CC BY
65
ности на 9 % в ГДП, и на 7 % - в ГСДП. При увеличении давления смазочной жидкости в подшипнике скольжения с 1 до 2 МПа увеличиваете грузоподъёмность в ГСДП на 42 %, а в ГДП - на 12 %.Уменынение толщины смазочной плёнки с 50 до 25 мкм приводит к увеличению грузоподъемности в ГСДП в 2,8 раза, а в ГДП - в 1,1 раза.
Таким образом, одним из пееспективных направлений улучшения технических характеристик насосных агрегатов является использование в их конструкции в качестве опорных узлов роторов гидростатодинамических подшипников, смазываемых основными рабочими телами.
Библиографический список
1. ВаргафтикН.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н.Б. Варгафтик. - М.: Наука, 1972. - 720 с.
2. Савин Л.А. Моделирование роторных систем с опорами жидкостного трения / Л.А Сави, О.В. Соломин. - М.: Машиностроение-1, 2006. - 444 с.
3. Мaрцинкoвcкий В.А. Гидродинамика дросселирующих каналов / В.А. Марцинковский. - Сумы: Изд-во Сумского госуниверситета, 202. -338 с.
Получено 17.01.08.
УДК 621.822.5+621.822.6
А.В. Коонаев, А.А. Попиков (Старый Оскол, СТИМИСиС),
Р.Н. Поляков (Орел, ОрелГТУ)
МЕТОД РАСЧЕТА ЭКВИВАЛЕНТНОЙ НАГРУЗКИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ КОМБИНИРОВАННЫХ ОПОР ПРОКАТНЫХ СТАНОВ
Представлен метод расчета эквивалентной нагрузки и долговечности комбинированной опоры с разделением нагрузи, включающей в себя радиальный подшииник качення и подшипник жидкостного трения, работающей взеловиях переменных внешних воздействий.
Современные прокатные станы в большинстве своем работают по принципу непрерывной прокатки, т.е. метал может одновременно находиться во всех клетях нeппeтывнoй группы. Поэтому клети непрерывного прокатного стана работают в широком диапаоне скоростей - от нескольких метров в секунду до нескольких десстков и сотен. Возникающие в ооаге де-
фоомации колебательные процессы связаны с процессом захвата и выброса метала, с несогласованностью скооостей в соседних клетях, неравномерностью свойств прокатываемого метала, биением ваков и так далее. Колебания негативно скаываются на точности рамеров проката и должны быть уменьшены и скомпенсированы. Во многом это достигается за счет опор валков. Он должны обладать высокой жесткостью и демпфирующей способностью, а также возможностью работать в широком диапазоне ско-ротей. Эффективным решением является применение комбинированных опор с раделением нагрузок (КОРН), которые представляют собой параллельно установленные на вау подшипник качения (ПК) и подшипник скольжения (ПС). При такой схеме постановки в пееиоды пусков и остановов, а также при работе на малых скоростях внешнюю нагрузку воспринимает ПК, обеспечива гаранированный заоо в ПС, при увеличени скороти гидродинамическа реакция со стороны ПС частично разгружает ПК.
Механизм работы КОРН обуславливает то, что долговечность такого опорного узла будет целиком определяться долговечностью ПК. Основное внимание в данной статье уделяется воспринимаемой нагрузке и долговечности ПК комбинированной опоры в условиях пееиодического ударного нагруже ния.
Колебание вика в плоскости его поперечного сечения можно описать уравнением движения материальной точки под действием внешних активных сил и реакций со стоооны опор:
та = 2 КпС+2 RПК+Р + mg, (1)
где а - вектор ускорения центра масс вака; - реакция смазочного
слоя ПС; ЛПк _ реакция упругих тел качения ПК; Р - усилие со стороны прокатываемого метала; т§ - вес вака.
Реакция ПС определяется идeгуирoвaниeм поля давлений по опорной поверхности, которое, в свою очередь, может быть получено решением уравнения Рейнольдса [1]
X
X
и3р д
цКх дх
д
+ — X
И3р <9р
цК дх
= 6—(рШ) + 12р V + 12И —, (2)
дх X
где р - искома функция распределения гидростатического давления; И -функция радиаьного заора; ц, р - вязкость и плотность смаочного материала; Кх, Кг - коэффициенты турбулентности; е - эксцентриситет
положения цента цапфы1 относительно цента втулки ; и, V - тангенциальна и нормаьна компоненты: скооости на поверхности цапфы1; ґ -время.
Решение уравнения Рейнольдса определяется численным методом, точное решение без дополнительных упрощений затруднено.
Реакция тел качения в ПК определяется согласно теории конак-ных напряжений Гееца и для /-го тела качения находится по формуле [2, 3]
=К 82, (3)
где К - эквиваентный коэффициент нелинейной жесткости, определяемый геометрией и упругими свойствами материалов соприкасающихся тел; 8/ - деформация /-го тела качения.
Результирующа сила реакции всего ПК находится как векторная сумма реакций /-х тел каче ния.
Активными силами являются сила тяжести вака и сила со стороны деформируемого метала. Последняя может быть определена по эмпири-кo-тeoрeтичecким фоомулам [4]. Считается, что вектор усилия направлен вертикаьно. Нижеприведенна методика пригодна для горячего процесса прокатки и с нeкoтoрыми дополнениями может быть применена для конкретного типа стана.
Определяетст предел текучести для данного металла, деформируемого в данных деформационных, скоростных и температурных условиях
аа = ао8П1иП2 ехр(-ПзТ), (4)
где е, и, Т - относительна деформация, скорость дефоомации и температура соответственно; ао, «1, «2, п3 - кoэффицдeнтыyуaвнeния регрессии.
Полученное значение предела текучести соответствует напряжению, при котором стандартный образец, находящийст в одноосном напряженном состоянии приобретет остаточную (пластическую) дефоомацию при данной степени, скорости и температуре деформации. Для перехода от одноосного напряженного состояния к реальному трехосному, соответствующему условиям прокатки, пользуются упрощенной формулой
Рс = 2 а Па , (5)
где «а - коэффициент напряженного состояния.
Рассчитанное таким образом среднее давление определяет усилие деформирования в установившейся стадии прокатки. Переходный процесс захвата или выброса рекомендуетст моделировать изменен ем усилия по экспоненциал ному закону [5]:
Р = Рс I1 - ехР( - / п)\ (6)
где Рст - усилие в установившейся стадии прокатки; - длительность
переходного процесса, определяется из эксплуатационных условий.
Решая уравнение движения (1), можно для каждого момента времени определить реакцию ПК, а значит, и эквивалентную нагрузку с учетом разгружения ПК гидродинамическими силами ПС.
Классическа теория долговечности подшипника качения была ра-работана Г.Лундбергом и А.Паьмгреном и в усовершенствованном виде составляет основу межднааодного и отечественного стандартов по расчету подшипников качения [6]:
где al - коэффициент надежности; a2з - коэффициент смак и материала; k - покаатель степени, отражающий геометрию контакта «тело качения-кольцо подшипника»; Cд - динамическа грузоподъемность подшипник качения; F^ - эквиваентна нагрузка на подшипник.
Фактически данна методика остается неизменной на протяжении многих лет и ее совершенствование ведется в направлении уточнения коэффициента a23.
Эквиваентная нагрузка на подшипник определяется по формуле
где Fr, Fa - радиаьна и осева нагрузки, приведенные к подшипнику; X, Y - коэффициенты, учитывающие разное повреждающее действие ра-диаьной и осевой наггузки; V- коэффициент вращения; Kб, ^ - коэффициенты безопасности и температууы.
При пелеменном режиме нагружения период действия нагрузки можно рабить с некоторой дробностью на участки постоонных значений и эквиваентную нагрузку определить как сумму:
где t j - промежуток времени постоянного значения нагрузки.
Таким оббаом, за счет параллельной постановки ПК и ПС в ПК снижается эквиваентна нагрузка и, как следствие, увеличивается ресурс.
В качестве баового варианта рассмотрена комбинирована опора чистовой клети стана 350 ОЭМК, исходные даные представлен: в таблице. Расчет был реализован в среде математического моделированя Ма1;ЬаЬ.
(7)
Fт=( XVFr +}Та ) KБ т,
(8)
(9)
Исходные данные расчета комбинированной опоры стана 350 ОЭМК
Параметры процесс прокатки Характеристики опор
ПС Г [К
Масс валка, кг Частота вращения вака, об/мин Усилие прокатки, МН Зазор, мкм Диаметр, мм Марки- ровка Баовый ресурс, млн об.
750 1500 13,8 150 205 6038 (С3) 900
На рисне представлены расчетные кривые значений слагаемых усилий уравнения (1) в течение времени пяти оборотов валка. Из ржсна видно, что в период холостого хода, когда внешня нагрузка составляет только вес вми, ПК полностью разгружен.
В реззльтате расчета по формуле (9) получили, что в связи с перераспределением наг узки в КОРН эквивалентна нагрузка на ПК уменьшилась в 2,17 раза по сравнению с одиночной постановкой ПК. Тогда согласно формуле (7) при k = 3 ресурс подшипник увеличится в 10,2 раза.
Следует учесть, что расчет реакции ПС проводился для максимальной скорости вращения валков. Известно [7], что в некоторых случаях грузоподъемности ПС в опооах прокатных станов достаточно лишь для возвращения вращающегося вала в исходное положение в период холостого хода.
— Р+тд ....... р — Нщ'І — \Л/У
Г —ч
/ \
\ I
/I ' і ч М
11
;_________і_______і_______і________і_______і________і_______і________і_______і________
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
Число оборотов валка
Распределение усилий
Практика эксплуатации комбинированных опор на стане в течение шести лет покаала, что базовый ресурс ПС существенно занижен. Таким обраом, предложенный метод расчета эквивалентной нагрузки и долговечности является оправданным.
Библиографический список
1. Савин Л.А. Тeoрeтичecкиe основы расчета и динамика подшипников скольжения с парожидкостной смазкой: дис. ... д-ра техн. наук / Савин Л.А. - Орел, 1998. - 352 с.
2. Перель Л.Я. Подшипнки каченя: Расчет, проектирование и об-служиване опор: справочник / Л.Я. Перель, А.А. Филатов. - 2-е изд., пере-раб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992. - 608 с.
3. Поляков Р.Н. Повышение динамических качеств и ресурса опор ных узлов роторов совмещением подшипников каченя и скольжения: дис. ... кан. техн. наук / Полжов Р.Н. - Орел, 2005. - 154 с.
4. Бровман М. Я.. Энергослловые пачаметры и усовершенствоване технологии прокатки. / М. Я. Бровман. - М.: Металлургия, 1995. - 256 с.
5. Динамика процессов прокатки / С.Л. Коцарь [и др.]. - М.: Металлургия, 1997. - 255 с.
6. ГОСТ 18855-94. Подтттипнкл каченя. Динамическа расчетная грузоподъемность и расчетный ресурс (долговечность).
7. Снеговский Ф.П. Опоры скольжения тяжелых машин / Ф.П. Сне-говский. - М.: Машиностроен е, 1969. - 223 с.
Получено 17.01.08.
УДК 62-233.22
А.А. Попиков, А.В. Коонаев (Старый Оскол, СТИМИСиС)
Л.А. Савин (Орел, ОрелГТУ),
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ДЫМОСОСА В УСЛОВИЯХ ПЕРЕМЕННОЙ МАССЫ1 И ДИСБАЛАНСА
Рассмотрены вопросы динамики ротора на подшипниках скольжения в условиях переменной массы и дисбаланса. Предложена методика расчета таких роторов, проведен сравнительный анализ теоретических и экспееиментальныхрезультатов исследования.
Специфические устоем работы агрегатов горно-металлургического комплекса, обусловленые особеностями технологического процесса добычи и переработки железных руд, диктуют повышенные требования к техническому обслуживанию, достоверности диагностики и своевременному ремонту энергомеханического oPoрyдoвaния стационарных машин непрелывного действия - вентиляторных установок, дымососов. Широкое применение технического обслуживания по фактическому состоянию по-
