретическая часть

Станины рабочей клети – самые ответственные детали прокатного стана. В них монтируют подушки валков, а также другие устройства и механизмы, обеспечивающие заданную точность прокатки производительность стана. Все давление металла на валки, возникающее при прокатке, воспринимаются станинами. Поэтому при конструировании и изготовлении станин особое внимание уделяется их прочности и жесткости.

Станина чистовой клети ШПС 2000 (рис. 6.1) представляет собой литую массивную жёсткую раму; в середине её сделано окно для установки в нём подушек валков; внизу станина имеет приливы (лапы). В приливах предусмотрены отверстия для болтов, которыми станину крепят к плитовинам. Сечение стоек станины прямоугольной формы. С внутренней стороны стоек станины прикреплены направляющие планки для подушек опорных валков. Масса станины 126 т. Общая масса станины в сборе с плитовинами и траверсами составляет 312 т. В верхних поперечинах станины сделаны расточки для бронзовых гаек нажимных винтов.

Ввиду сложности конфигурации станины точный расчёт её невозможен. Однако выполнение расчётов, хотя до некоторой степени и приближённых, необходимо для того, чтобы быть уверенным, что принятые при конструировании размеры станины обеспечивают её прочность и жёсткость.

Станину рассчитывают на максимальное вертикальное усилие , действующие при прокатке на шейки валков. Горизонтальные усилия, действующие на станину в момент захвата металла валками и при прокатке полосы с натяжением, можно не учитывать, так как по сравнению с вертикальным усилием их величина незначительна.

Для упрощения расчёта станину закрытого типа представим в виде жесткой прямоугольной рамы, состоящей из двух одинаковых вертикальных стоек (длинной ) и двух горизонтальных поперечин (длинной ) (рис. 6.2).

Со стороны нижней подушки валка на нижнюю поперечину и со стороны верхней подушки (нажимного винта) на верхнюю поперечину станины действуют вертикальные силы . В листовых станах эта сила равна половине максимального усилия на валки при прокатке, т.е.

. (6.1)

Под действием сил в углах жесткой рамы возникают статически неопределимые моменты и , направленные как показано на рис. 6.2. Эти моменты изгибают стойки внутрь окна, а поперечины – против действия сил .

Рис.6.1. Станина четырехвалковой клети ШПС 2000

Рис.6.2. Расчетная схема станины четырехвалковой клети ШПС 2000

Статически неопределимые моменты находят по формулам А. А. Королева:

(6.2)

(6.3)

где - максимальный момент изгиба верхней и нижней поперечин

; (6.4)

; (6.5)

где - момент инерции сечения 1-1; - момент инерции сечения 2-2; - момент инерции сечения 3-3 (рис 6.2).

Напряжения растяжения в середине верхней и нижней поперечин

; ; (6.6)

где - момент сопротивления сечения 1-1; - момент сопротивления сечения 3-3 (рис. 6.2).

Напряжения растяжения в стойке станины (точка А на рис. 6.2)

; (6.7)

где - момент сопротивления сечения 2-2; - площадь поперечного сечения 2-2 (рис. 6.2).

Проверяем запас прочности станины для максимального напряжения при пределе прочности углеродистой стали .

.

Прогиб среднего сечения от изгиба и действия поперечных сил верхней поперечины

; (6.8)

нижней поперечины

; (6.9)

где - модуль упругости для стального литья; - модуль сдвига для стального литья ( ); - площадь поперечного сечения 1-1; - площадь поперечного сечения 3-3 (рис. 6.2).

Упругое растяжение стойки станины

. (6.10)

Суммарная деформация станины по вертикали

. (6.11)

Жесткость станины по вертикали (в направлении действия силы )

. (6.12)

Прогиб стоек по горизонтали (внутрь окна станины) должен быть небольшим, так как в противном случае может произойти «защемление» подушек верхнего валка (при зазоре ), перемещаемых по вертикали по направляющим планкам, прикрепленным к стойкам внутри окна станины.

Горизонтальный прогиб одной стойки (внутри окна станины) посередине высоты (длины) стойки можно определить, принимая, что в этом сечении действует реактивный момент, равный половине суммы моментов и ; тогда

. (6.13)

Таким образом, при сборке рабочей клети необходимо предусмотреть зазор между верхней подушкой валка и направляющей планкой с внутренней стороны окна станины равной .

Отчет о работе должен содержать: тему и цель работы, исходные данные для расчетов, расчетную схему и расчетную часть со всеми пояснениями; в конце работы необходимо сделать вывод, в котором необходимо указать выполнение или невыполнение условий прочности и жёсткости станины. Расчетная схема выполняется в масштабе по полученным данным и на ней проставляются все полученные результаты расчетов. Для подготовки к защите ответьте на контрольные вопросы.