Pereosnastka.ru

Для обеспечения эксплуатационной надежности и для расчетов деталей прокатных станов следует знать величину и характер действующих на них сил. Все силы, возникающие в машинах в процессе работы и действующие на ее узлы, детали или отдельные части деталей, можно разделить на внешние и внутренние.

Внешние силы, действующие на машину, узел или деталь, будем рассматривать как проявление взаимодействия деталей со средой обрабатываемым материалом или сопряженными узлами, деталями, т.е. в число внешних сил включаются не только заданные силы, но и реакции связей между отдельными деталями. Для рабочих органов машин (прокатных валков, ножей ножниц, крюков крана и т.д.). внешняя сила является силой сопротивления при осуществлении технологической операции. Для других деталей приложенные к ним внешние силы зависят от их места в силовой цепи, от характера их взаимодействия, кинематических и динамических параметров механизма.

Внутренние силы являются результатом взаимодействия между смежными ъемами отдельных деталей или элементов конструкции при приложении к ним внешних сил, а также могут действовать и при их отсутствии (межатомные силы взаимодействия). Интенсивность внутренних сил измеряется напряжением, представляющим величину внутренних сил, приходящихся на единицу площади поперечного сечения. По величине этих напряжений оцениваются прочность деталей, определяются размеры их поперечного сечения. От их величины и характера изменения зависит также повреждаемость деталей.

Основными последствиями силового воздействия детали прокатных станов являются деформация и разрушение. Деформация может быть упругой и остаточной. Конструкционные материалы (сталь, чугун, бронза, латунь), из которых изготавливают детали прокатных станов, обладают упругими свойствами, и под действием приложенных сил в них возникают напряжения и деформации. При проектировании размеры деталей машин чаще всего определяют по величине возникающих в них напряжений, а не по величине деформации, т.е. не определяют жесткость конструкции. В условиях эксплуатации недостаточная жесткость отдельных элементов может нарушить нормальную работу конструкции задолго до возникновения опасных для прочности напряжений и быть причиной патологического развития повреждений сопряженных узлов и деталей.

При прогибах валов, превышающих допустимые значения, ухудшают условия работы подшипников скольжения: вследствие поворота цапфы на опоре изменяются величина зазора и толщина масляного слоя в подшипнике, появляются местные очаги полужидкостного и полусухого трения, перегрев, заедание, ведущие к снижению срока службы подшипника. В подшипниках качения большие прогибы валов приводят к заклиниванию и разрушению тел качения, обойм, к интенсивному износу и разрушению сепаратора, приводят к перекосу посаженных на валы зубчатых колес, что способствует неравномерному распределению усилия зацепления по длине зубьев и их быстрому износу или усталостному разрушению.

Остаточная деформация чаще всего возникает при увеличении действующих сил выше допустимых, вызванных нарушением правил эксплуатации, при ударном характере приложения сил, при заклинивании механизмов и т.д. Например, падение слитков из клещей крана вызывает вмятины и остаточные прогибы платформы слит-ковозов, тележек, роликов рольгангов; систематический подъем мостовым краном груза выше допустимого вызывает остаточные прогибы главных балок моста, платформ тележек или других деталей механизма подъема; прокатка с повышенными обжатиями приводит к увеличению зева головки шпинделя. Остаточная деформация может возникнуть при перегрузке в результате однократного приложения силы, а также накопиться при многократном приложении сил, когда при каждом цикле нагружения возникает небольшая по величине остаточная деформация. Накопление остаточной деформации происходит при пониженном сопротивлении материала действию контактных напряжений, низкому ву и наблюдается, например, в балках мостовых кранов, в бандажах колес, головках рельсой, зубьях зубчатых колес.

Вмятины, образующиеся на обоймах подшипников от тел качения при ударах по подшипнику во время монтажа, становятся очагами усталостного выкрашивания при дальнейшей работе подшипников. Вмятины, наносимые на детали в процессе монтажа, снижают их усталостную прочность вследствие того, что они становятся концентраторами напряжений и вокруг них возникают остаточные напряжения.

Разрушение может быть неполным и полным (объемным). Неполным разрушением является процесс образования и развития вязких, хрупких или усталостных трещин в макроскопических элементах объема деталей или элементов конструкций без разделения их на части (поверхностных или внутренних трещин в мас-стадии развития и в зависимости от характера нагружения и свойств материала не-

Неполное разрушение в отдельных случаях после его выявления в докритических стадиях развития допускается и деталь или элемент конструкции может некоторое время функционировать до остановки машины на ремонт. На определенной стадии развития и в зависимости от характера нагружения и свойств материала неполное разрушение может перейти в полное, т.е. вязкое, хрупкое или усталостное разрушение, приводящее к разделению деталей машин или элементов конструкции на отдельные части. Полное разрушение приводит к нарушению функционирования детали (машины), конструкции и является недоступным.

Объемные вязкие разрушения сопровождаются развитием пластической деформации в значительном объеме.

Причиной образования вязких разрушений в процессе эксплуатации машин обычно является действие значительных кратковременных сил, возникающих при заклинивании механизмов или нарушений технологического режима, например, подача в валки заготовки с пониженной температурой. Вязкие разрушения в ряде случаев имеют место и при продолжительном действии сил. Однако при этом полное разрушение происходит редко, так как пластические деформации обнаруживаются заблаговременно и деталь до полного разрушения не доводится.

Объемные хрупкие разрушения возникают под действием однократных или повторных ударных сил при малой степени местной пластической деформации и распространяются с большой скоростью в плоскости, нормальной к плоскости действия максимальных растягивающих напряжений. На хрупкое разрушение оказывают влияние механические свойства материала (ударная вязкость, относительное удлинение). С уменьшением пластических характеристик склонность материала к хрупким разрушениям повышается.

Хрупкие разрушения в большинстве случаев начинают развиваться в зонах концентрации напряжений,*в местах приварки элементов жесткости, пересечения сварных швов, у отверстий и галтелей, в зонах резкого изменения толщины. Очагами хрупких разрушений металлоконструкций часто являются дефекты сварки — горячие и холодные трещины, непровары, подрезы, шлаковые включения, поры, а также расслоения металла, повышенное содержание неметаллических включений. В этих случаях отдельные разрушения конструкций происходят под действием сил тяжести при монтаже конструкций или при их транспортировке.

На рис. 1 видно, что разрушение произошло вследствие действия многократных ударных сил, возникающих в соединении при большой степени износа вкладышей.

Рис. 1. Хрупкий излом вилки шпиндельного соединения

Рис. 2. Усталостный излом шейки станинного ролика стана 4500

Внезапность проявления заключительной стадии усталостного разрушения представляет большую опасность в условиях эксплуатации машин (например, по сравнению с износом).

Нередки случаи разрушения от усталости станин прокатных станов, хотя в Них запасы прочности, рассчитанные по номинальным напряжениям от усилия прокатки, характеризуются величинами порядка 5—10. Во многих других случаях детали металлургических машин, имеющие статические запасы прочности порядка 2—8, в местах разрушения испытывали фактические переменные напряжения, Превышающие предел выносливости. Например, излом может образоваться в результате превышения от усилий прокатки действующими напряжениями циклического кручения предела выносливости материала.

Рис. 3. Усталостный излом шейки шестеренного валка прокатного стана

Рис. 4. Усталостный излом выходного вала редуктора листового стана

Наибольшее влияние на усталостное разрушение деталй оказывают концентраторы напряжений, так как возле них напряжения могут превысить предел выносливости, ускоренно начинают протекать процессы накопления повреждений в материале деталей. Концентрация напряжений, которая приводит к развитию усталостных трещин в деталях, может быть вызвана геометрическими, технологическими и эксплуатационными факторами.

К геометрическим концентраторам относятся галтельные переходы, отверстия, кольцевые выточки, резьбы, шлицы и т.д. На рис. 4 приведен вид усталостного излома в галтельном переходе выходного вала коренного редуктора листового стана. На рис. 18.5 показан шпиндель стана 2800, разрушившийся вследствие образования усталостной трещины у отверстия, просверленного для подачи смазки к вкладышам головки.

Технологическими причинами появления концентраторов являются дефекты изготовления деталей: раковины, флокены, неметаллические включения, ликваци-онные зоны, волосовины, заковы, грубые риски, подрезы, заусенцы в отверстиях и в резьбах, закалочные и шлифовочные трещины, неравномерность закаленного слоя,дефекты сварки и т.п. В ряде случаев дефекты изготовления способствуют ускоренному зарождению трещин усталости при перегрузках.

Учет явлений усталости при разработке машин, а также анализ причин усталостного разрушения деталей в условиях эксплуатации позволяет предотвратить тяжелые по последствиям отказы многих деталей машин, в том числе уникальных и дорогостоящих, таких как станины, шестеренные и рабочие валки прокатных станов, станины и гидроцилиндры мощных гидропрессов, опорные кольца и навесные редукторы конвертеров.

Надежность и эффективность использования современных металлургических машин находятся в прямой зависимости от явлений, вызванных внешним трением. В связи с ростом масс, скоростей и нагрузок, мощности и производительности металлургических машин, интенсификацией их эксплуатации растут требования к долговечности узлов трения. В настоящее время вопросы поверхностной прочности при трении являются центральными в общей проблеме надежности машин. Вредные проявления внешнего трения в машинах выражаются в потерях мощности, а также в износе контактирующих поверхностей.

Рис. 5. Усталостное разрушение шпинделя стана 2800

Рис. 6. Износ шейки ролика рольганга при попадании в зону скольжения частиц окалины

Потери мощности в машинах и характер повреждений контактирующих поверхностей зависят от условий трения и процессов, протекающих при трении. В связи с этим внешнее трение, возникающее в машине, следует разделять по видам. Трение в машинах и механизмах разделяют по видам в зависимости от кинематики движения, наличия смазки, динамики контакта.

По кинематике движения различают трение скольжения, качения и верчения.

По наличию смазки на трущихся поверхностях различают сухое, граничное и жидкостное трение.

По динамике контакта различают трение покоя и трение движения.

Во время работы машин в результате трения происходит непрерывное изменение геометрии, структуры и состояния поверхностей деталей, степень которого зависит от величины и характера внешних факторов и свойств материала деталей. Процесс постепенного изменения размеров тела при трении, проявляющийся в отделении материала с поверхности и (или) остаточной деформации тела, называется изнашиванием. Износ — результат изнашивания.

Читать далее:

Организация технического обслуживания и ремонтов прокатного оборудования

• Станы для прокатки фасонных профилей высокой точности
• Станы для прокатки круглых периодических профилей
• Профилегибочные станы
• Станы для прокатки шаров
• Кольцепрокатный стан