05 июня 2017г.
Тележки с подвижными колосниками холодильника получают возвратно-поступательное движение от приводного вала. Приводной вал совершает качательные движения, сообщаемые ему электроприводом мощностью 𝑁д =25 кВт. Одновременно два толкающих ролика установленные на валу обеспечивают тележкам с колосниками рабочий ход длиною l=150 мм. Работа механизма происходит в пылевоздушной среде при температуре в горячей зоне холодильника до 573 К (300°С) и в холодной зоне до 423 К (150°С) и выше.
В процессе эксплуатации холодильника установлено, что надежность работы узлов толкающих роликов весьма низкая, в частности: консистентная смазка, которой набивается подшипниковая полость в период ремонтов высыхает или коксуется; уплотнительные резервные кольца и манжеты твердеют, трескаются, выгорают; в полость с двумя двухрядными радиально-сферическими роликоподшипниками набивается клинкерная пыль, в результате чего происходит заклинивание; при заклинивании трение качение в зоне контакта толкающего ролика с поверхностью пластин подвижных тележек, заменяется трением скольжением; трение скольжение в абразивной (пылевоздушной) среде приводит к интенсивному износу обеих контактных поверхностей, к изменению их формы, а также к перерасходу мощности.
Предусмотренная заводом-изготовителем система охлаждения и смазки узлов толкающих роликов с помощью капельновоздушной смеси оказалось недостаточной и неэффективной, поэтому, при остановке на ремонт печей и холодильников, узлы толкающих роликов приходится перебирать. При этом заменяются уплотнения, подшипники и сами толкающие ролики.
Одной из главных причин быстрого выхода из строя узлов толкающих роликов является низкое ка- чество уплотнений.
Анализ работы деталей узла толкающего ролика:- кольца резиновые круглого сечения предназначены для уплотнения деталей подвижных (с возвратно- поступательным движением частей) и неподвижных гидравлических и пневматических устройств. Допускаемые скорости перемещения 0,3-0,5 м/с. Допускаемые давления (с использованием защитных шайб) до 20 МПа. Для резины второй группы, из которой изготавливаются кольца, допускается рабочая температура в пределах от -50°С до +100°С. Коэффициент старения резины по относительному удлинению, при температуре 70°С в течение 144 часов, не менее 0,7. Кольца могут работать в минеральных маслах, жидком топливе, эмульсиях, пресной и морской воде.
Предусмотренные конструкций кольца: не могут работать при температуре свыше 100°С из-за быстрого старения и потери первоначальных свойств; не предназначены для уплотнения изделий, составные части которого имеют относительное вращение; быстро истираются и выходят из строя при наличии абразивной среды, какой является смесь клинкерной пыли с воздухом.Таким образом, попытка уплотнения подшипникового узла толкающего ролика с помощью резиновых колец является необоснованной.
Резиновые армированные однокромочные манжеты для уплотнения валов предназначены для работы в минеральных маслах, воде, дизельном топливе при избыточном давлении до 0,05 Мпа, скорости до 20 м/с и температуре в месте контакта манжеты с валом от -45°С до +150оС. Заложенные в конструкцию узла манжеты изготавливаются из резины первой группы и способны длительно выдерживать температуру до +120°С. Шероховатость поверхности вала должна находиться в пределах Ra=0,2...0,63 мкм, риски не допускаются. При работе манжет должна быть обеспечена смазка трущихся поверхностей. При запыленности внешней среды, перед манжетой необходимо устанавливать защитные устройства:лабиринтное уплотнение, отражатель и др. Обеспечение изложенных (и других) условий обеспечивает 95%- ный ресурс не менее 3000 часов (125 суток).
При наличии в зоне толкающих роликов температуры 423 К (150°С - в холодной зоне) манжета работать не сможет; после выхода ив строя резиновых колец, выполняющих функцию защитных устройств, абразивная пыль попадает в зону контакта манжеты с валом. Манжета быстро изнашивается. Этому же способствует и высыхание смазки во внутренней зоне узла. Из изложенного следует, что, в существующих условиях работы, манжеты, как и резиновые уплотнительные кольца, не смогут длительно выполнять свои функции.
В комплект узла толкающего ролика входит два радиально-сферических роликоподшипника № 3530. Нормальная работа подшипников обеспечивается при постоянном присутствии смазки. Кроме того, подшипники, изготовленные из обычных шарикоподшипниковых сталей, удовлетворительно работают при температурах 473 - 493 К (200 - 220°С). При более высоких температурах мартенсит переходит в троостит отпуска, что сопровождается падением твердости и резким сипением работоспособности подшипника. Высыхание смазки и попадание в подшипник твердых частиц из окружающей среды могут приводить к заклиниванию роликов. Аналогичный эффект мажет возникнуть в результате неправильного выбора посадок и действия температурных деформаций. Последнее предположение проверим расчетом.
Согласно чертежа подшипники устанавливаются по схеме. Размером соответствуют следующие предельные отклонения, табл. 1.
Предельные отклонения размеров подшипника
Таблица 1.
|
Поверхность
|
Отклонения, мкм
|
|
верхнее
|
нижнее
|
|
Вал ∅ 150
|
+30
|
+4
|
|
Внутреннее кольцо подшипника ∅150
|
0
|
-25
|
|
Наружное кольцо подшипника ∅270
|
0
|
-35
|
|
Отверстие в толкающем ролике ∅270
|
+50
|
0
|
При это минимальный натяг между валом и подшипником:
Δ𝑚𝑖𝑛′ = 4 мкм:
Максимальный натяг:
Δ𝑚𝑎𝑥′ = 55 мкм.
Минимальный зазор между наружным кольцом подшипника и толкающим роликом: Δ𝑚𝑖𝑛= 0;
максимальный зазор Δ𝑚𝑎𝑥= 85 мкм.
Проверим как изменятся посадки при изменении температуры от нормальной 293 К (20°С) до
максимальной (в горячей части холодильника ) 573 К (300°С). Коэффициент линейного расширения шарикоподшипниковой стали:
𝛼п = 14 ∙ 10−6, а стали 45 𝛼с = 11 ∙ 10−6. Разность температур ∆Т= 573 - 293= 280 К.
При этом приращение диаметральных размеров составит
1. Отверстия в толкающем ролике
δ1 = 11 ∙ 10−6 ∙ 270 ∙ 280 = 0,832 мм.
2. Наружного кольца подшипника
δ2 = 14 ∙ 10−6 ∙ 270 ∙ 280 = 1,058 мм.
3. Внутреннего кольца подшипника
δ3 = 14 ∙ 10−6 ∙ 150 ∙ 280 = 0,588 мм.
4. Вала (втулки)
δ4 = 11 ∙ 10−6 ∙ 150 ∙ 280 = 0,462 мм.
Наибольший натяг между толкающим роликом и наружным кольцом подшипника:
∆нб ′ = 𝛿 2− 𝛿 1= 1,058 − 0,832 = 0,226 мм.
Наибольший зазор между внутренним кольцом подшипника и валом (втулкой)
∆нб= 𝛿3 − 𝛿4 = 0,588 − 0,462 = 0,126 мм.
Наибольший натяг между толкающим роликом и наружным кольцом подшипника получится при наличии предварительного (холодного) зазора:
Δнм′ = Δнб′ − Δ𝑚𝑎𝑥= 0,226 − 0,085 = 0,141 мм.
Наибольший зазор между внутренним кольцом подшипника и валом (втулкой) подучится при наличиипредварительного (холодного) натяга:
Δнм= Δнб − Δ𝑚𝑎𝑥= 0,126 − 0,055 = 0,071 мм.
Расчеты показывают, что, в результате температурных деформаций, существенно изменяется характер сопряжений деталей узла.
Вместо натяга между валом и подшипником, соответствующих посадке, образуется зазоры в пределах 71-126 мкм.
Вместо зазора между толкающим роликом и наружным кольцом подшипника, образуются натяги в пределах 141-226 мкм.
Одновременно увеличиваются размеры тел качения. Последнее обстоятельство, в связи с тем, что контактный ролик препятствует свободному увеличению диаметров наружных колец, служит главной причиной уменьшения радиальных зазоров в подшипниках и является предпосылкой к их заклиниванию.
Высокие температуры, высыхание и коксование смазки, проникновение в подшипниковую полость частиц клинкерной пыли и перераспределение посадок, связанное с тепловыми деформациями узла, оказывает комплексное воздействие, способствующее заклинивание подшипников и быстрому выходу узла из строя.
При возвратно-поступательном перемещении тележек с клинкером поверхности толкающих роликов испытывают контактные напряжения и одновременное воздействие температурного поля.
