Zwiększono prędkość walcowni w krajowej hucie stali, co spowodowało wzrost temperatury czterorzędowych łożysk walcowych na walcu oporowym. W związku z tym problemem oblicza się i porównuje moment tarcia i wartość opałowa łożyska przed i po zwiększeniu prędkości. Wynika z tego, że wpływ prędkości na moment tarcia nie jest oczywisty i jest w przybliżeniu proporcjonalny do wartości ciepła. Wzrost temperatury łożyska jest zoptymalizowany. Główne podjęte środki to zmniejszenie powierzchni styku części ślizgowych, dodanie obiegu oleju chłodzącego, zmniejszenie chropowatości powierzchni styku, optymalizacja otworu olejowego łożyska i poprawa efektu rozpraszania ciepła. Zaproponowano uproszczoną metodę obliczania kontaktu pomiędzy czołem wałka a żebrem. Po aplikacji wzrost temperatury zoptymalizowanego łożyska jest oczywiście spowolniony, a żywotność poprawiona.
Dzięki ciągłej promocji reformy strukturalnej po stronie podaży i bezprecedensowo poważnej presji na ochronę środowiska, duża liczba hut znalazła się na liście zdolności produkcyjnych. Jednak na razie brakuje krajowych dużych hut stali. Dlatego prędkość walcowania została zwiększona, aby osiągnąć cel zwiększenia wydajności. Prędkość czterorzędowego łożyska walcowego dla rolki podtrzymującej linii walcowania na zimno 1250 w stalowni została zwiększona ze 197 obr/min do 257 obr/min przy tej samej sile walcowania i trybie smarowania. Po zwiększeniu prędkości temperatura łożyska wzrasta zbyt wiele razy i alarm ustaje. Według niepełnych statystyk model ten został zastosowany na około 200 liniach w blisko 20 krajowych hutach, a stopień wykorzystania rynku jest bardzo wysoki, co ma pewną wartość dla jego optymalnej konstrukcji. Strukturę łożyska walcowego czterorzędowego przedstawiono na rys. 1. Wymiary gabarytowe Φ 690 × Φ 980 × 750, materiał G20Cr2Ni4A, koszyk spawany kolumną, klasa dokładności P5, nośność Cr to 20700kN, cor to 56500kN.
1. Wpływ wzrostu prędkości
1.1 zmiana momentu tarcia
Wzrost temperatury łożyska wynika głównie z tarcia wewnątrz łożyska podczas procesu roboczego. Istnieje wiele wzorów do obliczania momentu tarcia łożysk i zastosowano tutaj wzór Harris TA.
Dla wzoru: m to całkowita odległość tarcia, Nmm; M0 to odległość tarcia łożyska bez obciążenia, M1 to odległość tarcia spowodowana obciążeniem, Nmm; F0 i F1 są współczynnikami empirycznymi; ν jest lepkością kinematyczną oleju smarowego, mm2/S (lepkość oleju bazowego smaru); n to prędkość łożyska, R / min; P jest obciążeniem równoważnym, N; Dpw to średnica podziałowa, mm.
W katalogu wartości parametrów to: F0=2, F1=0,0003, ν=12mm2/s, n=197r/min przed wzrostem prędkości, 257r/min po zwiększeniu prędkości, DPW=836mm, maksymalna siła walcowania w warunkach zastosowania wynosi około 1000 ton, P=5 × 106n. Wyniki obliczeń przedstawiono w tabeli 1.
Z powyższej tabeli widać, że przy wzroście prędkości o 30,46% moment tarcia M0 łożyska bez obciążenia wzrasta o 19,39%, a moment tarcia M1 wywołany obciążeniem nie zmienia się. Jednak ze względu na duże obciążenie, M1 stanowi dużą część całkowitego momentu tarcia, a całkowity moment tarcia wzrasta tylko o 0,32%. Oczywiście łożysko należy do warunków wolnoobrotowych i ciężkich. W tym czasie obciążenie jest głównym czynnikiem powodującym moment tarcia łożyska, a zmiana prędkości ma niewielki wpływ na całkowitą zmianę odległości tarcia łożyska.
1.2 zmiana wartości opałowej łożyska
Wzór obliczeniowy wartości opałowej łożyska jest następujący:
Gdzie q jest wartością opałową, W. Moment tarcia i prędkość są podstawiane do obliczeń, a wyniki przedstawiono w tabeli 2.
Z powyższych obliczeń wynika, że całkowity moment tarcia łożyska wzrasta o 0,32%, natomiast wartość opałowa łożyska wzrasta o 30,87%. Ze względu na niewielką zmianę momentu tarcia wartość opałowa (wzrost o 30,87%) i prędkość obrotowa (wzrost o 30,46%) w przybliżeniu proporcjonalnie wzrastają. Wyniki pokazują również, że chociaż nagrzewanie łożyska pochodzi z różnych wewnętrznych tarcia tocznego ślizgowego, nie jest dokładne zrozumienie, że tylko zmniejszenie momentu tarcia łożyska może rozwiązać problem nagrzewania się łożyska. W tym przypadku widać, że nagrzewanie się łożyska jest związane głównie z obciążeniem i prędkością.
2. Optymalizacja projektu łożyska walcarki
Z powyższej analizy można zauważyć, że moc cieplna łożyska wzrasta bardziej i należy podjąć kroki w celu odprowadzenia ciepła. Tryby wymiany ciepła łożyska to głównie przewodzenie ciepła, konwekcja ciepła i promieniowanie cieplne. Obliczenie sprawności nagrzewania łożyska i sprawności rozpraszania ciepła jest bardzo skomplikowane. Z odpowiednich równań obliczeniowych można zauważyć, że głównymi parametrami wpływającymi na wydajność rozpraszania ciepła są naprężenie stykowe, prędkość poślizgu, parametry związane z filmem olejowym i powierzchnia styku. Dlatego też, w celu spełnienia wymagań eksploatacyjnych po zmianie warunków pracy, koncepcja optymalizacji projektu jest następująca:
1) Część ślizgowa zmniejsza powierzchnię styku;
2) Część ślizgowa jest wyposażona w obieg oleju chłodzącego;
3) Zmniejsz chropowatość powierzchni kontaktu i zoptymalizuj teksturę przetwarzania;
4) Zoptymalizuj otwór olejowy łożyska, zwiększ liczbę i średnicę.
2.1 optymalizacja rozmiaru koła podziałowego łożyska
Wartość cieplną okręgu można regulować tylko na podstawie równania wytwarzania ciepła. To równanie nie opiera się na wewnętrznym kontakcie łożyska. Można zauważyć, że zmniejszenie DPW jest korzystne dla zmniejszenia momentu tarcia. W szczególności, M0 jest dodatnio skorelowane z trzecią potęgą średnicy koła podziałowego, która bardzo się zmienia.
Ponadto ciepło tarcia będzie również wytwarzane, gdy element toczny przechodzi przez środek smarny we wnęce łożyska podczas obrotu. Równanie obliczeniowe wygląda następująco:
W tym wzorze hrdrag jest szybkością nagrzewania tarcia; ω m to prędkość obrotowa walca, rad / S; FV to lepka siła trakcyjna, N; Z to liczba rolek; J jest stałą konwersji z nm / s na W. Widać, że szybkość nagrzewania tarcia jest wprost proporcjonalna do średnicy podziałki i prędkości obrotowej wałka. Szybkość nagrzewania się środka smarnego w wnęce wewnętrznej do wałka wzrasta wprost proporcjonalnie po wzroście prędkości, co pośrednio wskazuje, że im więcej smarów, tym lepiej.
Podsumowując, wewnętrzna struktura łożyska została zoptymalizowana w celu zmniejszenia rozmiaru koła podziałowego łożyska. Średnica podziałowa jest również związana z obciążeniem i trwałością łożyska, a redukcja jest ograniczona.
2.2 zoptymalizować kontakt między kołnierzem pierścienia a elementem tocznym
Łożysko walcowe przenosi głównie obciążenie promieniowe, a także przenosi obciążenie osiowe w zależności od kołnierza pierścienia. Na powierzchni styku występuje tarcie ślizgowe pomiędzy powierzchnią czołową wałka a żebrem ze względu na różnicę prędkości. Jeśli ślizg na obu końcach wałka jest inny, im większa siła tarcia, wałek będzie się nawet przekrzywiał podczas pracy. Geometria czoła wałeczka i kołnierza pierścienia ma istotny wpływ na tarcie ślizgowe i tworzenie filmu olejowego między nimi. Ogólnie uważa się, że efekt tarcia kontaktu punktowego jest najlepszy w porównaniu z efektem kontaktu powierzchniowego. W celu polepszenia stanu styku pomiędzy czołem wałka a żebrem, czoło wałka przyjmuje powierzchnię podstawy kuli, a żebro pierścieniowe przyjmuje nachylone żebro. Poprzez obliczenia teoretyczne kontroluje się położenie punktu styku pomiędzy środkiem powierzchni sferycznej podstawy wałka a żebrem pierścienia, aby osiągnąć najlepszy stan smarowania. Obliczenia są następujące.
Na rysunku 2 h jest wysokością żebra, H1 jest wysokością żebra bez otworu olejowego, a jest punktem środkowym, R jest łukiem czoła wałeczka, kąt styku wynosi α, a S jest maksymalnym luz. Istnieje zależność na rys. 2A
Gdzie DW jest średnicą rolki, mm. Znając średnicę rolki i wysokość żebra, wartość powierzchni czołowej R rolki można określić wyznaczając kąt α. Punkt styku obliczony przez równanie jest w rzeczywistości punktem środkowym kołnierza, w tym rozmiarem rowka olejowego, a dokładniejsze obliczenia powinny wykluczyć rozmiar rowka olejowego, środek punktu H1. W związku z tym należy go zmienić w następujący sposób:
Siła na kołnierzu:
W celu zapewnienia równomiernej siły, luz styku pomiędzy czołem wałka a krawędzią żebra powinien być większy lub równy 0. Ściskanie styku punktowego ze stalą stalową jest następujące:
We wzorze współczynnik η δ znajduje się w tabeli [4]; Σ ρ jest główną funkcją sumy krzywizny, a jej równanie obliczeniowe jest następujące:
Zgodnie z zależnością geometryczną na rys. 2B, maksymalna przerwa jest następująca:
δ będzie ≤ s. Wartości α i R można otrzymać z równania (5) ~ (10), a siłę osiową FA rolki można uprościć tak, że całkowita siła osiowa łożyska jest równomiernie rozłożona na każdą rolkę. W rzeczywistości, zgodnie z doświadczeniem, α na ogół wynosi od 10' do 30'. Gdy warunki pracy łożyska to niska prędkość i duże obciążenie, należy przyjąć duży kąt ugięcia, aby utworzyć film olejowy. W porównaniu ze stykiem płaskim film olejowy łatwiej tworzy się wokół styku punktowego. W procesie ślizgania film olejowy może odprowadzać ciepło. Należy zauważyć, że algorytm nie jest dokładny, dokładniejszy algorytm powinien wykorzystywać odpowiednią teorię ZDE. Dla praktyki inżynierskiej algorytm jest prosty i praktyczny i może z grubsza obliczyć wartość kąta α. Co więcej, trudno jest dokładnie kontrolować pewną stałą wartość pomiędzy 10'- 30' w aktualnej dokładności obróbki. W pewnym zakresie tolerancji powyższy algorytm można uznać za poprawny.
2.3 zoptymalizować powierzchnię styku środkowego pierścienia ustalającego;
Pomiędzy środkowym pierścieniem ustalającym a pierścieniem zewnętrznym i powierzchnią czołową wałka występuje duża powierzchnia styku. Dolna połowa środkowego pierścienia ustalającego jest zaprojektowana jako ukośne żebro i rowek olejowy. Może zmniejszyć powierzchnię ślizgową i zwiększyć sposób chłodzenia oleju.
2.4 zoptymalizuj strukturę klatki
Element ustalający po spawaniu jest nadal używany. W procesie pracy łożyska podpora służy do prowadzenia i centrowania rolki, aby zapobiec przekrzywianiu się rolki, dzięki czemu powierzchnia styku między rozpórką a otworem rozpórki rolki będzie powodować tarcie uderzeniowe i ślizgowe. Aby poprawić stan kontaktu między powierzchnią nośną a otworem rozpórki rolki w procesie obracania i zmniejszyć tarcie między nimi, otwór rozpórki rolki jest drobno rozwiercany, aby poprawić rejestrację chropowatości powierzchni otworu rozpórki rolki i zwiększyć stabilność pracy walca. Środek ten ma również na celu zapobieganie nieprawidłowemu dopasowaniu rozpórki i wałka, ponieważ wałek będzie się trząść lub przekrzywiać, dzięki czemu wałek wytwarza dodatkowe tarcie ślizgowe na bieżni oraz poprawia siłę i tarcie żebra.
Jednocześnie pozostaw nachylenie na obu końcach otworu rozpórki rolki lub wykonaj duże fazowanie, które może zmniejszyć powierzchnię styku między rozpórką a otworem rolki i zmniejszyć naprężenie ścinające rolki do rozpórki; jednocześnie kontroluj tolerancję średnicy otworu słupka na podkładce, tolerancję odległości między dwoma sąsiednimi otworami słupka w kierunku obwodowym oraz jakość spawania głowicy słupka, aby zapewnić dokładność montażu rolki i podpory.
2.4 zoptymalizować chropowatość bieżni
Chropowatość powierzchni roboczej ma duży wpływ na odporność na zużycie. Im lepsza jakość powierzchni, tym bardziej sprzyja tworzeniu się filmu olejowego, aby zmniejszyć współczynnik tarcia, zmniejszyć nagrzewanie tarcia, a także spowolnić zużycie powierzchni bieżni. W warunkach dużego obciążenia łożysko przenosi duże obciążenie promieniowe, co łatwo prowadzi do dużego naprężenia kontaktowego na powierzchni roboczej. Jeśli chropowatość powierzchni roboczej nie jest dobra, grzbiet i dolina fali są jak ostre naroże i pęknięcie, które są wrażliwe na koncentrację naprężeń, wpływając w ten sposób na wytrzymałość zmęczeniową części. Wyniki pokazują, że parametr wysokości piku chropowatości ma najbardziej oczywisty wpływ na rozkład ciśnienia i grubość filmu olejowego. Wraz ze wzrostem wysokości pików chropowatości wzrasta liczba i amplituda pików ciśnienia, a minimalna grubość filmu olejowego maleje. Gdy długość fali jest mała, mała zmiana wysokości piku spowoduje gwałtowny wzrost maksymalnego wzrostu temperatury filmu olejowego. Gdy długość fali jest duża, maksymalny wzrost temperatury filmu olejowego nie jest wrażliwy na zmianę wysokości piku. Z badań pokrewnych wynika, że wpływ chropowatości powierzchni na tworzenie filmu olejowego i wzrost temperatury jest bardzo złożony.
W tym przypadku bieżnia okucia jest dogładzana. Może nie tylko zmniejszyć chropowatość powierzchni, ale także stworzyć lepszą teksturę, w pełni poprawić właściwości smarowania elastohydrodynamicznego bieżni, zmniejszyć tarcie ślizgowe toczenia i zmniejszyć wzrost temperatury. Stosując wysokiej klasy sprzęt do wykańczania magerle 1,6 m, chropowatość bieżni może osiągnąć poniżej Ra0,2. Jednocześnie super precyzja bieżni może również tworzyć wypukły profil, co może znacznie poprawić naprężenie kontaktowe bieżni.
3. Efekt optymalizacji
Dzięki powyższym działaniom optymalizacyjnym zoptymalizowane łożysko zostało zainstalowane w stalowni do próbnego użycia, a stan eksploatacyjny łożyska był śledzony i rejestrowany. W warunkach pracy maksymalnej prędkości 250r/min i maksymalnej sile toczenia około 1000t, do chwili obecnej (eksploatacja 5 miesięcy) nie występuje zjawisko przegrzania łożyska. Zoptymalizowane łożysko spełnia warunki pracy po wzroście prędkości.
4. Wniosek
Rosnąca prędkość i zwiększająca się wydajność stały się trendem rozwojowym przemysłu żelaza i stali w przyszłości. Konstrukcję czterorzędowego łożyska walcowego należy również opracować w kierunku ograniczenia wzrostu temperatury. Podejmowane działania mają na celu z jednej strony zmniejszenie tocznego tarcia ślizgowego powierzchni styku, az drugiej zbadanie efektywnych miar rozpraszania ciepła łożyska. Obecnie teoria nagrzewania i rozpraszania ciepła w łożyskach wciąż wymaga bardziej pogłębionych i systematycznych badań, a odpowiednią teorię należy aktywnie przekształcać w praktykę w zastosowaniach inżynierskich, zwłaszcza na etapie rozwoju i projektowania łożysk.
Łożyska do rolek podtrzymujących
Proszę sprawdzićPrzewodnik po produkcieaby wybrać odpowiednie łożyska do swoich maszyn.
E-mail:sprzedaz@tedin-łożysko.com