Краткие теоретические сведения. Валки прокатных станов выполняют основную операцию прокатки – деформацию (обжатие)

Валки прокатных станов выполняют основную операцию прокатки – деформацию (обжатие) металла и придание ему требуемой формы поперечного сечения. Валки прокатных станов можно разделить на две основных группы: листовые и сортовые. Листовые валки служат для прокатки листов, полос, ленты. Бочка у этих валков цилиндрической формы, поэтому эти валки называют гладкими (с гладкой бочкой). Валок состоит из бочки валка (диаметром D и длиной L) рис.1.1, шеек (диаметром d и длиной l), расположенных с обеих сторон бочки и опирающихся на подшипники, концевых частей служащих для соединения валка со шпинделем. К качеству валков прокатных станов предъявляются высокие требования, т.к. они определяют нормальную работу стана, его производительность и качество выпускаемой продукции. Валки работают в условиях непрерывного истирания их металлом, испытывая большие давления и воздействие резкоменяющейся температуры. Чтобы валки могли работать в течение длительного времени без поломок они должны обладать высокой прочностью.

При расчете на статическую прочность прокатный валок условно представляют как балку, лежащую на двух опорах и загруженную силами и крутящими моментами. Схема нагружения рабочего валка стана дуо 160 при прокатке листа представлена на рис. 1.1.

Поскольку ширина листа обычно бывает сопоставима с длиной бочки валка, то нагрузку на бочку валка от усилия прокатки Р полагают равномерно распределенной по ширине листа В (q = Р/B) и приложенной симметрично относительно вертикальной оси валка.

Поэтому реакции на шейки валков равны R = Р/2. К приводной шейке валка приложен крутящий момент М_кр. Подверженный такому нагружению валок испытывает изгиб и кручение. Однако в силу того, что диаметр бочки D обычно бывает существенно больше диаметра шейки d, напряжениями кручения в бочке обычно пренебрегают и рассчитывают бочку только на изгиб, а шейку - на изгиб и кручение.

Рис. 1.1. Схема нагружения валка рабочей клети дуо.

Максимальные напряжения изгиба в бочке валка рассчитывают по формуле

(1.1)

где

М_изг- максимальный изгибающий момент, Н·м;

W_изг = 0,1D³ - момент сопротивления бочки валка изгибу, м³.

(1.2)

Максимальные изгибающие напряжения в шейке валка возникают по галтели (в месте соединения шейки и бочки валка) и, принимая (С ≈ l/2), определяются по формуле:

(1.3)

Наибольшие касательные напряжения кручения получаются в приводной шейке валка (см. рис. 1.1) и составляют:

(1.4)

где

- момент сопротивления шейки кручению.

Суммарное напряжение в шейке определяют в зависимости от материала валка:

- для стальных валков по 4-й теории прочности

(1.5)

- для чугунных валков по теории Мора

(1.6)

Напряжения в приводной концевой части валка определяют в зависимости от ее формы.

Концевая часть валка, выполненная с цилиндрической шпонкой под съемную головку шпинделя (рис. 1.2), рассчитывается только на кручение по формуле

(1.7)

Затем для каждого элемента валка проверяют выполнение условия прочности:

или , (1.8)

где σ, τ - расчетные нормальные и касательные напряжения соответственно,

[σ], [τ]-допускаемые нормальные и касательные напряжения,

σ_в, τ_в- предел прочности материала по нормальным и касательным напряжениям,

[n] – допустимый коэффициент запаса прочности.

Расчетный коэффициент запаса прочности n должен превышать допустимое значение [n] , которое для рабочего валка равно 5.

Численные значения предела прочности валков по нормальным напряжениям σ_в в зависимости от материала приведены в табл. 1.

Рис. 1.2. Форма концевой части прокатного валка

Таблица 1.1 Предел прочности материала валков

Кованые валки	Литые валки
Марка стали	σв, МПа	Марка материала	σв, МПа
1. Углеродистые стали 50-60	600-650	1. Углеродистые стали 50-70	500-600
2. Легированные стали 55Х, 55ХН, 60ХН	620-680	2. Легированные стали 50Х, 55Х, 55ХН, 60ХН, У15ХНМ	580-650 680-700
3. Легированные стали 9Х, 9Х2, 9ХФ, 9ХМ, 9Х2М	800-1000	3. Чугун СШ-СШХН, ЛШ-ЛШХН СП-СПХН, ЛП-ЛПХН	400-500 400-500

Значения предела прочности металла на сдвиг обычно принимают как 0,6÷0,7 от σ_в

Порядок выполнения работы.

1. Ознакомиться с конструкцией рабочего валка стана дуо 160 с гладкой бочкой.

2. Провести необходимые для расчетов промеры всех элементов рабочего валка. Привести эскиз рабочего валка, пример выполнения эскиза приведен в приложении к работе.

3. Провести опытную прокатку4-х стальных образцов(H₀хB₀хL₀=4х30х150 мм) с обжатиями Δh=0,5; 1; 1,5; 2 с фиксированием величины силы прокатки воздействующей на каждую шейку валка и полное усилие прокатки по показаниям полученным с мессдоз, установленных под нажимными винтами, и значений крутящих моментов на приводных шейках валков по крутящим моментам зафиксированным с датчиков установленных на верхнем и нижнем шпинделе. Результаты эксперимента занести в табл. 1.2

4. Провести расчеты на прочность рабочего валка по максимальному значению силы прокатки и приходящегося на валок крутящего момента.

Выводы по работе.

По полученным результатам сделать выводы о выполнении условия прочности рабочего валка стана дуо 160 с гладкой бочкой.

Таблица 1.2

№ п/п	H0 мм	h1 мм	Δh мм	ε, %	Pперев Кн	Рпривода Кн	Р∑ Кн	Мкр.в.шп Нм	Мкр.н.шп Нм

Приложение. Пример выполнения эскиза рабочего валка

Контрольные вопросы