Складений валок

Винахід відноситься до прокатних валків складеної конструкції і може бути застосован у прокатних клетях станів гарячої і холодної прокатки. Відомо технічне рішення по авторському посвідченню СРСР №1508409, клас В21В27/07, у відповідність з яким прокатний валок складеної конструкції, що містить бандаж з циліндричним розточенням посадкової поверхні і ось з криволінійною формою посадкової поверхні по довжині з найбільшим прогином у центральній частині і найменшим біля торців бандажа, з'єднаним похилими ділянками. При цьому величина ділянок з максимальним і мінімальним натягом дорівнює відповідно (0,16–0,24) і (0,04-0,1) довжини посадкової поверхні. У відомому складеному валку є зони підвищеної концентрації напруг, що утворюються в крапках перетинання утворюючих циліндричних і похилих ділянок. Зменшуючи довжину циліндричних ділянок з 0,34 до 0,2 довжини посадкової поверхні, і збільшуючи тим самим довжину похилих ділянок з (0,66 до 0,8) довжини посадкових поверхонь, можна трохи знизити піки напруг на контактній поверхні бандажу і у самому бандажі, але при цьому неможливо зникнути надмірних пікових напруг. Найбільш близьким технічним рішенням є складений прокатний валок по патенту Російської Федерації RU №2020007 клас в В21В27/03, що містить бандаж з циліндричною посадковою поверхнею і вісь з криволінійною формою посадкової поверхні сполучену з бандажем з натягом у межах (0,0006 ...0,0009) діаметра посадкової поверхні бандажу з найбільшим прогином у центральній частині і найменшим біля торців бандажу, а вказані частини з'єднані похилими ділянками. Теоретичними і експериментальними дослідженнями встановлено, що діапазон натягів, запропонований у рішенні, прийнятому за прототип, забезпечує необхідну якість з'єднання вісь - бандаж у діапазоні відносин двох товщин бандажа до посадкового діаметра - відносної товщини стінок бандажа в межах 0,35,..0,45. Але характер розподілу тисків по довжині контактної поверхні і піки тангенціальних напругу бандажі є несприятливими. Піки напруг у бандажі збільшують ймовірність тендітного руйнування, як у період виготовлення, так і в процесі експлуатації опорних валків. В основу винаходу поставлена задача удосконалення складеного валку , у якому за рахунок іншої форми виконання конструктивних елементів досягається підвищення стійкості проти тендітного руйнування. Дня рішення поставленої задачі, у складеному валку, що містить бандаж з циліндричного посадковою поверхнею і вісь з криволінійною посадковою поверхнею, що складається з циліндричною і похилих ділянок, вісь і бандаж сполучені між собою з натягом (0,0006-0,0009 ) діаметра циліндричної посадкової поверхні бандажа, при цьому похилі ділянки примикають до торців бандажа. Винахід пояснюється кресленнями (див.фіг.), на яких зображені: фіг.1 - складений валок, загальний вид; фіг.2 - профілі поверхонь, що сполучаються; фіг.3 - епюри розподілу тисків по довжині контактної поверхні; фіг.4 - епюри тангенціальних напруг у бандажі уздовж контактної поверхні; фіг.5 - залежність коефіцієнта нерівномірності контактних напруг від відносної довжини криволінійних ділянок. Складений валок містить вісь 1 з криволінійною формою посадкової поверхні 2, яка утворена циліндричною ділянкою 3, сполученою з похилими ділянками 4, а також насаджений на вісь бандаж 5. Похилі ділянки примикають до торців бандажу. Сучасними методами розрахунку напруг у деталях, зібраних з натягом, наприклад методом граничних інтегральних умов (ГІУ), досліджений напружений стан на посадковій поверхні й у тілі бандажа складеного валка. Виходячи з положення, що, наприклад, для складеного валка з номінальним посадковим діаметром (d) величина натягів складає: максимальний 0,001d, мінімальний - 0,0005d, виконаний розрахунок тисків і тангенціальних напруг у бандажі з відносною товщиною верстати рівної 0,417. При відносній довжині ділянки з максимальним натягом 0,15L, відносній довжині ділянки з мінімальним натягом рівної 0,05d і відносній довжині похилих ділянок 0,8L (фіг.2 крива 1), визначені тиски на контактній поверхні (фіг.3, крива 1, піки напруг 1) і тангенціальні напруги в бандажі по довжині контактної поверхні (фіг.4, крива 1). Скорегувавши величини контактних напруга відповідно до технічного рішення по патенту №2020007, а саме зменшивши максимальний натяг до величини 0,0009d, а мінімальний натяг збільшивши до значень 0,0006d одержали розподіл натягу (фіг.2 крива 2). При цьому відносна довжина ділянок складає з максимальним натягом 0,25L, з мінімальним -0,05L, похилих – 0,7L . Розподіл тисків (фіг.3 крива 2, піки 2') більш сприятливо, чим у технічному рішенні по а.с.1508409, однак величина піків (2') залишається досить високою. Так, якщо відносна величина піків тисків (qmax/qcp) по кривої 1 фіг.3 складає 1,4, то по кривої 2 фіг.3 відношення максимальної о тиску (2'=qmax) до середнього (qcp.)складає 1,27. Аналогічно, для відносин qmin/qcp - для кривої 1: qmin/qcp=0,47, для кривої 1: qmin/qcp =0,61. Відзначаємо, що різке зменшення контактних напруг - тисків поряд з торцями опорних валків сприяє утворенню зон прослизання бандажа щодо осі, так званих, зон фретінг-корозії. Наявність фретінг-корозії сприяє зсуву бандажу щодо осі, порушуючи цілісність посадки. Чисельними рішеннями був визначений профіль посадкової поверхні, що виключає різкі перепади тисків на контактній поверхні поблизу торців бандажу. Профіль посадкової поверхні, у якому початок похилих ділянок сполучено з початком і кінцем посадкової поверхні забезпечує монотонне зниження тисків до торців бандажа без різких їхніх змін, що мають місце в технічному рішенні відповідно до найближчого аналога (патент RU 2020007). Посадка з натягом складеного валка здійснюється таким чином: бандаж встановлюється вертикально у піч і нагрівається до температури 280-300°С. При цьому внутрішній діаметр бандажу збільшується на величину, що перевищує фактичний максимальний розмір осі на 2-2,5мм. Потім вісь опускається вертикально в отвір бандажу і фіксується симетрично посадкової поверхні за допомогою технологічних опорів. Далі вісь і бандаж спільно охолоджуються. Одержаний натяг забезпечує спільну роботу осі і бандажу. При цьому, величина натягу і довжини криволінійних ділянок забезпечують рівномірний розподіл тисків і тангенціальних напруг. У заявленому рішенні уточнена криволінійна форма посадкової поверхні, а саме початок нахилу ділянок сполучено з початком і кінцем посадкової поверхні, тобто на криволінійній формі посадкової поверхні виключаються циліндричні ділянки з мінімальним натягом і перехідні ділянки, що примикають до них, поблизу торців бандажу, що забезпечує рівномірний розподіл напруг у тілі бандажа.