A velocidade dos laminadores em uma usina siderúrgica nacional aumentou, resultando no aumento de alta temperatura dos rolamentos de rolos cilíndricos de quatro carreiras no rolo reserva. Diante desse problema, o torque de atrito e o valor calorífico do rolamento antes e depois do aumento da velocidade são calculados e comparados. Mostra que a influência da velocidade no torque de fricção não é óbvia e é aproximadamente proporcional ao valor do calor. O aumento da temperatura do rolamento é otimizado. As principais medidas tomadas são reduzir a área de contato das peças deslizantes, adicionar um circuito de óleo de resfriamento, reduzir a rugosidade da superfície de contato, otimizar o orifício do óleo do rolamento e melhorar o efeito de dissipação de calor. É proposto um método de cálculo simplificado para o contato entre a face da extremidade do rolo e a nervura. Após a aplicação, o aumento da temperatura do rolamento otimizado é obviamente desacelerado e a vida útil é melhorada.
Com a promoção contínua da reforma estrutural do lado da oferta e pressão de proteção ambiental severa sem precedentes, um grande número de siderúrgicas foi listado nas fileiras de capacidade de produção. No entanto, as grandes usinas siderúrgicas domésticas estão em falta por enquanto. Portanto, a velocidade de laminação foi aumentada para atingir o objetivo de aumentar a eficiência. A velocidade do rolamento de rolos cilíndricos de quatro carreiras para o rolo de apoio da linha de laminação a frio 1250 em uma usina siderúrgica é aumentada de 197 R / min para 257 R / min sob a mesma força de rolamento e modo de lubrificação. Depois de aumentar a velocidade, a temperatura do mancal sobe muitas vezes e o alarme para. De acordo com estatísticas incompletas, este modelo foi usado em cerca de 200 linhas em cerca de 20 siderúrgicas nacionais, e a taxa de utilização do mercado é muito alta, o que é de certo valor para seu projeto ideal. A estrutura do rolamento de rolos cilíndricos de quatro carreiras é mostrada na Fig. 1. A dimensão geral é Φ 690 × Φ 980 × 750, o material é G20Cr2Ni4A, a gaiola é soldada por coluna, a classe de precisão é P5, a capacidade de rolamento Cr é 20700kN, cor é 56500kN.
1. Impacto do aumento de velocidade
1.1 variação do torque de fricção
O aumento de temperatura do rolamento vem principalmente do atrito dentro do rolamento durante o processo de trabalho. Existem muitas fórmulas para calcular o momento de atrito dos rolamentos, e a fórmula TA de Harris é usada aqui.
Para Fórmula: m é a distância de atrito total, Nmm; M0 é a distância de atrito do rolamento sem carga, M1 é a distância de atrito causada pela carga, Nmm; F0 e F1 são coeficientes empíricos; ν é a viscosidade cinemática do óleo lubrificante, mm2 / S (a viscosidade do óleo base da graxa lubrificante); n é a velocidade do rolamento, R / min; P é a carga equivalente, N; Dpw é o diâmetro do passo, mm.
No catálogo, os valores dos parâmetros são: F0=2, F1=0,0003, ν=12mm2 / s, n=197r / min antes do aumento da velocidade, 257r / min após o aumento da velocidade, DPW=836mm, a força de rolamento máxima sob a condição de aplicação é cerca de 1000 toneladas, P=5 × 106n. Os resultados do cálculo são mostrados na Tabela 1.
Pode-se observar na tabela acima que quando a velocidade aumenta em 30,46%, o torque de atrito M0 do rolamento sem carga aumenta em 19,39% e o torque de atrito M1 causado pela carga não muda. No entanto, devido à grande carga, M1 é responsável por uma grande proporção do torque de atrito total, e o torque de atrito total aumenta em apenas 0,32%. Obviamente, o rolamento pertence à condição de baixa velocidade e serviço pesado. Nesse momento, a carga é o principal fator que causa o torque de atrito do rolamento, e a mudança de velocidade tem pouco efeito na mudança da distância de atrito total do rolamento.
1,2 mudança de valor calorífico de suporte
A fórmula de cálculo de poder calorífico de portador é a seguinte:
Onde q é o valor calorífico, W. O torque de fricção e a velocidade são substituídos no cálculo e os resultados são mostrados na Tabela 2.
Pode-se observar a partir do cálculo acima que o torque de atrito total do rolamento aumenta em 0,32%, enquanto o valor calorífico do rolamento aumenta em 30,87%. Devido à pequena variação do torque de fricção, o valor calorífico (aumentado em 30,87%) e a velocidade de rotação (aumentada em 30,46%) aumentam aproximadamente na proporção. Os resultados também mostram que, embora o aquecimento do rolamento venha de vários atritos de deslizamento do rolamento interno, não é preciso entender que apenas a redução do torque de atrito do rolamento pode resolver o problema de aquecimento do rolamento. Neste caso, pode-se observar que o aquecimento do mancal está relacionado principalmente à carga e à velocidade.
2. Projeto de otimização do rolamento do laminador
A partir da análise acima, pode-se ver que a produção de calor do rolamento aumenta mais e devem ser tomadas medidas para liberar o calor. Os modos de transferência de calor do rolamento são principalmente condução de calor, convecção de calor e radiação de calor. O cálculo da eficiência de aquecimento do rolamento e da eficiência de dissipação de calor é muito complicado. Pode-se ver nas equações de cálculo relevantes que os principais parâmetros que afetam a eficiência de dissipação de calor são tensão de contato, velocidade de deslizamento, parâmetros relacionados ao filme de óleo e área de contato. Portanto, a fim de atender aos requisitos de operação após a mudança das condições de trabalho, a ideia do projeto de otimização é a seguinte:
1) A parte deslizante reduz a área de contato;
2) A parte deslizante é fornecida com um circuito de óleo de refrigeração;
3) Reduzir a rugosidade da superfície de contato e otimizar a textura do processamento;
4) Otimize o furo de óleo do rolamento, aumente o número e o diâmetro.
2.1 otimização do tamanho do círculo angular do rolamento
O valor de calor do círculo pode ser ajustado apenas a partir da equação de geração de calor. Esta equação não é baseada no contato interno do rolamento. Pode-se ver que a redução do DPW é benéfica para a redução do torque de fricção. Em particular, M0 está positivamente correlacionado com a terceira potência do diâmetro do círculo primitivo, que muda muito.
Além disso, o calor de fricção também será gerado quando o elemento rolante passar pelo lubrificante na cavidade do rolamento na revolução. A equação de cálculo é a seguinte:
Nessa fórmula, hrdrag é a taxa de aquecimento por atrito; ω m é a velocidade de rotação do rolo, rad / S; FV é a força de tração viscosa, N; Z é o número de rolos; J é a constante de conversão de nm / s para W. Pode-se observar que a taxa de aquecimento por atrito é diretamente proporcional ao diâmetro do passo e à velocidade de revolução do rolo. A taxa de aquecimento do lubrificante da cavidade interna para o rolo aumenta em proporção direta após o aumento da velocidade, o que indica indiretamente que quanto mais lubrificantes, melhor.
Em conclusão, a estrutura interna do rolamento é otimizada para reduzir o tamanho do círculo de passo do rolamento. O diâmetro do passo também está relacionado à carga e vida útil do rolamento, e a redução é limitada.
2.2 otimizar o contato entre o flange do anel e o elemento rotativo
O rolamento de rolos cilíndricos suporta principalmente a carga radial e também a carga axial dependendo do flange do anel. Na superfície de contato, existe atrito deslizante entre a face da extremidade do rolo e a nervura devido à diferença de velocidade. Se o deslizamento em ambas as extremidades do rolo for diferente, quanto maior for a força de atrito, o rolo ainda irá inclinar no processo de trabalho. A geometria da face da extremidade do rolo e do flange do anel tem uma influência significativa no atrito de deslizamento e na formação do filme de óleo entre eles. É geralmente considerado que o efeito de fricção do contato de ponto é o melhor em comparação com o de contato de superfície. Para melhorar o estado de contato entre a face da extremidade do rolo e a nervura, a face da extremidade do rolo adota a superfície da base esférica, e a nervura do anel adota a nervura inclinada. Através do cálculo teórico, a posição do ponto de contato entre o centro da superfície da base esférica do rolo e a nervura do anel é controlada, de forma a atingir o melhor estado de lubrificação. O cálculo é o seguinte.
Na Figura 2, h é a altura da nervura, H1 é a altura da nervura sem tamanho do orifício de óleo, a é o ponto médio, R é o arco da face da extremidade do rolo, o ângulo de contato é α e S é o máximo liberação. Há uma relação na Fig. 2A
Onde DW é o diâmetro do rolo, mm. Quando o diâmetro do rolo e a altura da nervura são conhecidos, o valor da face da extremidade do rolo R pode ser determinado pela determinação do ângulo α. O ponto de contato calculado pela equação é na verdade o ponto médio do flange, incluindo o tamanho da ranhura de óleo, e o cálculo mais preciso deve excluir o tamanho da ranhura de óleo, o ponto médio do ponto H1. Portanto, deve ser alterado da seguinte forma:
Força no flange:
A fim de garantir uma força uniforme, a folga de contato entre a face da extremidade do rolo e a borda da nervura deve ser maior ou igual a 0. A compressão do ponto de contato de aço de aço é a seguinte:
Na fórmula, o coeficiente η δ pode ser encontrado na tabela [4]; Σ ρ é a função de soma de curvatura principal, e sua equação de cálculo é a seguinte:
De acordo com a relação geométrica na Fig. 2B, a lacuna máxima é a seguinte:
δ deve ser ≤ s. Os valores de α e R podem ser obtidos da equação (5) ~ (10), e a força axial FA do rolo pode ser simplificada, uma vez que a força axial total do rolamento é distribuída uniformemente para cada rolo. Na verdade, de acordo com a experiência, α está geralmente entre 10' e 30'. Quando a condição de trabalho do rolamento é de baixa velocidade e carga pesada, um grande ângulo de deflexão deve ser considerado para formar uma película de óleo. Comparado com o contato plano, o filme de óleo é mais fácil de se formar ao redor do ponto de contato. No processo de deslizamento, o filme de óleo pode tirar o calor. Deve-se notar que o algoritmo não é preciso, o algoritmo mais preciso deve usar a teoria pertinente de EHL. Para a prática de engenharia, o algoritmo é simples e prático e pode calcular aproximadamente o valor do ângulo α. Além disso, é difícil controlar com precisão um determinado valor fixo entre 10' - 30' na precisão de usinagem atual. Dentro de uma certa faixa de tolerância, o algoritmo acima pode ser considerado correto.
2.3 otimizar a superfície de contato do anel de retenção do meio
Há uma grande área de contato entre o anel de retenção intermediário e o anel externo e a face da extremidade do rolo. A metade inferior do anel de retenção do meio é projetada como uma nervura inclinada e uma ranhura de óleo é projetada. Pode reduzir a área de deslizamento e aumentar o caminho do óleo de resfriamento.
2.4 otimizar a estrutura da gaiola
O retentor pós-soldagem ainda é usado. No processo de trabalho do rolamento, o suporte é usado para guiar e centralizar o rolo para evitar que o rolo se incline, de modo que a superfície de contato entre a haste e o orifício da haste do rolo produza impacto e fricção deslizante. A fim de melhorar o estado de contato entre a superfície de suporte e o furo do suporte do rolo no processo de rotação e reduzir o atrito entre eles, o furo do suporte do rolo é finamente escareado para melhorar o registro de rugosidade da superfície do furo do suporte do rolo e aumentar o estabilidade da operação do rolo. Esta medida também é para evitar que a escora e o rolete não se encaixem bem, o rolete irá balançar ou inclinar, de modo que o rolete irá produzir atrito deslizante extra na pista e melhorar a força e o atrito da nervura.
Ao mesmo tempo, deixe um declive em ambas as extremidades do furo da haste do rolo ou faça um grande tratamento de chanfro, que pode reduzir a área de contato entre a haste e o furo do rolo, e reduzir a tensão de cisalhamento do rolo na haste; ao mesmo tempo, controle a tolerância do diâmetro do orifício do pilar na arruela, a tolerância da distância entre dois orifícios do pilar adjacentes na direção circunferencial e a qualidade de soldagem da cabeça do pilar, de modo a garantir a precisão da montagem do rolo e do suporte.
2.4 otimizar a rugosidade da pista
A rugosidade da superfície de trabalho tem grande influência na resistência ao desgaste. Quanto melhor a qualidade da superfície, mais propício à formação de filme de óleo, de modo a reduzir o coeficiente de atrito, reduzir o aquecimento por atrito e também diminuir o desgaste da superfície da pista. Sob a condição de carga pesada, o rolamento suporta uma grande carga radial, o que facilmente leva a uma alta tensão de contato na face de trabalho. Se a rugosidade da superfície de trabalho não for boa, a crista e a depressão da onda são como entalhes e rachaduras, que são sensíveis à concentração de tensões, afetando assim a resistência à fadiga das peças. Os resultados mostram que o parâmetro altura do pico de rugosidade tem a influência mais óbvia na distribuição de pressão e na espessura do filme de óleo. Com o aumento da altura do pico de rugosidade, o número e a amplitude dos picos de pressão aumentam, enquanto a espessura mínima do filme de óleo diminui. Quando o comprimento de onda é pequeno, a pequena mudança na altura do pico causará um aumento acentuado no aumento máximo da temperatura do filme de óleo. Quando o comprimento de onda é grande, o aumento máximo da temperatura do filme de óleo não é sensível à mudança da altura do pico. Pode-se ver na pesquisa relacionada que a influência da rugosidade da superfície na formação do filme de óleo e no aumento da temperatura é muito complexa.
Neste caso, a canaleta da virola é superacabada. Ele pode não apenas reduzir a rugosidade da superfície, mas também formar uma textura melhor, melhorar totalmente as características de lubrificação elasto-hidrodinâmica da pista, reduzir o atrito de deslizamento de rolamento e reduzir o aumento de temperatura. Usando a máquina de superacabamento de magerle de 1.6 m de equipamentos de ponta, a rugosidade da pista pode chegar abaixo de Ra0.2. Ao mesmo tempo, a superprecisão da pista também pode formar o perfil convexo, o que pode melhorar significativamente a tensão de contato da pista.
3. Efeito de otimização
Por meio das medidas de otimização acima, o rolamento otimizado foi instalado na siderúrgica para uso experimental e a condição de serviço do rolamento foi rastreada e registrada. Sob as condições de trabalho de velocidade máxima de 250 r / min e força de rolamento máxima de cerca de 1000 t, até agora (tem sido usado por 5 meses), não há fenômeno de superaquecimento do rolamento. O rolamento otimizado encontra a condição de trabalho após o aumento da velocidade.
4. Conclusão
O aumento da velocidade e da eficiência tornou-se a tendência de desenvolvimento da indústria siderúrgica no futuro. O projeto de um rolamento de rolos cilíndricos de quatro carreiras também deve ser desenvolvido no sentido de reduzir o aumento de temperatura. As medidas tomadas são para reduzir o atrito de deslizamento de rolamento da superfície de contato por um lado e estudar as medidas eficazes de dissipação de calor do rolamento, por outro lado. No momento, a teoria do aquecimento e dissipação de calor dos rolamentos ainda precisa de pesquisa mais aprofundada e sistemática, e a teoria relevante deve ser ativamente transformada em prática em aplicações de engenharia, especialmente no estágio de desenvolvimento e projeto de rolamentos.
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