Подшипники для щёковых дробилок

1. Введение: роль подшипников в щёковых дробилках

Щёковые дробилки являются одним из основных типов оборудования для первичного и вторичного дробления нерудных материалов в карьерной добыче, производстве строительных материалов и горнодобывающей отрасли. Подшипники в щёковых дробилках выполняют функцию опоры вращающихся деталей и воспринимают значительные радиальные и осевые нагрузки, возникающие в процессе дробления горной массы.

Эксцентриковый вал щёковой дробилки является ключевым элементом кривошипно-шатунного механизма, который преобразует вращательное движение в возвратно-поступательное движение подвижной щеки. На подшипники эксцентрикового вала передаются силы дробления, вес маховиков и крутящий момент привода. Циклический характер работы дробилки создаёт неравномерную пульсирующую нагрузку, которая существенно усложняет условия работы подшипниковых узлов.

В конструкции щёковых дробилок подшипники устанавливаются в нескольких ключевых узлах: опоры эксцентрикового вала, ось подвеса подвижной щеки (в дробилках с простым качанием щеки), подшипники приводного вала ведущего шкива. Для каждого из этих узлов предъявляются специфические требования к типу подшипника, его грузоподъёмности и эксплуатационным характеристикам.

2. Сферические роликовые подшипники

2.1. Конструктивные особенности

Сферические роликовые подшипники (радиальные роликовые двухрядные по ГОСТ 5721-75 и ГОСТ 24696-81) являются предпочтительным типом подшипников для дробильных процессов. Особенность их конструкции заключается в сферической форме дорожки качения на внутренней поверхности наружного кольца, что обеспечивает способность к самоустановке.

Тела качения в таких подшипниках имеют бочкообразную (симметричную) форму и располагаются в два ряда. Ролики контактируют со сферической поверхностью наружного кольца и цилиндрической или конической поверхностью внутреннего кольца с бортами. Данная конструкция позволяет компенсировать угловые смещения вала относительно корпуса до 2-3 градусов.

2.2. Серии сферических роликовых подшипников для дробилок

В щёковых дробилках наиболее часто применяются сферические роликовые подшипники следующих размерных серий: 222, 223, 230, 231, 232, 238, 239, 240, 241, 248, 249. Выбор серии определяется диаметром посадочной поверхности вала и требуемой грузоподъёмностью.

Для эксцентриковых валов щёковых дробилок с шириной загрузочного отверстия от 600 мм и выше характерно применение подшипников тяжёлых серий (серии 230, 231, 232 и выше) с диаметром отверстия от 150 до 500 мм. Такие подшипники обеспечивают динамическую грузоподъёмность от 1000 до 8000 кН и более.

2.3. Преимущества сферических роликовых подшипников

Применение сферических роликовых подшипников в щёковых дробилках обусловлено следующими техническими преимуществами:

Высокая грузоподъёмность. Линейный контакт бочкообразных роликов с дорожками качения обеспечивает большую площадь контакта по сравнению с шариковыми подшипниками. Это позволяет воспринимать тяжёлые радиальные нагрузки и осевые нагрузки до 25% от неиспользованной допустимой радиальной нагрузки.

Компенсация несоосности. Сферическая форма дорожки качения наружного кольца обеспечивает способность к самоустановке, что критически важно для дробильного оборудования, где прогибы валов под нагрузкой и погрешности изготовления корпусов неизбежны.

Работа при переменных нагрузках. Конструкция подшипника допускает воздействие нагрузок, изменяющихся по величине и направлению, что характерно для циклического процесса дробления.

3. Корпусные подшипниковые узлы

3.1. Назначение и конструкция

Корпусные подшипниковые узлы представляют собой готовые к установке сборочные единицы, включающие подшипник (как правило, сферический роликовый с коническим отверстием), корпус, уплотнения и крепёжные элементы. Применение корпусных узлов упрощает монтаж и замену подшипников, обеспечивает стандартизацию посадочных мест и повышает надёжность эксплуатации.

В щёковых дробилках корпусные подшипниковые узлы применяются преимущественно для валов диаметром от 50 до 400 мм. Для крупногабаритных дробилок с диаметром эксцентрикового вала свыше 300 мм используются разъёмные корпуса, позволяющие производить монтаж и демонтаж подшипников без полной разборки механизма.

3.2. Типы корпусов

3.3. Разъёмные корпуса для тяжёлых условий

Для валковых и щёковых дробилок с валами диаметром от 150 до 400 мм широко применяются разъёмные корпуса серий SN, SD, SNL. Эти корпуса устанавливаются со сферическими роликовыми подшипниками с коническим отверстием серии 23100 и крепятся на вал при помощи закрепительных втулок. Разъёмная конструкция позволяет проводить замену подшипников без демонтажа всего узла, что существенно сокращает время простоя оборудования.

Корпуса оборудуются лабиринтными уплотнениями или манжетами для защиты от проникновения пыли и абразивных частиц, а также смазочными штуцерами для периодического добавления пластичной смазки.

4. Работа подшипников под ударными нагрузками

4.1. Характер нагрузок в щёковых дробилках

Подшипники эксцентрикового вала щёковой дробилки подвергаются комплексному воздействию нагрузок различного характера:

Радиальные нагрузки возникают от сил дробления, передаваемых через подвижную щеку и распорные плиты на эксцентриковый вал. Величина радиальной нагрузки изменяется циклически в соответствии с частотой вращения вала и может достигать нескольких сотен килоньютонов для крупных дробилок.

Осевые нагрузки возникают от неравномерности загрузки камеры дробления по ширине и от конструктивных особенностей кривошипно-шатунного механизма. Осевая составляющая, как правило, не превышает 10-15% от радиальной нагрузки.

Ударные нагрузки проявляются при дроблении крупных и особо прочных кусков породы, а также при попадании в камеру дробления недробимых предметов. Кратковременные пиковые нагрузки могут в 2-3 раза превышать номинальные значения.

4.2. Расчёт эквивалентной нагрузки

При проектировании подшипниковых узлов щёковых дробилок расчёт эквивалентной динамической нагрузки производится с учётом коэффициентов, отражающих специфику работы дробильного оборудования:

Для учёта ударных нагрузок и вибраций вводится коэффициент динамичности K_б, значение которого для щёковых дробилок принимается в диапазоне 1,8-2,5 в зависимости от условий эксплуатации.

4.3. Требования к радиальному зазору

Для работы в условиях ударных нагрузок и повышенных температур подшипники щёковых дробилок должны иметь увеличенный радиальный зазор. Стандартные группы зазоров для дробильного оборудования:

5. Виброустойчивое исполнение подшипников

5.1. Особенности конструкции

Сферические роликовые подшипники в виброустойчивом исполнении (серии EM, EMA, EMB по международной классификации) специально разработаны для работы в условиях интенсивных вибраций и ударных нагрузок. Их конструктивные отличия от стандартных подшипников:

Массивный латунный сепаратор. Сепаратор изготавливается из специальных сортов латуни методом механической обработки. Моноблочная конструкция обеспечивает повышенную жёсткость и устойчивость к вибрационным нагрузкам. Центрирование сепаратора выполняется по сферической поверхности наружного кольца, что исключает заклинивание при температурных деформациях.

Усиленные борта внутреннего кольца. Жёсткий средний и боковые борта предотвращают смещение тел качения при ударных воздействиях.

Специальная термообработка роликов. Дополнительная термическая обработка повышает поверхностную твёрдость и предотвращает растрескивание роликов от вибраций и ударов.

Улучшенная обработка поверхностей. Повышенная точность изготовления дорожек качения и роликов снижает уровень внутренних вибраций подшипника.

5.2. Технические характеристики

5.3. Обозначение виброустойчивых подшипников

В маркировке сферических роликовых подшипников виброустойчивого исполнения присутствуют дополнительные буквенные обозначения, указывающие на тип сепаратора:

MA - латунный массивный сепаратор, центрированный по наружному кольцу

MB - латунный массивный сепаратор, состоящий из двух частей, центрированных по наружному кольцу

E - усиленное исполнение с оптимизированной внутренней геометрией

EMA, EMB - комбинация усиленного исполнения и латунного сепаратора

6. Монтаж и закрепительные втулки

6.1. Закрепительные втулки

Закрепительные втулки (ГОСТ 24208-80, ISO 113/1) являются стандартным средством для монтажа сферических роликовых подшипников с коническим отверстием на гладкие цилиндрические валы. Конструкция втулки представляет собой тонкостенную гильзу с цилиндрическим внутренним отверстием и конической наружной поверхностью (конусность 1:12 или 1:30). Продольный разрез позволяет втулке деформироваться при затяжке, создавая натяг на посадочной поверхности вала.

Комплект поставки закрепительной втулки включает: собственно втулку, шлицевую гайку и стопорную шайбу (или стопорный бугель для крупных размеров). Обозначение втулки соответствует номинальному диаметру конического отверстия подшипника.

6.2. Порядок монтажа

Монтаж сферического роликового подшипника на закрепительной втулке производится в следующей последовательности:

1. Удалить консервационную смазку с посадочных поверхностей подшипника и втулки.

2. Нанести тонкий слой масла на коническую поверхность втулки и отверстие подшипника.

3. Установить закрепительную втулку на вал в требуемом положении. При монтаже с упором в заплечик вала использовать проставочную втулку.

4. Установить подшипник на коническую поверхность закрепительной втулки.

5. Затянуть шлицевую гайку, контролируя величину осевого смещения подшипника. Величина смещения определяет уменьшение радиального зазора и должна соответствовать рекомендациям производителя.

6. Зафиксировать гайку стопорной шайбой или бугелем.

6.3. Контроль радиального зазора

При монтаже подшипника на закрепительной втулке происходит уменьшение радиального зазора вследствие расширения внутреннего кольца. Остаточный радиальный зазор контролируется измерением осевого смещения подшипника относительно втулки при затяжке гайки.

7. Смазка подшипников дробилок

7.1. Системы смазки

В щёковых дробилках применяются две системы смазки подшипниковых узлов:

Централизованная жидкая (циркуляционная) смазка используется для подшипников эксцентрикового вала и головки шатуна крупных дробилок. Система включает маслостанцию с насосом, фильтром, теплообменником и трубопроводами. Масло подаётся к подшипникам под давлением, отводит тепло и удаляет продукты износа. Типичная вязкость масла ISO VG 150-320 при температуре 40 градусов Цельсия.

Густая (пластичная) смазка применяется для подшипников оси подвижной щеки, сухарей распорных плит, подшипников приводного вала. Смазка подаётся периодически от автоматической станции густой смазки через определённые интервалы времени. Для дробилок рекомендуются смазки на литиевой или полимочевинной основе класса NLGI 2.

7.2. Требования к смазочным материалам

7.3. Периодичность смазывания

Интервал повторного смазывания пластичной смазкой зависит от температуры работы подшипника, частоты вращения и условий окружающей среды. Для подшипников щёковых дробилок при нормальных условиях эксплуатации рекомендуется:

Температура подшипника до 65 градусов: интервал смазывания 500-1000 рабочих часов

Температура подшипника 65-80 градусов: интервал смазывания 250-500 рабочих часов

Температура подшипника свыше 80 градусов: интервал смазывания 100-250 рабочих часов

7.4. Объём смазки

Количество пластичной смазки в подшипнике должно составлять:

При частоте вращения до 1500 об/мин: 2/3 объёма свободного пространства в полости подшипника

При частоте вращения свыше 1500 об/мин: 1/2 объёма свободного пространства

Избыточное количество смазки приводит к повышенному нагреву подшипника из-за увеличения сопротивления вращению и ухудшению теплоотвода.

8. Подбор подшипников для щёковых дробилок

8.1. Исходные данные для расчёта

При подборе подшипников для щёковых дробилок необходимо определить:

1. Диаметр посадочной поверхности вала (d).

2. Максимальную радиальную нагрузку на подшипник (F_r).

3. Осевую нагрузку (F_a), если она присутствует.

4. Частоту вращения эксцентрикового вала (n).

5. Требуемый расчётный ресурс (L_10h).

6. Условия эксплуатации: температура, загрязнённость, режим работы.

8.2. Расчёт ресурса

Номинальный расчётный ресурс подшипника определяется по формуле:

8.3. Типовые подшипники для щёковых дробилок

9. Вопросы и ответы (FAQ)

10. Заключение

Подшипники щёковых дробилок работают в экстремально тяжёлых условиях, характеризующихся высокими ударными и переменными нагрузками, запылённостью, вибрациями и повышенными температурами. Правильный выбор типа подшипника, его размерной серии и исполнения является определяющим фактором надёжности и долговечности дробильного оборудования.

Сферические роликовые подшипники с бочкообразными роликами остаются оптимальным решением для эксцентриковых валов щёковых дробилок благодаря высокой грузоподъёмности, способности к самоустановке и устойчивости к ударным нагрузкам. Для тяжёлых условий эксплуатации рекомендуется применение подшипников в виброустойчивом исполнении с массивным латунным сепаратором.

Корпусные подшипниковые узлы с разъёмными корпусами существенно упрощают монтаж и техническое обслуживание, сокращая время простоя оборудования. Применение закрепительных втулок обеспечивает надёжную фиксацию подшипников на валах и позволяет использовать гладкие валы с пониженными требованиями к точности обработки.

Соблюдение рекомендаций по выбору радиального зазора, смазочных материалов и периодичности обслуживания позволяет реализовать расчётный ресурс подшипников и обеспечить бесперебойную работу дробильного оборудования.