ANALYSIS OF CONTACT MECHANICS OF A BANDAGE AND SUPPORT ROLLS OF ROTARY KILNS

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The basics of the design of rotary kilns, widely used in the processing and preparation of various raw materials, are described. It is shown that the weak point of the rotary kilns design is the support rollers, which carry the entire load of the kiln and are initially made of less durable steel than a bandage being in contact with them. In fact, the design itself provides for the possibility of periodic replacement of the «miscellaneous part», which is a support roller. However, for an operator, any downtime of equipment leads to economic losses. Therefore, the goal has been formulated: to increase the durability of the support rollers avoiding a significant change in the kiln design. For this purpose, initially, from the point of view of contact mechanics, the basics of the interaction of the surfaces of the support roller and the bandage of a rotary kiln have been studied. Calculation models for various contact options of these parts have been given. The force model of contact between the surfaces of the support roller and the bandage has been studied. The maximum normal and tangential stresses in the contact zone, at its boundary and beyond have been determined. At the same time, complex processes occur in the contact area of the roller and the bandage surfaces, in particular, micro-slipping and sliding, due to the difference in the diameters of the rotating bodies and the difference in the level of their mechanical properties. Micro-slip is one of the sources of fretting wear. However, the most significant wear occurs as a result of mechanical interaction and changes in the structure of the surface layer with the gradual accumulation of various kinds of defects in the crystalline structure caused by plastic deformation of the surface layer of the contacting parts. It is shown that not only the mechanical and operational properties of the material for their construction, but also the displacement of the contact spot during kiln operation have a significant effect on the wear process of the support rollers. The displacement can be angular or linear, and in real conditions it is most often combined, it is caused by the thermal expansion / compression of the metal structure and the operating conditions of the rotary kiln.

About the authors

Konstantin Vasil'evich Makarenko

Bryansk State Technical University

Email: makkon1@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7195-0500
Department of Mechanical Engineering and Materials Science, professor, doctor of technical sciences

Aleksandr Aleksandrovich Azarkin

Bryansk State Technological University of Engineering

Email: jarret@mail.ru
ORCID iD: 0009-0004-9170-4114

Aleksandr Viktorovich Vdovin

Bryansk State Technical University

Email: vdovin.alexander.v@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6014-0043
Department of Mechanical Engineering and Material Science, docent, candidate of technical sciences

References

  1. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология: Справочное издание: В 2-х книгах. Книга 1 / Под ред. В.Г. Лисиенко. М.: Теплотехник, 2004. 688 с.
  2. Барабанные вращающиеся аппараты: учеб. пособие / Э.А. Козловский, А.Э. Козловский, И.А. Повтарев; Иван. гос. хим-технол.ун-т. Иваново: ИГХТУ, 2019. 106 с.
  3. ОСТ 26-01-147-89. Аппараты сушильные с вращающимися барабанами. Общие технические требования.
  4. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия / К. Джонсон; пер. с англ. М.: Мир, 1989. 510 с.
  5. Сакало В.И., Коссов В.С. Контактные задачи железнодорожного транспорта. М.: Машиностроение, 2004. 496 с.
  6. Котов С.Ю., Шкинь Н.В. Анализ теории трения качения О. Рейнольдса // Новые материалы, оборудование и технологии в промышленности: материалы международной научно-технической конференции молодых ученых, Могилев, 25-26 октября 2018 г. / редкол.: И. С. Сазонов (гл. ред.) [и др.]. Могилев: Белорусско-Российский университет, 2018. С. 70–71.
  7. Гончаров М.С., Хуртасенко А.В., Шрубченко И.В. Исследование пятна контакта бандажа цементной печи и опорного ролика / // сб. докл. Международной научно-технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова, посвященной 160-летию со дня рождения В.Г. Шухова. Белгород, 2013. С. 536–540.
  8. Шрубченко И.В., Кузнецова И.В. Исследование характеристик пятна контакта поверхностей качения технологических барабанов // Материалы V межрегиональной научно-технической конференции с международным участием «Механики XXI веку». Братск, 2006. С. 242–246
  9. Колобов А.В., И.И. Кузнецова М.И. Шрубченко Д.В. Кривенченко Определение характеристик пятна контакта бандажей и роликов технологического барабана / Наука и молодежь в начале нового столетня: сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф. студ., асп. и молод, учен., Губкин, 12-13 апреля 2007 г. / Губкин. филиал Белгор гос. технол. ун-та; Губкин: ИП Уваров В.М., 2007. С. 198–201.
  10. Shrubchenko I.V., Hurtasenko A.V., Sharapov R.R., Duyun T.A. & Shchetinin N.A. Investigation of Characteristics of Contact Bandages and Support Rollers of Rotating Technological Drums // Modern Applied Science. 2015. Vol. 9, № 1. pp. 195–203.
  11. Азаркин, А.А., Макаренко К.В. Исследование влияния рабочего нагрева на достижение предельного состояния опорных роликов вращающихся печей // Актуальные вопросы техники, науки, технологии: сборник научных трудов национальной конференции 07-10 февраля 2024 г./ под общ. ред. Т.Э. Сергутиной. Брянск, Брян. гос. инженер.-технол. ун-т. 2024. С. 123–126.
  12. Lingaiah K. Machine Design Databook / New York: McGraw-Hill, 2003. 1332 p.
  13. Žiga, A., Karač A., Vukojević D. The Contact Stresses Between Cement Kiln Tyre and Supporting Rollers // 12th International Research/Expert Conference «Trends in the Development of Machinery and Associated Technology» TMT2008, Istanbul, Turkey, 26-30 August, 2008. pp. 793–796.
  14. François D. Pineau A, Zaoui A. Mechanical Behaviour of Materials. V. II: Fracture Mechanics and Damage / Dominique Françoise. Dordrecht, Heidelberg, New York, London: Springer, 2013. 662 p.
  15. Морозов Е.М., Зернин М.В. Контактные задачи механики разрушения. М.: Машиностроение, 1999. 544 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).