Содержание статьи
- 1. Введение: подшипниковые узлы в ковшовых элеваторах
- 2. Типы подшипников для элеваторов цементных заводов
- 3. Корпусные подшипниковые узлы приводного барабана
- 4. Подшипниковые узлы натяжного барабана
- 5. Защита подшипников от цементной пыли
- 6. Смазочные материалы и режимы смазывания
- 7. Расчет ресурса и периодичность замены
- 8. Особенности монтажа и технического обслуживания
- 9. Часто задаваемые вопросы
Введение: подшипниковые узлы в ковшовых элеваторах
Ковшовые элеваторы (нории) являются основным оборудованием для вертикального транспортирования сыпучих материалов на цементных заводах. Подшипниковые узлы приводного и натяжного барабанов относятся к критически важным компонентам, определяющим надежность и долговечность всего элеватора. Работа в условиях высокой запыленности цементным клинкером, сырьевой мукой и готовым цементом предъявляет особые требования к конструкции подшипниковых опор.
Производительность современных ковшовых элеваторов на цементных заводах достигает 500 м3/ч при высоте подъема до 60 м. Скорость движения ленты тихоходных элеваторов составляет до 1 м/с, быстроходных - до 4 м/с. При таких параметрах подшипники приводного барабана воспринимают значительные радиальные нагрузки от натяжения тягового органа и массы транспортируемого материала.
Типы подшипников для элеваторов цементных заводов
Для опор приводного и натяжного барабанов ковшовых элеваторов применяются преимущественно двухрядные сферические роликоподшипники. Данный тип подшипников обладает рядом преимуществ, делающих их оптимальным выбором для тяжелых условий эксплуатации.
Двухрядные сферические роликоподшипники
Конструкция сферических роликоподшипников включает два ряда бочкообразных роликов, размещенных на общей сферической дорожке качения наружного кольца. Благодаря такой геометрии подшипники обладают способностью самоустанавливаться при перекосах колец, возникающих от изгибов валов и несоосности опор. Допустимый угол перекоса составляет до 2-3 градусов в зависимости от серии.
| Характеристика | Сферические роликоподшипники | Цилиндрические роликоподшипники |
|---|---|---|
| Радиальная грузоподъемность | Очень высокая | Высокая |
| Осевая грузоподъемность | До 20% от радиальной | Незначительная |
| Самоустанавливаемость | Да (до 2-3 градусов) | Нет |
| Применение в элеваторах | Приводной и натяжной барабаны | Вспомогательные опоры |
Конструктивные исполнения по ГОСТ 5721-2022
Согласно ГОСТ 5721-2022 (введён взамен ГОСТ 5721-75 с 01.04.2023) сферические двухрядные роликоподшипники выпускаются в следующих конструктивных исполнениях:
| Обозначение типа | Конструктивное исполнение | Область применения |
|---|---|---|
| 3000 | С цилиндрическим отверстием внутреннего кольца | Установка на ступенчатые валы с буртиком |
| 113000 | С коническим отверстием, конусность 1:12 | Установка на гладкие валы с закрепительной втулкой |
| 4113000 | С коническим отверстием, конусность 1:30 | Крупногабаритные подшипники |
Для элеваторов цементных заводов наиболее распространены подшипники серий 22200 и 22300 с коническим отверстием, устанавливаемые на закрепительных втулках типа H. Такая конструкция обеспечивает простоту монтажа и демонтажа без необходимости точной обработки посадочных мест вала.
Корпусные подшипниковые узлы приводного барабана
Приводной барабан располагается в верхней части элеватора (головке) и воспринимает максимальные нагрузки от натяжения тягового органа. Для опор приводного вала применяются стационарные разъемные корпуса серий SNL, SE, SD.
Разъемные корпуса серии SNL
Корпуса SNL являются наиболее распространенным типом стационарных подшипниковых опор для промышленного оборудования. Конструкция состоит из чугунного основания и съемной крышки, соединяемых болтами. Разъемная конструкция позволяет производить монтаж и демонтаж подшипника без снятия вала.
| Корпус SNL | Диаметр вала, мм | Подшипник 222хх | Подшипник 232хх |
|---|---|---|---|
| SNL 516-613 | 60-70 | 22214 | 23214 |
| SNL 517-614 | 65-75 | 22215 | 23215 |
| SNL 518-615 | 70-80 | 22216 | 23216 |
| SNL 520-617 | 80-100 | 22218, 22220 | 23218, 23220 |
| SNL 522-619 | 90-110 | 22220, 22222 | 23220, 23222 |
| SNL 524-620 | 100-120 | 22222, 22224 | 23222, 23224 |
| SNL 528-625 | 115-140 | 22226, 22228 | 23226, 23228 |
| SNL 532-630 | 130-160 | 22230, 22232 | 23230, 23232 |
Примечание: меньший диаметр вала указан для подшипников с коническим отверстием на закрепительной втулке, больший - для подшипников с цилиндрическим отверстием.
Преимущества корпусов SNL для элеваторов
Корпуса серии SNL обладают рядом конструктивных особенностей, обеспечивающих надежную работу в условиях цементного производства:
- Усиленное основание с двумя крепежными отверстиями для надежной фиксации на раме элеватора
- Ниппели для подачи смазки непосредственно в зону уплотнений
- Возможность установки различных типов уплотнений в зависимости от условий эксплуатации
- Хорошая теплопроводность чугунного корпуса для отвода тепла от подшипника
- Взаимозаменяемость с корпусами ранних серий SN, SNA, SNH
Закрепительные втулки
Для фиксации подшипников с коническим отверстием на цилиндрических валах применяются закрепительные втулки серии H. Втулка представляет собой тонкостенную разрезную гильзу с цилиндрическим внутренним отверстием и конической наружной поверхностью с конусностью 1:12.
Пример комплектации подшипникового узла
Для приводного барабана элеватора с диаметром вала 90 мм:
- Корпус: SNL 520-617
- Подшипник: 22220 EK (с коническим отверстием)
- Закрепительная втулка: H 320
- Уплотнение: TSN 520 L (лабиринтное)
- Фиксирующее кольцо: FRB 12/180
Подшипниковые узлы натяжного барабана
Натяжной барабан располагается в нижней части элеватора (башмаке) и обеспечивает необходимое натяжение тягового органа. Подшипниковые опоры натяжного барабана должны допускать перемещение вала в осевом направлении для компенсации вытяжки ленты или цепи.
Типы натяжных устройств
На ковшовых элеваторах применяются два основных типа натяжных устройств:
Винтовое натяжное устройство
Состоит из двух винтов с маховиками, перемещающих подвижную раму с подшипниковыми опорами по направляющим. Ход винтового натяжного устройства составляет 140-200 мм. Применяется на элеваторах небольшой производительности и высоты подъема до 20-25 м.
Особенности эксплуатации:
- Требует периодической ручной регулировки по мере вытяжки ленты
- Не обеспечивает автоматического натяжения при изменении нагрузки
- При чрезмерной затяжке винтов возможно перенапряжение ленты
Грузовое натяжное устройство
Обеспечивает автоматическое натяжение ленты за счет веса груза. Ход составляет 200-500 мм. Применяется на элеваторах высотой более 20 м с большими нагрузками.
Преимущества грузового натяжения:
- Саморегулируемое - не требует постоянной регулировки
- Обеспечивает постоянное натяжение при изменении нагрузки
- Плавно реагирует на пуск элеватора
Конструкция подшипниковых опор башмака
Подшипниковые опоры натяжного барабана монтируются на подвижной раме и перемещаются по направляющим. Для этих узлов критически важна защита от попадания материала, скапливающегося в башмаке элеватора.
Защита подшипников от цементной пыли
Цементная пыль относится к высокоабразивным материалам с высокой проникающей способностью. Для обеспечения требуемого ресурса подшипников необходима многоступенчатая система защиты.
Типы уплотнений для корпусных подшипников
Лабиринтные уплотнения
Создают извилистый путь для проникновения загрязнений за счет системы канавок и выступов. Не имеют контактирующих поверхностей, что исключает трение и позволяет работать при высоких скоростях без ограничений. Обеспечивают степень защиты IP66.
Маркировка лабиринтных уплотнений для корпусов SNL: TSN xxx L, где xxx - номер корпуса.
Контактные уплотнения
Изготавливаются из эластомерных материалов (бутадиен-нитрильный каучук, фторкаучук) и обеспечивают непосредственный контакт с вращающимся кольцом. Высокая степень герметичности, но ограничение по скорости вращения до 2000-3000 об/мин из-за тепловыделения от трения.
Таконитовые уплотнения
Специализированные уплотнения для работы в условиях высокой абразивной запыленности. Название происходит от типа высокоабразивной железной руды месторождения Месаби (США). Конструкция сочетает лабиринтное уплотнение с дополнительными защитными элементами.
Области применения таконитовых уплотнений:
- Ковшовые элеваторы
- Шкивы конвейеров
- Угольные мельницы
- Вентиляторы промышленные
- Подъемные механизмы
| Тип уплотнения | Степень защиты | Макс. скорость | Применение |
|---|---|---|---|
| Войлочное | IP40 | 4 м/с | Низкая запыленность |
| Лабиринтное | IP66 | Без ограничений | Средняя запыленность |
| Контактное 2RS | IP67 | 2000-3000 об/мин | Высокая запыленность |
| Таконитовое | IP68 | По типу подшипника | Экстремальная запыленность |
Система наддува подшипниковых узлов
В условиях высокой запыленности эффективным решением является создание избыточного давления воздуха внутри подшипникового узла. Система наддува включает компрессор, фильтрующие элементы, регулятор давления и систему распределения воздуха.
Расчет параметров системы наддува
Исходные данные: диаметр вала D = 100 мм, частота вращения n = 300 об/мин
Окружная скорость: V = (3,14 x 0,1 x 300) / 60 = 1,57 м/с
Требуемый расход воздуха: Q = 3,14 x D x V x k
где k = 0,001 - коэффициент утечек
Q = 3,14 x 0,1 x 1,57 x 0,001 = 0,0005 м3/мин
Избыточное давление: 0,1-0,3 бар
Смазочные материалы и режимы смазывания
Правильный выбор смазочного материала и режима смазывания критически важен для обеспечения ресурса подшипников в запыленных условиях. В условиях цементного производства интервалы замены смазки сокращаются в 2-5 раз по сравнению с нормальными условиями.
Требования к смазочным материалам
Для подшипников ковшовых элеваторов цементных заводов применяются пластичные смазки со следующими характеристиками:
- Рабочая температура: от -20 до +120 градусов Цельсия (для обычных условий), до +180-200 градусов для высокотемпературных узлов
- Класс консистенции по NLGI: 2 или 3
- Загуститель: литиевое комплексное мыло или полимочевина
- Присадки: противоизносные (EP), антикоррозионные
- Водостойкость: высокая
| Тип загустителя | Температурный диапазон | Особенности применения |
|---|---|---|
| Литиевое мыло | -30...+120 C | Универсальное применение |
| Литиевое комплексное | -30...+150 C | Повышенные нагрузки |
| Полимочевина | -20...+180 C | Высокие температуры, длительный ресурс |
| Кальциевое комплексное | -20...+140 C | Высокая водостойкость |
| Алюминиевое комплексное | -30...+160 C | Экстремальные нагрузки |
Объем и периодичность смазывания
Для подшипников элеваторов рекомендуется следующий режим смазывания:
Расчет интервала смазывания
Базовый интервал смазывания для сферических роликоподшипников определяется по формуле SKF:
tf = Kt x Kc x [(14000000 / (n x sqrt(d))) - 4d]
где: Kt - коэффициент типа подшипника (10 для сферических роликовых)
Kc - коэффициент условий эксплуатации (0,1-0,5 для сильно запыленной среды)
n - частота вращения, об/мин
d - диаметр отверстия подшипника, мм
Пример для подшипника 22220 EK:
d = 100 мм, n = 150 об/мин, Kt = 10, Kc = 0,15 (цементное производство)
tf = 10 x 0,15 x [(14000000 / (150 x 10)) - 4 x 100] = 1,5 x [9333 - 400] = 13400 часов
Практический интервал с учетом запаса надежности: tf / 10 = 1340 часов (примерно 2 месяца непрерывной работы)
Объем смазки при пополнении определяется по формуле:
G = 0,005 x D x B (граммов)
где D - наружный диаметр подшипника, мм; B - ширина подшипника, мм
Расчет ресурса и периодичность замены
Номинальная долговечность подшипников определяется согласно международному стандарту ISO 281. Базовый ресурс L10 соответствует количеству оборотов или часов работы, которое способны выдержать 90% подшипников до появления первых признаков усталостного разрушения.
Формула расчета базового ресурса
Расчет номинальной долговечности L10
L10 = (C/P)^p x 10^6 оборотов
L10h = (10^6 / 60n) x (C/P)^p часов
где: C - динамическая грузоподъемность подшипника, кН
P - эквивалентная динамическая нагрузка, кН
p = 10/3 для роликовых подшипников
n - частота вращения, об/мин
Пример расчета для элеватора
Расчет ресурса подшипника приводного барабана
Исходные данные:
- Подшипник: 22220 EK
- Динамическая грузоподъемность C = 425 кН (по каталогу SKF)
- Радиальная нагрузка Fr = 35 кН
- Частота вращения n = 150 об/мин
Расчет:
Эквивалентная нагрузка P = Fr = 35 кН (осевая нагрузка отсутствует)
L10 = (425/35)^(10/3) = 12,14^3,33 = 2650 млн. оборотов
L10h = (10^6 / 60 x 150) x 2650 = 294000 часов = 33,6 года
С учетом условий эксплуатации (aISO = 0,5):
L10ah = 0,5 x 294000 = 147000 часов = 16,8 лет
Рекомендуемый срок замены с учетом профилактики: 40000-60000 часов (5-7 лет при круглосуточной работе)
Рекомендуемые сроки замены
| Узел элеватора | Расчетный ресурс, часов | Рекомендуемая замена, часов | Примечание |
|---|---|---|---|
| Приводной барабан | 100000-250000 | 40000-60000 | При каждом капремонте |
| Натяжной барабан | 80000-150000 | 30000-50000 | Повышенная запыленность |
| Промежуточные опоры | 150000-300000 | 50000-80000 | По состоянию |
Особенности монтажа и технического обслуживания
Монтаж подшипников на закрепительных втулках
Правильный монтаж подшипников с коническим отверстием на закрепительных втулках требует соблюдения следующей последовательности:
- Очистить посадочные поверхности вала и втулки от загрязнений
- Нанести тонкий слой масла на коническую поверхность втулки
- Установить втулку на вал в требуемом положении
- Надеть подшипник на коническую поверхность втулки
- Навинтить гайку и затягивать до достижения требуемого уменьшения радиального зазора
- Контролировать зазор с помощью щупа
- Застопорить гайку стопорной шайбой
Контроль уменьшения радиального зазора
| Диаметр отверстия, мм | Уменьшение зазора, мм | Осевое смещение, мм |
|---|---|---|
| 40-50 | 0,020-0,025 | 0,25-0,30 |
| 55-65 | 0,025-0,030 | 0,30-0,35 |
| 70-80 | 0,030-0,040 | 0,35-0,45 |
| 85-100 | 0,040-0,050 | 0,45-0,55 |
| 110-120 | 0,050-0,060 | 0,55-0,65 |
| 130-140 | 0,060-0,070 | 0,70-0,80 |
Регламент технического обслуживания
Ежесменный контроль:
- Внешний осмотр подшипниковых узлов на отсутствие течи смазки
- Контроль температуры корпуса (не более 70-80 градусов выше температуры окружающей среды)
- Проверка отсутствия посторонних шумов и вибрации
- Контроль работы системы смазки
Еженедельное обслуживание:
- Пополнение смазки согласно графику
- Проверка затяжки крепежных болтов
- Очистка корпусов от налипшего материала
- Проверка состояния уплотнений
Ежемесячное обслуживание:
- Измерение вибрации подшипниковых узлов
- Контроль осевого и радиального зазоров
- Проверка натяжения тягового органа
- Осмотр уплотнений на износ
Часто задаваемые вопросы
Для приводного и натяжного барабанов ковшовых элеваторов цементных заводов оптимальным выбором являются двухрядные сферические роликоподшипники серий 22200 и 22300 (например, 22218 EK, 22220 EK, 22222 EK). Они обладают высокой радиальной грузоподъемностью, способностью к самоустановке при перекосах вала до 2-3 градусов и могут воспринимать осевые нагрузки до 20% от радиальной. Рекомендуется выбирать подшипники с коническим отверстием (суффикс K или EK) для установки на закрепительных втулках серии H.
Для эффективной защиты от цементной пыли применяется комплекс мер: установка корпусных подшипников с таконитовыми или лабиринтными уплотнениями (маркировка TSN xxx L); регулярное пополнение смазки через специальные ниппели; вынос подшипниковых опор за пределы запыленной зоны; при экстремальной запыленности - применение системы наддува сжатым воздухом с избыточным давлением 0,1-0,3 бар. Лабиринтные уплотнения обеспечивают степень защиты IP66 без ограничений по скорости вращения.
В условиях цементного производства интервалы смазывания значительно сокращаются по сравнению с нормальными условиями. Для сферических роликоподшипников диаметром 100 мм при частоте вращения 150 об/мин рекомендуемый интервал пополнения смазки составляет 1000-1500 часов (примерно 1,5-2 месяца при непрерывной работе). Объем смазки при пополнении рассчитывается по формуле G = 0,005 x D x B граммов, где D и B - наружный диаметр и ширина подшипника в миллиметрах.
Расчетный ресурс подшипников приводного барабана при правильном выборе типоразмера составляет 100000-250000 часов. Однако в реальных условиях цементного производства с учетом запыленности, качества смазки и режима эксплуатации рекомендуется производить профилактическую замену каждые 40000-60000 часов работы (5-7 лет при круглосуточной эксплуатации). Замена обычно приурочивается к капитальному ремонту элеватора.
Закрепительные втулки типа H обеспечивают ряд существенных преимуществ: возможность установки подшипника в любом положении на гладком валу; простой монтаж и демонтаж без специального оборудования; использование валов с более широкими допусками; надежная осевая фиксация подшипника. Для крупногабаритных подшипников (d более 140 мм) доступны втулки с маслоподводящими каналами для гидравлического монтажа, что существенно упрощает установку.
Выбор типа натяжного устройства зависит от параметров элеватора. Винтовое натяжное устройство (ход 140-200 мм) применяется на элеваторах небольшой производительности и высотой до 20-25 м. Грузовое натяжное устройство (ход 200-500 мм) рекомендуется для элеваторов высотой более 20 м, так как обеспечивает автоматическое поддержание постоянного натяжения при изменении нагрузки и вытяжке ленты. Грузовое натяжение более надежно, но требует больше пространства для размещения.
Признаки износа подшипника определяются по косвенным показателям: повышенная температура корпуса (более 70-80 градусов выше температуры окружающей среды); появление посторонних шумов (гул, скрежет, периодические удары); увеличение вибрации подшипникового узла; утечка смазки через уплотнения; наличие металлических частиц в смазке. Для объективной оценки состояния рекомендуется проводить вибродиагностику с периодичностью 1 раз в месяц.
Подшипники закрытого типа (с обозначением 2RS или 2Z) имеют ограниченное применение для элеваторов. Они не позволяют производить пополнение смазки, что критично в условиях высокой запыленности. Кроме того, встроенные уплотнения имеют ограничение по скорости вращения (до 2000-3000 об/мин) и температуре (до 100-120 градусов). Для тяжелых условий цементного производства рекомендуется использовать открытые подшипники в корпусах с внешними уплотнениями и системой смазки.
Источники
- ГОСТ 5721-2022 Подшипники качения. Подшипники роликовые сферические двухрядные с асимметричными роликами. Общие технические требования
- ГОСТ 24696-2023 Подшипники качения. Подшипники роликовые сферические двухрядные с симметричными роликами. Общие технические требования
- ГОСТ 520-2011 Подшипники качения. Общие технические условия
- ГОСТ 24208-80 Втулки закрепительные для подшипников качения. Основные размеры
- ГОСТ 18855-2013 (ISO 281:2007) Подшипники качения. Динамическая грузоподъемность и номинальный ресурс
- SKF Group. Rolling bearings catalogue. Technical handbook
- FAG/INA Schaeffler Group. Каталог подшипников качения
- Черменский О.Н., Федотов Н.Н. Подшипники качения: Справочник-каталог. М.: Машиностроение, 2003
- Перель Л.Я. Подшипники качения: Расчет, проектирование и обслуживание опор. М.: Машиностроение, 1983
- ГОСТ 31592-2012 Редукторы общемашиностроительного применения. Общие технические условия
- DIN 15234 Bucket elevator buckets - Dimensions
Отказ от ответственности: Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и предназначена для информирования технических специалистов об общих принципах выбора и эксплуатации подшипниковых узлов ковшовых элеваторов. Автор и издатель не несут ответственности за любые последствия использования представленной информации. При проектировании, монтаже и эксплуатации оборудования необходимо руководствоваться действующими нормативными документами, инструкциями производителей и привлекать квалифицированных специалистов. Все расчеты и рекомендации должны быть проверены и адаптированы к конкретным условиям эксплуатации.
