La velocità dei laminatoi in un'acciaieria domestica è stata aumentata, con conseguente aumento della temperatura dei cuscinetti a rulli cilindrici a quattro corone sul rullo di appoggio. In considerazione di questo problema, vengono calcolati e confrontati la coppia di attrito e il potere calorifico del cuscinetto prima e dopo l'aumento della velocità. Mostra che l'influenza della velocità sulla coppia di attrito non è ovvia ed è approssimativamente proporzionale al potere calorifico. L'aumento di temperatura del cuscinetto è ottimizzato. Le principali misure adottate sono ridurre l'area di contatto delle parti scorrevoli, aggiungere un circuito dell'olio di raffreddamento, ridurre la rugosità della superficie di contatto, ottimizzare il foro dell'olio del cuscinetto e migliorare l'effetto di dissipazione del calore. Viene proposto un metodo di calcolo semplificato per il contatto tra la faccia frontale del rullo e la nervatura. Dopo l'applicazione, l'aumento di temperatura del cuscinetto ottimizzato è ovviamente rallentato e la durata è migliorata.
Con la continua promozione di riforme strutturali dal lato dell'offerta e una forte pressione di protezione ambientale senza precedenti, un gran numero di acciaierie è stato elencato nei ranghi della capacità di deproduzione. Tuttavia, per il momento, le grandi acciaierie nazionali scarseggiano. Pertanto, la velocità di laminazione è stata aumentata per raggiungere lo scopo di aumentare l'efficienza. La velocità del cuscinetto a rulli cilindrici a quattro corone per il rullo di appoggio della linea di laminazione a freddo 1250 in un'acciaieria viene aumentata da 197 giri/min a 257 giri/min con la stessa forza di rotolamento e modalità di lubrificazione. Dopo aver aumentato la velocità, la temperatura del cuscinetto aumenta troppe volte e l'allarme si interrompe. Secondo statistiche incomplete, questo modello è stato utilizzato su circa 200 linee in quasi 20 acciaierie domestiche e il tasso di utilizzo del mercato è molto alto, il che è di certo valore per il suo design ottimale. La struttura del cuscinetto a rulli cilindrici a quattro corone è mostrata in Fig. 1. La dimensione complessiva è Φ 690 × Φ 980 × 750, il materiale è G20Cr2Ni4A, la gabbia è saldata per colonna, il grado di precisione è P5, la capacità portante Cr è 20700 kN, cor è 56500 kN.
1. Impatto dell'aumento della velocità
1.1 variazione della coppia di attrito
L'aumento di temperatura del cuscinetto deriva principalmente dall'attrito all'interno del cuscinetto durante il processo di lavorazione. Esistono molte formule per calcolare il momento di attrito dei cuscinetti e qui viene utilizzata la formula Harris TA.
Per Formula: m è la distanza di attrito totale, Nmm; M0 è la distanza di attrito del cuscinetto in assenza di carico, M1 è la distanza di attrito causata dal carico, Nmm; F0 e F1 sono coefficienti empirici; è la viscosità cinematica dell'olio lubrificante, mm2 / S (la viscosità dell'olio base del grasso lubrificante); n è la velocità del cuscinetto, R / min; P è il carico equivalente, N; Dpw è il diametro primitivo, mm.
In catalogo, i valori dei parametri sono: F0=2, F1=0,0003, ν=12 mm2 / s, n=197 giri / min prima dell'aumento della velocità, 257 giri / min dopo l'aumento della velocità, DPW=836 mm, la forza di rotolamento massima in condizioni di applicazione è circa 1000 tonnellate, P=5 × 106n. I risultati del calcolo sono riportati nella tabella 1.
Si può vedere dalla tabella sopra che quando la velocità aumenta del 30,46%, la coppia di attrito M0 del cuscinetto a vuoto aumenta del 19,39% e la coppia di attrito M1 causata dal carico non cambia. Tuttavia, a causa del grande carico, M1 rappresenta una grande proporzione della coppia di attrito totale e la coppia di attrito totale aumenta solo dello 0,32%. Ovviamente, il cuscinetto appartiene alla condizione a bassa velocità e pesante. In questo momento, il carico è il fattore principale che causa la coppia di attrito del cuscinetto e la variazione di velocità ha scarso effetto sulla variazione totale della distanza di attrito del cuscinetto.
1.2 cambio del potere calorifico del cuscinetto
La formula di calcolo del potere calorifico del cuscinetto è la seguente:
Dove q è il potere calorifico, W. La coppia di attrito e la velocità sono sostituite nel calcolo e i risultati sono mostrati nella Tabella 2.
Dal calcolo di cui sopra si può vedere che la coppia di attrito totale del cuscinetto aumenta dello 0,32%, mentre il potere calorifico del cuscinetto aumenta del 30,87%. A causa della piccola variazione della coppia di attrito, il potere calorifico (aumentato del 30,87%) e la velocità di rotazione (aumentata del 30,46%) aumentano approssimativamente in proporzione. I risultati mostrano anche che, sebbene il riscaldamento del cuscinetto derivi da vari attriti volventi interni, non è esatto capire che solo la riduzione della coppia di attrito del cuscinetto può risolvere il problema del riscaldamento del cuscinetto. In questo caso si può notare che il riscaldamento del cuscinetto è principalmente correlato al carico e alla velocità.
2. Progettazione di ottimizzazione del cuscinetto del laminatoio
Dall'analisi di cui sopra, si può vedere che la produzione di calore del cuscinetto aumenta di più e dovrebbero essere prese misure per far uscire il calore. Le modalità di trasferimento del calore del cuscinetto sono principalmente la conduzione del calore, la convezione del calore e l'irraggiamento del calore. Il calcolo dell'efficienza di riscaldamento dei cuscinetti e dell'efficienza di dissipazione del calore è molto complicato. Dalle relative equazioni di calcolo si può vedere che i parametri principali che influenzano l'efficienza di dissipazione del calore sono lo stress da contatto, la velocità di scorrimento, i parametri relativi al film d'olio e l'area di contatto. Pertanto, al fine di soddisfare i requisiti operativi dopo il cambiamento delle condizioni di lavoro, l'idea progettuale di ottimizzazione è la seguente:
1) La parte scorrevole riduce l'area di contatto;
2) La parte scorrevole è dotata di circuito dell'olio di raffreddamento;
3) Ridurre la rugosità della superficie di contatto e ottimizzare la trama di lavorazione;
4) Ottimizzare il foro dell'olio del cuscinetto, aumentare il numero e il diametro.
2.1 ottimizzazione della dimensione del cerchio primitivo del cuscinetto
Il valore del calore del cerchio può essere regolato solo dall'equazione di generazione del calore. Questa equazione non si basa sul contatto interno del cuscinetto. Si può vedere che la riduzione del DPW è vantaggiosa per la riduzione della coppia di attrito. In particolare, M0 è correlato positivamente con la terza potenza del diametro primitivo, che varia notevolmente.
Inoltre, il calore di attrito verrà generato anche quando l'elemento volvente passa attraverso il lubrificante nella cavità del cuscinetto durante la rivoluzione. L'equazione di calcolo è la seguente:
In questa formula, hrdrag è la velocità di riscaldamento dell'attrito; ω m è la velocità di rotazione del rullo, rad / S; FV è la forza di trazione viscosa, N; Z è il numero di rulli; J è la costante di conversione da nm/s a W. Si può notare che la velocità di riscaldamento dell'attrito è direttamente proporzionale al diametro primitivo e alla velocità di rotazione del rullo. La velocità di riscaldamento del lubrificante della cavità interna al rullo aumenta in proporzione diretta dopo l'aumento della velocità, il che indica indirettamente che più lubrificanti sono, meglio è.
In conclusione, la struttura interna del cuscinetto è ottimizzata per ridurre le dimensioni del cerchio primitivo del cuscinetto. Il diametro primitivo è anche correlato al carico e alla durata del cuscinetto e la riduzione è limitata.
2.2 ottimizzare il contatto tra flangia ad anello e corpo volvente
Il cuscinetto a rulli cilindrici sopporta principalmente il carico radiale e sopporta anche il carico assiale a seconda della flangia dell'anello. Nella superficie di contatto, c'è attrito radente tra la faccia di estremità del rullo e la nervatura a causa della differenza di velocità. Se lo scorrimento ad entrambe le estremità del rullo è diverso, maggiore è la forza di attrito, il rullo sarà anche inclinato durante il processo di lavoro. La geometria della superficie frontale del rullo e della flangia dell'anello ha un'influenza significativa sull'attrito radente e sulla formazione del film d'olio tra di loro. Si ritiene generalmente che l'effetto di attrito del contatto puntuale sia il migliore rispetto a quello del contatto superficiale. Per migliorare lo stato di contatto tra la superficie frontale del rullo e la nervatura, la superficie frontale del rullo adotta la superficie della base della sfera e la nervatura dell'anello adotta la nervatura inclinata. Attraverso calcoli teorici, viene controllata la posizione del punto di contatto tra il centro della superficie di base sferica del rullo e la nervatura dell'anello, in modo da ottenere il miglior stato di lubrificazione. Il calcolo è il seguente.
Nella Figura 2, h è l'altezza della nervatura, H1 è l'altezza della nervatura senza la dimensione del foro dell'olio, a è il punto medio, R è l'arco della faccia terminale del rullo, l'angolo di contatto è α e S è il massimo sdoganamento. C'è una relazione in Fig. 2A
Dove DW è il diametro del rullo, mm. Quando sono noti il diametro del rullo e l'altezza della nervatura, il valore della faccia di estremità del rullo R può essere determinato determinando l'angolo α. Il punto di contatto calcolato dall'equazione è in realtà il punto medio della flangia, inclusa la dimensione della scanalatura dell'olio, e il calcolo più accurato dovrebbe escludere la dimensione della scanalatura dell'olio, il punto medio del punto H1. Pertanto, dovrebbe essere modificato come segue:
Forza sulla flangia:
Per garantire una forza uniforme, il gioco di contatto tra la superficie frontale del rullo e il bordo della nervatura deve essere maggiore o uguale a 0. La compressione del punto di contatto in acciaio in acciaio è la seguente:
Nella formula, il coefficiente η δ si trova nella tabella [4]; Σ ρ è la funzione di somma della curvatura principale e la sua equazione di calcolo è la seguente:
Secondo la relazione geometrica in Fig. 2B, la distanza massima è la seguente:
δ deve essere ≤ s. I valori di α e R possono essere ottenuti dall'equazione (5) ~ (10) e la forza assiale FA del rullo può essere semplificata in quanto la forza assiale totale del cuscinetto è distribuita uniformemente su ciascun rullo. Infatti, secondo l'esperienza, α è generalmente compreso tra 10'e 30'. Quando la condizione di lavoro del cuscinetto è a bassa velocità e carico pesante, è necessario prendere un ampio angolo di deflessione per formare una pellicola d'olio. Rispetto al contatto piano, il film d'olio è più facile da formare attorno al punto di contatto. Nel processo di scorrimento, il film d'olio può portare via il calore. Va notato che l'algoritmo non è accurato, un algoritmo più accurato dovrebbe utilizzare la teoria pertinente di EHL. Per la pratica ingegneristica, l'algoritmo è semplice e pratico e può calcolare approssimativamente il valore dell'angolo α. Inoltre, è difficile controllare con precisione un certo valore fisso compreso tra 10'- 30' nell'attuale precisione di lavorazione. All'interno di un certo intervallo di tolleranza, l'algoritmo di cui sopra può essere considerato corretto.
2.3 ottimizzare la superficie di contatto dell'anello di sicurezza centrale
C'è un'ampia area di contatto tra l'anello di ritegno centrale e l'anello esterno e la superficie frontale del rullo. La metà inferiore dell'anello di ritegno centrale è progettata come una nervatura inclinata ed è progettata una scanalatura per l'olio. Può ridurre l'area di scorrimento e aumentare il modo dell'olio di raffreddamento.
2.4 ottimizzare la struttura della gabbia
Il fermo post saldatura è ancora utilizzato. Nel processo di lavoro del cuscinetto, il supporto viene utilizzato per guidare e centralizzare il rullo per evitare che il rullo si inclini, quindi la superficie di contatto tra il montante e il foro del montante del rullo produrrà impatto e attrito di scorrimento. Al fine di migliorare lo stato di contatto tra la superficie di supporto e il foro del puntone del rullo durante il processo di rotazione e ridurre l'attrito tra di essi, il foro del puntone del rullo è finemente alesato per migliorare la registrazione della rugosità superficiale del foro del puntone del rullo e aumentare il stabilità del funzionamento del rullo. Questa misura serve anche per evitare che il montante e il rullo non si adattino bene, il rullo si scuoterà o si inclinerà, in modo che il rullo produca ulteriore attrito di scorrimento nella pista e migliori la forza e l'attrito della nervatura.
Allo stesso tempo, lasciare una pendenza su entrambe le estremità del foro del montante del rullo o eseguire un trattamento di smussatura ampio, che può ridurre l'area di contatto tra il montante e il foro del rullo e ridurre lo sforzo di taglio del rullo sul montante; allo stesso tempo, controllare la tolleranza del diametro del foro del pilastro sulla rondella, la tolleranza della distanza tra due fori del pilastro adiacenti nella direzione circonferenziale e la qualità della saldatura della testa del pilastro, in modo da garantire la precisione del montaggio del rullo e del supporto.
2.4 ottimizzare la rugosità della pista di rotolamento
La rugosità della superficie di lavoro ha una grande influenza sulla resistenza all'usura. Migliore è la qualità della superficie, più favorevole alla formazione di film d'olio, in modo da ridurre il coefficiente di attrito, ridurre il riscaldamento dell'attrito e anche rallentare l'usura della superficie della pista di rotolamento. In condizioni di carico pesante, il cuscinetto sopporta un grande carico radiale, che porta facilmente a elevate sollecitazioni di contatto sulla superficie di lavoro. Se la rugosità della superficie di lavoro non è buona, la cresta e la depressione dell'onda sono come un'intaglio e una fessura di spigolo vivo, che sono sensibili alla concentrazione delle sollecitazioni, influenzando così la resistenza a fatica delle parti. I risultati mostrano che il parametro dell'altezza del picco di rugosità ha l'influenza più evidente sulla distribuzione della pressione e sullo spessore del film d'olio. All'aumentare dell'altezza dei picchi di rugosità, aumentano il numero e l'ampiezza dei picchi di pressione, mentre diminuisce lo spessore minimo del film d'olio. Quando la lunghezza d'onda è piccola, la piccola variazione dell'altezza del picco causerà un forte aumento dell'aumento di temperatura massimo del film d'olio. Quando la lunghezza d'onda è grande, l'aumento di temperatura massimo del film d'olio non è sensibile alla variazione dell'altezza del picco. Si può vedere dalla ricerca correlata che l'influenza della rugosità superficiale sulla formazione del film d'olio e sull'aumento della temperatura è molto complessa.
In questo caso la pista della ghiera è superfinitura. Non solo può ridurre la rugosità superficiale, ma anche formare una migliore consistenza, migliorare completamente le caratteristiche di lubrificazione elastoidrodinamica della pista, ridurre l'attrito di scorrimento e ridurre l'aumento della temperatura. Utilizzando una macchina di superfinitura magerle di fascia alta da 1,6 m, la rugosità della pista di rotolamento può raggiungere valori inferiori a Ra0.2. Allo stesso tempo, la super precisione della pista può anche formare il profilo convesso, che può migliorare significativamente lo stress di contatto della pista.
3. Effetto di ottimizzazione
Attraverso le misure di ottimizzazione di cui sopra, il cuscinetto ottimizzato è stato installato nell'acciaieria per l'uso di prova e le condizioni di servizio del cuscinetto sono state tracciate e registrate. Nelle condizioni di lavoro della velocità massima di 250r/min e della forza massima di rotolamento di circa 1000t, fino ad ora (è stato utilizzato per 5 mesi), non si verifica alcun fenomeno di sovratemperatura del cuscinetto. Il cuscinetto ottimizzato soddisfa le condizioni di lavoro dopo l'aumento della velocità.
4. Conclusione
L'aumento della velocità e l'aumento dell'efficienza sono diventati il trend di sviluppo dell'industria siderurgica del futuro. Anche la progettazione di un cuscinetto a rulli cilindrici a quattro corone dovrebbe essere sviluppata nella direzione di ridurre l'aumento della temperatura. Le misure adottate sono da un lato ridurre l'attrito radente volvente della superficie di contatto e dall'altro studiare le misure efficaci di dissipazione del calore del cuscinetto. Allo stato attuale, la teoria del riscaldamento dei cuscinetti e della dissipazione del calore necessita ancora di ricerche più approfondite e sistematiche e la teoria pertinente dovrebbe essere attivamente trasformata in pratica nelle applicazioni ingegneristiche, in particolare nella fase di sviluppo e progettazione dei cuscinetti.
Cuscinetti per rulli di appoggio
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