Подшипники для трубогибов и профилегибов

Подшипники для трубогибов и профилегибов: выбор и эксплуатация

Подшипники валков трубогибочных и профилегибочных станков представляют собой критически важные элементы конструкции, обеспечивающие надежную работу гибочного оборудования в условиях высоких радиальных нагрузок. Валки гибки воспринимают значительные усилия при деформации металла, что предъявляет повышенные требования к прочности, точности и долговечности подшипниковых узлов. Правильный выбор типа подшипников и их корпусных узлов напрямую влияет на производительность оборудования, качество получаемых изделий и межремонтные интервалы.

Трубогибочные и профилегибочные станки используют принцип прокатки, при котором заготовка многократно пропускается через систему валков с постепенным изменением радиуса кривизны. При этом на подшипники валков действуют комбинированные нагрузки, включающие радиальную составляющую от усилия гибки, осевые компоненты от продольного перемещения материала и ударные воздействия при неравномерности процесса.

Нагрузки при гибке труб и профилей

Процесс гибки металлических труб и профилей характеризуется сложным характером нагружения подшипников валков. Основную нагрузку составляют радиальные силы, перпендикулярные оси вращения вала, которые возникают в результате сопротивления материала пластической деформации.

Радиальные нагрузки

Радиальные нагрузки на подшипники валков трубогибов определяются усилием деформирования материала и зависят от нескольких параметров: диаметра и толщины стенки изгибаемой трубы или профиля, предела текучести материала, радиуса гибки и межцентрового расстояния между валками. Чем меньше радиус гибки и выше прочность материала, тем большие усилия воспринимают подшипники.

Для типичных профилегибов, работающих с профильной трубой сечением 60×40 мм из стали Ст3, радиальная нагрузка на подшипники может достигать 8-12 кН на каждую опору. При работе с более толстостенными профилями или высокопрочными сталями нагрузки возрастают пропорционально.

Осевые нагрузки

Осевые нагрузки возникают вдоль оси вала и связаны с продольными силами трения при прокатке заготовки через валки. Величина осевых нагрузок обычно составляет 5-15 процентов от радиальных, но требует обязательного учета при выборе типа подшипника. Радиально-упорные подшипники или комбинированные схемы установки применяются в случаях, когда осевая нагрузка превышает 10 процентов от радиальной.

Динамические нагрузки

При прокатке возможны ударные нагрузки, особенно при захвате заготовки и в случае неравномерности толщины стенки. Для учета динамических воздействий при расчете долговечности применяется коэффициент безопасности, значение которого для гибочного оборудования составляет 1,3-1,5 при умеренных толчках и 1,5-2,0 при значительных ударных нагрузках.

Типы подшипников для трубогибочного оборудования

В конструкции трубогибов и профилегибов применяются различные типы подшипников качения в зависимости от условий работы, величины нагрузок и требований к точности вращения валков. Основными типами являются радиальные шариковые, цилиндрические и сферические роликовые подшипники, а также корпусные подшипниковые узлы.

Радиальные шариковые подшипники

Радиальные шариковые однорядные подшипники серий 60, 62, 63 по ГОСТ 8338-75 применяются в опорах валков легких трубогибов и профилегибов для работы с тонкостенными профилями малых сечений. Эти подшипники имеют точечный контакт шариков с дорожками качения, что обеспечивает минимальное трение и позволяет достигать высоких скоростей вращения.

Основное преимущество шариковых подшипников заключается в низком моменте трения, что снижает требуемую мощность привода и нагрев узла. Однако ограниченная площадь контакта ограничивает их применение условиями умеренных радиальных нагрузок.

Радиально-упорные шариковые подшипники применяются в случаях, когда необходимо воспринимать комбинированные нагрузки. Угол контакта 40 градусов обеспечивает оптимальное соотношение между радиальной и осевой грузоподъемностью. Установка таких подшипников требует соблюдения правил монтажа с учетом направления действия осевой силы.

Роликовые подшипники

Цилиндрические роликовые подшипники

Цилиндрические роликовые подшипники отличаются линейным контактом роликов с дорожками качения, что обеспечивает значительно более высокую радиальную грузоподъемность по сравнению с шариковыми подшипниками аналогичных габаритов. Эти подшипники применяются в опорах приводных валков средних и тяжелых трубогибов.

Конструктивно цилиндрические роликовые подшипники выполняются по различным схемам в зависимости от необходимости восприятия осевых нагрузок. Тип N имеет борты только на внутреннем кольце и предназначен для чисто радиальных нагрузок с возможностью осевого перемещения. Типы NU и NJ с бортами на наружном или обоих кольцах могут воспринимать ограниченные осевые силы.

При выборе цилиндрических роликовых подшипников необходимо учитывать, что они не могут компенсировать угловые перекосы валов, поэтому требуют точного изготовления посадочных мест и соблюдения соосности опор.

Сферические роликовые подшипники

Сферические роликовые двухрядные подшипники представляют собой самоустанавливающиеся узлы с бочкообразными роликами и сферической дорожкой качения на наружном кольце. Эти подшипники обеспечивают максимальную грузоподъемность среди подшипников качения сопоставимых размеров и способны компенсировать угловые перекосы до 1-2,5 градусов.

Применение сферических роликовых подшипников особенно эффективно в опорах прижимных валков промышленных профилегибов, где действуют высокие радиальные нагрузки и возможны динамические перекосы при работе. Способность к самоустановке облегчает монтаж и снижает требования к точности изготовления корпусных деталей.

Сферические роликовые подшипники выпускаются с цилиндрическим и коническим отверстием внутреннего кольца. Конические отверстия с конусностью 1:12 предназначены для установки на вал через стяжную или закрепительную втулку, что упрощает монтаж и демонтаж подшипника без съема вала.

Корпусные подшипниковые узлы

Корпусные подшипниковые узлы представляют собой готовые к установке конструкции, состоящие из подшипника со сферическим наружным кольцом, чугунного или стального корпуса со сферическим отверстием, уплотнений и заложенной смазки. Применение корпусных узлов существенно упрощает конструкцию трубогиба и ускоряет монтаж оборудования.

Типы корпусных узлов

В трубогибочном оборудовании наиболее распространены следующие типы корпусных подшипников. UCP представляет собой корпус на лапах для установки на горизонтальную поверхность и используется для опор валков, расположенных параллельно монтажной плоскости. UCF является фланцевым квадратным корпусом с четырьмя крепежными отверстиями и применяется для установки валков перпендикулярно монтажной поверхности. UCFL представляет собой фланцевый корпус с двумя крепежными отверстиями и используется при ограниченном пространстве. UCT является натяжным корпусом для опор с возможностью осевого перемещения.

Преимущества корпусных узлов

Основные преимущества применения корпусных подшипниковых узлов в трубогибах включают простоту монтажа без необходимости специальных приспособлений, самоустановку подшипника благодаря сферическому сопряжению, готовность к эксплуатации после установки со смазкой и уплотнениями, компенсацию несоосности и угловых перекосов валов до 2-3 градусов.

Особенности эксплуатации корпусных узлов

Корпусные подшипники поставляются с заложенной высокотемпературной пластичной смазкой на основе литиевого мыла. Уплотнения защищают внутренние полости от проникновения загрязнений и предотвращают вытекание смазки. Рабочий диапазон температур стандартных корпусных узлов составляет от минус 20 до плюс 120 градусов Цельсия.

При эксплуатации в запыленных условиях рекомендуется использовать корпусные подшипники с усиленными уплотнениями или дополнительными защитными элементами. Для работы в условиях повышенной влажности или агрессивных сред применяются корпусные узлы из нержавеющей стали или с антикоррозионным покрытием.

Подбор подшипников для валков гибки

Подбор подшипников для опор валков трубогибочных и профилегибочных станков осуществляется на основе расчета долговечности с учетом действующих нагрузок, частоты вращения и режима работы оборудования. Основной критерий выбора - обеспечение требуемого ресурса работы при заданных условиях эксплуатации.

Расчет эквивалентной нагрузки

Для определения требуемой грузоподъемности подшипника рассчитывается эквивалентная динамическая нагрузка P, которая представляет собой постоянную радиальную нагрузку, обеспечивающую такую же долговечность, как и реальная комбинация нагрузок. Расчет производится согласно ГОСТ 18855-2013.

Коэффициенты X и Y определяются по справочным таблицам в зависимости от типа подшипника и соотношения осевой и радиальной нагрузок. Для радиальных шариковых и роликовых подшипников при отсутствии осевой нагрузки принимается X = 1, Y = 0.

Расчет долговечности

Номинальная долговечность подшипника L10 в миллионах оборотов рассчитывается по формуле, где C - динамическая грузоподъемность подшипника в Н, P - эквивалентная динамическая нагрузка в Н, p - показатель степени (3 для шариковых подшипников, 10/3 для роликовых подшипников).

Для перевода долговечности в часы работы используется соотношение Lh = L10 × 1000000 / (60 × n), где n - частота вращения в об/мин.

Факторы выбора типа подшипника

Особенности монтажа и посадок

Правильный монтаж подшипников валков трубогибов критически важен для обеспечения их долговечности и надежной работы оборудования. Качество посадки на вал и в корпус, соосность опор и метод установки напрямую влияют на распределение нагрузок и ресурс подшипников.

Посадки подшипников

Выбор посадки подшипника на вал и в корпус определяется величиной и характером нагрузки, условиями вращения и требованиями к точности. Согласно ГОСТ 3325-85, для подшипников с вращающимся внутренним кольцом применяются переходные или посадки с натягом на вал, а для наружного кольца - переходные или посадки с зазором в корпус.

Для валков трубогибов, работающих под умеренными нагрузками при медленном вращении, рекомендуются следующие посадки: на вал - k6, m6, n6 в зависимости от величины нагрузки, в корпус - H7, J7, K7 для обеспечения возможности регулировки и демонтажа.

Требования к посадочным поверхностям

Качество посадочных поверхностей валов и отверстий корпусов существенно влияет на работоспособность подшипниковых узлов. Шероховатость поверхности вала под подшипник должна соответствовать Ra = 0,63-1,25 мкм для подшипников класса точности 0. Овальность и конусность посадочных мест не должны превышать половины допуска на диаметр.

Торцевые поверхности заплечиков валов и бурты корпусов должны быть перпендикулярны оси с точностью не хуже 0,01 мм на длине 100 мм. Несоблюдение этого требования приводит к неравномерному распределению нагрузки между рядами тел качения в двухрядных подшипниках.

Методы монтажа

Установка подшипников на вал может выполняться холодным или горячим способом. Холодный монтаж с использованием специальных оправок применяется для подшипников малых и средних размеров с переходными посадками. Усилие запрессовки передается только на монтируемое кольцо через торцевую поверхность.

Горячий монтаж с предварительным нагревом подшипника до температуры 80-100 градусов Цельсия используется для посадок с натягом и подшипников больших размеров. Нагрев осуществляется в масляной ванне или индукционным нагревателем. После установки подшипник охлаждается и плотно садится на вал за счет температурной усадки.

Соосность опор

Несоосность опор валков вызывает дополнительные нагрузки на подшипники и ускоренный износ. Для валков трубогибов допускается радиальная несоосность опор не более 0,05-0,1 мм в зависимости от длины вала. Контроль соосности проводится с помощью индикаторов часового типа при установке корпусов подшипников.

Смазка подшипников валков

Правильная смазка подшипников валков является критически важным фактором обеспечения их долговечности и надежной работы трубогибочного оборудования. Смазка выполняет несколько функций: снижает трение между телами качения и дорожками, уменьшает износ контактирующих поверхностей, отводит тепло от зоны трения, защищает от коррозии и предотвращает попадание загрязнений.

Типы смазочных материалов

Для смазки подшипников валков трубогибов применяются преимущественно пластичные смазки, которые лучше удерживаются в подшипниковом узле и обеспечивают надежное смазывание при низких скоростях вращения. Жидкие масла используются реже, в основном для высокоскоростных приводных валков или в системах централизованной смазки.

При выборе смазки необходимо учитывать условия эксплуатации оборудования. Для трубогибов, работающих в помещениях при нормальных условиях, подходят универсальные литиевые смазки типа Литол-24. При работе в условиях повышенной влажности или загрязненности рекомендуются смазки с повышенной водостойкостью на основе сульфоната кальция.

Количество смазки и периодичность обслуживания

Количество смазки, закладываемое в подшипниковый узел, зависит от условий работы. Для низкоскоростных валков трубогибов с частотой вращения менее 100 об/мин смазка заполняет примерно половину свободного объема подшипника. Чрезмерное количество смазки вызывает повышенное трение и нагрев узла.

Корпусные подшипники поставляются с заложенной смазкой, рассчитанной на весь срок службы подшипника при нормальных условиях эксплуатации. В случае интенсивного использования или тяжелых условий работы рекомендуется пополнение смазки через смазочные масленки с периодичностью 500-1000 часов работы.

Уплотнения подшипниковых узлов

Уплотнения защищают подшипники от проникновения загрязнений и предотвращают вытекание смазки. В трубогибочном оборудовании применяются контактные манжетные уплотнения, бесконтактные лабиринтные уплотнения и комбинированные системы.

Контактные манжетные уплотнения обеспечивают надежную защиту от пыли и влаги, но создают дополнительное трение и требуют периодической замены. Срок службы резиновых манжет составляет 1500-4000 часов в зависимости от условий работы.

Лабиринтные уплотнения не имеют контактирующих деталей и практически не изнашиваются, но обеспечивают меньшую степень защиты. Они применяются в корпусных подшипниках в сочетании с контактными уплотнениями для дополнительной защиты в запыленных условиях.

Техническое обслуживание подшипников валков

Регулярное техническое обслуживание подшипников валков трубогибов обеспечивает их длительную и безотказную работу, позволяет своевременно выявлять и устранять возникающие неисправности. Система планово-предупредительного обслуживания включает периодические осмотры, контроль технического состояния, пополнение или замену смазки.

Периодические осмотры

При ежедневных осмотрах оператор контролирует отсутствие посторонних шумов и вибраций, нагрев подшипниковых узлов, состояние уплотнений и наличие подтеков смазки. Превышение нормальной температуры подшипника указывает на недостаток смазки, ее загрязнение или чрезмерные нагрузки.

Еженедельно проверяется надежность крепления корпусов подшипников, отсутствие люфтов в соединениях, состояние крепежных элементов. Необходимо контролировать отсутствие осевого смещения валков и биения при вращении.

Контроль вибраций и температуры

Повышенная вибрация подшипникового узла свидетельствует о развивающихся дефектах подшипника, несоосности опор или дисбалансе валка. Для контроля вибрации используются виброметры или простейшая методика прослушивания узла с помощью технического стетоскопа или металлического стержня.

Нормальная температура подшипников валков трубогибов в установившемся режиме работы не должна превышать 60-70 градусов Цельсия. При превышении этого значения необходимо остановить оборудование и выявить причину перегрева.

Замена подшипников

Замена подшипников валков производится при обнаружении признаков повреждения или после выработки расчетного ресурса. Демонтаж подшипников выполняется с помощью специальных съемников, обеспечивающих равномерное снятие усилия на внутреннее кольцо. Запрещается демонтаж ударами через проставки или выколотки, так как это приводит к повреждению посадочных поверхностей вала.

Перед установкой нового подшипника необходимо тщательно очистить посадочные места, удалить остатки старой смазки, проверить состояние поверхностей вала и корпуса. Обнаруженные задиры или следы коррозии устраняются шлифовкой или восстановлением хромированием.

Часто задаваемые вопросы

Дополнительная информация по подшипникам