CC BY
54
НАДЕЖНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
УДК [621.771.06-11:621.822]-192
Дудоров Е.А., Жиркин Ю.В., Паршин ПР.
ПОВЫШЕНИЕ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ РАБОЧИХ ВАЛКОВ КЛЕТИ «КВАРТО»
Одна из основных задач современного производства - это минимизация затрат на изготовление продукции. В прокатном производстве немалую часть производственных затрат занимают затраты на смазочные материалы и быстроизнашиваемые узлы и детали (уплотнения, подшипники качения и т.д.). В последние годы проведено немало мероприятий по усовершенствованию условий эксплуатации подшипниковых узлов. На станах горячей и холодной прокатки ОАО «ММК» внедрены системы смазывания «масло-воздух», что позволило суще-ственш сократить расход смазочных материалов и повысить стойкость годшипников качения.
Но в настоящее время эффективность системы смазывания «масло-воздух» проявляется не в полной
Агрессивная
среда
Смазочный
материал
Рис. 1. Схемавзаимодействия радиальной манжеты свалом
ІаШоа
без смазочного материала
мере, что большей частью связано со слабой герметизацией подшипникового узла, в результате чего проникающая в него охлаждающая жидкость «вымывает» смазочный материал, что ведёт к нарушению в режиме эластогидродинамической смазки. То же самое происходит и в уплотнителях подшипникового узла, которые начинают работать в условиях отсутствия смазочного материала. Модернизация подшипниковых узлов с целью изменения способа подвода смазочного материала, исключающая его «вымывание», позволит существенно повысить стойкость подшипников качения и уплотнителей.
При условии реализации жидкостного либо полу-жидкостного трения [1] в зоне контакта манжеты формируется слой смазочной пленки ДА, который препятствует «прямому» контакту уплотнения и вала, при этом в зоне контакта отсутствуют экстремальные температуры при трении. Стойкость манжет увеличивается многократно в сравнении с отсутствием таких режимов трения.
Рассмотрим схемы взаимодействия радиальной манжеты с валом (рис. 1) при наличии и отсутствии смазочного материала.
При отсутствии в зоне контакта смазочного материала происходит заполнение микронеровностей поверхности вала материалом манжеты (рис. 2), что ведёт к разогреву места контакта и интенсивному износу манжеты с последующим выходом ее из строя. Эю приводит к нарушению герметизации подшипникового узла, сопровождающемуся проникновением в него воды и механических примесей.
При отсутствии прямого контакта кромки манжеты с поверхностью вала за счёт реализации жидкостного либо полужидкостного трения (рис. 3) возникает смазочный слой ДА между манжетой и валом, разделяющий их микрорельефы. Эю и является эталоном нормальной работы манжеты, при котором минимизируются потери на трение, происходит менее интенсивный нагрев зоны контакта и наиболее благоприятно осуществляется отвод тепла из зоны контакта за счет возникновения эффекта всасывания (см. рис. 3). При этом слой смазочного материала ДА является преградой для проникновения агрессивной среды в подшипниковый узел, образуя своего рода границу - «мениск» [1, 3].
При отсутствии смазочного материала в межман-жетной полости в подшипниковый узел через манжету «всасывается» охлаждающая жидкость, и чем больше скорость вращения валка, тем большее количество воды проникает в подшипниковый узел, что подтверждается анализом проб, взятых из ПУ после его эксплуатации [4]. При этом проникающая вода реагирует с маслом, изменяя его химические свойства, и тем самым нарушает эластогидродинамический режим работы подшипникового узла.
При существующей расстановке в направлении манжет (рис. 4) они установлены друг к другу, и как правило, «работает» только одно уплотнение, которое
Мпнхета Уплтмлй/ьнвя хромка
Зффект ОспсыЬнм
Мтхк I
|Упшщпелыы) зазор Зоно м&симфъной
темгщхщры
Рис. 3. Схема контакта манжеты с валом при наличии смазочного материала
находится ближе к источнику смазочного материала, другие уплотнения, в свою очередь, работают в условии отсутствия смазочного материала, тем самым снижается их ресурс.
Одним из путей решения данной проблемы может явиться изменение схемы подвода смазочного материала к манжетам (рис. 5). При применении системы смазывания «масло-воздух» этого можно достичь, установив в подшипниковый узел встраиваемые делители потока [5]. Они позволяют разделить масловоздушный поток на необходимое количество потоков. В данном случае применены делители потока, позволяющие обес-печить подачу смазочного материала на ролики подшипников качения, а также на кромки манжет через специальные отверстияв разделительном кольце.
Принцип работы делителя потока основан на реализации эффекта Коанда (или эффект чайника). Влияние силы тяжести в делителе потока сведено к минимуму, а пропорциональное деление масловоздушного потока зависит от отрыва пограничного слоя смазочного материала от стенок трубопровода под действием воздушного потока и, в основном, лимитируется
„ %• с12
площадью поперечного сечения отверстия = —-— ,
а также количеством отверстий.
Расчёт делителителя потока необходимо сводить к определению количества смазочного материала, необходимого для подачи к дорожкам качения под-
Рис. 4. Схема контакта манжеты с валом при наличии смазочного материала
оТёа ОвоаёапГааёГёоаёйГау АаёёоаёйУТоТёа 1ВТаёа
Рис. 5. Установкаделителей потока в подшипниковом узле Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2009. № 3. --------------------------------------
шипника и к кромкам манжет для работы их в режиме жидкостного трения.
Для обеспечения герметичности подшипникового узла необходимо, чтобы усилие, создаваемое манжетой, составляло Р > 0,2 Н/мм, при этом масло в щели между манжетой и валом должно просачивается без каплеобразования, что соответствует 2-1 классу не-герметичности [1].
В среднем нормой для манжеты является утечка в пределах 0,1 см3/ч. Мощность трения вследствие столь малой утечки практически равна тепловыделению Qf в зоне контакта:
Ы/ Ы/-ю= 0,5-л-f -Р • Б2-ю ,
где Mf - момент трения, Н-м; Б - диаметр поверхности трения, м.
Распределение тепловых потоков из зоны контакта в вал Qe и манжету Qм определяется уравнением
Qf = Qe + Qм - Qe;
Qe = х. • Q,/(хе +х м),
где Хе, Хм - теплопроводность материалов вала и манжеты (для стали Хе = 50 Вт/(м-°С), для резины Хм = Хр = 0,23-0,27 Вт/(м-°С)). Для примера теплопро-
Рис. 6. Утечки смазочного материала через манжету
їТааТа ІатуїТаТдаазіТаТ ЇТоТеа
водность жидкости или газа: для масел -
Хж « 0,1 Вт/(м-°С), для воздуха - Хж » 0,026 Вт/(м-°С).
Утечки через манжетное уплотнение (рис. 6) можно рассчитать по формуле
^ ^2 п &к
Qvm = %-Б------tg у---,
^уя 60 2
где п - частота вращения, об/мин; у - угол неперпенди-кулярности уплотняющей кромки к оси вала, у = 1-3°; Дк - толщина смазочного слоя, м.
Из данного уравнения можно найти утечки через манжеты и в дальнейшем принять их в качестве требуемого количества смазочного материала, необходимого для непрерывного смазывания манжет.
Количество смазочного материала Qnю см3/ч, необходимое для смазывания подшипника качения, найдём по формуле [2]
Qnк = (0,00001—0,00006) • Б ■ В ,
где Б - наружный диаметр подшипника, мм; В - ширина подшипника, мм.
Тогда общее количество смазочного материала, необходимое для подшипникового узла, найдём по формуле
Qт = Q ■ п + Q ' П ,
ут 1 пк 2 '
где П], П2 - количество уплотнений и подшипников качения в узле соответственно.
Исходя из данных расчётов производим расстановку и подбор делителей потока для установки в подшипниковый узел (см. рис. 5), при этом применяем делителели потока с различным количеством и диаметром отверстий для деления масловоздушного потока с заранее вычисленной пропорцией.
Также необходимо учитывать, что избыточное давление в подшипниковом узле и в полости между манжетами различны (рис. 7):
Р > Р = Рз) > Р0,
где Р\ - избыточное давление воздуха в зоне подшипника качения, Р1 и 0,02-0,08 МПа; Р0 - атмосферное давление, МПа; Р2, Р3 - избыточное давление в зоне манжет.
Р2 =Р3 - может быть изменено в ту или иную сторону в зависимости от конструкции подшипникового узла.
Р у Р у Р
Г Г 0 •
При этом в нижней части уплотнительного узла предусмотрено дренажное отверстие, позволяющее удалить СОЖ (в случае проникновение его через первую манжету) с помощью воздушного потока. Проникновению СОЖ в уплотнительную полость препятствует создаваемое там избыточное давление воздуха Р2, Р3. А полость подшипника качения дополнительно уплотняется избыточным давлением воздуха Р\, равным
0,1-0,3 бар. Так как р ^ (Р2 = Р3) у Р0, то возникает поэтапное герметизирование подшипника качения, почти полностью исключающее попадание в него СОЖ.
Заключение
1. При использовании систем смазывания «масло-воздух» с целью герметизации подшипникового узла эффективным является применение в них делителей потока масловоздушной смеси.
2. Один из потоков масловоздушной смеси направляется в полость между манжетами, избыточное давление которого меньше избыточного давления в зоне подшипника качения.
3. Обеспечивается смазывание манжет, что приводит к увеличению срока их службы и экономии.
4. Герметизируется межманжетная область, препятствующая попаданию СОЖ.
5. В зоне манжет имеется возможность удалить СОЖ через дренажные отверстия, тем самым герметизируется область ПК.
Список литературы
1. Уплотнения и уплотнительная техника: справочник / ЛА. Кондаков, А.И. Гопубев, В.Б. Оваццер и др.; под общ. ред А.И. Голубе-
ва, ЛА. Кондакова. М.: Машиностроение, 1986. 464 с.
2. Главный каталог фирмы SKF.
3. Главный каталогфирмы MERKEL.
4. Мироненков Е.И., Жиркин Ю.В., Дудоров Е.А. // Материалы 63-й науч.-техн. конференции. Магнитогорск, МГТУ, 2005.
5. Дудоров Е.А., Жиркин Ю.В. Модернизация подшипникового узла с целью продления его ресурса// Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2007. № 4. С. 94-96.
List of literature
1. Tightening and tightening technical equipment: Reference book / Kondakov L.A, Golubev A.I, Ovander V.B. etc. under the common edition of Golubev F.I and Kondakov L.A M.: Machinebuilding, 1986, 464 p.
2. Main Catalogue SKF.
3. Main Catalogue MERKEL.
4. Mironenkov E.I, Zhirkin Y.V., Duodorov E.A // Collected Volume of 63th Scientific-Technical conference materials. Magnitogorsk: MGTU, 2005.
5. Duodorov E.A, Zhirkin Y.V. Moderrnizing of bearing units in order to prolong its working life // Vestnik MGTU named after G.I. Nosov. 2007. № 4. P. 94-96.
УДК 621.771
Кадошников В. П, Куликов С. В., Куликова Е.В., КадошниковаПД., Аксёнова МВ.
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Одной из важнейших проблем создания нового и модернизации уже имеющегося оборудования металлургической промышленности является обеспечение его эффективной и безотказной работы. Главная задача металлургического оборудования - выпуск определенного объема продукции, т. е. выполнение определённого количества работы. Для поддержания оборудования в работоспособном состоянии предприятиями используются методы обслуживания, которые условно можно разделить на три группы:
1. Обслуживание оборудования после выхода его из строя.
В этом случае производственный процесс продолжается до выхода механизма или его элемента, узла из строя. В основном это касается дешёвого оборудования, когда его замена занимает меньше времени и денежных затрат нежели его ремонт. Металлургическое оборудование представляет собой многодвигательную сложную техническую систему, состоящую из множества весомых и дорогостоящих механизмов. Поэтому ведение обслуживания оборудования на металлургическом производстве по такому принципу вызывает не только значительные денежные, но и временные затраты.
2. Обслуживание оборудования по регламенту.
Для поддержания оборудования в работоспособном состоянии предприятиями разрабатываются графики ремонтов, основанные на двух системах:
- планово-предупредительные ремонты (ППР);
- текущее обслуживание и ремонты (ТОиР).
В настоящее время предприятия пытаются совместить обе системы проведения ремонтов путём разработки структуры ремонтного цикла по системе
ППР на год с примерной разбивкой затрат по месяцам. В течение года проведение ремонтов происходит по системе ТОиР, исходя из фактического состояния оборудования в пределах выделенных лимитов каждого цеха на определённый агрегат. При этом снижение потерь от аварийных простоев оборудования предприятие пытается достичь путём увеличенного запаса необходимых деталей и узлов.
Однако до 50% (P/PM Technology magazine, 98) из числа всех технических ремонтов по регламенту проводятся без их фактической необходимости. Таким образом, во многих случаях обслуживание и ремонт по регламенту не снижает частоту выхода агрегата из строя. Кроме того, если обслуживание предусматривает разборку и замену деталей, надёжность работы машин и оборудования зачастую может быть снижена ввиду последующей неправильной сборки. Ихледования показали (P/PM Technology magazine, Apr 98), что до 70% дефектов вызваны техническим обслуживаниям агрегатов.
Эффективность технического обслуживания машин по регламенту может быть повышена, если периодичность ремонтных работ будет определяться методами статистического анализа данных. Относительно повышения работоспособности оборудования и механизмов можно выделить два статистических подхода к составлению регламента: анализ надёжности и анализ качества.
Анализ надёжности [5] базируется на среднестатистических показателях времени между отказами, времени до отказа, срока службы, времени простоя, времени восстановления и т.д. Таким образом, основной задачей исследования по данному принципу является вычисле-
