Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Шаровые мельницы являются ключевым оборудованием в технологических процессах измельчения материалов на цементных заводах, горно-обогатительных комбинатах, предприятиях химической и металлургической промышленности. Барабан мельницы, заполненный мелющими телами и перерабатываемым материалом, создает значительные статические и динамические нагрузки на опорные узлы. Масса вращающейся части крупных мельниц диаметром 3,6-4,5 м может достигать 150-350 тонн, что определяет повышенные требования к подшипниковым узлам.
В современных шаровых мельницах применяются два основных типа опорных конструкций: цапфовые подшипники скольжения и опоры на башмаках подшипников скольжения гидродинамического или гидростатического типа. Для приводных механизмов и вспомогательных узлов широко используются сферические роликовые подшипники качения серий 22200 и 23200, обеспечивающие надежную работу при значительных радиальных нагрузках и несоосности валов.
Сферические роликовые подшипники (двухрядные радиальные сферические по ГОСТ 5721-75) представляют собой разновидность подшипников качения с бочкообразными телами качения. Конструкция включает два ряда роликов, две дорожки качения на внутреннем кольце и сферическую дорожку на наружном кольце. Такая геометрия обеспечивает самоустанавливаемость подшипника при перекосах колец, вызванных прогибом вала или несоосностью посадочных мест.
Согласно ГОСТ 5721-75, сферические двухрядные роликовые подшипники выпускаются в трех конструктивных исполнениях:
Подшипники серии 22200 отличаются меньшей шириной при одинаковом наружном диаметре по сравнению с серией 23200. Они применяются в узлах с умеренными нагрузками, где габаритные ограничения не позволяют использовать более широкие подшипники. Допустимый угол перекоса колец составляет 1-2 градуса в зависимости от типоразмера.
C - динамическая грузоподъемность, C0 - статическая грузоподъемность (данные по каталогу SKF)
Подшипники серии 23200 имеют увеличенную ширину и, соответственно, большее количество роликов. Это обеспечивает повышенную грузоподъемность при сохранении способности к самоустанавливанию. Данная серия является основной для тяжелонагруженных узлов шаровых мельниц, включая опоры приводных валов и шестерен.
Сферические роликовые подшипники в шаровых мельницах используются преимущественно в следующих узлах:
Опоры вала-шестерни привода: подшипники серии 23200 воспринимают комбинированную радиальную и осевую нагрузку от зубчатого зацепления. Типичные типоразмеры для мельниц диаметром 3,0-4,0 м: 23056, 23060, 23064.
Опоры промежуточных валов редуктора: применяются подшипники обеих серий в зависимости от передаваемой мощности и конструкции редуктора.
Модернизированные главные опоры: в некоторых конструкциях двухрядные сферические роликовые подшипники большого диаметра заменяют традиционные подшипники скольжения, что позволяет снизить потери на трение и упростить систему смазки.
Традиционная конструкция опорных узлов шаровых мельниц предусматривает установку барабана на двух цапфовых подшипниках скольжения. Цапфа представляет собой полую шейку, являющуюся частью торцевой крышки барабана. Подшипниковый узел состоит из чугунного или стального корпуса, в который установлены сферические вкладыши с антифрикционным покрытием.
Конструктивно цапфовый подшипник включает следующие основные элементы:
Корпус подшипника изготавливается из чугуна марок СЧ20-СЧ30 или стального литья марок 25Л-35Л. Корпус обеспечивает базирование вкладышей и организацию системы смазки и охлаждения.
Вкладыши подшипника выполняются разъемными для обеспечения возможности монтажа и обслуживания. Рабочая поверхность вкладышей покрывается антифрикционным сплавом - баббитом.
Сферическая посадка вкладышей в корпусе обеспечивает самоустанавливаемость подшипника при прогибах барабана и температурных деформациях.
Баббит является основным материалом для заливки рабочей поверхности вкладышей подшипников скольжения шаровых мельниц. Согласно ГОСТ 1320-74, структура баббита состоит из пластичной основы с равномерно распределенными твердыми кристаллами интерметаллидов, которые служат опорными точками для цапфы вала. При неравномерном распределении нагрузки твердые включения вдавливаются в мягкую основу, обеспечивая равномерный контакт по всей поверхности скольжения.
Толщина слоя баббита в подшипниках мельниц составляет 1-3 мм. Сопротивление усталости баббитовой заливки повышается с уменьшением толщины слоя и увеличением жесткости системы вкладыш-корпус. Рабочая температура контакта для баббита Б83 не должна превышать 70 градусов Цельсия, для Б88 - 75 градусов Цельсия.
Качество работы подшипника скольжения во многом определяется состоянием поверхности цапфы. Основные требования:
Шероховатость поверхности Ra 0,8-1,6 мкм обеспечивается шлифованием. Для ответственных узлов применяется суперфиниширование с достижением Ra 0,2-0,4 мкм.
Овальность и конусность цапфы не должны превышать 0,02-0,05 мм в зависимости от диаметра.
Твердость поверхности цапфы должна быть выше твердости баббита для обеспечения приработки подшипника за счет износа вкладыша, а не цапфы. Цапфы изготавливаются из сталей 35-45 с закалкой ТВЧ или цементацией.
Гидродинамические подшипники скольжения реализуют принцип жидкостного трения, при котором вал и вкладыш полностью разделены слоем смазки. При вращении вала смазка увлекается в сужающийся клиновой зазор между цапфой и вкладышем, где под действием гидродинамических сил создается давление, достаточное для удержания вала без контакта с поверхностью подшипника.
Для нормальной работы гидродинамического подшипника необходимо соблюдение следующих условий:
Толщина масляного слоя должна превышать сумму шероховатостей сопряженных поверхностей. Минимальная толщина пленки составляет 10-50 мкм в зависимости от размеров подшипника.
Частота вращения вала должна быть достаточной для создания необходимого давления в масляном слое. При малых скоростях (пуск, останов) возникает граничное или полусухое трение с повышенным износом.
Вязкость масла должна соответствовать режиму работы. Маловязкие масла не обеспечивают необходимую грузоподъемность, высоковязкие создают избыточные потери на трение.
Гидростатические подшипники обеспечивают жидкостное трение при любых скоростях вращения, включая нулевую, за счет подачи масла под давлением от внешнего насоса. В конструкции предусмотрены карманы (камеры) на рабочей поверхности вкладыша, в которые непрерывно подается масло под давлением от насоса. При давлении нагнетания 2 МПа в карманах поддерживается давление порядка 1,5 МПа.
Система гидростатических подшипников для шаровых мельниц включает:
Радиальные опоры с карманами для подвода масла, обеспечивающие восприятие веса барабана. Типичное количество карманов - 4 на каждую опору.
Осевые упоры, устанавливаемые со стороны загрузки мельницы для ограничения осевого перемещения барабана.
Корпус подшипника с шаровым шарниром для самоустанавливания башмака по диаметру цапфы и компенсации несоосности.
Гидросистему, включающую насосы высокого давления, фильтры тонкой очистки (10-15 мкм), теплообменники, дроссели (ламинарные сопротивления) для регулировки расхода и контрольно-измерительную аппаратуру.
Современные шаровые мельницы большой производительности оснащаются преимущественно гидростатическими подшипниками. Основные преимущества данной конструкции:
Коэффициент трения при пуске близок к нулю (0,001-0,005), что существенно снижает пусковой момент и нагрузку на привод. Для крупных мельниц массой барабана 200-350 т это критически важно.
Отсутствие износа при нормальной эксплуатации благодаря полному разделению поверхностей масляной пленкой. Ресурс подшипника практически неограничен.
Возможность регулировки положения оси барабана в вертикальном и горизонтальном направлениях путем изменения давления в отдельных карманах.
Высокая демпфирующая способность масляного слоя снижает вибрации и динамические нагрузки на фундамент.
Выбор смазочного материала для подшипников шаровых мельниц определяется типом подшипника, режимом работы, температурными условиями и требованиями к ресурсу узла. Классификация индустриальных масел по вязкости осуществляется согласно ISO 3448.
Вязкость масла при рабочей температуре должна обеспечивать формирование масляной пленки достаточной толщины. Для подшипников скольжения цапф мельниц применяются индустриальные масла вязкостью ISO VG 150-320.
Противозадирные и противоизносные свойства определяются наличием присадок типа EP (extreme pressure). Для тяжелонагруженных редукторов мельниц необходимы масла с содержанием присадок не менее 2-3%.
Стойкость к окислению обеспечивает сохранение свойств масла при длительной эксплуатации. Температура вспышки должна превышать 180-200 градусов.
Подшипники скольжения цапф мельниц работают с принудительной циркуляционной смазкой. Типовая система включает следующие элементы:
Масляный бак емкостью, обеспечивающей время отстоя масла не менее 8-10 минут. Бак оборудуется нагревателями для подогрева масла при пуске и змеевиками охлаждения для отвода тепла при работе.
Насосный агрегат с рабочим и резервным насосами. Производительность насоса определяется расходом масла через подшипники и потерями в системе. Давление нагнетания 0,1-0,3 МПа для обычных систем, 2-10 МПа для гидростатических.
Фильтры грубой и тонкой очистки с тонкостью фильтрации 25-40 мкм. Для гидростатических систем требуется фильтрация до 10-15 мкм.
Теплообменник для охлаждения масла водой или воздухом. Тепловыделение в подшипниках мельницы может составлять 30-100 кВт.
Контрольно-измерительная аппаратура: манометры, термометры, реле уровня, расходомеры, датчики давления для защиты и мониторинга.
Сферические роликовые подшипники в узлах мельниц могут смазываться пластичной смазкой или маслом в зависимости от условий эксплуатации.
Пластичная (консистентная) смазка применяется при следующих условиях:
Частота вращения не превышает 70% предельной для данного типоразмера. Для тяжелонагруженных сферических роликовых подшипников это соответствует параметру скорости ndm менее 150000-200000 мм*об/мин.
Рабочая температура находится в пределах допустимого диапазона для выбранной смазки, обычно от -30 до +120 градусов.
Рекомендуются смазки на литиевой или комплексной литиевой основе класса NLGI 2-3 с вязкостью базового масла 150-220 сСт при 40 градусах. Объем заполнения составляет 30-50% свободного пространства подшипника.
Периодичность добавления смазки определяется по формуле или таблицам производителя подшипников и зависит от частоты вращения, температуры и нагрузки. Ориентировочный интервал для узлов мельниц - 1000-3000 часов работы.
Интервал между добавлениями смазки (часы):
tf = K * [(14000000 / (n * sqrt(d))) - 4 * d]
где:
K - коэффициент, зависящий от типа подшипника (0,5-1,0 для сферических роликовых)
n - частота вращения, об/мин
d - диаметр отверстия подшипника, мм
При температуре выше 70 градусов интервал сокращается вдвое на каждые 15 градусов превышения.
Нагрузки на опорные подшипники шаровой мельницы складываются из следующих составляющих:
Статическая нагрузка от веса барабана, футеровки, мелющих тел и материала. Для мельниц диаметром 3,6-4,5 м суммарная масса вращающейся части составляет 150-350 т, распределяемая между двумя опорами.
Динамическая нагрузка от неуравновешенности вращающихся масс и ударных воздействий падающих мелющих тел. Коэффициент динамичности для шаровых мельниц составляет 1,2-1,5.
Осевая нагрузка от наклона оси барабана и неравномерности распределения материала. Величина осевой нагрузки обычно не превышает 5-10% радиальной.
Исходные данные: мельница диаметром 3,6 м, масса барабана с футеровкой 80 т, масса мелющих тел 100 т, масса материала 20 т.
Суммарная масса: G = 80 + 100 + 20 = 200 т = 2000 кН
Статическая нагрузка на одну опору: Fr = 2000 / 2 = 1000 кН
С учетом динамики: Fr,din = 1000 * 1,3 = 1300 кН
Эквивалентная нагрузка: P = Fr,din * 1,1 = 1430 кН (с учетом осевой составляющей)
Расчетная долговечность сферических роликовых подшипников определяется по формуле согласно ГОСТ 18855-2013 (ISO 281):
L10 = (C / P)^p * 10^6 оборотов
C - базовая динамическая грузоподъемность, кН
P - эквивалентная динамическая нагрузка, кН
p - показатель степени: p = 3 для шариковых подшипников, p = 10/3 для роликовых
Долговечность в часах:
L10h = L10 / (60 * n)
где n - частота вращения, об/мин
Скорректированная долговечность с учетом условий эксплуатации:
Lna = a1 * aISO * L10
a1 - коэффициент надежности (1,0 для 90%, 0,62 для 95%, 0,21 для 99%)
aISO - коэффициент условий эксплуатации, учитывающий смазку и загрязнение
Для современных подшипников при хороших условиях смазки aISO может достигать 30-50.
Выбор между подшипниками качения и скольжения для опор мельницы определяется следующими факторами:
Надежная эксплуатация подшипниковых узлов мельницы обеспечивается системой непрерывного контроля и периодического обслуживания. Основные контролируемые параметры:
Температура подшипника измеряется термометрами сопротивления или термопарами, установленными непосредственно во вкладыше или корпусе. Предельная температура для подшипников с баббитовыми вкладышами - 65-70 градусов, для роликовых подшипников со стандартной смазкой - 80-90 градусов.
Давление масла в системе смазки контролируется манометрами на напорной и сливной линиях. Падение давления ниже установленного предела должно приводить к автоматическому включению резервного насоса и сигнализации.
Расход масла через подшипники скольжения является показателем состояния зазоров. Увеличение расхода свидетельствует об износе.
Вибрация подшипниковых узлов измеряется для ранней диагностики износа и повреждений. Для роликовых подшипников анализ спектра вибрации позволяет выявить дефекты тел качения и дорожек.
Состояние смазки оценивается по результатам лабораторного анализа проб масла: вязкость, кислотное число, содержание механических примесей и воды.
Регламент технического обслуживания подшипников шаровой мельницы включает следующие работы:
Ежесменно: визуальный контроль, проверка показаний приборов (температура, давление), контроль утечек масла.
Еженедельно: отбор пробы масла для визуальной оценки, проверка уровня масла в баке, контроль работы насосов и фильтров.
Ежемесячно: замена фильтрующих элементов при необходимости, добавление смазки в подшипники качения, измерение вибрации.
Ежеквартально: лабораторный анализ масла (вязкость, кислотное число, механические примеси, содержание воды), инструментальный контроль зазоров.
Ежегодно (при плановом останове): осмотр рабочих поверхностей подшипников, измерение износа, ревизия системы смазки, проверка центровки.
Выбор типа подшипника определяется размером мельницы и условиями эксплуатации. Для мельниц диаметром до 3,0 м могут применяться традиционные цапфовые подшипники скольжения с баббитовыми вкладышами. Для крупных мельниц диаметром 3,6 м и более рекомендуются гидростатические опоры на башмаках, обеспечивающие минимальные потери на трение при пуске и останове. Сферические роликовые подшипники качения применяются преимущественно в приводных механизмах и вспомогательных узлах.
Для подшипников скольжения с баббитовыми вкладышами допустимая рабочая температура зависит от марки баббита. Для баббита Б83 рабочая температура не должна превышать 70 градусов Цельсия, для баббита Б88 - 75 градусов. Система защиты должна обеспечивать аварийный останов при достижении температуры 75-80 градусов.
Износ подшипника скольжения оценивается по увеличению радиального зазора между цапфой и вкладышем. Измерение производится щупом или индикатором при снятой крышке корпуса. Косвенными признаками износа являются: увеличение расхода масла через подшипник, появление металлических частиц в масле (по данным анализа), снижение давления масла, повышение вибрации. Износ также можно оценить по толщине оставшегося слоя баббита при осмотре вкладыша.
Серии 22200 и 23200 относятся к сферическим двухрядным роликовым подшипникам, но отличаются габаритами и грузоподъемностью. Серия 22200 (легкая серия ширин) имеет меньшую ширину при одинаковом наружном диаметре, что обеспечивает меньшую грузоподъемность, но более компактные размеры узла. Серия 23200 (средняя серия ширин) имеет увеличенную ширину и соответственно большее количество роликов, что обеспечивает повышенную радиальную и осевую грузоподъемность. Для тяжелонагруженных узлов мельниц предпочтительна серия 23200.
Для цапфовых подшипников скольжения шаровых мельниц применяются индустриальные масла вязкостью ISO VG 220-320 в зависимости от размера подшипника и температурных условий. Масло должно содержать антиокислительные и противозадирные присадки. Для гидростатических систем используются гидравлические масла вязкостью ISO VG 46-68 с высокой степенью очистки и фильтрацией до 10-15 мкм.
Периодичность добавления пластичной смазки в сферические роликовые подшипники зависит от частоты вращения, температуры и нагрузки. Для подшипников приводных узлов мельниц с частотой вращения 100-500 об/мин и температурой до 70 градусов типичный интервал составляет 1000-3000 часов работы. При температуре выше 70 градусов интервал сокращается вдвое на каждые 15 градусов превышения. Количество добавляемой смазки должно составлять 30-50% первоначальной заправки.
Параметр скорости ndm представляет собой произведение частоты вращения (n, об/мин) на средний диаметр подшипника dm (мм), где dm = (d + D)/2. Этот параметр характеризует скорость качения тел качения и используется для оценки применимости смазки, определения температурного режима и выбора типа сепаратора. Для сферических роликовых подшипников предельный параметр ndm составляет 150000-250000 мм*об/мин в зависимости от конструкции и смазки. Превышение ведет к повышенному нагреву и ускоренному износу.
В гидростатических подшипниках масло под давлением подается в карманы вкладыша еще до начала вращения вала, создавая несущую масляную пленку. Это обеспечивает жидкостное трение с момента пуска, коэффициент которого составляет 0,001-0,005. В обычных подшипниках скольжения при пуске имеет место граничное или полусухое трение с коэффициентом 0,1-0,2, что создает значительный момент сопротивления. Для крупных мельниц массой барабана 200-350 т разница в пусковом моменте может составлять сотни килоньютон-метров.
Для эффективной работы оборудования рекомендуем также рассмотреть:
Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и предназначена для общего информирования технических специалистов. Информация, представленная в материале, основана на открытых источниках и не может рассматриваться как руководство к действию без дополнительной проверки применительно к конкретным условиям эксплуатации оборудования.
Автор и издатель не несут ответственности за любые прямые или косвенные убытки, возникшие в результате использования информации из данной статьи. При проектировании, эксплуатации и обслуживании оборудования следует руководствоваться актуальной нормативно-технической документацией, рекомендациями производителей и привлекать квалифицированных специалистов.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.