Анализ снижения надежности зубчатых венцов цементных печей

Аспирант БГТУ им. В. Г. Шухова Антонов

Д.т.н., профессор Бондаренко Ю.А.

К.т.н., доц Санина Т.М.

I. Введение

Развитие народного хозяйства РФ в условиях развития рыночных отношений требует разработки прогрессивных новых технологий. Передовые новые технологии можно внедрять на основании модернизированного оборудования, которое требует больших материальных затрат.

В промышленности используют печи. большого диаметра и большой массы. Важнейшим фактором повышения работоспособности и эксплуатационной надежности крупногабаритного оборудования являются точность его монтажа, профилактические своевременные ремонты и техническое обслуживание, своевременный ремонт изношенных узлов и агрегатов [1, 2, 3].

II. Постановка задачи

Вращающаяся цементная печь представляет собой полый стальной цилиндрический корпус (барабан), футерованный внутри огнеупорными плитами и вращающийся вокруг своей оси. Барабан имеет наклон к горизонтальной оси и поэтому материалы, загружаемые в него, перемещаются при его вращении. Барабан выполнен сварными или плавающими бандажами, установленными на роликовых опорах с подшипниками качения. Печи оснащаются упорными роликами и гидроупорами, системой смазки и электрооборудованием.

Приставной станок для обработки крупногабаритных деталей, позволит обеспечить качество и повысить работоспособность агрегата.

III. Результаты

Вращающиеся печи малого типоразмера применяют для производства керамзита, для обжига извести и гипса. В более крупных вращающихся печах выполняют обжиг каустического и металлургического магнезита и шамота. Наибольшее распространение вращающиеся печи получили при производстве цементного клинкера. На рис 1 представлен узел вращающейся печи, в которой производят клинкер. Печь приводится во вращение от электродвигателей, соединенных муфтами с редукторами, передающими вращение ведущим венцовым шестерням. Венцы цементных печей — это сложные по конструкции изделия. Они испытывают большие нагрузки при работе печи и отличаются особыми требованиями к качеству стали.

Рис. 1. Узел цементной вращающейся печи

Износ зубчатых венцов представляет собой серьезный дефект, который должен быть устранен сразу же после обнаружения, так как дальнейшая эксплуатация цементной печи может привести к аварийной ситуации [4]. Наиболее распространенными видами разрушения поверхностей трения зубчатых колес являются контактное усталостное выкрошивание, износ, поломка, образование трещин[5].

Поломка зубьев зубчатых венцов – это один из наиболее опасных видов разрушения, приводящий к выходу из строя всей передачи. Причина возникновения этого дефекта – образование усталостных трещин в зоне концентрации напряжений при длительной циклической нагрузке. Поломка зуба также может произойти в результате больших перегрузок статического и ударного действия. Поломка зубьев характерна для открытых передач (рис.2).Поломки от перегрузок могут быть вызваны износом зубьев венца, приводящим к их ослаблению и к росту динамических нагрузок, концентрацией нагрузки по длине зуба, возникающих из-за погрешностей изготовления.

Рис.2. Поломка зуба

Усталостное выкрошивание – характерный вид разрушения поверхностей зубьев при хорошей смазке. Этот дефект не является основным для зубчатых венцов, т.к. наиболее характерен для закрытых передач. Выкрошивание начинается вблизи зоны однопарного зацепления вследствие длительного действия переменных контактных напряжений, вызывающих усталость материала зубьев, при этом появляется контакт с последующим быстрым износом или задирами поверхностей, которые с течением времени увеличиваются и превращаются в раковины. Выкрошивание может иметь ограниченный характер вследствие приработки зубьев. Усталостное выкрошивание и расслоение зубьев зубчатого венца приведено на рис. 3. Расслоение (отслаивание) твердого поверхностного слоя зубьев, подвергнутых поверхностному упрочнению, наблюдается при недостаточно высоком качестве термической обработки, когда внутренние напряжения не сняты отпуском, при перегрузках, когда хрупкая корка зубьев не имеет под собой прочной сердцевины.

Рис.3. Усталостное выкрошивание и расслоение

Образование раковин и пластический сдвиг представлен на рис. 4. Пластический сдвиг возникает у тяжелонагруженных тихоходных зубчатых передач. При перегрузках на поверхности зубьев появляются пластические деформации со сдвигом металла в направлении скольжения.

Рис.4. Образование раковин и пластический сдвиг

Трещины на ободе зубчатого венца (рис. 5) обычно появляются у основания зубьев на той стороне, где от изгиба возникают напряжения растяжения

Рис.5. Трещина обода зубчатого венца

Нахождение причины повреждения зубчатого венца позволяет разработать комплекс мероприятий по восстановлению его работоспособности для повышения долговечности и надежности. Ремонтные службы цементных заводов проводят оценку степени повреждения и общего состояния зубчатого венца путем визуального осмотра и обосновывают необходимость восстановления зубчатых венцов. При этом большее внимание уделяют характеру повреждений рабочих поверхностях зубьев.

IV. Выводы

Повышение качества обработки деталей на металлорежущих станках – наиболее эффективный путь сокращения трудоёмких пригоночных работ при сборке машин. Исключение или сокращение пригоночных работ в технологии тяжёлого машиностроения значительно улучшает качество сопрягаемых поверхностей в собранном узле или машине с одновременным повышением уровня механизации трудоёмких ручных пригоночных работ. Повышение качества обработки деталей на металлорежущих станках обеспечивает значительный эффект не только на заводе-изготовителе, но и при монтаже крупных машин.

Литература

1. Федоренко М.А. Повышение эффективности и работоспособности крупногабаритнного вращающегося оборудования производства сыпучих материалов (монография) Прогрессивное машиностроительное оборудование. Коллективная монография./Под ред. А.В.Киричека.-М.: Издательский дом «Спектр», 2012.-С. 159-209.

2. Энергосберегающие методы восстановления работоспособности оборудования промышленности строительных материалов (монография) Белгород: Изд-во БГТУ, 2011 г., 162 с. Федоренко М.А., Бондаренко Ю.А., Санина Т.М.

3. Бондаренко Ю.А. Восстановление работоспособности крупногабаритных мельничных агрегатов приставными станками (монография) Технологическое обеспечение качества и ресурса при изготовлении, сборке, ремонте и восстановлении. Коллективная моно-графия./Под ред. А.В.Киричека.-М.: Издательский дом «Спектр», 2012.-С. 43-72.

4. Федоренко, М.А. Конструктивно-технологические методы и способы восстановления работоспособности цементных вращающихся печей. Монография. [Текст]/ М.А. Федоренко// Белгород, изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2007. 193 с

5. Бондаренко Ю.А. Механическая обработка крупногабаритных зубчатых колес без демонтажа с агрегата [Текст]/ Ю.А. Бондаренко, Т.М. Санина, А.П. Смирных, В.В. Дмитриев// Технология машиностроения, № 2, 2013. с. 43-45. ISSN 1562-322Х