油膜轴承离心铸造论文(编辑修改稿)

油膜轴承离心铸造论文(编辑修改稿)内容摘要：

发展为国产油膜轴承提供了市场。 对轧钢机械而言，目前世界潮流仍以油膜轴承为主，因为与滚动轴承相比，在轧钢机械上油膜轴承具有承载能力大、摩擦系数小、抗冲击能力强、径向结构尺寸小、使用寿命长、运转精度高、综合成本低等特点。 轧机油膜轴承广泛应用于各类板带材轧机、线材轧机和钢铁、铜、铝、钛等有色金属轧机，逐渐取代滚动轴承而成为重要的承载部件，在轧制生产中具有突出重要的地位和作用。 世界范围内主要有两家大型轧机油膜轴承生产厂家，分别是中国的太原重型机械集团公司和美国摩根公司。 世界油膜轴承的格局不断发展变化，摩根公司继续保持较快的发展势头，为了限制太重产品的市场，摩根最近连续在中国申报专利、扩张市场，并在上海办厂直接利用品牌打进中国市场；德国、英国、日本一些生产轧机的厂矿也在多年生产油膜轴承的基础上开发自己的技术，已经有推出自主新 产品的趋向。 由于中国轧机油膜轴承润滑理论研究、油膜结构研究及制造技术研究与美国相比，尚有较大差距，导致产品技术水平和产品质量尚有较大差距，许多大型轧机仍采用美国摩根产品。 因此，在这样严峻的形式下，必须加强我国自主知识产权的新型油膜轴承的理论研究、实验和开发。 中国轧机油膜轴承技术，是在 “独立自主，自力更生 ”方针 指导下发展起来的。 回顾总结、研究中国轧机油膜轴承技术，对于认识、促进、发展中国轧机油膜轴承技术是有益处的。 轧机油膜轴承技术，是个系统工程技术，同时，也是个多学 科领域的综合性工程技术，它的发展速度 和所形成的配套能力，从 一个侧面反映了中国工业的发展速度与所达到的水平。 兹从运行技术、 制造技术、测试技术、理论研究、产品开发、成套能力等几个主要方面进行简要的论述。 1. 运行技术，包括轧机油膜轴承零部件的储放、清洗、安装、调试、运转、维修、诊断、管理等一整套知识与技能。 运行技术的正确运用，是轴承安全运行的可靠保证。 轧辊油膜轴承是一种滑动轴承，其原理是利用流体动压理论，轴旋转时，在轴与轴轧机油膜轴承巴氏合金离心浇铸过程的模拟 分析 4 承的工作区域形成一个完整的压力油膜，使金属脱离接触，形成纯液体摩擦。 轧辊油膜轴承的承载及运行精度，除与几何尺寸、轴承 转速、润滑油粘度有关外，与制造精度、材质选择也有很大关系。 油膜轴承主要由径向承载件、轴向承载件、锁紧装置、密封装置及其它零部件等 6个部分组成。 径向承载件主要是衬套和锥套，用于承受全部轧制压力。 轴向承载件主要由止推轴承、轴承箱、箱盖组件、轴承盒和盒盖等零件组成，用于承受轧制时产生的轴向载荷及轴承的轴向定位。 锁紧装置主要由机械式或液压式机构组成，其功能是将油膜轴承紧固在轧辊上。 密封装置主要由辊颈密封机构、静密封件等组成，其作用是防止润滑油外漏以及冷却水、乳化液等污物侵入轴承。 多家多机架轧机油膜轴承的投入运行，使我国轧机油膜轴承运行技术得以普及和提高。 在管理方面，有了一支专业化的技术人员和技术工人队伍，有专用的工作场地，油膜轴承工作间实行封闭，油膜轴承维修人员、润滑人员都有明确的岗位职责和操作规程，分工日益精细，管理更趋科学、规范。 由于轴承结构的改进和润滑系统的更新，在轴承安装调试和润滑系统的维护操作上，都比 50年代有了很大的进步，加之连轧机油膜轴承的成功使用，使运行技术向现代水平又靠近了一步。 油膜轴承的设计是在轧机方案设计、技术设计完成之后，根据轧机工作制度、轧辊尺寸、牌坊窗口尺寸及其他一些技术要求，计算轴承 的几何参数、运动参数、物理参数等。 对于不同的轧机类型，如中厚板可逆轧机、热连轧机、冷连轧机、有色金属轧机等，由于其速度、载荷、工作方式、轧制制度等不同，油膜轴承承载计算也各有不同。 一般来说，低速及可逆轧机油膜轴承计算属于刚流润滑理论，主要特点是不考虑轴承工作过程中的温升；高速及连轧机油膜轴承计算属于热一弹流润滑理论，计算特点是既考虑轴承的发热与散热、轴承中的热积累对性能的影响，又考虑到工作过程中主要受力件变形对轴承性能的影响。 为适应现代轧机大型、高速、重载、连续、自动的特点，油膜轴承特有的无键结构、快速液 压锁紧结构、双止推全对称结构、多肢迷宫密封结构、在线温度监控、动一静压结构等技术，能满足轧机承载能力、运转精度、工作稳定性方面的要求，成为轧机的核心部件。 了解和掌握当代国内外油膜轴承先进技术，对轧机油膜轴承的选型和使用有一定的指导作用，对提高钢厂装备技术水平和经济效益有着重要意义 2. 制造技术，我国轧机油膜轴承主要零件的研制，始于 50 年代后期，是在一无图样、二无资料、三无专有设备的情况下进行的。 第一章 引 言 5 研制轧机油膜轴承主要零件，并非易事，从材料选择、工艺路线、加工方法到专用工装设计与制造等有着一整套的工作程序。 从材料选择上，要考虑到锥套与减摩材料的配对，锥套的锻造工艺性，衬套钢套与减摩材料的结合，钢套的工艺过程；从工艺路线上，要满足锥、衬套的技术要求，同时还要利用已有加工设备， 这本身需要理论与实践的很好结合，比如，在钢套的内表面如何 进行物理 (包括机加工 )与化学处理，才能增加结合力；在加工 方法上，我们知道，锥套与衬套是民品中加工精度最高的，锥套 表面粗糙度为Ｒ ｍ (衬套为Ｒ m)，几何精度高，变形难以控制，表面粗糙度低，必须进行超精加工，表面不允许出现多棱柱、螺旋、振纹等；专用工装的设计与 制造，也是很重要的，是实现加工方法，保证加工精度的关键。 60 年代初期，完成了在普通机床上研制油膜轴承主要零件的制造。 60 年代末期，太原重机厂建成了轧机油膜轴承专业化生产车间，开始了我国整套制造轧机油膜轴承的新时期。 3. 测试技术，包括两部分：一部分为零件加工的测量技术，另一部分为试验研究中的测量技术。 由于油膜轴承主要零件的加工精度高，要求测量精确、快捷。 为了达到这一要求，首先要有高精度的测量仪器 (具 )和与之相配套的辅助仪器 (具 )，同时，对加工中的测量和加工完成后的质检测量，必须执行科学的测量方法和具 有娴熟的技术。 为此，除了购买、定制高精度测量仪器 (具 )外，还设计、制造了专用仪器 (具 )及附具，执行一套科学的测量方法和程序。 这就保证了测量重复性好，精度高。 为深入了解油膜轴承工作时的参数情况，探讨规律性，太原重机厂从 1972 年开始做了大量的试验室的台架测量和轴承在实际工作运行中的承载、转动、耗电、供油等外部内部参数的测量工作。 测试范围，包括轴承内部工作区域的油膜压力场、油膜厚度场和油膜温度场等，这些场量的测量属于非常规性的，从测量传感器到二次仪表，均无现成的可买，所以，要自行研制。 以太原重机厂强度试验室为 主体，建成一支专业测试队伍，与清华大学等单位联合攻关，进行了测试技术和仪器仪表的研究、研制工作，先后进行了电阻式、电感式、电容式和电涡流式测试技术与 一、二次仪器的研究和研制，并成功地获得了大量数据，重复性好，规律性强，测量精度高。 同时，还对相关技术，包括定标、抗干扰、回转信号的输送，以及多种信号的同步测量、记录、打印等进行了研究和应用。 4. 理论研究，在轧机油膜轴承主要零件研制成功后，原机械部把产品开发与理论研究的任务同时下达给太原重机厂， 60 年代初期的理论研究工作，主要是产品的设计计算，轧机油膜轴承巴氏合金离心浇铸过程的模拟 分析 6 其基础是以经验 为主。 随着轧机装机水平的不断提高，带动了轧机油膜轴承的理论研究工作，真正自主开展理论研究工作，始于 1974 年。 当时的主要工作是探讨工作机理，从经典润滑理论建立数学模型，数值计算方法，准解析方法等，把理论研究又引深一步。 鉴于经典理论的油膜峰值压力达 100MPa 以上，继而进行了弹流理论的应用研究工作，当时，研究弹流的一些学者，只注重了反形接触的高副弹流的研究，而对滑动轴承，认为是非典型弹流问题，甚至有人认为重载油膜轴承不属于弹流范畴。 经过深入研究后，发现膜厚 的周向分布出现了明显的 “ 颈缩 ” 这一弹流理论中特有的 现象，膜后的轴向分布也异于经典理论，油膜压力峰值位置后移，而且，偏心率可以计算到 ε 1，证实了轧机油膜轴承润滑理论属于弹流问题。 随着现代连轧机向高速重载方向发展，继而又进行了热 — 弹流理论的研究。 同时，也比较深入地进行了静 — 动压润滑理论的研究工作，设计开发了我国首套静 动压油膜轴承。 5. 产品开发，我国设计开发轧机油膜轴承，其基础是前苏联 50 年代初期制造的轴承产品和一点工厂资料。 当时的轧机油膜轴承，从性能上来说，只适用于低速轧制；从结构上来说，比较陈旧，装拆、维护都很不方便。 从 60 年代中期开始，我国自行设 计制造厚板、特厚板轧机和 1700mm 热、冷连轧机，在当时的国际环境下，轧机轴承只能自行研制，由于特大型滚动轴承制造困难，就都采用了油膜轴承。 第一代国产轧机油膜轴承，以 4200mm 特厚板轧机的 φ 1300mm 油膜轴承为代表，属于低速重载，只是在结构上较苏式 油膜轴承有了较大改进 ,第二代国产轧机油膜轴承，以 1700mm 热、冷连轧机的 φ 1100mm 油膜轴承为代表，轧机速度提高了，结构设计改进了，装拆的快速性改善了；第三代国产轧机油膜轴承， 以 650mm板轧机的 φ 500mm静一动压油膜轴承为代表，轴承性能显著改善 ，承载能力提高了一倍，结构设计也趋完善，接近摩戈伊尔轴承，是世界上继美国、前苏联之后第三个独立设计制造静一动压油膜轴承的国家。 我国轧机油膜轴承的独立开发能力，仅次于美国和前苏联，但从静 — 动压油膜轴承的深入研究与形式选择来说，我们优于他们。 比如说，关于油腔的设计，美国采用中央一个油腔，前苏联采用四个油腔，而我国采用轴向对称双油腔 式，直到 1994年，美国的静一动压油膜轴承才由单油腔改进为双油腔式，可见一斑。 标志轧机油膜轴承当代水平的是 90 年代初为酒泉钢铁公司研制的 φ 1350mmTZ 牌油膜轴承，采用了对称双油腔 静 动压油膜轴承液压锁紧、新型回转密封、双向止推及快速装拆等先进技术。 6. 成套能力，中国轧机油膜轴承，共采用过三种类型：纯静压、纯动压、静 — 动压。 纯静压油膜轴承未在轧机行业得到推广，纯动压油膜轴承被广泛地应用在各类可逆轧机第一章 引 言 7 及热连轧机上，静 — 动压油膜轴承主要用在冷连轧机上，也采用在强化轧制的可逆轧机上。 评价这三类油膜轴承的成套能力，以静 — 动压油膜轴承为代表： (1) 轴承本体的设计与制造，在设计上，油腔形状、大小、数量、位置的确定，轴承主要参数的选择，静压系统压力、流量、粘度的确定，数值计算、选优，以及 在制造上保证高承载能力、高运转精度等，都能自行完 成，并为用户提供 AGC 系统所需要的油膜厚度变化修正曲线； (2) 超高压供油系统，在系统设计上，可以根据轧机的不同轧制制度，设计出适应要求、安全可靠的超高压供油系统，并与轴承设计一起确定经济合理的压力 —流量参数，还在系统中装备一套保证四个轴承中各油腔压力均衡的特殊装置。 在超高压元器件上，80 年代初，我国即已研制成功了工作压力为 100MPa、流量为 10L／ min 的泵、集 —分流器、泄荷阀、压力表、软管、快速接头等，实现了国内自行成套，并投产使用。 (3) 液压锁 紧与快速装拆，快速装拆，在 70 年代末期即开始用于产品，满足现代轧机， 特别是连轧机的使用要求。 为更好地控制锥套轴向压紧力及快捷、安全的装拆，80 年代初，即开始研制液压锁紧装置，现已成功地运用在产品上。 (4) 回转密封，现代轧机，特别是连轧机，轧制速度不断提高，对轴承回转密封的要求也越采越严格。 在吸纳当代各种回转密封优点的基础上，逐步改进形成了我国的回转密封形式，从模具设计、胶料配方、硫化工艺、理化检验与成品测试等都成熟配套。 从以上所列举的六个方面，不难看出，我国能成套设计制造动压、静 — 动压轧机油膜轴承及 动压、静压供油系统，满足各类现代轧机的要求。 可以这样说，中国轧机油膜轴承技术，已经成为一个完整的系统工程技术，中国轧机油膜轴承技术是独立发展起来的，是中国轧机油膜轴承工作者紧密配合，共同努力的结果；当前，又融进了外国的先进制造技术，正在向更高的境界迈进。 轧机油膜轴承与滚动轴承相比 ,有许多不同之处 ,主要有以下一些特点。 承载能力大 :承载能力的大小 ,是与滚动轴承相比较而言的。 相比的条件是 :轴承的外径尺寸相同 ,或者说 ,与轴承相配合的轴承座内孔直径的尺寸相同。 具体地说 ,是指油膜轴承衬套外径与滚动轴承的外径尺寸相同。 为便于说明 ,引用苏联的一个资料 (见表 11)。 从这个表里 ,可以看到油膜轴承的承载能力远比滚动轴承大。 可以看出，油膜轴承的承载能力大约是滚动轴承的 倍。 使用寿命长 :从原理上说 ,油膜轴承是液体摩擦轴承 ,是不会发生磨损的 ,实际上 ,即使是正确地使 用和妥善地维修 ,也是要发生磨损的 ,只是很轻微而已。 油膜轴承的理论寿命为 15年～ 20年 ,实际寿命要比理论的短些 ,国内一架轧机上的￠ 600 mm油膜轴承 ,衬套的轧机油膜轴承巴氏合金离心浇铸过程的模拟 分析 8 一个工作面用了 6年～ 7年还未见一点损坏。 而滚动轴承在轧机上的使用寿命 ,就短得多了。 目前轧机上油膜轴承的寿命 是滚动轴承寿命的几十倍。 结构尺寸小 :结构尺寸小 ,是指在相同承载能力下 ,油膜轴承轮廓尺寸要比滚动轴承小。 这一优点 ,一直未被人们重视 ,但这却是一个很大的优点。 一般地说 ,当辊身直径相同时 ,轧机牌坊的窗口尺寸也相同 ,但油膜轴承尺寸小 ,轴承座上的余地大 ,这样 ,就可以在轴承座的空余地方设置轧辊平衡缸、弯辊。