«Подшипники прокатных валков.»

«Подшипники прокатных валков.»

Подшипники опор валков прокатного стана передают возникающие при пластической деформации металла усилия от валков на станину, удерживают валки в заданном положении.

Для размещения подшипников валков при заданном диаметре шейки и соприкосновении бочек валков конструктивно остается очень немного места.Кроме этого, в подшипниках валков возникают большие удельные давления от усилия прокатки, которые примерно в 4—5 раз больше, чем удельные давления в подшипниках различных машин общего назначения.

Из-за ограниченных размеров шейки валка и подшипников, больших нагрузок на подшипники, к выбору материала и конструкции подшипниковых узлов прокатного стана предъявляются особые требования,поэтому даже по внешнему виду эти подшипники значительно отличаются от подшипников других машин.

Подшипники прокатных станов можно разделить на две группы:скольжения и качения. Подшипники скольжения конструктивно выполняют двух видов:открытые и закрытые, а подшипники качения -роликовые,с коническими и сферическими цилиндрическими роликами.

«Подшипники скольжения открытого типа с неметаллическими вкладышами»

Подшипники скольжения открытого типа применяют для валков обжимных и сортовых станов,которые интенсивно охлаждают водой(как бочку так и шейку).Рабочей частью таких подшипников является вкладыш. Выбор материалов для вкладыша определяется нагрузкой на подшипники и конструктивными особенностями стана.

Для изготовления вкладышей используют неметаллические материалы: текстолит, лигнофоль, лигностон. Данные материалы обладают низкой теплопроводностью, поэтому возникает необходимость отвода тепла, получающегося в результате трения вкладыша и шейки валка. Максимально допустимая нагрузка на подшипник также зависит от условий отвода тепла и качества смазки.

Неметаллические подшипники смазывают водной эмульсией или водой. Оптимальный температурный режим их работы- не выше 60—70^оС,так как при более высокой температуре начинается интенсивное разбухание подшипников, а затем —обугливание.

Водо-масляную эмульсию применяют в случаях, когда вода не может быть использована в силу своих коррозионных свойств.

Для охлаждения и смазки текстолитовых подшипников к ним должно подаваться не менее 10м³ / мин воды на 1м² площади вкладыша, причем подача воды ведется в течение всего времени работы подшипника. Температура воды должна быть в пределах 14—18^оС. При более высокой температуре увеличивается износ подшипников, уменьшается их долговечность.

Подшипники с неметаллическими вкладышами обладают очень малым коэффициентом трения,при больших скоростях вращения почти равным коэффициенту трения роликовых подшипников качения, и в 10— 12 раз меньшим,чем бронзовые. Несколько цифр для сравнения коэффициента трения:

бронзовые подшипники — 0.06—0.1;

роликовые подшипники —0.002—0.005;

текстолитовые подшипники —0.005—0.006;

Подшипники скольжения открытого типа выполняют в виде наборных вкладышей или цельнопрессованными.

Зарисуем подушки с цельнопрессованными текстолитовыми вкладышами.

Текстолитовые вкладыши 1,воспринимающие радиальное давление, закреплены в кассете 2 при помощи планок и болтов. С наружной стороны вкладыши укрепляют металлическим кольцом. Текстолитовые фланцы 4,соприкасающиеся с валком галтели шейки, изготовляют отдельно и закрепляют в расточках кассеты со стороны бочки валка осевую регулировку валков, поджатие текстолитовых фланцев к торцу бочки осуществляют осевым перемещением кассеты в подушке с помощью затяжки болтов 3.Для поддержания

верхнего валка у верхней подушки предусмотрена подвеска 5,в которой таким же способом установлены и закреплены вкладыши 6.У подушки нижнего валка предусмотрена крышка 7 с небольшими текстолитовыми вкладышами. Для охлаждения и смазки подводится вода.Смежные прокладки 8 подложены под кассету для сохранения линии прокатки на одном и том же уровне по отношению к роликам рольганга после переточки валков.Правая нижняя подушка (если смотреть по направлению прокатки) соединена с левой при помощи подушки 9 и присоединена к механизму для извлечения комплекта валков.При смене валков верхняя подушка остается подвешенной к пяже нажимного винта, а верхний валок с подвеской 5 будет лежать на нижнем валке.

Основным недостатком подшипников скольжения с неметаллическими вкладышами являются значительная упругая деформация и низкие допустимые удельные давления.

«Подшипники скольжения закрытого типа —подшипники жидкостного трения»

Подшипники жидкостного трения широко применяются в прокатных станах. Принципиальным в их конструкции является то, что при любых условиях работы (при различных удельных давлениях, даже при небольших скоростях скольжения шейки в подшипнике) между телом шейки и материалом подшипника всегда сохраняются, не выдавливаясь, масляная пленка, в результате чего шейка как бы плавает в подшипнике. Состояние жидкостного трения в подшипниках обеспечивается тщательной обработкой трущихся деталей и герметичной конструкцией самого подшипника. При вращении шейка валка преодолевает незначительное трение в масляной пленке, зависящее только от вязкости масла.

В прокатном производстве наиболее распространены ПЖТ гидродинамического типа. Сопротивление вращению цапфы оказывает только внутреннее трение (вязкость) масла, поэтому коэффициент трения ПЖТ —0.001—0.005 (меньше чем в роликовых подшипниках), износа трущихся поверхностей практически нет, долговечность ПЖТ составляет 10— 20 лет (при правильной эксплуатации) ПЖТ особенно хорошо работают при высоких скоростях вращения цапфы,и это является существенным преимуществом перед роликовыми подшипниками качения.

Рассмотрим принципиальную схему эпюра радиальных давлений в масляном клине.

Для обеспечения свободного вращения цапфы ее диаметр d_ц делают меньше диаметра втулки-вкладыша d_в на величину двух радиальных зазоров 2d.

В положении покоя (1 рисунок):цапфа лежит во вкладыше, центр ее смещен вниз на величину радиального зазора d=(d_в-d_ц)/2. При вращении смазка, подаваемая под давлением 0.1—0.2 МПа, затягивается в зазор между цапфой и вкладышем, масло нагнетается в образующийся масляный клин,давление в клине повышается (гидродинамический эффект) и,преодолев внешнюю нагрузку Y,заставит цапфу сместиться влево от вертикальной оси,проходящей через центр вкладыша (рис.2). Эпюр радиальных давлений будет иметь куполообразный вид с максимумом 10— 20МПа, расположенным между осью подшипника и минимальным радиальным зазором h_min.

По закону течения вязкой жидкости Ньютона-Рейнольдса градиент давления (тангенс угла наклона касательной к кривой Pj) возрастает с увеличением вязкости и частоты вращения и с уменьшением толщины смазочного слоя. Сумма вертикальных проекций давлений Pj будет уравновешивать внешнюю нагрузку Y.

В результате интегрирования и упрощений для ПЖТ с рабочей длиной l и отношением l/d=0.75:

где p -среднее давление в подшипнике, d -номинальный диаметр подшипника d=d_ц,

h -вязкость масла,

w -частота вращения цапфы.

Анализ данной формулы позволяет сделать следующие выводы:

1)Несущая способность масляного клина (или грузоподъемность ПЖТ, равная Y) увеличивается с увеличением h,w,l и d;

2)Для ПЖТ, изготовленным с зазором d, грузоподъемность масляного клина увеличивается с уменьшением h_min;

3)Исследование функции Y=f(d) при h_min=const показывает,что если

dY/dd=1/d²(1/h_min—/d)=0

то функция имеет максимум при d=2h_min.При d/h_min¹2 грузоподъемность подшипника уменьшается.При d/h_min<2 эксцентриситет

уменьшается,режим работы ПЖТ становиться неустойчивым и возможно возникновение вибраций цапфы.Относительный эксцентриситет цапфы е₀ при d/h_min е₀=0.5.Практически принимают d/h_min=3—5,при котором е₀=0.67—0.93.

При конструировании и расчете ПЖТ заданы величины Y,l,d и w.Задача сводится к выбору сорта масла (то есть его вязкости при рабочей температуре 50—60^оС) и номинального радиального зазора d, необходимого для определения номинального диаметра и правильной расточки вкладыша.Для тяжело нагруженных подшипников прокатных станов применяют хорошо очищенное вязкое масло П‑28 (брайтсток);масляная пленка способна выдержать давление до 25 МПа. Для высокоскоростных и легко нагруженных подшипников используют менее вязкое (в 8—10 раз меньшей вязкости) турбинное масло марки УТ.

После проверки грузоподъемности и определения d выполняют тепловой расчет ПЖТ,то есть определяется расход масла,которое нужно прокачать через подшипник для поддержания заданной рабочей температуры подшипника.

«Конструктивные элементы ПЖТ»

Представим принципиальную схему подшипника жидкостного трения.

Основными деталями являются:сменная втулка-цапфа 5 и втулка вкладыш 1.Втулка-цапфа насажена с помощью шпонки на коническую шейку валка и вращается вместе с ним.Наружный диаметр цапфы равен номинальному диаметру подшипника. По ГОСТ 7999— 68 диаметр подшипников 0.14—1.18 м при l/d=0.6—0.75.Рабочая поверхность втулки-цапфы зеркальная, средняя высота микро-неровностей не более 0.25 мкм.

Втулка-вкладыш выполнена с заливкой центробежным способом толщиной 3—5 мм из высокооловянистого баббита Б 83(83% Sn,6% Cu,1% Sb).Поверхность баббитовой заливки после приработки в подшипнике также становится зеркальной. Номинальный диаметр втулки d_ц=d_в+2d.Обычно принимают d=100—200мкм.

На схеме:3- валок,4- станина.Для передачи осевых усилий на корпус подушки на втулке-цапфе предусмотрен кольцевой бурт,опирающийся с одной стороны на кольцо 9 (из двух полуколец),с другой —на кольцо крышку 8.Торцы этих колец —с баббитовой заливкой.Для предохранения от осевого смещения втулка-цапфа закреплена резьбовым кольцом 6 с полукольцами 7.В некоторые подшипники для восприятия осевой нагрузки устанавливают дополнительные упорные шариковые или роликовые подшипники.

Для обеспечения герметичности, исключения попадания пыли и влаги предусмотрены тщательные уплотнения в торцевых крышках 8 и 10.

Масляные карманы 2 во втулке-вкладыше (на длине равной 0.8l) с обеих сторон улучшают условия подачи и попадания масла в масляный клин.Смазка под давлением 100— кПа поступает в масляные карманы через отверстия во втулке,соединенные с кольцевыми полостями в корпусе подушки,к торцу последней смазка подается по маслопроводу из циркуляционной смазочной системы после тонкой очистки в фильтрах.Из подшипника масло удаляется в осевом направлении вкладыша со стороны противоположной масляному клину.

Грузоподъемность масляного клина возникает только в результате гидродинамического эффекта.Поэтому перед пуском стана предварительное поджатие валков недопустимо,так как при этом масло выдавливается из масляного клина и в момент пуска и разгона стана подшипники будут работать уже в условиях полужидкостного трения,что влечет за собой износ трущихся поверхностей и ухудшение в дальнейшем условий работы в режиме жидкостного трения (то есть снижение грузоподъемности масляного клина ввиду увеличения высоты микронеровностей и h_min).

Основными параметрами ПЖТ являются диаметр и длина баббитовой заливки.Для компенсации прогиба валка подушки с ПЖТ вверху и внизу опираются на сферические подпятники.

Кроме гидродинамических ПЖТ в прокатных станах применяются ПЖТ гидродинамического типа.Эти подшипники -комбинированного типа:смазка под высоким давлением подается в подшипник только в период переходных периодов работы стана (то есть при пуске,торможении,при работе на небольших скоростях);при установившемся режиме работы стана жидкостное трение обеспечивается масляным гидродинамическим клином образующимся при высоких частотах вращения цапфы и при подаче смазки под обычным для ПЖТ давлением.Обычная система смазки ПЖТ в данном случае имеет дополнительную систему высокого давления:насос,обратный клапан и манометр. Насос включается автоматически,когда скорость прокатки снижается до величины 2— 3м/с.Насос выключается также автоматически,когда скорость цапфы оказывается достаточной для создания гидродинамического режима подшипника (образования масляного клина).

«Подшипники качения.»

Подшипники качения используются для валков четырехвалковых станов, заготовочных и сортовых. Применяются роликовые подшипники с коническими роликами (двухрядные и четырехрядные),так как они хорошо самоустанавливаются и могут воспринимать большие осевые нагрузки.

Роликовые подшипники должны соответствовать предъявляемым к ним специфическим требованиям:

выдерживать большие нагрузки; -иметь габариты,необходимые для монтажа их в подушках валков.

например,подшипник для больших станов холодной прокатки должен выдерживать усилие до 15—20 МН, наружный диаметр такого подшипника более 1 м и масса свыше 3 тонн.

В чeтырехвалковых клетях на опорных валках применяют ПЖТ, а на рабочих устанавливают конические подшипники,реже ПЖТ.

Рассмотрим подшипник для опорного валка четырехвалкового стана 2800.

Четырехрядный конический роликоподшипник закреплен на подушке наружным упорным 1 и внутренним распорным кольцом 2.Распорное кольцо прижимается к внутреннему другим кольцом 3,навинчиваемым на полукольца 4,укрепленные в расточке на конце валка.Для предохранения подшипника от пыли с обеих сторон в подушке устанавливается севанитовые уплотнения.

При установке подшипника его внутреннее отверстие и шейку валка смазывают густой смазкой.при работе внутренние кольца подшипника часто переворачиваются,что приводит к задирам и износу посадочных поверхностей,особенно шеек валка.Для уменьшения износа подводят смазку (из осевого канала -резервуара от торца шейки) с различными присадками (графит,сернистый молибден),делают винтовые канавки на посадочных поверхностях.

Многорядные подшипники с цилиндрическими роликами имеют внутренние кольца,обработанные с большой точностью. Они монтируются (внутренние кольца) на шейки валков по посадке с натягом,при смене валков остаются на шейках.Детали подшипника имеют простую конфигурацию,их можно обрабатывать с высокой точностью.

Указанные преимущества позволяют применять многорядные подшипники с цилиндрическими роликами в опорах валков при больших скоростях прокатки (30— м/с) на листовых,сортовых и проволочных станах.

Для повышения нагрузочной способности,улучшения отвода тепла подшипники качения смазывают не густой,а жидкой смазкой.Наиболее рациональной является смазка масляным туманом,в этом случае подача тумана производится через специальные насадки, смонтированные в корпусе подшипника и имеющие отверстия определенного диаметра.

Для восприятия осевых усилий со стороны перевалки рядом с многорядными подшипниками с цилиндрическими роликами устанавливают шариковые или роликовые радиально-упорные подшипники. В нефиксированных (плавающих) опорах для удержания подушки на шейке валка рядом с многорядным подшипником устанавливают однорядные радиальные шарикоподшипники.

Подшипники качения выбирают из условия их долговечности (например 10 тысяч часов непрерывной работы).При этом понимают,что на подшипник действует осевое усилие от валка,которое не превышает 2% от радиального усилия на валки P при прокатке полосы (Q<=0.02P).

Однако,из-за износа направляющих на станинах,неточных монтажных зазоров в окне станины между подушками,наблюдается значительный перекос осей рабочего и опорного валков в горизонтальной плоскости по длине их бочки, который вызывает значительное увеличение осевого усилия Q и разрушение подшипника. Поэтому необходимо не допускать угол перекоса валков более 2— 3минут и подавать смазку в контакт между валками с целью уменьшения осевого усилия Q.

Дата добавления: 2015-08-28