Thiết kế xưởng cán liên tục thép cuộn cán nóng cacbon thấp và trung bình chuyên cán băng rộng bản (1,2÷12) × 1850 mm năng suất 6 triệu tấnnăm.Thép cán là mác thép cacbon, thép hợp kim thấp.Tính toán công nghệ cán sản phẩm điển hình (ℎ×
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CÁN NÓNG THÉP BĂNG
Sơ đồ bố trí tổng quan công nghệ cán thép băng
1.1.1 Xưởng cán nóng sử dụng các máy cán liên tục
Máy cán thép băng rộng bản liên tục được sử dụng để cán nóng thép băng từ các loại thép cacbon và thép hợp kim, với độ dày từ 0,8 đến 16 mm và chiều rộng tối đa.
2350 mm Phôi được sử dụng để cán thép băng thường có kích thước
Giá cán được chia thành hai nhóm chính: nhóm cán thô và nhóm cán tinh, được bố trí nối tiếp nhau Khoảng cách giữa các giá cán thô được thiết kế để đảm bảo rằng trong một thời điểm, băng thép chỉ được cán trong một giá duy nhất Ngược lại, trong nhóm cán tinh, băng thép được cán đồng thời trong tất cả các giá cán, với khoảng cách giữa các giá cán tinh dao động từ 5.5m đến 6m.
Hình 1.1 : Sơ đồ máy cán nóng thép băng rộng bản liên tục
1 Lò nung phôi; 2 Đường băng lăn nhận thép; 3 Giá tẩy gỉ thô trục đứng;
4 Giá tẩy gỉ thô trục ngang; 5 Giá cán thô kvarto; 6 Giá cán thô kvarto vạn năng; 7 Đường băng lăn trung gian; 8 Máy cắt đầu đuôi; 9 Giá tẩy gỉ tinh duo; 10 Các giá cán tinh kvarto; 11 Đường băng lăn thép sau khi cán với dàn phun nước làm nguội nhanh; 12 Thiết bị cuộn thép
Các máy cán thép băng rộng bản liên tục thường được thiết kế với 4 đến 6 giá cán thô, 6 đến 7 giá cán tinh và 2 đến 3 máy tẩy gỉ Hình 1.2 minh họa một số sơ đồ bố trí phổ biến của các máy cán nóng thép băng rộng bản liên tục.
Sử dụng các lò nung để nung phôi trước khi cán, ở các xưởng cán liên tục công suất cao thường sử dụng 3 – 5 lò nung.
Trong các xưởng cán nóng thép băng rộng, bên cạnh các thiết bị chính, còn có nhiều thiết bị tinh chỉnh quan trọng như máy tinh chỉnh để mặt, thiết bị đóng gói và các máy gia công trục.
Hình 1.2 : Dây chuyền đúc và cán từ phôi nguội của nhà máy US Steel
1.1.2 Xưởng cán nóng sử dụng các máy cán bán liên tục
Các máy bán liên tục thường dùng cho cán thép băng có độ dày phổ biến từ 0,8 –
16 mm hay thép tấm có độ dày không dưới 8 mm, rộng tới 3200 mm từ phôi slab dày 70mm đến 300mm.
Hình 1.3 : Máy cán bán liên tục
Dây chuyền cán bán liên tục được chia làm 2 nhóm giá cán thô và tinh :
Nhóm giá cán thô bao gồm các giá cán đảo chiều với chiều dài thân trục lớn hơn so với giá cán tinh bằng nhôm Để đảm bảo chất lượng tẩy gỉ, thường có sự bố trí thêm các giá đánh gỉ thô theo cả chiều dọc và chiều ngang.
Nhóm giá cán tinh bao gồm từ 4 đến 7 giá kvarto và có thể kèm theo một giá đánh gỉ tinh duo, cùng với các thiết bị khác như bàn làm mát và máy tạo cuộn tương tự như dây chuyền liên tục Các máy cán thép băng rộng bản bán liên tục mang lại nhiều ưu điểm vượt trội.
Khối lượng thiết bị cơ điện nhỏ và diện tích sản xuất cùng diện tích phụ không lớn giúp giảm thiểu chi phí đầu tư cho thiết bị và công trình.
- Chủng loại sản phẩm rộng hơn Quy trình công nghệ có thể điều chỉnh thay đổi dễ dàng.
Công nghệ cán thép hiện đại cho phép xử lý các loại thép khó biến dạng bằng cách kiểm soát chặt chẽ các yếu tố như lượng ép tổng cộng, lượng ép riêng, nhiệt độ và vận tốc cán.
Nhược điểm của dây chuyền cán bán liên tục :
- Chất lượng bề mặt kém, nhất là thép tấm dày do không được cán trong nhóm liên tục, phải cán nhiều lần trong một giá cán.
Hình 1.4 : Sơ đồ bố trí và kết hợp các giá cán của các máy cán nóng thép băng rộng bản bán liên tục
1 Lò nung phôi; 2 Đường băng nhận thép; 3 Giá đánh gỉ thô trục đứng; 4. Giá đánh gỉ thô trục ngang; 5 Giá cán thô đảo chiều; 6 Giá cán thô vạn năng kvarto đảo chiều; 7 Giá cán thô vạn năng kvarto không đảo chiều 8. Đường băng lăn trung gian; 9 Giàn băng di chuyển thép; 10 Máy cắt lia;
11 Giá đánh gỉ tinh; 12 Các giá cán kvarto ; 13 Đường băng lăn dẫn thép đến máy cuộn có hệ thống làm nguội; 14 Các máy cuộn thép; 15 Đường băng tải thép cuộn
1.1.3 Dây chuyền máy đúc cán liên tục
Trong những năm gần đây, sự phát triển của công nghệ đúc thép liên tục đã dẫn đến sự ra đời của máy cán thép băng rộng mới Máy đúc cán liên tục này có khả năng đúc phôi dày với tốc độ lên tới 6 m/phút.
Hình 1.5: Sơ đồ bố trí thiết bị của máy đúc cán liên tục do hãng Schlomann
Siemag chuyên chế tạo các thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp, bao gồm khuôn đúc liên tục, hệ thống con lăn kéo phôi và dẫn hướng, cùng với thanh chắn đáy khuôn để khởi đầu quá trình đúc Ngoài ra, Siemag còn sản xuất lò nung liên tục, nhóm giá cán liên tục, giá cán Kvarto, máy cuộn, và bàn chứa thép tấm dày sau khi cắt, đáp ứng nhu cầu đa dạng của thị trường.
Hình 1.6 Sơ đồ nhà máy OMK của Nga đúc cán thép liên tục không đầu đuôi
Hình 1.7 Sơ đồ cán thép liên tục của nhà máy Tangshan (Trung Quốc)
Qua 2 sơ đồ phân bố thiết bị như hình 1.5 và hình 1.6, có thể thấy ngay được các ưu điểm của dây chuyền đúc cán liên tục như :
- Tiêu hao kim loại không đáng kể, năng suất cao
Công nghệ đúc cán liên tục hiện nay mang lại năng suất và tốc độ đúc vượt trội, đặc biệt phù hợp cho các nhà máy sản xuất mác thép phổ thông và dễ biến dạng Nhờ vào những cải tiến trong công nghệ, chất lượng băng thép được nâng cao đáng kể so với các dây chuyền cũ Rõ ràng, công nghệ này đang dẫn đầu trong lĩnh vực sản xuất thép tấm và thép băng, hứa hẹn sẽ là xu hướng tương lai cho ngành công nghiệp thép.
LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CÁN
Lựa chọn công nghệ cán
2.1.1 Lựa chọn sơ đồ cán
Khi lựa chọn sơ đồ cán, cần xem xét các yêu cầu về năng suất máy, hệ số tiêu hao kim loại, chất lượng bề mặt, độ chính xác và cơ lý tính của sản phẩm Việc chọn sơ đồ cán phù hợp sẽ phụ thuộc vào năng suất và kích thước sản phẩm, nhằm đạt hiệu quả tối ưu nhất.
Theo yêu cầu của đề tài, phôi ban đầu có kích thước h x b x l = (70÷85) x 1850mm và sản phẩm có kích thước h x b = (1,5÷12) x 1850 mm Dựa vào kích thước phôi và sản phẩm cùng với các phân tích ở chương 1, chúng ta đã lựa chọn sơ đồ cán dọc cho đến khi đạt được độ dày cần thiết.
Hình 2 1 Sơ đồ cán dọc
2.1.2 Lựa chọn quy trình công nghệ
Từ yêu cầu của đề tài, em đã xác định được phôi ban đầu có kích thước h x b x l
Sản phẩm được sản xuất có kích thước h x b = (1,2÷12) x 1850mm, với năng suất đạt 6 triệu tấn/năm Qua việc phân tích các quy trình cán nóng thép băng, tôi đã lựa chọn quy trình công nghệ tối ưu nhất, đó là dây chuyền đúc liên tục và cán theo dạng coil – to – coil, nhằm đảm bảo các yêu cầu chất lượng.
Dựa vào sơ đồ bố trí thiết bị trong nhà máy và loại thép tấm dày hxb = 3x1850 mm được sản xuất từ mác thép cacbon thấp (0,08%C), chúng tôi đã lựa chọn sơ đồ quy trình công nghệ cán phù hợp.
Hình 2 2 Sơ đồ quy trình công nghệ trong nhà máy cán thép
Phôi tấm được đưa vào lò nung sau khi đã được gia nhiệt đồng đều, với nhiệt độ khoảng 1130 o C đến 1160 o C Điều này đảm bảo đạt yêu cầu về nhiệt độ cho mác thép và độ dày cuối cùng của sản phẩm.
Sau khi phôi tấm được gia nhiệt, quy trình tẩy gỉ sẽ được thực hiện bằng máy tẩy gỉ WD2 Máy này sử dụng nước áp lực cao để loại bỏ lớp vảy bám dọc theo bề mặt phôi tấm, đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Khu vực cán thô gồm hai giá, có chức năng giảm phôi tấm từ kích thước ban đầu xuống độ dày băng thép trung bình, đảm bảo kích thước yêu cầu cho cụm giá cán tinh Máy cán thô được trang bị HAGC để điều khiển chính xác khe hở trục cán, tránh tình trạng kẹt phôi, đồng thời có hệ thống thủy lực để điều chỉnh cân bằng các trục làm việc và trục tựa.
Máy cắt đầu đuôi được lắp đặt sau giá cán thô cuối cùng, có chức năng cắt đầu và đuôi băng thép khi sản xuất thành phẩm mỏng, giúp dẫn hướng tấm thép đến máy cắt với cơ cấu dẫn hướng thủy lực Việc cắt này cải thiện hình dáng đuôi tấm, đảm bảo dễ dàng gắn khớp khi vào giá cán tinh Máy cắt sử dụng loại tang trống xoay, truyền động dưới đáy, với hai dao cắt được trang bị trên tang trống: dao cắt hình cung cho phần đầu tấm và dao cắt thẳng cho phần đuôi Sau đó, hệ thống tôi được lắp đặt để giảm nhiệt độ tấm thép, và phía sau là máy tẩy gỉ WD3 sử dụng nước áp lực cao để loại bỏ vẩy cán bám dọc chiều dài tấm thép.
Khu vực cán tinh bao gồm bốn giá cán được trang bị hệ thống HAGC và cảm biến tải trọng để giám sát lực cán Các giá cán tinh này có nhiệm vụ cán phôi sau khi đã qua cụm giá cán thô, giúp điều chỉnh kích thước sản phẩm theo yêu cầu, đảm bảo độ dày và độ phẳng đạt tiêu chuẩn.
Giữa các giá cán, hệ thống bàn tạo chùng được trang bị xylanh thủy lực giúp điều chỉnh độ căng của băng thép Đồng thời, hệ thống làm mát trung gian cũng được lắp đặt để kiểm soát nhiệt độ khi băng thép ra khỏi giá cán, từ đó đơn giản hóa việc điều chỉnh nhiệt độ tại bàn con lăn tháo liệu.
Tại lối ra khỏi cụm giá cán tinh, trang bị một thiết bị đo để đo các đặc tính của sản phẩm cuối cùng.
Bàn con lăn ra liệu và làm mát băng thép được thiết kế nhằm đảm bảo băng thép chạy an toàn và liên tục, đồng thời kiểm soát quá trình làm mát một cách đồng đều Dọc theo bàn con lăn, các kênh làm mát với ống phun hình chữ U được lắp đặt, trong đó các đầu phun ở đỉnh và các pép phun ở dưới chân được điều khiển bởi các van đóng mở phản hồi nhanh Hệ thống này hoạt động dựa trên độ dày băng thép, tốc độ và nhiệt độ tại các đầu vào của vòi và đầu phun, nhằm đảm bảo các đặc tính luyện kim tối ưu cho sản phẩm cuối cùng.
Sau khi thép được làm mát, sản phẩm sẽ được chuyển đến khu vực cuộn, nơi thực hiện việc cuộn lại để chuẩn bị cho các bước tiếp theo như đóng đai, cân, đánh dấu và lưu kho Khu vực cuộn bao gồm hệ thống dẫn hướng căn chỉnh tâm, hai máy đẩy kẹp bố trí lệch và một máy cuộn hai.
Bố trí và lựa chọn thiết bị
Căn cứ vào thứ tự các bước và hướng chuyển động của kim loại Ta bố trí sao cho đường vận chuyển kim loại là ngắn nhất.
Thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất bao gồm máy đúc liên tục, lò nung tunnel, hai giá cán thô, bốn giá cán tinh, và hệ thống làm nguội Máy đúc liên tục được bố trí ở đầu dây chuyền, tiếp theo là lò nung tunnel để gia nhiệt và đồng đều hóa nhiệt độ cho phôi đúc Hai giá cán thô được sắp xếp theo hàng kèo với cơ cấu tạo chùng ở giữa, trong khi bốn giá cán tinh cũng có cơ cấu tạo chùng giữa mỗi giá Cụm động cơ, hộp giảm tốc và hộp truyền lực được đặt ở một phía, tạo không gian cho việc bảo dưỡng, vận hành và sửa chữa, nhằm đảm bảo quy trình thay thế và lắp đặt diễn ra nhanh chóng Cuối cùng, hệ thống kiểm tra và đóng bó được dồn về phía cuối nhà xưởng, với khoảng cách giữa các giá cán được bố trí hợp lý.
+ Nhóm cán thô: 2 giá cán cánh nhau một khoảng là 5,5m.
Nhóm giá cán tinh có khoảng cách 5,5m giữa các giá cán liền kề và bàn tạo trùng được đặt xen kẽ Thiết bị phụ trong nhà máy cán chiếm đến 85% trọng lượng toàn bộ thiết bị, vì vậy việc lắp đặt đúng trình tự là rất quan trọng để đảm bảo quá trình vận hành diễn ra thuận lợi, đồng thời tiết kiệm diện tích và nâng cao năng suất Một số thiết bị phụ tối thiểu cần thiết và cần được tính toán tối ưu bao gồm cầu trục, xe nâng, xe đẩy và dụng cụ cơ khí.
Bố trí mặt bằng xưởng là quá trình sắp xếp không gian giữa máy móc, khu vực làm việc và các bộ phận phục vụ sản xuất Cách bố trí hợp lý không chỉ ảnh hưởng đến chi phí và thời gian sản xuất mà còn giúp nâng cao năng suất Do đó, việc nghiên cứu và lựa chọn phương án bố trí ngay từ đầu là rất cần thiết để tối ưu hóa hiệu quả sản xuất.
Khi bố trí dây chuyền công nghệ, cần tuân thủ một số yêu cầu quan trọng: đảm bảo đường đi của dây chuyền là ngắn nhất có thể và dễ dàng thực hiện tự động hóa, cơ khí hóa trong quá trình sản xuất.
- Đảo bảo phối hợp hài hòa giữa các khâu nguyên liệu, điện – nước, quá trình sản xuất – xuất sản phẩm ;
- Đảm bảo an toàn cho người lao động, quá trình vận hành và môi trường có ảnh hưởng lớn tới sức khỏe người lao động;
Để đảm bảo khả năng thay đổi và dễ dàng mở rộng nâng cấp nhà máy, xưởng được thiết kế hai tầng nhằm tiết kiệm mặt bằng và tối ưu hóa không gian sử dụng Tầng trên chứa hệ thống dây chuyền thiết bị cán và kho bãi sản phẩm, trong khi tầng dưới (tầng hầm) dành cho các khu vực phục vụ sản xuất như tổ chuẩn bị, tổ cơ khí, tổ điện, và kho vật tư Tầng hầm cũng có thể chứa các hệ thống thủy lực, động cơ, đường ống dẫn, cũng như các bãi chứa phế liệu và rác thải.
- Sơ đồ mặt bằng xưởng:
Từ các phân tích trên, ta đưa ra sơ đồ bố trí mặt bằng và thiết bị chính như hình:
Hình 2.3 minh họa mặt bằng công nghệ và bố trí thiết bị trong quy trình cán thép tấm, bao gồm các thiết bị quan trọng như máy đúc phôi, máy tẩy gỉ WD1, lò nung dạng hầm, cụm giá cán thô, máy cắt đầu đuôi, hộp làm mát sâu, máy tẩy gỉ WD2, cụm giá cán tinh, bàn con lăn ra liệu làm mát, và máy cuộn thép.
Nhà máy với năng suất cán 3 triệu tấn/năm và quy mô lớn sản xuất đa dạng sản phẩm, yêu cầu thiết bị đầy đủ để đảm bảo chất lượng và kỹ thuật cho từng loại sản phẩm Đối với sản phẩm có kích thước h x b = (1.2 - 12) mm x 1850 mm và yêu cầu chất lượng bề mặt cao, chúng tôi chọn hệ máy cán bao gồm 2 máy cán thô 4 trục và 4 giá cán tinh 4 trục.
Bảng 2 1: Thông số kỹ thuật của máy cán đã chọn
Trục làm việc Trục tựa Dữ liệu động cơ Tỉ số truyề n
Tốc độ dài của trục khi
Khung giá cán la là loại khung kín được chế tạo từ thép một mảnh, với bộ tách phía trên và dưới làm từ thép gia công, được kết nối bằng bu lông với các trụ đỡ của giá cán chính Vị trí trục tựa được điều khiển thông qua xi lanh thủy lực, kết nối với khung giá cán bằng bu lông, đảm bảo ổn định với khe giữa gối đỡ trục tựa và khung Khung giá cán được bố trí ở lối ra phía trên và dưới.
Hành trình dọc trục: 20 mm Áp suất vận hành: 290 bar
Hình 2 4: Khung giá cán kiểu kín.
Các cơ cấu được trang bị trên khung giá cán bao gồm :
Bộ điều khiển vị trí trục tựa được lắp đặt ở cạnh bên, nằm giữa khe hở của khung giá cán và gối đỡ trục tựa, và được gắn chắc chắn vào khung giá cán bằng bulong.
Bao gồm 4 xylanh chia đều : 2 xylanh phía động cơ và 2 xylanh phía vận hành với đường kính 70 mm và hành trình 20mm.
Chức năng : Cân bằng vị trí trục tựa với khung giá cán ( cân bằng khoảng cách khe hở 2 phía bên của gối trục với khung giá cán.
Hình 2 5 : Bộ điều khiển vị trí trục tựa (màu vàng).
Bộ kẹp gối trục được lắp đặt ở hai bên của khung giá cán, tương tự như bộ điều khiển vị trí, nhằm cố định vị trí trục tựa trong quá trình vận hành.
Hình 2 6 : Bộ kẹp gối trục (clamps)
Khung giá được trang bị các đường ray giữa và bộ khóa đầu trục quay, giúp thuận tiện trong việc thay trục Ngoài ra, bộ đế tựa chống momen lật cũng được tích hợp để đảm bảo an toàn trong quá trình cán.
Vật liệu sử dụng là thép đúc li tâm hợp kim cứng có hàm lượng crom cao, với độ cứng thân làm việc của trục đạt từ 73 đến 78 HRC Hai trục có đường kính dao động từ 630 đến 950 mm, tùy thuộc vào vị trí giá cán thô hay tinh, và chiều dài thân trục làm việc là 1950 mm Quy trình gia công bằng phương pháp mài đảm bảo chất lượng bề mặt sản phẩm đạt yêu cầu.
Chức năng: trực tiếp cán băng thép, điều chỉnh độ không đồng đều ngang của chiều dày băng kim loại.
Gối đỡ trục làm việc được thiết kế với đặc điểm nổi bật là sử dụng thép đúc và có các tấm lót thay thế Chốt tựa trong gối đỡ đảm bảo hỗ trợ cho bộ trục làm việc phía trên, cho phép dễ dàng thay thế trục Đặc biệt, gối đỡ phía dưới được trang bị các tấm trượt, giúp quá trình thay trục trở nên thuận tiện hơn.
Vật liệu gối đỡ: thép đúc
Hình 2 7 : Bộ trục làm việc và gối đỡ
Vật liệu sử dụng cho trục là thép rèn hợp kim đã qua xử lý nhiệt, với độ cứng thân làm việc đạt từ 55 đến 65 HRC Trục tựa có số lượng là 2, với đường kính tối thiểu là 1320mm và tối đa là 1450mm Chiều dài thân làm việc của trục tựa là 1650mm.
• Bộ gối đỡ trục tựa
Gối đỡ bằng thép đúc được thiết kế với các tấm lót thay thế, giúp tăng cường hiệu suất và độ bền Gối đỡ bên truyền động phía dưới được giữ chắc chắn trong tấm trượt công cụ thay trục, đảm bảo sự ổn định và chính xác trong quá trình hoạt động.
Vật liêu gối đỡ: thép đúc.
Hình 2 8 : Bộ trục tựa và gối đỡ trục tựa
Kết luận
Chương 2 đã trình bày khái quát về công nghệ và thiết bị chung với sản phẩm tấm nói chung và sản phẩm 3 x 1800 �� nói riêng theo yêu cầu của đề tài, cũng như đưa ra được quy trình khái quát về các sản phẩm cán khác có thể cán được trong dây chuyền này.
Các thiết bị trong dây chuyền cán hiện đại tương tự như dây chuyền cán truyền thống Sau khi lựa chọn các thiết bị phù hợp, bước tiếp theo là bố trí chúng để tạo thành mặt bằng cho xưởng cán.
Dựa vào công nghệ và thiết bị đã lựa chọn, chúng ta sẽ tiến hành tính toán các thông số hình học, công nghệ và năng lượng cho dây chuyền cán trong chương 3.
TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ SẢN PHẨM ĐIỂN HÌNH
Tính toán lượng ép
a) Yêu cầu về lượng ép trong nhóm giá cán thô :
Để duy trì nhiệt độ cán cao, lượng ép tổng trong nhóm giá cán thô cần phải lớn nhất Áp lực toàn phần của kim loại lên trục cán ở mỗi giá cần được lựa chọn sao cho tải trọng lên các chi tiết của giá cán và động cơ truyền động nằm trong giới hạn cho phép.
Lượng ép cực đại trong mỗi giá cán thô được xác định bởi giá trị của góc ăn cực đại cho phép, độ bền của trục cán, và công suất của động cơ truyền động.
Lượng ép tổng cộng trong nhóm giá cán thô bằng (70÷85)% tổng lượng ép.
Chọn lượng ép tổng trong nhóm giá cán thô bằng 80% tổng lượng ép.
Căn cứ xác định lượng ép bao gồm:
Góc ăn cực đại cho phép. Độ bền của trục cán( kiểm tra lại lượng ép có đảm bảo độ bền trục hay không) Nhiệt độ cán
- Lượng ép tới hạn tính theo góc ăn cực đại:
Đường kính trục cán D được tính bằng mm, với α max là góc ăn lớn nhất vào trục, thường nằm trong khoảng 16 ° đến 18 ° Đối với trục cán bằng thép mới, chúng ta chọn α max = 17 ° Tại giá cán đầu tiên với đường kính trục D0 (mm), giá trị Δh1,max được tính bằng công thức Δh1,max = D1 × (1 – cos(αmax)), cụ thể là Δh1,max = 950 × (1 – cos(16 °)) = 36,8.
(mm) Dựa vào điều kiện ∆ℎ 1 ≤ ∆ℎ 1� �� = 36,8 Ta chọn: ∆ℎ 1
Lượng ép tổng cộng trong nhóm giá cán thô bằng (70÷85)% tổng lượng ép.
Chọn lượng ép trong nhóm giá cán thô là 80%.
+ Tổng lượng ép trong nhóm giá cán thô: ε=∆h 1 +
Bảng 3 1 : Bảng phân bố lượng ép phần giá cán tinh
Yêu cầu về lượng ép trong nhóm giá cán tinh là năng suất của nhóm cán tinh phải đạt mức tối đa cho một kích thước thép thành phẩm xác định.
Thép thành phẩm cần đáp ứng các yêu cầu về kích thước, độ chính xác, chất lượng bề mặt, cơ tính và tổ chức tế vi Áp lực kim loại lên trục cán phải không vượt quá giá trị cho phép dựa trên độ bền của các chi tiết giá cán Lượng ép và vận tốc cán cần được phân bố hợp lý để việc điều chỉnh nhóm cán tinh diễn ra đơn giản và nhanh chóng Để đạt được độ không đồng đều dọc và ngang của chiều dày nhỏ nhất, lực cán ở các giá cán tinh đầu tiên nên xấp xỉ bằng nhau, trong khi lực cán ở hai giá cán cuối cùng cần giảm dần, với lượng ép tương đối ở giá gần cuối giảm xuống 25% và ở giá cuối cùng là 15%.
Lượng ép tổng cộng trong các giá cán tinh bằng (15÷30)% tổng lượng ép phôi.
+ Tính toán: Để lượng ép ở giá cán cuối cùng đạt 15%: ε =∆h 6
(trong đó h = 3 mm là độ dày sản phẩm)
• Chọn lượng ép giá thứ 5 là: 25%: ε =∆h 5
• Chọn lượng ép giá thứ 4 là: 40%: ε=∆h 4
Vậy ta chọn chiều dày phôi sau lần cán 3 là: h3 = 7.6 (mm)
Bảng 3 2 : Bảng phân bố lượng ép các lần cán tinh
Tính toán góc ăn và chiều dài cung tiếp xúc
• Góc ăn kim loại được tính theo công thức α = ∆h rad R, Trong đó: ∆hlà lượng ép tuyệt đối, R là bán kính trục làm việc của giá cán
- Góc ăn tại giá cán thứ 1 là: α 1 = = = 0, 28 rad
• Chiều dài cung tiếp xúc được tính theo công thức: ltx = R.α
- Chiều dài cung biến dạng tại giá thứ 1 là: ltx1= R1.α = 475.0,27 = 128,93 Tính toán tương tự ta có góc ăn ở các giá tiếp theo:
Bảng 3 3: Góc ăn và chiều dài cung tiếp xúc qua các lần cán
Xác định nhiệt độ cán
Biết được độ giảm nhiệt độ của thép trong quá trình cán, ta có thể ước tính nhiệt độ của thép trong cụm cán thô bằng công thức sau.
- �, � � : nhiệt độ của thép trước khi vào giá cán thô và khi ra giá thô;
- ℎ 0 : chiều dày của thép trước khi cán trong giá cho trước (��);
- � : thời gian nguội của thép, bằng tổng thời gian cán và thời gian nghỉ
- � : khoảng cách giữa 2 giá cán
- � � : chiều dài phôi ban đầu (m)
- � Σ : hệ số giãn dài tổng cộng
- � 0 , � � : vận tốc trong giá cán trước và vận tốc di chuyển trên đường băng lăn trung gian.
Chọn nhiệt độ bắt đầu lần cán thô đầu tiên là 1150 0 � ta có :
Đối với nhóm giá cán tinh, việc xác định nhiệt độ của băng thép khi vào và ra khỏi cụm giá cán tinh cho phép chúng ta tính toán nhiệt độ chính xác của thép trong mỗi giá cán Công thức để thực hiện điều này sẽ được áp dụng dựa trên các thông số nhiệt độ đo được.
- � � , ℎ � : tương ứng là nhiệt độ và chiều dày thép khi đi ra khỏi nhóm cán tinh
- � ∶ nhiệt độ của thép tương ứng với chiều dày h
- � � , ℎ � : tương ứng nhiệt độ và chiều dày của băng thép khi vào nhóm cán tinh
Bảng 3 4: Nhiệt độ cán sản phẩm 3mm
Xác định hệ số ma sát
Để xác định vận tốc cán mà chưa tính đến lượng vượt trước, cần đảm bảo rằng thể tích dây không đổi theo các giá cán Điều này là yếu tố quan trọng để duy trì quá trình cán ổn định trong nhóm giá cán liên tục Cụ thể, công thức thể hiện mối quan hệ này là h n b n v n = h n + 1 b n + 1 v n + 1 = = h m b m v m = const.
Chiều dày và chiều rộng của băng kim loại được ký hiệu lần lượt là h và b Vận tốc thoát của kim loại ra khỏi trục cán được ký hiệu là v Ngoài ra, m và n là số thứ tự của giá cán cuối cùng và giá cán đầu tiên trong nhóm liên tục.
Khi tính toán tốc độ cán và thời gian cán, cần tạm bỏ qua lượng vượt trước vì nó không ảnh hưởng đến thông số lực Tốc độ này chỉ là tốc độ thô ban đầu, không phản ánh tốc độ thực của máy Sau khi hoàn tất tính toán, sẽ tiến hành hiệu chỉnh lại tốc độ dựa trên lượng vượt trước.
Do chiều rộng của băng kim loại trong quá trình cán ở nhóm giá cán tinh liên tục gần như không thay đổi, ta có thể diễn đạt điều kiện này như sau: h n v n = h n + 1 v n + 1 = = h m − 1 v m − 1 = h m v m = hằng số.
Trong đó: λ là hệ số giãn dài: λ = h i−1 m i
Chọn vận tốc biên ở lần cán 6 bằng 11 m/s.
Như vậy, vận tốc thoát của kim loại ra khói trục lần cán thứ 5 là: h m v = v × h 6
Tính toán tương tự ta có vận tốc cán ở các giá cán còn lại là:
Bảng 3 5: Vận tốc qua mỗi lần cán
• Xác định vận tốc trượt tương đối của thép trên bề mặt trục cán:
Vận tốc trượt tương đối của thép trên mặt trục được xác định bằng công thức: v = v × h 0 − h 1
3× h 1 Trong đó: vt là vận tốc biên của trục cán (đã tính được ở phần tốc độ cán) Tính tốc độ trượt trên giá đầu tiên:
Tương tự tính toán với các giá tiếp theo ta được các giá tri sau:
Bảng 3 6 : Vận tốc trượt qua mỗi lần cán
• Tính hệ số ma sát giữa kim loại và trục cán:
Hệ số ma sát trong quá trình cán ổn định được xác định theo công thức sau:
- k 1 : hệ số ảnh hưởng thành phần hóa học của thép, đối với thép cacbon thấp, chọn � 1 = 1;
- k 2 : hệ số tính tới ảnh hưởng của vật liệu và trạng thái bề mặt trục cán, đối với trục gang mới bán cứng chọn � 2 = 0,9;
- � 0 : hệ số ma sát tương ứng với điều kiện nhiệt độ và tốc độ trượt tương đối.
Hệ số ma sát tương đối � 0 ta tra trong bảng 2.4 trang 45 Tài liệu [sách sản xuất thép tấm và thép băng].
Bảng 3 7 : Hệ số ma sát trong điều kiện nhiệt độ và tốc độ trượt tương ứng
Hệ số ma sát f0 trong điều kiện tốc độc trượt vtr (m/s)
Tại lần cán thứ nhất:
Ta có: k 1 = 1, � 2 = 0,8Tra bảng bên trên, ứng với tốc độ trượt là 0,34 m/s và nhiệt độ cán 1156 ℃ ta chọn: f01 = 0,31
Hệ số ma sát trong lần cán 1 là : f y1 = k 1 k 2 f 0 = 1.0,8.0,31 = 0, 25
Tính toán tương tự, ta có bảng giá trị hệ số ma sát như sau :
Bảng 3 8 : Hệ số ma sát đối với sản phẩm tấm 3mm
Tính toán tốc độ cán và thời gian cán
Theo điều kiện thể tích dây không đổi: h n v c,n (1+ S n ) = h n + 1 v c,n + 1 (1+ S n + 1 ) = = h m v c,m (1+ S m ) = const
Vận tốc biên tại lần cán thứ n là: v v h n + 1 (1+ S n + 1 ) n,c n+1,t
Ta cần tính vận tốc biên của trục tại giá số 5.
Góc trung hòa tại giá cán số 6 là: h n (1+ S n ) γ = α
Lượng vượt tại lần cán 6 là:
Vận tốc kim loại thoát khỏi lần cán số 6 là: v 6,kl = v 6 (1+ S 6 ) = 11.(1+ 0,032) ,35( m / s )
Góc trung hòa tại lần cán 5: γ = α
Lượng vượt tại lần cán 5:
Vận tốc kim loại thoát ra khỏi lần cán thứ 5: v5,kl = v5 ( 1+ S5 ) = 9, 43 ( 1+ 0, 051 ) = 9, 73 ( m / s )
Chiều dài phôi sau lần cán thứ nhất: h l b = h l b → l =h 0 l 0
- Chọn khoảng cách giữa hai giá cán thô với nhau là: 5,5 (m)
- Chọn khoảng cách giữa giá cán thô với giá cán tinh là 18.7 (m)
- Chọn khoảng cách giữa các giá cán tinh với nhau là: 5,5 (m) Thời gian cán lần cán thứ nhất: t c =v 1 = 62, 79
Thời gian nghỉ sau lần cán thứ nhất: t ng =l 12 v kl ra
Tính toán tương tự với các lần cán tiếp theo, ta có bảng như sau:
Bảng 3 9: Các thông số vận tốc và thời gian nghỉ
Xác định ứng suất chảy
Ứng suất chảy của vật liệu phụ thuộc vào bản chất, cấu trúc, nhiệt độ (T 0 ), mức độ biến dạng (ε) và tốc độ biến dạng (εε), cũng như qui luật biến dạng theo thời gian Trong các tính toán kỹ thuật, ảnh hưởng của cấu trúc và qui luật biến dạng thường bị bỏ qua Vì vậy, giới hạn chảy của từng mác thép được biểu diễn dưới dạng hàm số σ t = f(T 0 , ε, εε).
Hình 2.16 trong tài liệu [sách sản xuất thép tấm và thép băng] trang 40 minh họa đồ thị mối quan hệ σ t = f(T 0 , ε, εε) cho thép sôi 0,08%C (hình a) Các đường cong σ t (εε, T 0 ) thể hiện giới hạn chảy tại mức độ biến dạng chuẩn 30%, tương ứng với nhiệt độ và tốc độ biến dạng Ảnh hưởng của biến dạng đến giới hạn chảy được xác định qua hệ số k ε (được tính trên đồ thị k ε = f(ε)) Giá trị σ t cần tìm sẽ là tích của σ t (30%) và k ε.
Hình 3 1 : Đồ thị biểu diễn mối quan hệ � � = �(� 0 , �, �ε) đối với thép
Tại lần cán thứ nhất:
Ta có : ε = 51, 43% ứng với đồ thị là �� = 1,042
Tốc độ biến dạng trung bình được tinh bằng công thức thực nghiệm sau :
Với nhiệt độ 1160 độ C và tốc độ biến dạng trung bình 3,9 (� −1 ) Trong đó :
- � 1 : vận tốc của thép khi ra khỏi trục cán ( vận tốc thoát) Giới hạn chảy: σ T = k ε ×σ T ( 30% ) = 1,042× 57 = 59, 4 ( MN / m 2 )
Tính toán tương tự ta có:
Bảng 3.10 : Ứng suất chảy ở mỗi lần cán
Tính lực cán
Ta có công thức tính lực cán trung bình:
- ε - lượng ép tương đối (đã tính được ở phần tính toán lượng ép)
- h - độ dày của thép sau khi cán ở giá cho trước, mm
- h γ - chiều dày trung bình của phôi, mm
- h0,h1 - lần lượt là chiều dày của thép trước và sau lần cán, mm
- f y - hệ số ma sát trong quá trình cán ổn định
- α - góc ăn kim loại vào trục, rad
- l d - chiều dài cung biến dạng, mm
- Tính áp lực riêng trung bình:
Tính toán tương tự với các lần cán tiếp theo, ta được bảng như sau:
Bảng 3 11 : Các thông số về áp lực trung bình và lực cán
Momen cán và momen khác
Momen cán Mc được tính theo công thức: m2
- P - áp lực toàn phần của kim loại lên trục cán, kN
- ψ - hệ số cánh tay đòn của momen, xác định theo công thức:
- ε : lượng ép tương đối tính bằng phần của đơn vị,
- f y : hệ số ma sát khi quá trình cán ổn định,
- ��: độ dài vùng biến dạng, với, �� = √� × ∆ℎ mm
- htb : chiều dày trung bình của phôi, mm
Tại lần cán thứ nhất
Chiều dày trung bình của thép:
Momen cán quy về trục động cơ (� � ′)
• Momen ma sát gồm momen ma sát do lực cán sinh ra tại cổ trục cán (Mms1) và momen ma sát sinh ra tại các chi tiết quay (Mms1).
P - lực cán (T) d - đường kính cổ trục cán (m), chọn d = 0.6D
M ms1 f’- hệ số ma sát ổ đỡ trục cán, chọn f’
Momen không tải (M2) là momen cần thiết để vượt qua trọng lượng của các chi tiết quay khi máy hoạt động ở chế độ không tải hoặc trong quá trình khởi động Thông thường, momen không tải M0 chiếm khoảng 3 đến 6% momen cán.
Tại lần cán thứ nhất :
Momen cán quy về trục động cơ:
�) Tương tự tính cho các lần cán tiếp theo ta được :
Bảng 3 12 : Các thông số về momen cán và các momen khác
Công suất động cơ
Theo tài liệu [sách sản xuất thép tấm và thép băng] ta có: Công suất động cơ được tính theo công thức sau:
N dc = M tdc × ω hoặc N dc =M tdc × n 0.975
Mtdc – mômen tĩnh được quy về trục động cơ (T.m)
Hệ số truyền động hữu ích của máy được tính bằng công thức η × i, trong đó η = η1.η2.η3 với η nằm trong khoảng (0.85 ÷ 0.93) Cụ thể, η1 là hệ số truyền động hữu ích của hộp giảm tốc (0.95 ÷ 0.98), η2 là hệ số của hộp truyền lực (0.92 ÷ 0.95), và η3 là hệ số của trục khớp nối (0.95 ÷ 0.99) Để chọn η, giá trị 0.9 thường được sử dụng Tỷ số truyền động i từ động cơ tới trục cán được xác định dựa trên tỉ số giữa vận tốc quay của động cơ (n) và trục cán (nc), tức là i = n/nc Đây là dây chuyền cán tấm nóng hiện đại với sản phẩm đa dạng có chiều dày từ 1.2-12mm Khi thay đổi sản phẩm, lượng ép sẽ được phân bố lại ở các giá cán thô và cán tinh, do đó cần chọn hệ số an toàn lớn ở các khu vực này để đảm bảo cho động cơ hoạt động hiệu quả.
Tại lần cán thứ nhất:
Momen tĩnh của động cơ:
Tính toán tương tự với các lần cán tiếp theo, ta được bảng Momen động cơ và công suất động cơ:
Bảng 3 13 : Các thông số về số vòng quay và công suất động cơ
Chu kỳ cán
Thời gián cán trung bình: ttb
Tổng thời gian nghỉ giữa các lần cán:
Thời gian cán 1 phôi: t p = t tb +
Nhịp cán được tính theo sơ đồ cán lần lượt từng phôi một:
Thời gian tp là khoảng thời gian cần thiết để hoàn thành một phôi t, trong khi thời gian nghỉ giữa hai phôi liên tiếp được xác định dựa trên phương pháp tổ chức công việc trên máy.
Chọn tn = 10 (s) Tck = tp + tn = 78.1 + 10 = 88.1 (s)
Hình 3 2 : Biểu đồ chu kỳ cán
Năng suất cán
Năng suất cán trên một giờ thực tế tính theo công thức:
Công thức tính năng suất của quá trình cán thép được xác định bằng 600 × m p × k (T/h), trong đó m p là khối lượng phôi, T t ck là chu kỳ cán, bao gồm tổng thời gian tải và thời gian chạy không tải của tất cả các lần cán một tấm thép Hệ số sử dụng giá cán s k u dao động trong khoảng 0,85 đến 0,9.
Khối lượng của phôi cán : mp = V.D = 0,07.1,8.30,5.7,8 = 29,97 (tấn)
Chọn hệ số sử dụng giá cán : k u = 0.9
Vậy năng suất cán trên một giờ :
Năng suất cán trên một năm :
Trong đó : η - Hệ số sử dụng máy. t - Thời gian làm việc của máy cán trong một năm.
Các nhà máy cán tấm thường hoạt động liên tục, với thời gian dừng máy bảo trì hàng năm theo kế hoạch là 20 ngày, dẫn đến thời gian làm việc định mức khoảng 8280 giờ trong năm Sau khi trừ thời gian dừng máy do đổi ca, thay trục cán và bảo trì chính, chiếm khoảng 12-15% thời gian làm việc định mức, số giờ làm việc thực tế giảm xuống còn khoảng 7000 giờ Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, thời gian dừng máy, đại tu và sửa chữa định kỳ có thể lớn hơn, khiến số giờ làm việc thực tế dao động trong khoảng 6000-7300 giờ mỗi năm.
Lượng tiêu hao kim loại phụ thuộc vào kiểu máy, sơ đồ cán, chế độ ép, kích thước phôi, kích thước thép thành phẩm, mác thép… u
Chọn hệ số sử dụng máy η = 0.9
Trong chương 3, chúng tôi đã tính toán các thông số công nghệ và năng lượng cho quy trình cán thép sản phẩm tấm 3x1800 (mm) Kết quả cho thấy chu kỳ cán và năng suất đạt khoảng 6 triệu tấn/năm, khẳng định đây là một dây chuyền sản xuất hiện đại với hiệu suất cao.
Dựa trên kết quả về lực cán và các thông số công nghệ đã tính toán, chúng ta sẽ tiến hành thực hiện nghiệm bền trong chương 4 nhằm xác định khả năng làm việc của trục cán và giá cán.
luận Kết
Trong quá trình cán, các thiết bị trên máy cán, đặc biệt là trong cán tấm, phải chịu tải trọng nặng Do đó, việc nghiệm bền các thiết bị chính của giá cán là cần thiết để đảm bảo độ bền cho công việc Trục cán là thiết bị đầu tiên cần được kiểm tra, vì tất cả lực tác dụng chủ yếu dồn vào cổ trục, nơi chịu lực lớn Ngoài ra, cần kiểm tra độ bền của khung giá cán và vít nén để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động.
4.1.1 Cấu tạo và phân loại trục cán
Trục cán gồm 3 bộ phận chính : thân trục, côt trục và đầu nối.
Thân trục là phần tiếp xúc trực tiếp với vật liệu cán, được xác định bởi hai kích thước chính: đường kính D và chiều dài L Đối với trục cán tấm, thân trục có hình dạng trụ tròn trơn.
Cổ trục, hay còn gọi là ngõng trục, là bộ phận quan trọng của trục cán, được đặt lên ổ đỡ Phần đầu nối của cổ trục có chức năng kết nối với bộ phận dẫn động, truyền động hoặc rãnh của khớp nối.
Dựa theo kết cấu của đầu nối và cổ trục, trục cán được chia làm 4 loại :
Trục cán có đầu nối hoa mai thường được sử dụng khi cần điều chỉnh giữa hai trục không lớn Loại trục này thường lắp đặt ở ổ trượt và được bố trí trên các máy cán hình và máy cán tấm.
Trục cán với đầu nối dẹt kết nối với đầu nối vạn năng, cho phép truyền momen xoắn lớn và điều chỉnh khe hở giữa hai trục một cách linh hoạt Thường được lắp đặt cùng với ổ đỡ trượt, loại trục này thường được sử dụng trong máy cán hình hoặc máy cán tấm.
Trục cán có đầu nối tròn và xẻ rãnh thường được lắp kèm với ổ đỡ lăn, cho phép điều chỉnh khe hở một cách chính xác Loại trục này thường được sử dụng trong máy cán tấm, giúp nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm.
Trục cán có cổ trục hình côn, thường được sử dụng trong máy cán tấm nguội, kết hợp với ma sát ướt Loại trục này cho phép điều chỉnh khe hở giữa hai trục một cách chính xác, đảm bảo hiệu suất cao trong quá trình cán.
4.1.2 Vật liệu làm trục cán
NGHIỆM BỀN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH
Trục cán
4.1.1 Cấu tạo và phân loại trục cán
Trục cán gồm 3 bộ phận chính : thân trục, côt trục và đầu nối.
Thân trục là phần tiếp xúc trực tiếp với vật liệu cán, được xác định bởi hai kích thước chính: đường kính D và chiều dài L Đối với trục cán tấm, thân trục có dạng hình trụ tròn trơn.
Cổ trục, hay còn gọi là ngõng trục, là bộ phận quan trọng của trục cán được đặt lên ổ đỡ Đầu nối là phần của trục cán dùng để kết nối với bộ phận dẫn động, truyền động, hoặc rãnh của khớp nối.
Dựa theo kết cấu của đầu nối và cổ trục, trục cán được chia làm 4 loại :
Trục cán có đầu nối hoa mai thường được sử dụng khi cần điều chỉnh lượng giữa hai trục không lớn Loại trục này thường lắp đặt ở ổ trượt và được bố trí trên các máy cán hình và máy cán tấm.
Trục cán với đầu nối dẹt được kết nối với đầu nối vạn năng, cho phép truyền momen xoắn lớn và điều chỉnh khe hở giữa hai trục một cách linh hoạt Thiết bị này thường được lắp đặt cùng với ổ đỡ trượt và sử dụng trong máy cán hình hoặc máy cán tấm.
Trục cán có đầu nối tròn và xẻ rãnh thường được lắp đặt cùng với ổ đỡ lăn, giúp điều chỉnh khe hở một cách chính xác Loại trục này thường được sử dụng trong máy cán tấm, mang lại hiệu suất cao và độ chính xác trong quá trình sản xuất.
Trục cán có cổ trục hình côn, thường được sử dụng trong máy cán tấm nguội, là loại trục cán ổ ma sát ướt Loại trục này được lắp đặt kèm với ma sát ướt và có khả năng điều chỉnh khe hở giữa hai trục rất nhỏ.
4.1.2 Vật liệu làm trục cán
Trục cán phải hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, với khả năng chịu nhiệt, chống mài mòn và chịu tải trọng tĩnh cũng như động lớn Do đó, vật liệu chế tạo trục cần có độ cứng và độ bền cao, cùng với khả năng chịu nhiệt và áp lực lớn, đảm bảo chất lượng, thành phần hóa học và tổ chức tế vi đạt tiêu chuẩn.
• Vật liệu trục làm việc
- Chọn vật liệu làm trục làm việc là thép hợp kim:
+ Độ nhám bề mặt: Trục cán: √6 ÷ √8; cổ trục cán: √8.
+ Dung sai bề mặt - độ lệch bề mặt: < 0,05 mm
+ Làm mất các cạnh sắc – bán kính góc lượn: R = 2mm.
- Chọn vật liệu làm trục tựa là thép rèn từ thép hợp kim:
+ Độ nhám bề mặt: Trục cán: √8, cổ trục cán: √8,
+ Dung sai bề mặt - độ lệch bề mặt: < 0.05 mm
+ Làm mất các cạnh sắc – bán kính góc lượn: R = 2mm.
4.1.3 Xác định kích thước trục cán. Ở phần tính toán chương 3, ta thấy lực cán lớn nhất ở giá cán tinh thứ hai (trục
H2) Do đó ta tiến hành nghiệm bền thân và cổ trục giá cán F2.
• Xác định kích thước trục làm việc
Đường kính trục làm việc: D = 810 (mm).
Chiều dài thân trục : L = 1950 (mm).
Chiều dài cổ trục làm việc: l = (0,67 ÷ 0,75)D = (556 ÷ 630)(mm)
Đường kính cổ trục làm việc: d = l = 600 (mm)
Chiều dài đầu nối trục: l 1 = 0,9 d = 0,9.600 = 540 (mm)
Bán kính góc lượn: r = 0,1 d = 0,1.600 = 60 (mm)
Hình 4 1 : Các thông số trục làm việc
Xác định kích thước trục tựa
Đường kính thân trục cán: D = 1450(mm)
Chiều dài thân trục: L = 1650 (mm)
Chiều dài cổ trục tựa: l = (0,67 ÷ 0,75)D = 971,5 ÷ 1087,5 (mm)
Đường kính cổ trục tựa : d = l = 1000 (mm)
Chiều dài đầu nối trục : l 1 = 0,9 d = 0,9.1000 = 900 (mm)
Bán kính góc lượn : r = 0,1 d = 0,1.1000 = 100 (mm)
4.1.4 Nghiệm bền trục cán Đối với trục tựa
Khi trục cán hoạt động, nó sẽ chịu một lực cán tối đa Pmax, dẫn đến việc thân trục phải chịu uốn trong khi đầu nối trục phải chịu xoắn thuần túy Do đó, cần thực hiện nghiệm bền uốn cho thân trục và nghiệm bền xoắn cho đầu nối trục để đảm bảo tính an toàn và hiệu suất của hệ thống.
Biểu đồ phân bố áp lực trên trục cán cho thấy rằng thân trục chịu tác dụng của lực uốn, do đó cần thực hiện nghiệm bền trục theo điều kiện uốn để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả trong quá trình hoạt động.
[ σ u ]: Là giới hạn bền uốn cho phép của trục cán: [ σ u ] = 12 kG/mm2 đối với trục rèn từ thép hợp kim.
M u − Momen uốn do lực cán gây ra.
W u − Momen chống uốn của thân trục:
P − Lực cán lớn nhất; P max = 4611,3 tấn x − khoảng cách giữa điểm đặt lực và gối đỡ trục (mm) Chọn x = a
2 a − Khoảng cách giữa hai gối trục, mm.
Áp lực cán cực đại (lực cán cho phép) được xác định theo các điều kiện:
Độ bền uốn của thân trục tựa:
Độ bền uốn của cổ trục tựa:
� � đường kính trục tựa, m L chiều dài thân trục, m
� � đường kính cổ trục tựa, m
� � � đường kính cổ trục làm việc, m l chiều dài cổ trục tựa, m
[� � ] ứng suất uốn cho phép của vật liệu làm trục, ��/� 2 , với trục thép
��/� 2 [� � ] ứng suất xoắn cho phép của vật liệu làm trục
Thay số vào công thức ta được
Kết luận: Thân trục đủ bền để làm việc.
Tại cổ trục, nơi chịu tác dụng của cả mômen uốn và mômen xoắn, cần phải thực hiện nghiệm bền theo ứng suất tương đương, được tính bằng công thức: σ td = 0,375σ a.
(KG/ mm 2 ) x W 0,2× d 3 Với: l: chiều dài cổ trục (mm) d: đường kính cổ trục (mm). u x
Mx: mômen xoắn tác dụng lên cổ trục. [ σ td ] = (35- 40) (KG/mm 2 ).
Thay số vào tính toán ta được:
Kết luận: cổ trục cán đủ bền để làm việc
Độ bền uốn cho phép của thân trục tựa:
Độ bền uốn cho phép cổ trục tựa:
Ta có: P < P cp => trục cán đủ bền để làm việc.
Nghiệm bền khung giá cán kiểu kín
Khung giá cán là một thành phần thiết yếu trong hệ thống giá cán, đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ và lắp đặt các chi tiết khác như trục cán, gối đỡ trục, cơ cấu điều chỉnh lượng ép và cơ cấu dẫn hướng Tất cả các bộ phận này đều được gắn kết trên khung giá cán, đảm bảo hoạt động hiệu quả của toàn bộ hệ thống.
Trong quá trình làm việc, lực cán tác động lên trục cán và được truyền xuống thân giá, sau đó tiếp tục xuống móng máy cán Điều này yêu cầu thân giá phải có độ bền cao, độ biến dạng thấp và độ vững lớn Để đảm bảo máy cán hoạt động ổn định, việc nghiệm bền khung giá cán là cần thiết.
Ta có các thông số của giá cán được biểu thị như hình bên dưới:
Hình 4 3 : Các thông số khung giá cán
• Tiết diện A – A, ta chọn kích thước như sau:
• Tiết diện G – G, ta chọn kích thước là: b2 × a2 = 900 × 800 (mm).
• Tiết diện B – B, ta chọn kích thước là: b3 × a3 = 800 × 1300 (mm).
Khi máy cán làm việc, dưới tác dụng của lực cán P, ở các góc của khung giá cán suất hiện các momen siêu tĩnh M
Do tác dụng của lực cán P, thanh ngang sẽ chịu uốn và xuất hiện momen uốn M1 Thực tế cho thấy, dưới tác động của lực cán và các momen, hai thanh ngang của khung giá cán chịu uốn, trong khi hai thanh đứng chịu kéo Do đó, nghiệm bền của thanh ngang khung giá cán phụ thuộc vào độ bền uốn, còn thanh đứng phụ thuộc vào độ bền kéo.
Nghiệm bền thanh ngang theo điều kiện uốn: ο = M u
−[σ u ]: giới hạn bền uốn cho phép của thép, đối với thép hợp kim tốt có thể lấy từ (13 ÷ 15) kG/mm 2 , đối với thép thường = 12 kG/mm 2
−I 1 , I 2 : momem quán tính của thanh ngang và thanh đứng.
−l 1 , l 2 : chiều dài của thanh ngang và thanh đứng của khung giá cán.
−a 1 , a 2 , b 1 , b 2 : các cạnh của tiết diện thanh ngang và thanh đứng của khung giá cán.
−I xx , Y xx : momem quán tính tại trọng tâm tại tiết diện (xx).
Nghiệm bền thanh đứng theo độ bền kéo
−F 2 : diện tích mặt cắt ngang của thanh đứng = a 2 b 2 (mm 2 ). b × a 2
Nghiệm bền thanh ngang tại tiết diện � − � (là tiết diện nguy hiểm nhất). σ u ( AA )
(là các momem quán tính tại tiết diện của mặt cắt A − A).
Từ mặt cắt ngang G − G của thanh đứng, ta có:
Tính toán tương tự với mặt cắt B − B ta có:
Ta có: P max = 4611,3 tấn; l 1 = 2550 mm; l 2 = 6475mm.
Kết luận: thanh ngang trên khung giá cán đủ bền để làm việc tốt.
Tính toán tương tự ta được:
Nghiệm bền thanh ngang dưới tại tiết diện B − B ο =M u ( A −
Kết luận: thanh ngang dưới khung giá cán đủ bền để làm việc tốt.
Nghiệm bền thanh đứng tiết diện G − G
Kết luận: thanh đứng giá cán đủ bền để làm việc tốt.
Tính momen lật nhào và bulông nền của giá cán
Khi phôi cán tác động lên trục cán, lực quán tính I xuất hiện tại giá cán với phương và chiều ngược lại, tạo ra mômen lật nhào Ml Mômen này có khả năng làm giá cán bị lật ra khỏi đế, do đó, cần tính toán đường kính bulông nền của máy cán để đảm bảo đủ bền vững, ngăn chặn tình trạng lật đổ và rung lắc, từ đó giúp máy cán hoạt động ổn định.
Hình 4 7 : Tính toán momen lật khung giá cán tinh a
Lực quán tính I khi kim loại ăn vào trục xác định như sau:
b: Bán kính trục cán; R = 810 = 405 (mm)
( a - khoảng cách từ đế máy đến đường cán).
Khi có M l thì bốn bulông nền sẽ chịu một lực kéo là Q và được tính theo công thức:
Q = − b 2 Trong đó: b - khoảng cách tâm hai bulông nền = 3800 (mm);
Trọng lượng của giá cán, ký hiệu G, được tính toán sơ bộ bằng cách cộng tổng trọng lượng của các bộ phận như thân giá, trục cán, gối đỡ và một số chi tiết khác, với kết quả là G = 300 T.
= 273,4 (T) Để an toàn ta lấy lực kéo một bu lông nền Qb cao hơn lý thuyết theo công thức:
= 95,69 (T) 4 Đường kính bulông nền xác định theo công thức: d ≥ √ 4Q b π[σ k ] 4.95 10 3
Để đảm bảo an toàn cho giá cán tinh, đường kính bulông nền được chọn là 120 mm Với 4 bulông M120, khung giá cán tinh sẽ được đảm bảo không bị lật nhào khi kim loại ăn vào trục.
Sau khi thực hiện nghiệm bền, chúng tôi kết luận rằng việc chọn đường kính trục cán ban đầu cho các giá cán thô và cán tinh hoàn toàn đáp ứng các điều kiện về độ bền.
Kết quả nghiệm bền cho thấy giá cán đáp ứng điều kiện làm việc.