Fabricación
33 TONELADAS: fabricación de un reductor de velocidad excepcional para un laminador circular.
MERGER fabricó, para una empresa siderúrgica con sede en Italia, los componentes de transmisión de potencia de un laminador circular, incluyendo un reductor principal de 33 toneladas y dos reductores cónicos de 10 toneladas cada uno.
Diseño 100% MERGER para un actor de la industria siderúrgica italiana.
MERGER Diseñado, ensamblado y probado en su taller de Corbas, un sistema de transmisión mecánica con una masa total de 53 toneladasEste equipo incluye 2 reductores de cono de 10 toneladas y una reductor principal de 33 toneladas está destinado a la modernización de un Laminador circular radial-axial operado por un actor en el industria siderúrgica Con sede en Italia.
Reestructuración del sistema de transmisión de una laminadora: los desafíos industriales del cliente.
La siderúrgica ha comenzado a reestructurar su tren motriz para cumplir tres objetivos principales:
- Evolucionando la infraestructura para permitir laminación en caliente de coronas de acero diámetros mayor, una operación que requiere un aumento significativo del par aplicado.
- Limitar la diversidad de habitaciones Las piezas de repuesto se almacenan en las instalaciones mediante la imposición de un único tipo de motorización para todo el proceso (uso exclusivo de motores eléctricos ABB tipo M3BP 400, cada uno con una potencia de 630 kW).
- Elimine el riesgo de tiempos de inactividad no planificados.En la producción de acero, una falla en la transmisión en un flujo caliente conduce al enfriamiento de las piezas metálicas, pérdidas de materia prima y aumento de costos. El cumplimiento debía ser 100% validado en fábrica antes del envío como parte de la puesta en marcha inmediata.
Un reto técnico: las características específicas de las cajas de engranajes MERGER
La laminadora recibe inicialmente una pieza en bruto circular, gruesa y de pequeño diámetro, de acero en bruto. Esta pieza sólida se calienta a alta temperatura para hacerla maleable. A continuación, el rodillo principal ejerce una presión continua sobre la pared de este anillo giratorio. Bajo el efecto de esta fuerza mecánica, el acero se comprime, se estira y se adelgaza. El material se expande hacia afuera. Este proceso de laminación mecánica aumenta el diámetro final del anillo a la vez que reduce su espesor, del mismo modo que se agranda un anillo de masa al extenderlo. Para soportar las tensiones mecánicas derivadas de la aplicación, nuestros equipos tuvieron que instalar topes de carga axial. Se prestó especial atención a su dimensionamiento.
Ubicación y función del reductor principal de 33 toneladas.
Le reductor directora garantiza la formación de los laminación central. Su función es transmitir la energía necesaria para deformar y estirar un anillo de acero caliente.
Esta potencia se obtiene acoplando dos motores ABB M3BP 400, cada uno de los cuales desarrolla 630 kW. Operando simultáneamente, el poder total en la entrada de reductor es de 1230 kW.
Cinemática y dimensionamiento de la caja de cambios principal
Escenas cinematográficas:
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Arquitectura: Sistema de doble eje con entrada paralela (Entrada doble / Salida única).
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Etapas de reducción: Configuración de tren de 4 engranajes.
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Flujo de potencia: Los dos piñones "alta velocidad" Entrada Reciben potencia de ambos motores. Engranan en un engranaje intermedio común para combinar los pares. Luego transfieren esta potencia total alarbre "baja velocidad".
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Dirección de rotación: Sinistrórsum.
apresto
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Relación de reducción exacta: 80,248.
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Potencia nominal aceptada: 2 x 630 kW (es decir, una capacidad instalada total de 1.260 kW).
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Cálculos de idoneidad: La oficina de diseño de MERGER realizó los cálculos de la geometría y los perfiles de los dientes utilizando el software. KISSsoft Según la norma ISO 6336. Un estudio adicional con la CETIM validó la resistencia de las líneas de árboles a contraintes termomecánico.
Características mecánicas y peso
Características mecánicas:
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Material del engranaje: Se utiliza acero 18CrNiMo7-6. En la clasificación metalúrgica, este grado se define como un acero especial para cementación. Su bajo contenido de carbono (~0,18 %) requiere la aplicación de carbono superficial (cementación) seguida de un tratamiento térmico (temple) y un proceso de revenido estabilizador para lograr la relación dureza/endurecimiento deseada. Estas operaciones se conocen comúnmente como CTR (cementación/temple/revenido). Estos tratamientos térmicos se realizan después del tallado de engranajes, pero antes de la etapa final de rectificado.
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Interfaz de conexión y salida: Eje estriado hueco según la norma DIN 5480 (N340 x 6 x 55 – 8H)Este árbol utiliza acero. 42CrMo4 tratado (Re > 750 MPa) con ranuras endurecidas por inducción a un mínimo de 500 HV.
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Orientación (rumbos): Los ejes están soportados por cojinetes. SKF De alta capacidad. Incorporan una holgura radial C3 para absorber las dilataciones térmicas propias de la industria siderúrgica.
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Lubricación y sellado: El sistema combina la lubricación por salpicadura con la lubricación forzada mediante una unidad de motor-bomba externa con filtro dúplex. Las juntas tóricas en las tapas y los sellos de laberinto en la salida del eje garantizan un sellado hermético.
Peso:
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Masa vacía: Aproximadamente 27.000 kg (27 toneladas).
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Misa en orden de llegada: 33.000 kg (33 toneladas). Este peso incluye un tanque lleno de lubricante, acoplamientos y accesorios. Este es el transmisión la más pesado construido por MERGER en su taller en Corbas (69).
Los reductores de cono de 10 toneladas
Estas dos unidades (cono superior y cono inferior) gestionan el transmisión de poder en los ejes geométricos secundarios y complementarios del proceso radial-axial. Impulsan los conos que sujetan y calibran el acero en sus caras terminales. De este modo, controlan la altura de la corona mientras que reductor El principal aumenta su diámetro.
Estos reductores se colocan en la periferia inmediata del área de formandoTienen una posición inclinada en 17,50° en relación con el nivel del suelo de la taller de laminaciónUno controla el entrenamiento superior y el otro el entrenamiento inferior. Los dos dispositivos giran en direcciones opuestas.
Cinemática y dimensionamiento de reductores cónicos
Escenas cinematográficas:
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Arquitectura: Reductor combinado ortogonal.
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Etapas de reducción: Configuración de tren de 3 engranajes.
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Flujo de potencia: La primera planta de entrada utiliza un pareja espirocónico para cambiar la dirección del eje de entrada del motor en 90°. Luego, dos trenes paralelo deengranajes con dientes helicoidal realizar la reducción de velocidad principal.
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Dirección de rotación: En el sentido de las agujas del reloj y en sentido contrario.
dimensionamiento:
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Relación de reducción exacta: 19,104.
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Potencia nominal aceptada: 630 kW por unidad.
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Velocidades nominales: El dispositivo reduce la velocidad de 1.491 rpm en la entrada (motor ABB M3BP 400) a 78 rpm en la salida.
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Cálculos de idoneidad: Modelado bajo KISSsoft Garantiza el comportamiento de los dientes ante cambios de ciclo y golpes de penetración en la chapa de acero.
Características mecánicas y peso de los 2 reductores
Características mecánicas:
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Material del engranaje: En cuanto a reductor directorael material para los dientes helicoidal y espirocónico es de acero aleado tipo (CTR) cementado, templado, revenido y rectificado.
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Interfaz de conexión y salida: Eje hueco rígido asociado a un collar de sujeción (Disco retráctil con agujero Este sistema garantiza una unión por fricción Sin necesidad de llaves. Elimina la holgura mecánica y no está sujeto a vibraciones ni a cambios de carga.
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Orientación (rumbos): El eje hueco utiliza cojinetes axiales de rodillos cónicos. SKF, absorbiendo el empuje axial del conoy grandes rodamientos de rodillos esféricos (500 x 830 x 325) se encargan de absorber las fuerzas radiales.
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Lubricación y sellado: Una red de tuberías internas rígidas y colectores de inyección pulverizan aceite a presión directamente en los puntos de contacto. Los sellos de laberinto protegen las carcasas de los cojinetes del agua de desincrustación, la cal y otros contaminantes del entorno.
Peso:
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Masa vacía: Aproximadamente 27.000 kg (8 toneladas).
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Misa en orden de llegada: 10 000 kg (10 toneladas) por unidad. Este peso incluye la unidad de lubricación, los fluidos, el soporte de interfaz del motor y los accesorios (sensores, válvula, etc.).
Galería de fotos
Laminación en caliente: el principio de la deformación mecánica
La máquina recibe inicialmente una pieza de acero en bruto (llamada tocho o anillo en bruto), que es gruesa, alta y de pequeño diámetro. Esta pieza maciza se precalienta a una temperatura muy alta para hacerla maleable.
A continuación, el laminador utiliza la fuerza combinada de varios cilindros para aplastar y estirar el metal:
- Acción radial (controlada por el reductor principal): El cilindro principal ejerce una presión continua sobre la pared exterior del anillo giratorio. Bajo esta fuerza mecánica extrema, el acero se aplasta, se adelgaza y se estira. Esta acción aumenta el diámetro final de la corona.Es el mismo principio físico que cuando se ensancha un anillo de masa haciéndolo rodar entre los dedos: cuanto más fina se vuelve la pared, mayor es el diámetro del anillo.
- La acción axial (gestionada por los reductores cónicos): A medida que aumenta el diámetro, dos cilindros cónicos sujetan el acero por sus caras superior e inferior. Esta acción permite para calibrar con precisión la altura y la planitud de la coronaevitando que el metal se deforme de forma incontrolable bajo la presión del cilindro principal.
¿Para qué producto terminado?
Gracias a esta doble operación simultánea (radial y axial), el laminador transforma un bloque compacto de metal en un corona o un anillo de acero de gran diámetro, perfectamente circular, con un grosor y una altura estrictamente controlados.
Estas piezas (coronas laminadas sin costura) se utilizan posteriormente en industrias de alta tecnología para la fabricación de:
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Cojinetes de gran tamaño (para aerogeneradores o túneles).
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Bridas de conexión para tanques o tuberías.
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Componentes para los sectores aeronáutico, ferroviario o espacial.
Las limitaciones técnicas de este proceso de fabricación
Restricciones relacionadas con la aplicación final:
El proceso de laminado en caliente para las coronas crea un entorno de trabajo exigente, especialmente para los componentes de transmisión:
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Fuerzas multidireccionales combinadas: El proceso aplica simultáneamente cargas en dos ejes geométricos distintos. Las cajas de engranajes deben absorber fuerzas radiales continuas durante la reducción del espesor del anillo, así como fuerzas axiales permanentes durante la calibración de las caras de los extremos.
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Un régimen de choques mecánicos repetidos: El contacto de la pieza de acero térmico entre los cilindros de laminación provoca picos de carga instantáneos (choques de penetración) que se transmiten directamente a los ejes y engranajes.
- Condiciones térmicas adversas y contaminación: Las carcasas operan en las inmediaciones del metal en MERGER. Están sometidas a una fuerte radiación térmica, a la pulverización de agua relacionada con el proceso de desincrustación y a una atmósfera saturada de incrustaciones, partículas de óxido de hierro altamente abrasivas.
Los requisitos arquitectónicos de las especificaciones
El operador de la acería ha formulado criterios específicos con el fin de estandarizar su planta:
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Una limitación única del motor: El cliente está obligado a utilizar exclusivamente motores eléctricos estandarizados ABB de 630 kW.
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Es imprescindible una arquitectura de doble motor: Para lograr la potencia requerida de 1 260 kW En el accionamiento principal con estos motores impuestos, MERGER tuvo que diseñar un reductor específico con un eje de entrada doble paralelo que incorporaba un sistema de suma de potencia mecánica.
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Índices de reducción precisos: Los dispositivos debían ajustarse a una cinemática estricta, es decir, a una relación exacta de 80,248 para el reductor principal (4 engranajes reductores) y 19,104 para reductores cónicos (3 etapas con accionamiento en ángulo de 90°).
- Cero defectos antes del envío: Debido a los elevados costes financieros que supondría un fallo en el flujo de metal fundido, MERGER tuvo que validar al 100% el rendimiento y la durabilidad de los engranajes en su banco de pruebas de fábrica (análisis vibracionales, termográficos y pruebas de contacto azul) antes de firmar el contrato de entrega.
Las soluciones específicas propuestas por nuestra oficina de diseño
Para cumplir con precisión las limitaciones de la laminadora italiana, la oficina de diseño de MERGER estudió todas las restricciones relacionadas con las especificaciones y propuso soluciones específicas que fueron validadas por el cliente.
- La implementación de un sistema de lubricación forzada: Para disipar el calor generado por el proceso y el funcionamiento interno, cada reductor está asociado a una unidad de lubricación motorizada independiente, equipada con sensores de flujo, filtros y bloques de refrigeración de aceite.
- Un sistema de sellado reforzado: Para proteger los mecanismos internos del agua de proceso y las incrustaciones, MERGER ha implementado sistemas de sellado dinámico específicos (sellos de laberinto y deflectores) en las salidas de los ejes. De este modo, las salidas de los ejes quedan protegidas por sistemas sin contacto, lo que impide que cualquier contaminante penetre en los rodamientos.
- La elección de rodamientos SKF reforzados: La guía la proporcionan los rodamientos de rodillos de alta capacidad del catálogo. SKF (específicamente las series 22344, 22356 y 23264 para la caja de cambios principal). Fueron seleccionadas específicamente con un Conjunto radial C3 para absorber aumentos significativos de temperatura sin riesgo de bloqueo o agarrotamiento de las bolas/rodillos.
Nuestro servicio: desde el estudio inicial hasta la entrega de las cajas de engranajes para laminadores.
La fase de ingeniería, notas de cálculo y modelado
El proyecto comienza con una fase de estudio esencial para dimensionar los equipos sometidos a pares de torsión extremos y golpes repetidos.
Cálculos de resistencia de los engranajes: La oficina de diseño interna de MERGER utilizó software de simulación. KISSsoft Modelar los perfiles de los dientes y calcular su resistencia a la fatiga y a la rotura según la norma internacional ISO 6336. MERGER proporcionó un Nota de cálculo para todo el proyecto.
Covalidación de la resistencia al choque: MERGER colaboró con ingenieros expertos de CETIM (Centro Técnico de Industrias Mecánicas) para validar la resistencia mecánica de las líneas de ejes y la ausencia de deformación de las carcasas con respecto a los picos de carga durante la penetración del acero en el tren de laminación.
Diseño de arquitecturas específicas: Nuestros ingenieros han elaborado los planos generales para la carcasa del motor doble de ejes paralelos (reductor principal) y las carcasas ortogonales (reductores cónicos).
Fabricación, corte y tratamientos termoquímicos
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Mecanizado y tallado de engranajes : Todos los engranajes fueron mecanizados a partir de un bloque sólido de acero utilizado específicamente en metalurgia/fabricación de acero.
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Tratamientos de endurecimiento térmico : Los piñones fueron sometidos a un ciclo de cementación y temple.
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Corrección final del perfil : Tras el procesamiento, los dientes se rectifican en máquinas de alta precisión para obtener una geometría perfecta y una rugosidad máxima muy baja (Ra = 0,8Esta operación es particularmente importante para lograr un acoplamiento suave de los engranajes, limitar la acumulación de calor y reducir las vibraciones.
Montaje y ajuste mecánico en el taller
El montaje se realizó en nuestro taller de Corbas. El proceso, desde la preparación hasta la entrega de la caja de cambios principal, duró un mes.
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Conjunto de cojinetes: Instalación de rodamientos de marca SKF Mediante ajuste térmico. Rodamientos de rodillos cónicos para el eje de entrada de los conos y rodamientos de rodillos esféricos para la caja de engranajes principal. Los rodamientos de la caja de engranajes principal cuentan con un ajuste específico adaptado a las exigencias térmicas de la industria siderúrgica.
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Comprobando el alcance de los dientes con azul: Antes de cerrar las carcasas, se realiza una prueba de contacto mecánico con azul de Prusia. Esto permite verificar visualmente que la superficie de contacto entre los dientes esté perfectamente distribuida a lo largo de todo el ancho del piñón.
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Ajuste y cierre de los cárteres: Las carcasas de acero soldadas están ensambladas. Los tornillos estructurales son de alta calidad. 12.9Se aprietan al par nominal mediante herramientas de par controlado. Todas las chavetas internas utilizadas reciben un tratamiento que les confiere una dureza mínima de 110 daN/mm².
Análisis y control
Antes de autorizar la entrega, cada unidad fue sometida a un protocolo de control en condiciones de vacío y de carga para validar su comportamiento dinámico.
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Análisis espectral de vibraciones: Se utilizaron acelerómetros para medir el comportamiento vibratorio de los engranajes y cojinetes con el fin de detectar cualquier anomalía en el engranaje.
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Monitorización termográfica: Las cámaras térmicas monitorizan los cambios de temperatura en los rodamientos SKF para validar el correcto funcionamiento del circuito de lubricación.
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Control del circuito hidráulico: MERGER comprobó el sellado de las tapas (equipadas con juntas tóricas) y de las salidas del eje (protegidas por juntas laberínticas y deflectores). Se probaron y calibraron los indicadores eléctricos de obstrucción del filtro y las sondas de temperatura del sistema de lubricación forzada.
Protección y preparación antes del envío
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Ficha técnica del fabricante: MERGER ha registrado todos los informes de control, los certificados de materiales de los aceros (18CrNiMo7-6 y 42CrMo4) y las curvas de ensayo en el expediente técnico final.
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Protección y transporte pesado: Los reductores fueron vaciados, recibieron un tratamiento anticorrosión interno protector y, posteriormente, pintados (color RAL 7041).
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