Физическое моделирование условий эксплуатации зубчатых зацеплений редукторов скиповых лебедок доменных печей

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

УДК 62-233.3

ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗУБЧАТЫХ ЗАЦЕПЛЕНИЙ РЕДУКТОРОВ СКИПОВЫХ ЛЕБЕДОК

ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ

Д.В. Терентьев, С.И. Платов, Ю.В. Жиркин, Н.Н. Огарков

Представлены результаты физического моделирования работы редукторов скиповых лебедок доменных печей с целью исследования влияния температуры смазочного материала и наличия в нем триботехнических присадок на контактные напряжения и коэффициент трения в зубчатых зацеплениях. Моделирование проводилось на разработанном авторами лабораторном стенде с замкнутым силовым контуром для испытания зубчатых передач.

Ключевые слова: износ, ресурс, смазочный материал, узел трения, зубчатое зацепление, металлургические агрегаты.

Узлы трения металлургических машин и агрегатов работаютв экстремальных условиях: высоких температурах, повышенном содержании абразивных частиц в окружающей среде, наличии агрессивных сред и т.д. В таких условиях работают узлы трения большинства металлургических агрегатов, в особенности механизмы доменных и сталеплавильных печей, машин непрерывного литья заготовок и станов горячей прокатки. Все эти факторы приводят к увеличению износа и снижению ресурса подшипниковых узлов, зубчатых зацеплений и механизмов в целом.

Для снижения влияния негативных факторов на эксплуатационные характеристики агрегатовважным является сохранение триботехнических и физико-химических свойств смазочных материалов, применяемых в узлах трения. Свойства смазочного материала (в основном вязкость) выбирают исходя из условий эксплуатации узлов трения, основными из которых являются скорость скольжения трущихся поверхностей, нагрузки, параметры окружающей среда. При этом наибольшее влияние на свойства смазочного материала оказывает температура.

Фирмами изготовителями смазочных материалов и узлов трения (подшипников качения, зубчатых зацеплений) предлагаются различные математические модели и методики по выбору смазочных материалов [13]. Однако все подобные рекомендации по применению того или иного класса вязкости носят общий характер. Многими зарубежными и отечественными учеными предлагаются подходы к выбору смазочных материалов на основе теоретических и экспериментальных исследований, тем не менее, для повышения ресурса подшипниковых узлов и зубчатых зацеплений, окончательный выбор класса вязкости смазочного материала нужно производить с учетом конкретных условий эксплуатации [4-8]. В связи с вышесказанным, в данной работе были проведены исследования по влиянию температуры смазочного материала и наличия триботехнических присадок на контактные напряжения и коэффициент трения в зубчатых зацеплениях.

Для физического моделирования процессов, происходящих в силовых зубчатых передачах при различных условиях нагружения и смазывания, был сконструирован и изготовлен лабораторный стенд с замкнутым силовым контуром [9], общий вид которого представлен на рис. 1.

Рис. 1. Лабораторный стенд с замкнутым силовым контуром для испытания зубчатых передач: 1 - пульт управления; 2 - электродвигатель; 3 - редуктор цилиндрический одноступенчатый стационарный; 4 - наполнители для нагнетания смазочного материала в зубчатые зацепления; 5 - редуктор цилиндрический одноступенчатый качающийся; 6 - рычаг для нагружения; 7 - защитный кожух карданов с регулируемыми муфтами; 8 - циркуляционная система смазывания

Технические характеристики лабораторного стенда обеспечивают возможность моделирования процессов, протекающих в реальных объектах.В качестве реального объекта моделирования были выбраны зубчатые

209

зацепления большого и малого редукторов скиповой лебедки доменной печи.Выбор данных редукторов был обусловлен тем, что их зубчатые зацепления являются тяжелонагруженными и работают в условиях высоких контактных напряжений, что вызывает разогрев зубьев, поэтому знание характера изменения свойств смазочных материалов в процессе эксплуатации является важным для увеличения ресурса редукторов и скипового подъемника в целом.

Исследования проводились на базе масла ТНК (класс вязкости 460) и ТНК с триботехническойприсадкой. В ходе эксперимента использовалась порционная подача масла вредуктора, при этом регистрировались уровень вибрации зубчатого зацепления (виброускорение), ток нагрузки электродвигателя, температура в зубчатом зацеплении. Виброускорение является характеристикой контактных напряжений, ток нагрузки характеризует момент трения в зубчатом зацеплении.

Измерение вибрации осуществлялось виброметром TIMETV300, измерение температуры пирометром TI 213 EL (INFRAREDTHERMOMETR Temperature Range -25 - 1200°C), ток двигателя миллиамперметром.

Коэффициент трения в зубчатом зацеплении определяли из зависимости [10]

_ У3Ц (JH - J XX )cos ф-h .

f

2VC  Рк

где и - напряжение в сети; Jн - ток нагрузки; J х х- ток холостого хода двигателя; СоБф = 0.82; ц - КПД подшипников; ¥с - скорость скольжения на контакте; Рк - окружная сила в зацеплении,

В ходе исследований проводилась серия экспериментов, каждый из которых описан ниже. Экспериментальные данные представлены графиками на рис. 2-13. Смазочный материал подавался на зубчатые зацепления порционно. На графиках прямыми вертикальными линиями обозначены моменты подачи смазочного материала.

В первом эксперименте использовалось масло ТНК (класс вязкости 460). Температура подаваемого смазочного материала составляла 22°С. По полученным данным были выполнены расчёты коэффициента трения, построены графики изменения уровня вибрации, коэффициента трения и температуры с течением времени эксперимента. Результаты первого эксперимента представлены на рис. 2-4.

Второй эксперимент проводился с использованием масла ТНК (класс вязкости 460), предварительно нагретым до 70 °С

Полученные экспериментальные данные представлены на рис.

5 - 7.

Изменение уровня вибрации е зубчатом зацеплении при

10,2 10 смазывании маслом ТНК

У / /

9,8 -- V / V

9,6

Г!

йЕ в У,2 я •а. § 9

й !'8,8 '! 8 6

«

8,4

8,2

1 4И J м-

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Время,мин

Рис. 2. Изменение уровня вибрации в зубчатом зацеплении

80 /0 60 и 50 о. 3. 40 и г зо 1- го 10 и Изменениетемпературы в зубчатом зацеплении при смазывании маслом ТНК

10 20 30 40 Время, мин 50 СО 70 80

Рис. 3. Изменение температуры в зубчатом зацеплении

Изменение уровня вибрации в зубчатом зацеплении при смазывании маслом ТНК (кл.вяз 460),нагретым до 70°С

17 А = 1Ь = « 14 о" 11, 1С 5 и 10 0

- 5

— 44 1 <1 0 1 5 2 0 »Р ем я лл 2 ик 5 3 0 41 ,1 3 5 1 0

Рис. 5. Изменение уровня вибрации в зубчатом зацеплении

Изменение температуры в зубчатом зацеплении при смазывании маслом ТНК (кл.вяз 460), нагретым до 70°С

9- » * 1

и Ь 10 1Ь ¿0 ¿Ь ¿0 Зэ 40

Время,тин

Рис. 6. Изменение температуры в зубчатом зацеплении

Уровень вибрации, температура и коэффициент трения (0,043) существенно выше, чем в первом эксперименте, где температура подаваемого масла составляла 20°, что является следствием разрушения смазочной плёнки на контакте.

В ходе третьего эксперимента использовалось масло ТНК (класс вязкости 460) с триботехническойприсадкой. Температура подаваемого смазочного материала составляла 20°. Исходные условия эксперимента остались неизменными, за исключением введения в смазочный материал присадки.

Результаты третьего эксперимента представлены на рис. 8 - 10.

Изменение уровня вибрации в зубчатом зацеплении при смазывании маслом ТНК(кл.вяз 460) с присадкой

* V * Л л >4 * V ч

У

О 10 20 30 40 50 60

Время,мин

Рис. 8. Изменение уровня вибрации в зубчатом зацеплении

Изменение температуры в зубчатом зацеплении при смазывании маслом ТНК (кл. вяз. 460) с присадкой

№ 35

0 10 20 30 40 50 60

Время,мин

Рис. 9. Изменение температуры в зубчатом зацеплении

213

Рис. 10. Изменение коэффициента трения

Анализ результатов третьего эксперимента показывает, что уровень вибрации после первой подачи стабилизируется, и на протяжении всего эксперимента остаётся постоянным, при этом коэффициент трения после каждой подачи уменьшаетсядо 0,048.

В четвертом эксперименте использовалось масло ТНК (класс вязкости 460) с триботехническойприсадкой, предварительно нагретым до 70 °С.

Экспериментальные данные представлены на графиках рис.

11 - 13.

Рис. 11. Изменение уровня вибрации в зубчатом зацеплении

214

Рис. 12. Изменение температуры в зубчатом зацеплении

Рис. 13. Изменение коэффициента трения

В четвертом эксперименте достигнут наиболее низкий уровень вибрации, а коэффициент трения достиг значения 0,032 .

Обобщая результаты исследований, можно сделать следующие выводы:

- минеральное масло без присадок не обеспечивает устойчивый режим смазки в условиях порционного смазывания при температуре на контакте более 30°С. Нарастание величины виброускорения при снижении вязкости смазочного материала характеризует рост контактных напряжений при сравнительно низком значении коэффициента трения.

- смазывание зубчатого зацепления индустриальным маслом с присадкой ведёт к стабилизации уровня вибраций на сравнительно низком уровне в сравнении со смазыванием без присадки.

- коэффициент трения в зубчатом зацеплении при смазывании индустриальным маслом с присадкой выше, чем без неё.

Повышение температуры на контакте при смазывании индустриальным маслом с присадкой благоприятно сказывается на уровне вибраций, приводя к их снижению в 2 раза в сравнении со смазыванием индустриальным маслом без присадки.

Кроме того, проведенные испытания показали, что при периодической подаче смазочного материала в контакт зубчатых зацеплений редуктора возможно достижение коэффициента трения 0,032-0,05.

Однако следует учитывать, что реальные промышленные объекты, такие как редуктора скиповых лебедок, работают в условиях высоких температур и окружающей среды с повышенным содержанием абразивных частиц. Поэтому необходимы дополнительные исследования свойств смазочных материалов в реальных условиях работы.

Полученные в рамках данной работы результаты были использованы при разработке усовершенствованных уплотнительных устройств и систем смазывания редукторов скиповых лебедок доменного цеха ОАО «ММК».

В частности, было предложено повысить класс вязкости масел, используемых для смазывания зубчатых зацеплений, до 220-460 с учетом нагрева зубьев в процессе эксплуатации. Кроме того, успешно прошли промышленные испытания циркуляционные системы смазывания. Внедрение предложенных решений позволило сократить расход смазочных материалов, применяемых в редукторах в среднем на 30 % и повысить ресурс зубчатых зацеплений в 1,2-1,3 раза.

Список литературы

1. Общий каталог по подшипникам качения: справочное пособие SKF. М., 2009. 1129 с.

2. NSK. Rolling Bearing. Cat. № 1102f 2008 E-10.

3. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / А.В. Чичи-надзе, Э.М. Берлинер, Э.Д. Браун и др.; под общ.ред. А.В. Чичинадзе. М.: Машиностроение, 2003. 576 с.

4. Подшипники качения: справочник-каталог / под ред. Нарышкина В.Н. и Коросташевского Р. В. М.: Машиностроение, 1984. 280 с.

5. Хебда М., Чичинадзе А.В. Справочник по триботехнике. Смазочные материалы, техника смазки, опоры скольжения и качения. М., Машиностроение, 1990. Т. 2. 416 с.

6. Моделирование фрикционных условий работы подшипниковых узлов слябовых УНРС с целью выбора рациональных режимов смазывания / Д.В. Терентьев, С.И. Платов, Ю.В. Жиркин и др. // Черные металлы, 2013. № 4 (976). С. 11-14.

7. Исследование и разработка режимов смазывания подшипниковых узлов рабочих валков стана 2000 горячей прокатки / С.И. Платов, Д.В. Те-рентьев, Ю.В. Жиркин и др. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, 2012. № 2. С. 98-100.

8. Разработка рациональных режимов смазывания подшипниковых узлов слябовых машин непрерывного литья заготовок / Д.В. Терентьев, С.И. Платов, Ю.В. Жиркин и др. // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, 2014. № 1 (190). С. 164-168.

9. Патент Российской Федерации на полезную модель 88445, МПК G01M13/02. Стенд для испытания зубчатых передач / С.И. Платов, А.М. Чумиков, Ю.В. Жиркин, О.С. Железков, Е.И. Мироненков, Д.В. Терентьев; заявитель и патентообладатель ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Опубл. 10.11.2009. Бюл. № 31.

10. Исследование влияния карбонитрирования на коэффициент трения зубчатых передач на основе физического моделирования / Ю. В. Жиркин, Р.Р. Юсупов, Н.Л. Султанов и др. // Ремонт. Восстановление. Модернизация, 2013. № 11. С. 21-25.

Терентьев Дмитрий Вячеславович, канд. техн. наук, доц., ktnterentyev@,mail.ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова,

Платов Сергей Иосифович, д-р техн. наук, проф., зав.кафедрой, psipsi@mail.ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова,

Жиркин Юрий Васильевич, канд. техн. наук, проф., girkin@yandex.ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова,

Огарков Николай Николаевич, д-р техн. наук, проф., ogarkovnikolai@mail.ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

PHYSICAL MODELLING OF SERVICE CONDITIONS OF REDUCTION GEARING OF BLAST-FURNACE SKIP WINCHES

D. V. Terentyev, S.I. Platov, Y. V. Zirkin, N.N. Ogarkov

217

The article presents the results ofphysical modelling of operation of reduction gearing of blast-furnace skip winches. The research aims to examine how the temperature of the lubricant and the presence of tribotechnical additions influence contact voltage and friction coefficient in gearing. The modelling was done on the laboratory bench with a four-square torque loop, which was developed by the authors.

Key words: wear-and-tear, service life, lubricant, tribological unit, gearing, metallurgical aggregates.

Terentyev Dmitry Vyacheslavovich, candidate of technical science, docent, ktnterentyev@mail. ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University,

Platov Sergey Iosifovich, doctor of technical science, professor, head of chair, psipsi@,mail. ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University,

Zirkin Yuri Vasilyevich, candidate of technical science, professor, girkin@yandex. ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University,

Ogarkov Nikolai Nikolaevich, doctor of technical science, professor, ogarkovnikolai@mail. ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University

УДК 67.05

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО СЕГМЕНТА ПЕРЕЛИВА ПРИ НАНЕСЕНИИ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЗАЩИТНОГО НИКЕЛЬ-КОБАЛЬТОВОГО ПОКРЫТИЯ

В.Г. Шеркунов, А.Е. Власов, П. Тезе

Изучены причины возникновения и характер распространения дефекта разно-твердости на гальванических защитных никель - кобальтовых покрытиях медных плит кристаллизаторов МНЛЗ. Разработаны и экспериментально проверены методы устранения данного дефекта. Дан количественный анализ проделанной работы.

Ключевые слова: МНЛЗ, кристаллизатор, дефект разнотвердости, поперечный сегмент перелива.

Использование машин непрерывного литья заготовок МНЛЗ в настоящее время является одним из основных и эффективных методов получения литой заготовки. Эта технология позволяет существенно увеличить выход годного металла как в деформированном состоянии, так и не деформированном.