Timken prezintă o soluţie inovatoare pentru rolele cajelor verticale de laminor (produse lungi – profile structurale – profile I) (I)

Transmisii Mecanice

de Sorin Tudor

Timken prezintă o soluţie inovatoare pentru rolele cajelor verticale de laminor (produse lungi – profile structurale – profile I) (I)

Produsele lungi includ bare cu profil rotund, sârmă, profile din oțel cu destinație generală și profile din oțel cu destinație specială. Produsele lungi au forma secțiunii transversale constantă pe toată lungimea lor, dar pot avea o grosime variabilă a secțiunii transversale. „Profile structurale” reprezintă termenul general aplicat formelor de laminate ce includ umeri, în care cel puțin o dimensiune a secțiunii lor transversale este de 76 mm sau mai mare. Profilele structurale pot fi proiectate sub formă de grinzi cu profil I greu, grinzi cu profil I standard, profil cornier, profil U, profil T și profil Z. Alte forme includ grinzile cu profil H, gușeurile, plăcile și eclisele cu profil de îmbinare, precum și profilele concepute pentru scopuri speciale. Aceste produse sunt utilizate în construcția de poduri, clădiri, nave și material rulant, precum și pentru numeroase alte scopuri constructive.

1. Producţia de profile I

1.1. Gama de produse

Grinzile cu profil I (numite uneori și grinzi cu profi l H) sunt considerate profile structurale și au o secţiune transversală în formă de I sau H. Elementele orizontale ale profi lului „I” sunt cunoscute sub numele de „umeri sau aripi”, în timp ce elementul vertical care le unește este denumit „inimă”. Standardul european de forme de grinzi cu profi l I include IPE (Grinzi cu profi l I european), IPN (Grinzi cu profi l I standard), HD (Grinzi cu profi l H cu aripi foarte groase), HE (Grinzi cu profi l H european cu aripi subţiri), HL (Grinzi cu profi l H european cu aripi subţiri de lăţime mare) și HP (Grinzi cu profi l H cu aripi normale). Aceste forme sunt prezentate pentru informaţii în figura 1. Vă rugăm să consultaţi standardele grinzilor cu profil I pentru dimensiunile efective.

Figura 1: Formele grinzilor cu profil I europene

Standardul SUA de forme de grinzi cu profil I include forme în W (Grinzi cu profil H americane cu aripi foarte groase), forme WT și forme HP (Grinzi cu profi l H americane cu aripi normale). Acestea sunt prezentate în figura 2.

Figura 2: Formele grinzilor cu profil I SUA

1.2. Echipamente de laminare

Producţia de grinzi cu profil I implică o serie de procese care includ încălzirea blumului înainte de laminare, laminarea semifabricatului la conturul și dimensiunile corespunzătoare, tăierea la cald până la lungimi care pot fi manipulate, răcirea la temperatura atmosferică, îndreptarea, tăierea la lungimea comandată, inspectarea și transportul.

Figura 3: Grupul DPF (degroşare, profilare şi finisare)

Operaţia de laminare este, de obicei, distribuită între mai multe caje în laminor:

  • Caja de laminare a semifabricatului, unde se obţine semifabricatul ţaglă al grinzii cu profil I.
  • Două sau trei grupuri de caje DPF (degroșare, profilare și finisare), fiecare grup DPF conţinând mai multe seturi de caje de laminare. Un grup de caje DPF este dispus în formă de tren, așa cum se arată schematic în figura 3.

Caja de degroșare, așa cum se arată în figura 4, constă din doi cilindri orizontali, acţionaţi cinematic, care influenţează secţiunea transversală a inimii, și din două role cilindru verticale, care acţionează asupra aripilor grinzii cu profil I. Toţi cei patru cilindri sunt poziţionaţi într-un singur plan vertical și sunt reglabili. Rolele cilindru verticale din această cajă sunt profilate, creând, în secţiune, forma caracteristică de „os” a grinzii cu profil I. Caja de degroșare este responsabilă pentru cea mai mare parte a deformării ce are loc în semifabricat în timpul laminării, astfel încât aici apar cele mai mari reduceri ale secţiunii transversale.

Caja de profilare constă din doi cilindri orizontali. În această cajă are loc o reducere foarte mică a secţiunii semifabricatului, în schimb, caja este responsabilă de controlul formei grinzii cu profil I – în particular, a formei aripilor.

Caja de finisare, prezentată, de asemenea, în figura 4, constă din doi cilindri orizontali, acţionaţi cinematic, care influenţează secţiunea transversală a inimii, și din două role cilindru verticale, care acţionează asupra aripilor grinzii cu profil I. Toţi cei patru cilindri sunt poziţionaţi într-un singur plan vertical și sunt reglabili (configuraţia este similară cu cea a cajei de degroșare). Cilindrii din această cajă sunt de formă pur cilindrică și sunt responsabili pentru controlul dimensiunilor finale ale grinzii cu profil I. Caja de finisare este folosită numai la trecerea finală a semifabricatului prin cajele DPF.

Figura 4: Caja de degroşare şi caja de finisare

2. Rolele cilindru verticale

2.1. Prezentarea generală a aplicaţiei

Echipamentele moderne de laminare a grinzilor cu profil I necesită mai multă durată de viaţă și fi abilitate decât oricând. Cerinţele tehnice ale produsului finit au fost esenţiale pentru dezvoltarea noilor laminoare de mare viteză. În special, aplicaţiile rolelor cilindri verticale au fost cele mai importante.

Selecţia rulmentului pentru poziţia rolei cilindru verticală se bazează pe spaţiul disponibil între cei doi cilindri orizontali. Rulmentul este montat în interiorul rolei cilindru și funcţionează cu inelul interior nerotitor montat pe un ax și cu inelul exterior al rulmentului aflat în mișcare de rotaţie împreună cu rola (fi gura 5). Sarcina principală este radială; încărcarea axială este relativ mică. Rola cilindru verticală este acţionată prin frecare la contactul acesteia cu grinda cu profil I. Sarcinile de șoc sunt generate atunci când grinda cu profil I intră între cilindri. Ca urmare, rola cilindru trebuie să aibă un exterior dur pentru a reduce uzura și un miez elastic pentru a absorbi sarcinile de șoc fără a se fisura.

Figura 5: Rolă cilindru verticală

2.2. Montarea

Aceste aplicaţii utilizează tipul de rulment radial axial cu role conice, cu diametrul exterior cuprins între 200 și 600 mm (aproximativ 8–24’’). Soluţiile constructive de rulment includ: tipul TDO (pe două rânduri de role, cu inel exterior dublu), 2TS-IM (doi rulmenţi cu un rând de role, montaţi în O), TQO (pe patru rânduri de role) și TQI (pe patru rânduri de role). Componentele principale ale rulmenţilor radiali axiali cu role conice sunt prezentate în fi gura 6. Rola cilindru verticală este o aplicaţie în care inelul exterior al rulmentului este componentul rotitor, fapt care face necesară montarea cupei cu ajustaj cu strângere, pentru a evita rotirea relativă faţă de rolă. Deoarece sunt staţionare, conurile sunt montate cu joc pe ax.

Figura 6: Componentele rulmentului radial axial cu role conice (este prezentat aici tipul TDO)

2.3. Etanșarea

O etanșare cu labirint este localizată pe faţa rolei, în partea sa superioară, pentru a împiedica intrarea directă a apei și a ţunderului în rulment. Un aranjament de etanșare similar poate fi folosit în partea inferioară a rolei. În funcţie de proiectul cadrului cajei, poate fi prevăzută suplimentar și o manșetă de rotaţie cu buză de etanșare.

2.4. Lubrifierea

Lubrifierea cu unsoare sau prin sistemul ulei-aer se aplică în mijlocul rulmentului prin găurile din inelul distanţier dintre conuri. Din cauza mediului de operare foarte dur, rulmentul este de obicei conectat la un sistem de lubrifi ere continuă.

2.5. Problemele aplicaţiei

Trebuie să se acorde o atenţie deosebită calculului duratei de viaţă la oboseală a rulmenţilor, evaluării lubrifianţilor și verificării tensiunii de contact dintre role și căile de rulare ale inelelor rulmentului, în cazul unui rulment montat într-o aplicaţie de rolă cilindru verticală. Defectele în rulmenţi se dezvoltă rapid în situaţiile de supraîncărcare sau de lipsă de lubrifiere din cauza dificultăţilor de lubrifiere a rândului superior al rulmentului. Figura 7 prezintă exemple de defectare a rulmenţilor cauzate de acești factori.

Figura 7: Defectarea unui rulment montat într-o rolă cilindru verticală

3. Evoluţia aplicaţiei

3.1. Utilizarea rulmenţilor radiali axiali cu role conice pe patru rânduri tip TQO

Din punct de vedere istoric, aceste aplicaţii au utilizat rulmentul tip TQO, un rulment cu role conice pe patru rânduri, conceput așa cum se arată în figura 8. Construcţia sa constă din două conuri duble asamblate cu role conice și colivii, un inel distanţier între conuri, două cupe simple, două distanţiere între cupe și o cupă dublă.

Figura 8: Construcția rulmenților tip TQO

Rulmentul tip TQO este proiectat în jurul conceptului de „montaj direct”.

Conceptul de montaj direct este prezentat schematic în figura 9, pentru un rulment pe două rânduri de role. Cupele sunt blocate axial în poziţie pentru a face faţă sarcinii axiale (Fai), indusă de sarcina radială (Fr) din cadrul rulmentului și pentru a menţine jocul axial încorporat, pe care îl dimensionează valoric distanţierul dintre cupe. Utilizarea conceptului de montaj direct permite conurilor duble să rămână libere (neblocate) axial.

Figura 9: Conceptul de montaj direct

Figura 10 prezintă imaginea unei role cilindru verticală care utilizează un rulment tip TQO.

Figura 10: Imagine de rolă cilindru verticală cu rulment tip TQO

Spaţiul, pe direcţie verticală, disponibil într-o rolă verticală, între rolele orizontale superioară și inferioară, este limitat, după cum am văzut în figura 4. Limitarea spaţiului determină restricţii dimensionale pentru lăţimea rulmentului și grosimea capacului de reazem exterior. În consecinţă, au apărut probleme legate de blocarea axială a cupelor rulmentului. În prezenţa unei sarcini radiale, care induce o sarcină axială, cupele simple au tendinţa de separare (deblocare) axială, ca urmare a deformării capacelor de reazem exterioare, cauzată de secţiunea subţire a acestora. Acest lucru duce la supraîncărcarea celor două căi de rulare centrale, ceea ce reduce capacitatea rulmentului de a rezista la sarcini mari. Stabilitatea lagărului este de asemenea redusă din cauza distanţei mici între centrele efective de simetrie ale celor două căi de rulare centrale. Garniturile, montate în capacele de reazem, sunt limitate în eficienţa funcţională de aceleași considerente de spaţiu restrâns și reduc, la rândul lor, durata de viaţă a rulmenţilor. Jocul axial excesiv poate apărea în rulment în timpul procedurii de asamblare, dacă conurile nu sunt rotite corespunzător pentru a permite așezarea rolelor. Acest lucru, împreună cu separarea (deblocarea) axială a cupelor, reduce considerabil durata de viaţă a rulmentului.

3.2. Utilizarea rulmenţilor radiali axiali cu role conice pe două rânduri tip TDO

Pentru a corecta aceste probleme, inginerii au încercat în continuare să utilizeze rulmenţi radiali axiali cu role conice pe două rânduri, tip TDO. Construcţia tip TDO este prezentată în figura 11. Rulmentul este compus din două conuri simple, asamblate cu role conice și colivii, o cupă dublă și un inel distanţier între conuri.

Figura 11: Construcția rulmenților tip TDO

Rulmentul tip TDO este proiectat în jurul conceptului de „montaj indirect”, prezentat schematic în figura 12. Conurile sunt blocate axial pentru a fixa rulmentul și pentru a rezista la sarcina axială (Fai) indusă de sarcina radială (Fr). Această configuraţie face inutilă blocarea cupelor, aceasta fiind totuși necesară doar pentru poziţionarea axială a rolei cilindru în cadrul cajei.

Figura 12: Conceptul de montaj indirect

O imagine a unei role cilindru verticală folosind un rulment tip TDO este prezentată în figura 13. Cupa rulmentului este montată cu ajustaj cu strângere în alezajul rolei cilindru. Sarcina axială indusă este preluată de umărul solid al axului și de piuliţa de blocare. Stabilitatea lagărului este mărită datorită distanţei mai mari existente între centrele efective de simetrie ale celor două căi de rulare ale rulmentului tip TDO.

Figura 13: Imaginea unei role cilindru verticale echipată cu rulment tip TDO

În timp ce sarcina de bază a rulmentului radial axial cu role conice pe două rânduri poate fi mai mică decât cea a unui rulment pe patru rânduri, în situaţia apariţiei unor încărcări mari, aceasta este mai mare decât sarcina de bază pe cele două rânduri centrale ale unui rulment tip TQO. Rulmenţii pe două rânduri oferă și alte avantaje, cum ar fi o distribuţie mai bună a sarcinii între rânduri (doar două rânduri de role, faţă de cele patru rânduri ale rulmentului tip TQO), mai puţine componente pentru asamblare, mai mult spaţiu pentru etanșare și o demontare mai ușoară. Capacele de reazem trebuie să se potrivească cu sistemul de etanșare tip labirint. (Continuare în numărul următor)


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.