Складений прокатний валок

Складений прокатний валок, що містить бандаж із циліндричною посадковою поверхнею, який охоплює гільзу із зовнішніми циліндричним і криволінійними посадковими поверхнями, з'єднану з бандажем посадкою з натягом ∆1=0,0009d на циліндричній ділянці й зменшенням величини натягу на криволінійних ділянках і із внутрішньою циліндричною поверхнею, яка з'єднана з віссю зі змінним натягом: ∆2=0,0012d на серединній циліндричній посадковій ділянці, а поблизу торця гільзи величина натягу дорівнює 0,0015d, де d - посадковий діа U 1 3 32959 σR=35,6МПа, еквівалентні σэ=190МПа. - поблизу торців бандажа: σт=107МПа; σR=24,5МПа; σэ=130МПа. У місці переходу від циліндричної ділянки посадкової поверхні до криволінійної: σт=147,5МПа; σR=42МПа; σэ=189,5МПа. Контактні напруги по довжині посадкової поверхні - 33Мпа, що забезпечує передачу посадкою крутного моменту Мкр=3550тм. При цьому коефіцієнт запасу по границі текучості σt для бандажа становить: s tб 550 nt = = = 2,9 s экв.макс 190 де σtб =550МПа - границя текучості матеріалу бандажа; σэквив.макс=190МПа На торцях бандажа запас по границі текучості σtб ще вище: 550 n tT = = 4,23 130 Високі запаси по границі текучості забезпечують при експлуатації надійну роботу бандажа при технологічних переточуваннях його зовнішнього діаметра. Однак у те хнічному рішенні за прототипом залишається недолік властивий складеним валкам, а саме фретинг - корозія поблизу торців бандажа, що обумовлено високим значенням дотичних напружень, спрямованих уздовж вісі валка t2, які перевищують сили тертя - (f·q н). Умова суцільності з'єднання бандажа й гільзи поблизу торців бандажа f·qн>t2mах, де f=0,17 - прийнятий коефіцієнт тертя з умов зборки й чистоти механічної обробки контактуючих поверхонь. Умова рівності f·qн=t2X визначає границю відносного зсуву, де (f·qн) й t2x рівні по абсолютній величині, але протилежні за знаком. Дотичні напруження на посадковій поверхні бандажа й гільзи t2 уздовж твірної, відповідають за їх відносний циклічний зсув й залишковий прогин, та рівні 2 P 2 é ær ö ù ê1 - ç ÷ ú, кг / мм2 2 r 3p ê è R ø ú ë û де Р=8 х 106(кг×с) - сила прокатки (наприклад для стану 3000); r=d/2=1660/2=830мм; R=D/2=2100/2=1050мм. Одержуємо t2max=9,25МПа. По відомій формулі Лямэ тиск від натягу на контактній поверхні t 2max = e xE é æ r ö ù ê1- ç ÷ ú, кг / мм2 2r ê è R ø ú ë û По приведеній формулі на напівдовжині контактної поверхні валка напруги від середини до торця бандажа дорівнюють: 36,4МПа по довжині циліндричної частини посадкової поверхні, потім знижуються монотонно до 24,8МПа на торцях бандажа. При цьому поздовжні дотичні напруження уздовж осі валка t2х перевищують (f·qн), що свідчить про наявність зсуву торця бандажа щодо гільзи. 2 qн = 4 Згідно епюрі розподілу поздовжні дотичні напруження t2х зменшуються в міру віддалення від торця бандажа до 0 у точці симетрії посадкової поверхні, де t2Х міняють знак і прямолінійно збільшуються по абсолютній величині на протилежному торці бандажа. Виходячи із цього, можна визначити значення t2х у будь-якій точці посадкової поверхні: t t 2x = 2 max Lx , де L L - напівдовжина посадкової поверхні; Lx - відстань від середини бандажа до необхідної точки. У розрахунковому прикладі Lx=1040мм, a L=1490мм. Таким чином, за прототипом коефіцієнт надійності посадкової поверхні по зсуву Кс=L x/L не перевищує 0,65. При цьому на ділянках, що примикають до торців бандажів, довжиною Lт=L-Lх=14901040=450мм відбувається циклічний відносний зсув бандажа й гільзи, що є основою фретингкорозії й пов'язаних з нею недоліків, які погіршують показники надійності роботи складених валків. В основу корисної моделі поставлене завдання збільшення довговічності й надійності складених валків, до складу яких входить бандаж , вісь і гільза. Це завдання вирішується за рахунок технічного результату, що складається в збільшенні довжини циліндричних ділянок з'єднаних з натягом й оптимізації сил зчеплення між елементами, які з'єднуються натягом, вирівнюванні тисків на посадкових поверхнях. Для досягнення вищевказаного результату складений прокатний валок, що містить бандаж із циліндричною посадковою поверхнею, який охоплює гільзу із зовнішніми циліндричним і криволінійними посадковими поверхнями, з'єднану з бандажем посадкою з натягом ∆1=0,0009d на циліндричній ділянці й зменшенням величини натягу на криволінійних ділянках і із внутрішньою циліндричною поверхнею, яка з'єднана з віссю зі змінним натягом: ∆2=0,0012d на серединній циліндричній посадковій ділянці, а поблизу торця гільзи величина натягу дорівнює 0,0015d, де d - посадковий діаметр бандажа, відповідно до корисної моделі, довжини циліндричних посадкових ділянок у з'єднанні бандаж-гільза мають довжину не менш 0,7L, а в з'єднанні гільза-вісь - не менш 0,5L, де L довжина бандажа, при цьому посадкові поверхні гільзи виконані таким чином, що інтенсивність зміни натягу на криволінійних ділянках у з'єднанні бандаж-гільза становить 0,006∆1 на ділянці поблизу зовнішньої циліндричної ділянки гільзи та 0,18∆1 на ділянці поблизу торця гільзи, а інтенсивність зміни натягу на криволінійних ділянках у з'єднанні гільза-вісь становить 0,01∆2 на ділянках поблизу внутрішньої циліндричної поверхні гільзи та 0,25∆2 - на ділянках поблизу торця гільзи, при цьому припустиме відхилення тисків на зазначених криволінійних ділянках гільзи й бандажа поблизу циліндричних ділянок не повинне відрізнятися від тиску на циліндричних ділянках (qб ) на величину, що перевищує 0,2qб , а припустиме відхилення тисків на криволінійних ділянках гільзи й осі поблизу тор 5 32959 ця гільзи не повинне відрізнятися від тиску (qг) на величину, яка перевищує 2qг. У результаті порівняльного аналізу пропонованого складеного валка із прототипом установлено, що вони мають наступні загальні ознаки: - бандаж із циліндричною посадковою поверхнею; - гільзу із зовнішніми циліндричним і криволінійними посадковими поверхнями, з'єднану з бандажем посадкою з натягом D1=0,0009d на циліндричній ділянці й зменшенням величини натягу на криволінійних ділянках; - гільзу із внутрішньою циліндричною поверхнею з'єднаної з віссю зі змінним натягом D2=0,0012d на серединній циліндричній посадковій ділянці, а поблизу торця гільзи величина натягу 0,0015 d, де d - посадковий діаметр бандажа, а також відмінні ознаки: - довжини циліндричних посадкових ділянок у з'єднанні бандаж-гільза мають довжину не менш 0,7L, де L - довжина бандажа; - довжини циліндричних посадкових ділянок у з'єднанні гільзу-вісь мають довжина не менш 0,5L, де L - довжина бандажа; - змінна інтенсивність натягу на криволінійних ділянках у з'єднанні бандаж-гільза становить 0,006∆1 на ділянці поблизу зовнішньої циліндричної ділянки гільзи та 0,18∆1 на ділянці поблизу торця гільзи; - змінна інтенсивність натягу на криволінійних ділянках у з'єднанні гільза-вісь становить 0,01∆2 на ділянках поблизу вн утрішньої циліндричної поверхні гільзи та 0,25∆2 - на ділянках поблизу торця гільзи; - припустиме відхилення тисків на зазначених криволінійних ділянках гільзи й бандажа поблизу циліндричних ділянок не повинне відрізнятися від тиску на циліндричних ділянках (qб ) на величину, що перевищує 0,2 qб ; - припустиме відхилення тисків на криволінійних ділянках гільзи та вісі поблизу торця гільзи не повинне відрізнятися від тиску (qг) на величину перевищуючу 2qг. Таким чином, запропонований складений прокатний валок має нове конструктивне виконання вузлів і деталей, нові зв'язки вузлів і деталей, а також нове розміщення їх відносно один одного. Між відмінними ознаками й технічним результатом, який досягається, існує причиннонаслідковий зв'язок. Завдяки тому, що довжини циліндричних посадкових ділянок у з'єднанні бандаж-гільза мають довжину не менш 0,7L, а в з'єднанні гільза-вісь - не менш 0,5L, де L - довжина бандажа, стало можливим підвищити коефіцієнт надійності посадкової поверхні по зсуву Кс між бандажем і гільзою до величини 0,8L, а довжини ділянок фретинг-корозії по торцях бандажа зменшені до 0,2L. При цьому сумарні тиски ∑q у з'єднанні гільза-вісь на центральній ділянці довжиною 0,8L збільшуються до величини ∑q=qб +qг, що забезпечує на посадковій поверхні гільза-вісь коефіцієнт надійності посадкової поверхні по зсуву Кс близький до 1. Завдяки тому, що посадкові поверхні гільзи виконані таким чином, що змінна інтенсивність 6 натягу на криволінійних ділянках у з'єднанні бандаж-гільза становить 0,006∆1 на ділянці поблизу зовнішньої циліндричної ділянки гільзи та 0,18∆1 на ділянці поблизу торця гільзи, і при цьому припустиме відхилення тисків на зазначених криволінійних ділянках гільзи й бандажа поблизу циліндричних ділянок не повинне відрізнятися від тиску на циліндричних ділянках (qб ) на величину, що перевищує 0,2qб , стало можливим зменшити пікові напруги від натягу на посадковій поверхні бандажгільза на ділянці переходу від циліндричної поверхні до криволінійного, а також обмежити величину тисків поблизу торця бандажа й виключити його руйнування. Завдяки тому, що посадкові поверхні гільзи виконані таким чином, що змінна інтенсивність натягу на криволінійних ділянках у з'єднанні гільзавісь становить 0,01∆2 на ділянках поблизу внутрішньої циліндричної поверхні гільзи й 0,25∆2 - на ділянках поблизу торця гільзи, і при цьому припустиме відхилення тисків на криволінійних ділянках гільзи й вісі поблизу торця гільзи не повинне відрізнятися від тиску (qг) на величину перевищуючу 2qг, стало можливим зменшити пікові напруги від натягу на посадковій поверхні гільза-вісь на ділянці переходу від циліндричної поверхні до криволінійного, а також обмежити величину тисків (контактних напруг) поблизу торця гільзи й виключити її руйнування від дії еквівалентних напруг від натягу й технологічних навантажень. Виключення з вищевказаної сукупності відмінних ознак хоча б одного не забезпечує досягнення технічного результату. Технічне рішення, що заявляється, невідомо з рівня техніки й тому воно є новим. Рішення, що заявляється, промислово застосовано, тому що його технологічне й технічне виконання не представляє труднощів. По цьому технічному рішенню виконаний робочий проект складеного опорного валка для ТЛС 3000. Таким чином, технічному рішенню, що заявляється може бути представлена правова охорона, тому що воно є новим і промислово застосовано, тобто відповідає критеріям корисної моделі. Корисна модель пояснюється кресленнями, на яких зображені: Фіг.1 - складений валок, загальний вид; Фіг.2 - профілі й натяги посадкових поверхонь: бандаж-гільза (1) і гільза-вісь (2); Фіг.3 - епюри розподілу тисків по довжині контактних поверхонь бандаж-гільза (1) і гільза-вісь (2); Фіг.4 - епюри розподілу тангенціальних напруг у бандажі, гільзі та згинальних напруг по довжині бочки валка; Фіг.5 - епюри розподілу поздовжніх тангенціальних сил і сил тертя по посадковій поверхні бандаж-гільза; Фіг.6 - епюри розподілу поздовжніх тангенціальних сил і сил тертя по посадковій поверхні гільза - вісь. Складений валок (Фіг.1) містить бандаж 1 із циліндричною посадковою поверхнею, охоплюваної їм гільзу 2 із криволінійною посадковою поверхнею. Гільза 2 з'єднана з бандажем з натягом 7 32959 0,0009d на циліндричній ділянці довжиною не менш 0,7L і натягом меншої величини на криволінійних ділянках (Фіг.2). Гільза 2 внутрішньою циліндричною посадковою поверхнею з'єднана з віссю 3 по циліндричній частині довжиною 0,5L посадкової поверхні вісі з натягом 0,0012d, а із криволінійною частиною зі збільшенням натягу до 0,0015d по торці гільзи 2. При цьому інтенсивність натягу змінюється. Розподіл натягу в з'єднанні бандаж-гільза показана на Фіг.2 крива 1. На циліндричній ділянці зовнішньої поверхні гільзи радіальний натяг дорівнює ∆/2=0,0009d/2 на ділянці довжиною від 0,5L до 0,9L. Далі натяг починає знижуватися. На ділянці початку зниження поблизу циліндричної ділянки гільзи інтенсивність зниження становить величину 0,006∆. Так, у випадку валка стану 3000 перша фіксована точка на ділянці зниження має натяг 1,49мм, тоді як на циліндричній ділянці - 1,5мм, різниця натягів становить величину 0,01мм на фіксованій довжині або інтенсивність зниження становить 0,006∆. Передостання точка на кривій 1 (Фіг.2) має різницю натягів 0,1мм, а остання точка по торці гільзи - 0,2мм на фіксованій довжині між точками або інтенсивність зниження натягу відповідної дорівнює 0,07∆ і 0,13∆. Допустима інтенсивність зниження натягу по наших дослідженнях дорівнює 0,18∆. Розподіл натягу на посадковій поверхні гільза вісь показана на Фіг.2 (крива 2). Циліндрична ділянка з величиною натягу 0,0012d/2 вісі становить 0,5L (від 0,5L до 0,75L). По наших дослідженнях на ділянці початку підвищення натягу поблизу циліндричної ділянки вісі інтенсивність підвищення становить величину 0,01∆. У випадку валка стану 3000 перша точка на криволінійній ділянці має натяг 2,06мм, тоді як на циліндричній ділянці вісі 2,0мм, що становить величину абсолютного підвищення натягу 0,06мм або інтенсивність підвищення натягу - 0,03∆. Передостання точка кривій 2 (Фіг.2) має абсолютне підвищення 0,45мм, остання точка на торці гільзи 0,5мм, при фіксованій довжині між точками, при цьому інтенсивність підвищення натягу відповідно дорівнює 0,225∆ і 0,25∆, що відповідає граничним значенням по наших дослідженнях. На Фіг.3 показані криві зміни тиску на посадкових поверхнях бандаж-гільза (1) і гільза-вісь (2). На криволінійних ділянках має місце, як при зниженні натягу, так і при збільшенні натягу, підвищення тисків у порівнянні із циліндричними поверхнями охоплюваних деталей: гільзи й вісі. Так, у випадку валка стану 3000 тиск на циліндричній посадковій поверхні бандажа (крива 1) qб слабко змінюється, але на перехідних ділянках залежно від інтенсивності росту натягу підвищення тисків може бути значним у порівнянні з qб . Виконання рекомендації по величині інтенсивності зміни натягу дозволяє обмежити величину росту тисків не більш, ніж 0,2qб . При цьому з'єднання бандажа й гільзи є визначальним у порівнянні з'єднання гільза-вісь (крива 2). На кривій 2 на перехідній ділянці перевищення тисків менше ніж на кривій 1, але на торці гільзи ріст контактних тисків у зв'язку з підвищенням натягу й крайовим ефектом посадок з 8 натягом значний. Виконання рекомендацій згідно формули пропонованого технічного рішення дозволяє удержати величину тисків на торці гільзи в межах (qг+2qг) (крива 2 на Фіг.3). В з'єднанні бандаж-гільза тиск на торці (крива 1 Фіг.3) нижче тисків на циліндричних ділянках. Таким чином, визначальним фактором є величина тисків на торці гільзи (qг+2qг) (крива 2 на Фіг.3). На Фіг.4 показаний розподіл тангенціальних (розривних) і нормальних напруг на напівдовжині посадкової поверхні в бандажі (крива 1), у гільзі (крива 2) і розподіл згинальних напруг (крива 3). На напівдовжині посадкової поверхні (0,5...0,9L) зсув бандажа щодо гільзи відсутній, на ділянці (0,9...1L) має місце фретинг-корозія, а силовий контакт між бандажем і гільзою відсутній. З розподілу зазначених напруг видно, що більш небезпечна ділянка для складеного валка, є ділянка фретинг-корозії, де сумарні нормальні напруги досягають із урахуванням напруг від натягу й згинальних напруг від технологічного навантаження на торці гільзи: 317-320МПа, у перерізі на границі ділянки фретинг-корозії досягають 315317МПа. На ділянках за межами фретинг-корозії напруги в складеному валку визначається згинальними напругами, які зростають від 5МПа до 10МПа на середині бандажа та розривними напругами у бандажі від посадки з натягом рівним 151Мпа. Таким чином, у найнебезпечнішому перерізі по середині бандажа сумарні нормальні напруги не перевищують 162МПа, що забезпечує необхідну надійність, довговічність складеного опорного валка. За межами ділянки фретингкорозії, розривні напруги в гільзі не мають істотного значення, тому що бандаж охоплює гільзу й знижує величину розривних напруг у гільзі. На Фіг.5 на посадковій поверхні бандаж і гільзи показані епюри поздовжніх тангенціальних напруг відповідальних за зсувні процеси по посадковій поверхні й сил тертя (крива 2), рівних (fq0). Визначено границю ділянок фретинг-корозії (заштрихована). На границі фретинг-корозії при 0,9L поздовжні тангенціальні напруги (крива 1) рівні по абсолютній величині силам тертя (крива 2) але протилежні за знаком. На Фіг.6 на посадковій поверхні гільзи й вісі показані епюри поздовжніх дотичних напружень t2м (крива 1) і сил тертя (крива 2) рівних (fqг). Видно, що по довжині посадкової поверхні гільза-вісь сили тертя перевищують по абсолютній величині поздовжні дотичні напруження, що свідчить про відсутність зрушення гільзи щодо вісі. Вісь і гільза працюють як одна ціла деталь, що забезпечує підвищення надійності й працездатності складеного валка. З усього вище викладеного видно, що запропоноване рішення складеного прокатного валка відповідно до формули корисної моделі збільшує довжини циліндричних ділянок з'єднаних з натягом й оптимізує сили зчеплення між елементами валка, вирівнюванням тисків на посадкових поверхнях, що в цілому веде до збільшення довговічності й надійності складених валків. 9 32959 10 11 Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 32959 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601