Сортовой валок рабочей клети дуо

Валки сортовых станов дуо могут быть загружены как одной силой (прокатка в одну нитку), так и несколькими силами (многониточная прокатка, прокатка с перекрытиями и т.п.). Рассмотрим общий случай, когда валок загружен силами (i=1,2,3,...,n), приложенными на расстоянии от опоры в ручьях с диаметром валка (рис. 2.4). К приводному концу валка приложен необходимый для прокатки крутящий момент . Поскольку ширина ручья, как правило, бывает существенно меньше длины бочки, то сортовой валок рассчитывают на изгиб в каждом ручье бочки от действия сосредоточенной силы и на изгиб и кручение по шейке.

Так как нагрузка на валок обычно бывает несимметричной относительно опор, вначале нужно определить реакции на шейки валка из условия равновесия сил и моментов (см. рис. 2.4):

(2.14)

Рис. 2.4. Схема нагружения сортового валка клети дуо

Затем определяют изгибающий момент в сечении каждого ручья по формулам

...

(2.15)

...

.

Напряжения изгиба в каждом сечении рассчитывают по формуле

(2.16)

После расчета этих напряжений определяют опасное сечение, где имеет максимальное значение .

Напряжения изгиба и кручения в приводной шейке валка рассчитывают по формулам

(2.17)

Результирующее напряжение в шейке определяют в зависимости от материала валка по формулам (2.5) или (2.6).

Напряжения в приводной концевой части валка рассчитывают в зависимости от ее формы по формулам (2.7) - (2.10).

Определение коэффициентов запаса прочности и проверку условий статической прочности производят по формулам (1.1) или (1.2).

ПРИМЕР 2.3. Рассчитать на прочность валок рабочей клети черновой группы проволочного стана при прокатке в 4 нитки (n=4). Размеры валка составляют (см. рис. 2.4), мм: D₀ = 450, D₁= D₂ = D₃ = D₄ = 400, х₁=210, х₂=460, х₃=710, х₄=960, d=230, l = 250, A = 1300. Концевая часть валка выполнена цилиндрической со шпонкой под съемную лопасть шпинделя (см. рис. 2.2, а) с размерами, мм: d₂=200; b=60; h =20. В каждом из четырех калибров приложено одинаковое усилие Р₁ = Р₂ = Р₃ = Р₄ = 1100кН. К приводному концу валка приложен крутящий момент М_кр=80 кН*м. Материал валка - чугун СПХН-65.

По формулам (2.14) рассчитаем реакции от усилия прокатки на шейки валка

Изгибающие моменты в сечении каждого ручья по формулам (2.15) составят:

Напряжения изгиба в каждом сечении рассчитаем по формуле (2.16)

Напряжения изгиба и кручения в приводной шейке валка определим по формулам (2.17)

Так как валок выполнен из чугуна, суммарное напряжение в шейке валка найдем по формуле (2.6)

Поскольку концевая часть валка цилиндрическая со шпонкой под съемную лопасть шпинделя, то напряжение кручения в ней рассчитаем по формуле (2.8)

С учетом полученных напряжений определим коэффициенты запаса прочности в каждом элементе валка по формуле (1.2), принимая по табл. 2.1. предел прочности для материала валка на изгиб 500 МПа и на кручение 0.7×500=350 МПа.

В результате получим следующие значения коэффициентов запаса прочности:

в бочке валка

в шейке валка

в концевой части валка

Все элементы валка, кроме концевой части, имеют коэффициенты запаса прочности ниже допустимого [n] =5. При этом наиболее слабым элементом валка является приводная шейка.

2.4. Особенности расчета валков сортовых станов трио

В отличие от двухвалковых станов прокатка на в клетях трио может проводиться в одном или двух горизонтах одновременно. При одновременной прокатке в двух горизонтах усилия прокатки будут действовать на средний валок, как со стороны верхнего, так и со стороны нижнего валка. Расчет напряжений изгиба и кручения во всех элементах валка производят по тем же формулам, что и при расчете валков клети дуо, но при расчете прочности среднего валка клети трио необходимо учитывать направление действия усилий прокатки: силы, действующие в одном направлении, должны иметь один и тот же знак, например, со стороны верхнего валка “+”, а со стороны нижнего валка “-“.

ПРИМЕР 2.4. Рассчитать на прочность средний валок черновой клети стана 650. Прокатка ведется одновременно в трех калибрах в обоих горизонтах. Размеры валка (см. рис. 2.5) равны, мм: DО=700; D1=670; D2=676; D3=680; х1=490; х2=860; х3=1230; d=385; l=385; А=2280.

Рис. 2.5. Схема нагружения среднего валка сортовой

Клети трио

Усилия прокатки, кН: Р₁=4000, Р₂=-3500, Р₃=3000. Крутящий момент, действующий на валок со стороны привода, М_пр=200 кН×м. Материал валка - углеродистая сталь с

По формулам (2.14) рассчитаем реакции усилий прокатки на шейки валков

Изгибающие моменты в каждом ручье определяем по формулам (2.15)

Напряжения изгиба в каждом калибре рассчитаем по формуле (2.16)

Напряжения изгиба и кручения в приводной шейке валка определим по формулам (2.17)

Так как валок изготовлен из стали, суммарное напряжение в шейке валка найдем по формуле (2.5)

Коэффициенты запаса прочности в опасных сечениях определим по формулам (1.2)

в бочке

в шейке

Условие статической прочности выполняется, так как расчетные коэффициенты запаса прочности превышают рекомендуемое значение [n] =5.

Консольные валки

На современных непрерывных мелкосортных и проволочных станах в блоках клетей применяют консольные валки, которые представляют собой бандажи, закрепленные консольно на приводных валах, как это показано на рис. 2.6. Под действием усилия прокатки Ри крутящего момента Мкрв приводном валу возникают напряжения кручения и изгиба. Опасным сечением приводного вала обычно бывает сечение, распложенное по середине ближайшей опоры на расстоянии l от вертикальной плоскости прокатки (см. рис. 2.6).

Рис. 2.6. Схема действия сил на валок