Külszíni bányákban használt hevederes szállítószalag görgőinek csapágyazásának vizsgálata. Diplomamunka

Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Geotechnikai Berendezések Intézeti Tanszék

Külszíni bányákban használt hevederes szállítószalag görgőinek csapágyazásának vizsgálata Diplomamunka Készítette: Czene Márton Bánya- és Geotechnikai szakirányos hallgató Témavezető: Dr. Virág Zoltán Egyetemi docens

Ipari konzulens: Nagy Ervin Mátrai Erőmű ZRt. Központi karbantartás-előkészítő osztályvezető Miskolc, 2014. május 9.

Eredetiségi Nyilatkozat "Alulírott Czene Márton, a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Karának hallgatója büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában kijelentem és aláírásommal igazolom, hogy ezt a diplomatervet meg nem engedett segítség nélkül, saját magam készítettem, és a diplomatervben csak az irodalomjegyzékben felsorolt forrásokat használtam fel. Minden olyan részt, melyet szó szerint, vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen, a forrás megadásával megjelöltem." Miskolc, 2014. május 9.

................................................... A hallgató aláírása

Tartalom Bevezetés ......................................................................................................................... 1 1. Általános áttekintés ....................................................................................................... 2 1.1 A szállítószalag görgőiről általában ......................................................................... 2 1.2 Szállítószalag görgő, mint szerkezeti elem .............................................................. 5 1.2.1 Füzéresítő elem ................................................................................................ 6 1.2.2 A függesztő elem .............................................................................................. 8 2. Tervezés ....................................................................................................................... 9 2.1 Gyártmánytervezés és a gyártás előkészítés .......................................................... 9 2.2 A görgő tervezése ................................................................................................... 9 2.3 A görgő 2D-s képe és adatai ..................................................................................10 2.4 A görgő 3D-s képe .................................................................................................11 3. Gyártási alapismeretek ................................................................................................12 3.1 A gyártás ................................................................................................................12 3.1.1 A gyártási folyamat jellege ...............................................................................12 3.1.2 Gyártmány részei és jellemzői .........................................................................13 3.1.3 A gyártmánycsaládfa felépítése .......................................................................14 3.1.4 A teljes körű minőségszabályozás területe.......................................................15 3.2 Forgácsolási ismeretek...........................................................................................17 3.2.1 A forgácsolás elmélete .....................................................................................17 3.2.2 A munkadarab és szerszám viszonylagos mozgása ........................................19 3.2.3 A forgácsolt felület szerkezeti állapota .............................................................21 3.2.4 A forgácsolás gazdaságossági kérdései ..........................................................22 3.2.5 A korlátozások .................................................................................................22 3.3 Esztergálás rendszerezése, felosztása ..................................................................23 3.3.1 A munkadarab befogása ..................................................................................25 3.4 Fúrás alapfogalmai .................................................................................................26 3.4.1 A fúrás szerszámai ..........................................................................................28 3.4.2 A furatbővítés szerszámai ................................................................................28

3.5 Marás alapfogalmai ................................................................................................28 3.5.1 A marás szerszámainak fő csoportjai ...............................................................29 3.6 A kész görgő ..........................................................................................................30 4. A gördülőcsapágy tulajdonságai ..................................................................................32 4.1 A csapágyfajta és méret kiválasztása .....................................................................32 4.2 A csapágy terhelhetősége és élettartama ...............................................................34 4.3 Terhelések .............................................................................................................35 4.4 Gördülőcsapágy kiválasztása .................................................................................35 4.5 Csapágykiválasztás ................................................................................................36 4.6 Illesztések, tűrések és üzemi csapágyhézag ..........................................................36 5. Kiválasztáshoz szükséges számítások ........................................................................38 5.1 Elrendezések .........................................................................................................38 5.2 Csapágy fő méretei ................................................................................................40 5.3 A csapágyak határterhelése ...................................................................................41 5.4 Szöghibák ..............................................................................................................41 5.5 Fordulatszám .........................................................................................................41 5.6 Terhelések meghatározása ....................................................................................42 5.7 Ható erők meghatározása ......................................................................................44 5.8 Csapágyszámítás menete ......................................................................................45 5.9 A számítás .............................................................................................................48 5.10 Élettartam számítás szélső görgő csapágyára......................................................53 5.10.1 A 6308-s csapágyak élettartamának ellenőrzése ...........................................53 5.10.2 Szélső görgő adatainak összegzése ..............................................................54 5.11 Élettartam számítás középső görgő csapágyára ..................................................55 5.11.1 A 6308-s csapágyak élettartama ....................................................................55 5.11.2 A 6310-s csapágyak élettartama ....................................................................55 5.11.3 A 6312-s csapágyak élettartama ....................................................................56 5.11.4 Összehasonlítás (középső görgő) ..................................................................57 5.12 Kieső görgő esetében számolt élettartam .............................................................57

5.12.1 Számítás ........................................................................................................57 5.12.2 Eredmények ...................................................................................................60 6. Kiválasztás ..................................................................................................................61 6.1 A megfelelő csapágy fontossága ............................................................................61 6.2 A számítás eredményei ..........................................................................................61 6.3 Az eredmények kiértékelése...................................................................................63 7. Összefoglaló ................................................................................................................64 Summary .........................................................................................................................65 Irodalomjegyzék...............................................................................................................66 Köszönetnyilvánítás .........................................................................................................67

Bevezetés A saját termék gyártása során sok olyan kérdés merül fel, melyet a tömeggyártás megkezdése előtt tisztázni kell. A Mátrai Erőmű Zrt. gazdasági megfontolásból, már meglévő gépparkjának segítségével egyedi, azaz saját tervezésű görgők gyártásával szeretné csökkenteni más gyártóktól megrendelt szállítószalag görgőinek számát. Ahhoz, hogy az egyedi szállítószalag görgő gyártása, gazdaságosabb legyen, mindamellett, hogy minőségbeli differencia nem jelentkezik, megelőző tervezést igényel a gyártás. Mindenekelőtt stratégiára van szükség, mely első foka a célkitűzés, ami azért fontos, hogy a megvalósítás minden pontjában, a cél azonos legyen, így biztosítva azt, hogy a jövőben a gyártás folyamatában a különböző alkatrészek részletes tervezést követően az elvárásokat a legmagasabb mértékben kielégítse. A célkitűzést követően egy átfogó vizsgálatra van szükség, melyben meghatározom a stratégiánk következő lépcsőfokát, azaz, milyen eszközökkel kívánjuk megalkotni a kívánt terméket. Esetemben a Mátrai Erőmű Zrt. MEKK részlegének gépparkját kell átvilágítani és ellenőrizni, annak érdekébe, hogy a kívánt termék minden alkatrészét képesek meglévő eszközeikkel legyártani számunkra. A szállítási feltételek és adatok alapján kiszámíthatók a terhelések, amelyek a görgő csapágyára hatnak. A gazdasági megfontolásból, gördülési ellenállás és zajkibocsátás érdekében fontos a megfelelő gördülőcsapágy kiválasztása, melyet az SKF katalógus számításai alapján kívánok méretezni és kiválasztani. A várható élettartam alapján adok ajánlást. Várhatóan az SKF csapágyai közül a 63-as jelzésű mélyhornyú csapágyak közül kell méretezni előreláthatólag, tekintettel a szállítószalag felépítésére. A gyártás stratégiájának utolsó foka a kivitelezés, azaz a hogyan kérdés. A gépparkban meglévő

berendezésekkel

képesek

vagyunk

minden

alkatrész

legyártására,

összeszerelésére és ellenőrzésére. További alternatívák vizsgálata és meglévő egyedi görgőnk fejlesztése a jövőben is fontos lehet, mind gazdasági szempontból mind pedig mérnöki szempontból. A gyártástechnológia folyamatához fontos a MEKK gépparkjának felépítése, a különböző megmunkálási folyamatok, valamint az alkatrészek jellemzői, továbbá az összeszerelés folyamata és a tömeggyártás lehetősége, logisztikája. A gyártási

folyamatokat

követően

a

csapágyakkal

szemben

támasztott

elvárások

ismertetése és a méretezési folyamatának ismertetése következik. Végül a megfelelő méret kiválasztása után, javaslatot teszek a megfelelő csapágyméret alkalmazására.

1

1. Általános áttekintés 1.1 A szállítószalag görgőiről általában Egy termelőüzemben minden egyes új berendezés beszerzése, új berendezésre való átállás, illetve maga a gyártmánybővítés igen alapos előkészítést igényel. A gépi, építési és

gyártási

ismereteket

szükséges

összehangolni

és

adott

szempontok

figyelembevételével kell kiértékelni őket. Ilyen szempontok lehetnek például a termék fajtája, termelés mennyisége, a gyártóeszközök és szállítóeszközök típusai. Ezek a szempontok kihatnak a termelési költségekre. Nagyon sok esetben jelentős tétel az anyagmozgatás költsége az önköltségben, ezért fontos a legmegfelelőbb szállítóeszközök megválasztása.

A

folyamatos

üzemű

szállítógépek

közül

a

gumihevederes

szállítószalagok a legelterjedtebbek manapság, köszönhetően a nagy szállítási kapacitásnak, egyszerű, könnyen karbantartható szerkezetének. A szállítószalag fő szerkezeti elemei közül a görgők a legnagyobb számban alkalmazott elemek. A jól működő szállító eszköz pénzt, időt és energiát spórol, így gazdasági szempontból fontos, hogy a szállítóeszköz minden eleme összehangoltan, megfelelően működjön. Különböző gyártók, különböző kialakítású görgői más és más szempontból felelnek meg jobban, ezért fontos az adott körülményeket, környezeti hatásokat figyelembe venni a szerkezeti elem

megválasztásakor.

Kiemelt

jelentőséggel

bírnak

a

görgők

a

hevederes

szállítóberendezések gazdaságos üzemeltetésénél. Az új berendezések beszerzésénél az üzemeltetők számára a beruházási döntés keretén belül nem csak a beszerzési költségeknek

van

jelentősége,

hanem

növekvő

hasznos

üzemidővel

a

szállítóberendezések üzemi és karbantartási költségei is döntő szerepet játszanak. A szerkezeti kivitelt, amelyet a görgő átmérője, a csapágyazás és a tömítő rendszere meghatároz, nagymértékben befolyásolja az olyan üzemi tulajdonságokat, mint a mozgási ellenállás valamint a zajkibocsátás. Ezek az üzemi tulajdonságok határozzák meg részben a szállítóberendezés üzemi költségeinek nagyságát is. A szállítószalag görgőinek meghibásodása a gyakorlatban sokszor nem ismert. Leggyakrabban a meghibásodást mechanikai behatás okozza, de jellemző a szennyeződés miatt kialakuló hiba is. A tönkremeneteleket okozhatja az anyagba lévő feszültség, szennyeződés, korrózió, méretezési hiba, más alkatrész meghibásodásából adódó túlterhelés vagy éppen a szalagot

összefogó

kapocs

(gyors

megoldás)

koptató

hatása.

Ezek

alapján

megállapíthatjuk, hogy a meghibásodás összetett és sok tényezőtől függ, de sok esetben a környezeti hatások játszanak nagy szerepet. Az élettartam, azaz a görgő hasznos maximális üzemideje a szállítóberendezések karbantartási költségeire van befolyással. A 2

szállítóberendezések gazdaságos üzemeltetésénél a görgőkre vonatkozóan tehát a beszerzési költségeket a lehetséges üzemi tulajdonságok és a görgőalkatrész élettartamának viszonylatában kell tekintetbe venni. Az üzemi tulajdonságokra optimalizált konstrukciók következménye lehetőleg a beszerzési költségcsökkentés legyen. A görgők szerkezeti kialakítását a hevederes szállítóberendezés lényeges méretezési paraméterei, mint a tömegáram és a szállítási sebesség határozzák meg. A füzérgeometria és a füzértávolság határozzák meg, tőlük függően, a görgőket terhelő erőket. A 40.000 t/h-ig terjedő tömegáram és 8 m/s-ig terjedő hevedersebesség 2,5 m-es görgőtávolság és 35°45° vályúsítás szöge mellett következésképpen a görgőkre jelentős megterhelést gyakorol. A görgők műszaki konstrukciói az évtizedek folyamán az élettartam és a működőképesség tekintetében beváltak. De a növekvő költségnyomással és a nehéz görgők műszaki üzemi tulajdonságaival szemben támasztott növekvő követelményekkel a görgők

követelményprofilja

az

elmúlt

10

évben

jelentős

mértékben

módosult.

Megemlíthetők itt a gyártási és anyagköltségek és ezzel a beszerzési költségek, valamint az üzemi tulajdonságok, az önsúly, a futási ellenállás és a zajemisszió. Rendkívül izgalmasan alakul az aktuális helyzet, mivel az egyik oldalon a görgők iránti kereslet nagyon fellendült. De a másik oldalon az anyag- és munkaköltségek jelenlegi erőteljes növekedésének

szuperpozíciója a környezet-

és emisszió-védelemmel szemben

támasztott növekvő igényekkel a görgőgyártókat arra kényszeríti, hogy a görgők konstrukcióit állandóan továbbfejlesszék. Így a fontos alkatrészek műszaki fejlesztése, mint

a

görgők

és

szállítóhevederek,

a

hevederes

szállítóberendezések

versenyképességét a közeljövőben továbbra is hangsúlyozni fogja. Így teszi lehetővé a szállítóhevederek, a füzérgeometria és a görgők optimalizálása a szállítóberendezések főellenállásának 20 %-ig terjedő csökkentését. A gyártók, üzemeltetők és intézmények közös fejlesztési munkájának eredménye javított anyagokhoz, élettartam-optimalizáló konstrukciókhoz és javított üzemi tulajdonságokhoz vezet. A kiválasztás során, úgy kell megválasztanunk a szerkezeti elemet, hogy az minden, az adott hely körülményeinek megfelelő kialakítású legyen. Vannak esetek, amikor gazdasági megfontolásból érdemes megkezdeni az egyedi, a környezetnek leginkább ellenálló saját görgő megtervezése és gyártása. A gyártás folyamatának jellege függ a szükséges darabszámtól. A hevederes szállítóberendezések

versenyképességének

növelése

érdekében

intenzíven

optimalizálják a görgőket, azok előállítási költsége, élettartama és műszaki tulajdonságai tekintetében. Az acélgyártmányok árnövekedései alapján optimalizált, anyagkímélő konstrukciót kell továbbfejleszteni, ezáltal nemcsak a tehetetlenségi tömeget csökkentik, hanem a beszerzési költséget is pozitívan befolyásolják. Ezzel együtt járnak az innovatív konstrukciós-, méretező- és számítási módszerek, úgy, hogy az optimalizált görgők számára az élettartamot és az üzemi tulajdonságokat is továbbfejlesztik. Az élettartam 3

növeléséhez

szükséges

konstrukciós

javítás

alapja

messze

meghaladja

a

gördülőcsapágyak névleges élettartamának alkalmazását. Az anyagvastagság és gyártási költségek tekintetében optimalizált görgő a fellépő feszültségre és deformációra való tekintettel is optimalizált. Mindazonáltal a görgőkre még további fejlesztési lépések várnak. Így a jövőben arról lesz szó, hogy a görgők műszaki tulajdonságait, tekintettel a futási ellenállásra és a zajkibocsátásra és az élettartamra is, folyamatosan úgy optimalizálják, hogy a gyártási költségek és az üzemi tulajdonságok optimumot képezzenek. Az emisszió-védelemmel szemben támasztott növekvő igények a görgő szerkezeti optimalizálásával szemben további nagy kihívást jelentenek, tekintettel a tömítettségre és a zajkibocsátásra. Itt figyelembe kell venni, hogy a műszakilag szükségszerű

tulajdonságoknak

előállításának

műszaki

visszahatásai

lehetőségeire

is.

A

vannak

a

görgő

gyártásának

jövőben

a

növekvő

előállítási

és és

anyagköltségeknek is további befolyásuk lehet a görgők szerkezeti alakítására. Új alternatív nyersanyagok, melyeket alternatív gyártási eljárásokkal gyártanak, adott esetben pozitívan hathatnak ki az előállítási költségekre. A Mátrai Erőmű ZRt-nél, Magyarországon, a bányászati peremfeltételek nagy követelményeket támasztanak a szállítóberendezésekkel szemben. A kereken 80 km-es szállítószalag-hosszán és a kb. 3 km-es

gépi

szalaghosszán

körülbelül

210.000

görgőt

használnak

teherviselő

szerkezetként. 1.600 mm-ig terjedő hevederszélességek, 10.000 t/h tömegáram és a nehéz, homokköves szállított anyag nagyon megterheli a szállító hevedereket és a görgőket. Növekvő energiaköltségek és az emisszió-védelemmel szembeni növekvő igények megnövelik a karbantartási osztályokkal szemben támasztott követelményeket. Így a viszonylag magas kiesőidő és a görgőfüzérek üzemidejének csökkenése a karbantartási költségek növekedéséhez vezetett. A görgők optimalizálása ennek függvényében nagy gazdasági jelentőséggel bír a vállalat számára azért, hogy a görgők költségét ismét csökkentsék. A múltban a legtöbb szállítószalagot átállították acélbetétes hevederekre és ezzel egy időben növelték a füzérek távolságát. Most a görgőket az élettartamuk és a műszaki üzemi tulajdonságaik tekintetében a növekvő igényekkel együtt továbboptimalizálják. Ezért a görgők szerkezetét vizsgálták meg műszaki és gazdasági szempontból, az alkatrészek terhelése, az összes alkatrész szerkezeti kialakítása és a füzérgeometria tekintetében. A görgők a rájuk ható nagy terhelőerők, a fordulatszám, a gördülőcsapágy elszennyeződése vagy kellemetlen üzemeltetési körülmények miatt nagy igénybevételnek vannak kitéve, így előbb vagy utóbb elfáradás miatt üzemzavarossá válnak. Ezen kívül gyakran konstrukciós vagy gyártási okok is előidézik a görgők korai üzemzavarát, mert általában a nem megfelelő méretezés, vagy nem megfelelő gyártási pontatlanság, a görgőre ható feszültségek és deformációk plusz igénybevételeket indukálnak, amelyek a kifáradási időszakot erősen lecsökkentik. A görgő üzemzavarát az 4

üzemeltetési alkalmasságának elvesztése definiálja. Ez jelentheti azt, hogy a görgő kifáradás miatt nem tudja a tulajdonképpeni tartási és gördülési funkcióját teljesíteni, de azt is, hogy már nem teljesíti az üzemeltetési tulajdonságait, pl. a zajkibocsátási határértékeket. A hevederes szállítóberendezések zajkibocsátása az egyre több alkalmazást tekintve növekvő jelentőségű, mivel a szállítószalagok lakott területek közelében történő üzemeltetésekor az éppen érvényes kibocsátási határértékeket be kell tartani. A görgőknek, mint a szállítószalagok elemeinek, azért nagy a jelentőségük, mert a szállító útvonalban nagy számban vannak beépítve. Ezért a görgők műszaki optimalizálása rendkívül jelentős, amely az olyan sugárforrásokat, mint a szalagváz, a szállított anyag és a görgő, zajintenzitás tekintetében csökkentik. Különösen a nagy fémes felülettel és nagy forgó tömeggel rendelkező görgőpalást jelent kedvezőtlen feltételeket a zajkibocsátás csökkentéséhez. Új görgőkonstrukciók kifejlesztésekor mezőkísérletekkel is rögzíthetők egyes görgők zajkibocsátási értékei. Egy ilyen kísérlet keretében megfelelő kísérleti szakaszokat egytípusú görgőkkel szerelnek fel és ugyanazon szállítószalag más szakaszait a referenciatípussal. A szerelés és az üzembevétel után rendszeres időközönként méréseket kell végezni, amelyek jó felvilágosítással tudnak szolgálni szerelt állapotban a zajkisugárzási tulajdonságok különbségeiről. Ha így járunk el, a mérési eredményeink relatíve jó minőségűek lesznek, mert mindkét görgőnek azonosak a feltételei a mérések alatt a hevederállapot, a tömegáram, stb. tekintetében. Az eredmények aztán a görgőkonstrukció optimalizálására felhasználhatók. Mivel a görgőkkel szemben támasztott elvárások mára igen magasak lettek és beruházási költségek is szignifikánsan növekedtek, így az egyedi görgőgyártás ötletét sem szabad elvetni. Gazdasági megfontolásból előnyös lehet, mivel a cég rendelkezésére álló műhelycsarnokban lehetőség

van

minden szükséges alkatrész legyártására és

összeszerelésére. A műhelycsarnokban elkészítettek egy próba görgőfüzért, amely eddigi vizsgálatok szerint megfelel az elvárásoknak. Futási ellenállás, zajkibocsátása megfelelő, az élettartammal kapcsolatba egyelőre még nem lehet nyilatkozni.

1.2 Szállítószalag görgő, mint szerkezeti elem A szalaggörgő olyan, kizárólag gördülő csapágyazással, álló tengelyes kivitelben készült hengeres test, amely a kitermelt anyag szállítására használatos gumihevederes szállítószalag vezetésére és alátámasztására szolgál. A görgőt egy másik szerkezeti elem használatával építik meg, ami a váz. A görgőfüzér esetében a görgők tengelyei 5

csuklósan, füzéresítő elemekkel kapcsolódnak egymáshoz, a heveder vályúsítása a terhelés szerint változik. A görgők fűzérbe kapcsolása függőleges irányú elmozdulást is lehetővé tesz. A vályúsítás segítségével a termelési kapacitás tovább növelhető. Megkülönböztetünk felsőági és alsóági görgőfüzért. A felsőági görgőfüzér kialakításában és terhelésében is más. A szállító szalagpálya vázszerkezet felső részén elhelyezett görgőcsoport. A szállított anyaggal terhelt gumiheveder alátámasztására és vezetésére szolgál. Az alsóági görgőfüzér kialakítása más, mivel ez az ág a heveder visszavezetésére szolgál, ezen az ágon anyagszállítás nem történik. Anyag hevederre való feladásánál a görgők sűrítésével segítik a szalag alátámasztását.

1.1 A MEKK saját kivitelezésű szállítószalag görgője (forrás: Szerző saját fényképe)

1.2.1 Füzéresítő elem A füzéresítő elem a görgők összekapcsolására használt alkatrész, amely segítségével kialakítható a kívánt görgőfüzér.

6

1.2 Egységesített füzéresítő elemek felső- és alsóági normál füzéreknél (forrás: Mátrai Erőmű ZRt.)

7

1.2.2 A függesztő elem Görgőfüzéreknek a szállító szalagpálya vázszerkezet alsó és felső részén történő felfüggesztésére szolgáló elem. A függesztő elem minden esetben a görgőfüzér két szélső görgőjére van csatlakoztatva.

1.3 Egységesített horog műszaki rajza (forrás: Mátrai Erőmű Zrt.) 8

2. Tervezés

2.1 Gyártmánytervezés és a gyártás előkészítés A gyártmánytervezésen a gyártási folyamatok technológiájának teljes körű, részletes és egyértelmű, tervszerű meghatározását és írásbeli rögzítését értjük. A tevékenység legfontosabb része a művelettervek elkészítése, melyek alapján a gyártást végrehajtó termelőüzemek számára a részletes és egyértelmű utasításokat, az úgynevezett műveleti utasításokat ki lehet adni. A gyártás előkészítés ezzel szemben az egyes konkrét rendelések legyártásának adminisztratív előkészítését jelenti. Ez valójában annyit jelent, hogy a

gyártásra

vonatkozó

összes

nyomtatvány,

mint

például

a

munkalap,

anyagutalvány, kikérő lap stb. szakszerű kitöltéséről gondoskodni kell. A két tevékenységet a gyakorlatban igen gyakran együtt alkalmazzák, nem választják el élesen, és ennek következtében a közöttük lévő határ elmosódik mindkettő rovására. A fogalmi szétválasztását, és egyben a valóságos szétválasztását is meg kell oldani. A leglényegesebb különbség az, hogy a gyártástervezés kifejezetten technológiai, műszaki tevékenység, a gyártás előkészítés viszont elsősorban adminisztratív jellegű munka. Így egyértelmű, hogy egészen más irányú szaktudást és szellemi felkészültséget igényel az egyik, mint a másik.

2.2 A görgő tervezése Az egyedi görgőkonstrukció megtervezése szükségesség vált, mivel a külső cégek által forgalmazott görgők ára jelentősen megnőtt. A nagy mennyiségben alkalmazott szállítóberendezés alkatrész tervezéséhez és gyártásához minden tudás és eszköz, rendelkezésre áll. A próbagyártásban elkészített görgőfüzér vizsgálata alapján megfelelő lehet a saját termék. Később a tömeggyártás vizsgálata is felmerülhet. A próbagörgők tervezéséhez használt tervezőprogramok, amelyekkel 2D-ben, illetve 3D-ben is áttekinthető és szemléletes képet adnak a próbagörgő tulajdonságairól és kinézetéről, felhasználhatók az összes alkatrész egyenkénti megtervezésére. A tervezés folyamán a már meglévő, általános görgőméreteket használtuk fel annak érdekében, hogy a görgő elkészülte után, azok beszerelhető legyen a teljes görgőgarnitúra cseréje nélkül. A tervezés ideje alatt, fontos cél volt, hogy a görgőkkel szemben elvárt követelményeknek megfeleljen a saját konstrukció. Így a zajvédelemi és a futási ellenállási tulajdonságok

9

mellett a csapágy kiválasztásához szükséges tényezők is nagymértékben befolyásolták a kialakítás milyenségét.

2.3 A görgő 2D-s képe és adatai A 2D-s tervezés folyamán, figyelembe véve a meglévő gyártási eszközök tulajdonságait, nagy hangsúlyt fektettek az egyszerű kialakításra és különböző szerelési lehetőségekre. A görgőfüzér felépítése alapján 2 különböző méretű görgő tervezése volt a feladat. A következő kép illusztrálja a görgőt, míg alatta a táblázat tartalmazza az egyedi görgő méreteit.

2.1 Görgőterv 2D-ben (forrás: Szerző saját szerkesztése)

Megnevezés A 194x465 F18 A 194x600 F18 Csapágy 6308/6310 6308/6310

Átmérő (e)

Palást hossz (a)

Furat/ lapolás (f)

194 mm

465 mm

18,5 mm

194 mm

600 mm

18,5 mm

Furatközép (b) / tengelyhossz (c) 525/565 mm 660/700 mm

Tengelyvég átmérő (d) 39,5 mm 39,5 mm

2.2 Görgőtípusok adatai táblázatba szedve (forrás: Szerző saját szerkesztése) 10

2.4 A görgő 3D-s képe A görgő 3D-s képét a 2.2 számú táblázat adatai alapján készítettem el. A program segítségével összeállítottam a görgőfüzér 3D-s modelljét. A görgőfüzért két darab 600-as szélső görgő és egy darab 465-ös középső görgő alkotja. A 600-as görgők a 465-ös görgővel 36°-os szöget zárnak be, ezzel létrehozva a heveder vályúsítását. A kötőelemeket és a végelemeket a jelenleg alkalmazott méretek alapján terveztem meg.

2.3 A görgőfüzér 3D-s képe (forrás: Szerző saját képe)

2.4 A görgőfüzér 3D-s képe (forrás: Szerző saját képe)

11

3. Gyártási alapismeretek

3.1 A gyártás 3.1.1 A gyártási folyamat jellege Egyes gyártmányok esetében a gyártandó darabszám, átlagos műveleti idő és egyéb tényezők szerint képezhető mutatószám alapján megkülönböztethetünk egyedi-, sorozatés tömeggyártást. Az egyedi gyártásban a folyamat ideje alatt egyszerre egy vagy legfeljebb néhány darabot gyártunk le. A gyártmányok, munkadarabok valamint a műveletek ritkán vagy egyáltalán nem ismétlődnek. Maga a géppark olyan egyetemes gépekből áll össze, amelyekkel a legkülönbözőbb gyártmányokat is le lehet gyártani. Ezek az eszközök általában kézi vagy számvezérlésű gépek. A technológiai folyamat állandóan változik. A sorozatgyártás folyamata már nagymértékben eltér az egyedi gyártástól, mivel itt egyszerre több darabot gyártunk. A gyártmányok, munkadarabok és műveletek sorozatonként

ismétlődnek

meg.

Az

egyetemes

szerszámgépek

mellett

nagy

termelékenységű, revolver, mechanikus automata célberendezéseket, programvezérlésű gépeket egyaránt alkalmaznak. A sorozatnagyságot az egyszerre munkába vett munkadarabok száma adja meg. A technológiai folyamat sorozatnagyságonként ismétlődik. Egy sorozatban megállapodott típusú és kiforrott szerkezetű termékeket gyártanak. Többek között így készülnek a szerszámgépek, szivattyúk, kompresszorok, dróthúzógépek, hajtóművek, görgők. A sorozatnagyság alapján megkülönböztetünk kis-, közép- és nagysorozatgyártást, a vizsgálatok pontosítása alapján. Tömeggyártásban a gyártandó darabszám már olyan nagy, hogy a gyártási folyamat megszakítás nélkül halad. A gyártmányok és a munkadarabok éveken keresztül változatlanok. Adott munkahelyeken ennek megfelelően csak egy folyamatosan ismétlődő műveletet végeznek. A szerszámgépek ebben az esetben már automaták, célgépek, rugalmas automata gépsor, nagy termelékenységű, egycélú egységekből állnak. Ilyen mértékű

gyártási

folyamatban

kiforrott

szerkezetű,

széles

körben

használatos

gyártmányokat gyártanak. Ilyenek többek között a kötőelemek, mint például a golyóscsapágyak.

12

3.1 Próbagörgő gyártása (forrás: A Mátrai Erőmű fényképe)

3.1.2 Gyártmány részei és jellemzői A gyártástechnológia alapvető célja az előgyártmányok termelékeny és hatékony feldolgozása, üzemszerű használatra alkalmas gépipari gyártmányokká. A gyártmány a gyártás terméke, ami lehet egy csavar, csapágy, hajtóelem, görgő, a gyártás speciális körülményeinek megfelelően. A gyártmány egy vagy akár több darabból is állhat. Abban az esetben, ha több darabból áll, úgy a gyártmány elsődleges eleme az alkatrész, amely nem tartalmaz sem oldható, sem oldhatatlan körtést. Minden gyártmány tehát a legkisebb, még önálló tulajdonságú elemeire, azaz alkatrészekre bontható. Az egy darabból álló gyártmány

pedig

a

további

felhasználás

során

válik

alkatrésszé.

A

felépítés

szükségleteinek kielégítésén túl egyéb fontos szempontokat is figyelembe kell venni. További szempontok: 

az alkatrészek azonosítása, nyilvántarthatósága;



a munkamegosztás és az együttműködés kialakíthatósága;



az összeépítés és karbantartás technológiai követelményei;



a teljes előállításhoz szükséges idő, a legkisebb ráfordítás mértéke;

13

3.2 MEKK-ben készült labirinttömítés (forrás: Mátrai Erőmű fényképe) Ezek a követelmények azonban arra sarkalnak, hogy a gyártmány lehetőleg több egyidőben kialakítható részegységre osszuk fel és ezek különböző hierarchiai szintjei is megjelenjenek, ahol az alacsonyabb szintűek beépülnek a magasabb szintűekbe. A gyártmány tehát több megfelelően felosztott részegységből épül fel és ezek jól értelmezhető rendszerét mutatja a gyártmány-családfa. A gyártmánycsaládfa tehát rögzíti, és egyaránt jelzi a gyártmány részegységekből és az elemek közötti kapcsolódásokból való összetettséget, azaz a gyártmány struktúráját. További fontos jellemzője még a gyártmány minősége, ami alatt mindazon tulajdonságainak az összességét értjük, amely a követelményeknek való megfelelését illetve más gyártmányoktól való eltérését jelzi.

3.1.3 A gyártmánycsaládfa felépítése A gyártmány a gyártási folyamat végső terméke és részei az alábbiak szerint definiálhatók: 

szerkezeti egység: több alkatrészből álló olyan együttes, melyet konstrukciós vagy szerelési szempontból egységnek lehet tekinteni. Jellemzője, hogy önálló feladatot lát el a gyártmányban, külön összeszerelhetők, kipróbálható és minősíthető.



A főcsoport: a szerkezeti egység olyan alkatrészcsoportja, amely áttekinthetőségi vagy szerelési szempontból még kisebb csoportokra bontható. Fontos jellemzője, hogy önállóan összeszerelhető és ellenőrizhető is.

14



Az alcsoport: a főcsoport bontásából származó kisebb alkatrészcsoport jellemzője, hogy összeszerelés után beméréssel ellenőrizhető.



Az alkatrész: a gyártmány olyan eleme, amely tovább nem bontható. Technológiai szempontból a gépelemeket alkatrészeknek nevezzük. Az alkatrészek előállítása a gépgyártás alapvető és elsődleges feladata.

alkatrész alcsoport

alkatrész

főcsoport

alkatrész alcsoport

gyártmány

alkatrész

alkatrész alkatrész

szerkezeti egység

alkatrész alcsoport

alkatrész alkatrész

főcsoport

alkatrész alcsoport

alkatrész alkatrész

3.3 ábra A gyártmány struktúrája, családfa (forrás: Szerzős saját szerkesztése)

3.1.4 A teljes körű minőségszabályozás területe A teljes körű minőségszemlélet alapelve, hogy a szabályozás a vevő minőség iránti igényének feltárásával kezdődjön, és akkor fejeződjön be, ha a vevő kézhez kapta a terméket és azzal elégedett.

15

1. PIACKUTATÁS

2. TERVEZÉS

3. BESZERZÉS

4. GYÁRTÁSTERVEZÉS

5. GYÁRTÁSELLENŐRZÉS ÉS FUNKCIONÁLIS VIZSGÁLATOK

6. MECHANIKAI ELLENŐRZÉS ÉS FUNKCINÁLIS VIZSGÁLATOK

7. KISZÁLLÍTÁS

8. FELSZERELÉS (ÜZEMBEHELYEZÉS) ÉS SZERVÍZ 3.4 ábra A teljes körű minőségszabályozási ciklus részei (forrás: Szerzős saját szerkesztése) A

szabályozás

ciklus

elemeinek

egyenként

különálló

fontos

szerepe

van.

A

tevékenységek lényege tehát külön-külön: 1) A piackutatás értékeli, hogy a fogyasztó milyen minőséget igényel és azért a minőségért mennyi hajlandó fizetni. 2)

A gyártmánytervezés a piackutatási értékelést pontos műszaki előírásokra fordítja le.

3) A beszerzés kiválasztja az alkatrészek és anyagok szállítóit, szerződik, és kapcsolattartó szerepet tölt be. 4) A gyártásszervezés kiválasztja a gyártáshoz szükséges gépeket, készülékeket, szerszámokat és technológiát. 5) A gyártási ellenőrök és a műhelyek gépkezelői jelentősen befolyásolják a minőséget az alkatrészek előállítása, részegységek gyártása és a végső összeszerelés során. 6) A mechanikai ellenőrzés és funkcionális vizsgálatok szolgálnak a megfelelőség megítélésére. 7) A szállítmányozás alakítja ki a csomagolás és a szállítás módját. 16

8) A felszerelési részleg és a termék szerviz azzal segíti elő a kifogástalan működést, hogy a megfelelő előírások szerint végzi az üzembe helyezést és biztosítja a karbantartást.

3.2 Forgácsolási ismeretek

3.2.1 A forgácsolás elmélete A forgácsolás az anyagok megmunkálásának egyik módja. Jellemzője, hogy az alkatrész alakját anyagrészek leválasztásával érjük el. Az anyag leválasztása a munkadarab és szerszám viszonylagos elmozdulása révén valósul meg. A szerszám maga egy ékhez hasonlóan hatol bele az anyagba és arról anyagot választ le.

3.5 A munkadarab alakítása szabad forgácsolás esetén (forrás: Szerzős saját szerkesztése) Az anyagleválasztás célja az, hogy előírt alakú, méretű és felületminőségű alkatrészeket gazdaságosan állítsunk elő. A folyamat a munkadarab (M), a készülék (K), a szerszámgép (G) és a szerszám (S), valamint irányítás (I) alkotta mechanikai rendszerben valósul meg. Ezért ezt a rendszert MKGSI rendszernek is nevezik, amelytől alacsonyabb és magasabb szintű rendszerek is definiálhatók. 

A munkadarab, amelyről egy vagy több rétegben anyagot választunk le. Jele: M

17



A készülék a munkadarab vagy szerszám befogására, helyezésére, vezetésére szolgál. Jele: K



A szerszámgép megvalósítja a munkadarab – szerszám viszonylagos mozgását. Jele: G



A szerszám az anyagleválasztást végzi. Jele: S



Irányítás (kézi vagy automatikus). Jele: I

3.6 Forgácsoló berendezés (forrás: Szerzős saját fényképe) A forgácsolás következménye ugyancsak a forgács is, amelynek keresztmetszete és alakja befolyással van a forgácsolás folyamatára. A forgácsképződés úgy történik, hogy a szerszám előrehaladva az anyagban, a homlokfelület előtti anyagrészt összetömöríti, majd amikor az igénybevétel egy síknak feltételezett felület (iránysík) mentén meghaladja az

anyag

nyírószilárdságát,

a

forgács

homlokfelületén.

18

elnyíródik,

és

elcsúszik

a

szerszám

3.7 A forgácsolás mellékterméke a forgács (forrás: Szerzős saját fényképe)

3.2.2 A munkadarab és szerszám viszonylagos mozgása Forgácsoláskor a munkadarab előírt alakját úgy kapjuk meg, hogy a célszerű alakú szerszámmal az előgyártmányról anyagrészeket választunk le forgács formájában. Az anyagleválasztás

a

munkadarab

és

szerszám

viszonylagos

elmozdulása

következményében jön létre, amikor a szerszám ékhez hasonlóan a munkadarab anyagába hatol és arról forgácsot választ le. A viszonylagos elmozdulásokat úgy kell irányítani, hogy a forgácsolás befejezésével az előírt alakú, méretű és felületminőségű alkatrészt kapjuk.

19

3.8 A munkadarab alakítása kötött forgácsolás esetén (esztergálás) (forrás: Szerzős saját szerkesztése) A relatív mozgásokat és azok jellemző adatait mindig állónak képzelt munkadarabhoz viszonyítjuk, függetlenül a tényleges helyzettől. Ez alapján megkülönböztetjük az alábbi mozgásokat: 

forgácsoló mozgást



előtoló mozgást



eredő mozgást



hozzáállító és utánállító mozgást



fogásvételi mozgást

A fő mozgás a forgácsoló mozgás, melyet a szerszámgép vagy kézi erő létesít, létrehozva ezzel a szerszám és a munkadarab egymáshoz viszonyított mozgását olyan módon, hogy a szerszám homloklapja a munkadarabhoz közeledjen. Ez a mozgás általában felhasználja a forgácsoláshoz szükséges összteljesítmény jelentős részét. A forgácsoló mozgás csak akkor jön létre forgácsleválasztás egynél több fordulaton vagy löketen át, amennyiben egyidejűleg előtoló mozgás is van. A forgácsolás jellegét tekintve az alábbiak lehetnek: 

egyenes vonalú (gyalulás, üregelés, szalagfűrészelés)



kör alakú (esztergálás, fúrás, süllyesztés, dörzsölés, marás, köszörülés)



görbe vonalú (nem forgástestek esztergálása és köszörülése, másoló gyalulás)

20

A forgácsoló mozgásnak a forgácsoló él egy pontjában értelmezett pillanatnyi iránya a munkadarabhoz viszonyítva a forgácsoló irány. A forgácsoló mozgás sebessége a forgácsoló sebesség, mely a forgácsoló él kiválasztott pontjának sebessége a munkadarabhoz viszonyítva.

3.2.3 A forgácsolt felület szerkezeti állapota A

forgácsolt

felület

rétegére

jellemző

fizikai-mechanikai

tulajdonságok

erősen

befolyásolják az alkatrész felhasználásának tulajdonságait (élettartamát, kopásállóságát). A felületi réteg állapotát jellemző legreprezentatívabb mutatók a maradó feszültségek nagysága és előjele, illetve azok behatolási mélysége, valamint a felületi felkeményedés mértéke és a felkeményedett réteg vastagsága. A fennmaradó feszültséget és a felkeményedést a forgácsoló erő, forgácsolási hő és a szerkezeti átalakulások okozzák. A forgácsoló erőnek a forgácsolás zónájában kialakuló feszültségi állapotban döntő szerepe van határozott élű szerszámmal végzett forgácsolásnál. A rideg anyagok forgácsolásánál a felülethez közeli rétegekben nyomófeszültségek maradnak vissza, képlékeny anyagoknál pedig leggyakrabban húzófeszültségek. Egy igen vékony (~0,002 mm) rétegben nyomófeszültség marad, majd egy igen vastag réteg következik, amelyben húzófeszültségek

hatnak.

Figyelembe

véve,

hogy

a

húzófeszültség

zónája

nagyságrendekkel nagyobb a nyomófeszültségnél, e réteg alapján jellemzik a felületi réteg feszültségi állapotát. A mélyebb rétegben uralkodó feszültség egyensúlyt tart a felette elhelyezkedő réteg feszültségével, tehát előjelét is az határozz meg. A maradó feszültségek

képződésének

mechanizmusát

–

erősen

leegyszerűsítve

–

a

következőképpen kell elképzelni: A megmunkált felület vékony rétege képlékeny húzó igénybevételt szenved a szerszám hátfelületén ható súrlódó erő hatására és az alatta lévő rétegben ennek megfelelően rugalmas húzó alakváltozás megy végbe. A szerszám áthaladása után az alsó réteg össze akar húzódni, de ezt gátolja a felső réteg, aminek eredményeképpen az alsó rétegben maradó húzófeszültség lesz. A

felületi

réteg

felkeményedése

lényegében

a

ferritbázis

deformációjával

és

szilárdulásával kapcsolatos. A felkeményedés foka és a felkeményedett réteg vastagsága szoros kapcsolatban van a forgács alakváltozásával és az erre ható erőkkel. Emiatt, a felkeményedés

csökken

a

homlokszög

növelésével

és

a

forgácsvastagság

csökkentésével. A forgácsolási sebességnek a felkeményedésre kifejtett hatása

21

megegyezik annak az alakváltozási tényezőre kifejtett hatásával. A szerszámkopás növeli a felkeményedést és a felkeményedett réteg vastagságát.

3.2.4 A forgácsolás gazdaságossági kérdései A forgácsolás folyamat hatékonyságának növelése szükségessé teszi, hogy az egész folyamat műszaki paramétereit gazdaságossági szempontból is megvizsgáljuk, illetve megválasztásuknál ezek a szempontok is érvényesüljenek. A forgácsolási adatok megválasztása szoros kapcsolatban van az olyan jellemző gazdaságossági mutatókkal, mint

a

termelékenység

és

a forgácsolási költségek.

A forgácsolási

adatokat

megválaszthatjuk úgy is, hogy a forgácsolás termelékenysége magas lesz, de közben a szerszám él tartam csökkenése miatt a szerszám- és egyéb költségek erősen növekedhetnek és végeredményben a forgácsolás gazdaságossága csökkenhet. Tehát olyan forgácsolási adatokkal akarunk dolgozni, melyek a megválasztott célfüggvénytől eredményeznek,

függően akkor

maximális azokat

a

termelékenységet, korlátozó

feltételek

vagy

minimális

költséget

figyelembevételével

lehet

meghatározni, mégpedig a korlátozások szabta lehetőségek maximális kihasználásával. A korlátozások figyelmen kívül hagyásával megválasztott forgácsolási adatokat nem tekinthetjük optimálisnak, sőt megvalósíthatóságukban sem lehetünk biztosak.

3.2.5 A korlátozások Acélfüggvények elemzése arra az eredményre jut, hogy az optimális forgácsolási adatok megválasztásánál a megmunkáló rendszer műszaki jellemzőit is figyelembe kell venni, mint esetleg korlátozó tényezőket. A rendszer jellemzői, valamint a munkadarabokra vonatkozó

minőségi

előírások

vagy

követelmények

az

adott

megmunkálás

korlátrendszerét határozzák meg. E korlátozások behatárolják az adott rendszerben a lehetséges megoldások, azaz a megvalósítható forgácsolási tényezők keresési tartományát. E korlátozásokat általában feltételrendszernek nevezik.

22

3.9 A forgácsolási adatokat befolyásoló tényezők (forrás: Szerzős saját szerkesztése)

3.3 Esztergálás rendszerezése, felosztása Ez a folyamat a megmunkáló eljárások szétválasztás elnevezésű főcsoportjában a forgácsolás határozott élű szerszámmal elnevezésű csoportjának egy alcsoportja. Az esztergálás folyamatos, kör alakú forgácsolással és a forgácsolás irányára merőleges előtoló mozgással végzett forgácsolás. Az esztergálásnak nemzetközileg elfogadott több módozata van, melyek a következők lehetnek: 

síkesztergálás



hengerfelület esztergálása



csavarfelület esztergálása



lefejtő esztergálás



profilozó esztergálás

23

3.10 CNC berendezés (forrás: Szerzős saját fényképe) A síkesztergálás egy olyan típusú esztergálás, ahol a munkadarab forgástengelyével merőleges síkfelületet állítunk elő. Ez megvalósulhat több módon is, így például keresztirányú előtolással (oldalazással). A

hengerfelület

esztergálás

egy

olyan

esztergálás,

amellyel

a

munkadarab

forgástengelyével egytengelyű körhenger palástfelületet állítunk elő. Ide tartozik többek között a hosszirányú hengerfelület esztergálás, nagy előtolású simító esztergálás és a hántolóesztergálás is. A csavarfelület esztergálás olyan esztergálás, melynél a fordulatonkénti előtolás egyenlő a menetemelkedés mértékével, hossz és keresztirányban egyaránt. Ide tartozik például a menetesztergálás mentekéssel és a menetesztergálás fésűs menetkéssel. A lefejtő esztergálás fogásszimmetrikus lefejtett felület előállítására használatos olyan folyamat, melynél az alapprofilos szerszám a forgácsolás alatt az előtolással egyidejűleg legördülő mozgást végez.

24

A profilozó esztergálás szintén fogásszimmetrikus felület előállítására alkalmas szerszámmal dolgozik, de ez olyan hosszirányú vagy keresztirányú esztergálás, melynél a szerszám profilja átmásolódik a munkadarabra.

3.3.1 A munkadarab befogása A munkadarab befogása 1/d viszonya szerint három különböző befogást különböztetünk meg: 

befogás egyik végén (l/d ≤ 3÷4)



befogás mindkét végén (3÷4 ≤ l/d ≤ 8÷12)



befogás mindkét végén és támasztás középen (l/d> 8÷12)

3.11 A munkadarab befogására szolgáló elemek egy CNC gépen (forrás: Szerző saját fényképe) A munkadarabok helyzetét a befogási módokkal határozzuk meg a szerszám éléhez viszonyítva. A sugárirányú méreteket biztosítása érdekében központosítási módot alkalmazunk, tehát a forgástengelynek a helyzetét határozzuk meg. Az egyik végén alkalmazott központosítás leggyakoribb eszköze a síktárcsa, a tokmány és a 25

szorítóhüvelyek. A síktárcsa négy szorítópofája külön-külön, függetlenül egymástól állíthatóak. Maga a központosítás hosszú és körülményes folyamat. A tokmány szerkezetileg

többféle lehet.

Legtöbbször

a

spiráltárcsás

hárompofás

tokmányt

alkalmazzák. Ez nagysorozatú gyártás esetén pneumatikus vagy hidraulikus gépi szorítású tokmány. Szorítóhüvelyeket automata esztergákon illetve revolveresztergákon alkalmaznak. A mindkét végén való befogás központosító elemei a különféle esztergacsúcsok (normálcsúcs, félcsúcs, negatívcsúcs, stb.). A csúcsok nem tudnak nyomatékot átadni. Ezt szolgálja a forgatótárcsa és az esztergaszív. Amennyiben az l/d> 8÷12, úgy a munkadarabot a csúcsokkal való központosítás mellett álló- vagy mozgóbábbal meg kell támasztani.

Befogás módja

A befogás eszköze Tokmány síktárcsa,

3÷4=

Befogás lebegve

vagy főorsóba fogott tüske

Befogás tokmányba és csúccsal 3÷4≤ ≤8÷12

megtámasztva Befogás csúcsok közé

>8÷12

Befogás csúcsok közé és bábbal támasztva

Tokmány és támasztócsúcs Mellső és hátsó csúcs, menesztés Mellső és hátsó csúcs és támasztás bábbal menesztés

3.12 Befogási módok esztergálásnál (forrás: Szerző saját szerkesztése)

3.4 Fúrás alapfogalmai A fúrás egy olyan megmunkálás típus, ahol belső hengeres, vagy egyéb alakos (menetes, kúpos) felületeket állítunk elő. Néhány kivételt leszámítva a belső felületek forgásfelületek. A mozgás típus ebben az esetben is forgácsoló mozgás, forgómozgás ahol nem csak a munkadarab végezhet forgómozgást, hanem a szerszám is. A szerszámtengely szerinti egyenes vonalú egyenletes mozgást, azaz az előtoló mozgást szintén végezheti mind a munkadarab mind a szerszám, természetesen alkalmazott szerszámgéptől függően. A fogásmélységet ebben az esetben elsődlegesen a szerszám mérete határozza meg. A furatok forgácsolási szempontból hosszuk (l) és átmérőjük (d) alapján a gyakorlatban lehetnek: 26



rövidfuratok (l/d ≤ 0.5)



normálfuratok (l/d ≤ 3)



hosszúfuratok (l/d ≤ 10)



mélyfuratok (l/d > 10)

3.13 Fúróeszköz (forrás: Szerző saját fényképe) Az osztályozás alapja technológiai eredetű, így utalva különböző műszaki intézkedésre. A furatok fúróval való forgácsolásánál két jellegzetes lépést különítünk el. Ezek: 

fúrás



furatbővítés 27

A fúrás az a forgácsoló eljárás, amikor tömör anyagba készítjük a furatot, míg a furatbővítés esetében a már meglévő furatot nagyobb átmérőjű, új alakú vagy pontosabb méretű furattá alakítjuk.

3.4.1 A fúrás szerszámai A tömör anyagban való előállításának szerszámai szerkezeti kialakításuk és alkalmazási területük

szempontjából

eltérők

lehetnek.

Ezek

alapján

megkülönböztetjük

a

következőket: 

központfúrók



csigafúrók



magfúrók



váltólapkás fúrók



lapos fúrók



mélyfurat-fúrók

3.4.2 A furatbővítés szerszámai A furatbővítés szerszámainak csoportosítása a következőképpen alakul: 

csigafúrók



süllyesztők



dörzsárak



fúró rudak



menetfúrók

3.5 Marás alapfogalmai A marás során sík, síkokból összetett illetve más alakos, rendszerint külső felületeket állítunk elő. A forgácsoló mozgás, forgómozgás,amit mindig a szerszám végez. Az előtoló mozgás egyenes vonalú mozgás, amit a szerszám és a munkadarab is végezhet. A fogásmélységet meghatározhatjuk szerszám tengelyirányában illetve arra merőlegesen is,

28

esetenként

mind

a

két

irányban

szükséges.

Ezen

jellemzők

alapján

változó

keresztmetszetű forgács, szakaszos leválasztás történik, több élű határozott él geometriájú szerszámmal. Ez a megmunkálási csoport alkotja a forgószerszámos megmunkálások a csoportját, amely nagy anyagleválasztási sebesség mellett változatos szerszámkollekcióval és nagyszámú eljárásváltozattal rendelkezik. Alap eljárás alapján két különböző változat van: 

palástmarás



homlokmarás

3.5.1 A marás szerszámainak fő csoportjai Nagyon változatok a szerkezeti kialakítás terén, a szerszámok befogórésze alapján, két nagy csoportot különböztetünk meg: 

száras marók



furatos marók

A marás szabályosan több élű forgácsoló szerszámmal végzett megmunkáló eljárás. A forgó főmozgást mindig a marószerszám, az előtoló mellékmozgást vagy a munkadarab, vagy a szerszám végzi. A marásnak két alapeljárása van: palástmarás (a) és homlokmarás (b).

3.14 A marás alapeljárásai (forrás: http://www.uni-miskolc.hu/~wwwfemsz/forg5.htm) 29

3.6 A kész görgő Az alkatrészek gyártását és a csapágy kiválasztását követően megkezdődik az összeszerelés. A szerelés műveleteit összefoglalóan, leíróan a következőképpen érdemes alkalmazni a gyártás gazdaságossága érdekében. Anyagmozgatás: 

raktározás, tárolás



kiszállítás a szereléshez



műveletközi anyagmozgatás (kézi, gépi)



műveleten belüli anyagmozgatás (tájolás, összerakás)

Tisztítás: 

mechanikai (kézi, vibrációs, ultrahangos)



kémiai (szerves oldószeres, alkalikus vizes oldatok)



összetett eljárások (mechanikai-kémiai, elektrokémiai)

Összeállítás: 

nem mozgó szerkezetek (ráhelyezve, behelyezve, feltűzve)



mozgó szerkezetek (forgó szerkezet, egyenes vonalú mozgást végző, mozgás átalakítók)

Megmunkálás: 

reszelés



csiszolás



hántolás



köszörülés



fúrás



menetfúrás



dörzsölés

30

Rögzítés: Oldható kötések: 

csavarkötések



gyorskötések



tengelykötések



alakzáró



erőzáró

Nem oldható kötések: 

hegesztett kötések



forrasztott kötések



ragasztott kötések



zömítéssel kötő



hajlítással kötő



szilárd illesztéssel kötő

A szerelési feladat lehető legkevesebb időt, tárgyi a személyi feltételeket igénylő végrehajtás. Az összeszerelést követően az elkészült szállítószalag görgőt olyan ellenőrzésnek vetik alá, ahol kiderül, hogy megfelel-e a görgővel szemben támasztott követelményeknek. Az elsődleges vizsgálat a gördülési ellenállás vizsgálata. Ezt a vizsgálatot egy a MEKK által gyártott ellenállásmérő pad segítségével tudjuk megmérni.

3.15 Az összeszerelt próbagörgő füzér (forrás: Szerző saját fényképe) 31

4. A gördülőcsapágy tulajdonságai

4.1 A csapágyfajta és méret kiválasztása Bőséges választék áll rendelkezésre a különféle csapágyfajtákból és ezeken belül a különféle csapágyméretekből. Ezek közül kell kiválasztani azt a csapágyat, mely a szóban forgó esetben a követelményeknek még megfelelő, leggazdaságosabb megoldást adja. Ez nagy tudást és gyakorlatot igénylő feladat, melyet legtöbbször nem lehet általános előírások szerint elvégezni. Kedvező eredményt csak a csapágytulajdonságok és a követelmények hozzáértő egybevetés adhat, de egyidejűleg sok egyéb tényezőre is figyelemmel kell lenni, így például a szerelési lehetőségekre is. Azok a tényezők, amelyek a csapágyfajta kiválasztását befolyásolják, olyan sokféle, hogy erre vonatkozólag nem lehet általánosan érvényes szabályt megjelölni. Az alább felsorolt szempontos azonban hasznos útmutatásul szolgálnak. A terhelés iránya szerint megkülönböztetünk 3 típust: Radiális terhelés:

4.1 A csapágy radiális terhelése (forrás: SKF általános katalógus)

32

Axiális terhelés:

4.2 A csapágy axiális terhelése (forrás: SKF általános katalógus) Kombinált terhelés:

4.3 Kombinált terhelés (forrás: SKF általános katalógus)

33



Kisméretű csapágyazásokhoz rendszerint golyóscsapágyat használunk. A kisméretű golyóscsapágyak teherbírása alig valamivel kisebb, mint a hasonló méretű görgőscsapágyaké.

A

golyóscsapágy

emellett

karbantartás

tekintetében

igénytelenebb, mint a görgőscsapágy. 

Nagy terhelésekre kizárólag görgőscsapágy alkalmas. Lökésszerű terheléseknél még kisebb méretekben is előnyösebb görgőscsapágyat használni.



Mélyhorgonyú golyóscsapágy alkalmazása akkor célszerű, ha a radiális terhelés mellett számottevő axiális terhelés is hat, különösen nagyobb fordulatszámú alkalmazásnál.

Radiális és axiális erők együttes felvételére ezen kívül még ferde hatásvonalú golyóscsapágy, a beálló golyós és görgőscsapágy, valamint a kúpgörgőscsapágy alkalmas. 

Beálló golyós- vagy görgőscsapágyat akkor kell használni, ha a csapágy és a ház középvonala között, akár szereléskor, akár üzemközben, szögeltérések léphetnek fel.



A hengergörgős csapágy leggyakrabban használt kivitelében, amikor az egyik gyűrű sima, peremmentes, nem terhelhető axiális erővel. Ilyen ágyazásnál a tengely (bizonyos határok között) axiálisan szabadon elmozdulhat.



Az axiális golyóscsapágyak tisztán csak axiális erők felvételére alkalmasak, radiális erőkkel nem terhelhető.



A beálló axiális görgőscsapágyak igen nagy axiális terhelés mellett, tetemes radiális erőkkel is terhelhetők.

A csapágyfajta kiválasztása egyéb szempontok is befolyásolják. Sok esetben fontos szempont lehet, hogy a csapágy ne akadályozza a többi alkatrész gyors szétszerelését. Ezek a követelmények csak a csapágyazás célszerű, átgondolt megoldásával teljesíthetők. A csapágyfajta kiválasztása után, a csapágynagyság meghatározása a csapágyra

ható

terhelések,

a

megkívánt

élettartam

és

az

üzembiztonság

követelményeinek figyelembevételével történik.

4.2 A csapágy terhelhetősége és élettartama A határterhelés a csapágy méreteiből és szilárdsági állandóiból számított érték, mely főleg az álló helyzetben terhelt, vagy lassan forgó csapágynál ad tájékoztatást a csapágy 34

terhelhetőségre. Emellett az alapterhelés az élettartam számítás kiinduló adata és azt a terhelést jelenti, ami mellett a csapágy terhelése egymillió fordulat. A csapágy élettartama alatt az ismétlődő igénybevételek következtében előálló anyagkifáradásig megtett millió fordulatot, vagy az állandó fordulatszámnál az eddig elért üzemórák számár értjük. Sok csapágy megy tönkre más okból kifolyólag, mint például hibás szerelés, elégtelen vagy nem megfelelő kenőanyag használata. Az élettartam kísérletek vizsgálata szerint azonban, az azonos anyagból készült, azonos típusú és méretű csapágyak élettartama sem egyforma, még azonos üzemviszonyok között sem. Ezért fontos a névleges élettartam fogalma és annak egyértelmű meghatározása.

4.3 Terhelések A gördülőcsapágyakra vonatkozó alapterhelések meghatározásánál feltételezzük, hogy radiális csapágyak esetében csak egyetlen sugár irányú állandó terhelés van, axiális terhelés esetén pedig csak tengelyirányúan hat a csapágy középvonalában. Általában a csapágyak terhelése nem ilyen egyszerű, hanem igen változatos. Emiatt a csapágyra ható erőket egy olyan képzelt terheléssel kell helyettesíteni, amely megfelel az alapterhelésre érvényes feltételeknek és az élettartamra ugyanazt a hatást gyakorolja. Ezt a képzelt terhelést hívjuk egyenértékű terhelésnek. A vizsgált esetben olyan szállítószalag görgőibe választjuk meg a gördülő csapágyakat, amelynek a terhelése a szállított anyag és a szállítófelület tömegéből adódik. Mivel egy háromtagú görgőfüzérről van szó, így nyilvánvaló, hogy a középső füzértag csak radiális terhelést kap, míg a szélső tagok tengelyirányú axiális terhelést is. A csapágy megválasztásakor figyelembe kell vennünk, tehát nem elhanyagolható ez a terhelés.

4.4 Gördülőcsapágy kiválasztása A görgő élettartamát vagy maximálisan lehetséges hasznos üzemidejét a beépített gördülőcsapágy élettartama

is meghatározza.

Ezt

a görgők

vagy a

csapágy

futófelületeinek fáradási jelenségei is meghatározzák, amelyek kezdetben megerősödött működési zajokkal járnak és később mechanikai meghibásodás miatt a csapágy üzemzavarát is okozzák. A radiális és axiális erők okozta mechanikai igénybevétel a fordulatszámhoz hasonlóan sem egyedül felelős a gördülőcsapágy meghibásodásáért. Elsődlegesen

a

csapágykörnyezet

konstrukciós

kialakítása,

elszennyeződés, valamint a gyártási minőség játszik nagy szerepet.

35

a

kenés

vagy

az

4.5 Csapágykiválasztás A görgők csapágytípusának és méretének kiválasztása a gyártási költség mellett a görgőnek egyrészt az élettartamát, másrészt az összes alkatrészének konstrukciós összehangolását határozza meg. Így a gördülőcsapágy kiválasztása a csapágy környezetére erőterheléshez és szerkezeti kialakításhoz igazodik. Előtérben viszont az a gazdasági indok áll, hogy lehetőleg kedvező költségű gördülőcsapágyakat alkalmazzunk. Erre egyrészt a beszerzési költség, másrészt az élettartamkenés miatti kedvező karbantarthatóság mérvadó. Ezért nehéz görgőkben általában radiális golyóscsapágyakat alkalmaznak. Ezek nagy radiális és kis axiális erőket képesek felvenni, kis tengelyszögeltéréseket engednek meg és nagyon jól alkalmazható náluk az élettartamkenés. Nehéz görgőknél általában a 63-as sorozatú radiális golyóscsapágyakat alkalmazzák. A radiális terhelés függvényében a 06-12-es csapágyméretet, ill. a 30-60-as tengelyátmérőt lehet kiválasztani. A durva elő kiválasztás a tömegáramtól függően adódó radiális csapágyterhelések alapján történik.

4.6 Illesztések, tűrések és üzemi csapágyhézag A görgőbe beépített gördülőcsapágyak normális üzemeltetésének feltétele az összes alkatrész szilárd egysége. Az összekötés módjának kis mértékben meg kell engednie vagy meg kell gátolnia a görgőülékben lévő gyűrűknek a radiális és axiális terhelések hatása melletti minden relatív mozgását, és ebben figyelembe kell venni a gördülőcsapágy

pontosságát,

üzemi

hézagait

és

a

terhelést,

fordulatszámot,

hőmérsékletet. A görgőknél konstrukciós feltétel, hogy a tengely áll, és a köpenycső, csapágytartó és a külső gyűrű forog. Az álló teher következtében a terhelés a külső gyűrűre körkörösen hat és a belső gyűrűre pontterhelés formájában. Ezt figyelembe véve kell a külső gyűrű csapágyülékét sajtoló illesztésként és a belső gyűrűjét átmeneti illesztésként kialakítani, hogy egyrészt elkerüljük, hogy a csapágygyűrűknek a csapágytartóban lévő mozgása miatt illesztési rozsda keletkezzen, másrészt lehetővé tegyük a belső gyűrű elmozdulását a tengelyen, hogy a belső gyűrű terhelési pontja elmozdulhasson és az axiális elmozdulások lehetővé váljanak.

36

4.4 Két radiális golyóscsapágy tűréseinek és a szerelt állapotban beálló csapágyhézag összeállítása tömör csapágytartóra a külső gyűrű 70%-os szűkületével Az átlagos csapágyhézag beszerelt állapotban, a példákban kereken 14 μm és 39 μm közötti, az elfogadható tartományban van. A statisztikailag inkább valószínűtlen határértékek vagy erőltetéshez, vagy sokkal nagyobb csapágyhézaghoz vezetnek. Ezeket az értékeket lehetőleg el kell kerülni, mert a csapágy élettartamát csökkentik. Ennek érdekében a bemért alkatrészeket a görgők szerelésénél célirányosan kell kiválasztani, vagy a tűréseket gazdaságilag még elviselhető mértékben kell beszűkíteni. A görgők üzemelésekor beálló tényleges csapágyhézag számára az üzemeltetési paraméterek és a gyártási pontosságok nagy jelentőségűek. A görgők, és ezzel a gördülőcsapágyak megterhelése az összes alkatrészen deformációt okoz. Így a hengertest megterhelése megnöveli a csapágyhézagot, ellenben a csapágytartók és a tengelyek deformációja, valamint a csapágyülékek egyenességi hibái a csapágyhézagot csökkentik. Ebben különösen a csapágygyűrűk szögeltérése és egymáshoz képesti elmozdulása játszik nagy szerepet.

4.5 A csapágygyűrűk egymáshoz képesti elfordulásának bemutatása

37

5. Kiválasztáshoz szükséges számítások

5.1 Elrendezések A DIN 22101 szerint a hevederes szállító berendezés térfogat- és tömegáramát a görgőelrendezésből adódó, (maximálisan) lehetséges töltési keresztmetszet és a dinamikus rézsűszög határozza meg. A görgőelrendezés méretezésének alapja és kiindulópontja az elméleti töltési keresztmetszet, amely a DIN szerinti háromrészes görgőelrendezésekre a geometriából számítható ki. Az elméleti keresztmetszeti felület a következőkből adódik:

Figyelembe kell venni, hogy a névleges töltési keresztmetszet meghatározásához a szállítóheveder szélességéből levonnak 10 %-os hevederszélességet plusz 50 mm-t vagy maximum 250 mm-t azért, hogy a térfogatáramnak a berendezés üzeme alatti ingadozásait vagy a heveder félrejárását kompenzálni tudják. A tömegáramra vonatkozóan tehát az ömlesztett anyag sűrűsége adódik, vagy a tömör talaj sűrűsége szorozva a lazítási tényezővel, melynél a maximális térfogatáramnak nem kell szükségszerűen egyeznie a maximális tömegárammal. A továbbiakban a görgőállomást a térfogatáramra tekintettel inkább maximumra kell méretezni, mely során a terhelésként jelentkező tömegáramot inkább átlagértékkel veszik figyelembe. A helyes füzérgeometria kiválasztásához néhány szempontot figyelembe kell venni. Egyrészt a szükséges tömeg illetve térfogatáramot kell figyelembe venni, másrészt pedig az eredő erőket és az alkatrészekkel szembeni igényeket.

38

5.1 A DIN 22101 szerinti töltési keresztmetszet (forrás: www.ebookbrowsee.net) Így befolyásolja a füzérgeometria a mozgási ellenállást, a radiális csapágyerőt és ezzel a gördülőcsapágy élettartamát és a hevedervezetést is, a heveder félrejárása során a jóindulatú és rossz viselkedést illetően. A berendezés építőjének és üzemeltetőjének a célja, hogy ezeket a tulajdonságokat kedvező beruházási költségek figyelembevételével optimálisan összehangolja. Így történik a gyakorlatban a görgőgeometria kiválasztása sok különböző szempont alapján, de lényegében alacsony beruházási- és karbantartási költség és a berendezés optimális üzemeltetése céljából, a berendezésnek görgőülékek vagy füzérgeometriák kiválasztása érdekében és például a görgők üzemi tulajdonságaira vonatkozó

elméleti

meggondolások

szerint.

Az

hevederszélesség alapján, a következőképen változik:

39

elméleti

keresztmetszet

a

5.2 Elméleti keresztmetszetek különböző hevederszélesség esetén

5.2 Csapágy fő méretei A csapágy gyártóknak és fogyasztóknak közös érdeke, hogy a csapágyak minősége, aránylag olcsó árak mellett is kiváló legyen. Ez a két követelmény, úgy tűnik, ellent mond egymásnak, de tömeggyártás esetén mindkettő kielégíthető. Ezért a nemzetközi szabványszervezet (ISO) a gyártók és fogyasztók közös érdekeinek megfelelően, korlátozza a gyártott csapágytípusok és nagyságok számát oly módon, hogy csak az úgynevezett főméret táblázatokban lefektetett méretű csapágyakat tekinti szabványosnak. Minden szabványos csapágy egy méretsorozatba tartozik, melyet kétjegyű számmal jelölünk (pl. 10, 02, 12, 03 stb.). Ezek közül a második palástátmérő sorozatot, az első pedig a szélességsorozatot jelenti. Azonos átmérősorozatba tartozó csapágyak palástátmérője, azonos furat esetén, egyforma. Különböző átmérősorozatokba tartozó csapágyak

palástátmérője

még

egyazon

furat

esetén

is

különböző.

Minden

átmérősorozatba többféle szélességsorozat tartozik. Az azonos méretsorozatba tartozó, egyforma furatú csapágyak főméretei azonosak. A beépítési feladatok nagy része megoldható a katalógusban szereplő csapágyakkal. Minden egyes csapágytípus bizonyos jellemző műszaki tulajdonságokkal rendelkezik, amelyeket az adott csapágy kivitele határoz meg, és többé-kevésbé alkalmassá teszi azokat adott csapágyazási feladatok ellátására. A mély hornyú golyóscsapágyak például mérsékelt radiális és axiális terhelés

40

elvételére egyaránt képesek. Kicsi a súrlódásuk, nagy pontossággal és zajtalankivitelben is gyárthatók. Ezért előnyösen használhatók kis- és közepes méretű villamos motorokban.

5.3 A csapágyak határterhelése Olyan csapágy terhelhetősége, mely nem forog, vagy csak egészen kis mozgást végez, nem számítható az anyagkifáradás és élettartam alapján, mert így esetleg a csapágy törési szilárdságát is túlhaladó terhelésértékeket kapnánk. Ebben az esetben a gördülőtestek és a gördülőpályák érintkezési pontjaiban keletkező, maradó alakváltozások mértéke szab határt a csapágy terhelhetőségének.

5.4 Szöghibák A tengely és a csapágyfészek középvonala között szöghiba keletkezhet, pl. a terhelés hatására fellépő tengely lehajlása miatt, vagy ha a csapágyfészkeket nem egy elfogásban munkálják meg, illetve, ha a csapágyak egymástól messze, különálló házban vannak. A merev csapágyak, vagyis a mély hornyú golyóscsapágyak és a hengergörgős csapágyak a középvonalak szöghibáját nem, vagy csak nagyon kis mértékben kompenzálják, ha csak erre erővel nem kényszerítik.

5.5 Fordulatszám A gördülőcsapágyak fordulatszámát a megengedhető üzemi hőmérséklet korlátozza. Ezért a nagy üzemi fordulatszámra a kis súrlódású, és ennek megfelelően kevés súrlódási hőt termelő csapágytípusok a legalkalmasabbak. A legnagyobb fordulatszám tisztán radiális

terhelés

golyóscsapágyakkal,

esetén míg

a

mély

kombinált

hornyú

golyóscsapágyakkal

terhelés

esetén

a

ferde

és

a

beálló

hatásvonalú

golyóscsapágyakkal érhető el. Ez különösen igaz a nagypontosságú ferde hatásvonalú golyóscsapágyakra, valamint a kerámia gördülőelemekkel rendelkező mély hornyú golyóscsapágyakra. Kivitelük miatt az axiális csapágyak nem alkalmasak olyan nagy fordulatszámú üzemeltetésre, mint a radiális csapágyak.

41

5.6 Terhelések meghatározása A számításhoz szükséges adatok: Tömegáram

ṁ= 10 700 t/h

Heveder sebesessége

vh= 5,76 m/s

Heveder anyagsűrűsége

ρh= 1,98 t/m3

Heveder szélessége

B= 1600 mm

Felső görgők távolsága

tf= 1,8 m

Pályadőléstől függő tényező

δ= 0,9999

Szállítási keresztmetszet:

Tényleges szállítási keresztmetszet: A táblázatban szereplő adatok szerint a valós, azaz tényleges szállítási keresztmetszet a B=1600 mm –es heveder esetében:

Tényleges tömegáram:

42

Tényleges szállítási kapacitás:

Szállított anyag folyóméter tömege:

Egy görgőre számított anyag tömege:

Egy görgőre számított heveder tömege:

A görgőre ható teljes terhelés:

43

Biztonsági tényezőként, az esetleges túlterhelések vagy termelés növekedése miatt, illetve a könnyebb számítás érdekében a teljes terhelést mt= 1500 kg értéknek tekintjük.

5.7 Ható erők meghatározása A csapágy kiválasztásához ismernünk kell a ható erők tengelyirányú (axiális) és rá a merőleges (radiális) komponenseit. Az erőkomponenseket a következő ábra alapján bontottam fel és számítottam ki.

5.3 Terhelések iránya (forrás: A szerző saját szerkesztése)

5.4 Erőkomponensek

44

A szélső görgőket külön vizsgáltam meg mivel ebben az esetben a görgők csapágyai nem csak radiális terhelést kapnak. A kombinált terhelés esetén, mind a két irányú terhelés jelentős mértékű. Szélső görgő erőkomponenseinek számítása: Radiális erő:

Axiális erő:

A középső görgő esetén csak radiális terhelés hat a csapágyakra. Ebben az esetben a terhelés a szállított anyag mennyiségéből és a heveder tömegéből adódik. A középső görgő csapágyainak terhelés számítása egyszerű, mivel csak radiális terhelés hat így a képlet:

5.8 Csapágyszámítás menete A számított F csapágyterhelés kielégíti a C dinamikus alapterhelésre vonatkozó követelményeket, vagyis nagysága és iránya állandó, radiális csapágynál tisztán radiális, axiális csapágynál tisztán axiális irányú és középen hat, akkor P = F és a csapágyterhelés közvetlenül behelyettesíthető az élettartam egyenletbe. Minden más esetben először ki kell számítani az egyenértékű csapágyterhelést. Ez egy olyan feltételezett terhelés, amelynek nagysága és iránya állandó, a radiális csapágyon radiális, az axiális csapágyon axiális irányú és középen hat, valamint hatása a csapágy élettartamára ugyanaz, mint a 45

csapágyra valóban ható terheléseké. A radiális csapágyat gyakran terheli egyidejűleg radiális és axiális erő. Ha az eredő terhelés nagysága és iránya állandó, a P egyenértékű dinamikus terhelés a következő összefüggéssel számítható.

Fr= a terhelés radiális összetevője Fa= a terhelés axiális összetevője X= a csapágy radiális tényezője Y= a csapágy axiális tényezője Az X és Y értékeit a következő táblázat alapján határozzuk meg: P= XFr+YFa e X

Y

X

Y 2

0,22

1,8

0,24

1,6

0,27

1,4

0,31

=0,25

1,2

0,37

=0,50

1

0,44

=0,04 =0,07 =0,13

1

0

0,56

5.5 X és Y meghatározásához szükséges táblázat (forrás: Szerző saját szerkesztése) A további adatok, melyek szükségesek a csapágyszámításhoz a következők: C- Határterhelés (statikus) C0- Alapterhelés (dinamikus) L- Élettartam millió fordulatban Lh- Élettartam üzemórákban f1- Élettartam tényező n- Fordulatszám

46

Az adott terhelés és élettartam esetén a szükséges alapterhelés értékét a következő képletből számítható:

Az adott csapágyméret és élettartam esetén a megengedhető terhelés (egyenértékű terhelés):

Adott csapágyméret és terhelés esetén az élettartam tényező:

A golyóscsapágyak élettartam tényezője millió fordulatokban kifejezett élettartammal:

Az egyenértékű terhelés képlete radiális csapágyakra:

Az egysorú radiális csapágynál az axiális terhelés csak akkor befolyásolja a P egyenértékű dinamikus terhelést, ha az Fa/Fr arány meghaladja a táblázatokban megadott e értéket. Kétsorú radiális csapágyaknál már kis axiális erő is jelentős hatást gyakorol. Ugyanez az általános egyenlet alkalmazható azokra az axiális csapágyakra is, amelyek

mind

axiális,

mind

radiális

terhelést

felvehetnek,

pl.

axiális

beálló

görgőscsapágyakra. Azoknál az axiális csapágyaknál, amelyek csak tiszta axiális terhelést vehetnek fel, pl. axiális golyós-, hengergörgős és tűgörgős csapágyak, az egyenlet egyszerűsíthető, ha a terhelés a csapágyra központosan hat Axiális csapágyakra ez a képlet a következőképpen alakul:

Valamennyi, az egyenértékű dinamikus csapágyterhelés kiszámításához szükséges információ és adat megtalálható a csapágytáblázatokban. 47

5.9 A számítás A számítás adatai: A kiválasztáshoz használatos számítási folyamat az SKF katalógusban meghatározott módon történt. A mélyhornyú csapágycsaládból választom meg az ideális méretet, mivel a radiális terhelés mellett jelentős axiális terhelés is van. Ennek megfelelően a számítás a következőképpen alakul: A csapágy radiális terhelése

Fr= 150 kg

A csapágy axiális terhelése

Fa=100 kg

Fordulatszám

n=630

Kívánt élettartam üzemórákban

Lh=100 000

Számítás menete szélső görgő esetében:

Mivel ez az érték nagyobb, mint az e rovatban található legnagyobb érték, így P=Fa A fordulatszám és a kívánt névleges élettartam (üzemórákban) alapján táblázatból meghatározható az f1 értéke.

48

5.5 Az élettartam-tényező (f1) meghatározása (forrás: SKF katalógus)

Mivel

ezért, P=Fa

Az adott terhelés és élettartam esetén a szükséges alapterhelés értékét a következő képletből számítható:

A választandó csapágy szükséges alapterhelése tehát Cmin=1560 kg ami alapján megfelel pl. a 6308 jelű csapágy amelyre:

Táblázat alapján: 49

5.5 Az SKF katalógus mélyhornyú csapágy listája 40mm, 45 mm (forrás: SKF katalógus)

5.6 Méretmagyarázat (forrás: SKF katalógus)

50

5.7 Az SKF katalógus mélyhornyú csapágy listája 40mm, 45 mm (forrás: SKF katalógus)

51

5.8 Az SKF katalógus mélyhornyú csapágy listája 50mm, 55 mm (forrás: SKF katalógus)

5.9 Méretmagyarázat (forrás: SKF katalógus) A 63-as sorozatjelű mélyhornyú csapágycsaládból kívánunk választani. A jövőbeli technikai fejlődés illetve a termelés növekedése miatt érdemes nagyobb teherbírású 52

csapágyat választani. A kapott eredmények alapján a kiválasztás az SKF katalógus táblázatából történik. A szélső görgőre jutó terhelések alapján megállapítható, hogy a 6308-as jelű mélyhornyú csapágy megfelelő a kívánt élettartammal számolva.

5.10 Élettartam számítás szélső görgő csapágyára A 6308 ezek alapján megfelelő a szélső görgőkbe való beépítése ajánlott. A bemutatott példákban biztonsági tényezőkkel kalkulált terhelésekkel számítottam a görgőfüzér szélső görgőire, amelyek optimális feltételeket feltételezve teljesülhet. A kapott eredményeket összefoglaló táblázatba raktam a számítás végén.

5.10.1 A 6308-s csapágyak élettartamának ellenőrzése Adatok: Csapágyra ható radiális terhelés

Fr= 100 kg

Csapágyra ható axiális terhelés

Fa= 150 kg

Percenkénti fordulatszám

n=630

Határterhelés (statikus)

C0=2400 kg

Határterhelés (dinamikus)

C= 4230 kg

A megadott adatok alapján az Lh élettartamot határozom meg üzemórákban.

Az SKF katalógusban megadott táblázat alapján az ehhez a számhoz tartozó e értéke :

Az axiális és radiális terhelés hányadosa nagyobb, mint a táblázatban megadott legnagyobb e értéke:

53

Így az X és Y értéke a táblázat alapján:

Az X és Y értékének felhasználásával meghatározható az alapterhelés:

A dinamikus határterhelés és az alapterhelés hányadosaként meghatározható a f 1 élettartam szám, amit az SKF katalógus táblázatában visszakeresve:

A táblázat alapján az f1=17,34 számhoz tartozó élettartam:

5.10.2 Szélső görgő adatainak összegzése Csapágyjel

6308

C0 [kg]

2400

C [kg]

4230

e

0,27

X/Y

0,56/1,6

P [kg]

244

f1

17,34

Lh [üzemóra]

125 000

5.10 Különböző csapágytípusok összehasonlító táblázata (forrás: Szerző saját szerkesztése) A vizsgálatban meghatározott csapágy, a görgő későbbi felhasználását is figyelembe véve az SKF gyártó 6308 csapágyjelű mélyhornyú csapágya felel meg. A vizsgálat során az előző években már használt 6308-s csapágy már bizonyította más görgőgyártók görgőibe beszerelve tartósságukat, így a gyakorlati tapasztalatra is támaszkodhatunk. Az 54

egyedi tervezésű és kivitelezésű görgőkonstrukcióval szemben támasztott elvárásoknak megfelelően hosszabb élettartamú csapágyakra van szükség. Az 5.10 táblázat tartalmazza az adott típus adatait.

5.11 Élettartam számítás középső görgő csapágyára 5.11.1 A 6308-s csapágyak élettartama Adatok: Csapágyra ható radiális terhelés

Fr= 400 kg

Percenkénti fordulatszám

n=630

Határterhelés (statikus)

C0=2400 kg

Határterhelés (dinamikus)

C= 4230 kg

A dinamikus határterhelés és az alapterhelés hányadosaként meghatározható a f 1 élettartam szám, amit az SKF katalógus táblázatában visszakeresve:

A táblázat alapján az f1=5,29 számhoz tartozó élettartam:

5.11.2 A 6310-s csapágyak élettartama Adatok: Csapágyra ható radiális terhelés

Fr= 400 kg

Percenkénti fordulatszám

n=630

Határterhelés (statikus)

C0=3800 kg

Határterhelés (dinamikus)

C= 6500 kg

55

A dinamikus határterhelés és az alapterhelés hányadosaként meghatározható a f 1 élettartam szám, amit az SKF katalógus táblázatában visszakeresve:

A táblázat alapján az f1=16,25 számhoz tartozó élettartam:

5.11.3 A 6312-s csapágyak élettartama Adatok: Csapágyra ható radiális terhelés

Fr= 400 kg

Percenkénti fordulatszám

n=630

Határterhelés (statikus)

C0=5200 kg

Határterhelés (dinamikus)

C= 8520 kg

A dinamikus határterhelés és az alapterhelés hányadosaként meghatározható a f 1 élettartam szám, amit az SKF katalógus táblázatában visszakeresve:

A táblázat alapján az f1=21,3 számhoz tartozó élettartam:

56

5.11.4 Összehasonlítás (középső görgő) Csapágyjel

6308

6310

6312

C0 [kg]

2400

3800

5200

C [kg]

4230

6500

8520

P [kg]

400

400

400

f1

10,58

16,25

21,3

Lh [üzemóra]

32 000

125 000

200 000

5.11 Különböző csapágytípusok összehasonlító táblázata (forrás: Szerző saját szerkesztése)

5.12 Kieső görgő esetében számolt élettartam Vannak olyan esetek, amikor valamilyen okból kifolyólag a heveder nem ér hozzá a görgőfüzérhez, esetleges csere miatt még nincs beszerelve az új görgőfüzér. Az előzőleg méretezett csapágyak alapján számolva, olyan esetet vizsgáltam meg, amikor egy görgőfüzér elől és után is kiesik egy-egy görgőfüzér. Ebben az esetben a 1,8m-es görgőtáv 3,6m-re növekszik, így a szállított anyag tömegének és a heveder tömegének 2szerese hat a csapágyakra. Ezzel a vizsgálattal meghatározom, hogy ilyen esetben a megnövekedett csapágyterheléssel mekkorára csökken a kívánt üzemórák száma. A számításokat követően táblázatban hasonlítom össze a különböző esetek eredményeit.

5.12.1 Számítás A szélső görgő (6308):

Adatok: Csapágyra ható radiális terhelés

Fr= 285 kg

Csapágyra ható axiális terhelés

Fa= 210 kg

Percenkénti fordulatszám

n=630

Határterhelés (statikus)

C0=2400 kg

Határterhelés (dinamikus)

C= 4230 kg

57

A megadott adatok alapján az Lh élettartamot határozom meg üzemórákban.

Az SKF katalógusban megadott táblázat alapján az ehhez a számhoz tartozó e értéke :

Így az X és Y értéke a táblázat alapján:

Az X és Y értékének felhasználásával meghatározható az alapterhelés:

A dinamikus határterhelés és az alapterhelés hányadosaként meghatározható a f 1 élettartam szám, amit az SKF katalógus táblázatában visszakeresve:

A táblázat alapján az f1=9,4 számhoz tartozó élettartam:

A középső görgő (6310):

Adatok: Csapágyra ható radiális terhelés

Fr= 800 kg

Percenkénti fordulatszám

n=630

Határterhelés (statikus)

C0=3800 kg

Határterhelés (dinamikus)

C= 6500 kg

58

A dinamikus határterhelés és az alapterhelés hányadosaként meghatározható a f 1 élettartam szám, amit az SKF katalógus táblázatában visszakeresve:

A táblázat alapján az f1=13,13 számhoz tartozó élettartam:

59

5.12.2 Eredmények A számítások alapján kapott eredményeket összehasonlító táblázat tartalmazza a számításhoz kiszámolt részeredményeket és végeredményeket, összehasonlítva az optimális esettel. Szélső görgő csapágya: Csapágyjel (eset)

6308 (1,8m-normál eset)

6308 (3,6m-kritikus eset)

Fa

100

285

Fr

150

210

n

630

630

C0

2400

2400

C

4230

4230

P

244

495,6

f1

17,34

8,72

Lh (üzemóra)

125 000

16 000

5.12 Eltérő eseteket összehasonlító táblázat -6308 (forrás: A szerző saját szerkesztése) Középső görgő csapágya: Csapágyjel (eset)

6310 (1,8m-normál eset)

6310 (3,6m-kritikus eset)

Fr

400

800

n

630

630

C0

3800

3800

C

6500

6500

P

400

800

f1

16,25

8,125

Lh (üzemóra)

125 000

16 000

5.13 Eltérő eseteket összehasonlító táblázat -6310 (forrás: A szerző saját szerkesztése)

60

6. Kiválasztás

6.1 A megfelelő csapágy fontossága A kiválasztáshoz használt képletek, egyenletek és táblázatok évről évre változnak, mivel a technikai fejlődésnek köszönhetően az új típusú csapágyak minősége és terhelhetősége folyamatosan fejlődik, javul. A Mátrai Erőmű Zrt. –MEKK által tervezett és gyártott próbagörgő csapágyazása miatt fontos a megfelelő méret és típus megválasztása. Természetesen a legfontosabb oka a helyes működés mellett a gazdaságosság kérdése. Mindamellett, hogy a gyártási folyamatokat külsős kivitelező nélkül megoldható olcsón, a csapágy helyes kiválasztásával hasonlókép fokozhatjuk a görgő kivitelezésének gazdaságosságát. A görgő csapágyazása az előzőleg használt, más gyártók görgőihez hasonlóan a 6308/6310/6312 jelű csapágyakkal szerelhető a jelenlegi termelési adatok alapján. A vállalat az SKF márkájú csapágyakat használ, így a gyártó hivatalos katalógusa alapján számításokat végeztem a jelenlegi szállítási adatokkal. A megfelelő csapágy kiválasztása után meghatároztam a különböző méretű csapágyak élettartamát üzemórában, ami alapján kiválasztottam a cég számára legmegfelelőbb típust.

6.2 A számítás eredményei A következő táblázatok tartalmazzák a számítások legfontosabb adatait, rész- illetve végeredményeit. Szállítószalag főadatai táblázatba foglalva:

Adat

Érték

Mértékegység

Tömegáram

12172

t/h

Szállítási kapacitás

6147

t/h

Anyag folyóméter tömege

587

kg/m

Hev.folyóméter tömege

70,8

kg/m

Görgők közötti táv (f. ág)

1,8

m

Szállítási keresztmetszet

0,2965

m2

β

36

°

Szalag sebessége

5,77

m/s

6.1 A szállítószalag adatai 61

A csapágy méretezéséhez szükséges adatok (szélső görgő) táblázatba foglalva:

Adat

Érték

Mértékegység

Görgő összterhelése

~1500

kg

~150

kg

~100

kg

~100 000

h (üzemóra)

A csapágy radiális terhelése A csapágy axiális terhelése Kívánt élettartam

6.2 Szélső görgőre adatai (forrás: Szerző saját szerkesztése) A csapágy méretezéséhez szükséges adatok (középső görgő) táblázatba foglalva:

Adat

Érték

Mértékegység

Görgő összterhelése

~1500

kg

~400

kg

~100 000

h (üzemóra)

A csapágy radiális terhelése Kívánt élettartam

6.3 Középső görgőre adatai (forrás: Szerző saját szerkesztése) A szélső és középső görgőre számított csapágyméretezés adatai: Szélső görgőre: Csapágyjel

6308

C0 [kg]

2400

C [kg]

4230

e

0,27

X/Y

0,56/1,6

P [kg]

244

f1

17,34

Lh [üzemóra]

125 000

6.4 Szélső görgőre számolt értékek (forrás: Szerző saját szerkesztése) 62

Középső görgőre: Csapágyjel

6308

6310

6312

C0 [kg]

2400

3800

5200

C [kg]

4230

6500

8520

P [kg]

400

400

400

f1

10,58

16,25

21,3

Lh [üzemóra]

32 000

125 000

200 000

6.5 Középső görgőre számolt értékek (forrás: Szerző saját szerkesztése)

6.3 Az eredmények kiértékelése Méretezési számítások segítségével meghatároztam a szükséges csapágy típusát és méretét. Eltérő méretű csapágyak várható élettartamát a felhasználni kívánt környezet figyelembevételével

vizsgáltam.

A

6308/6310/6312

jelű

csapágyak

eredményeit

táblázatba foglalva összehasonlítottam, ahol egyértelműen látszik a várható élettartamban mutatkozó differencia a középső görgő esetében. A középső füzértag esetében a 6310-es méretet javaslom beszerelésre, míg a szélső füzértagok esetében a 6308-as méret kielégíti a kívánt élettartamot. A esetleges füzérkiesést vizsgálva az várható élettartam hasonlóképpen változott mind a két elhelyezés esetében. A jelenlegi termelési kapacitáshoz illetve a kialakításhoz mérten ez a görgőkonstrukció megállja helyét egyéb gyártók termékeivel szemben.

63

7. Összefoglaló A szállítószalag görgőinek általános áttekintése után fontosnak találtam megvizsgálni a Mátrai Erőmű Zrt.-hez tartozó MEKK műhelycsarnok gépeinek felhasználásának lehetőségeit. A gyártástechnológiai lehetőségek ismertetését követően az összeszerelés lépéseit vizsgáltam. A Mátrai Erőmű bányáiban használt szállítószalagokba beszerelt görgők gyártásához a meglévő technológia lehetőséget ad minden alkatrész gyártásához illetve

összeszereléséhez.

csapágykatalógusából

A

görgőbe

méretezést

beszerelendő

követően

választottam

csapágyakat ki.

A

az

SKF

szállítószalagok

méretezésénél fontos tényező a szalagpályán beszerelt görgők gördülési ellenállása és zajszintje. Ezek csökkentésének és gazdaságosságának érdekében nagy hangsúlyt kell fektetni a görgők csapágyazásának kiválasztására. A kapott eredmények alapján a legmegfelelőbb csapágytípus a mélyhornyú 6308 és 6310, attól függően, hogy a görgőfüzér melyik tagjába szereljük be. A várható élettartam miatt a 6310-es jelű csapágytípust ajánlom beszerelésre a középső füzértagba. A szélső füzértagba pedig a 6308 megfelelő. A csapágy jelenlegi terhelés és környezeti hatások mellett várhatóan 125 000 üzemórát képes működni. Ez a szám természetesen csak optimális esetet feltételezve lehetséges. A nagymértékű kiporzás és egyéb korrozíó miatt ez a szám jelentősen csökkenhet, de megfelelő kenés és karbantartás mellett fenntartható a megfelelő működés. Nagy pályahosszú hevederes szállítószalagok esetében, gyakran előfordulnak olyan jellegű zavarok, ami okán egyes görgőfüzérekhez nem ér hozzá a hevederes szállítószalag vagy valamilyen karbantartási okból kifolyólag kivételre kerülnek egyes füzérek. Ekkor a csapágyakra ható terhelések nagymértékben megnőnek, így csökkentve a csapágy várható élettartamát. Azonos termelési kapacitás mellett számolva, olyan esetett vizsgálva mikor egy füzér előtti és követő füzér valamilyen okból nem vesz fel terhelést, vizsgáltam meg a várható élettartam csökkenést összehasonlítva az optimális esethez képest. A terhelések jelentős megnövekedésével a várható élettartam szignifikánsan

lecsökkent.

A

számítások

alapján

a

terhelés

megnövekedésnek

lehetőségét csökkenteni kell, tehát kerülendő a hosszú hibás működtetés, mivel az gyors elhasználódáshoz vezet és gazdasági szempontból nem hasznos.

64

Summary The first part of my thesis is a general overview related to the Mátra Power Plant Zrt – MEKK. This part of the company works on general service for the company’s mines. They are able to produce parts of any machines what are used for mechanical activities. They decided to produce self-designed conveyor belt rollers, because of economical reason. Every part of this self-designed roller was produced by the MEKK except the bearing. There are many reasons to make a calculation and selection from good quality bearing. First of all, it should to be economical and able to work for at least the desired work hours. On the other hand the environmental cases where it will be used for. The noise and dust contamination of the surroundings can be cause problems. The results of the bearing calculation are that the bearing set depends on the location. With the first calculation I received that the side rollers got less force than the middle roller. After a carefully calculation I have selected the 6308 type of SKF bearing for the side rollers. The forces in the case of the middle rollers are a bit different. There is no axial force, only radial. In this case the calculation easier, however the forces are significantly higher. For this reason I have checked different type of bearing, but I have selected the 6310 type of bearing. Both of these are enough for the desired life time. After this selection I have calculated the forces and the life time of another case. That case has a bit higher stress, because of the reason of service or some design mistake. The distance between the rollers changed from 1.8m to 3.6m. With this change the forces get higher, so it means that the life time of the bearing changed significantly. My recommendation is to operate as effective as they can, and work without any mistake in the construction. In that case their work will be effective, economical and they can safe time with it.

65

Irodalomjegyzék 

Dudás Illés- Gépgyártástechnológia I. – Miskolci Egyetem 2002



Dudás Illés- Gépgyártástechnológia II. – Miskolci Egyetem 2002



Dudás Illés- Gépgyártástechnológia III. – Miskolci Egyetem 2002



Dudás Illés- Gépgyártástechnológia IV. – Miskolci Egyetem 2002



SKF Katalógus – Stverteczky János



M. Csizmadia Béla, Nándori Ernő- Mechanika Mérnököknek- Statika –Nemzeti Tankönyvkiadó (1996)



SKF Online katalógus: http://www.skf.com/hu/index.html

66

Köszönetnyilvánítás Ezúton szeretnék köszönetet mondani a Geotechnikai Berendezések Intézeti Tanszéken dolgozó belső konzulensemnek, Dr. Virág Zoltán egyetemi docensnek, aki kiváló tanácsaival és ötleteivel segítette munkámat, illetve külső konzulensemnek, Nagy Ervinnek a Mátrai Erőmű ZRt. központi karbantartás-előkészítő osztályvezetőjének, aki gyakorlatom ideje alatt és után segített munkámban és hasznos tanácsaival látott el. Továbbá a Mátrai Erőmű ZRt. karbantartás-előkészítő osztály többi beosztottjának, akik szintén sok jó tanáccsal és információval segítettek diplomamunkám írásában.

Miskolc, 2014. május 9.

-------------------------------Czene Márton

67