Введение к работе
Актуальность темы Опоры валков непрерывных станов горячей прокатки воспринимают огромные усилия (порядка 1 З МН), связанные с технологическим процессом деформирования металла При этом процесс прокатки является динамически напряженным из-за чередования стадий прокатки и пауз, а также колебательных процессов, неизбежно возникающих в клетях и элементах привода Основным ограничением применения в таких условиях подшипников качения являются значительные габаритные размеры и недостаточная демпфирующая способность Гидродинамические подшипники скольжения при меньших габаритах обладают достаточной несущей способностью, лучшей демпфирующей способностью и рядом других преимуществ по сравнению с подшипниками качения Однако их применимость в условиях прокатных станов затрудняется сравнительно небольшими скоростями скольжения, а также значительными тепловыделениями в области течения смазочного материала, приводящими к снижению несущей способности Совмещение в общем узле подшипников качения и скольжения позволяет устранить основные недостатки каждого вида опор, обеспечить дублирование функций, а также повысить ресурс подшипникового узла за счет разгружения подшипника качения Обзор публикаций в области подшипниковых опор тяжелых машин выявил недостаточную изученность вопросов долговечности и распределения внешней силовой нагрузки между подшипниками комбинированной опоры в условиях динамического нагружения Также недостаточно проработаны в теоретическом плане вопросы влияния формы опорной поверхности радиального гидродинамического подшипника скольжения на температурные условия течения смазочного материала и его демпфирующую способность Таким образом, можно заключить, что совершенствование динамических качеств подшипниковых узлов прокатных станов является актуальной темой исследования
Объектом исследования являются подшипниковые узлы валков прокатных станов, представляющие собой комбинацию радиальных шариковых подшипников качения и гидродинамических подшипников скольжения, действующие по принципу разделения внешней нагрузки
Предметом исследования являются динамические характеристики и ресурс комбинированных опор в условиях значительных перепадов температур и нагрузок
Целью исследования является совершенствование динамических качеств и ресурса опорных узлов прокатных станов путем совмещения в едином опорном узле подшипников качения и скольжения, применения подшипника скольжения оригинальной конфигурации, позволяющей улучшить тепловые условия режима течения
Задачи
провести информационный поиск в области опорных узлов прокатных станов, по видам подшипников качения, скольжения и их комбинациям,
разработать математическую модель по определению динамических характеристик и ресурса комбинированных опор,
разработать программное обеспечение дпя расчета и проектирования комбинированных опор,
провести комплекс вычислительных экспериментов по оценке влияния параметров процесса прокатки, а также параметров комбинированной опоры на ее динамические характеристики и ресурс,
выполнить экспериментальные исследования на стендовой модели и в условиях производства для проверки соответствия разработанной математической модели реальному объекту,
выработать рекомендации по проектированию и расчету комбинированных подшипниковых узлов прокатных станов
Методы исследования Анализ динамических характеристик проводился в предположении, что валок с опорами представляют собой единую динамическую систему Исследование динамических характеристик основывалось на совместном решении уравнений гидродинамической
теории смазки в неадиабатической постановке, а также основных зависимостей теории контактных упругих напряжений и теории пластичности Системы уравнений движения жесткого валка получены на основании базовых соотношений динамики твердого тела Расчет сил деформирования металла проводился по приближенным зависимостям, в основу которых положена теория пластичности Расчет подшипника качения основывался на аналитическом решении контактной задачи теории упругости Характеристики подшипника скольжения определялись из решения уравнения Рейнольдса, совместно с уравнением баланса тепла, численное решение которых проводилось методом конечных разностей Математическая модель определения ресурса подшипниковой опоры основывалась на эмпирических методиках, отражающих процесс износа деталей подшипников в зависимости от различных рабочих и эксплуатационных характеристик
Экспериментальные исследования проводились на стендовой модели с использованием современного информационно-измерительного оборудования, а также по данным мониторинга энергосиловых параметров прокатки действующего прокатного стана
Программное обеспечение разработано в среде математического моделирования MatLab Для стендовой модели регистрация и обработка экспериментальных данных производилась в среде визуального программирования LabView Регистрация данных энергосиловых параметров прокатки производилась с помощью программы ibaAnalyzer Анализ расчетных и экспериментальных данных проводился в системе MatLab
Научная новизна и положения выносимые на защиту 1) разработана математическая модель комбинированного подшипникового узла, включающего радиальный подшипник качения и гидродинамический подшипник скольжения, для расчета ресурса и динамических характеристик, учитывающая тепловые процессы в зоне смазки, взаимное влияние силовых реакций подшипника скольжения и качения, а также динамический режим нагружения,
разработана нелинейная математическая модель в неадиабатической постановке для расчета гидродинамических сил и расхода смазочного материала в подшипнике жидкостного трения с двуцентровой расточкой втулки,
выявлены на основе теоретических и экспериментальных исследований основные факторы влияния параметров подшипниковых узлов прокатных станов на изменение ресурса и динамических качеств,
разработан практический инструментарий в виде комплекса программ в среде MatLAB, а также рекомендации по проектированию и эксплуатации подшипниковых узлов прокатных станов, обеспечивающие повышение ресурса и улучшение динамических качеств
Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки и формализации задачи, обоснованностью используемых теоретических зависимостей, принятых допущений и ограничений, применением апробированных методов решения и анализа, что подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также внедрением результатов в производстве
Практическая значимость работы и внедрение результатов заключается в том, что разработанные методики расчета и программное обеспечение позволяют определять динамические характеристики комбинированных опор прокатных станов, а также оценивать возможность повышения ресурса опоры при совмещении подшипника качения и гидродинамического подшипника скольжения по сравнению с их одиночной постановкой Результаты работы внедрены на стане 350 ОАО «ОЭМК» (г Старый Оскол Белгородской области)
Апробация работы Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на VIII Международной научно-технической конференции "Вибрационные машины и технологии" (г Курск, 2008), Международной конференции «Образование, наука, производство и управление» (г Старый Оскол, 2006), Международной научной конференции
«Сложные системы управления и менеджмент качества CCSQM 2007» (г Старый Оскол, 2007), Всероссийской научно-методической конференции «Основы проектирования и детали машин» (г Орел, 2007), а также на научно-технических семинарах профессорско-преподавательского состава Старооскольского технологического института в 2005-2008 гг Диссертация была апробирована на заседании кафедры «Динамика и прочность» Орловского государственного технического университета (г Орел, 2008) и на заседании кафедры «Теоретическая механика и мехатроника» Курского государственного технического университета (г Курск, 2008)
Публикации По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, включая 6 статей в научных сборниках и 4 статьи в журналах, работ опубликованных в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных высшей аттестационной комиссией - 3
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы и приложений, имеет 120 страниц основного текста, 39 рисунков, 2 таблицы, приложение Библиография включает 125 наименований
