Ролик відвідного рольганга

Реферат: Ролик відвідного рольганга містить порожню бочку й торцеві цапфи, з'єднані зварними швами з дисками, у яких виконані вентиляційні циліндричні канали з розтрубами. Порожня бочка виконана по внутрішній поверхні з посадковими поверхнями для дисків та із центральною внутрішньою поверхнею із внутрішнім діаметром (0,75-0,79)d і довжиною (0,4-0,45)d, де d зовнішній діаметр бочки, а на інших частинах довжини бочки її внутрішній діаметр дорівнює (0,81-0,85)d. При цьому на робочій поверхні бочки на довжині L нанесений термотривкий зносотривкий сплав сумарною товщиною 0,01d, у якому верхній шар наплавлений по спіралі симетрично середині бочки з висотою виступів - 0,005d, шириною - (0,06...0,08)d і кроком - 0,1d. Товщина кожного диска дорівнює (0,21-0,24)d, а на їх посадкових поверхнях з боку зварних швів на відстані 0,05d виконані канавки, ширина яких дорівнює 0,06d, глибина - 0,01d. Торцеві цапфи виконані з посадковою поверхнею, рівною 0,4d. UA 108008 U (12) UA 108008 U UA 108008 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі металургійного машинобудування, а саме до транспортувального обладнання прокатного стану. Відомий складовий ролик для транспортування гарячого металу, що містить бандаж і вісь, які з'єднані за допомогою зварювання (Патент JP4333). Недолік відомого технічного рішення полягає в тому, що щільний контакт між елементами, що з'єднуються, має місце лише в зоні зварного шва. Іншим недоліком рішення є нерівномірність структури деталей, пов'язана з наявністю зони термічного впливу зварювання. Третій недолік у тому, що внутрішня порожнина бочки не прохолоджується. У процесі експлуатації ролика бандаж контактує з гарячим металом і розігрівається, особливо небезпечний випадок, коли гарячий метал перебуває на рольгангу в нерухливому положенні в режимі вижидання або аварійно. При цьому верхня частина бандажа розігрівається значніше й витягується відносно нижньої частини, а зварний шов випробовує знакозмінні навантаження. Найбільш близьким технічним рішенням є ролик відвідного рольганга, прийнятий за прототип (патент UA 69205), який містить порожню бочку, кінцеві цапфи й вентиляційні канали в диску. Порожня бочка з торцевими цапфами жорстко з'єднана зварювальними швами за допомогою дисків, у яких розміщені вентиляційні канали із циліндричними отворами з розтрубами в одну сторону на половину товщини дисків під кутом 10-20 ° до твірних отворів. Технічне рішення (прототип) усуває один з недоліків аналога, а саме: за рахунок вентиляційних каналів внутрішня порожнина деталі прохолоджується постійним повітряним потоком, що позитивно позначається на надійності зварних швів. У технічному рішенні за прототипом довжина контакту між деталлю, що охоплює, й диском у порівнянні з довжиною контакту між диском і кінцевими цапфами збільшена, що позитивно позначається на роботі зварного шва. Але істотний недолік залишається, а саме нерівномірність структури бочки, пов'язаний з наявністю зони термічного впливу зварювання. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення довговічності й надійності роликів відвідного рольганга прокатного стану. Поставлена задача вирішується за рахунок технічного рішення, яке досягається оптимізацією несучої здатності матеріалу роликів за рахунок зміни відносини товщини основного й наплавленого шару металу по всій довжині бочки роликів. Для досягнення вищезазначеного рішення в ролику відвідного рольганга, що містить порожню бочку й торцеві цапфи, з'єднані зварними швами з дисками, у яких виконані вентиляційні циліндричні канали з розтрубами, відповідно до корисної моделі, порожня бочка виконана по внутрішній поверхні з посадковими поверхнями для дисків та із центральною внутрішньою поверхнею із внутрішнім діаметром (0,75-0,79)d і довжиною (0,4-0,45)d, де d зовнішній діаметр бочки, а на інших частинах довжини бочки її внутрішній діаметр дорівнює (0,81-0,85)d, при цьому на робочій поверхні бочки на довжині L нанесений термотривкий зносотривкий сплав сумарною товщиною 0,01d, у якому верхній шар наплавлений по спіралі симетрично середині бочки з висотою виступів - 0,005d, шириною - (0,06-0,08)d і кроком - 0,1d, крім того, товщина кожного диска дорівнює (0,21 -0,24)d, а на їх посадкових поверхнях з боку зварних швів на відстані 0,05d виконані канавки, ширина яких дорівнює 0,06d, глибина - 0,01 d, a торцеві цапфи виконані з посадковою поверхнею, рівною 0,4d. У результаті порівняльного аналізу пропонованого рішення із прототипом встановлено, що вони мають наступні загальні ознаки: - порожня бочка; - торцеві цапфи; - диски, у яких виконані вентиляційні циліндричні канали з розтрубами, а також відмітні ознаки: - порожня бочка виконана по внутрішній поверхні з посадковими поверхнями для дисків та із центральною внутрішньою поверхнею із внутрішнім діаметром (0,75-0,79)d і довжиною (0,40,45)d, де d - зовнішній діаметр бочки, а на інших частинах довжини бочки її внутрішній діаметр дорівнює (0,81-0,85)d; - на робочій поверхні бочки на довжині L нанесений термотривкий зносотривкий сплав сумарною товщиною 0,01d, у якому верхній шар наплавлений по спіралі симетрично середині бочки з висотою виступів 0,005d, шириною (0,06-0,08)d і кроком 0,1d; - товщина кожного диска рівна (0,21-0,24)d, а на їхніх посадкових поверхнях з боку зварювального шва на відстані 0,05d виконані канавки, ширина яких рівна 0,06d, а глибина 0,01d; - торцеві цапфи виконані з посадковою поверхнею, рівною 0,4d. 1 UA 108008 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Таким чином, запропонований ролик рольганга має нове конструктивне виконання вузлів і деталей, нові зв'язки вузлів і деталей, а також нове розміщення їх відносно один одного. Між відмітними ознаками й технічним результатом, що досягається, існує причиннонаслідковий зв'язок. Завдяки тому, що порожня бочка виконана по внутрішній поверхні з посадковими поверхнями під диски та із центральною внутрішньою поверхнею із внутрішнім діаметром (0,750,79)d і довжиною (0,4-0,45)d, де d - зовнішній діаметр бочки, збільшилася товщина стінки бочки в зоні примикання торцевих цапф, збільшена відстань між зварювальним швом і робочою поверхнею бочки, що виключає вплив зварювання на структуру зони поверхні бочки. Збільшився момент опору згину, зменшилися згинальні напруги поблизу середини бочки, де момент вигину від власної ваги й навантаження максимальний. Завдяки тому, що на інших частинах довжини бочки її внутрішній діаметр рівний (0,81-0,85)d, істотно зменшується момент інерції бочки й ролика в цілому, зменшується динамічний момент (момент сил пружності) у періоди прискорення й гальмування роликів. Завдяки тому, що товщина кожного диска рівна (0,21-0,24)d, а на їхніх посадкових поверхнях з боку зварних швів на відстані 0,05d виконані канавки, ширина яких рівна 0,06d, а глибина 0,01d як з боку бочки, так і з боку торцевих цапф, утворюються по дві контактні поверхні, розділені розвантажувальною канавкою, із щільним контактом між елементами, що з'єднуються. Завдяки тому, що на робочій поверхні бочки на довжині L нанесений термотривкий зносотривкий сплав сумарною товщиною 0,01d, у якому верхній шар наплавлений по спіралі симетрично середині бочки з висотою виступів 0,005d, шириною (0,06-0,08)d і кроком 0,1d, збільшується термін служби робочої поверхні бочки й довговічність ролика, стабілізується стійкість металевою штаби, яка транспортується на відвідному рольгангу, особливо при великих швидкостях транспортування. Виключення з вищевказаної сукупності відмінних ознак хоча б однієї з них не забезпечує досягнення технічного результату. Технічне рішення, що заявляється, невідомо з рівня техніки і тому воно є новим. Корисна модель, що заявляється, промислово придатна, тому що її технологічне й технічне виконання не викликає труднощів. По цьому технічному рішенню виконаний технічний проект відвідного рольганга між групами моталок № 2 і № 3 стана 1680 г. п. заводу «Запоріжсталь». Таким чином, технічному рішенню, що заявляється, може надаватися правова охорона, тому що воно є новим і промислово придатним, тобто відповідає критеріям корисної моделі. Корисна модель пояснюється кресленнями, на яких зображено: фіг. 1 - ролик відвідного рольганга; фіг. 2 - місце А на фіг. 1; фіг. 3 - місце Б на фіг. 1. Ролик відвідного рольганга містить порожню бочку 1, торцеві цапфи 2 і 3, які з'єднані зварними швами 4 і 5 з дисками 6, у кожному диску виконані вентиляційні циліндричні канали 7 з розтрубами для організації спрямованого потоку холодного повітря від привідної цапфи 2 до не привідної цапфи 3 (фіг. 1). Канали 7 сприяють омиванню повітряним потоком внутрішньої порожнини бочки 1, її охолодженню й підвищенню надійності роботи ролика в цілому. Диски 6 виконані з товщиною, рівною (0,21-0,24)d, а на їхніх посадкових поверхнях з боку зварних швів 4, 5 на відстані 0,05d виконані канавки 8, ширина яких рівна 0,06d, а глибина 0,01d (фіг. 3). Порожня бочка 1 виконана по внутрішній поверхні з посадковими поверхнями 9 під вищезгадані диски 6 і із центральною внутрішньою поверхнею 10, у цих поверхнях внутрішні діаметри дорівнюють (0,75-0,79)d і довжиною (0,4-0,45)d, де d - зовнішній діаметр бочки. На інших частинах довжини бочки 1 її внутрішній діаметр dв рівний (0,81-0,85)d (фіг. 1). На робочій поверхні бочки 1 на довжині L нанесений термотривкий зносотривкий сплав сумарною товщиною 0,01d, у якому верхній шар 12 наплавлений по спіралі симетрично середині бочки с висотою виступів 0,005d, шириною (0,06-0,08)d і кроком 0,1d (фіг. 2). Торцеві цапфи 2, 3 виконані з посадковими поверхнями 13, рівними 0,4d, на які насаджені вищезгадані диски 6. Робота відвідного рольганга забезпечує транспортування металу перед прокаткою в робочих клітях, під час обтиснення в робочих клітях і після обтиснення при транспортуванні розкату від останньої кліті до тягнучих роликів і далі до моталок (на кресленнях не показані). На цьому етапі метал переміщається роликами рольгангів. При цьому робоча поверхня бочки 1 роликів прослизає відносно штаби. Щоб захистити поверхню роликів від зношування, її наплавляють термотривким зносотривким сплавом 11 (мартенситного класу). Ролики рольганга 2 UA 108008 U 5 10 15 працюють у режимі кутового прискорення (тобто в умовах динамічного навантаження). Тому ролики рольганга повинні мати мінімальний момент інерції . Мдин =  • , де Мдин - динамічний момент;  - момент інерції ролика;  - кутове прискорення. Мінімальний момент інерції  забезпечується визначенням мінімально-можливою товщиною стінки бочки. Практикою роботи відвідних рольгангів установлено, що термотривкий зносотривкий сплав (мартенситного класу) забезпечує тривалу роботу роликів (кілька міжремонтних строків) при товщині в межах 2,5-3,5 мм. Приймаємо для розрахунків товщину наплавленого шару 3 мм. Практикою проектування встановлено, що робоча поверхня бочки 1 ролика має діаметр d=300мм. Як теоретичну модель беремо гіпотезу Биргера про спільне деформування контактуючих шарів жорстко взаємозалежних металів [Биргер И.А. 1. Расчеты на прочность, 1961. - №7. - С. 76-109, 2. Остаточные напряжения. - М, Машгиз, 1963 г. - 232 с.]. Наплавлений метал має механічні властивості: сплав мартенситного класу після загартування й відпускання, твердість шару 40-45 HRC. Модуль пружності Е=210930 МПа. // Границя текучості  02  750 МПа. Коефіцієнт зони пружності 0,9. / Основний метал сталь середньовуглеродиста із границею текучості  02  200...250 МПа, / приймаємо до розрахунків  02  225 МПа. Основна рівність: / //  02  F0   02  0,9  Fн , (1) 20 де /  02  225 МПа - границя текучості основного металу бочки 1; //  02  750 МПа - границя текучості наплавленого металу 11, 12; FH - площа наплавленого металу, приймаємо при d=300 MM товщина наплавленого шару 3 мм і товщині припуску на шар 3 мм: 25   2 2  d  d   2 Fн       3     3   , Fн  3,1416 150  32  150  32 , Fн  5654,9 мм .  2   2    Площа перерізу основного металу бочки 1 ролика: Fo  //  02  0,9  Fн  /  02 2   750  0,9  5654,9  16954,7 мм 2 225 Fo  147  x 2    16954,7 . x  127,31 мм . 30 Якщо максимальний радіус внутрішньої порожнини бочки рівний х=127,31 мм, то мінімальна товщина бочки рівна t=147-127,31=19,7 мм. Мінімальний внутрішній діаметр заготовки dв=254,62 мм. Відношення 35 40 45 dв 254,62   0,848 d , що перебуває в межах dв=(0,81-0,85)d. d 300 Таким чином, порожня бочка 1 виконана по внутрішній поверхні з посадковими поверхнями 9 під диски 6 і із внутрішнім діаметром (0,75-0,79)d і довжиною (0,4-0,45)d, де d - зовнішній діаметр бочки, а на інших частинах довжини бочки її внутрішній діаметр приймаємо (0,81-0,85)d. Як основний (або по іншій термінології - несучий) метал застосовується / середньовуглеродиста сталь із границею текучості  02  200...250 МПа. З іншої сторони ці марки сталі, з погляду зварюваності, належать до групи сталей із задовільною зварюваністю, рідше до групи з обмеженою зварюваністю, і як правило, застосування таких сталей як основних або несучих забезпечує низьку собівартість і не вимагає додаткової термообробки після з'єднання бочки з торцевими цапфами. Збільшення стінок бочки в місці примикання торцевих цапф підтверджується розрахунками згідно з основною рівністю (1), але при цьому повинна бути виконана наступна умова: //  02  Fo   02  0,9  Fн . (2) Права частина рівності (2) не міняється в порівнянні з рівністю (1), тобто //  02  0,9  Fн  750  0,9  5654,9  3,8 МН=Р, де Р- поздовжня сила, МН. Площа перерізу основного металу бочки в місці примикання цапф визначається по розмірах перерізу: 3 UA 108008 U Fo max  2 2  d    3    0,79  d       2    2      10 6  147 2  118,5 2 10 6   3,1416  0,02977м 2 . Тоді напруження основного металу бочки o  o  5  Fo max , 3,8  127,64 МПа, 0,02977 o /  02 / /  0,57 або  o  0,57 02      0,67  0,75 02 ,   - допустиме напруження. При Fo min  o  2 2  d    3    0,75  d       2    2      10 6  147 2  112,5 2 10 6   3,1416  0,02813м 2 , 3,8 /  135,1 a      0,67  0,75 02 . 0,02813 Згідно з гіпотезою Биргера відносні деформації наплавленого шару й основного рівні, тобто н  10 750  0,9 750  0,9   0,0032   0 .  210930 При цьому при o =127,64МПа січний (змінний) модуль пружності основного металу дорівнює: /  o max  o 127,64   39887,5 a , o 0,0032 а при o =135,1МПа січний (змінний) модуль пружності основного металу дорівнює: 15 / .  o max  o 135,1   42218,75 a . o 0,0032 У поперечному перерізі по осі симетрії бочки в основному металі діють поздовжні напруження. Крім них діють ще й згинальні напруження, які визначають із наступного виразу:  згин  20  згин , а , де Wзгин Мзгин - момент згинаючий у перерізі по осі симетрії бочки 1;  згин   а, МНм, де   - сума сил у вертикальній площині; а - плече сил, відстань від осі симетрії бочки 1 до опори (а=1,25м).   115  G, де ,  25 30 G - вага ролика, приймаємо G =450 кг; 1,15 - коефіцієнт нерівномірності.   115  450  517, 5 =5180 Н=0,0052 МН. ,  Мзгин = 0,0052 • 1,25 = 0,0065 МН•м. W згин - момент опору згину перерізу бочки: 3 3 W згин=0,1(d -dв ), де d = 0,3м, dВ = 0,237 М; 3 а з урахуванням наплавленого шару W згин = 0,1(0,027-0,0133) = 0,0037 м . Тоді  згин   згин 0,0065   175 МПа. , Wзгин 0,0037 На стиковій поверхні основного й наплавленого металу 11 згинаючі напруги визначаються через відношення радіусів: 35 /  згин  175  , 0,147 d d  0,006  172 a, де  0,15 м , ,  0,147 м . 0,15 2 2 4 UA 108008 U Наведені розтягувальні напруги в середній частині бочки 1 становлять відповідно до формули:  экв   0   згин , / /  экв  135,1  172  136,8 МПа  0,608   02 , що становить 0,608 02 відповідно до відношення: , 5  экв /  02  136,8 /  0,61 або  экв  0,61 02    . 225 У середній частині бочки 1 величина наведених розтягувальних напружень не перевищує / 0,6102 границі текучості, що забезпечує міцнісні параметри, тому що в технічних розрахунках / на міцність:  экв      0,67  0,75  02 . 10 15 20 Кожна торцева цапфа 2, 3 виконана з посадковою поверхнею діаметра 0,4 d, при цьому відсуваються зварні шви 4 і 5 від несучого діаметра цапф, що позитивно позначається на надійність з'єднання. Диски 6 є проміжними деталями між порожньою бочкою 1 і торцевими цапфами 2 і 3, з якими вони контактують по зовнішній і внутрішній поверхнях, на торцях яких виконані фаски під зварні шви 4 і 5. Матеріал дисків 6 використовують із задовільною зварюваністю. Для забезпечення надійності зварних швів і виключення їх впливу на бочку й торцеві цапфи передбачені розвантажувальні канавки 8 з боку зварних швів на відстані 0,05d, ширина яких рівна 0,06d, а глибина - 0,01d на контактних поверхнях дисків (фіг. 3). Таким чином, виконання ролика відвідного рольганга відповідно до формули корисної моделі дозволить підвищити довговічність і надійність транспортних роликів відвідного рольганга за рахунок оптимізації відносин товщини основного й наплавленого шару металу по довжині бочки роликів, а також центрувати металеву штабу відносно поздовжньої осі відвідного рольганга, що забезпечить підвищення продуктивності й підвищить надійність його обладнання. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 Ролик відвідного рольганга, що містить порожню бочку й торцеві цапфи, з'єднані зварними швами з дисками, у яких виконані вентиляційні циліндричні канали з розтрубами, який відрізняється тим, що порожня бочка виконана по внутрішній поверхні з посадковими поверхнями для дисків та із центральною внутрішньою поверхнею із внутрішнім діаметром (0,75-0,79)d і довжиною (0,4-0,45)d, де d - зовнішній діаметр бочки, а на інших частинах довжини бочки її внутрішній діаметр дорівнює (0,81-0,85)d, при цьому на робочій поверхні бочки на довжині L нанесений термотривкий зносотривкий сплав сумарною товщиною 0,01d, у якому верхній шар наплавлений по спіралі симетрично середині бочки з висотою виступів - 0,005d, шириною - (0,06...0,08)d і кроком - 0,1d, крім того, товщина кожного диска дорівнює (0,21-0,24)d, а на їх посадкових поверхнях з боку зварних швів на відстані 0,05d виконані канавки, ширина яких дорівнює 0,06d, глибина - 0,01d, а торцеві цапфи виконані з посадковою поверхнею, рівною 0,4d. 5 UA 108008 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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