Облицювальні планки станин й подушок прокатної кліті

Реферат: Облицювальні планки станин і подушок прокатної кліті, кожна з яких складається з м'якого шару hм із твердістю поверхні примикання рівною 0,8-0,95 твердості базової поверхні станини або подушки, твердого шару hт із твердістю поверхні тертя, перевищуючою в 2,75…4,5 рази твердість базової поверхні станини або подушки й проміжного шару hп. Співвідношення твердості поверхонь тертя подушок становить 80-90 % твердості поверхонь тертя облицювальних планок станин. Товщина проміжного шару hп визначається по величині оптимальних контурних тисків. Товщина м'якого шару hм визначається по величині оптимальних контурних тисків. Товщина твердого шару hт визначається по величині оптимальних контурних тисків. Загальна товщина планки h визначається по залежності: h=hп+hм+hт, де рсм=0,03 НВм (МПа) оптимальні контурні тиски м'якого шару; рст=0,03 НВт (МПа) оптимальні контурні тиски твердого шару. UA 105137 U (54) ОБЛИЦЮВАЛЬНІ ПЛАНКИ СТАНИН Й ПОДУШОК ПРОКАТНОЇ КЛІТІ UA 105137 U UA 105137 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Запропонована корисна модель належить до прокатного виробництва і може використовується як лицювальні планки внутрішніх опорних поверхонь станин прокатних клітей і взаємодіючих з ними опорних поверхонь подушок прокатних валків. Відома облицювальна планка прокатної кліті (Патент Російської Федерації № 2263580). Недоліком аналога є невідповідність твердості поверхонь носійного шару планки й відповідних опорних поверхонь станини й базових поверхонь подушки, на яких закріплені планки, а також твердості поверхонь носійного й плакувального шарів планки, а також твердостей основного й плакувального шарів планки. Найбільш близьким аналогом є облицювальні планки прокатної кліті (патент України № 98380), кожна з яких складається з основного носійного шару, виконаного з маловуглеродистої сталі із твердістю поверхні примикання рівної 0,80…0,95 твердості базових поверхонь примикання станини або подушок, плакувального шару розташованого з боку поверхні тертя й виконаного з високовуглеродистої зносостійкої сталі й загартованого до твердості, що перевищує твердість поверхні основного носійного шару планок в 2,75…4,50 рази, й контактуючими між собою поверхнями тертя. При цьому твердість поверхонь тертя облицювальних планок подушок становить 80 %…90 % твердості поверхонь тертя облицювальних планок станин, а товщина плакувального шару усіх планок рівна 6…15 мм і визначається з умови забезпечення носійної здатності основного носійного шару планок. Недоліком найближчого аналога є в першу чергу те, що вихідні товщини шарів планок не визначені з умови напружено-деформованого стану, також не визначені контурні тиски на поверхнях примикання, що приводить у випадку завищення товщин шарів і загальної товщини облицювальної планки до додаткових витрат і збільшення собівартості, а у випадку недостатніх товщин - до зношування м'якого й твердого шарів, що веде до зношування контактуючих поверхонь базових деталей і скорочення строків використання й довговічності. В основу корисної моделі поставлена задача, що полягає у підвищенні довговічності й зменшенні собівартості багатошарових облицювальних планок станин і подушок. Задача вирішується за рахунок технічного результату, який полягає в мінімізації контурних тисків на поверхнях примикання станин і подушок у місцях установки планок, мінімізує товщини шарів багатошарових планок і їх собівартість, що забезпечить підвищення термінів служби та надійності подушок валків і їх підшипників. Для досягнення вищевказаного результату облицювальні планки станин і подушок прокатної кліті, кожна з яких складається з м'якого шару hм із твердістю поверхні примикання рівної 0,80,95 твердості базової поверхні станини або подушки, твердого шару hт із твердістю поверхні тертя перевищуючої в 2,75…4,5 рази твердість базової поверхні станини або подушки й проміжного шару hп, а співвідношення твердості поверхонь тертя подушок становить 80 %-90 % твердості поверхонь тертя облицювальних планок станин, згідно з корисною моделлю, товщина проміжного шару hп визначається по величині оптимальних контурних тисків по залежності: hп0,65 (рсм+рст), а товщина м'якого шару hм визначається по величині оптимальних контурних тисків по залежності: hм=0,46 pсм, крім цього товщина твердого шару hт визначається по величині оптимальних контурних тисків по залежності: hт=0,46 pст, при цьому загальна товщина планки h по залежності: h=hп+hм+hт, де рсм=0,03 НВм (МПа) оптимальні контурні тиски м'якого шару; рст=0,03 НВт (МПа) оптимальні контурні тиски твердого шару. У результаті порівняльного аналізу облицювальних планок з найближчим аналогом можна зробити висновок, що вони мають наступні загальні ознаки: - кожна з облицювальних планок складається з м'якого шару hм із твердістю поверхні примикання рівної 0,8-0,95 твердості базової поверхні станини або подушки; - твердого шару hт із твердістю поверхні тертя перевищуючої в 2,75…4,5 рази твердість базової поверхні станини або подушки; - проміжного шару hп; - співвідношення твердості поверхонь тертя подушок становить 80 %-90 % твердості поверхонь тертя облицювальних планок станин, а також відмітні ознаки: - товщина проміжного шару hп визначається по величині оптимальних контурних тисків по залежності: hп0,65 (рсм+рст), - товщина м'якого шару hм визначається по величині оптимальних контурних тисків по залежності: hм=0,46 pсм, 1 UA 105137 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - товщина твердого шару hт визначається по величині оптимальних контурних тисків по залежності: hт=0,46 pст, - загальна товщина планки h по залежності: h=hп+hм+hт; де рсм=0,03 НВм (МПа) оптимальні контурні тиски м'якого шару; рст=0,03 НВт (МПа) оптимальні контурні тиски твердого шару. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляються, та технічним результатом полягає у такому. Завдяки тому, що товщина проміжного шару hп визначається по величині оптимальних контурних тисків по залежності: hп0,65 (рсм+рст), а товщина м'якого шару hм визначається по величині оптимальних контурних тисків по залежності: hм=0,46 pсм, крім цього товщина твердого шару hт визначається по величині оптимальних контурних тисків по залежності: hт=0,46 pст, при цьому загальна товщина планки h по залежності: h=hп+hм+hт, стало можливим визначити глибину деформованої часті з боку м'якого шару, визначити глибину інтенсивної деформації з боку м'якого шару й товщину м'якого шару, аналогічно - з боку твердого шару визначити глибину інтенсивної деформації й товщину твердого шару. Виключення з вищевказаної сукупності відмітних ознак хоча б однієї з них не забезпечує досягнення технічного результату. Запропонована корисна модель промислово застосована, її технологічне й технічне виконання не представляє труднощів. Виконаний технічний проект для стана 3000, 1680 г.п. Корисна модель пояснюється кресленнями, на яких зображені: Фіг. 1 - схема відносного положення станини й подушки прокатної кліті при їх взаємодії через облицювальні планки. Фіг. 2 - А-А на Фіг. 1 (облицювальні планки подушки й станини прокатної кліті). Фіг. 3 - поле ліній ковзання локальної пластичної деформації навантаження облицювальних планок. Облицювальна планка подушки 1 виконана багатошаровою й складається з м'якого шару 2 (із маловуглеродистої сталі), яким планка примикає до опорної поверхні подушки 1, проміжного шару 3 й твердого шару 4, розташованого з боку поверхні тертя 5 (Фіг. 1). Облицювальна планка станини 6 (Фіг. 2) виконана також багатошаровою й складатися з м'якого шару 7, яким планка примикає до опорної поверхні станини 6, проміжного шару 8 і твердого шару 9, розташованого з боку поверхні тертя 10. Між проміжними шарами 3 і 8 планок і твердими шарами 4 і 9 планок у результаті релаксаційних процесів і силового впливу шарів утворюються відповідні перехідні шари 11 і 12. Для визначення товщини багатошарових облицювальних планок розглядалося рішення локальної пластичної деформації на контактуючій поверхні планок і розподіл деформації по їх товщині. При цьому приймалось, що дотичні напруги на стику контактуючих поверхонь τ = 0, а первісні пластичні деформації з'являються на площині, де максимальні нормальні напруги досягають границі текучості. При цьому відношення контурного тиску р с до величини твердості по Бринелю (НВ) мале. Встановлено, що в межах твердості 150…300 НВ розмір контурних тисків не перевищує величини рс = 0,03НВ (Крагельский И.В., Мухин К.М. Узлы трения машин. Справочник. - М.: "Машиностроение", 1984. - 280с). Як розрахункові моделі приймались графічні поля ліній ковзання (Фіг. 3), які відображають граничні умови у зоні деформації металу (Совершенствование процессов и оборудования обработки давления в металлургии и машиностроении. Тематический сборник научных трудов ДГМА. Краматорск, 2003. - С. 6-16). На основі графічного поля ліній ковзання з половинною шириною площини контакту чисельно рівної розміру контурних тисків (відстань 1-2) pсм = 4,5 МПа при твердості м'якого шару 145-150 НВ (Фіг. 3). Гранична глибина деформованої частини hд визначається відстанню від точки 1 до 5 (Фіг. 3) і дорівнює 6,1 мм. При цьому глибина інтенсивної деформації hi - відстань від точки 2 до точки 3 по вертикалі (Фіг. 3) становить 2,2 мм, тобто hi=hм. Аналогічно для поверхні твердого шару (твердість 300 НВ) - величина контурних тисків рст = 9 МПа. При цьому гранична глибина області деформації hд становить 12,2 мм. Інтенсивна деформація hi становить 4,3 мм. При цьому hi=hт. Якщо припустити, що в точці 5 (Фіг. 3) дві області розглянутих випадків локальних пластичних деформацій стикаються, то мінімальна товщина облицювальної планки прогнозується на рівні 6,1+12,2=18…19 мм. При цьому товщина м'якого шару планки виконують в межах 2,0…3,0 мм, а товщина твердого шару - в межах 3,0….4,5 мм. Отже, м'який шар планки із твердістю контактною поверхнею в межах 145-155 НВ задовольняє вимогам базових поверхонь примикання станин і подушок робочих клітей. 2 UA 105137 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Товщина м'якого шару 2,0…3,0 мм забезпечує розрахункову глибину проникнення інтенсивної деформації. Твердий шар облицювальної планки з вихідною твердістю 260…330 НВ забезпечує одержання термообробкою, як об'ємною, так і поверхневою підвищення твердості до 55…60 HRC. Товщина твердого шару 3…4, 5 мм. При мінімальній товщині облицювальної планки h=18…19 мм відносна величина твердого й м'якого шару становлять: hт/h=4,3/180,23h, hм/h=2,2/180,14h. Між твердим і м'яким шарами знаходиться проміжний шар з відносною товщиною hп=h(0,23+0,14)h=0,63h. При цьому зі збільшенням товщини облицювальних планок відносна товщина проміжного шару буде рости, а відносна товщина твердого й м'якого шарів зменшуватися. Так, при вихідній товщині планок h=35 мм маємо: hп = (35-(4,3+2,2))/35=28,5/350,828h, де - товщина твердого шару hт=4,3 мм, - товщина м'якого шару hм=2,2 мм. Таким чином, перевага запропонованої корисної моделі полягає в тому, що в облицювальних планках закладається проміжний шар, матеріал якого - средньовуглецева сталь, відносна товщина якого при мінімальній товщині планки h=18…19 мм становить 0,63h, а при збільшенні загальної товщини планки h збільшується до 0,82h і більш. Це позитивно позначається на працездатності облицювальної планки. При цьому модуль пружності шарів Eі змінюється від Еmах до Еmin. Згідно з положенням про спільну деформацію шарів, які сполучаються, багатошарових облицювальних планок (Биргер М.А. Розрахунки на міцність, 1961 г., № 7, с. 76-109), отриманий т твердий шар з напругою текучості σ02 =390 МПа та проміжний шар з напругою текучості рівним п σ02 =290 МПа деформуються спільно на одну й ту саму величину εт = εп. При модулі пружності твердого шару Ет = 210 000 МПа відносна деформація твердого шару рівна εт = 390/210000  0,00174. п Тоді модуль пружності проміжного шару рівний Е п = σ02 /εт. Еп = 290/0,00174166666,7 МПа. Оскільки проміжний шар взаємодіє з м'яким шаром, то деформація м'якого шару так само рівна εм = εп = εт = 0,00174. м м Тоді модуль пружності м'якого шару буде рівний Ем = σ02 /εт і складе при σ02 =170 МПа: Ем = 170/0,0017497701,12 МПа. Відносини модулів пружності проміжного (Еп) і м'якого (Ем) шарів до модуля пружності твердого шару (Ет) становлять: Еп/Ет=166666,7/2100000,794, Ем/Ет=97701,1/2100000,465. Значення величини модуля пружності Еi буде необхідним для розрахунків на міцність за допомогою програмного модуля Космос. Що дозволяє визначити контактні напруги р і від дії технологічних навантажень Р (Фіг. 2). Величина контактних напруг р і знаходиться в лінійній залежності від величини модуля пружності Eі і площі контакту. При таких співвідношеннях модулів пружності між твердим шаром і проміжним може п з'явитися перехідний шар. При прямолінійній зміні напруг між проміжним шаром (σ02 ) і твердим т шаром (σ02 ) запишемо рівняння: п п т т σ02 (hп+hм)-0,5(σ02 +σ02 )Хп=σ02 hт При hп=0,63h і hт=0,23h вище приведене рівняння після ряду перетворень перетворюється в рівність: 630Хп=154h, Хп=0,244h, де Хп - величина (товщина) перехідного шару між твердим шаром й проміжним. Зі збільшенням товщини проміжного шару, наприклад, до hп=0,88h і з урахуванням товщини м'якого шару hм=0,076h розрахункове значення товщини проміжного шару зростає до 0,95h. Також збільшиться й товщина перехідного шару Х п до 0,25h, що при hпл=35 мм маємо товщину перехідного шару Хп=8,85 мм. пх При середній напрузі в перехідному шарі σ02 =340 МПа модуль пружності шару досягне величини пх Ем=σ02 /εт=340/0,00174196402 МПа. 3 UA 105137 U 5 Таким чином, виконання облицювальних планок, згідно із запропонованою корисною моделлю, дозволить підвищити довговічність і зменшити собівартість виготовлення багатошарових облицювальних планок станин і подушок за рахунок мінімізації контурних і контактних тисків на поверхнях примикання станин і подушок у місцях установки планок, що в цілому забезпечить підвищення надійності й довговічності подушок валків і їх підшипників. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 Облицювальні планки станин і подушок прокатної кліті, кожна з яких складається з м'якого шару hм із твердістю поверхні примикання рівною 0,8-0,95 твердості базової поверхні станини або подушки, твердого шару hт із твердістю поверхні тертя, перевищуючою в 2,75…4,5 рази твердість базової поверхні станини або подушки й проміжного шару hп, а співвідношення твердості поверхонь тертя подушок становить 80-90 % твердості поверхонь тертя облицювальних планок станин, які відрізняються тим, що товщина проміжного шару hп визначається по величині оптимальних контурних тисків по залежності: hп0,65 (рсм+рст), а товщина м'якого шару hм визначається по величині оптимальних контурних тисків по залежності: hм=0,46 pсм, крім цього товщина твердого шару hт визначається по величині оптимальних контурних тисків по залежності: hт=0,46 pст, при цьому загальна товщина планки h по залежності: h=hп+hм+hт, де рсм=0,03 НВм (МПа) оптимальні контурні тиски м'якого шару; рст=0,03 НВт (МПа) оптимальні контурні тиски твердого шару. 4 UA 105137 U 5 UA 105137 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6