■孫茂林，姚艷書

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

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

1. 淬火油槽裝油量計(jì)算

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

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

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

（1）淬火油的質(zhì)量

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

（2）淬火工件放出的最大熱量

式中 G——淬火件重量（包括模具、 料架）最大約3000kg；

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

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

t1——工件冷卻開始溫度 850℃；

t2——工件冷卻終了溫度 100℃。

代入數(shù)據(jù)：

（3）淬火介質(zhì)需要量

V=Q/ρC（t3-t4）

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

t3、t4——介質(zhì)開始和終了溫 度。

代入數(shù)據(jù)：

淬火油質(zhì)量=體積×密度=67×900=60（t）

淬火油槽結(jié)構(gòu)如附圖所示。

2. 加裝輔助油循環(huán)裝置

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

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

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

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

3. 結(jié)語(yǔ)

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

淬火油槽的示意