Hitrost valjarn v domači jeklarni se je povečala, kar je povzročilo visokotemperaturni dvig štirivrstičnih valjastih ležajev na rezervnem valjarju. Glede na to težavo se izračuna in primerja torni navor in kurilna vrednost ležaja pred in po povečanju števila vrtljajev. Kaže, da vpliv hitrosti na navor trenja ni očiten in je približno sorazmeren s toplotno vrednostjo. Optimiziran je dvig temperature ležaja. Glavni sprejeti ukrepi so zmanjšanje kontaktne površine drsnih delov, dodajanje kroga hladilnega olja, zmanjšanje hrapavosti kontaktne površine, optimizacija odprtine za olje ležaja in izboljšanje učinka odvajanja toplote. Predlagana je poenostavljena metoda izračuna stika med konico valja in rebrom. Po nanosu se dvig temperature optimiziranega ležaja očitno upočasni in življenjska doba se izboljša.
Z nenehnim spodbujanjem strukturne reforme na strani ponudbe in izjemnim pritiskom varstva okolja je bilo veliko jeklarn uvrščenih med proizvodne zmogljivosti. Domačih velikih jeklarn pa zaenkrat primanjkuje. Zato se je hitrost valjanja povečala, da bi dosegli namen povečanja učinkovitosti. Hitrost štirivrstičnega valjastega valjčnega ležaja za rezervni zvitek 1250 hladno valjarne v jeklarni se pri enaki kotalni sili in načinu mazanja poveča s 197 R / min na 257 R / min. Po povečanju hitrosti se temperatura ležaja večkrat preveč dvigne in alarm preneha. Po nepopolnih statističnih podatkih je bil ta model uporabljen na približno 200 linijah v skoraj 20 domačih jeklarnah, stopnja izkoriščenosti trga pa je zelo visoka, kar je za njegovo optimalno zasnovo določeno vrednost. Struktura štirivrstičnega valjastega ležaja je prikazana na sliki 1. Celotna dimenzija je Φ 690 × Φ 980 × 750, material je G20Cr2Ni4A, kletka je varjena s stebrom, stopnja natančnosti je P5, nosilnost Cr je 20700kN, cor je 56500kN.
1. Vpliv povečanja hitrosti
1.1 variacija trenja navora
Povišanje temperature ležaja je predvsem posledica trenja znotraj ležaja med delovnim procesom. Obstaja veliko formul za izračun tornega trenutka ležajev in tukaj se uporablja formula Harris TA.
Za formulo: m je celotna razdalja trenja, Nmm; M0 je razdalja trenja ležaja brez obremenitve, M1 je razdalja trenja, ki jo povzroča obremenitev, Nmm; F0 in F1 sta empirična koeficienta; ν je kinematična viskoznost mazalnega olja, mm2 / S (viskoznost osnovnega olja mazalne masti); n je hitrost ležaja, R / min; P je ekvivalentna obremenitev, N; Dpw je premer koraka, mm.
V katalogu so vrednosti parametrov: F0=2, F1=0,0003, ν=12mm2 / s, n=197r / min pred povečanjem hitrosti, 257r / min po povečanju hitrosti, DPW=836mm, največja kotalna sila v pogojih uporabe je približno 1000 ton, P=5 × 106n. Rezultati izračuna so prikazani v tabeli 1.
Iz zgornje tabele je razvidno, da se pri povečanju hitrosti za 30,46%torni navor M0 ležaja v prostem teku poveča za 19,39%, torni navor M1, ki ga povzroči obremenitev, pa se ne spremeni. Vendar pa zaradi velike obremenitve M1 predstavlja velik delež celotnega navora trenja, skupni moment trenja pa se poveča le za 0,32%. Očitno je, da ležaj spada v stanje nizke hitrosti in težkih obremenitev. V tem času je obremenitev glavni dejavnik, ki povzroča navor trenja ležaja, sprememba hitrosti pa malo vpliva na spremembo celotne razdalje trenja ležaja.
1.2 sprememba kurilne vrednosti ležaja
Izračunska formula nosilne kurilne vrednosti je naslednja:
Kjer je kurilna vrednost, W. V izračun se nadomestita navor trenja in hitrost, rezultati pa so prikazani v tabeli 2.
Iz zgornjega izračuna je razvidno, da se skupni navor trenja ležaja poveča za 0,32%, medtem ko se kurilna vrednost ležaja poveča za 30,87%. Zaradi majhne spremembe trenja se sorazmerno povečata kurilna vrednost (povečana za 30,87%) in hitrost vrtenja (povečana za 30,46%). Rezultati tudi kažejo, da čeprav gretje ležaja prihaja iz različnih notranjih drsečih kotalnih trenj, ni natančno razumeti, da lahko le zmanjšanje navora trenja ležaja reši problem ogrevanja ležajev. V tem primeru je razvidno, da je ogrevanje ležajev v glavnem povezano z obremenitvijo in hitrostjo.
2. Optimizacijska zasnova ležaja valjarja
Iz zgornje analize je razvidno, da se toplotna moč ležaja bolj poveča, zato je treba sprejeti ukrepe za izpust toplote. Načini prenosa toplote ležaja so predvsem toplotna prevodnost, toplotna konvekcija in toplotno sevanje. Izračun učinkovitosti ogrevanja ležajev in odvajanja toplote je zelo zapleten. Iz ustreznih izračunov enačb je razvidno, da so glavni parametri, ki vplivajo na učinkovitost odvajanja toplote, pritisk na obremenitev, hitrost drsenja, parametri, povezani z oljnim filmom, in kontaktna površina. Zato je za izpolnitev operativnih zahtev po spremembi delovnih pogojev zasnova optimizacijske zasnove naslednja:
1) Drsni del zmanjša kontaktno površino;
2) drsni del je opremljen s krogom hladilnega olja;
3) Zmanjšajte hrapavost kontaktne površine in optimizirajte teksturo obdelave;
4) Optimizirajte luknjo za olje ležaja, povečajte število in premer.
2.1 optimizacija velikosti kroga ležaja
Toplotno vrednost kroga je mogoče prilagoditi samo iz enačbe proizvodnje toplote. Ta enačba ne temelji na notranjem stiku ležaja. Vidimo lahko, da je zmanjšanje DPW koristno za zmanjšanje navora trenja. Zlasti je M0 pozitivno povezan s tretjo močjo premera koraka, ki se močno spreminja.
Poleg tega se bo pri prehodu kotalnega elementa skozi mazivo v ležajni votlini med obračanjem ustvarila tudi toplota trenja. Izračunska enačba je naslednja:
V tej formuli je hrdrag stopnja segrevanja trenja; ω m je hitrost obračanja valja, rad / S; FV je viskozna vlečna sila, N; Z je število valjev; J je konstanta pretvorbe iz nm / s v W. Vidimo lahko, da je hitrost segrevanja trenja neposredno sorazmerna s premerom koraka in hitrostjo obračanja valja. Hitrost segrevanja maziva iz notranje votline na valj se po povečanju hitrosti neposredno povečuje, kar posredno kaže, da več maziv, tem bolje.
Skratka, notranja struktura ležaja je optimizirana za zmanjšanje velikosti kroga ležaja. Premer koraka je povezan tudi z nosilnostjo in življenjsko dobo ležaja, zmanjšanje pa je omejeno.
2.2 optimizirajte stik med obročno prirobnico in kotalnim elementom
Cilindrični valjčni ležaj nosi predvsem radialno obremenitev in nosi tudi osno obremenitev, odvisno od obročne prirobnice. Na kontaktni površini zaradi razlike v hitrosti pride do drsenja med koncem valja in rebrom. Če je drsenje na obeh koncih valja drugačno, večja je sila trenja, se bo valj v delovnem procesu celo nagnil. Geometrija končne površine valja in obročeve prirobnice pomembno vpliva na trenje drsanja in nastanek oljnega filma med njima. Na splošno velja, da je učinek trenja točkovnega stika najboljši v primerjavi s površinskim stikom. Da bi izboljšali stanje stika med končno stranjo valjčka in rebrom, končna stran valja prevzame površino krogličnega dna, obročkasto pa nagnjeno. S teoretičnim izračunom se nadzoruje položaj kontaktne točke med središčem sferične osnovne površine valja in obročem, da se doseže najboljše stanje mazanja. Izračun je naslednji.
Na sliki 2 je h višina rebra, H1 višina rebra brez velikosti luknje za olje, a je sredina, R je lok končne stranice valja, kontaktni kot je α in S je največja čiščenje. Na sliki 2A obstaja razmerje
Kjer je DW premer valja, mm. Ko sta znana premer valja in višina rebra, lahko vrednost konca valja R določimo z določitvijo kota α. Kontaktna točka, izračunana po enačbi, je pravzaprav srednja točka prirobnice, vključno z velikostjo oljnega utora, natančnejši izračun pa bi moral izključiti velikost oljnega utora, sredino točke H1. Zato ga je treba spremeniti na naslednji način:
Sila na prirobnici:
Da bi zagotovili enakomerno silo, mora biti kontaktni razmik med sprednjo stranjo valja in robom rebra večji ali enak 0. Stiskanje točkovnega kontakta iz jeklenega jekla je naslednje:
V formuli je koeficient η δ v tabeli [4]; Σ ρ je glavna vsota ukrivljenosti, njena enačba za izračun pa je naslednja:
Glede na geometrijsko razmerje na sliki 2B je največja vrzel naslednja:
δ je ≤ s. Vrednosti α in R lahko dobimo iz enačbe (5) ~ (10), osno silo FA valja pa lahko poenostavimo tako, da je skupna osna sila ležaja enakomerno porazdeljena na vsak valj. Pravzaprav je po izkušnjah α na splošno med 10' in 30'. Kadar je delovno stanje ležaja nizka hitrost in velika obremenitev, je treba za oblikovanje oljnega filma uporabiti velik kot upogiba. V primerjavi z ravninskim kontaktom se oljni film lažje oblikuje okoli točkovnega stika. V procesu drsenja lahko oljni film odvzame toploto. Treba je opozoriti, da algoritem ni natančen, natančnejši algoritem bi moral uporabiti ustrezno teorijo EHL. Za inženirsko prakso je algoritem preprost in praktičen ter lahko približno izračuna vrednost kota α. Poleg tega je težko natančno nadzorovati določeno fiksno vrednost med 10'- 30' pri trenutni natančnosti obdelave. Znotraj določenega območja tolerance se lahko zgornji algoritem šteje za pravilnega.
2.3 optimizirajte stično površino srednjega zadrževalnega obroča
Med srednjim zadrževalnim obročem in zunanjim obročem ter sprednjo stranjo valja je veliko stično območje. Spodnja polovica srednjega zadrževalnega obroča je zasnovana kot nagnjeno rebro in utor za olje. Lahko zmanjša območje drsenja in poveča način hladilnega olja.
2.4 optimiziranje strukture kletke
Držalo za varjenje po varjenju se še vedno uporablja. Med delovanjem ležaja se nosilec uporablja za vodenje in centraliziranje valjčka, da se prepreči nagib valjčka, zato bo kontaktna površina med opornikom in odprtino opornika valjev povzročila udarce in drsenje. Da bi v procesu vrtenja izboljšali stanje stika med nosilno površino in odprtino valjčnega opornika ter zmanjšali trenje med njima, je luknja valjčnega opornika fino razrezana, da se izboljša registracija hrapavosti površine luknje valjčnega opornika in poveča stabilnost delovanja valja. Ta ukrep je namenjen tudi preprečevanju, da bi se opornik in valj dobro prilegali, valj se bo tresel ali nagnil, tako da bo valj povzročil dodatno drsenje na drsni stezi ter izboljšal silo in trenje rebra.
Hkrati pustite naklon na obeh koncih luknje za opornik valjev ali opravite veliko obdelavo posnemanja, kar lahko zmanjša stično površino med opornikom in luknjo valjčka ter zmanjša strižno obremenitev valja na opornik; hkrati nadzorujte toleranco premera luknje za steber na podložki, toleranco razdalje med dvema sosednjima luknjama za stebre v obodni smeri in kakovost varjenja glave stebra, da zagotovite natančnost montaže valja in nosilca.
2.4 optimizirajte hrapavost dirkalne steze
Hrapavost delovne površine močno vpliva na odpornost proti obrabi. Boljša je kakovost površine, bolj spodbuja nastanek oljnega filma, da se zmanjša koeficient trenja, zmanjša segrevanje trenja in tudi upočasni obraba površine dirkališča. V pogojih velike obremenitve nosi ležaj veliko radialno obremenitev, kar zlahka privede do visokih kontaktnih obremenitev na delovni površini. Če hrapavost delovne površine ni dobra, sta greben in korito vala podobna ostrim vogalom in razpokam, ki sta občutljiva na koncentracijo napetosti in tako vplivata na utrujenost delov. Rezultati kažejo, da ima parameter višine vrha hrapavosti najbolj očiten vpliv na porazdelitev tlaka in debelino oljnega filma. S povečanjem višine vrha hrapavosti se število in amplituda tlačnih vrhov povečujeta, najmanjša debelina oljnega filma pa se zmanjšuje. Ko je valovna dolžina majhna, bo majhna sprememba višine vrha povzročila močno povečanje maksimalnega dviga temperature oljnega filma. Ko je valovna dolžina velika, največji dvig temperature oljnega filma ni občutljiv na spremembo višine vrha. Iz povezanih raziskav je razvidno, da je vpliv hrapavosti površine na nastanek oljnega filma in dvig temperature zelo kompleksen.
V tem primeru se dirkalna steza obroča super konča. Ne samo da lahko zmanjša hrapavost površine, ampak tudi oblikuje boljšo teksturo, v celoti izboljša elastohidrodinamične mazalne lastnosti dirkalne steze, zmanjša trenje kotalnega drsnika in zmanjša zvišanje temperature. Z uporabo vrhunske opreme 1,6 m magerle superfinishing stroj lahko hrapavost dirkališča doseže pod Ra0,2. Hkrati lahko super natančnost dirkališča tvori tudi konveksni profil, kar lahko bistveno izboljša kontaktne obremenitve dirkališča.
3. Učinek optimizacije
Z zgornjimi ukrepi optimizacije je bil optimiziran ležaj nameščen v jeklarni za poskusno uporabo, stanje delovanja ležaja pa je bilo spremljano in zabeleženo. V delovnih pogojih pri največji hitrosti 250 vrt / min in največji kotalni sili okoli 1000 t do sedaj (uporabljali so jo 5 mesecev) ni pojava previsoke temperature ležaja. Optimiziran ležaj izpolnjuje delovne pogoje po povečanju hitrosti.
4. Sklep
Povečanje hitrosti in povečanje učinkovitosti sta postala razvojni trend železne in jeklarske industrije v prihodnosti. Zasnovo štirivrstičnega valjastega valjčnega ležaja je treba razviti tudi v smeri znižanja dviga temperature. Sprejeti ukrepi so zmanjšanje kotalnega drsnega trenja kontaktne površine na eni strani in preučitev učinkovitih ukrepov odvajanja toplote ležajev na drugi strani. Trenutno je treba teorijo ogrevanja ležajev in odvajanja toplote še bolj poglobiti in sistematično raziskati, ustrezno teorijo pa je treba aktivno preoblikovati v prakso v inženirskih aplikacijah, zlasti v fazi razvoja in projektiranja ležajev.
Prosimo, preveriteVodnik po izdelkihza izbiro ustreznih ležajev za vaš stroj.
E-naslov:sales@tedin-bearing.com