Белгород, Белгородская область, Россия
Белгород, Белгородская область, Россия
Белгородская область, Россия
ГРНТИ 55.03 Машиноведение и детали машин
ББК 345 Общая технология машиностроения. Обработка металлов
В горной, химической и различных других отраслях промышленности используют обору-дование, которое характеризуется большими габаритными размерами, частности диа-метром и большой массой. Одним из определяющих факторов повышения работоспособности и надежности круп-ногабаритного оборудования являются точность и качество его монтажа, профилактиче-ские своевременные ремонты, замена исчерпавших свой ресурс узлов и деталей. Все эти мероприятия следует выполнять в процессе эксплуатации оборудования, так как его про-стои приводят к большим материальным затратам. Остановка одного из агрегатов, кото-рый входит в состав технологического комплекса, может прервать технологическую цепь производства, что приводит к остановке всего оборудования.
вал, цапфа, мельниц, восстановление, крупногабаритные детали, оборудование, подшипник.
Введение. Наружные и внутренние поверхности деталей, как цилиндрические, торцевые, так и зубчатые можно обрабатывать на приставных станках. Наиболее высокие требования по точности и качеству поверхности предъявляются к посадочным, сопрягаемым поверхностям цапф, шеек валов, устанавливаемых на подшипники качения или скольжения, а так же высокие требования к поверхностям соединенным по посадке. Ремонтную обработку таких поверхностей с использованием приставных станков можно производить широкими резцами из быстрорежущей стали, шлифованием абразивным инструментом, который устанавливается на резцедержателе, обкатыванием роликом, ленточным шлифованием и другими видами обработки [1–4].
К обрабатываемым восстанавливаемым поверхностям предъявляются высокие требования по круглости формы и шероховатости, в связи с тем, что в последующем отремонтированная деталь, например, цапфа используется как опорная вращающаяся деталь, наружная цилиндрическая поверхность которой находится в сопряжении с подшипником скольжения.
При ремонте цапф крупногабаритных валов приставными станками необходимо выполнить расчет погрешности установки режущего инструмента, например резца, относительно оси вращения вала. Неопределенность расположения оси восстанавливаемого на приставном станке вала и режущего инструмента приводит в процессе обработки к нарушению круглости обработанной поверхности. Несущие узлы опорных роликов основания приставного станка в динамическом и статическом состоянии под действием нагрузки деформируются и нужно учитывать величину этой деформации, её воздействие на формирование круглости и знать методы расчета.
При восстановлении опорных узлов помольных и сырьевых мельниц и крупногабаритных валов различного оборудования, без демонтажа в условиях эксплуатации, в некоторых случаях цапфы этих опорных узлов и валов находятся в сопряжении с подшипниками скольжения. В данном варианте нужно учитывать влияние слоя масла на смещение цапф, в связи тем, что при работе опорного узла им приходится преодолевать сопротивление масла и в следствии чего ось вращения оборудования может переместиться и статическая настройка приставного станка на заданную точность выполняемого размера нарушится.
По принципу формирования поля давления подшипники скольжения при таком виде обработки можно отнести к гидродинамическим, т.к. несущий смазочный слой создаётся свободно поступающим маслом и за счёт относительного движения цапфы и подшипника. Несмотря на малую толщину, смазочный слой подшипника скольжения оказывает существенное влияние на динамику цапфы [5–8].
При анализе процесса эксплуатации крупногабаритных вращающихся валов опирающихся на подшипники скольжения, следует найти решение совместной задачи теории колебаний и гидродинамики. Необходимо определить аналитические и динамические характеристики связи с неустановившимся течением смазки.
К статическим характеристикам рассматриваемого рабочего процесса относятся: кривая стационарных положений цапфы опорного узла восстанавливаемого оборудования, расход смазки, потеря мощности на преодоление сил трения сопряжений. Динамические характеристики определяют действующие на цапфу опорного узла агрегата дополнительные силы, возникающие при передвижениях цапфы из стационарного положения, и выражаются в коэффициентах. Величина этих коэффициентов дает возможность определить устойчивость колебаний при появлении внешних нагрузок (например, возникающих от сил резания), которые имеют малое значение по сравнению со статической нагрузкой.
Для проведения расчетов следует принять параметры: – радиус цапфы опорного узла, – статическая нагрузка, – длина опорной части подшипника скольжения, по которой базируется цапфа, – зазоры между цапфой и подшипником скольжения, возникающие при совпадении осей.
Давление, которое возникает в масляном слое (рис. 1) будет сохранять цапфу 1 в требуемом положении в состоянии покоя на подшипнике скольжения 2 относительно обрабатывающего инструмента 4.
Следственно, обрабатывающий инструмент необходимо выставить относительно горизонтальной оси цапфы опорного узла без погрешности, таким образом, чтобы режущая кромка резца была выставлена по оси обрабатываемой цапфы опорного узла или вала.
В этом случае давление в смазочном слое сопряжения (наружная цилиндрическая поверхность цапфы опорного узла и подшипник скольжения) при для обычной гидродинамической теории смазки и без учёта сил инерции смазки, в связи с тем, что в рассматриваемом случае масса восстанавливаемой детали значительно больше относительно этих сил и они воздействие на колебание цапфы или вала не оказывают, тогда давление определится по уравнению Рейнольдса [9]:
, (1)
где – толщина зазора в сопряжении, – плотность, – динамическая вязкость используемой смазки, , x – окружная и нормальная координаты. Уравнение Рейнольдса достоверно для любых типов опорных подшипников. Отличия появляются из-за различного характера зависимости плотности от давления и динамической вязкости используемой смазки , от скорости, влияния внешнего давления , конфигурации ограничительных условий, а так же вида зависимостей толщины слоя .
Рис. 1. Схема к расчету смещения центра вала в подшипнике скольжения:
1 – цапфа; 2 – подшипник скольжения; 3 – масляный клин; 4 – резец; 5 – траектория перемещения центра
Крупногабаритные детали и узлы, при ремонтной обработке, располагают небольшими частотами вращения, вследствие этого течение в подшипниках ламинарное. При ламинарном течении в подшипниках скольжения уравнение будет линейным относительно давления :
(2)
Рассматриваемое уравнение находит решение при известных давлениях на входе и выходе. Цапфа опорного узла вращается равномерно, нагрузка Q не изменяется, таким образом, полагаем, что значение толщины слоя смазки не изменяется и тогда для определения давления P0 используем известное уравнение [5]:
. (3)
Условия равновесия цапфы опорного узла:
, (4)
где – рабочая площадь подшипника скольжения.
При общем решении вышеприведенных уравнений определяем кривую (рис. 1) подвижного равновесия в виде зависимости эксцентриситета от угла подъёма .
Таким образом, имея зависимость изменения эксцентриситета, мы выносим корректировку на установку режущего инструмента, что приводит к снижению погрешности при восстановительной обработке.
Следственно, решение этой задачи даст возможность при автоматизации ремонтной обработки своевременно корректировать положение режущего инструмента относительно центра восстанавливаемой детали (цапфы или вала).
Таким образом, имея информацию об исходных данных обрабатываемого изделия и подвижности базовых опор, можно определить перемещение оси и внести необходимые поправки в движение резца.
Вывод. Рассмотрено влияние смещения деталей типа цапф опорных узлов или валов на масляной подушке подшипников скольжения и зависимость перемещения оси вращения в пространстве.
1. Федоpенко Т.М., Федоpенко М.А., Бондаpенко Ю.А. Восстановление pаботоспо-собности цапф помольных мельниц с пpиме-нением пеpеносного станка // Технология ма-шиностроения. 2009. № 3. С. 20-21.
2. Федоренко М.А., Бондаренко Ю.А., Санина Т.М., Маркова О.В.Технология вос-становления работоспособности опорных бандажей вращающихся цементных печей // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2015. № 1. С. 13-15
3. Федоренко М.А., Бондаренко Ю.А., Санина Т.М., Маркова О.В. Приставной ста-нок для обработки крупногабаритных внут-ренних поверхностей цилиндрического типа // Технология машиностроения. 2015. № 11. С. 27-28.
4. Федоренко М.А., Бондаренко Ю.А., Санина T.М., Антонов С.И. Опора вращающе-гося обжигового печного агрегата // Техноло-гия машиностроения. 2015. № 9. С. 32-33
5. Биргер И.Л., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Машинострое-ние, 1979. 702 с.
6. Колебания валов в масляной пленке. Сборник статей. М.: Наука. 1968.
7. Олимпиев, В.И. Собственные и вы-нужденные колебания роторов на гидроста-тических подшипниках: учебник. Машино-строение. 1976.
8. Позняк, Э.Л. Исследования устойчиво-сти движения роторов на подшипниках скольжения: учебник. Издательство АИСССР. ОТН. Механика и машиностроение. № 2. 1963.
9. Кудинов, В. А. Динамика станков: учебник М.: Машиностроение. 1967. 358 с.
