KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ VÁLCOVACÍ STOLICE KVARTO SVOČ FST 2016

Podobné dokumenty
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA STROJNÍ. Konstrukční řešení válcovací stolice kvarto

DIMENZOVÁNÍ PODVOZKU ŽELEZNIČNÍHO VOZU PRO VYSOKÉ KOLOVÉ ZATÍŽENÍ SVOČ FST_2018

Předmět: Ročník: Vytvořil: Datum: ŠČERBOVÁ M. PAVELKA V. NAMÁHÁNÍ NA OHYB

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Návrh rozměru čelních ozubených kol je proveden podle ČSN ČÁST 4 PEVNOSTNÍ VÝPOČET ČELNÍCH A OZUBENÝCH KOL.

Posouzení mikropilotového základu

POSUVY STOLŮ HYDRAULICKÝCH LISŮ SVOČ FST. Autor: Semerád Jan Vilová Bezdružice Česká republika

Napětí v ohybu: Výpočet rozměrů nosníků zatížených spojitým zatížením.

Válcování. Zpracovala: Ing. Petra Řezáčová. Šance pro všechny CZ.1.07/1.2.06/

Betonové a zděné konstrukce 2 (133BK02)

ANALÝZA NAPĚTÍ A DEFORMACÍ PRŮTOČNÉ ČOČKY KLAPKOVÉHO RYCHLOUZÁVĚRU DN5400 A POROVNÁNÍ HODNOCENÍ ÚNAVOVÉ ŽIVOTNOSTI DLE NOREM ČSN EN A ASME

PROTAHOVÁNÍ A PROTLAČOVÁNÍ

PRUŽNOST A PLASTICITA I

Pevnostní výpočty náprav pro běžný a hnací podvozek vozu M 27.0

Ve výrobě ocelových konstrukcí se uplatňují následující druhy svařování:

Výpočet skořepiny tlakové nádoby.

Výpočtová dokumentace pro montážní přípravek oběžného kola Peltonovy turbíny

ZÁKLADNÍ PŘÍPADY NAMÁHÁNÍ

RUČNÍ OHÝBAČKA NA HÁKY OKAPOVÝCH ŽLABŮ SVOČ FST 2016

Příklad oboustranně vetknutý nosník

3.2 Základy pevnosti materiálu. Ing. Pavel Bělov

KONSTRUKČNÍ NÁVRH HYDRAULICKÉHO LISOVACÍHO ZAŘÍZENÍ PRO VÝUKOVÉ ÚČELY SVOČ FST 20010

Pružnost a pevnost (132PRPE) Písemná část závěrečné zkoušky vzorové otázky a příklady. Část 1 - Test

Stěnové nosníky. Obr. 1 Stěnové nosníky - průběh σ x podle teorie lineární pružnosti.

Ing. Jan BRANDA PRUŽNOST A PEVNOST

Stroje - nástroje. nástroje - ohýbadla. stroje - lisy. (hydraulický lis pro automobilový průmysl)

ρ 490 [lb/ft^3] σ D 133 [ksi] τ D 95 [ksi] Výpočet pružin Informace o projektu ? 1.0 Kapitola vstupních parametrů

písemky (3 příklady) Výsledná známka je stanovena zkoušejícím na základě celkového počtu bodů ze semestru, ze vstupního testu a z písemky.

KONSTRUKČNÍ NÁVRH RÁMU LISU CKW 630 SVOČ FST Bc. Martin Konvalinka, Jiráskova 745, Nýrsko Česká republika

trojkloubový nosník bez táhla a s

Šnekové soukolí nekorigované se šnekem válcovým a globoidním kolem.

Kˇriv e pruty Martin Fiˇser Martin Fiˇ ser Kˇ riv e pruty

TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE

Střední průmyslová škola strojírenská a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky, Kolín IV, Heverova 191

Pomocné výpočty. Geometrické veličiny rovinných útvarů. Strojírenské výpočty (verze 1.1) Strojírenské výpočty. Michal Kolesa

OHYB (Napjatost) M A M + qc a + b + c ) M A = 2M qc a + b + c )

Namáhání na tah, tlak

Materiálové vlastnosti: Poissonův součinitel ν = 0,3. Nominální mez kluzu (ocel S350GD + Z275): Rozměry průřezu:

Posouzení trapézového plechu - VUT FAST KDK Ondřej Pešek Draft 2017

OTÁZKY VSTUPNÍHO TESTU PP I LS 2010/2011

TVÁŘENÍ. Objemové a plošné tváření

Šroubovaný přípoj konzoly na sloup

Kapitola 8. prutu: rovnice paraboly z = k x 2 [m], k = z a x 2 a. [m 1 ], (8.1) = z b x 2 b. rovnice sklonu střednice prutu (tečna ke střednici)

UPÍNACÍ DESKA KONÍKU SOUSTRUHU ŘADY SR SVOČ FST Bc. Milan Kušnír Západočeská univerzita v Plzni Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

Příloha č. 1. Pevnostní výpočty

FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI LÁTEK, JEJICH DEMONSTRACE, DOPADY V TECHNICKÉ PRAXI SVOČ FST 2013

Valivé ložisko klíč k vyšší účinnosti

Namáhání ostění kolektoru

Axiální soudečková ložiska

Příloha-výpočet motoru

PM23 OBSAH. Katalog zubových čerpadel Obsah

Deformace nosníků při ohybu.

Navrhování konstrukcí z korozivzdorných ocelí

Různé druhy spojů a spojovací součásti (rozebíratelné spoje)

Libor Kasl 1, Alois Materna 2

Ocelobetonové konstrukce

Okruhy problémů k teoretické části zkoušky Téma 1: Základní pojmy Stavební statiky a soustavy sil

Průvodní zpráva ke statickému výpočtu

Tabulky únosností trapézových profilů ArcelorMittal (výroba Senica)

TVÁŘENÍ ZA STUDENA LISOVÁNÍ

LOGO. Struktura a vlastnosti pevných látek

K133 - BZKA Variantní návrh a posouzení betonového konstrukčního prvku

Pružnost a pevnost (132PRPE), paralelka J2/1 (ZS 2015/2016) Písemná část závěrečné zkoušky vzorové otázky a příklady.

Kapitola vstupních parametrů

ENÁ ŽELEZOBETONOVÁ DESKA S OTVOREM VE SLOUPOVÉM PRUHU

STUDIE VEDENÍ A VYPRUŽENÍ DVOJKOLÍ PŘÍPOJNÉHO ŽELEZNIČNÍHO VOZU SVOČ 2012

VALIVÁ LOŽISKA Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích

3. Způsoby výroby normalizovaných polotovarů

Výpočet přetvoření a dimenzování pilotové skupiny

NÁVRH JACOBSOVA PODVOZKU SVOČ FST Bc. Vlastislav Hroník, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

TA Sanace tunelů - technologie, materiály a metodické postupy Zesilování Optimalizace

Statický výpočet střešního nosníku (oprava špatného návrhu)

NESTABILITY VYBRANÝCH SYSTÉMŮ. Úvod. Vzpěr prutu. Petr Frantík 1

Systém nízkoúrovňových válečkových a řetězových dopravníků

Posouzení piloty Vstupní data

Obr. 1 Schéma pohonu řezného kotouče

ZKOUŠKY MECHANICKÝCH. Mechanické zkoušky statické a dynamické

OVMT Mechanické zkoušky

Návrh žebrové desky vystavené účinku požáru (řešený příklad)

EXPERIMETÁLNÍ OVĚŘENÍ ÚNOSNOSTI DŘEVOBETONOVÝCH SPŘAŽENÝCH TRÁMŮ ZESÍLENÝCH CFRP LAMELAMI

MODEL TVÁŘECÍHO PROCESU

Cvičební texty 2003 programu celoživotního vzdělávání MŠMT ČR Požární odolnost stavebních konstrukcí podle evropských norem

Téma 8 Příčně zatížený rám a rošt

Dovolené napětí, bezpečnost Zhotoveno ve školním roce: 2011/2012 Jméno zhotovitele: Ing. Iva Procházková

Únosnost kompozitních konstrukcí

Postup výroby drátu válcováním. Předmět Strojírenská technologie

Část 5.3 Spřažená ocelobetonová deska

Sylabus přednášek OCELOVÉ KONSTRUKCE. Vzpěrná pevnost skutečného prutu. Obsah přednášky. Únosnost tlačeného prutu. Výsledky zkoušek tlačených prutů

Návrh prutů stabilizovaných sendvičovými panely

1 TECHNICKÁ ZPRÁVA KE STATICKÉMU VÝPOČTU

ČESKÁ TECHNICKÁ NORMA

Pevnost kompozitů obecné zatížení

- Větší spotřeba předpínací výztuže, komplikovanější vedení

Učební pomůcka Prof.Ing. Vladimír Křístek, DrSc. Ing. Alena Kohoutková, CSc. Ing. Helena Včelová. Katedra betonových konstrukcí a mostů

Optimalizace vláknového kompozitu

Pilotové základy úvod

Stanovení kritických otáček vačkového hřídele Frotoru

Kolíky a čepy Zhotoveno ve školním roce: 2011/2012 Jméno zhotovitele: Ing. Hynek Palát

ŠNEKOVÝ DOPRAVNÍK PRO DOPRAVU ZRNA

POLOTOVARY. Základní rozdělení polotovarů

Ing. Jan BRANDA PRUŽNOST A PEVNOST

Transkript:

KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ VÁLCOVACÍ STOLICE KVARTO SVOČ FST 2016 Vladimír Dvořák, Západočeská univerzita v Plzni, SNP 419, 384 02 Lhenice Česká republika ABSTRAKT Tato práce se věnuje technologii válcování a válcovací stolicím. V práci je obsažen pohled do historie válcování a válcovacích strojů, konstrukce a rozdělení dnešních válcovacích stolic a jejich využití. Dále se práce věnuje základním pojmům a vztahům, které jsou s procesem válcování spojeny. Praktická část se zaměřuje na konkrétní válcovací stolici kvarto, u níž je cílem zkontrolovat rám z hlediska napětí a deformací a výpočet opěrného válce. Rám se počítá analytickou metodou za použití metody řezu. Výsledky výpočtu ukázaly, že je možné upravit průřez rámu a dosáhnout tak větší úspory materiálu. Opěrný válec byl počítán jako nosník na dvou podporách a za použití Castiglianovy věty byl zjištěn jeho průhyb. Zároveň se stávající pracovní válec obměnil za nový s větším pracovním průměrem, a proto bylo nutno navrhnout nové uložení. KLÍČOVÁ SLOVA Válcování, válcovací stolice kvarto, opěrný válec, pracovní válec, rám stroje ÚVOD Tento příspěvek se zaměřuje na nejdůležitější části bakalářské práce, její cíle a výsledky. V teoretické části jsou obsaženy informace o vývoji válcování a samotných válcovacích stolic. Dále jsou zde informace o současné konstrukci válcovacích stolic a jejich využití. Také je zde uvedeno několik základních vztahů a pojmů z technologie válcování. Praktická část se věnuje částečné inovaci konkrétní válcovací stolice kvarto. Je zde uveden popis výpočtu rámu a vypočtené výsledky. V další části je uveden postup výpočtu opěrného válce a návrh uložení jak pracovního, tak i opěrného válce. 1. TEORETICKÁ ČÁST I. Historický vývoj Tváření je prvním způsobem, jakým byl materiál v historii zpracováván. Počátky tváření železa sahají až k druhé polovině 8. stol. př. n. l. První zmínka o válcování byla zaznamenána až později v nákresu jednoduché válcovací stolice od Leonarda da Vinci. Tato válcovací stolice měla sloužit k válcování olova nebo polotovarů na ražení mincí. První válcovací stolice se objevily v 15. až 16. století na území Belgie, Německa a Anglie. Válcovací stolice měly profilové válce, kterými se materiál dělil, k pohonu se využívala vodní kola. Časem se válcovací stolice stále vylepšovaly, největší rozvoj nastal v 18. a 19. století, kdy se značně vyvíjel zbrojařský a lodní průmysl a vzrůstaly požadavky na větší tvářecí stroje. V tomto období vznikaly různé patenty na válcování železných plechů, tyčí nebo drátu. Také byla sestrojena první reverzní válcovací stolice nebo tzv. Lauthovo trio. V dalších letech se zdokonalovalo válcování trubek (metoda Mannesmann) a v hutních závodech se modernizovaly válcovací linky. [1][2] Obr. 1 Metoda Mannesmann (vlevo) a Lauthovo trio (vpravo)[7]

II. Současnost V současné době patří válcování mezi nejvíce využívané tvářecí procesy, vyniká svou jednoduchostí a efektivitou. Hutním válcováním se vyrábějí bloky (bloom), sochory (billet) nebo bramy (slab). Hotovostním válcováním se vyrábějí plechy, svitky, bezešvé trubky, dráty nebo profily. Materiálem je obvykle ocel, ale válcovat lze i např. slitiny hliníku. Válcovací stolice jsou součástí válcovacích linek, může být až několik válcovacích stolic za sebou. Velké válcovací stolice kvarto mohou mít více jak 6 metrů, přičemž průměry opěrných válců mohou být až 1,6 m. Válcovaný materiál může mít hmotnost až 28 t. [1][3] Obr. 2 Válcované výrobky[5] III. Základní pojmy [4] Válcování je mechanický proces, při němž dochází ke změně tvaru provalku vlivem působení dvojice válců, které jsou přímo ve styku s materiálem. Materiál je vtažen mezi válce a dále se plynule mění jeho výška. Deformace válcovaného materiálu (provalku) probíhá tak, že se materiál pohybuje cestou nejmenšího odporu. Protože platí zákon zachování objemu, musí platit vztah: V 1 = V 2 (1) V 1 [m 3 ] objem provalku před deformací V 1 [m 3 ] objem provalku po deformaci Ze vztahu (1) vyplývá: S 1 [m 2 ] plocha průřezu provalku na vstupu S 2 [m 2 ] plocha průřezu provalku na výstupu v 1 [ms -1 ] vstupní rychlost provalku v 2 [ms -1 ] výstupní rychlost provalku S 1 v 1 = S 2 v 2 (2) Obr. 3 Schéma válcovacího procesu

Pro vtažení provalku mezi válce platí: α úhel záběru, mezi body AO 1C f součinitel tření tg α < f (3) Ze vztahu (3) je patrné, že materiál je vtažen mezi válce tehdy, když je součinitel tření mezi válcem a materiálem větší, než tangenta úhlu záběru. Z toho vyplývá, že na vtažení materiálu má přímý vliv pouze úhel záběru, který závisí na úběru a průměru válce. Na koeficient tření má vliv materiál válců, drsnost válců, teplota tvářeného materiálu a obvodová rychlost válců. Mezi další důležité pojmy z oblasti válcování patří válcovací síla, kterou lze vypočítat z následujícího vztahu: F V = p S S (4) p [MPa] střední měrný tlak S S [m 2 ] styčná plocha Styčná plocha je oblast, se provalek přímo dotýká pracovního válce. Na obr. 3 je to oblouk mezi body A a C (A 1 a C 1). Výpočet středního měrného tlaku se běžně provádí podle Ekelunda. Ze vztahu (4) lze vyvodit, že u válce s menším průměrem (menší styčnou plochou) je za potřebí menší síly, než u válce s větším průměrem, pro dosažení stejného tlaku. Tohoto faktu se využívá u válcovacích stolic s opěrnými válci. Nevýhodou menšího válce je jeho tuhost, a proto je nutno tyto válce podepírat tzv. opěrnými válci. 2. PRAKTICKÁ ČÁST I. Výpočet válcovací stolice kvarto V této části je cílem částečně inovovat válcovací stolici kvarto Ø420/Ø1050x1200. Pracovní válec s největším průměrem 420 mm je nahrazen válcem s průměrem 430 mm. Dále jsou vyměněna stávající ložiska za novější a jsou zkontrolovány na životnost. V této části je také pevnostní kontrola rámu a výpočet průhybu opěrného válce. Obr. 4 Schéma válcovací stolice kvarto [6] II. Výpočet rámu Cílem je zjistit maximální napětí v příčce a stojině a také celkovou deformaci ve svislém směru. Zadány jsou rozměry, materiál a zatížení rámu. Protože je zatížení i tvar rámu symetrické, lze úlohu zjednodušit pouze na jeden kvadrant. Metodou řezu je rám pomyslně rozdělen na dvě části a do řezu se připojí vnitřní účinky posouvající síla a vnitřní ohybový moment. Výpočet je dále prováděn analytickou metodou, při níž se využívá pravidel pružnosti a pevnosti. Maximální napětí ve stojině: σ SMAX = 14, 6 MPa stupeň využití materiálu stojiny: V s = 18, 2 % Maximální napětí v příčce: σ PMAX = 35, 8 MPa stupeň využití materiálu příčky: V P = 44, 7 % Maximální deformace ve svislém směru: y C = 0, 615 mm

Obě výsledná napětí jsou nižší než dovolené napětí 80 MPa. Stupeň využití materiálu je však velmi nízký, zvlášť u stojiny. Jde zde tedy prostor k ušetření materiálu, čehož se nejsnáze docílí změnou průřezu stojiny i rámu. Plný profil se nahradí profilem dutým, čímž se ušetří materiál a tedy i hmotnost. Při tomto nahrazení je nutné zvolit takové rozměry, aby nebyla porušena pevnostní podmínka a maximální napětí i deformace byly nižší než dovolená mez. To se v tomto případě podařilo a při použití dutého rámu jsou výsledky následující: Maximální napětí ve stojině: σ SMAX = 62, 1 MPa stupeň využití materiálu stojiny: V s = 77, 6 % Maximální napětí v příčce: σ PMAX = 61, 1 MPa stupeň využití materiálu příčky: V P = 76, 4 % Maximální deformace ve svislém směru: y C = 1, 975 mm Ušetřeno materiálu: 29 476 kg (73%) Výpočtem byly získány výsledky, na jejichž základě proběhla změna průřezu rámu s cílem ušetřit jeho hmotnost a spotřebu materiálu. Rám vyhovuje ve všech zkoumaných ohledech a dokonce bylo ušetřeno přes 29 tun materiálu, což činí 73% celé hmotnosti původního rámu. III. Výpočet válce Úkolem bylo zjistit maximální průhyb opěrného válce, pokud jsou známy jeho rozměry, materiál a zatížení. Úloha se řeší jako nosník o dvou podporách, který je zatížen konstantním spojitým zatížením. Protože je známo místo, dojde k největšímu průhybu (uprostřed nosníku), využije se při výpočtu Castiglianova věta. Z definice Castiglianovy metody vyplývá, že je nutno mít v místě výpočtu sílu. Proto se zde přidává fiktivní osamocená síla o velikosti F F = 0 N. Celkový průhyb je součtem průhybu od ohybového momentu a průhybu od posouvající síly. Obr. 5 Výpočtový model válce Maximální průhyb uprostřed válce: y C = 0, 214 mm Maximální průhyb dokazuje, že válec v tomto ohleduje vyhovuje (max. dovolený průhyb 0,5 mm). Pokud by byl počítán válec pracovní (za stejných podmínek), maximální průhyb by dosáhl hodnoty y C = 11, 3 mm. Tento výsledek potvrzuje fakt, že opěrné válce nejsou u kvarta použity bezdůvodně a slouží k podepření pracovní válců, které mají relativně malou tuhost. Takový průhyb by ovšem nastal pouze v případě, že by pracovní válec nebyl podepřen válcem opěrným, ve skutečnosti je výpočet pracovních válců složitější. Dalším úkolem byla výměna stávajícího pracovního válce za jiný s větším průměrem (430 mm). Tento válec má i větší průměrem pod ložiskem, proto je nutno vybrat a zkontrolovat příslušná ložiska. Pro pracovní válec bylo vybráno čtyřřadé kuželíkové ložisko s označením BT4-0020/HA1. Pro opěrný válec bylo vybráno čtyřřadé válečkové ložisko s označením BC4-8015/HB1 a axiální soudečkové ložisko s označením 293/750. Kontrola ložisek je provedena standardním výpočtem na životnost ložiska. Všechna ložiska byly vybrány u firmy SKF. [8] Čtyřřadé kuželíkové ložisko BT4-0020/HA1: LH = 45 915 hod. Čtyřřadé válečkové ložisko BC4-8015/HB1: LH = 19 282 hod. Axiální soudečkové ložisko 293/750: LH = 24 310 hod. Požadovaná hodinová životnost je 1 000 h., což znamená, že uvedené ložiska vyhovují.

ZÁVĚR Cílem bakalářské práce bylo mimo jiné přiblížit historii válcovacích stolic a provést rešerši současného stavu. V praktické části bylo cílem inovovat některé části válcovací stolice kvarto, včetně kontroly rámu a opěrného válce. Všechny cíle byly splněny v celém rozsahu a výsledky jednotlivých výpočtů a postupů lze najít v kapitolách uvedených výše. LITERATURA 1. Staněk, J. Základy stavby výrobních strojů Tvářecí stroje. Plzeň : Západočeská univerzita v Plzni, 2001. ISBN 80-7082-738-6. 2. Roberts L., William. Hot rolling of steel. New York : Marcel Dekker. INC., 1983. Manufacturing Engineering and materials processing/10. ISBN 0-8247-1345-1. 3. Neue Vorstraße für Warmbreitbandwalzwerk. Düsselfdorf : SMS Schloeman-Siemag Aktiengesellschaft. New roughing train for hot strip mill. 4. Veselovský, A. a Červený, E. Válcování. Praha : Státní nakladatelství technické literatury, 1961. 5. Semiatin, S. L. Forming and Forging, Volume 14. USA : ASM International, 1988. 6. A Simple Sketch of a four-high mill. Chegg. [Online] [Citace: 20. duben 2016.] http://www.chegg.com/homeworkhelp/questions-and-answers/simple-sketch-four-high-mill-stand-shown-fig-133a-make-survey-technical-literaturepresent-q3666856. 7. Wire and Tube Drawing. Roymechx. [Online] [Citace: 20. Duben 2016.] http://roymechx.co.uk/useful_tables/manufacturing/drawing.html. 8. Ložiskové jednotky a tělesa. SKF. [Online] [Citace: 20. Duben 2016.] http://www.skf.com/cz/products/bearingsunits-housings/index.html.