Расчет поперечины прокатного стана Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧИНЫ ПРОКАТНОГО СТАНА Волков А.Ю.1, Зуев Е.А.2, Воробьёв А.К.3

1Волков Алексей Юрьевич - магистрант;

2Зуев Евгений Александрович - аспирант, кафедра робототехники, мехатроники, динамики и прочности машин;

3Воробьёв Александр Константинович - аспирант, кафедра гидромеханики и гидравлических машин, Национальный исследовательский университет

Московский энергетический институт, г. Москва

Аннотация: расчет на прочность поперечины прокатного стана и внесение конструктивно-технологических решений, с целью продления срока эксплуатации. Ключевые слова: прокатный стан, Лту^\ расчет на прочность, продление ресурса прокатных станов, модернизация, предел выносливости.

Исследования показали, что разрушения базовых деталей не связаны со старением всего объема материала детали в процессе длительной работы. Причины разрушений в виде технологических и конструктивных локальных концентратов напряжений существовали с самого начала эксплуатации и были заложены в базовые детали на стадиях проектирования, изготовления и монтажа. Эти причины не связаны с обеспечением технологических возможностей металлургической машины, и на современном уровне развития науки о прочности должны быть выявлены и устранены до начала возникновения усталостных трещин и разрушения деталей. Если своевременная оценка прочности не была проведена, и разрушение произошло, то в новую деталь должны быть внесены конструктивно-технологические изменения, устраняющие причину разрушения. Поэтому обеспечение неограниченной долговечности базовых деталей снимает проблему уменьшения срока службы металлургической машины по критерию физического износа. Покажем далее на примере станины прокатного стана принципиальную возможность обеспечения неограниченной долговечности базовых деталей на основе разработки и внедрения оптимальных конструктивно-технологических решений при сохранении первоначальной компоновки металлургической машины.

На рис. 1 схематично представлена верхняя поперечина станины прокатного стана с отверстием диаметром ё для размещения нажимного винта и диаметром Б для размещения гайки нажимного винта. Я — радиусная галтель от торцевой опорной поверхности вертикального отверстия под гайку нажимного винта к вертикальной цилиндрической поверхности.

с!

Рис. 1. Верхняя поперечина станины прокатного стана

Максимальные напряжения возникают на поверхности радиусной галтели Я, которая недоступна для прямого наблюдения. Длительный рост усталостных трещин, оставаясь незамеченным, приводит к внезапному разрушению станины.

По результатам усталостных испытаний [1] получены пределы выносливости стали 35Л: при симметричном цикле с_1 = 96 МПа, при пульсационном цикле с0 = 190 МПа. По расчетным значениям максимальных напряжений и результатам усталостных испытаний получен для станин стана 1700 при номинальной силе прокатки 20 МН запас усталостной прочности п = с0/ смакс=190/318 = 0,6<1. При запасе усталостной прочности п<1 возникновение и развитие усталостных трещин, приводящее к внезапному разрушению станин, является закономерным.

Необходимо обеспечить неограниченную долговечность радиусной галтели при номинальной силе прокатки, а также рассмотреть возможность увеличения воспринимаемой станинами номинальной силы до 30 МН. Модернизация станины заключается в изменении геометрии радиусной галтели с заглублением ее в вертикальную стенку отверстия для установки гайки нажимного винта (рис. 2).

Рис. 2. Конструкция галтельного перехода с заглублением в вертикальную стенку отверстия для установки гайки нажимного винта

Спрофилированная галтель позволяет снизить напряжения в концентраторе почти в 3 раза с 318 МПа до 110 МПа (рис. 3), что дает запас усталостной прочности П = Со/ Смакс=190/110=1,73>1.

Рис. 3. Напряженное состояние (и1, МПа) галтельного перехода с заглублением в вертикальную стенку отверстия для установки гайки нажимного винта

При увеличении номинальной силы прокатки до 30 МН запас усталостной прочности будет равен п=1,15>1, что также обеспечивает неограниченную долговечность станины.

Выполнение работ по модернизации базовых деталей металлургических машин, подобных рассмотренным выше, осуществляется на месте мобильным расточным и сварочным оборудованием. Сварочные работы проводятся по специальной технологии без предварительного подогрева и последующей термообработки материала базовых деталей.

Максимальный экономический эффект достигается своевременным (до момента возникновения трещин) проведением экспертизы состояния базовых деталей с последующей их модернизацией.

1. Берлизева А.Е. Анализ строительной отрасли в Иркутской области // Вопросы науки и образования, 2017. № 2 (7). С. 73-75.

2. Юлдашев В.А., Юлдашева Л.В. Формирование основных САПР компетенций в сфере техники и технологий в учебном процессе технического университета // Вопросы науки и образования, 2017. № 5 (6). С 38-40.

3. Волков А.Ю. Формула для горизонтального смещения опоры фермы под действием равномерной нагрузки по верхнему поясу // Научный альманах, 2017. № 2-3(28). С. 250-253.

4. Волков А.Ю. Расчет на усталостную прочность станины прокатного стана // Вопросы науки и образования, 2018. № 1 (13). 34-35.

5. Маслова О.А. Развитие навыков быстрого решения через применение равносильных переходов // Проблемы современной науки и образования, 2015. № 6 (36). С 25-29.

AN

110

Список литературы