Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1. Современное состояние вопроса по прокатке трамвайных рельсов 10
1.1 Особенности профиля трамвайного рельса 10
1.2 Разрезные калибры 12
1.3 Обзор существующих калибровок трамвайных рельсов 14
1.4 Обзор литературы по производству трамвайных рельсов 21
1.5 Описание существующей технологии прокатки трамвайных рельсов ... 25
1.6 Постановка задачи исследования 33
Раздел 2. Методика исследования 35
2.1 Выбор материала заготовки 35
2.2 Лабораторное оборудование 36
2.3 Нанесение координатной сетки 41
2.4 Обработка координатной сетки 48
Раздел 3. Результаты исследования 63
3.1 Анализ формоизменения металла при прокатке трамвайных рельсов в процессе разрезки головки профиля за один и два прохода 63
3.2 Исследование деформированного состояния трамвайного рельса при разрезке головки профиля 93
Раздел 4. Использование результатов исследования 129
4.1 Теоретическое и экспериментальное определение усилия необходимого для разрезки головки рельса 129
4.2 Разработка и внедрение новой технологии прокатки трамвайных рельсов 162
4.3 Расчет экономической эффективности 172
Заключение 173
Список использованных источников 176
Приложение 185
- Описание существующей технологии прокатки трамвайных рельсов
- Нанесение координатной сетки
- Исследование деформированного состояния трамвайного рельса при разрезке головки профиля
- Разработка и внедрение новой технологии прокатки трамвайных рельсов
Введение к работе
Прокатка, как один из видов обработки металлов давлением, занимает важнейшее место в общем цикле металлургического производства. Через прокатные цехи проходит около трех четвертей всего выплавляемого металла и только одна четверть его потребляется для фасонного литья, ковки и прессования из слитков. Продукция прокатных цехов чрезвычайно разнообразна — от листов до сложнейших фасонных профилей.
Вопросы повышения эффективности производства в черной металлургии, коренного улучшения качества, энерго- и ресурсосбережения имеют важное практическое значение. Применительно к прокатному производству расширение сортамента, увеличение выпуска экономичных профилей проката и внедрение прогрессивных способов производства — главные направления в решении этих задач. Они могут быть успешно решены при разработке и практическом освоении новых технологических процессов прокатки. Прокатка в горячем состоянии является самым распространенным видом обработки металлов давлением и представляет собой технологический процесс, имеющий целью изменить форму металла и сообщить ему определенные свойства. Наряду с совершенствованием прокатных станов за счет рационального расположения клетей и их конструкций, расширение сортамента и освоение новых профилей, с предъявляемым к ним все более высоким требованиям, в современных условиях, невозможно без четкого понимание процесса течения металла в калибре, анализа его деформированного состояния — вот без чего нельзя грамотно построить прокатное дело.
Разработка основ теории прокатки была начата в середине XIX в., более 100 лет тому назад. Первой крупной теоретической работой, не потерявшей своего значения до настоящего времени, явилась статья С. Финка «Теория работы прокатки», опубликованная в 1874 г. Большой вклад в развитие и становление этой дисциплины внесен трудами отечественных ученых: И.А. Тиме, Р.Р. Тонкова, Н.С. Верещагина, А.Ф. Родзевича-Белевича, С.Н. Петрова,
4 В.Е. Грум-Гржимайло, А.Ф. Головина, А.П. Виноградова, И.М. Павлова, СИ. Губкина, А.И. Целикова, А.Я. Хейна, А.П. Чекмарева, B.C. Смирнова, И.Я. Тарновского, В.Н. Выдрина, П.И. Полухина и многих других. [93, 94, 95, 96 и др.] Получили признание исследования зарубежных ученых: С. Финка, К. Кодрона, В. Тафеля, Э. Зибеля, Т. Кармана, С. Экелунда, В. Тринкса, В. Люега, А. Помпа, А. Надай, Э. Ороуона, Г. Форда, Р. Симса, М. Стоуна, А. Гелей, 3. Вусатовского и других. [89, 90, 91, 92 и др.]
Основные вопросы рассматриваемые в теории прокатки: изучение и формулировка условий захвата полосы прокатными валками; определение скорости относительного взаимного перемещения точек полосы и валков, а также других кинематических параметров прокатки; исследование соотношения между продольной и поперечной деформациями при заданной высотной деформации полосы; анализ распределения напряжений и деформаций во всем объеме деформируемого тела; определение энергосиловых параметров процесса: силы прокатки, крутящих моментов на валках, расхода работы и мощности.
Современная теория прокатки интенсивно развивается, опираясь на достижения математики, физики, механика сплошной среды, металловедения и других фундаментальных наук. Для решения численных задач и математического моделирования все более широко применяют электронные вычислительные машины. Выводы теории прокатки используют при разработке оптимальных режимов деформации, конструирования оборудования и проектирования прокатных цехов.
Рельсы (англ. rails, множественное число от rail — рельс, от лат. regula — прямая палка, брусок, планка), стальные профилированные прокатные изделия в виде полос; предназначены для движения подвижного состава железных дорог и метрополитена, трамвая, локомотивов и вагонеток рудничного транспорта и монорельсовых дорог, крановых тележек, подъёмных кранов и др. передвижных, поворотных и вращающихся конструкций.
Первые металлические рельсы были изготовлены в Великобритании в 1767. В России чугунные рельсы для рудничных и заводских путей применены в 1788 (Александровский пушечный завод в Петрозаводске). Со 2-й половины 19 в. начали распространяться катаные стальные рельсы (в России изготовлялись на Путиловском и др. заводах). Предприятия современного прокатного производства выпускают рельсы из специальной рельсовой стали, химический состав которой определён государственным стандартом.
Рельсы для городских железных дорог (трамвайные желобчатые рельсы) относятся к специальным типам прокатываемых рельсов. Трамвайные рельсы производятся аналогично железнодорожным, но имеют желобчатый профиль, отличаются большей высотой и площадью поперечного сечения. Выпускают рельсы длиной 12,5 м; при укладке их обычно сваривают.
Новокузнецкий металлургический комбинат является ведущим производителем рельсовой продукции в России и единственным предприятием, выпускающим трамвайные рельсы.
Актуальность проблемы. Несмотря на большое разнообразие типов рельсов, применяемых в промышленности, методы их калибровки фактически одинаковы. Однако калибровка желобчатых рельсов, применяемых в основном для трамвайных путей, в отличие от обычных рельсов имеет свои особенности в формировании желоба.
В соответствии с особенностями профиля и технологическими возможностями рельсобалочного стана ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» в разработанной калибровке трамвайных рельсов типов Т62 и Т58 образование желоба и окончательное оформление профиля выполняется в двух последних калибрах. В предотделочном калибре с помощью вертикального ролика головка рельса разрезается на собственно головку и губу, причем основная масса металла идет на оформление головки, а формирование губы встречает значительные трудности, окончательное оформление головки и профиля в целом осуществляется в чистовом калибре.
Порядка 40% бракованных трамвайных рельсов и рельсов второго сорта связанно с оформлением головки профиля разрезными роликами предчистового и чистового калибров. Способ установки разрезного ролика в предчистовой клети достаточно сложен и трудоемок, происходит быстрый износ вкладышей разрезного ролика предчистового калибра и как следствие этого - остановка стана.
Исходя из сказанного, представляется актуальным совершенствование технологии прокатки трамвайных желобчатых рельсов на основе анализа деформированного состояния в существующих условиях рельсобалочного цеха ОАО «НКМК».
Цель работы. Теоретическое и экспериментальное исследование процесса прокатки трамвайных рельсов на основе анализа деформированного состояния. Разработка и научное обоснование рекомендаций для совершенствования технологического процесса.
Задачи исследования.
Анализ формоизменения металла при прокатке трамвайных рельсов в процессе разрезки головки профиля за один и два прохода.
Исследование деформированного состояния трамвайного рельса при разрезке головки профиля.
Теоретическое и экспериментальное определение усилия необходимого для разрезки головки рельса.
Разработка и внедрение новой технологии прокатки трамвайных рельсов.
Методы выполнения работы. Обобщение отечественного и зарубежного опыта модернизации технологии прокатки трамвайных рельсов; лабораторные и промышленные экспериментальные исследования; экспериментальное определение усилий на вертикальных разрезных роликах, с использованием метода тензометрии; статистические методы обработки данных; анализ формоизменения течения металла с построением изолиний деформации в зависимости от глубины внедрения и диаметра разрезного ролика.
Основные результаты и положения, выносимые на защиту:
Анализ формоизменения металла при прокатке трамвайных рельсов по существующей и предлагаемой технологии.
Исследование деформированного состояния трамвайного рельса при разрезке головки профиля в зависимости от диаметра и глубины внедрения разрезного ролика.
Силовые параметры прокатки трамвайных рельсов.
Разработка новой технологии прокатки трамвайных рельсов.
Научная новизна.
Получены новые научные знания по влиянию глубины внедрения и диаметра разрезного ролика на формоизменение трамвайного рельса при разрезке головки профиля.
Получены математические зависимости по нахождению усилия разрезки головки рельса в зависимости от диаметра и глубины внедрения разрезного ролика.
Получены математические зависимости по распределению значений деформаций от поверхности к центральным слоям головки рельса при образовании желоба.
Практическая значимость.
Разработана новая технология прокатки трамвайных рельсов с образованием желоба за один проход в чистовом универсальном калибре.
Спроектирована новая конструкция кассеты универсального четырехвалкового калибра для прокатки трамвайных рельсов.
Предложена новая калибровка трамвайных рельсов.
Разработана новая конструкция чистового универсального четырехвалкового калибра.
Результаты исследований внедрены в технологический процесс прокатки трамвайных желобчатых рельсов в рельсобалочном цехе ОАО «НКМК».
Апробация работы. Основные положения, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих конференциях: на
8 сорок пятой научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «НКМК» (г. Новокузнецк, 2006 г.); на пятой международной научно-технической конференции молодых специалистов на базе ГОУ ВПО СибГИУ (г. Новокузнецк, 2006 г.); на шестой международной научно-технической конференции молодых специалистов на базе ОАО «ММК имени Ильича» (Украина, г. Мариуполь, 2006 г.); на сорок шестой научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «НКМК» (г. Новокузнецк, 2007 г.); на шестой международной научно-технической конференции молодых специалистов на базе ОАО «ЗСМК» (г. Новокузнецк, 2007 г.); на седьмой международной научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «ММК» (г. Магнитогорск, 2007 г.); на семнадцатой научно-практической конференции по проблемам механики и машиностроения на базе ГОУ ВПО СибГИУ (г. Новокузнецк, 2007 г.).
Личный вклад. Предложена новая технология прокатки трамвайных рельсов на основе разрезки головки профиля за один проход в наклонном чистовом четырехвалковом калибре. Спроектирована новая кассета четырехвалкового калибра для чистовой универсальной клети «850» рельсобалочного цеха ОАО «НКМК». Подана заявка на изобретение кассеты универсальной четырехвалковой клети для прокатки трамвайных рельсов. Спроектирован универсальный четырехвалковый калибр для лабораторного стана дуо «175»; спроектирована матрица с оснасткой для получения заготовки имитирующая раскат предчистового калибра в масштабе 1:4. Проведены лабораторные эксперименты по исследованию деформированного состояния трамвайного рельса с построением изолиний деформаций. Получены математические зависимости по определению усилия разрезки головки трамвайных рельсов.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 8 научных работах, в том числе в 2 статьях в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК для опубликования результатов докторских и кандидатских диссертаций.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 101 наименования и приложения. Общий объем работы — 222 страницы, содержит 78 - рисунков, 40— таблиц.
В первом разделе рассмотрено современное состояние вопроса по прокатке . трамвайных рельсов, приводится описание разрезных калибров их конструкции и применение, дано описание существующих калибровок профиля трамвайного рельса и используемой технологии прокатки трамвайных рельсов на ОАО «НКМК», а также поставлена задача исследования.
Вопросу методики исследования посвящен второй раздел данной работы. Дано подробное описание спроектированного и изготовленного оборудования для лабораторного стана, обоснование выбора материала заготовки, описана технология получения исходного профиля, последующая его прокатка и обработка полученных данных.
Третий раздел работы посвящен результатам исследования, а именно: анализу формоизменения металла при прокатке трамвайных рельсов в процессе разрезки головки профиля за один и два прохода; исследованию деформированного состояния трамвайного рельса при разрезке головки профиля.
В четвертом разделе приводится теоретическое и экспериментальное определение усилия необходимого для разрезки головки рельса; разработка и внедрение новой технологии прокатки трамвайных рельсов с расчетом экономической эффективности.
Исследование позволило описать деформированное состояния профиля при образовании губы головки рельса, создать новую технологию по производству трамвайных желобчатых рельсов, спроектировать и изготовить новую конструкцию кассеты универсального четырехвалкового калибра для производства трамвайных рельсов, на которую подана заявка на изобретение.
Описание существующей технологии прокатки трамвайных рельсов
Рельсобалочный линейный стан «850» введен в эксплуатацию в 1932 г. с проектной мощностью 650 тыс. т. железнодорожных рельсов и сортовых профилей в год. Стан предназначен для прокатки рельсовых, сортовых и фасонных профилей из рельсовых марок стали, углеродистых марок стали обыкновенного качества, углеродистых качественных конструкционных марок стали, низколегированных и легированных конструкционных марок стали, стали для армирования железобетонных конструкций, рессорно-пружинных марок стали.
Техническая характеристика стана: тип стана - линейный; число линий - три; число клетей - четыре, в том числе линия 900 - одна клеть; линия 800 - две клети; линия 850 - одна клеть.
Система клетей: обжимная клеть 900 - дуо реверсивная; изготовитель фирма «Шлеман» Длина рабочей части валка 2300 мм. Средний диаметр валков 940 мм, мощность двигателя 1250 л.с. черновая клеть 800-1 трио нереверсивная; изготовитель УЗТМ предчистовая клеть 800-2 трио нереверсивная; изготовитель фирма «Шлеман». Длина рабочей части валка 1800 мм. Средний диамерт валков 802, 5 мм, мощность двигателя 6200 л.с. чистовая клеть 850 дуо нереверсивная; изготовитель УЗТМ. (при прокатке Т58 и Т62 устанавливается клеть 750 универсальная нереверсивная; изготовитель КМК) Длина рабочей части валка 1100 мм. Средний диаметр 850 мм, мощность двигателя - 2000 л.с. (2,2 МВт, 115 - 220 об/мин).
Основная продукция, выпускаемая станом, - железнодорожные рельсы всех типов и крупные двутавровые балки до №60 включительно.
Существующая калибровка трамвайных рельсов типов Т58 и Т62 включает 13 пропусков в 11 калибрах: 1 ящичный, 4 трапециидальных и 6 рельсовых калибров. Схема прокатки 5-4-3-1, цифрами обозначено количество проходов соответственно на клетях 900, 800-1, 800-2 и 850. Исходной заготовкой для прокатки трамвайного желобчатого рельса является блум 300x330x4500, который на линии «900» прокатывается по схеме представленной в таблице 1.1
Температура на поверхности заготовки при прокатке на клети «900» замеряется пирометром «Marathon» в комплекте с регистрирующем потенциометром после пятого пропуска и должна быть в пределах от 1140 С до 1200 С. Темп прокатки на линии «900» устанавливается в зависимости от темпа прокатки на линии «800». На линиях 800 и 850 (на которой устанавливается универсальная клеть конструкции КМК) смонтированы остальные калибры. Металл в чистовую клеть входит со скоростью вращения валков не более 60 об/мин.
Интенсивная обработка металла крайних частей сечения при несколько ослабленной обработке центральной части приводит в трапециидальных калибрах к развитию вынужденного уширения крайних частей и энергичному истечению металла в сторону образования широкой и тонкой подошвы трапеции. В рельсовых калибрах происходит формирование и обработка элементов профиля.
В соответствии с особенностями профиля и технологическими возможностями рельсобалочного стана «НКМК» в разработанной калибровке трамвайных рельсов типов Т62 и Т58 образование желоба и окончательное оформление профиля выполняется в двух последних калибрах (рисунок 1.10). В предотделочном калибре с помощью вертикального ролика головка рельса разрезается на собственно головку и губу, причем основная масса металла идет на питание головки, а формирование губы встречает значительные трудности [20].
Глубина разрезки в пред отделочном калибре достигает 36-38 мм при ширине желоба 35 мм. По своим размерам и форме черновой разрезающий гребень близок к профилю отделочного, что существенно облегчает работу последнего.
Оформление головки и фиксирование высоты рельса производится отделочным вертикальным роликом. Разрезающее приспособление предотделочного калибра размещается между шейками нижнего и среднего валков (рисунок 1.11) в пустотелой стальной подушке среднего валка и устанавливается как обычные подушки на выступах станины. Внутри подушки вмонтирован ролик с разрезающим гребнем. В отверстии в центре ролика расположен игольчатый подшипник, состоящий из наружной втулки, через которую проходит ось, скрепляющая ролик с подушкой [17].
В процессе разрезки головки рельса вертикальный ролик и детали разрезающего устройства испытывают большие усилия, поэтому конструкция разрезающего приспособления и его крепление должны быть достаточно прочными и устойчивыми [26].
Для предотвращения горизонтального отклонения валков от разрезающего приспособления в момент прохождения полосы на удлиненную шейку нижнего валка насаживают прочный бандаж (рисунок 1.11, г), представляющий собой массивную стальную отливку с отшлифованной внутренней поверхностью, обращенной в сторону сухаря. Крепление бандажа состоит из опорных разъемных колец, входящих в выточку на шейке нижнего валка и закрепленных специальной планшайбой. Для регулировки положения ролика в осевом направлении валков служит система затяжных клиньев, расположенных между наружной плоскостью подушки и сухарем с текстолитовой набивкой. Перемещение разрезающего ролика в вертикальном направлении осуществляют путем изменения толщины текстолита в кассете или установки под кассету металлических подкладок соответствующей толщины.
В существующей калибровке валков для прокатки трамвайных рельсов предчистовой трехвалковый калибр является первым разрезным калибром и врезается в горизонтальные валки горизонтально. С целью увеличения срока службы калибра и узла валков Дорофеев В.В, И.А. Шарапов, Е.Л. Кравченко [27] предлагают данный калибр врезать наклонно к осям горизонтальных валков (рисунок 1.12)
Нанесение координатной сетки
Актуальность задач, связанных с распределением деформаций при многочисленных процессах обработки металлов давлением, привела к развитию и дальнейшему совершенствованию методов исследования, которые можно разделить на аналитические и экспериментальные [85, 86, 87 и др.].
Аналитические методы исследования неравномерной деформации дают сведения о распределении обжатий по отдельным осям объекта или о его геометрии после деформации (вариационные методы), о конфигурации и расположении очага деформации и жестких зон, о полях и годографах скоростей деформации (методы характеристик — линий скольжения, метод верхних оценок). К аналитическим можно отнести методы расчетной (мнимой) координатной сетки [64] и фотопластичности с использованием галоидных солей серебра и оптически чувствительных покрытий. Эти методы, широко использующиеся в качестве основных данных конкретного эксперимента, позволяют решать задачу о распределении деформаций с применением аппарата механики сплошных сред и математической теории пластичности.
Экспериментальные методы заключаются в сопоставлении и количественной (или качественной) оценке определенной системы искусственных или естественных знаков: координатных сеток, рисок, штифтов, винтов, отдельных зерен структуры, волокна, покрытий, отверстий и т. д. в исходном состоянии и после деформации.
Координатные сетки следует считать наилучшими знаками, в полной мере отражающими характер течения металла.
Имеющиеся в литературе обширные сведения о координатных сетках [79] позволяют классифицировать их по следующим признакам. По форме сеток: нормальные сетки - система взаимно перпендикулярных линий, расположенных по направлениям главных нормальных напряжений и деформаций; касательные сетки — система взаимно перпендикулярных линий, расположенных по исходным направлениям наибольших касательных напряжений и сдвигов; система соприкасающихся окружностей; радиальные сетки - система лучей, исходящих из одной точки и концентрические окружности; система параллельных линий.
По способам нанесения различают сетки, полученные нацарапыванием и давлением; накатыванием (валикам и способом шелкографии); фотопечатанием; травлением; электроимпульсным методом; напылением другими материалами, а также вставные сетки (листовые, из системы прутков или штифтов и образованные шариками). [80, 81]
При нанесении сетки исключаются повреждения заготовки способные повлиять на результат пластической деформации, т.е. толщина линий сетки должна быть минимальной. Нанесение сетки не должно привести к коррозии заготовки. Вместе с тем контур линий должен быть четким после пластической деформации.
Для изучения конечных пластических деформаций по искажению сеток исследуемая модель (заготовка) разрезается до формоизменения по сечению, на котором наносится сетка того или иного вида. В последующем рассеченные физическим резом части заготовки с сеткой фотографируются, составляются вместе и подвергаются обжатию, как будто бы модель была сплошным телом. После формоизменения модель вновь разнимается по физическому резу, а сетка, искаженная деформацией, фотографируется вторично. Для достижения необходимого контраста при фотографировании канавки нацарапанной координатной сетки можно заполнять мелом, типографской краской или другим материалами (до и после деформации).
Размер ячейки сетки выбирают исходя из того, чтобы после деформации стороны прямоугольных сеток с достаточной степенью точности можно было считать прямыми, круглые ячейки - близкими к окружности. В этом случае деформированное состояние внутри ячейки близко к однородному [65]. Тогда в первом приближении степень деформации можно определять значением наибольшей из абсолютных величин главных компонентов деформации.
Метод координатных сеток дает возможность изучать деформации в любом сечении модели. При необходимости части заготовки склеиваются сплавом Вуда (прослойка его может быть достаточно тонкой), обладающим пластическими свойствами, сходными со свойствами свинца [66, 76, 77].
Иногда половинки образцов специально не скрепляют, но при этом деформация осуществляется в инструменте, препядствующим течению металла в направлении, перпендикулярном плоскости разрезки образцов [67].
Обработка координатной сетки построена на следующих принципах: 1. основные параметры локального (в пределах еденичной ячейки делительной сетки) формоизменения определяются из сопоставления конечной формы и размеров ячейки с ее начальной (исходной) формой и размерами; 2. полагается, что в выделенном объеме изотропного тела элементарная сфера (или окружность - сечение сферы плоскостью) превращается в результате однородной конечной деформации и эллипсоид (эллипс), главные оси которого определяют направление главных осей тензора деформации; 3. главные компоненты тензора деформации определяются натуральными логарифмами отношений главных диаметров эллипса к диаметру исходной сферы; 4. главные оси тензора напряжений изотропного тела совпадают с направлением главных осей эллипсоида; 5. интенсивность деформированного состояния, выражаемая значениями главных компонентов деформации, определяет физическое состояние материала и работу, затрачиваемую на его формоизменение; 6. в виду того что деформация рассматриваемой материальной частицы (т.е. в достаточно малой области значений начальных координат - переменных Лагранжа) совершалась монотонно, главные оси результативной (итоговой) деформации должны совпадать с главными осями тензора скорости деформации и главными осями напряженного состояния в любой рассматриваемой стадии процесса, а главные компоненты девиатора тензора напряжений должны быть пропорциональны главным компонентам результативной деформации; 7. вычисление самих компонентов напряжений связанно с решением уравнений равновесия при осесимметричном напряженно-деформированном состоянии, а интенсивность напряженного состояния устанавливается в зависимости от степени деформации по данным испытания материала на простое растяжение.
В настоящее время разработано достаточно большое количество способов нанесения решеток на исследуемую поверхность [68-75]. Координатная сетка представляла собой два семейства взаимно перпендикулярных линий (рисунок 2.5). Координатную сетку наносили при помощи специальной плиты с насечками (рисунок 2.6), шаг насечек составил 2 мм, с высотой зуба 3 мм. Половинку рельса устанавливали на винтовой пресс и на торец укладывали плиту с насечками, и придавливали таким образом, чтоб остался четкий отпечаток, затем плиту поворачивали на 90 и снова наносили отпечаток, таким образом получалась координатная сетка, параметры ячеек координатной сетки: 2x2 мм2, ширина и глубина линий 0,5 мм.
Исследование деформированного состояния трамвайного рельса при разрезке головки профиля
Как уже было описано в предыдущей главе, исследуемая модель предварительно разрезалась, на плоскость поперечного сечения наносилась координатная сетка и сканировалась. Затем части заготовки составляли вместе и прокатывались как цельное металлическое тело. После формоизменения модель вновь разнималась по физическому резу, а искаженная деформацией сетка сканировалась. Степень искажения плоскости разъема заготовки может служить качественным показателем совпадения плоскости реза с главной плоскостью деформированного состояния.
На полученных сканированных изображениях фиксируются два семейства кривых: первое - геометрическое место точек, располагавшихся до деформации в плоскости, перпендикулярной оси профиля рельса (семейство горизонталей); второе — геометрическое место точек, располагавшихся до деформации на постоянном расстоянии от оси профиля рельса (семейство вертикалей).
В результате проведенных экспериментов с разрезкой губы головки рельса с применением разрезных роликов 075 и 0120 мм по сечениям 1-1, 2-2, 3-3, 4-4, что соответствует степеням деформации 25, 50, 75 и 100% от глубины желоба. Были получены значения: главных осей эллипса 2а и 2в; угол между большой главной осью эллипса и большим сопряженным диаметром S; главные компоненты деформации єі и є2, значения интенсивности деформации єи; значения деформаций от обжатия разрезным роликом а+в ; значения деформаций от обжатия горизонтальными валками а — в; значения деформаций по ходу прокатки st.
В данном параграфе представлены результаты расчетов деформации разрезным роликом 075 мм по сечению 1-1, что соответствует расстоянию от оси валков до секущей плоскости - 22,4 мм (стр. 47, рисунок 2.8). В сечении 1-1 обжатие составляет 25% от глубины желоба, что соответствует 2,45 мм, при общей глубине желоба 9,8 мм. Используя программу по расчету основных параметров деформации, которая подробно описана в главе 2 «Компьютерное моделирование», с исходными данными координат точек деформированных ячеек сетки, получили значения главной большей полуоси эллипса после прокатки, результаты расчета в таблице 3.1. В таблицах значения строк 0-4 -направление по горизонтали, а значения столбцов 0-8 — направление по вертикали (рисунок 3.4).
Таким же образом, как и значение главной большей полуоси эллипса, с помощью программы рассчитали значения главной меньшей полуоси эллипса деформированных ячеек координатной сетки, полученные значения сведены в таблице 3.2.
Согласно полученным значениям главных осей эллипса для каждой деформированной ячейки рассчитывались значения углов между большей главной осью эллипса и большим сопряженным диаметром, расчетные значения сведены в таблицу 3.3. общей глубине желоба 9,8 мм. Используя программу по расчету основных параметров деформации, которая подробно описана в главе 2 раздел «Обработка координатной сетки», с исходными данными координат точек деформированных ячеек сетки, получили значения главной большей полуоси эллипса после прокатки, результаты расчета в таблице 3.1. В таблицах значения строк 0-4 - направление по горизонтали, а значения столбцов 0-8 - направление по вертикали (рисунок 2.5).
Таким же образом, как и значение главной большей полуоси эллипса, с помощью программы рассчитали значения главной меньшей полуоси эллипса деформированных ячеек координатной сетки, полученные значения сведены в таблице 3.2.
Согласно полученным значениям главных осей эллипса для каждой деформированной ячейки рассчитывались значения углов между большей главной осью эллипса и большим сопряженным диаметром, расчетные значения сведены в таблицу 3.3. Далее рассчитывались главные компоненты деформации є\ и є2, значения которых представлены в таблицах 3.4 и 3.5.
После того как получили значения главных компонентов деформации, рассчитывались значения интенсивности деформации сдвига с учетом условия несжимаемости, результаты представлены в таблице 3.6.
Далее, используя метод Г.А. Смирнова-Аляева и полученные значения главных полуосей эллипса, рассчитывалась интенсивность деформации при прокатке, которая вычисляется как сумма отношений полуосей эллипса и радиуса элементарной окружности, рассчитанные значения в таблице 3.7.
Также используя данный метод (Г.А. Смирнова-Аляева), рассчитывались значения деформации от обжатия горизонтальными валками для каждой ячейки деформированной координатной сетки. Значение деформации находится как разность отношений полуосей эллипса и радиуса элементарной окружности, вычисленные величины представлены в таблице 3.8. Далее рассчитывались значения деформаций по ходу прокатки. Деформация находится как сумма логарифмов полуосей эллипса, преобразованного из элементарной окружности радиусом 1мм, вписанной в квадратную сетку, рассчитанные значения представлены в таблице 3.9.
Разработка и внедрение новой технологии прокатки трамвайных рельсов
Для реализации предлагаемой технологии с разрезкой головки за один проход, в существующих условиях РБЦ, использование существующего разрезного ролика 0650 чистового калибра невозможно по трем причинам: во первых, с применением существующего диаметра разрезного ролика, на него действуют усилия от разрезки на 20,9% (расчетное значение) и на 25,3% (экспериментальное значение) больше, чем с применением предлагаемого ролика меньшего диаметра; во-вторых, из-за перепада усилий в чистовом калибре при прокатке 400-500 т. трамвайных рельсов происходит истирание фланца текстолитового подшипника, что в свою очередь приводит к остановке чистовой клети; в-третьих с использованием разрезного ролика 0650 мм момент прокатки больше на 47,3%, чем при использовании предлагаемого разрезного ролика 0325 мм. Для реализации предлагаемого проекта отсутствует необходимость в каких-либо денежных вложениях.
Была спроектирована новая конструкция кассеты с уменьшенным диаметром разрезного ролика (рисунок 4.17), при условии сохранения исходных габаритных размеров корпуса кассеты, на которую была подана заявка на изобретение. Разрезной ролик в сборе называется кассетой универсального четырехвалкового чистового калибра. Кассета устанавливаемая со стороны головки рельса, включающая разрезной ролик на игольчатом подшипнике через который проходит ось, для прокатки профилей с желобом, в частности для формирования поверхности катания головки и желоба трамвайных желобчатых рельсов, отличающаяся тем, что в сварном корпусе кассеты установлен разрезной ролик меньшего диаметра оснащенный, со стороны противоположной очагу деформации, сверху и снизу, двумя рядами цилиндрических подпорных катков различного диаметра закрепленных в обойме и соприкасающихся с разрезным роликом по специальным проточкам соответствующим его нерабочим поверхностям. Подпорные катки большего диаметра смонтированы на роликоподшипниках и располагаются под углом 45 к действию радиальных сил, катки меньшего диаметра, смонтированы на подшипниках скольжения и располагаются под углами 15 и 75, обеспечивая равномерное распределение усилия разрезки губы головки рельса между подпорными катками и осью разрезного ролика.
Разрезка губы головки рельса происходит за один проход в одном чистовом калибре — это приводит к улучшению геометрии профиля и сокращению бракованных рельсов (снижается количество рельсов, имеющих поверхностные дефекты) на 40%, что напрямую сказывается на годовой экономии текущих затрат от снижения бракованных рельсов.
Согласно сводной характеристике сдачи профиля Т-62 за 2005 год, выход рельса 2 сорта, выход по браку (узкая головка, широкая головка) составляет 94,2+19,4+25,2=138,8 т. Количество тонн профиля, на которое уменьшится число бракованных рельсов и рельсов 2 сорта, составит: Принимая, что стоимость 1 тонны трамвайного рельса 25053,46 р., то дополнительно будет выпущено готовой продукции на сумму: При поломке разрезного ролика предчистовой клети, который в среднем прокатывает 1500 т., на его замену уходит в среднем 1,5 часа. Необходимое количество замен ролика с учетом годового выпуска рельсов, который в 2005г. составил 8619,8 т. Считая, что интенсивность прокатки 200 т/час, а стоимость 1 тонны = 531,5 р.тонна, то стоимость простоя стана, в час, составит: Общая экономия от предложенных мероприятий составляет:
