Материал: Модернизация выталкивателя заготовок нагревательной печи стана

В настоящее время на стане 150 сортопрокатного производства ПАО «Северсталь» применяется фрикционный выталкиватель заготовок роликового типа с квадратной водоохлаждаемой штангой, однако он имеет ряд недостатков: во-первых, для поперечного перемещения штанги применяется электромеханический привод, который не обеспечивает точность центровки штанги относительно заготовки из-за применения кривошипа и резкости в его работе, что приводит к смещению заготовки относительно оси окна выдачи, вследствие чего заготовка царапается об углы распределительного устройства и выход годной продукции уменьшается; во-вторых, применяется водоохлаждаемая штанга из труб квадратного сечения, которые закупаются за границей, что не является экономически выгодным.

Поэтому целью данного дипломного проекта является реконструкция выталкивателя заготовок для увеличения межремонтного периода, выхода годной продукции и снижения затрат на ремонт.

Исходя из заданной цели необходимо решить следующие задачи:

) провести реконструкцию выталкивателя заготовок с целью установки водоохлаждаемой штанги из труб круглого сечения, которые изготавливаются на ПАО «Северсталь»;

) разработать гидропривод продольного перемещения для более плавной работы и точной центровки выталкивающей штанги относительно заготовки;

) разработать общую компоновку выталкивателя.

Широкое использование гидроприводов в станкостроении определяется рядом их существенных преимуществ перед другими типами приводов и прежде всего возможностью получения больших усилий и мощностей при ограниченных размерах гидродвигателей. Гидроприводы обеспечивают широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости, возможность работы в динамических режимах с требуемым качеством переходных процессов.

Применение гидроприводов позволяет упростить кинематику механизма, снизить металлоёмкость, повысить точность, надежность и уровень автоматизации.

При правильном конструировании, изготовлении и эксплуатации гидроприводов их недостатки могут быть сведены к минимуму. Для этого нужно хорошо знать унифицированные узлы гидропривода, централизованно изготовляемые специализированными заводами.

2.2 Модернизация привода выталкивателя заготовок

гидропривод выталкиватель заготовка печь

При выполнении модернизации выполним ряд расчетов, связанных с приобретением и установкой нового оборудования.

2.2.1 Расчет и выбор исполнительного гидродвигателя

В нашем случае характер движения рабочего органа и выходного звена совпадают, то в этом случае нагрузочные и скоростные параметры привода и ГД тоже совпадают.

На основании технического задания для гидропривода определяются максимальная скорость и максимальное осевое усилие.

Максимальное осевое усилие:

 кг = , Н,

где R-максимальное осевое усилие

где V-скорость.

В качестве исполнительного гидродвигателя выбираем гидроцилиндр двухстороннего действия с односторонним штоком. Основными параметрами гидроцилиндра являются диаметры поршня и рабочее давление.

Диаметр поршня гидроцилиндра определяется по формуле:

, мм, (1)

где р₁ и р₂ - давление соответственно в напорной и сливной полостях

гидроцилиндра, Па;

ψ₁ и ψ ₂ - коэффициенты, которые принимаются с учетомвыбранной конструкции ГЦ.

Согласно стандартных давлений в гидравлике по ГОСТ 12445-80 задаемся рабочим давлением гидросистемы равным р = 6,3 МПа.

Для предварительного учета потерь давления примем:

р₁ = 2/3 р = 2/3 · 6,3 = 4,2, МПа.

Принимаем:

р₂ = 0,3…0,9 МПа;

коэффициенты ψ₁ и ψ₂ принимаются с учетом выбранной конструкции ГЦ с односторонним штоком:

;

По полученному значению D из справочника [23] выбирается ближайший стандартный диаметр поршня D_1ст > D гидроцилиндра:_1ст = 90 мм.

Диаметр штока :

 мм.

По справочнику [23] принимаем стандартное значение, ближайшее к расчетному:₂ = 63 мм.

Выбираем из справочника [23] стандартный гидроцилиндр с односторонним штоком 712-90х63х280 УХЛ4 ОСТ2 Г25-1 - 86

- тип конструкции; 1 - без торможения; 2 - уплотнение поршневыми кольцами; 90 - диаметр поршня в мм; 63 - диаметр штока в мм; 280 - ход штока в мм; УХЛ4 - климатическое исполнение.

Рабочее давление 6,3 МПа.

2.2.2 Составление принципиальной схемы привода

Составление принципиальной схемы гидропривода начинаем «от двигателя», т.е. наносим на схему ГЦ, а затем на его рабочих гидролиниях - регулирующие и направляющие аппараты в соответствии с циклограммой работы привода, способами регулирования скорости и управлением торможения. После этого объединяются напорная, сливная и дренажная линии отдельных участков схемы. Последним этапом является изображение гидросхемы насосной установки, размещением фильтров, теплообменников, гидроклапана давления. В напорной линии устанавливают обратный клапан для предотвращения слива жидкости в бак, при выключенном насосе, а также в дренажной линии, который служит для предотвращения попадания жидкости в распределитель во время работы гидроклапана давления. Предусмотрена разгрузка насоса в положении «стоп», что достигается выбором реверсивного распределителя. Схема гидропривода показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Принципиальная схема гидропривода

Схема работы при рабочем ходе изображена на рисунке 3. Поток рабочей жидкости от насоса НП направляется в фильтр Ф, затем в обратный клапан КО1. Далее поток жидкости через реверсивный распределитель РР поступает в поршневую полость гидроцилиндра, выходное звено ГЦ будет перемещаться влево. Жидкость из штоковой полости ГЦ поступит в распределитель РР, затем через обратный клапан КО2 и теплообменник АТ поступит в бак. Дроссель Д регулирует скорость. Клапан давления КД предохраняет систему от перегрузки.

НП - Ф - КО1 - Р(РР)А - ПП(ГЦ)/(ГЦ)ШП - В(РР)Т - КО2 - АТ - БАК

              |          |                                                                 |            |

              |          - - - - - - - - - - - Д - - - - - - - - - -             |

              |                                                                                        |

               - - - - - - - - - - - - - - КД - - - - - - - - - - - - - -

Рисунок 3 - Схема работы при рабочем ходе

Схема работы при обратном ходе изображена на рисунке 4. Поток рабочей жидкости от насоса НП направляется в фильтр Ф, затем в обратный клапан КО1. Далее поток жидкости через реверсивный распределитель РР поступает в штоковую полость гидроцилиндра, выходное звено ГЦ будет перемещаться вправо. Жидкость из поршневой полости ГЦ поступит в распределитель РР, затем через обратный клапан КО2 и теплообменник АТ поступит в бак. Дроссель Д регулирует скорость. Клапан давления КД предохраняет систему от перегрузки.

НП - Ф - КО1 - Р(РР)В - ШП(ГЦ)/(ГЦ)ПП - А(РР)Т - КО2 - АТ - БАК

              |          |                                                                 |            |

              |          - - - - - - - - - - - Д - - - - - - - - - -             |

              |                                                                                        |

               - - - - - - - - - - - - - - КД - - - - - - - - - - - - - -

Рисунок 4 - Схема работы при обратном ходе

Схема работы в нейтральном положении изображена на рисунке 5. В нейтральном положении разгрузка насоса происходит через гидрораспределитель РР.

НП - Ф - КО1 - Р(РР)Т - АТ - БАК

|          |                |        |

|          - - Д - - -        |

|                                    |

- - - - - КД - - - - -

Рисунок 5 - Схема работы в нейтральном положении

2.2.3 Расчет и выбор насосной установки

Требуемого давление насоса, с учетом предварительных потерь давления:

Максимальные расходы жидкости, необходимые для питания гидроцилиндра:

, м³/с; (2)

, м³/с, (3)

где F_1ст, F_2ст - эффективные площади стандартного гидроцилиндра соответственно в напорной и сливной полостях, м²;

V_ДmaxП, V_ДmaxО - максимальные скорости соответственно при прямом и обратном ходе, м/с, V_ДmaxП= V_ДmaxО=0,1, м/c (по условию).

, м² , (4)

, м².

, м², (5)

, м^{2 .}

, м³/с (38,2 л/мин),

, м³/с (26,4 л/мин).

По полученным данных выбираем насос типа Г12-24АМ ТУ2.024-0224533-025-89 с подачей

,л/мин (0,000847 м³/с), и р_н = 6,3 ,МПа (р_max = 7 МПа).

Подбираем насосную установку:

,8 - 2,2 Г 48 - 1Д - УХЛ 4 ТУ2-053-1806-86:

,8 - подача насоса л/мин;

,2 - мощность электродвигателя 2,2 кВт;

Г48 - тип насосной установки;

- однопоточный насос;

Д - оснащена приборами диагностики;

УХЛ4 - климатическое исполнение.

2.2.4 Расчет и выбор гидроаппаратуры и трубопроводов

.2.4.1 Выбор гидроаппаратуры

Фильтр напорный Ф (Рисунок 2) типа 63-125-1 ГОСТ 21329-75: расход масла Q_ном равен 63 л/мин или 0,00105 м³/с, номинальное давление равно 32 МПа, условный проход D_у = 16 мм, номинальный перепад давления фильтра равен 0,08 МПа.

Клапан предохранительный КД типа МКПВ-10/3М УХЛ4 ТУ2-053-1758-85: диаметр условного прохода равен 10 мм, номинальное давление настройки равно 32 МПа, исполнение по способу монтажа - модульный, расход масла Q_ном равен 63 л/мин или 0,00105 м³/с, потери давления ΔP равны 0,25МПа. Перепад давления открытия и настройки ΔP₀ равен 0,15 МПа.

Клапан обратный КО1типа КОМ-10/3Р УХЛ4 ТУ2-053-1829-87: обратный клапан установлен в линии Р, диаметр условного прохода равен 10 мм, номинальное давление равно 32 МПа, исполнение по способу монтажа - модульный расход масла Q_ном равен 63 л/мин или 0,00105 м³/с. Потери давления ΔP равны 0,25МПа. Перепад давления открытия и настройки ΔP₀ равен 0,15 МПа.

Клапан обратный КО2 типа КОМ-10/3Т УХЛ4 ТУ2-053-1829-87: обратный клапан установлен в линии Т.,диаметр условного прохода равен 10 мм. Номинальное давление равно 32 МПа. Исполнение по способу монтажа - модульный. Расход масла Q_ном равен 63 л/мин или 0,00105 м³/с. Потери давления ΔP равны 0,25МПа. Перепад давления открытия и настройки ΔP₀ равен 0,15 МПа.

Дроссель Др типа ДКМ-10/3В УХЛ4 ТУ2-053-1799-86: дроссель установлен в линии В. Диаметр условного прохода равен 10 мм. Номинальное давление равно 32 МПа. Исполнение по способу монтажа - модульный. Расход масла Q_ном равен 63 л/мин или 0,00105 м³/с. Потери давления ΔP равны 0,25МПа.

Теплообменник АТ типа Г44-24 ТУ2-053-0221244-050-89: Рассеиваемая мощность 3,25 кВт. Мощность электродвигателя 12 кВт. Диаметр условного прохода равен 20 мм. Расход масла Q_ном = 70 л/мин (0,00117 м³/с). Номинальное давление Р_ном = 32 МПа. Потери давления Δр_ном= 0,3 МПа.

Вспомогательная аппаратура: выбираем переключатель манометра ПМ - 320 ТУ 2 - 053 - 1707 - 84, выбираем манометр показывающий МТ - 1 ТУ 25 - 02.72 - 75.

2.2.4.2 Расчет и выбор трубопороводов

Внутренний диаметр трубопровода:

 (6)

где Q - максимальный расход жидкости в трубопроводе,м³/с;

 - рекомендуемая скорость течения жидкости в трубопроводе, м/с;

Максимально допускаемая толщина стенки трубопровода:

, мм, (7)

где р - максимальное давление жидкости в трубопроводе;

 - предел прочности на растяжение материала трубопровода,
= 340 ,МПа;

К_б - коэффициент безопасности, К_б = 2…6.

2.2.4.3 Расчет напорно-сливных линий

Напорно-сливная линия 5-6:

 7, МПа,

 38,2, л/мин (6,36 × 10^-4 м³/с).

По рекомендациям = 2, м/с,

, м (20 мм).

По ГОСТ 8734-75 принимаем трубу 22х1, у которой внутренний диаметр:

, мм.

Проверяем условие :

, мм.

мм > 0,82 мм, условие выполняется.

Напорно-сливная линии 7-8: