Увеличена скорость прокатных станов на отечественном металлургическом заводе, что привело к высокотемпературному нагреву четырехрядных цилиндрических роликоподшипников на опорном валке. С учетом этой проблемы вычисляются и сравниваются момент трения и теплотворная способность подшипника до и после увеличения скорости. Он показывает, что влияние скорости на момент трения неочевидно и приблизительно пропорционально теплоте сгорания. Повышение температуры подшипника оптимизировано. Основные принятые меры заключаются в уменьшении площади контакта скользящих частей, добавлении контура охлаждающего масла, уменьшении шероховатости контактной поверхности, оптимизации масляного отверстия подшипника и улучшении эффекта рассеивания тепла. Предлагается упрощенная методика расчета контакта торца ролика с ребром. Очевидно, что после нанесения рост температуры оптимизированного подшипника замедляется, а срок службы увеличивается.
Благодаря постоянному продвижению структурных реформ со стороны предложения и беспрецедентно серьезному давлению на охрану окружающей среды, большое количество сталелитейных заводов было занесено в список де-производственных мощностей. Однако отечественных крупных сталелитейных заводов пока не хватает. Поэтому скорость прокатки была увеличена для достижения цели повышения эффективности. Скорость четырехрядного цилиндрического роликоподшипника опорного валка линии холодной прокатки 1250 на сталеплавильном заводе увеличена с 197 об / мин до 257 об / мин при тех же усилиях прокатки и режиме смазки. После увеличения скорости температура подшипника многократно повышается слишком высоко, и сигнал тревоги прекращается. По неполным статистическим данным, эта модель использовалась примерно на 200 линиях почти на 20 отечественных сталелитейных заводах, а коэффициент использования рынка очень высок, что имеет определенное значение для ее оптимальной конструкции. Конструкция четырехрядного цилиндрического роликоподшипника показана на рис. 1. Габаритные размеры Φ 690 × Φ 980 × 750, материал - G20Cr2Ni4A, сепаратор сварен колонной, класс точности - P5, несущая способность. Cr - 20700 кН, cor - 56500 кН.
1. Влияние увеличения скорости
1.1 изменение момента трения
Повышение температуры подшипника в основном происходит из-за трения внутри подшипника во время рабочего процесса. Существует множество формул для расчета момента трения подшипников, и здесь используется формула Харриса ТА.
Для формулы: m - полное расстояние трения, Нмм; M0 - расстояние трения подшипника без нагрузки, M1 - расстояние трения, вызванное нагрузкой, Нмм; F0 и F1 - эмпирические коэффициенты; ν - кинематическая вязкость смазочного масла, мм2 / с (вязкость базового масла консистентной смазки); n - скорость подшипника, об / мин; P - эквивалентная нагрузка, Н; Dpw - делительный диаметр, мм.
В каталоге значения параметров: F0=2, F1=0,0003, ν=12 мм2 / с, n=197 об / мин до увеличения скорости, 257 об / мин после увеличения скорости, DPW=836 мм, максимальное усилие прокатки в условиях применения составляет около 1000 тонн, P=5 × 106н. Результаты расчетов представлены в таблице 1.
Из приведенной выше таблицы видно, что при увеличении скорости на 30,46% момент трения M0 подшипника без нагрузки увеличивается на 19,39%, а момент трения M1, вызванный нагрузкой, не изменяется. Однако из-за большой нагрузки на M1 приходится большая часть общего момента трения, и общий момент трения увеличивается только на 0,32%. Очевидно, подшипник относится к тихоходным и тяжелонагруженным. В это время нагрузка является основным фактором, вызывающим момент трения подшипника, и изменение скорости мало влияет на общее изменение расстояния трения подшипника.
1.2 изменение теплотворной способности подшипника
Формула расчета теплотворной способности подшипников следующая:
Где q - теплотворная способность W. В расчет подставляются крутящий момент и скорость трения, и результаты показаны в таблице 2.
Из приведенного выше расчета видно, что общий момент трения подшипника увеличивается на 0,32%, а теплотворная способность подшипника увеличивается на 30,87%. Из-за небольшого изменения момента трения теплотворная способность (увеличилась на 30,87%) и частота вращения (увеличилась на 30,46%) примерно пропорционально увеличилась. Результаты также показывают, что, хотя нагрев подшипника происходит из-за различного внутреннего трения скольжения качения, неточно понимать, что только снижение момента трения подшипника может решить проблему нагрева подшипника. В этом случае видно, что нагрев подшипника в основном связан с нагрузкой и скоростью.
2. Оптимизация конструкции подшипников прокатных станов.
Из приведенного выше анализа видно, что тепловая мощность подшипника увеличивается еще больше, и необходимо принять меры для отвода тепла. Режимы теплопередачи подшипника - это в основном теплопроводность, тепловая конвекция и тепловое излучение. Расчет эффективности нагрева подшипников и теплоотвода очень сложен. Из соответствующих расчетных уравнений видно, что основными параметрами, влияющими на эффективность рассеивания тепла, являются контактное напряжение, скорость скольжения, параметры, связанные с масляной пленкой, и площадь контакта. Таким образом, чтобы соответствовать требованиям эксплуатации после изменения условий труда, идея оптимизационного проекта заключается в следующем:
1) Скользящая часть уменьшает площадь контакта;
2) Скользящая часть снабжена контуром охлаждающего масла;
3) уменьшить шероховатость контактной поверхности и оптимизировать текстуру обработки;
4) Оптимизировать масляное отверстие подшипника, увеличить количество и диаметр.
2.1 оптимизация размера делительной окружности подшипников
Теплотворная способность круга может быть изменена только из уравнения тепловыделения. Это уравнение не основано на внутреннем контакте подшипника. Видно, что уменьшение DPW способствует уменьшению момента трения. В частности, M0 положительно коррелирует с третьей степенью диаметра делительной окружности, которая сильно изменяется.
Кроме того, при прохождении телом качения через смазку в полости подшипника при вращении возникает тепло трения. Уравнение расчета выглядит следующим образом:
В этой формуле hrdrag - скорость нагрева трением; ω m - частота вращения ролика, рад / с; FV - вязкая сила тяги, Н; Z - количество роликов; J - константа преобразования из нм / с в W. Можно видеть, что скорость нагрева трением прямо пропорциональна делительному диаметру и скорости вращения ролика. Скорость нагрева смазки внутренней полости ролика увеличивается прямо пропорционально после увеличения скорости, что косвенно указывает на то, что чем больше смазки, тем лучше.
В заключение следует отметить, что внутренняя структура подшипника оптимизирована для уменьшения размера делительной окружности подшипника. Делительный диаметр также связан с нагрузкой на подшипник и сроком службы, и его уменьшение ограничено.
2.2 оптимизировать контакт между кольцевым фланцем и телом качения
Цилиндрический роликоподшипник в основном воспринимает радиальную нагрузку, а также осевую нагрузку в зависимости от фланца кольца. На контактной поверхности возникает трение скольжения между торцом ролика и выступом из-за разницы скоростей. Если скольжение на обоих концах ролика разное, чем больше сила трения, ролик будет даже перекоситься в рабочем процессе. Геометрия торца ролика и фланца кольца оказывает значительное влияние на трение скольжения и образование масляной пленки между ними. Обычно считается, что эффект трения точечного контакта является лучшим по сравнению с эффектом поверхностного контакта. Чтобы улучшить состояние контакта между торцевой поверхностью ролика и ребром, торцевая поверхность ролика принимает базовую поверхность шарика, а кольцевое ребро принимает наклонное ребро. Путем теоретических расчетов регулируется положение точки контакта между центром сферической базовой поверхности ролика и кольцевым выступом для достижения наилучшего состояния смазки. Расчет выглядит следующим образом.
На рисунке 2 h - высота выступа, H1 - высота выступа без масляного отверстия, a - средняя точка, R - дуга торца ролика, угол контакта α, S - максимальный оформление. На рис. 2А показана взаимосвязь.
Где DW - диаметр ролика, мм. Когда диаметр ролика и высота выступа известны, величина торцевой поверхности R ролика R может быть определена путем определения угла α. Точка контакта, рассчитанная по уравнению, на самом деле является средней точкой фланца, включая размер масляной канавки, и более точный расчет должен исключить размер масляной канавки, среднюю точку точки H1. Поэтому его следует изменить следующим образом:
Усилие на фланце:
Для обеспечения равномерного усилия контактный зазор между торцом ролика и кромкой ребра должен быть больше или равен 0. Сжатие стального точечного контакта со сталью следующее:
В формуле коэффициент η δ можно найти в таблице [4]; Σ ρ - основная функция суммы кривизны, и ее расчетное уравнение выглядит следующим образом:
Согласно геометрическому соотношению на рис. 2В, максимальный зазор составляет:
δ должно быть ≤ s. Значения α и R могут быть получены из уравнений (5) ~ (10), а осевая сила FA ролика может быть упрощена, поскольку общая осевая сила подшипника равномерно распределяется на каждый ролик. Фактически, согласно опыту, α обычно находится между 10' 30'. Когда рабочее состояние подшипника - низкая скорость и большая нагрузка, следует использовать большой угол отклонения для образования масляной пленки. По сравнению с плоским контактом, масляная пленка легче формируется вокруг точечного контакта. В процессе скольжения масляная пленка может отводить тепло. Следует отметить, что алгоритм не точен, более точный алгоритм должен использовать соответствующую теорию EHL. Для инженерной практики алгоритм прост и практичен и может приблизительно рассчитать значение угла α. Более того, трудно точно контролировать определенное фиксированное значение между 10' - 30' в текущей точности обработки. В пределах определенного диапазона допусков приведенный выше алгоритм можно считать правильным.
2.3 оптимизировать контактную поверхность среднего стопорного кольца
Между средним стопорным кольцом и наружным кольцом и торцевой поверхностью ролика имеется большая площадь контакта. Нижняя половина среднего стопорного кольца выполнена в виде наклонного выступа и масляной канавки. Это может уменьшить площадь скольжения и увеличить путь охлаждающего масла.
2.4 оптимизировать конструкцию клетки
Фиксатор после сварки все еще используется. В процессе работы подшипника опора используется для направления и центрирования ролика, чтобы предотвратить перекос ролика, поэтому поверхность контакта между стойкой и отверстием стойки ролика будет создавать удары и трение скольжения. Чтобы улучшить состояние контакта между опорной поверхностью и отверстием стойки ролика в процессе вращения и уменьшить трение между ними, отверстие стойки ролика тонко расширяется, чтобы улучшить регистрацию шероховатости поверхности отверстия стойки ролика и увеличить стабильность работы ролика. Эта мера также предназначена для предотвращения неправильной установки стойки и ролика, ролика будет качаться или перекоситься, так что ролик будет создавать дополнительное трение скольжения в дорожке качения и улучшать силу и трение выступа.
В то же время оставьте уклон на обоих концах отверстия стойки ролика или сделайте большую обработку фаски, которая может уменьшить площадь контакта между стойкой и отверстием ролика и уменьшить напряжение сдвига ролика в стойке; в то же время контролировать допуск диаметра отверстия стойки на шайбе, допуск расстояния между двумя соседними отверстиями стойки в окружном направлении и качество сварки головки стойки, чтобы обеспечить точность сборки. ролика и опоры.
2.4 оптимизировать шероховатость дорожки качения
Шероховатость рабочей поверхности имеет большое влияние на износостойкость. Чем лучше качество поверхности, тем больше способствует образованию масляной пленки, что снижает коэффициент трения, уменьшает нагрев от трения, а также замедляет износ поверхности дорожки качения. В условиях большой нагрузки подшипник принимает на себя большую радиальную нагрузку, что легко приводит к высоким контактным напряжениям на рабочей поверхности. Если шероховатость рабочей поверхности плохая, гребень и впадина волны похожи на выемку и трещину с острым углом, которые чувствительны к концентрации напряжений, что влияет на усталостную прочность деталей. Результаты показывают, что параметр высоты пика шероховатости имеет наиболее очевидное влияние на распределение давления и толщину масляной пленки. С увеличением высоты пика шероховатости количество и амплитуда пиков давления увеличивается, а минимальная толщина масляной пленки уменьшается. Когда длина волны мала, небольшое изменение высоты пика вызовет резкое увеличение максимального повышения температуры масляной пленки. Когда длина волны велика, максимальное повышение температуры масляной пленки не чувствительно к изменению высоты пика. Из соответствующих исследований видно, что влияние шероховатости поверхности на образование масляной пленки и повышение температуры очень сложное.
В этом случае дорожка качения втулки является суперфинишной. Он может не только уменьшить шероховатость поверхности, но и улучшить текстуру, полностью улучшить эластогидродинамические характеристики смазки дорожки качения, уменьшить трение качения и скольжение и снизить повышение температуры. При использовании высококлассного оборудования для суперфинишной обработки magerle длиной 1,6 м шероховатость дорожки качения может достигать Ra0,2. В то же время сверхточность дорожки качения также может формировать выпуклый профиль, который может значительно улучшить контактное напряжение дорожки качения.
3. Эффект оптимизации
Благодаря вышеуказанным мерам по оптимизации оптимизированный подшипник был установлен на сталелитейном заводе для пробного использования, а его эксплуатационное состояние было отслежено и зарегистрировано. В рабочих условиях с максимальной скоростью 250 об / мин и максимальным усилием прокатки около 1000 т до настоящего времени (он использовался в течение 5 месяцев) не было явления перегрева подшипника. Оптимизированный подшипник соответствует рабочему состоянию после увеличения скорости.
4. Вывод
Повышение скорости и эффективности стало тенденцией развития черной металлургии в будущем. Конструкция четырехрядного цилиндрического роликоподшипника также должна быть разработана в направлении уменьшения повышения температуры. Принятые меры состоят в том, чтобы уменьшить трение качения и скольжения контактной поверхности, с одной стороны, и изучить эффективные меры теплоотвода подшипников, с другой стороны. В настоящее время теория нагрева подшипников и отвода тепла все еще нуждается в более глубоких и систематических исследованиях, и соответствующая теория должна активно применяться на практике в инженерных приложениях, особенно на стадии разработки и проектирования подшипников.
Подшипники для прокатных станов
Пожалуйста, проверьтеРуководство по продуктуподобрать подходящие подшипники для вашей техники.
Эл. адрес:sales@tedin-bearing.com