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煉鋼轉爐耳軸軸承改造新型剖分式結構的設計

煉鋼轉爐耳軸軸承改造新型剖分式結構的設計

 

/侯國林  

 

(洛陽軸承集團瑞環大型軸承有限公司)

 

    

1. 前言

冶金行業轉爐煉鋼工藝自上世紀六十年代在我國發展以來,轉爐耳軸驅動端和游動端兩側旋轉支撐在設計上根據使用工況中超低速、擺動、重載荷環境和高溫的工作特點,通常選用較大游隙的整體式雙列調心滾子軸承結構,也有分別選用調心滾子(驅動端)和雙列圓柱(游動端)組合的兩種結構形式。轉爐設備示意圖和耳軸用調心滾子軸承見圖一、圖二所示。


         

現在冶金行業根據市場發展所需、產能擴大,轉爐煉鋼設備的標稱容積越來越大,從原有的50噸提高到80、120、180噸,最大已達到250噸,目前國內轉爐最大載能正向350噸發展。由于轉爐煉鋼設備自動化能力的提高,規格越來越大,生產節拍越來越快,因此當轉爐耳軸軸承在生產過程中發生異常,軸承失效急需立即停產檢修或更換軸承時,則不但造成更換軸承使維修保養成本增加、作業時間較長,還嚴重的影響下道工序生產正常運行。為此解決軸承更換問題,減少更換軸承的作業時間則是煉鋼生產環節關注的重點和急迫要求。  

2 耳軸軸承剖分式結構設計

由于轉爐耳軸采用整體式調心滾子軸承結構,給軸承更換維修帶來諸多不便,所以目前所投產的轉爐的耳軸軸承在設計時,多對驅動端設計采用剖分結構調心滾子軸承。原有耳軸軸承的更換,對于轉爐耳軸游動端較為方便,但驅動端軸承的更換較為困難。更換軸承必須首先停爐,卸載(安全施工所需),然后將驅動端大齒輪拆卸,再頂起耳軸,然后才可逐步拆卸軸承。通常120噸轉爐耳軸軸承的更換,常需要一個數十人的施工隊拆裝數天才可完成。為此自九十年代以來所投產的轉爐,其耳軸軸承在設計上逐步選用剖分式結構,其剖分軸承的內徑、外徑尺寸不變,但內圈寬度由于軸向剖分后軸承內外套圈和滾子組件可以分解拆開(便于安裝所需),組裝時必須在內圈的兩側擋邊處設計有起緊固作用的緊固環和連接緊固螺母,故寬度比原整體式結構加寬。如某鋼廠120噸轉爐耳軸剖分結構軸承見圖三,軸承和軸承座拆分后示意圖見圖四。該剖分軸承結構更換的作業時間與原有結構相比至少可減少40%以上。


         


3 耳軸軸承改造新型剖分式結構設計

目前國內早期投產的眾多轉爐,其耳軸軸承設備設計時均選用整體式調心滾子軸承,現急需改造成剖分結構,但由于原有軸承安裝空間所限,按現有剖分結構更改箱體及其配件,收到制約因素較多,難度較大。

為此,我公司根據實際工況使用需要,對國內原120噸轉爐耳軸軸承240/850/W33X(外形尺寸:?850×?1220×365)在不更改原有外形裝配尺寸的前提下,設計出新型剖分式結構耳軸軸承型號為240/850D-1/W33X(見圖五)。該設計將整體內圈中擋邊設計改為以緊固圈的形式剖開后通過連接螺栓與剖分內圈緊固為一體,兩側小擋邊再配有內圈連接螺栓,以增加強度。外圈同樣軸向剖分后,由外圈連接螺栓予以緊固,而保持架與滾子組件仍按照常規剖分設計成兩個剖分組件。該種設計充分滿足了不改變原有箱體、配件結構和尺寸,而達到安拆所需的軸承采用剖分結構的使用要求。

 


      


轉爐耳軸用240/850D-1/W33X 軸承的在承載能力不變的前提下壽命計算:

軸承受力:轉爐荷載全重911噸,單側軸承受力455.5噸

軸承徑向受力:4555KN

安全系數:主動端2.5——3.0取最大3.0

轉角:210°

轉速:0.15~1.1rmp

軸承額定動負荷10000KN,額定靜載荷:26000KN

按動負荷計算:

  計算依據:GB/T6391《滾動軸承 額定動負荷和額定壽命》

        計算公式:L10=a(Cr/Pr)10/3×106轉 

                  式中:Cr 軸承額定動負荷    KN

                        Pr 軸承的當量動負荷  KN    

                            a: 計算系數 取1

L10=13752196轉

按每年360天,轉速2 r/min

則計算壽命為6876098分鐘=13.264年

如果取最小安全系數2.5,則計算壽命為33.16年。

按靜負荷計算:

S=C/P=26000/(4555×3.0)=1.9>1.8(靜載安全系數按中等沖擊力時最大值取1.8)

壽命計算滿足使用要求。

 

4結論

轉爐耳軸改造選用新型剖分式調心滾子結構軸承,在產品設計和承載能力壽命計算方面。既解決了原設備耳軸欲改造剖分結構時因安裝空間不足所帶來的受限和改造時需對耳軸軸承座及其配件進行變動所帶來的不便,又滿足了使用工況、承載能力不變的具體要求,為今后轉爐耳軸改造,選用剖分軸承提供了有宜的借鑒和推廣作用。此外,該種剖分軸承結構不但在冶金行業予以使用,在礦山設備等領域也得到了應用。但要注意,軸承外形尺寸再超大時,應慎重使用,建議仍采用圖三的設計方案較為適宜。

 

 

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