【高炉旋转布料器回转支承研究现状和发展历程综述5300字】

高炉旋转布料器回转支承研究现状和发展历程综述目录TOC\o"1-3"\h\u11926高炉旋转布料器回转支承研究现状和发展历程综述 1324641.1国外发展现状 1190751.2国内发展现状 2322521.3炼铁高炉上回转支承传动结构及工作原理 4319451.4高炉回转支承类型 5240391.5回转支承滚道和滚动体损伤的分析 71.1国外发展现状回转支承具有结构紧凑，运动稳定，工作精度高且承载能力强等特点。可承受不同方向，不同大小的不同载荷，是由外圈，内圈，保持架，滚动体，密封圈和润滑装置组成。国内和国外的学者和生产厂家都十分关注回转支承的故障产生的原因，以及如何提前预防故障的产生。提高回转支承的工作寿命，降低故障对产能的影响，如何利用数学方程表示回转支承的工作状态。如何利用实验和仿真来模拟回转支承的运行模式，还是一个值得研究的课题。对此，德国FAG公司针对不同类型的回转支承，进行了大量的疲劳寿命试验，实验表明，滚动体的类型和回转支承寿命长短有不可分割的关系，并根据不同的工况，提出了每种工况下最适合的回转支承类型。法国ADR等轴承公司，将不同的回转支承进行受力分析，并得到滚子滚动角速度不一致，滚子在回转支承接触过程中受力不均匀，都会导致滚子出现打滑，卡死等一系列故障的结论。国内外众多学者也对回转支承的失效原因进行了大量分析。波兰大学的LedriKineoa将所建立的模型导入有限元软件中，并用六面体单元对模型进行网格划分，通过仿真得到滚子在回转支承运动过程中最大应力和变形情况，以此来证明柱式回转支承的运动方式。ASHTEKER等人将不同滚动体应用到不同载荷下进行有限元仿真，得到了滚动体和内外圈及保持架的接触力变化，对分析滚子打滑和保持架是否保持稳定的关系进行了阐述。JoseLgnacioAmasorraina等将模型分别承受不同的轴向载荷，径向载荷和倾覆力矩，得到了滚子最大接触力和外载荷之间的力学求解公式。Amasorrain与Zupan等人将滚柱的角速度引入了回转支承性能的研究之中，得到了回转支承接触力和滚动体角速度之间的关系。Elliot等人将回转支承工作时出现的异常振动情况进行分析，得到了滚动润滑接触不良会影响回转支承滚道与滚动体运动情况和接触力的大小。Curtis等人通过对回转支承进行了模拟实验，发现减小滚子与轴承之间的摩擦系数，可以将因为失效所导致的严重磨损的滚子和滚道间的接触力进行抑制。Basta利用显微技术将已失效的回转支承材料进行金相显微观察，证明回转支承的滚道渗氮层会随着接触面之间接触力的增大而破坏。1.2国内发展现状近些年回转支承的故障和预防等问题也引起了国内大学和回转支承制造厂商的注意，并根据相应实验设备和模拟仿真进行了一系列的研究与实验验证，并以此得到了初步的影响回转支承寿命的重要原因。许丽华，侯宁将单排球式回转支承作为研究对象，并通过实验和分析得到了影响其使用寿命的众多因素。甘晓晔等利用信号处理等手段将低速重载回转支承进行特性频率分析，验证了时差定位和其逻辑定位。北京理工大学的韩静文等人将径向载荷，内圈转速，回转支承内外圈与滚子的摩擦因数，间隙比值等影响因素引入到高速圆柱滚子轴承的研究中。得出柱形滚子轻载，摩擦因数小会导致滚子在运行过程中出现打滑趋势。刘红彬等人将圆柱滚子轴承利用有限元软件ABAQUS建立滚子和滚道之间的柔性接触模型，分析了配合类型，轴承转速，以及所受载荷大小对滚子打滑速率的影响。崔立等人利用静力学和动力学相结合的分析方法，计算出工作状态下轴承的临界载荷，拟动力学方法的引入使得计算结果比单一拟静力学的计算结果更为精确。吉林大学的衣凰将挖掘机所使用滚柱时回转支承进行三维建模，并将模型导入虚拟样机软件ADAMS中进行动力学分析，模拟出回转支承在运动过程中滚子和滚道之间的接触力变化，为以后回转支承的动力学分析提供了重要参考依据。昆明理工大学的刘斌建立出挖掘机所使用的单排滚柱式回转支承，并使用虚拟样机软件对其进行动力学仿真，在仿真中输入计算出来的不同工况下回转支承的受力情况，得到了滚动体和内外滚道之间的接触力大小，以及其变化规律。为以后的回转支承多体动力学研究做出了贡献。重庆大学的孙伟将高炉布料器中的三排滚柱式上回转支承进行建模，利用虚拟样机模拟出齿轮和电机之间的啮合力，并将得到的力导入有限元软件ANSYS中计算出应力和应变，并结合传统理论公式进行计算验证仿真和模型的的正确性，将如何安装和回转支承的选型问题进行了归纳。原思聪等将异形高耸塔机的单排滚柱式回转支承进行建模，为了得到回转支承内不同角度，不同位置所受的接触力，将补偿系数法与冲激函数法思想代入虚拟样机软件ADAMS中进行动力学仿真分析，并将得到的结果进行分析，验证了冲激函数法的正确性；王洪涛等使用了自适应滤波技术用来检测回转支承中的初始故障，结合电参数来确定回转支承实时的工作状态，经过分析得到了大量的数据用来说明回转支承诊断方式的优劣，并详细介绍了如何通过技术手段采集所需实验数据，和实验数据的分类方式。初步对故障发生原因进行说明，为之后回转支承的安装，应用环境，设计和运行维护提供了大量的参考意见。张雪，张钢等为了得到回转支承滚动体表面应力和次表面应力，使用有限元软件ANSYSWorkBench对交叉滚柱型回转支承进行了应力应变分析，为回转支承的疲劳寿命分析提供了基础，并结合应力应变结果，对回转支承安装与使用提供了众多建设性意见。李芃为了得到单排球式回转支承载荷和转速对其接触力的影响，使用有限元软件中动力学仿真模块进行仿真，并和实际应用情况结合进行相应参数的设置，并介绍了其仿真所用的算法与应用方式，最终得到回转支承中滚珠和滚道随工况的变化，不同的应变与应力结果，为之后的单排滚珠式回转支承的应用与制造和选型提供了参考结果。郑昊天等通过使用虚拟样机软件ADAMS中二次开发模块，通过编程的技术手段将自己编制用来定义接触副的子程序扩展了ADAMS的功能，为之后轴承的动力学计算提供了便利。蒋旭君为了得到单排交叉滚柱式回转支承在径向载荷，倾覆力矩，轴向载荷以及联合载荷下回转支承内部的载荷分布使用了牛顿-拉夫森法将建立好的计算模型进行了“切片化”处理后进行静力学方程求解，并将计算所得到的结果与经验公式计算结果进行对比，验证了计算模型正确性，得出了不同载荷下游隙对滚动体接触力的影响，并对单排交叉滚柱式回转支承的设计制造以及寿命延长等方面进行了说明。1.3炼铁高炉上回转支承传动结构及工作原理结构简图如图1.2所示。高炉布料器位于高炉炉顶钢圈上，通过两种不同的传动方式进行多环布料，具体通过以下各零部件完成1-三相异步电机；2-上回转支承外齿；3-上回转支承；4-耳轴转套；5-曲柄；6-滚子；7水冷盘；8-溜槽；9-液压油缸；10-托圈；11-下回转支承；12-钢圈；13-自动润滑器；14；定心块；15-氮气密封装置；16-耳轴；17-中央喉管图1.2布料器结构简图布料器的主传动(角传动)和副传动(角传动)是两个互不干扰的独立驱动系统，通过两种不同驱动系统的配合使用，完成高炉内各个方位的布料要求。高炉布料器在结构上可以划分为三个部分。第一部分为气密箱内部分，主要为溜槽圆周方向摆动的传动机构和溜槽倾动的控制机构，第二部分为炉内机构，主要有溜槽及其支架和中心放料管。第三部分为气密箱外部分，主要为外齿式回转支承齿轮驱动部分，通过联轴器将减速电机密封箱的轴承盖相连，电机齿轮与回转支承外齿啮合完成布料溜槽在圆周方向的摆动。1.4高炉回转支承类型目前根据回转支承的自身形态可以将其分为三类分别为内齿式回转支承，无齿式，外齿式回转支承回转支承。具体见图1.3。（a）外齿式回转支承（b）无齿式回转支承（c）内齿式回转支承图1.3单排滚柱轴承结构三维图根据滚动体的形态和受力方式主要分为以下四种类型回转支承分别是单排四点接触球式，三排滚柱式，单排交叉滚柱式双排异径滚球式等。具体见图1.4。（a）单排四点接触球式回转内支承（b）三排滚柱式回转内支承（c）双排异径滚球式回转内支承（d）交叉滚柱式回转内支承图1.4单排滚柱轴承结构二维图根据滚子和内外滚道之间的接触类型划分回转支承的类型主要分为两种：点接触型和线接触型。点接触型回转支承的内外滚道形状都为圆弧形，为了配合其内部球形滚动体运转。而线接触型的回转支承，内外滚道形状皆为直线型，这是因为线接触型回转支承的滚动体为圆柱的缘故。线接触型回转支承相对于点接触性回转支承来说，滚动体和滚道之间有着更小的弹性压缩变形。更大的接触面面积会产生更低的接触应力，且柱形滚动体的刚性相比球形滚动体刚性更大，在运转时柱形滚动体和回转支承内外圈之间的倾角更小，更能承受较大的轴向和径向载荷和倾覆力矩。1.5回转支承滚道和滚动体损伤的分析造成回转支承失效的主要原因有，滚动体和滚道之间没有正确配合，且工作状态载荷超过其最大负载，回转支承所用材料的热处理不良，密封圈损坏，工作温度过大出现粘连等。以下将回转支承不同类型的损伤结果和造成其实小的原因一一举例，进行验证。1、回转支承滚道剥落回转支承在加工过程中，如果出现热处理不良的情况。就会造成回转支承滚道材料剥落的情况出现。这是由于滚道表面和材料内部硬度不同而造成的，在经历过淬火工序后，滚到表面硬度会升高，淬硬层过薄。在交接层中受到交变应力的作用就会造成材料成片状剥落。值得注意的是，滚道回火交接处，由于工序的处理不当，也会出现同等损伤。2、回转支承滚道和滚柱损伤（1）滚柱运行姿态失常或滚道与回转支承中心轴线偏斜导致滚子和滚道擦伤滚柱运行姿态失常通常是滚柱设计尺寸和连接螺栓是否出现松弛所引起的，过小的滚柱尺寸会导致内外圈接触出现问题，同理连接螺栓的松弛也会导致内外圈连接出现问题。从而导致运行过程中出现滚柱歪斜的情况。滚柱歪斜会使得滚柱上下对角线方向和滚道摩擦增大，出现卡住的情况，进而滚柱对角线方向的端面倒角处损伤，甚至使回转支承制动。（2）回转支承滚道表面淬火硬度不足，会造成部分滚道擦伤。（3）回转支承装配失误，滚柱滚道未按照正确姿态配合，导致滚柱或者滚道轴线发生偏斜，会造成滚圈滚道和滚子边缘损伤。3、回转支承滚道磨损（1）由于回转支承装配时没有注意清洁异物，导致砂石，尘土，金属颗粒等混杂在润滑油中，长时间运转过程中，异物会起到磨料的作用从而导致滚道和滚柱表层金属脱落，产生磨损。更换可靠的密封机构可有效阻碍异物对滚道的侵入，从而达到避免磨损的出现。（2）滚动体和滚道长期处于重载状态下并且出现干摩擦或润滑不良的情况，也会造成磨损的出现，出现这种原因的解决方法是，更换或补充润滑油，降低摩擦来提高回转支承使用寿命。4、回转支承滚道产生裂纹的原因（1）材料本身有缺陷或热处理不当（2）回转支承在工作状态时，接触疲劳应力过大也会产生疲劳性裂纹的出现。对交叉滚柱式回转支承来说单位接触压力过高会导致回转支承处于半摩擦或者干摩擦状态，进而产生滚珠和滚道的磨损，随着磨损程度的加大，滚柱滚道接触面积也会增大，单位压力降低，接触表面润滑条件得到改善，磨损程度得到控制。6、回转支承滚动体碎裂由于滚柱材料一般为轴承钢制作而成，需要经过1200度左右的高温进行退火处理，一旦退火温度过高，回转支承滚柱内部会出现过烧的缺陷，滚动体破裂时会首先进行材料的检测，除了生产时的缺陷，使用不当和安装错误也会造成回转支承滚柱碎裂，会使得回转支承内部在短时间受到的接触力急剧变化，过大的接触力可能会导致滚动体发生形变，进而不能正常完成回转支承的运转，不规则的滚动体会将滚道和滚动体接触部分表面金属材料刮去，严重的会造成滚道处厚度减薄，继续运转回转支承就会导致滚子破裂。本文所研究的单排交叉滚子回转支承能够同时承受较大的径向载荷，和轴向载荷，倾覆力矩和混合载荷，此类回转支承还需要考虑到游隙的大小对滚子受力的影响，过小的游隙会导致承受载荷的滚动体数量减少，单体滚动体承受过大载荷，会立刻摩擦生热，滚动体磨损程度加剧，在设计游隙的同时最好同时将润滑系统一并进行调整，润滑也是导致滚子碎裂的条件之一。回转支承的疲劳损伤其主要的表现为滚动体和滚道之间出现划痕，伴随着划伤可能还会有金属剥落的情况出现，严重损伤的回转支承内部会出现裂纹甚至金属剥落，而疲劳损伤的主要产生原因与其承受的载荷以及载荷变化的规律有关，回转支承所承受的交变载荷会使裂纹随时间的推移扩展到滚动体与滚道的表面接触处，导致回转支承滚到和滚动体出现局部剥落，滚子应力集中处出现碎裂等情况。