Die Drehzahl von Walzwerken in einem heimischen Stahlwerk wurde erhöht, was zu einem hohen Temperaturanstieg von vierreihigen Zylinderrollenlagern auf der Stützwalze führt. Angesichts dieses Problems werden das Reibmoment und der Heizwert des Lagers vor und nach der Drehzahlerhöhung berechnet und verglichen. Es zeigt sich, dass der Einfluss der Drehzahl auf das Reibmoment nicht offensichtlich ist und ungefähr proportional zum Heizwert ist. Der Temperaturanstieg des Lagers wird optimiert. Die wichtigsten Maßnahmen sind die Reduzierung der Kontaktfläche von Gleitteilen, das Hinzufügen eines Kühlölkreislaufs, die Verringerung der Rauheit der Kontaktfläche, die Optimierung der Lagerölbohrung und die Verbesserung der Wärmeableitung. Es wird ein vereinfachtes Berechnungsverfahren für den Kontakt zwischen Rollenstirnfläche und Bord vorgeschlagen. Nach der Anwendung wird der Temperaturanstieg des optimierten Lagers deutlich verlangsamt und die Lebensdauer verbessert.
Mit der kontinuierlichen Förderung angebotsseitiger Strukturreformen und einem beispiellos starken Umweltschutzdruck wurde eine große Anzahl von Stahlwerken in den Reihen der Produktionskapazitäten aufgeführt. Allerdings sind die heimischen großen Stahlwerke vorerst knapp. Daher wurde die Walzgeschwindigkeit erhöht, um den Zweck der Effizienzsteigerung zu erreichen. Die Drehzahl des vierreihigen Zylinderrollenlagers für die Stützwalze der Kaltwalzlinie 1250 in einem Stahlwerk wird bei gleicher Walzkraft und Schmierung von 197 U / min auf 257 U / min erhöht. Nach Erhöhung der Drehzahl steigt die Lagertemperatur um ein Vielfaches an und der Alarm verstummt. Nach unvollständigen Statistiken wurde dieses Modell auf etwa 200 Linien in fast 20 inländischen Stahlwerken verwendet, und die Marktauslastung ist sehr hoch, was für seine optimale Auslegung von gewissem Wert ist. Die Struktur des vierreihigen Zylinderrollenlagers ist in Abb. 1 dargestellt. Die Gesamtabmessungen betragen Φ 690 × Φ 980 × 750, das Material ist G20Cr2Ni4A, der Käfig ist säulengeschweißt, die Genauigkeitsklasse ist P5, die Tragfähigkeit Cr ist 20700kN, Cor ist 56500kN.
1. Auswirkung der Geschwindigkeitserhöhung
1.1 Variation des Reibmoments
Der Temperaturanstieg des Lagers kommt hauptsächlich von der Reibung im Lager während des Arbeitsprozesses. Es gibt viele Formeln zur Berechnung des Reibmoments von Lagern, und hier wird die Harris TA-Formel verwendet.
Für Formel: m ist die Gesamtreibungsstrecke, Nmm; M0 ist der Reibungsabstand des Lagers im unbelasteten Zustand, M1 ist der durch die Last verursachte Reibungsabstand, Nmm; F0 und F1 sind empirische Koeffizienten; ν ist die kinematische Viskosität des Schmieröls, mm2 / S (die Viskosität des Grundöls des Schmierfetts); n ist die Geschwindigkeit des Lagers, R / min; P ist die äquivalente Last, N; Dpw ist der Teilungsdurchmesser, mm.
Im Katalog sind die Parameterwerte: F0=2, F1=0,0003, ν=12 mm2 / s, n=197 U / min vor Drehzahlerhöhung, 257 U / min nach Drehzahlerhöhung, DPW=836 mm, die maximale Walzkraft unter Einsatzbedingungen ist ca. 1000 Tonnen, P=5 × 106n. Die Berechnungsergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, dass bei einer Drehzahlerhöhung um 30,46 % das Reibmoment M0 des Lagers im Leerlauf um 19,39 % zunimmt und sich das belastungsbedingte Reibmoment M1 nicht ändert. Aufgrund der großen Belastung macht M1 jedoch einen großen Anteil am Gesamtreibmoment aus und das Gesamtreibmoment erhöht sich nur um 0,32 %. Offensichtlich gehört das Lager zum langsamen und schweren Zustand. Zu diesem Zeitpunkt ist die Last der Hauptfaktor, der das Lagerreibungsdrehmoment verursacht, und die Drehzahländerung hat nur geringen Einfluss auf die Gesamtreibungswegänderung des Lagers.
1.2 Änderung des Lagerheizwertes
Die Berechnungsformel des Lagerheizwertes lautet wie folgt:
Dabei ist q der Heizwert W. Das Reibungsdrehmoment und die Drehzahl werden in die Berechnung eingesetzt und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Aus der obigen Berechnung ist ersichtlich, dass sich das Gesamtreibmoment des Lagers um 0,32 % erhöht, während der Heizwert des Lagers um 30,87 % zunimmt. Durch die geringe Änderung des Reibmoments steigen der Heizwert (erhöht um 30,87 %) und die Drehzahl (erhöht um 30,46 %) etwa proportional an. Die Ergebnisse zeigen auch, dass, obwohl die Lagererwärmung von verschiedenen internen Rollgleitreibungen herrührt, es nicht genau ist zu verstehen, dass nur eine Reduzierung des Lagerreibungsdrehmoments das Problem der Lagererwärmung lösen kann. In diesem Fall ist zu erkennen, dass die Lagererwärmung hauptsächlich mit der Last und der Drehzahl zusammenhängt.
2. Optimierungsdesign des Walzwerkslagers
Aus der obigen Analyse ist ersichtlich, dass die Wärmeabgabe des Lagers stärker ansteigt und Maßnahmen zur Ableitung der Wärme getroffen werden sollten. Die Wärmeübertragungsarten des Lagers sind hauptsächlich Wärmeleitung, Wärmekonvektion und Wärmestrahlung. Die Berechnung der Lagerheizeffizienz und der Wärmeableitungseffizienz ist sehr kompliziert. Aus den entsprechenden Berechnungsgleichungen ist ersichtlich, dass die Hauptparameter, die die Wärmeableitungseffizienz beeinflussen, Kontaktspannung, Gleitgeschwindigkeit, ölfilmbezogene Parameter und Kontaktfläche sind. Um die Betriebsanforderungen nach der Änderung der Arbeitsbedingungen zu erfüllen, lautet die Idee des Optimierungsdesigns daher wie folgt:
1) Der Gleitteil reduziert die Kontaktfläche;
2) Der Gleitteil ist mit einem Kühlölkreislauf versehen;
3) Reduzieren Sie die Rauheit der Kontaktfläche und optimieren Sie die Bearbeitungstextur;
4) Optimieren Sie die Lagerölbohrung, erhöhen Sie die Anzahl und den Durchmesser.
2.1 Optimierung der Lagerteilkreisgröße
Der Heizwert des Kreises kann nur aus der Wärmeerzeugungsgleichung angepasst werden. Diese Gleichung basiert nicht auf dem inneren Kontakt des Lagers. Es ist ersichtlich, dass eine Verringerung des DPW zur Verringerung des Reibungsdrehmoments vorteilhaft ist. Insbesondere korreliert M0 positiv mit der dritten Potenz des Teilkreisdurchmessers, die sich stark ändert.
Darüber hinaus wird auch Reibungswärme erzeugt, wenn der Wälzkörper bei der Umdrehung das Schmiermittel im Lagerhohlraum durchdringt. Die Berechnungsgleichung lautet wie folgt:
In dieser Formel ist hrdrag die Reibungsheizrate; ω m ist die Drehzahl der Walze, rad / S; FV ist die viskose Zugkraft N; Z die Anzahl der Rollen ist; J ist die Umrechnungskonstante von nm / s in W. Es ist ersichtlich, dass die Reibungsheizrate direkt proportional zum Teilungsdurchmesser und der Umdrehungsgeschwindigkeit der Walze ist. Die Erwärmungsrate des Schmiermittels des inneren Hohlraums auf die Walze steigt direkt proportional nach der Geschwindigkeitserhöhung, was indirekt darauf hindeutet, dass je mehr Schmiermittel, desto besser.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die interne Struktur des Lagers optimiert wurde, um die Teilkreisgröße des Lagers zu reduzieren. Der Flankendurchmesser hängt auch von der Lagerbelastung und -lebensdauer ab, und die Reduzierung ist begrenzt.
2.2 den Kontakt zwischen Ringflansch und Wälzkörper optimieren
Das Zylinderrollenlager trägt hauptsächlich die Radiallast und je nach Ringflansch auch die Axiallast. In der Kontaktfläche herrscht aufgrund der Drehzahldifferenz Gleitreibung zwischen der Rollenstirnfläche und der Rippe. Bei unterschiedlichem Gleiten an beiden Enden der Walze, je größer die Reibungskraft, wird die Walze im Arbeitsprozess sogar schieflaufen. Die Geometrie von Rollenstirnfläche und Ringflansch hat einen wesentlichen Einfluss auf die Gleitreibung und Ölfilmbildung zwischen ihnen. Es wird allgemein angenommen, dass die Reibungswirkung des Punktkontakts im Vergleich zu der des Oberflächenkontakts am besten ist. Um den Kontaktzustand zwischen der Rollenstirnfläche und der Rippe zu verbessern, nimmt die Rollenstirnfläche die Kugelbasisfläche an und die Ringrippe nimmt die geneigte Rippe an. Durch theoretische Berechnung wird die Lage des Kontaktpunktes zwischen der Mitte der kugelförmigen Grundfläche und der Ringrippe kontrolliert, um den besten Schmierzustand zu erreichen. Die Berechnung ist wie folgt.
In Abbildung 2 ist h die Höhe der Rippe, H1 ist die Höhe der Rippe ohne Öllochgröße, a ist der Mittelpunkt, R ist der Bogen der Rollenstirnfläche, der Kontaktwinkel ist α und S ist das Maximum Spielraum. Es gibt eine Beziehung in Abb. 2A
Wobei DW der Rollendurchmesser ist, mm. Bei bekanntem Rollendurchmesser und Rippenhöhe kann der Wert der Rollenstirnfläche R durch Bestimmung des Winkels α bestimmt werden. Der durch die Gleichung berechnete Kontaktpunkt ist tatsächlich der Mittelpunkt des Flansches, einschließlich der Größe der Ölnut, und die genauere Berechnung sollte die Größe der Ölnut, den Mittelpunkt von Punkt H1, ausschließen. Daher sollte es wie folgt geändert werden:
Kraft am Flansch:
Um eine gleichmäßige Kraft zu gewährleisten, sollte das Kontaktspiel zwischen Rollenstirnfläche und Bordkante größer oder gleich 0 sein. Die Kompression des Stahl-Stahl-Punktkontakts ist wie folgt:
In der Formel ist der η δ-Koeffizient in Tabelle [4] zu finden; Σ ρ ist die Hauptkrümmungssummenfunktion und ihre Berechnungsgleichung lautet wie folgt:
Gemäß der geometrischen Beziehung in Abb. 2B ist die maximale Lücke wie folgt:
δ soll ≤ s sein. Die Werte von α und R können aus Gleichung (5) bis (10) erhalten werden, und die Axialkraft FA der Rolle kann vereinfacht werden, indem die gesamte Axialkraft des Lagers gleichmäßig auf jede Rolle verteilt wird. Tatsächlich liegt α erfahrungsgemäß im Allgemeinen zwischen 10'und 30'. Wenn die Arbeitsbedingungen des Lagers eine niedrige Geschwindigkeit und eine schwere Last sind, sollte ein großer Ablenkwinkel verwendet werden, um einen Ölfilm zu bilden. Im Vergleich zum Flächenkontakt bildet sich der Ölfilm um den Punktkontakt leichter. Beim Gleitvorgang kann der Ölfilm die Wärme abführen. Es sollte beachtet werden, dass der Algorithmus nicht genau ist, genauere Algorithmen sollten die relevante Theorie der EHL verwenden. Für die Ingenieurpraxis ist der Algorithmus einfach und praktisch und kann den Wert des Winkels α grob berechnen. Darüber hinaus ist es schwierig, einen bestimmten festen Wert zwischen 10' – 30' in der aktuellen Bearbeitungsgenauigkeit. Innerhalb eines gewissen Toleranzbereichs kann der obige Algorithmus als richtig angesehen werden.
2.3 die Auflagefläche des mittleren Halterings optimieren
Zwischen dem mittleren Haltering und dem Außenring und der Rollenstirnfläche besteht eine große Berührungsfläche. Die untere Hälfte des mittleren Halterings ist als schräge Rippe ausgeführt und eine Ölnut ist ausgeführt. Es kann die Gleitfläche reduzieren und den Kühlölweg erhöhen.
2.4 Käfigstruktur optimieren
Der Nachschweißhalter wird weiterhin verwendet. Bei der Lagerarbeit wird die Stütze verwendet, um die Rolle zu führen und zu zentrieren, um ein Verkanten der Rolle zu verhindern, so dass die Kontaktfläche zwischen der Strebe und dem Rollenstrebenloch Schlag und Gleitreibung erzeugt. Um den Kontaktzustand zwischen der Auflagefläche und dem Rollenstrebenloch beim Rotationsprozess zu verbessern und die Reibung zwischen ihnen zu verringern, wird das Rollenstrebenloch fein gerieben, um die Oberflächenrauheitsregistrierung des Rollenstrebenlochs zu verbessern und die Stabilität des Rollenbetriebs. Diese Maßnahme soll auch verhindern, dass die Strebe und die Rolle nicht gut passen, die Rolle wackelt oder schief läuft, so dass die Rolle zusätzliche Gleitreibung in der Laufbahn erzeugt und die Kraft und Reibung der Rippe verbessert.
Lassen Sie gleichzeitig an beiden Enden des Rollenstrebenlochs eine Neigung oder führen Sie eine große Fasenbehandlung durch, die die Kontaktfläche zwischen der Strebe und dem Rollenloch verringern und die Scherbelastung der Rolle auf die Strebe reduzieren kann; Kontrollieren Sie gleichzeitig die Toleranz des Durchmessers des Säulenlochs auf der Unterlegscheibe, die Toleranz des Abstands zwischen zwei benachbarten Säulenlöchern in Umfangsrichtung und die Schweißqualität des Säulenkopfes, um die Montagegenauigkeit zu gewährleisten der Rolle und der Stütze.
2.4 Laufbahnrauheit optimieren
Die Rauheit der Arbeitsfläche hat einen großen Einfluss auf die Verschleißfestigkeit. Je besser die Oberflächenqualität, desto förderlicher für die Bildung eines Ölfilms, um den Reibungskoeffizienten zu reduzieren, die Reibungserwärmung zu reduzieren und auch den Verschleiß der Laufbahnoberfläche zu verlangsamen. Unter dem Schwerlastzustand trägt das Lager eine große radiale Belastung, was leicht zu einer hohen Kontaktbelastung an der Ortsbrust führt. Wenn die Rauheit der Arbeitsfläche nicht gut ist, sind Wellenberg und Wellental wie scharfe Eckkerben und Risse, die empfindlich auf Spannungskonzentrationen reagieren und somit die Dauerfestigkeit der Teile beeinträchtigen. Die Ergebnisse zeigen, dass der Parameter Rauhigkeitsspitzenhöhe den deutlichsten Einfluss auf die Druckverteilung und die Ölfilmdicke hat. Mit zunehmender Rauhigkeitsspitzenhöhe nehmen Anzahl und Amplitude der Druckspitzen zu, während die Mindestölfilmdicke abnimmt. Wenn die Wellenlänge klein ist, führt die kleine Änderung der Peakhöhe zu einem starken Anstieg des maximalen Temperaturanstiegs des Ölfilms. Wenn die Wellenlänge groß ist, reagiert der maximale Temperaturanstieg des Ölfilms nicht auf die Änderung der Peakhöhe. Aus den einschlägigen Untersuchungen ist ersichtlich, dass der Einfluss der Oberflächenrauheit auf die Ölfilmbildung und den Temperaturanstieg sehr komplex ist.
In diesem Fall ist die Laufbahn der Ferrule Superfinish. Es kann nicht nur die Oberflächenrauheit reduzieren, sondern auch eine bessere Textur bilden, die elastohydrodynamischen Schmiereigenschaften der Laufbahn vollständig verbessern, die Rollgleitreibung reduzieren und den Temperaturanstieg reduzieren. Unter Verwendung einer 1.6m Magerle Superfinishing-Maschine der High-End-Ausrüstung kann die Laufbahnrauheit unter Ra0,2 erreichen. Gleichzeitig kann die Superpräzision der Laufbahn auch das konvexe Profil bilden, was die Kontaktspannung der Laufbahn deutlich verbessern kann.
3. Optimierungseffekt
Durch die oben genannten Optimierungsmaßnahmen wurde das optimierte Lager für den Probeeinsatz im Stahlwerk eingebaut und der Betriebszustand des Lagers verfolgt und aufgezeichnet. Unter den Betriebsbedingungen der maximalen Geschwindigkeit von 250 U / min und der maximalen Walzkraft von etwa 1000 t gibt es bisher (es wurde 5 Monate lang verwendet) kein Übertemperaturphänomen des Lagers. Das optimierte Lager erfüllt die Arbeitsbedingungen nach Drehzahlerhöhungen.
4. Fazit
Steigende Geschwindigkeit und Effizienzsteigerung sind der Entwicklungstrend der Eisen- und Stahlindustrie der Zukunft. Auch die Konstruktion eines vierreihigen Zylinderrollenlagers sollte in Richtung einer Reduzierung der Erwärmung entwickelt werden. Die getroffenen Maßnahmen sind zum einen die Verringerung der rollenden Gleitreibung der Lauffläche und zum anderen die Untersuchung der wirksamen Maßnahmen zur Lagerwärmeableitung. Gegenwärtig bedarf die Theorie der Lagererwärmung und -wärmeableitung noch tiefergehender und systematischer Forschung und sollte aktiv in die Praxis in technischen Anwendungen, insbesondere in der Entwicklung und Konstruktion von Lagern, umgesetzt werden.
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