Fabrikation
33 Tonnen: Herstellung eines außergewöhnlichen Drehzahlreduzierers für ein Rundwalzwerk
MERGER fertigte für einen Akteur der Stahlindustrie mit Sitz in Italien die Kraftübertragungskomponenten eines Rundwalzwerks, darunter ein Hauptgetriebe mit 33 Tonnen und zwei Kegelgetriebe mit je 10 Tonnen.
100% MERGER-Design für einen italienischen Akteur der Stahlindustrie
MERGER In seiner Werkstatt in Corbas wurde ein mechanisches Getriebesystem mit einer Gesamtmasse von entwickelt, montiert und getestet. 53 TonnenDiese Ausrüstung umfasst 2 Kegelreduzierstücke von 10 Tonnen und einem Hauptreduzierstück von 33 Tonnen ist für die Modernisierung eines Radial-Axial-Kreiswalzwerk betrieben von einem Schauspieler in der Stahlindustrie mit Sitz in Italien.
Umstrukturierung des Antriebsstrangs eines Walzwerks: die industriellen Herausforderungen des Kunden
Der Stahlhersteller hat mit der Umstrukturierung seines Antriebsstrang um drei Hauptziele zu erreichen:
- Weiterentwicklung der Infrastruktur für Warmwalzen zulassen aus Stahlkronen Durchmesser höher, ein Vorgang, der eine deutliche Erhöhung des aufgebrachten Drehmoments erfordert.
- die Vielfalt der Räume einschränken Die Ersatzteile werden vor Ort gelagert, indem für den gesamten Prozess ein einziger Motortyp verwendet wird (ausschließliche Verwendung von Elektromotoren des Typs ABB M3BP 400 mit einer Leistung von jeweils 630 kW).
- Das Risiko ungeplanter Ausfallzeiten beseitigenBei der Stahlherstellung führt ein Übertragungsausfall im Heißstrom zur Abkühlung der Rohlinge, zu Rohmaterialverlusten und zu erhöhten Kosten. Die Einhaltung der Vorschriften war erforderlich. 100 % werkseitig geprüft vor dem Versand als Teil der sofortigen Inbetriebnahme.
Eine technische Herausforderung: die spezifischen Merkmale von MERGER-Getrieben
Das Walzwerk erhält zunächst einen dicken, runden Rohstahlrohling mit kleinem Durchmesser. Dieser massive Rohling wird auf eine hohe Temperatur erhitzt, um ihn formbar zu machen. Die Hauptwalze übt dann kontinuierlichen Druck auf die Wand dieses rotierenden Rings aus. Unter Einwirkung dieser mechanischen Kraft wird der Stahl gestaucht, gestreckt und ausgedünnt. Das Material dehnt sich nach außen aus. Durch dieses mechanische Walzen vergrößert sich somit der Enddurchmesser des Rings, während seine Dicke abnimmt, ähnlich wie ein Teigring durch Walzen vergrößert wird. Um den durch die Anwendung entstehenden mechanischen Belastungen standzuhalten, mussten unsere Teams axiale Lastanschläge installieren. Besonderes Augenmerk wurde auf deren Dimensionierung gelegt.
Lage und Funktion des 33 Tonnen schweren Hauptgetriebes
Le Minderer Haupt- gewährleistet die Ausbildung der Zentrale Laminierung. Seine Funktion besteht darin, die zum Verformen und Dehnen eines heißen Stahlrings erforderliche Kraft zu übertragen.
Diese Leistung wird durch die Kopplung zweier ABB M3BP 400-Motoren erzielt, die jeweils 630 kW leisten. Die Motoren arbeiten gleichzeitig. Macht Gesamtbetrag am Eingang von Minderer kommt aus 1230 kW.
Kinematik und Dimensionierung des Hauptgetriebes
Filmsequenzen:
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Die Architektur: Paralleles Eingangs-Doppelwellensystem (Zwei Eingänge / ein Ausgang).
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Reduktionsstufen: 4-Gang-Getriebekonfiguration.
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Leistungsfluss: beide Ritzel "hohe Geschwindigkeit" Eingang Sie erhalten Kraft von beiden Motoren. Diese greifen über ein gemeinsames Zwischenrad ineinander, um die Drehmomente zu kombinieren. Anschließend übertragen sie diese Gesamtleistung auf den/die/dasarbre "niedrige Geschwindigkeit".
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Drehrichtung: Gegen den Uhrzeigersinn.
Sizing
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Exaktes Reduktionsverhältnis: 80,248
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Akzeptierte Nennleistung: 2 x 630 kW (d. h. eine installierte Gesamtleistung von 1.260 kW).
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Eignungsberechnungen: Das Konstruktionsbüro von MERGER führte die Berechnungen der Geometrie und der Zahnprofile mithilfe der Software durch. KISSsoft gemäß ISO 6336. Eine weitere Studie mit der CETIM validierte die Widerstandsfähigkeit der Baumreihen gegenüber contraintes thermomechanisch.
Mechanische Eigenschaften und Gewicht
Mechanische Eigenschaften:
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Zahnradmaterial: Es wird Stahl der Sorte 18CrNiMo7-6 verwendet. Metallurgisch gesehen ist diese Stahlsorte per Definition ein Spezialstahl für die Einsatzhärtung. Aufgrund seines niedrigen Kohlenstoffgehalts (ca. 0,18 %) ist eine Oberflächenkohlenstoffaufbringung (Einsatzhärtung) erforderlich, gefolgt von einer Wärmebehandlung (Abschrecken) und einem stabilisierenden Anlassprozess, um das gewünschte Härteverhältnis zu erreichen. Diese Arbeitsgänge werden üblicherweise als CTR (Einsatzhärten/Abschrecken/Anlassen) bezeichnet. Die Wärmebehandlungen erfolgen nach der Zahnradbearbeitung, aber vor dem abschließenden Schleifen.
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Anschluss- und Ausgabeschnittstelle: Hohlprofilwelle nach Norm DIN 5480 (N340 x 6 x 55 – 8H)Dieser Baum verwendet Stahl. 42CrMo4 Vertrag (Re > 750 MPa) mit induktionsgehärteten Nuten bei mindestens 500 HV.
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Peilung (Peilung): Die Wellenanlagen werden von Lagern gestützt. SKF Sie weisen eine hohe Kapazität auf und verfügen über einen C3-Radialspalt zur Absorption der Wärmeausdehnung in der Stahlindustrie.
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Schmierung und Abdichtung: Das System kombiniert Spritzschmierung mit Druckumlaufschmierung durch eine externe Motor-Pumpen-Einheit mit Duplexfilter. O-Ringe an den Deckeln und Labyrinthdichtungen am Wellenaustritt gewährleisten eine wasserdichte Abdichtung.
Gewicht:
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Leergewicht: Ungefähr 27.000 kg (27 Tonnen).
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Masse in ablaufender Reihenfolge: 33.000 kg (33 Tonnen). Dieses Gewicht beinhaltet einen vollen Schmierstofftank, Kupplungen und Zubehör. Dies ist die Übertragung die meisten schwer erstellt von MERGER in seiner Werkstatt in Corbas (69).
Die 10-Tonnen-Kegelreduzierstücke
Diese beiden Einheiten (oberer Kegel und unterer Kegel) steuern die Übertragung de Macht auf den sekundären und komplementären geometrischen Achsen des radial-axialen Prozesses. Sie treiben die Kegel an, die den Stahl an seinen Endflächen einklemmen und kalibrieren. Dadurch steuern sie die Höhe der Krone, während die Minderer Der Hauptteil vergrößert seinen Durchmesser.
Diese Reduzierstücke werden in unmittelbarer Peripherie des Bereichs platziert BildungSie haben eine geneigte Position bei 17,50 °C. im Verhältnis zum Bodenniveau des WalzwerkEines der Geräte steuert das Training des Oberkörpers, das andere das Training des Unterkörpers. Die beiden Geräte drehen sich in entgegengesetzte Richtungen.
Kinematik und Dimensionierung von Kegelreduzierstücken
Filmsequenzen:
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Die Architektur: Orthogonales kombiniertes Reduzierstück.
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Reduktionsstufen: 3-Gang-Getriebekonfiguration.
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Leistungsfluss: Das erste Eingangsgeschoss nutzt ein Paar Spirokon Die Drehrichtung der Motoreingangswelle um 90° ändern. Dann zwei schult Ehrenamtliche parallel d 'Getriebe mit Zähnen spiralförmig Die Hauptdrehzahlreduzierung durchführen.
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Drehrichtung: Im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn.
Sizing:
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Exaktes Reduktionsverhältnis: 19,104
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Akzeptierte Nennleistung: 630 kW pro Einheit.
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Nenngeschwindigkeiten: Das Gerät reduziert die Drehzahl von 1.491 U/min am Eingang (ABB M3BP 400 Motor) auf 78 U/min am Ausgang.
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Eignungsberechnungen: Modellierung unter KISSsoft garantiert das Verhalten der Zähne bei Zyklusumkehrungen und Penetrationsstößen auf den Stahlrohling.
Mechanische Eigenschaften und Gewicht der beiden Untersetzungsgetriebe
Mechanische Eigenschaften:
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Zahnradmaterial: Wie für die Minderer Haupt-das Material für die Zähne spiralförmig und Spiroconic ist vom Typ legierter Stahl (CTR), einsatzgehärtet, abgeschreckt, angelassen und geschliffen.
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Anschluss- und Ausgabeschnittstelle: Starre Hohlwelle mit zugehörigem Klemmring (Schrumpfscheibe mit Bohrung Dieses System gewährleistet ein Reibungsbindung ohne jegliche Schlüssel. Es eliminiert mechanisches Spiel und ist unempfindlich gegenüber Vibrationen und Lastwechseln.
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Peilung (Peilung): Die Hohlwelle verwendet Kegelrollen-Axiallager. SKF, die den axialen Schub der Kegelund große Pendelrollenlager (500 x 830 x 325) nehmen die Radialkräfte auf.
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Schmierung und Abdichtung: Ein Netzwerk aus internen starren Rohren und Einspritzverteilern sprüht unter Druck stehendes Öl direkt an die Eingriffspunkte. Labyrinthdichtungen schützen die Lagergehäuse vor Entkalkungswasser, Ablagerungen und anderen Verunreinigungen aus der Umgebung.
Gewicht:
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Leergewicht: Ungefähr 27.000 kg (8 Tonnen).
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Masse in ablaufender Reihenfolge: 10.000 kg (10 Tonnen) pro Einheit. Dieses Gewicht umfasst die Schmiereinheit, die Flüssigkeiten, die Motorschnittstellenhalterung und das Zubehör (Sensoren, Ventile usw.).
Fotogalerie
Warmwalzen: das Prinzip der mechanischen Umformung
Die Maschine erhält zunächst ein grobes Stahlstück (einen sogenannten Rohling oder Rohring), das dick, hoch und von kleinem Durchmesser ist. Dieses massive Stück wird auf eine sehr hohe Temperatur vorgeheizt, um es formbar zu machen.
Das Walzwerk nutzt dann die kombinierte Kraft mehrerer Zylinder, um das Metall zu quetschen und zu dehnen:
- Radialwirkung (gesteuert durch das Hauptgetriebe): Der Hauptzylinder übt einen kontinuierlichen Druck auf die Außenwand des rotierenden Rings aus. Unter dieser extremen mechanischen Kraft wird der Stahl gequetscht, ausgedünnt und gedehnt. Durch diese Maßnahme vergrößert sich der endgültige Durchmesser der Krone.Es ist das gleiche physikalische Prinzip wie beim Ausrollen eines Teigrings zwischen den Fingern: Je dünner die Wand wird, desto größer wird der Durchmesser des Rings.
- Die axiale Wirkung (gesteuert durch die Kegelreduzierstücke): Mit zunehmendem Durchmesser klemmen zwei konische Zylinder den Stahl an seiner Ober- und Unterseite ein. Diese Wirkungsweise ermöglicht um die Höhe und Ebenheit der Krone präzise zu kalibrierenum zu verhindern, dass sich das Metall unter dem Druck des Hauptzylinders unkontrolliert verformt.
Für welches Endprodukt?
Dank dieser simultanen Doppeloperation (radial und axial) wandelt das Walzwerk einen kompakten Metallblock in ein Krone oder ein Stahlring mit großem Durchmesser, perfekt kreisförmig, mit streng kontrollierter Dicke und Höhe.
Diese Teile (nahtlos gewalzte Kronen) werden dann in Hightech-Industrien zur Herstellung folgender Produkte verwendet:
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Sehr große Lager (für Windkraftanlagen oder Windkanäle).
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Anschlussflansche für Tanks oder Rohrleitungen.
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Komponenten für die Luftfahrt-, Schienen- oder Raumfahrtindustrie.
Die technischen Beschränkungen dieses Herstellungsprozesses
Einschränkungen im Zusammenhang mit der endgültigen Anwendung:
Das Warmwalzverfahren für Kronen stellt ein anspruchsvolles Arbeitsumfeld dar, insbesondere bei Getriebekomponenten:
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Kombinierte multidirektionale Kräfte: Bei diesem Verfahren werden gleichzeitig Lasten auf zwei unterschiedliche geometrische Achsen aufgebracht. Die Getriebe müssen während der Ringdickenreduzierung kontinuierliche Radialkräfte sowie während der Kalibrierung der Stirnflächen permanente Axialkräfte aufnehmen.
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Ein Regime wiederholter mechanischer Stöße: Das Eingreifen des thermischen Stahlrohlings zwischen die Walzzylinder verursacht kurzzeitige Lastspitzen (Eindringstöße), die direkt auf die Wellen und Zahnräder übertragen werden.
- Schwierige thermische Bedingungen und Umweltverschmutzung: Die Gehäuse arbeiten in unmittelbarer Nähe des Metalls im MERGER-Prozess. Sie sind starker Wärmestrahlung, Wassersprühnebel im Zusammenhang mit dem Entzunderungsprozess und einer mit Zunder, einem hochabrasiven Eisenoxidpartikel, gesättigten Atmosphäre ausgesetzt.
Die architektonischen Anforderungen der Spezifikationen
Der Stahlwerksbetreiber hat spezifische Kriterien formuliert, um seine Anlage zu standardisieren:
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Eine einzigartige Motorenbeschränkung: Der Kunde ist auf die ausschließliche Verwendung von standardisierten ABB-Elektromotoren mit 630 kW Leistung beschränkt.
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Eine Zweimotorenarchitektur ist zwingend erforderlich: Um die erforderliche Leistung zu erreichen 1 260 kW Für den Hauptantrieb mit diesen vorgegebenen Motoren musste MERGER ein spezielles Untersetzungsgetriebe mit doppelter paralleler Eingangswelle und integriertem System zur mechanischen Leistungssummierung entwickeln.
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Genaue Reduktionsverhältnisse: Die Geräte mussten strengen kinematischen Vorgaben entsprechen, d. h. einem exakten Verhältnis von 80,248 für das Hauptuntersetzungsgetriebe (4 Untersetzungszahnräder) und 19,104 für Kegelgetriebe (3 Stufen mit 90°-Winkelantrieb).
- Null Fehler vor dem Versand: Aufgrund der erheblichen finanziellen Kosten, die ein Ausfall bei einem Heißmetallfluss verursachen würde, musste MERGER die Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit der Zahnräder vor dem Liefervertrag zu 100 % auf dem werkseitigen Prüfstand (Vibrations-, thermografische Analysen und Blaukontakttests) validieren.
Die von unserem Konstruktionsbüro vorgeschlagenen konkreten Lösungen
Um die Anforderungen des italienischen Walzwerks präzise zu erfüllen, untersuchte das Konstruktionsbüro von MERGER alle mit den Spezifikationen verbundenen Einschränkungen und schlug spezifische, vom Kunden validierte Lösungen vor.
- Die Implementierung eines Zwangsschmiersystems: Zur Ableitung der durch den Prozess und den internen Betrieb entstehenden Wärme ist jedes Getriebe mit einer unabhängigen motorisierten Schmiereinheit verbunden, die mit Durchflusssensoren, Filtern und Ölkühlblöcken ausgestattet ist.
- Ein verstärktes Dichtungssystem: Zum Schutz der internen Mechanik vor Prozesswasser und Ablagerungen hat MERGER an den Wellenausgängen spezielle dynamische Dichtungssysteme (Labyrinthdichtungen und Prallbleche) implementiert. Die Wellenausgänge sind somit durch berührungslose Systeme geschützt, die das Eindringen von Verunreinigungen in die Lager verhindern.
- Die Wahl verstärkter SKF-Lager: Die Führung erfolgt durch Hochleistungs-Wälzlager aus dem Katalog. SKF (insbesondere die Baureihen 22344, 22356 und 23264 für das Hauptgetriebe). Sie wurden gezielt ausgewählt mit einem C3 Radialsatz um erhebliche Temperaturerhöhungen ohne die Gefahr eines Verstopfens oder Festfressens der Kugeln/Walzen aufnehmen zu können.
Unser Service: von der ersten Studie bis zur Lieferung von Walzwerksgetrieben
Die Ingenieurphase, Berechnungsnotizen und Modellierung
Das Projekt beginnt mit einer unerlässlichen Studienphase zur Dimensionierung der Ausrüstung, die extremen Drehmomenten und wiederholten Stößen ausgesetzt ist.
Berechnungen zur Zahnradfestigkeit: Das hauseigene Konstruktionsbüro von MERGER nutzte Simulationssoftware. KISSsoft Zahnprofile zu modellieren und deren Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung und Bruch gemäß der internationalen Norm ISO 6336 zu berechnen. MERGER vorausgesetzt Berechnungshinweis für das gesamte Projekt.
Gemeinsame Validierung der Stoßfestigkeit: MERGER arbeitete mit erfahrenen Ingenieuren zusammen von CETIM (Technisches Zentrum für Maschinenbau) zur Validierung der mechanischen Widerstandsfähigkeit der Wellenanlagen und der Verformungsfreiheit der Gehäuse in Bezug auf Lastspitzen während des Eindringens des Stahls in das Walzwerk.
Entwurf spezifischer Architekturen: Unsere Ingenieure haben die Gesamtpläne für das Gehäuse des Parallelachsen-Doppelmotors (Hauptgetriebe) und die orthogonalen Gehäuse (Kegelgetriebe) erstellt.
Fertigung, Schneiden und thermochemische Behandlungen
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Zerspanung und Verzahnung : Alle Zahnräder wurden aus einem massiven Stahlblock gefräst, der speziell in der Metallurgie/Stahlherstellung verwendet wird.
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Wärmehärtungsbehandlungen : Die Kettenräder wurden einem Einsatzhärte-Abschreckzyklus unterzogen.
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Abschließende Profilkorrektur : Nach der Bearbeitung werden die Zähne auf hochpräzisen Maschinen geschliffen, um eine perfekte Geometrie und eine sehr geringe maximale Rauheit zu erzielen (Ra = 0,8Dieser Vorgang ist besonders wichtig, um ein reibungsloses Einrücken der Zahnräder zu gewährleisten, die Wärmeentwicklung zu begrenzen und Vibrationen zu reduzieren.
Mechanische Montage und Justierung in der Werkstatt
Die Montage erfolgte in unserer Werkstatt in Corbas. Von der Vorbereitung bis zur Auslieferung des Hauptgetriebes wurde ein Monat benötigt.
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Lagerbaugruppe: Einbau von Markenlagern SKF Durch thermische Anpassung. Kegelrollenlager für die Eingangswelle der Kegel und Pendelrollenlager für das Hauptgetriebe. Die Lager des Hauptgetriebes profitieren von einer speziellen, an die thermischen Anforderungen der Stahlindustrie angepassten Abstimmung.
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Überprüfung der Reichweite der Zähne mit Blau: Vor dem Schließen der Gehäuse wird eine mechanische Kontaktprüfung mit Berliner Blau durchgeführt. Dies ermöglicht die visuelle Überprüfung, ob die Kontaktfläche zwischen den Zähnen gleichmäßig über die gesamte Breite des Ritzels verteilt ist.
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Einstellen und Schließen der Kurbelgehäuse: Die geschweißten Stahlgehäuse sind montiert. Die Konstruktionsschrauben sind von hoher Qualität. 12.9Sie werden mit Drehmomentwerkzeugen auf das Nenndrehmoment angezogen. Alle verwendeten Innenkeile werden einer Behandlung unterzogen, die ihnen eine Mindesthärte von 110 daN/mm² verleiht.
Analyse und Kontrolle
Vor der Auslieferungsfreigabe wurde jedes Gerät einem Kontrollprotokoll unter Leerlauf- und Lastbedingungen unterzogen, um das dynamische Verhalten zu überprüfen.
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Spektralanalyse von Schwingungen: Zur Messung des Schwingungsverhaltens der Zahnräder und Lager wurden Beschleunigungsmesser eingesetzt, um etwaige Eingriffsanomalien zu erkennen.
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Thermografische Überwachung: Wärmebildkameras überwachen Temperaturänderungen an SKF-Lagern, um die ordnungsgemäße Funktion des Schmierkreislaufs zu überprüfen.
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Steuerung des Hydraulikkreislaufs: MERGER prüfte die Dichtheit der mit O-Ringen ausgestatteten Deckel und der durch Labyrinthdichtungen und Prallbleche geschützten Wellenauslässe. Die elektrischen Indikatoren für Filterverstopfung und die Temperaturfühler des Zwangsschmiersystems wurden geprüft und kalibriert.
Schutz und Vorbereitung vor dem Versand
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Technisches Datenblatt des Herstellers: MERGER hat alle Kontrollberichte, die Materialzertifikate der Stähle (18CrNiMo7-6 und 42CrMo4) und die Prüfkurven in der endgültigen technischen Dokumentation erfasst.
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Schutz und Schwertransport: Die Reduzierstücke wurden entleert, einer inneren Korrosionsschutzbehandlung unterzogen und anschließend lackiert (Farbe RAL 7041).
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