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炼钢转炉耳轴轴承改造新型剖分式结构的设计

炼钢转炉耳轴轴承改造新型剖分式结构的设计

 

/侯国林  

 

(洛阳轴承集团瑞环大型轴承有限公司)

 

    

1. 前言

冶金行业转炉炼钢工艺自上世纪六十年代在我国发展以来,转炉耳轴驱动端和游动端两侧旋转支撑在设计上根据使用工况中超低速、摆动、重载荷环境和高温的工作特点,通常选用较大游隙的整体式双列调心滚子轴承结构,也有分别选用调心滚子(驱动端)和双列圆柱(游动端)组合的两种结构形式。转炉设备示意图和耳轴用调心滚子轴承见图一、图二所示。


         

现在冶金行业根据市场发展所需、产能扩大,转炉炼钢设备的标称容积越来越大,从原有的50吨提高到80、120、180吨,最大已达到250吨,目前国内转炉最大载能正向350吨发展。由于转炉炼钢设备自动化能力的提高,规格越来越大,生产节拍越来越快,因此当转炉耳轴轴承在生产过程中发生异常,轴承失效急需立即停产检修或更换轴承时,则不但造成更换轴承使维修保养成本增加、作业时间较长,还严重的影响下道工序生产正常运行。为此解决轴承更换问题,减少更换轴承的作业时间则是炼钢生产环节关注的重点和急迫要求。  

2 耳轴轴承剖分式结构设计

由于转炉耳轴采用整体式调心滚子轴承结构,给轴承更换维修带来诸多不便,所以目前所投产的转炉的耳轴轴承在设计时,多对驱动端设计采用剖分结构调心滚子轴承。原有耳轴轴承的更换,对于转炉耳轴游动端较为方便,但驱动端轴承的更换较为困难。更换轴承必须首先停炉,卸载(安全施工所需),然后将驱动端大齿轮拆卸,再顶起耳轴,然后才可逐步拆卸轴承。通常120吨转炉耳轴轴承的更换,常需要一个数十人的施工队拆装数天才可完成。为此自九十年代以来所投产的转炉,其耳轴轴承在设计上逐步选用剖分式结构,其剖分轴承的内径、外径尺寸不变,但内圈宽度由于轴向剖分后轴承内外套圈和滚子组件可以分解拆开(便于安装所需),组装时必须在内圈的两侧挡边处设计有起紧固作用的紧固环和连接紧固螺母,故宽度比原整体式结构加宽。如某钢厂120吨转炉耳轴剖分结构轴承见图三,轴承和轴承座拆分后示意图见图四。该剖分轴承结构更换的作业时间与原有结构相比至少可减少40%以上。


         


3 耳轴轴承改造新型剖分式结构设计

目前国内早期投产的众多转炉,其耳轴轴承设备设计时均选用整体式调心滚子轴承,现急需改造成剖分结构,但由于原有轴承安装空间所限,按现有剖分结构更改箱体及其配件,收到制约因素较多,难度较大。

为此,我公司根据实际工况使用需要,对国内原120吨转炉耳轴轴承240/850/W33X(外形尺寸:Ø850×Ø1220×365)在不更改原有外形装配尺寸的前提下,设计出新型剖分式结构耳轴轴承型号为240/850D-1/W33X(见图五)。该设计将整体内圈中挡边设计改为以紧固圈的形式剖开后通过连接螺栓与剖分内圈紧固为一体,两侧小挡边再配有内圈连接螺栓,以增加强度。外圈同样轴向剖分后,由外圈连接螺栓予以紧固,而保持架与滚子组件仍按照常规剖分设计成两个剖分组件。该种设计充分满足了不改变原有箱体、配件结构和尺寸,而达到安拆所需的轴承采用剖分结构的使用要求。

 


      


转炉耳轴用240/850D-1/W33X 轴承的在承载能力不变的前提下寿命计算:

轴承受力:转炉荷载全重911吨,单侧轴承受力455.5吨

轴承径向受力:4555KN

安全系数:主动端2.5——3.0取最大3.0

转角:210°

转速:0.15~1.1rmp

轴承额定动负荷10000KN,额定静载荷:26000KN

按动负荷计算:

  计算依据:GB/T6391《滚动轴承 额定动负荷和额定寿命》

        计算公式:L10=a(Cr/Pr)10/3×106转 

                  式中:Cr 轴承额定动负荷    KN

                        Pr 轴承的当量动负荷  KN    

                            a: 计算系数 取1

L10=13752196转

按每年360天,转速2 r/min

则计算寿命为6876098分钟=13.264年

如果取最小安全系数2.5,则计算寿命为33.16年。

按静负荷计算:

S=C/P=26000/(4555×3.0)=1.9>1.8(静载安全系数按中等冲击力时最大值取1.8)

寿命计算满足使用要求。

 

4结论

转炉耳轴改造选用新型剖分式调心滚子结构轴承,在产品设计和承载能力寿命计算方面。既解决了原设备耳轴欲改造剖分结构时因安装空间不足所带来的受限和改造时需对耳轴轴承座及其配件进行变动所带来的不便,又满足了使用工况、承载能力不变的具体要求,为今后转炉耳轴改造,选用剖分轴承提供了有宜的借鉴和推广作用。此外,该种剖分轴承结构不但在冶金行业予以使用,在矿山设备等领域也得到了应用。但要注意,轴承外形尺寸再超大时,应慎重使用,建议仍采用图三的设计方案较为适宜。

 

 

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