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一、板坯連鑄機(jī)軸承的應(yīng)用挑戰(zhàn)和傳統(tǒng)軸承的應(yīng)用不足
板坯連鑄機(jī)輥用軸承的應(yīng)用分為固定端和浮動(dòng)端兩種。目前的運(yùn)行環(huán)境和設(shè)計(jì)要求對板坯連鑄機(jī)輥?zhàn)咏M件設(shè)計(jì)提出了諸多挑戰(zhàn)，如：高達(dá)900°C的高溫，需要優(yōu)異的冷卻設(shè)計(jì)：高達(dá)6mm的軸向熱膨脹：高達(dá)100噸的載荷，需要盡量降低輥?zhàn)訌澢冃危晦D(zhuǎn)速較低，每分鐘1．5到15轉(zhuǎn)不等，使得軸承滾子與滾道間難以形成油膜等。這些苛刻的應(yīng)用環(huán)境對軸承提出了很高的要求，因此，軸承的運(yùn)行性能對連鑄機(jī)成本控制和可靠性至關(guān)重要。浮動(dòng)端軸承需滿足如下要求：尺寸緊湊且具有高靜態(tài)徑向承載能力；最大應(yīng)達(dá)到0．5°的抗偏心能力；具有正負(fù)6mm的軸向浮動(dòng)能力，補(bǔ)償輥?zhàn)拥妮S向熱膨脹；由于轉(zhuǎn)速較低，需在無潤滑油膜或少量潤滑油膜的工況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)；易于安裝、拆除和檢修。
調(diào)心滾子軸承在固定端表現(xiàn)良好，是固定端軸承的首選。但浮動(dòng)端軸承應(yīng)用受到很大挑戰(zhàn)。早期設(shè)計(jì)采用調(diào)心滾子軸承在軸承座內(nèi)浮動(dòng)的方案，但實(shí)際應(yīng)用效果不佳——在較高徑向載荷下，軸承進(jìn)行軸向浮動(dòng)時(shí)所需的軸向力會導(dǎo)致軸承受力不均。針對上述問題，目前有三種傳統(tǒng)的解決方案：一是帶特殊的滾子／滾道修型的圓柱滾子軸承，二是配置有球面襯套的圓柱滾子軸承(也稱作自調(diào)心型圓柱滾子軸承)，三是TOROIDAL軸承。這三種方案都具有一定的優(yōu)勢，但也存在各自的不足：或抗偏心能力不足，或承載能力低，或安裝拆卸困難等。理想的軸承需要兼具圓柱滾子軸承的軸向浮動(dòng)性能、調(diào)心滾子軸承的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)抗偏心性能，有足夠的承載能力，并且操作方便等優(yōu)點(diǎn)。
二、鐵姆肯公司新型ADAPT軸承設(shè)計(jì)、操作、技術(shù)性能及優(yōu)勢
總結(jié)前述幾種軸承的不足，經(jīng)過數(shù)年的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，鐵姆肯公司推出了一款全新的軸承產(chǎn)品——ADAPT軸承。
1．基本設(shè)計(jì)
ADAPT軸承的設(shè)計(jì)由圓柱形內(nèi)圈與獨(dú)特修型的滾子和外圈組成。基本結(jié)
其外圈滾道是球面形狀設(shè)計(jì)，滾子是帶有特殊修型的弧線形設(shè)計(jì)，而內(nèi)圈滾道是平面形設(shè)計(jì)(圓柱體)。上述獨(dú)特外形設(shè)計(jì)結(jié)合在一起，可形成“三點(diǎn)接觸”。具體來說，就是內(nèi)圈與滾子在單一位置互相接觸，而滾子與外圈在兩個(gè)位置接觸。外圈接觸位置以內(nèi)圈接觸位置為中心對稱分布，從而保證滾子受力時(shí)處于穩(wěn)定狀態(tài)。
ADAPT軸承還采用了帶保持架的滿裝滾子設(shè)計(jì)，在得到最高承載能力的同時(shí)，安裝操作方便，確保滾子不會散落。
2．軸承操作
在無軸向浮動(dòng)和偏心條件下，軸承的載荷與反作用力保持平衡。從圖2中可以看出，圓柱形內(nèi)圈軸向浮動(dòng)對載荷的分布沒有影響。當(dāng)存在偏心時(shí)，滾子對外圈的反作用力出現(xiàn)不平衡，滾子受到的載荷就會一端增加，另一端減少，如圖3所示。由于在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，滾子總是尋求載荷平衡，載荷高的一端的軸向組件會驅(qū)動(dòng)滾子運(yùn)動(dòng)，直至載荷重新平衡，滾子重新達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，
集成式軸承保持架，在軸承安裝拆卸過程中，箍住實(shí)心滾子，使其不會散落。軸承內(nèi)圈可單獨(dú)安裝在輥?zhàn)由希馊L子組件獨(dú)立安裝在軸承座內(nèi)，也可根據(jù)需要整體安裝。可分離內(nèi)圈的應(yīng)用，使得軸承安裝更為簡便，不需要將內(nèi)圈和外圈作為套件整體組合安裝。當(dāng)軸承保持架與可分離內(nèi)圈組合使用時(shí)，能快捷方便的檢查軸承滾子和滾道的損傷。
3．技術(shù)性能
ADAPT軸承滾子滾道接觸應(yīng)力分布模型顯示，承受應(yīng)力水平處于設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。
軸承樣品進(jìn)行了發(fā)熱量試驗(yàn)和壽命測試。測試結(jié)果顯示該設(shè)計(jì)是安全可靠的。被測軸承運(yùn)行溫度低于對比的調(diào)心滾子軸承的溫度，工作壽命長于ISO標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出的L10壽命。這些令人振奮的結(jié)果推動(dòng)了下一階段成品軸承的測試。
鐵姆肯公司與西門子奧鋼聯(lián)公司進(jìn)行了成品軸承測試的合作，在其商業(yè)連鑄生產(chǎn)線上進(jìn)行現(xiàn)場測試。成品軸承的現(xiàn)場測試結(jié)果與樣品軸承的測試結(jié)果大致相同： ADAPT軸承運(yùn)行溫度低于對比的調(diào)心滾子軸承的運(yùn)行溫度，實(shí)際壽命大大長于理論壽命L10。較低的運(yùn)行溫度意味著較小的內(nèi)部滑動(dòng)摩擦，實(shí)際壽命的延長和載荷當(dāng)量的提高意味著軸承的高可靠性。偏心測試結(jié)果證明在偏差度最高為 0．5°的情況下，滾子和保持架沒有超出外圈滾道之外。2011年1月，在矯直輥測試的TA4024VC3型號軸承成功實(shí)現(xiàn)了新的里程碑—— 100萬噸過鋼量。與此同時(shí)，在水平輥測試的TA4032VC3型號軸承運(yùn)行達(dá)到65萬噸過鋼量。測試目前仍在持續(xù)進(jìn)行中，預(yù)期軸承TA4024VC3運(yùn)行將超過270萬噸過鋼量，而軸承TA4032VC3運(yùn)行將超過400萬噸過鋼量。
4．優(yōu)勢總結(jié)
綜上所述，鐵姆肯公司ADAPT軸承，應(yīng)用于連鑄機(jī)輥?zhàn)泳哂懈叨瓤煽啃浴Ｆ鋬?yōu)勢總結(jié)如下：
①同時(shí)具有軸向浮動(dòng)和抗偏心能力。兩種能力相互獨(dú)立，互不干擾。在實(shí)現(xiàn)最大軸向浮動(dòng)的同時(shí)，仍可獲得較大的抗偏心能力，反之亦然。這是由獨(dú)特的內(nèi)外圈和特殊的滾子形狀來實(shí)現(xiàn)的。因此，軸向浮動(dòng)和偏心不會影響軸承的承載能力。在同時(shí)達(dá)到最大軸向浮動(dòng)和最大偏心時(shí)，承載能力不會降低，解決了傳統(tǒng)軸承軸向浮動(dòng)和抗偏心不能兼顧的不足，是連鑄機(jī)輥?zhàn)痈?dòng)端應(yīng)用的高效解決方案。
②滿裝滾子帶保持架的設(shè)計(jì)，使得軸承具有高承載能力，同時(shí)防止?jié)L子在操作過程中散落。相比于 TOROIDAL軸承，鐵姆肯公司ADAPT軸承采用帶保持架的滿裝滾子設(shè)計(jì)，有效防止軸承拆卸過程中的滾子散落。 TOROIDAL軸承拆卸過程中，滾子極易散落，使得整個(gè)軸承報(bào)廢，形成“一次性使用”。而ADAPT軸承不會發(fā)生滾子散落，軸承經(jīng)檢測合格可以再次使用。
③可分離內(nèi)外圈設(shè)計(jì)，使得軸承的安裝，檢查更方便。在軸承使用一段時(shí)間后，可以拆下軸承，分別檢查內(nèi)外圈，合格的組件可以保留，與其它組件組合，繼續(xù)使用。這對目前環(huán)境下鋼廠節(jié)省成本具有顯著的實(shí)際意義。
三、結(jié)論
經(jīng)測試證明鐵姆肯公司ADAPT軸承在連鑄機(jī)輥?zhàn)由系膽?yīng)用，具有非常可靠的性能。其設(shè)計(jì)也帶來了一系列傳統(tǒng)使用的軸承所不具有的優(yōu)勢。目前在中國市場上，已經(jīng)有一些鋼廠開始使用該軸承。我們相信鐵姆肯公司 ADAPT軸承能夠給我們的客戶帶來非凡的價(jià)值，并希望能為中國鋼鐵行業(yè)的節(jié)能增效貢獻(xiàn)一份力量!
軸承展-2017年廣州國際軸承及其裝備展覽會-2017 China(Guangzhou) Int’l Bearing and Equipment Exhibition
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