Исследование напряженного состояния деталей уравновешивающего устройства клети

Исходя из проведенного анализа, данный экономический эффект равен потери т.е. он составил 28656 у.е.

8. Охрана труда

8.1 Характеристика объекта. Анализ вредных и опасных факторов

Устройство для уравновешивания шпинделей является одним из наиболее важных, с технологической точки зрения, элементов прокатного стана обжимного цеха ЗАО "ММЗ Истил (Украина)". Оно предназначено для уравновешивания шпинделей, обеспечивая их центрирование и плавную работу. Современные прокатные станы характеризуются поточным технологическим процессом обработки металла, поэтому надежная работа устройства для уравновешивания шпинделей является очень важной.

По своему назначению устройства для уравновешивания шпинделей разделяют на три типа: гидравлические, грузовые и пружинные. Кроме этого, существуют уравновешивающие устройства, включающие в себя элементы различных типов конструкций.

Устройства для уравновешивания шпинделей обжимных станов работают в весьма тяжелых условиях. Устройства для уравновешивания шпинделей подвержены продолжительному во времени воздействию высоких температур, предельных нагрузок, обладают высокой инерционностью, конструктивно очень громоздки, и подвержены воздействию воды и окалины.

Устройства для уравновешивания шпинделей содержат в своем составе массивные грузовые детали, элементы гидравлики и амортизирующие устройства.

Устройства для уравновешивания шпинделей приводятся в движение при помощи гидравлического привода. Шпиндели приводятся во вращение от отдельных мощных электродвигателей расположенных в главной линии прокатной клети, и связаны с устройством для уравновешивания через узел подушки.

Устройства для уравновешивания шпинделей обслуживается оператором, рабочее место которого в кабине. При работе устройства для уравновешивания шпинделей совместно с прокатной клетью возникают следующие вредные и опасные факторы: шум, вибрация, тепловое излучение, запыленность, опасность поражения электрическим током.

Шум при работе устройства для уравновешивания шпинделей возникает по причине механического взаимодействия деталей, а также при ударе слитка выходящего из клети. Колебания с частотой ниже 16 Гц и более воспринимаются организмом как вибрация, а с частотой 16…20 Гц и более - одновременно и как вибрация и как звук. Оператор, который управляет процессом прокатки, подвержен воздействию вибрации и шума. Повышение скорости прокатки, связанное с интенсификацией производства металла, приводит к резкому увеличению динамических усилий, нарушениям устойчивости технологического процесса обработки металла и повышению шума и вибраций.

Основным источником тепловыделений для оператора является прокатываемый металл. Так как прокатываемый металл находится непосредственно в пределах прокатной клети и подводящего рольганга, то оператор, управляющий им подвержен сильному воздействию избыточного тепла, которое выделяется слитком. В этом случае по своей физической природе тепловое излучение является инфракрасным излучением. При интенсивном воздействии инфракрасного излучения на голову человека может произойти солнечный удар. Инфракрасное излучение влияет на функциональное состояние человека, его центральную нервную систему, сердечно- сосудистую систему.

Запыленность и загазованность окружающей среды устройства для уравновешивания шпинделей обусловлено технологическим процессом прокатки. При этом в окружающую среду выделяются: металлическая пыль, пары технологических смазок, металлов и различных веществ. При горячей прокатке металла в воздухе станового пролета содержится пыль в виде раздробленной окалины.

Как указывалось выше, устройства для уравновешивания шпинделей имеют гидравлический, пружинный или грузовой тип уравновешивания, и работают в связке со шпинделями, приводящимися во вращение от электродвигателей. При этом электропривод в своем составе содержит и другое электрооборудование, необходимое для регулирования скорости движение проката в широком диапазоне, поэтому несоблюдение правил эксплуатации оборудования и правил техники безопасности электроустановок может привести к поражению обслуживающего персонала электрическим током. К наиболее вероятным причинам поражения электрическим током при эксплуатации и техническом обслуживании устройства для уравновешивания шпинделей можно отнести: непосредственное соприкосновение с открытыми токоведущими частями и кабелями, ошибочная подача напряжения во время ремонтов и осмотров электрооборудования, соприкосновение с оборудованием или конструкцией, случайно оказавшимися под напряжением.

В кабине, зоне расположения пультов и постов управления, помещениях для выполнения работ операторского типа, связанных с нервно - эмоциональным напряжением, должны соблюдаться оптимальные параметры микроклимата: температура 22 - 24С; влажность 40…60%; скорость движения воздуха 0,1 м/с. Далее приведены показатели нормирования опасных и вредных факторов, и уровня шума (таблицы 4 и 5) [10].

В закрытых постах управления прокаткой металла, интенсивность облучения Е₁ = 300 Вт/м².

Допускаемое значение Е₂ = 140 Вт/м².

Таблица 8.1 - Нормирование вредных и опасных факторов

Таблица 8.2 - Показатели уровня шума

8.2 Разработка мероприятий по устранению вредных и опасных факторов

Расчет естественной вентиляции

Период прокатки одного слитка составляет 2 мин. Масса одного слитка составляет m = 5800 кг, число слитков за час n = 20. Начальная температура прокатываемого металла составляет t_H = 1200С, конечная температура составляет t_K = 900С. Общая масса прокатываемого металла за час составляет:

Теплоотдача металла определяется по формуле [10]:

где с - средняя теплоемкость стали, с = 0,136 ккал/кг град;

b - интенсивность тепловыделений во времени, b = 0,4.

По приведенным значениям рассчитаем теплоотдачу прокатываемого металла за [10]:

Рассчитаем систему аэрации для летнего периода года, как наиболее тяжелого. При этом температура подаваемого воздуха t_П.В = 22С. Температуру воздуха рабочей зоны t_Р.З можно найти по формуле [10]:

Температура уходящего воздуха [10]:

Количество приточного воздуха [10]:

Количество воздуха удаляемого вытяжкой [10]:

Примем отношение высоты фрамуги b к ее длине l как 1:2. При расчетном угле раскрытия вытяжных одинарных нижнеподвесных створок = 60, = 0,48; для приточных створок = 60, = 0,56.

Площади приточных и вытяжных аэрационных проемов [10]:

, (9.8)

(9.9)

Чтобы найти размеры фонаря, нужно определить требуемую площадь горловины А₁ по формуле [10]:

где _УХ - скорость воздуха в горловине, определяемая в зависимости от теплового давления на уровне установки фонаря, для нашего случая избыточное давление равно:

.

Значит = 1,2м/с [10].

Так как график [10] построен для воздуха с объемным весом = 1,2, то при других значениях _ух необходимо пересчитать _ух по формуле:

Количество воздуха удаляемого вытяжкой [10]:

Требуемая ширина горловины равна:

Далее по принятому значению площади горловины определим размеры фонаря по стандартным соотношениям, которые отражены на рисунке.

Длиной фонаря зададимся l= 10м. Тогда ширина фонаря равна [10]:

Рисунок 19- Фонарь конструкции КТИС

Расчет электрического защитного заземления

Цель расчета - определить число и длину вертикальных элементов, длину горизонтальных элементов. Расчет производится следующим образом:

определяется расчетный ток заземления;

определяются расчетные удельные сопротивления грунта с учетом климатического коэффициента;

рассчитывается или принимается сопротивление заземлителей;

определяется сопротивление искусственного заземлителя;

определяется сопротивление одиночного вертикального заземлителя и рассчитывается между ними;

по таблицам определяем коэффициент использования вертикальных стержней;

определяют сопротивление полосы и коэффициент использования полосы;

определяют сопротивление стержней;

определяют число заземлителей с учетом коэффициента использования вертикальных заземлителей.

В качестве исходных данных примем следующие положения:

Грунт - суглинок; заземляющее устройство представляет прямоугольник 10*20мм. В качестве вертикальных стержней применяются угловая сталь с шириной полки 40мм, длиной 2,5м; в качестве соединяющей полосы - стальная шина сечением 40*4мм. Имеются естественные заземлители с сопротивлением распеканию 7,3 Ом.

- расчетный ток заземления (380В) [10]:

.

Сопротивление заземляющего устройства принимаем R₃ = 4 Ом;

- расчетные сопротивления грунта с учетом климатического коэффициента ₃ = 1,4 [10]:

;

- сопротивление естественных заземлителей Rе = 5,7 Ом;

- сопротивление искусственного заземлителя должно быть [10]:

- сопротивление одиночного вертикального заземлителя [10]:

,

где l - длина стержней, l = 2,5м;

d - эквивалентный диаметр:

_р - сопротивление грунта, Ом*м;

Н - высота, принимаем Н = 1,75м;

- длина соединительной полосы l равна периметру прямоугольника 10*20м, то есть 60м. Принимаем расстояние между стержнями 2м, тогда всего 30 стержней;

- сопротивление соединительной полосы [10]:

где l - длина полосы, l = 60 м;

b - ширина полосы, b = 0,04м;

Н - расстояние от поверхности, Н = 0,5м.

С учетом коэффициент использования полосы = 0,24:

- требуемое сопротивление растеканию вертикальных стержней [10]:

- окончательное определение числа вертикальных стержней. Принимая их длину 2,5м и расстояние между ними 2м, принимаем коэффициент использования _СТ = 0,6 Ом, вычислим [10]:

Мероприятия по снижению шума

Для снижения шума кабины оператора применяем следующие мероприятия, которые предусмотрены ГОСТ 12.2.098-84 "Кабины звукоизолирующие. Общие требования" [11]. Для стены выбираем кирпичную кладку, оштукатуренную с двух сторон толщиной 270 мм; поверхностная плотность 420 кг/м².

Окна двойные с силикатными стеклами, толщиной стекла 3 мм; воздушный зазор 100мм, условия прилегания по периметру - через прокладки из мягкой резины.

Дверь звукоизолирующая, тяжелая, условия прилегания по периметру - через прокладки пористой резины.

Для потолка железобетонная панель толщиной 140 мм; поверхностная плотность 358 кг/м³.

Пол - из линолеума на тканевой подоснове. Кроме этого потолок и глухую часть стены облицуем звукопоглощающими акустическими плитками толщиной 35 мм, средней плотности - 180 кг/м².

9. Рекомендации по использованию выполненной работы

На основании проведенных исследований можно рекомендовать следующее.

Для уравновешивания шпинделей клети 950 ОАО ММЗ ?Истил (Украина)? необходимо установить усовершенствованную конструкцию уравновешивающего устройства.

Идея этой конструкции заключается в использовании шарнирных соединений в местах крепления тяг с траверсой. Благодаря этому происходит перераспределение нагрузок на элементы устройства. Кроме того, в этой конструкции опоры вала шпинделя выполнены в виде двух балансиров, состоящих из двух пар роликов, установленных под углом 60 градусов к продольной оси стержня и каждая пара роликов размещена между двумя коромыслами, которые установлены на оси с возможностью поворота. В процессе эксплуатации происходит смещение в пространстве геометрической оси относительно оси вращения вала шпинделя из - за износа его вкладышей. Такое конструктивное исполнение позволяет повысить срок службы вкладышей шпинделя, так как при возникновении эксцентриситета между геометрической осью вала шпинделя и продольной осью валка происходит поворот каждой пары роликов вокруг оси коромысла на угол, при котором обеспечивается равенство сил, действующих на ролики.

При непараллельности осей гидроцилиндра и тяг уравновешивающего механизма под действием горизонтальной силы кронштейн карданного шарнира может провернуться вокруг крестовины, в результате чего тяга займет новое положение, в котором срезающие и изгибающие силы будут отсутствовать.

При изготовлении и монтаже необходимо выдерживать допуски посадочного отверстия и не допускать перекос гидравлического цилиндра на угол более 1 градуса. В противном случае напряжения в элементах конструкции увеличиваются, что может привести к их разрушению.

Это требование относится также и к усовершенствованной конструкции, в которой разрушения являются и маловероятными, но в этом случае в местах сопряжения повышаются контактные напряжения, что нежелательно.

Таким образом установка усовершенствованной конструкции гидравлического уравновешивающего устройства шпинделей на клети 950 ОАО ММЗ ?Истил (Украина)? позволит повысить долговечность и безотказность главной линии и, тем самым, будет способствовать увеличению эффективности всего обжимного цеха.

ВЫВОДЫ

В дипломной работе выполнены обзор и анализ существующих конструкций уравновешивающих устройств шпинделей прокатных станов и показаны их достоинства и недостатки.

Предложена усовершенствованная конструкция уравновешивающего устройства шпинделей прокатных станов, которая устраняет недостатки конструкции, эксплуатируемой в настоящее время в обжимном цехе ОАО ММЗ ?Истил (Украина)?.

Данная конструкция позволяет повысить долговечность и безотказность главной линии и, тем самым, будет способствовать увеличению эффективности всего обжимного цеха за счет наличия шарнирных соединений и балансирных опор, обеспечивающих перераспределение нагрузок в конструкции.

Для предложенной конструкции выполнены все необходимые прочностные расчеты деталей: роликов, их осей, крестовин. Определены силовые и геометрические параметры гидроцилиндра. Выполнено компьютерное моделирование с использованием пакета ANSYS напряженно - деформированного состояния существующей и усовершенствованной конструкций устройства.

В ходе моделирования рассмотрены два случая:

;

.

Установлено, что в обоих случаях напряжения в элементах усовершенствованной конструкции ниже в 1.5 - 2 раза, чем в существующей конструкции, что в числовых оценках говорит о ее преимуществах.

Выполненные прочностные расчеты для условий клети 950, позволили установить, что диаметр роликов балансира должен быть 100 мм; диаметр осей роликов - 75 мм; крестовины шарнирных соединений имеют цапфы разной длины: 85 мм и 135 мм; диаметр цапф крестовины - 75 мм.

Компьютерное моделирование напряженного состояния, выполненное в среде ANSYS, позволило увидеть картину напряжений, возникающих в элементах существующей и усовершенствованной конструкции.

В результате моделирования установлено, что в существующей конструкции разнодлинность тяг не должна превышать более 5 мм, иначе напряжения, возникающие в местах присоединения тяг к траверсе, превысят критический уровень. Это может привести к потере устойчивости тяг и вызвать их разрушение. Для усовершенствованной конструкции, при возникновении такой ситуации, напряжения в тягах ниже в 1,5…2 раза и разрушение тяг наблюдаться не будет.

Рекомендуется не допускать разнодлинности тяг более 5 мм и отклонения оси гидроцилиндра от вертикали более 1 градуса.

В соответствии с представленным описанием усовершенствованной конструкции был получен патент Украины на полезную модель уравновешивающего устройства и подана заявка на изобретение, по которой получено положительное решение. Также разработан комплект рабочей документации для передачи в обжимной цех ОАО ММЗ ?Истил (Украина)?, на основе которого можно выполнить установку уравновешивающего устройства усовершенствованной конструкции на клети 950.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

А.с. СССР № 1423208 "Устройство для уравновешивания шпинделей прокатного стана", 1988.

А.с. СССР № 650682 "Устройство для уравновешивания шпинделей прокатного стана", 1990.

А.с. СССР № 1560344 "Гидравлическое устройство уравновешивания шпинделей прокатного стана", 1990.

А.с. СССР № 618149 "Устройство для уравновешивания шпинделей", 1978.

Решетов Д. Н. Детали машин: Учебник для студентов строительных и механических специальностей вузов.- 4-е изд., перераб. и доп. - М: Машиностроение, 1989. - 496 с.

Элементы гидропривода (Справочник). Абрамов Е. И., Колесниченко К. А., Маслов В. Т. "Техніка", 1969, 320 стр.

Марутов В.А. и Павловский С.А. Гидроцилиндры. Конструкция и расчет. - М "Машиностроение", 1966. - 315 с.

Седуш В.Я. Надежность, ремонт и монтаж металлургических машин. - К.:НМК ВО, 1992 - 368 с.

Временное положение о техническом обслуживании и ремонтах (ТО и Р) механического оборудования предприятий системы министерства черной металлургии СССР. - Тула: ВНИОчермет, 1982. - 389 с.

Иванчук К.Н., Сабарно Р.В., Степанов А.Г. Справочник по охране труда на промышленном предприятии / - К.: Техника, 1991. - 285 с.

ГОСТ 12.2.098-84 Система стандартов безопасности труда "Кабины звукоизолирующие. Общие требования".

Прокатные станы. Справочник в 3-х томах. Т.1 Обжимные, заготовочные и сортовые станы 500-950. - В.Г.Антипин., С.В.Тимофеев и др. - М.: - Металлургия, 1992. - 429 с.

Производство блюмов, слябов и заготовок из углеродистых и легированных сталей в обжимном цехе. Технологическая инструкция. ТИ-234-П.03.01-95. Донецкий металлургический завод.: - Донецк, 1995. - 225 с.

Целиков А.И., Полухин П.И., Гребеник В.М. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. Том 3. Машины и агрегаты для производства и отделки проката. - М.: Металлургия, 1988. - 576 с.

Королев А.А. Механическое оборудование прокатных и трубных цехов. - М.: Металлургия, 1987. - 480 с.

Іванченко Ф.К., Гребеник В.М., Ширяєв В.І. Розрахунок машин і механізмів прокатних цехів.: Навч.посібник - К.: Вища шк., 1995. - 455 с.

Королев А.А. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов. Учеб. пособие для вузов. - М.: "Металлургия". 1985. - 367 с.

Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т.1. - М.: Машиностроение, 1982. - 736 с.

Ачеркан Н.С. Детали машин. Расчет и конструирование: В 3-х т. Т.1., - М.: Машиностроение, 1968. - 440 с.

Ачеркан Н.С. Детали машин. Расчет и конструирование: В 3-х т. Т.2., - М.: Машиностроение, 1968. - 408 с.

Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. - К.: Наук.думка, 1988. - 736 с.

Киркач Н.Ф., Баласанян Р.А. Расчет и проектирование деталей машин. - Х.: Основа, 1991. - 276 с.

Раздаточный материал к выполнению расчетов крюковвывх пдвесок по диссцмплине: „Подъемно-транспортные машины". П.И. Пузырьков. Днепропетровск ., 1991, 28 с.

Размещено на Allbest.ru