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        3MW風(fēng)電主軸軸承淬火油槽設(shè)計(jì)

        2015-11-16 06:04:22孫茂林姚艷書
        金屬加工(熱加工) 2015年11期
        關(guān)鍵詞:插式油槽電主軸

        ■孫茂林,姚艷書

        近幾年,隨著我國(guó)風(fēng)力發(fā)電新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,風(fēng)力發(fā)電軸承由1.5MW發(fā)展到3MW,風(fēng)電軸承的使用壽命為20年,所以對(duì)軸承熱處理的要求非常高。3MW風(fēng)電主軸軸承,為我公司在國(guó)內(nèi)首次開發(fā)研制,采用G20Cr2Ni4A滲碳鋼制造,軸承重量為3t,外徑2.5m,壁厚160mm,硬度要求不小于60HRC。由于軸承尺寸大,為防止軸承套圈在二次淬火過程中變形,必須采用模具淬火。由于以上諸多原因,軸承在熱處理后,硬度一直在55HRC左右,成為3MW風(fēng)電主軸軸承研制的瓶頸。

        經(jīng)無數(shù)次的分析論證、試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)套圈的材料、尺寸、壁厚、模具等元素都無法改變,唯一能改變的是冷卻過程,為此,我們研制出一種新型淬火油槽。

        1. 淬火油槽裝油量計(jì)算

        以前滲碳鋼軸承一次淬火和二次淬火均采用同一油槽,造成裝油量大。在相同機(jī)械攪拌力的作用下,油量越少,油的流動(dòng)速度越大,越能提高冷卻速度。

        為此按照3MW套圈的形狀和重量,通過熱量傳導(dǎo)計(jì)算出淬火油的質(zhì)量,從而計(jì)算出淬火油槽的體積。

        油的密度ρ為900kg/m3(30~40℃)、870kg/m3(80~90℃)。

        (1)淬火油的質(zhì)量

        質(zhì)量=體積×密度=3.14×2.3 ×2.3×4×0.9=60(t)

        (2)淬火工件放出的最大熱量

        式中 G——淬火件重量(包括模具、 料架)最大約3000kg;

        C1——鋼的加熱溫度為850℃ 時(shí)的平均比容熱 0.71kJ/(kg·℃);

        C2——鋼冷卻到100℃時(shí)的平 均比容熱0.50kJ/(kg·℃);

        t1——工件冷卻開始溫度 850℃;

        t2——工件冷卻終了溫度 100℃。

        代入數(shù)據(jù):

        (3)淬火介質(zhì)需要量

        V=Q/ρC(t3-t4)

        式中 C——淬火介質(zhì)油平均比容 1.88~2.09kJ/(kg·℃);

        t3、t4——介質(zhì)開始和終了溫 度。

        代入數(shù)據(jù):

        淬火油質(zhì)量=體積×密度=67×900=60(t)

        淬火油槽結(jié)構(gòu)如附圖所示。

        2. 加裝輔助油循環(huán)裝置

        (1)由于軸承的尺寸和壁厚小,以前一般采用單一的頂插式或單一的側(cè)插式淬火油槽,就能滿足軸承的淬火要求。而3MW風(fēng)電主軸軸承如采用單一的頂插式淬火油槽只能保證外圈滾道的硬度,而內(nèi)圈滾道的硬度無法保證;單一的側(cè)插式淬火油槽只能保證內(nèi)圈滾道的硬度,而外圈滾道的硬度無法保證。為此,通過流體力學(xué)及試驗(yàn)等多方面的計(jì)算,設(shè)計(jì)出頂插式和側(cè)插式組合淬火油槽,既保證軸承外圈的淬火硬度又保證軸承內(nèi)圈的淬火硬度。

        (2)安裝涌泉式底返油攪油器4臺(tái),電動(dòng)機(jī)功率7.5kW,葉輪直徑450mm,導(dǎo)油桶直徑500mm,變頻調(diào)速,可明顯提升涌泉攪拌效果,在軸向形成快速環(huán)流,對(duì)提高工件內(nèi)徑淬火硬度有明顯效果。

        (3)安裝側(cè)循環(huán)攪油器4臺(tái),電動(dòng)機(jī)功率7.5k W,葉輪直徑450mm,可變頻調(diào)速,能使淬火油徑向形成快速環(huán)流,對(duì)提高工件外徑淬火硬度有明顯效果。

        (4)以上兩種攪油裝置屬于整體插拔式,在不排油的情況下可整體維護(hù)、維修。

        3. 結(jié)語

        該設(shè)計(jì)的突破在于,傳統(tǒng)淬火油槽一般是采用單一的頂插式或單一的側(cè)插式淬火油槽,其都無法保證3MW風(fēng)電主軸軸承淬火后的硬度。將兩者成功組合后,解決了3 MW風(fēng)電主軸軸承冷卻難題,使我公司成為國(guó)內(nèi)首家加工此軸承廠家。

        淬火油槽的示意

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