Расчет станин прокатного стана на прочность и жесткость

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ

государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

Свердловской области

«Верхнесалдинский авиаметаллургический техникум»

(ГАПОУ СО «ВСАМТ»)

Методическое руководство

по организации самостоятельной деятельности обучающихся на практических занятиях по ПМ 02

МДК 02.01 «Оборудование цехов обработки металлов давлением»

по теме «Расчет станин прокатного стана на прочность и жесткость»

Преподаватель 

2016 г.

Содержание

Станины прокатных станов	3
Станины закрытого типа	3
Станины открытого типа	8
Порядок выполнения практической работы «Расчет станин прокатного стана на прочность и жесткость»	9
Приложения	13
Приложение 1	14
Приложение 2	15

Станины прокатных станов

Станины обычно изготавливают из литой стали марок 25Л, 35Л с = 500÷600 МПа; для мелкосортных и среднесортных станов станины могут быть изготовлены из высокопрочного чугуна с = 400÷450 МПа.

Станины рассчитывают на максимальную реакцию от усилия прокатки, которая передается на станину через подушки, предохранительный элемент и нажимной механизм. Горизонтальными усилиями, которые действую на станину клети в момент захвата полосы или при прокатке с натяжением, обычно пренебрегают. Методика расчета зависит от типа станин.

Станины закрытого типа

Станину закрытого типа рассматривают как жесткую статически неопределимую раму, состоящую из двух одинаковых стоек и двух поперечин, которые могут быть прямоугольной формы, со скругленными углами или полукруглыми (рис. 1).

В общем случае в станине можно выделить три опасных сечения: поперечное сечение нижней поперечины (см. рис. 1, сечение I-I,), поперечное сечение стойки (сечение II-II), поперечное сечение верхней поперечины (сечение III - III,) и поперечное сечение в месте сопряжения стойки с верхней поперечиной (сечение IY-IY на рис. 1,б и в). Типичная форма указанных сечений представлена на рис. 2.

Рис. 1. Расчетная схема станины закрытого типа

Рис. 2. Форма характерных сечений стоек и поперечин станин

Для каждого опасного сечения, в зависимости от его формы (см. рис. 2), выполняют расчет площади поперечного сечения, координаты центра тяжести, момента инерции и момента сопротивления изгибу.

Опасное сечение I-I может быть сплошным прямоугольным (см. рис. 2,а) или с вырезами под нажимную гайку (см. рис. 2,б)

Для сплошного поперечного сечения нижней поперечины указанные параметры рассчитывают по формулам:

площадь сечения

,  (1)

момент инерции

  (2)

координата центра тяжести

,  (3)

момент сопротивления изгибу

.  (4)

Для сечения с вырезами под нажимную гайку и винт (см. рис.2,б) расчет ведут по формулам

площадь сечения

,  (5)

статический момент относительно оси х-х, проходящей через верхнее основание сечения

  (6)

координата центра тяжести

,  (7)

момент инерции сечения относительно нейтральной оси, проходящей через центр тяжести

  (8)

момент сопротивления изгибу

  (9)

Опасное сечение II-II (см. рис. 2).

,  (10)

  (11)

.  (12)

Опасное сечение III-III (см. рис. 2):

  (13) 

  (14)

  (15)

  (16) 

  (17)

Опасное сечение IY-IY (см. рис. 2):

  (18)

  (19)

,  (20)

.  (21)

Рис. 3 . Эпюры изгибающих моментов в станинах закрытого типа

Под действием силы в углах жесткой рамы возникают статически неопределимые изгибающие моменты , направленные как показано на рис. 3. Эти моменты изгибают стойки станины внутрь ее, окна, а поперечины - по направлению действия силы .

Статически неопределимый момент рассчитывают в зависимости от формы поперечины станины по формулам:

- для прямоугольной поперечины (см. рис. 3,а)

  (22)

- для поперечины с закругленными углами (см. рис. 3,б)

  (23)

- для станины с полукруглой поперечиной (см. рис. 3,в)

  (24)

где - длина поперечины по нейтральной линии; - длина стоек по нейтральной линии; r - радиус закругления углов станины по нейтральной линии. Параметры и определяют по формулам (см. рис.1-3):

для прямоугольной станины

    (25)

для станины с закругленными углами

    (26)

для станины с полукруглой поперечиной

    (27)

Под действием статически неопределимого момента и силы в поперечинах возникают напряжения изгиба, а в стойках - напряжения изгиба и растяжения.

Эти напряжения в опасных сечениях станины любой формы рассчитывают по формулам:

в нижней поперечине

  (28)

в стойках

  (29)

в верхней поперечине

  (30)

Для каждого опасного сечения проверяют выполнение условия прочности в виде (1.2). Допустимый коэффициент запаса прочности для станины принимают равным 10.

Станины открытого типа

Методика расчета станин открытого типа зависит от способа крепления крышки, которое может быть болтовым (рис. 4,а) или клиновым (рис. 4,б). Указанные способы определяют схему нагружения стоек станины: при болтовом креплении сила , действующая на крышку, передается на стойки по их нейтральной оси (поскольку оси болтов совпадают с осью стоек), а при клиновом креплении усилие на каждую стойку действует эксцентрично нейтральной оси.

Рис. 4 Конструкции станин открытого типа и схемы их нагружения

Кроме того, имеются особенности расчета станин, связанные с типом рабочих клетей (дуо или трио), а также способом крепления среднего валка в клетях трио.

Практическая работа № 5

Тема: «Расчет станин прокатного стана на прочность и жесткость»

Цель: научиться рассчитывать станины прокатного стана закрытого типа на прочность и жесткость.

Задание 1:

Рассчитать на прочность станину закрытого типа рабочей  клети стана 2000 холодной прокатки. Форма и размеры опасных сечений станины показаны на рис.1 (приложение 1).

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

Станина изготовлена из литой стали марки –

Усилие прокатки на поперечины станины действует сила - МН.

Порядок выполнения работы:

1. Определим для каждого опасного сечения его площадь, координату цента тяжести, момент инерции и момент сопротивления изгибу по формулам

Опасное сечение I-I

- площадь сечения

, 

- момент инерции

 

- координата центра тяжести

, 

- момент сопротивления изгибу

. 

Опасное сечение I I - I I

- площадь сечения

, 

- момент инерции

 

- координата центра тяжести

, 

- момент сопротивления изгибу

. 

Опасное сечение I I I - I I I

- площадь сечения

 

 

- координата центра тяжести

 

- момент инерции

 

- момент сопротивления изгибу

 

Опасное сечение IY-IY

- площадь сечения

 

- момент инерции

 

- координата центра тяжести

, 

  - момент сопротивления изгибу

 

2. Определяем длины нейтральных линий для станины с закругленными углами

-поперечин

-стойки

3. Находим статически неопределимый момент

  для поперечины с закругленными углами

  МН∙м

4. Определяем напряжение в элементах станины 

- в нижней поперечине

 

- в стойках

 

- в верхней поперечине

 

5. Определяем коэффициенты запаса прочности

- для нижней поперечины

- для стойки

- для верхней поперечины

 

Вывод:

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Варианты заданий

№ ва- риан- та	мм											МН	Марка стали
1	800	1200	850	800	1300	1800	900	900	800	1000	600	17	35Л
2	700	1100	750	700	1200	1700	800	800	700	900	500	16	25Л
3	850	1250	900	950	1350	1850	950	950	850	1050	650	17,5	25Л
4	750	1150	800	750	1250	1750	850	850	85	950	550	15,5	35Л
5	900	1300	950	900	1400	1900	1000	1000	900	1100	700	18	25Л
6	800	1200	850	800	1300	1800	900	900	800	1000	600	17	35Л
7	700	1100	750	700	1200	1700	800	800	700	900	500	16	25Л
8	850	1250	900	950	1350	1850	950	950	850	1050	650	17,5	25Л
9	750	1150	800	750	1250	1750	850	850	85	950	550	15,5	35Л
10	900	1300	950	900	1400	1900	1000	1000	900	1100	700	18	25Л
11	800	1200	850	800	1300	1800	900	900	800	1000	600	17	35Л
12	700	1100	750	700	1200	1700	800	800	700	900	500	16	25Л
13	850	1250	900	950	1350	1850	950	950	850	1050	650	17,5	25Л
14	750	1150	800	750	1250	1750	850	850	85	950	550	15,5	35Л
15	900	1300	950	900	1400	1900	1000	1000	900	1100	700	18	25Л
16	800	1200	850	800	1300	1800	900	900	800	1000	600	17	35Л
17	700	1100	750	700	1200	1700	800	800	700	900	500	16	25Л
18	850	1250	900	950	1350	1850	950	950	850	1050	650	17,5	25Л
19	750	1150	800	750	1250	1750	850	850	85	950	550	15,5	35Л
20	900	1300	950	900	1400	1900	1000	1000	900	1100	700	18	25Л
21	800	1200	850	800	1300	1800	900	900	800	1000	600	17	35Л
22	700	1100	750	700	1200	1700	800	800	700	900	500	16	25Л
23	850	1250	900	950	1350	1850	950	950	850	1050	650	17,5	25Л
24	750	1150	800	750	1250	1750	850	850	85	950	550	15,5	35Л
25	900	1300	950	900	1400	1900	1000	1000	900	1100	700	18	25Л

Приложение 2

Рис. 1 К расчету на прочность станины закрытого типа