Modernizarea laminoarelor, îmbunătăţirea cilindrilor de lucru pentru operare la viteze extreme (I)

Operatorii de laminoare din industria metalurgică se află sub presiunea constantă de reducere a costurilor de producție în contextul unei piețe globale caracterizată prin fluctuații ale cererii. O modalitate obișnuită de a obține costuri competitive este creșterea productivităţii laminoarelor.

Productivitatea crescută poate fi obținută prin creșterea vitezei de laminare, definită ca viteza liniară (m/min) a benzii de tablă laminată care trece printre cilindrii de lucru ai unei caje cu patru cilindri (4-HI) (imaginea 1). Totuși, creșteri ale vitezelor de operare a laminoarelor nu pot fi applicate direct în laminoarele existente datorită riscului de uzură rapidă a cilindrilor sau a deteriorării rulmenţilor. Alte restricții pot apărea datorită limitei de viteză a grupului motopropulsor (motoare, reductoare simple și reductoare duble).

Viteza de rotație a cilindrilor de lucru este calculată pe baza vitezei liniare de laminare și este o funcție a diametrului tăbliei cilindrului. La o anumită viteză liniară de laminare, cilindrul de lucru are o viteză de rotație mai mare decât cilindrul de sprijin, datorită diametrului mai mic al tăbliei. În consecință, viteza de rotație crescută a cilindrului de lucru trebuie să fie evaluată cu grijă în raport cu performanța maximă proiectată a laminorului. Operatorii de laminoare au nevoie de asistență tehnică specializată pentru îmunătățirea cilindrilor de lucru în vederea operării la viteze de laminare extreme.

• IMAGINEA 1. Caja cu patru cilindri

Un rulment pentru cilindrii de lucru ai laminoarelor nu este selectat inițial pentru sarcina sa de bază, așa cum este cazul în cele mai multe aplicații. În schimb, principalii parametri de selecție (imaginea 2) pentru un rulment sunt impuși de constructorul laminorului:

• Diametrul tăbliei cilindrului - ØB, (nominal și minim)
• Diametrul fusului – ØN
• Lungimea tăbliei – L
• Cursa șurubului de presiune – X

• IMAGINEA 2. Parametrii de proiectare a cilindrului de lucru (Caseta din stânga-sus a fost demontata pentru a expune diametrul fusului cilindrului de lucru)

Aceste considerații dictează spațiul minim rămas (anvelopă) rezultat pentru casete și rulmenți. Inginerii de aplicații ale rulmenților încep prin a căuta rulmenți existenți care îndeplinesc criteriile de potrivire dimensională în anvelopa rezultată. Apoi, dintr-o listă a rulmenților potriviți, inginerul îi selectează pe aceia care îndeplinesc condiția de durabilitate L10 cerută de client.

În plus, geometria internă a rulmenților este evaluată prin raportarea la sarcina proiectată maximă și viteza de rotație maximă a cilindrului de lucru. Dacă niciun rulment existent nu satisfice cerințele clientului, poate fi actualizată geometria internă a rulmenților existenți sau poate fi proiectat un nou rulment.

Montare cu ajustaj cu joc

Montarea și demontarea rapidă a ansamblului casetă-rulment sunt necesare datorită nevoii de schimbare frecventă a cilindrilor de lucru. De aceea, un ajustaj cu joc între rulmenții radiali-axiali cu role conice și fusul cilindrului este o practică standard pentru cilindrii de lucru, indiferent de viteza de rotație. Inelele exterioare ale rulmentului trebuie să fie blocate axial în casete, iar inelele interioare trebuie montate cu un interstițiu axial cuprins între 0.5 și 1 mm de la fața inelului interior la fața piesei adiacente (imaginea 3).

•  IMAGINEA 3. Montare cu ajustaj cu joc

Deoarece diametrul fusului cilindrului este mai mic decât alezajul inelului interior de rul­ment, inelele interioare ale rulmentului vor avea tendința naturală de a se deplasa circumferențial în raport cu fusul cilindrului. Fusul cilindru­lui și alezajul inelului interior au practic aceeași viteză liniară atunci când sunt în contact unul cu celălalt. Viteza de rotație a inelului interior este puțin mai mică decât viteza de rotație a fusului cilindrului, așa cum este ilustrat în imaginea 4, datorită diferenței de diametru dintre fusul cilin­drului și alezajul inelului interior. De aceea, este extrem de important ca:

• Recomandările privind valoarea diametru­lui minim al fusului cilindrului să fie respectate, pentru a evita uzura excesivă a fusului cilindrului datorită acestei mișcări circumferențiale relative.
• Să existe întotdeauna un interstițiu axial între fețele inelelor interioare și fețele adiacente ale inelului de racordare al cilindrului de lucru, respectiv a inelului de siguranță al cilindrului de lucru, pentru a permite celor două inele interioare să se miște liber și să micșoreze uzura fețelor.

• IMAGINEA 4. Mișcarea circumferențială relativă între fusul cilindrului de lucru și inelul interior al rulmentului (Jocul din­tre fusul cilindrului de lucru și inelul interior este exagerat în mod intenționat în această schiță)

Dispunere de rulmenţi în montaj direct

Cel mai comun tip de rulment pentru fusul cilindrului este proiectat în jurul conceptului de montaj direct (Imaginea 5).

•  IMAGINEA 5. Dispunere de rulmenți în montaj direct

Inelele interioare sunt montate cu un ajustaj cu joc, de la un minim de 0.050 mm până la un maxim de 0.600 mm conform mărimii alezaju­lui. Proiectarea rulmentului „în montaj direct” impune ca inelele exterioare să fie blocate axial în casetă, pentru a rezista la încărcarea axială, indusă de forța radială Fr, în rulment și să păstreze în funcționare jocul axial încorporat, furnizat de distanțierul dintre inelele exterioare.

Proiectarea „în montaj direct” permite inele­lor interioare să rămână libere axial, ceea ce este necesar pentru a le permite să se miște circum­ferențial în raport cu fusul cilindrului.

Limitări de viteză

Limitările unei asemenea dispuneri de rul­menți sunt date de combinația dintre viteza și forța de laminare. Ansamblurile de rulmenți tip TQOW, montate pe fus cu ajustaj cu joc (vedeți imaginea 3 pentru dispunerea rulmenților TQOW), au fost selectate și utilizate de zeci de ani - cu rezultate satisfăcătoare - pentru fusurile cilindrilor din toate tipurile de laminoare care operează cu viteze medii. Majoritatea acestor laminoare, în funcție de sarcinile aplicate și condițiile mediului de operare, lucrează la viteze liniare de până la 800 m/min. Avem experiență, de asemenea, cu laminoare care funcționează la viteze liniare de 1000 m/min, sau mai mult.

• IMAGINEA 6. Uzura fețelor inelelor interioare

Totuși, atunci când vitezele de operație cresc, frecarea între inelele interioare ale rulmentului și fețele adiacente ale inelului de racordare al cilindrului de lucru, respectiv a inelului de siguranță, pot cauza o uzură severă a fețelor inelelor interioare ale rulmentului (imaginea 6). Coroziune cu apariția de exfoliere masivă, ia naștere în această zonă. Fisuri, de la căldura generată de frecare, apar și încep să se propage, de la fața frontal a inelului interior înspre alezaj și fața dorsală, putând fi urmate de o fractură a inelului interior. Rulmentul va fi complet deteriorat dacă laminorul nu este oprit și rulmentul schimbat. Timpul și costurile de mentenanță pentru înlocuirea rulmentului pot deveni parametri care limitează performanța laminorului.

Soluţia Timken pentru îmbunătăţirea cilindrilor de lucru care operează la viteze extreme

Sunt mai multe măsuri pe care Timken le sugerează pentru a preveni uzura excesivă dintre inelele interioare ale rulmentului și fețele adiacente ale inelelor de racordare a fusului cilindrului de lucru, sau inelelor de siguranță, la viteze de operare extreme.

1. Obțineți un interstițiu axial cuprins între 0.5 și 1 mm, în funcție de mărimea rulmentului, între fața inelului interior și piesa adiacentă (imaginea 3). Acest interstițiu împiedică uzura fețelor adiacente în timpul rotirii circumferențiale a inelelor interioare pe fusul cilindrului.

2. Diametrul umărului de reazem al inelului interior trebuie să aibă valoarea cea mai mare posibil. Diametrul exterior al pieselor adiacente (inelul de racordare și inelul de siguranță) ar trebui să fie situat la punctul de tangență al razei gulerului inelului interior.

3. Inelele de racordare și inelele de siguranță în laminoarele mai vechi prezintă, în general, frezări de lubrifiere pe fețe. În aceste cazuri, inelele interioare duble ale rulmenților nu au nevoie de asemenea frezări pe fețe (imaginea 7). Profilul și dispunerea tipice ale frezărilor de lubrifiere, găsite pe fețele inelelor de racordare și inelelor de siguranță în laminoarele mai vechi, sunt prezentate în imaginea 8. Timken poate evalua frezările de lubrifiere existente și poate oferi recomandări pentru numărul și geometria lor în condiții în care cilindrii de lucru operează la viteze extreme.

• IMAGINEA 7. Frezari de lubrifiere pe fețele inelelor de racordare a fusului cilindrului și pe fețele inelelor de siguranța

• IMAGINEA 8. Profilul uzual al frezarilorde lubrifiere gasite pefețele inelelor de racordare și a inelelor desiguranța

4. În laminoarele noi, practica standard de proiectare este ca frezările de lubrifiere să fie plasate pe fețele inelului interior al rulmentului. Acest lucru permite lubrifierea contactului între inelul interior și fețele pieselor adiacente (imaginea 9). Frezările de lubrifiere standard ale rulmenților Timken sunt plasate pe fețele inelului interior al rulmentului, așa cum este prezentat în imaginea 10. Muchia dintre frezare și fața inelului interior este rotunjită pentru a micșora uzura dintre piesele în contact.

5. Inelul de racordare și inelul de siguranță trebuie să aibă o duritate minimă de 50 HRC și o duritate acceptată cuprinsă între 55 și 58 HRC.

6. Suprafața de contact între fața inelului interior al rulmentului și piesa adiacentă de pe fusul cilindrului trebuie să fie lubrifiată în funcționare.

• IMAGINEA 9. Frezari de lubrifiere pefața inelului interior al rulmentului

• IMAGINEA 10. Profilul frezarilor delubrifiere oferite deTimken pe fețele ineluluiinterior al rulmentului

Sorin Tudor este Inginer principal aplicații - Departamentul inginerie pentru clienți - Timken Europe

Octavian Konnerth este Manager inginerie de service – Departamentul inginerie pentru clienți - Timken Europe (colaborator)