Содержание статьи
- Введение
- Конструкция сферических роликовых подшипников
- Специальные серии для вибрационного оборудования
- Корпусные подшипники с виброгашением
- Смазка подшипников грохотов
- Монтаж и посадки подшипников
- Техническое обслуживание и диагностика
- Критерии выбора подшипников
- Часто задаваемые вопросы
- Дополнительная информация
Введение
Вибрационные грохоты представляют собой ключевое оборудование в горнодобывающей, строительной и перерабатывающей промышленности, предназначенное для классификации сыпучих материалов по крупности фракций. Эффективность и надежность работы грохотов напрямую зависит от качества подшипниковых узлов, которые работают в экстремальных условиях постоянных вибрационных нагрузок, ударов, запыленности и повышенных температур.
Для вибрационных грохотов применяются специальные сферические роликовые подшипники, разработанные для работы в условиях высоких динамических нагрузок. Двухрядная конструкция с бочкообразными роликами и сферической дорожкой качения наружного кольца обеспечивает высокую радиальную грузоподъемность, способность воспринимать осевые нагрузки и компенсировать угловые перекосы, возникающие при работе вибрационного оборудования.
Применение обычных подшипников в вибрационных грохотах приводит к их преждевременному выходу из строя. Специализированные подшипники в виброустойчивом исполнении увеличивают срок службы узла в 1,5-2 раза по сравнению со стандартными конструкциями.
Конструкция сферических роликовых подшипников
Нормативная база
Двухрядные сферические роликовые подшипники регламентируются ГОСТ 5721-75 "Подшипники роликовые радиальные сферические двухрядные. Типы и основные размеры" с изменениями № 1, 2 (ИУС 1-86, ИУС 3-88). Стандарт устанавливает три конструктивных исполнения подшипников:
- Серия 3000 - с цилиндрическим отверстием внутреннего кольца
- Серия 113000 - с коническим отверстием внутреннего кольца, конусность 1:12
- Серия 4113000 - с коническим отверстием внутреннего кольца, конусность 1:30
Конструктивные элементы
Сферический роликовый подшипник состоит из следующих основных элементов:
| Элемент конструкции | Назначение | Материал |
|---|---|---|
| Наружное кольцо | Сферическая дорожка качения, общая для двух рядов роликов | Подшипниковая сталь ШХ15 |
| Внутреннее кольцо | Две дорожки качения, расположенные под углом к оси | Подшипниковая сталь ШХ15 |
| Бочкообразные ролики | Тела качения, два ряда | Подшипниковая сталь ШХ15 |
| Сепаратор | Фиксация роликов, предотвращение контакта | Латунь, сталь, полиамид |
| Центральное направляющее кольцо | Направление роликов между рядами | Сталь |
Рабочие характеристики
Сферические роликовые подшипники характеризуются следующими параметрами:
- Способность воспринимать радиальные нагрузки высокой интенсивности
- Восприятие двунаправленных осевых нагрузок до 25% от неиспользованной радиальной грузоподъемности
- Компенсация угловых перекосов до 3 градусов без потери работоспособности
- Самоустанавливающаяся конструкция для компенсации несоосности и прогиба валов
- Низкий коэффициент трения и умеренное тепловыделение
Специальные серии для вибрационного оборудования
Серия VA405 (SKF Explorer)
Подшипники серии VA405 специально разработаны для применения в вибрационном оборудовании. Отличительные особенности серии:
- Увеличенный радиальный зазор C4 для компенсации теплового расширения и вибрационных воздействий
- Штампованный стальной сепаратор с поверхностной закалкой для повышенной прочности
- Кольцевая канавка и три смазочных отверстия на наружном кольце для централизованной системы смазки
- Термостойкая смазка, рассчитанная на работу при температурах от -40 градусов C до +200 градусов C
- Усиленная конструкция для восприятия циклических и направленных вибраций
Серия VA406
Модификация серии VA405 с дополнительной PTFE-футеровкой цилиндрического отверстия. Предназначена для плавающих подшипниковых узлов с вращением наружного кольца. PTFE-покрытие предотвращает фреттинг-коррозию между валом и внутренним кольцом подшипника, исключая необходимость специальной обработки или покрытия вала.
Серия EF800
Линейка двухрядных сферических роликоподшипников с латунным сепаратором, разработанная для экстремальных условий эксплуатации дробилок, вибрационных грохотов и измельчителей в шахтах и карьерах. Латунный сепаратор обеспечивает повышенную стойкость к ударным нагрузкам и работу в условиях высокой запыленности.
| Серия | Тип сепаратора | Радиальный зазор | Покрытие отверстия | Применение |
|---|---|---|---|---|
| VA405 | Штампованная сталь | C4 | Без покрытия | Фиксирующие узлы грохотов |
| VA406 | Штампованная сталь | C4 | PTFE | Плавающие узлы грохотов |
| EF800 | Латунь | C3/C4 | Без покрытия | Тяжелые условия с высокой запыленностью |
| CC/W33 | Штампованная сталь | C3 | Без покрытия | Грохоты средней производительности |
| CA/W33 | Штампованная сталь | C4 | Без покрытия | Высокопроизводительные грохоты |
Типовые обозначения подшипников
Для вибрационных грохотов наиболее часто применяются подшипники следующих размерных рядов:
Примеры обозначений:
- 22308 E/VA405 - диаметр отверстия 40 мм, наружный диаметр 90 мм, ширина 33 мм
- 22314 EK/VA405 - диаметр отверстия 70 мм (коническое), наружный диаметр 150 мм, ширина 51 мм
- 22320 EJA/VA406 - диаметр отверстия 100 мм (коническое с PTFE), наружный диаметр 215 мм, ширина 73 мм
- 3620, 3624, 3626, 3630, 3644, 3656 - крупногабаритные подшипники для тяжелых грохотов
Корпусные подшипники с виброгашением
Конструкция корпусных узлов
Для вибрационных грохотов применяются специальные корпусные подшипники, обеспечивающие дополнительную защиту от вибрации и внешних загрязнений. Корпусные узлы включают следующие элементы:
- Чугунный или стальной корпус повышенной прочности для снижения риска образования трещин
- Сферический роликовый подшипник в виброустойчивом исполнении
- Лабиринтные или контактные уплотнения для защиты от пыли и влаги
- Масляные резервуары для постоянной смазки подшипников
- Демпфирующие элементы для снижения передачи вибрации на раму
Типы корпусов
| Тип корпуса | Обозначение | Конструкция | Применение |
|---|---|---|---|
| Фланцевый | UCFL | Овальный фланец для монтажа на вертикальную поверхность | Боковая установка на раму грохота |
| Корпус-подушка | UCP | Плоское основание для крепления болтами | Монтаж на горизонтальную поверхность |
| Консольный | UCF | Квадратный фланец с четырьмя отверстиями | Консольные валы вибраторов |
| Натяжной | UCT | С натяжным устройством | Приводные узлы с ременной передачей |
Виброгашение в корпусных узлах
Для снижения передачи вибрации от подшипникового узла на раму грохота применяются следующие технические решения:
- Резиновые демпфирующие кольца между корпусом подшипника и монтажной поверхностью
- Упругие элементы в конструкции корпуса для амортизации ударных нагрузок
- Двойное центрирование сепараторов для равномерного распределения нагрузки
- Увеличенная масса корпуса для снижения резонансных явлений
- Специальная геометрия ребер жесткости для рассеивания вибрационной энергии
Смазка подшипников грохотов
Требования к смазочным материалам
Смазка подшипников вибрационных грохотов должна обеспечивать стабильное смазывание при следующих условиях:
- Постоянные циклические вибрационные нагрузки высокой интенсивности
- Повышенные температуры от нагрева при работе (до +120 градусов C в рабочей зоне)
- Воздействие пыли и абразивных частиц
- Высокие центробежные ускорения при вращении
- Длительные интервалы между обслуживанием
Типы смазок для вибрационного оборудования
| Тип смазки | Загуститель | Диапазон температур | Особенности |
|---|---|---|---|
| Литиевая комплексная | Литиевый комплекс | от -30 до +180 градусов C | Универсальное применение, хорошая водостойкость |
| Сульфонат-кальциевая | Сульфонат кальция | от -30 до +200 градусов C | Высокая термостойкость, защита от коррозии |
| Полимочевинная | Полимочевина | от -20 до +180 градусов C | Низкозольная, устойчивость к окислению |
| С графитом | Литий + графит | от -20 до +200 градусов C | Противозадирные свойства, работа при высоких нагрузках |
| С ПТФЕ | Литий + ПТФЕ | от -40 до +180 градусов C | Низкий коэффициент трения, защита от фреттинга |
Система смазки
В вибрационных грохотах применяются следующие системы смазки подшипников:
Пластичная смазка:
- Заложена в подшипник при изготовлении или монтаже
- Интервал перезаправки: 500-1000 часов работы в зависимости от условий
- Простота обслуживания, отсутствие дополнительного оборудования
- Автоматическая подача смазки к подшипникам через смазочные отверстия
- Непрерывная или периодическая подача дозированных порций
- Масляные резервуары с автоматическим пополнением
- Мониторинг уровня и состояния смазки
Демпфирующие свойства смазки
При вибрационных нагрузках важную роль играют демпфирующие свойства смазки, которые снижают вибрации и акустические колебания. Для этого используются смазки с:
- Повышенной вязкостью базового масла
- Специальными противоизносными присадками
- Добавками, снижающими трение и вибрацию
- Загустителями, обеспечивающими стабильность при динамических нагрузках
Монтаж и посадки подшипников
Принципы выбора посадок
Правильная посадка подшипника является критическим фактором для обеспечения надежной работы вибрационного грохота. При выборе посадки учитываются:
- Характер нагрузки - циркуляционная или местная
- Интенсивность вибрационных воздействий
- Температурный режим работы
- Способ фиксации колец подшипника
- Требования к точности вращения
Рекомендуемые посадки
| Условия работы | Внутреннее кольцо (вал) | Наружное кольцо (корпус) | Обоснование |
|---|---|---|---|
| Вращение внутреннего кольца, высокие вибрации | k6, m6 | H7, J7 | Натяг внутреннего кольца для предотвращения проскальзывания |
| Вращение наружного кольца | h6, j6 | M7, N7 | Натяг наружного кольца, внутреннее с зазором |
| Плавающая опора (VA406) | h6 | H7 | Компенсация теплового расширения вала |
| Фиксирующая опора на коническую шейку | Конус 1:12 | H7 | Регулировка натяга при монтаже |
Методы монтажа
Для монтажа подшипников вибрационных грохотов применяются следующие методы:
Холодный монтаж (подшипники до 80 мм):
- Использование гидравлического пресса или ударного инструмента
- Монтажное усилие передается через специальную втулку на монтируемое кольцо
- Запрещается передача усилия через тела качения
- Контроль усилия запрессовки динамометром
- Нагрев подшипника до +80...+120 градусов C индукционным нагревателем
- Быстрая установка на посадочное место до остывания
- Контроль температуры нагрева пирометром
- Запрещен нагрев открытым пламенем и перегрев выше +120 градусов C
Особенности монтажа на коническую шейку
Подшипники с коническим отверстием (серии 113000) монтируются с контролируемым натягом:
- Измерение осевого перемещения внутреннего кольца индикатором
- Контроль момента вращения динамометрическим ключом
- Затяжка гайки ступенями по 0,1 мм осевого смещения
- Проверка радиального зазора после затяжки щупом
- Окончательная фиксация контргайкой или стопорной шайбой
Техническое обслуживание и диагностика
График технического обслуживания
| Периодичность | Операция | Контролируемые параметры |
|---|---|---|
| Ежедневно | Визуальный осмотр | Отсутствие течей смазки, посторонних шумов, вибрации |
| Еженедельно | Контроль температуры | Температура корпуса подшипника, не более +80 градусов C |
| Ежемесячно | Проверка крепления | Затяжка болтов, отсутствие трещин корпуса |
| 500-1000 часов | Перезаправка смазки | Состояние смазки, наличие загрязнений |
| 2000-3000 часов | Вибродиагностика | Спектр вибрации, эффективное значение виброскорости |
| 5000-8000 часов | Ревизия подшипников | Износ дорожек качения, состояние роликов и сепаратора |
Методы диагностики
Для контроля технического состояния подшипников применяются следующие методы:
- Вибродиагностика: Измерение виброскорости и виброускорения переносными виброметрами, спектральный анализ для выявления дефектов подшипников
- Термография: Контроль температуры подшипниковых узлов тепловизором или пирометром, выявление перегретых зон
- Анализ смазки: Отбор проб смазки для лабораторного анализа на загрязнение продуктами износа
- Акустический контроль: Выявление посторонних шумов с помощью технического стетоскопа
Признаки неисправности подшипников: Повышенная вибрация, увеличение рабочей температуры более +80 градусов C, изменение характера шума, снижение эффективности грохочения, видимые повреждения уплотнений, утечка смазки.
Типовые дефекты и их причины
| Дефект | Причина | Профилактика |
|---|---|---|
| Усталостное выкрашивание | Исчерпан ресурс, перегрузка | Своевременная замена, контроль нагрузок |
| Износ дорожек качения | Недостаток смазки, загрязнение | Регулярная смазка, герметизация узла |
| Фреттинг-коррозия | Недостаточный натяг посадки | Правильный выбор посадки, контроль монтажа |
| Перегрев | Чрезмерный натяг, недостаток смазки | Контроль натяга при монтаже, регулярная смазка |
| Разрушение сепаратора | Ударные нагрузки, износ | Применение подшипников виброустойчивого исполнения |
Критерии выбора подшипников
Расчет требуемой грузоподъемности
При выборе подшипника для вибрационного грохота необходимо рассчитать эквивалентную динамическую нагрузку с учетом коэффициента вибрации:
Формула расчета:
P = (X × Fr + Y × Fa) × Kв × Kт
где:
- P - эквивалентная динамическая нагрузка, кН
- Fr - радиальная нагрузка, кН
- Fa - осевая нагрузка, кН
- X, Y - коэффициенты радиальной и осевой нагрузки
- Kв - коэффициент вибрации (для грохотов 1,5-2,0)
- Kт - температурный коэффициент
Lh = (C/P) в степени p × 10 в степени 6/(60 × n)
где:
- Lh - расчетный ресурс, часы
- C - динамическая грузоподъемность подшипника, кН
- p = 10/3 для роликовых подшипников
- n - частота вращения, об/мин
Факторы выбора
При выборе подшипников для вибрационных грохотов учитываются следующие факторы:
- Тип грохота (инерционный, гирационный, резонансный)
- Производительность и масса грохота
- Частота и амплитуда колебаний
- Диаметр вала вибратора
- Условия окружающей среды (температура, запыленность, влажность)
- Требуемый межремонтный период
- Наличие централизованной системы смазки
Рекомендации по применению
Легкие грохоты (до 5 тонн):
- Подшипники серии 222xx, 223xx
- Диаметр отверстия 40-60 мм
- Модификации CC/W33, CA/W33
- Подшипники серии 223xx, 320xx
- Диаметр отверстия 60-100 мм
- Модификации VA405, VA406, EF800
- Крупногабаритные подшипники серии 36xx
- Диаметр отверстия 100-300 мм
- Специальные исполнения с усиленной конструкцией
Часто задаваемые вопросы
Почему обычные подшипники быстро выходят из строя в вибрационных грохотах?
Обычные подшипники не рассчитаны на постоянные циклические вибрационные нагрузки высокой интенсивности. В вибрационных грохотах подшипники подвергаются направленным вибрациям с частотой до 1500 колебаний в минуту при амплитудах до 10 мм. Это приводит к ускоренному усталостному разрушению материала дорожек качения, износу сепаратора, выдавливанию смазки из рабочей зоны. Специализированные подшипники виброустойчивого исполнения имеют усиленную конструкцию, увеличенный радиальный зазор C4, специальные сепараторы и термостойкую смазку, что обеспечивает срок службы в 1,5-2 раза больше по сравнению со стандартными подшипниками.
В чем отличие серий VA405 и VA406 подшипников SKF?
Основное отличие заключается в наличии PTFE-покрытия на внутреннем отверстии подшипника VA406. Серия VA405 применяется для фиксирующих подшипниковых узлов, где внутреннее кольцо жестко закреплено на валу с натягом. Серия VA406 предназначена для плавающих узлов с вращением наружного кольца - PTFE-футеровка предотвращает фреттинг-коррозию между валом и внутренним кольцом при осевых смещениях вследствие теплового расширения. Остальные характеристики идентичны: увеличенный зазор C4, штампованный стальной сепаратор с поверхностной закалкой, кольцевая канавка с тремя смазочными отверстиями на наружном кольце.
Как часто нужно менять смазку в подшипниках грохотов?
Периодичность замены смазки зависит от условий эксплуатации. При нормальных условиях (температура до +60 градусов C, умеренная запыленность) интервал перезаправки составляет 1000 часов работы. При тяжелых условиях (температура +60...+80 градусов C, высокая запыленность, круглосуточная работа) интервал сокращается до 500 часов. Для грохотов с централизованной системой смазки применяется непрерывная или периодическая автоматическая подача свежей смазки, что исключает необходимость ручной перезаправки. Признаками необходимости замены смазки являются: повышение температуры подшипника, изменение цвета смазки (потемнение), наличие металлических частиц, загустение или разжижение консистенции.
Какой радиальный зазор должен быть у подшипников для вибрационного оборудования?
Для вибрационного оборудования применяются подшипники с увеличенным радиальным зазором C3 или C4. Зазор C4 больше зазора C3 примерно на 25-30%. Увеличенный зазор необходим для компенсации теплового расширения колец при нагреве подшипника в процессе работы, а также для обеспечения свободы перемещения тел качения при вибрационных нагрузках. При монтаже с натягом радиальный зазор уменьшается, поэтому изначально увеличенный зазор обеспечивает оптимальное значение в рабочем состоянии. Зазор C3 применяется при легких условиях работы и небольших натягах посадки, зазор C4 - при тяжелых условиях, высоких температурах и больших натягах.
Как правильно затянуть подшипник с коническим отверстием на коническую шейку вала?
Затяжка подшипника с коническим отверстием выполняется с контролем осевого перемещения внутреннего кольца. Процедура следующая: установите индикатор часового типа на торец внутреннего кольца, затягивайте гайку ступенями, контролируя осевое смещение после каждого шага затяжки. Рекомендуемое осевое смещение указано в технической документации производителя подшипника и составляет обычно 0,2-0,6 мм в зависимости от размера подшипника. После достижения требуемого осевого смещения проверьте момент вращения динамометрическим ключом - превышение момента в 3-4 раза от номинального указывает на чрезмерный натяг. Контрольный радиальный зазор можно измерить щупом между роликом и дорожкой качения наружного кольца.
Можно ли использовать корпусные подшипники типа UCP для вибрационных грохотов?
Корпусные подшипники типа UCP (подушка), UCFL (фланцевый), UCF (квадратный фланец) могут применяться для вибрационных грохотов при соблюдении следующих условий: внутренний подшипник должен быть в виброустойчивом исполнении с увеличенным зазором, корпус изготовлен из высокопрочного чугуна или стали для снижения риска образования трещин, между корпусом и монтажной поверхностью установлены демпфирующие резиновые элементы, применена высококачественная термостойкая смазка с демпфирующими свойствами. Корпусные подшипники обеспечивают дополнительную защиту от загрязнений за счет встроенных уплотнений и упрощают монтаж, так как являются готовым узлом в сборе. Важно выбирать корпусные подшипники от надежных производителей, специализирующихся на оборудовании для горнодобывающей промышленности.
Какие методы диагностики наиболее эффективны для выявления дефектов подшипников в работающем грохоте?
Наиболее эффективным методом является вибродиагностика с помощью переносных виброанализаторов. Спектральный анализ вибрации позволяет выявить дефекты подшипников на ранней стадии по характерным частотам дефектов: износ наружного кольца проявляется на частоте BPFO (частота прохождения роликов по наружному кольцу), износ внутреннего кольца - на частоте BPFI, дефекты роликов - на частоте BSF. Дополнительно применяется термография для контроля температурного состояния подшипниковых узлов - локальный перегрев указывает на недостаток смазки или развивающийся дефект. Акустический контроль техническим стетоскопом позволяет выявить посторонние шумы, щелчки и скрежет, характерные для разрушения дорожек качения. Комплексное применение этих методов обеспечивает раннее обнаружение неисправностей и планирование ремонта до аварийного отказа.
Почему в грохотах используются именно сферические роликовые подшипники, а не шариковые или конические?
Сферические роликовые подшипники оптимально подходят для вибрационных грохотов благодаря сочетанию ключевых свойств. Во-первых, они имеют максимальную радиальную грузоподъемность среди всех типов подшипников при одинаковых габаритах за счет двух рядов бочкообразных роликов. Во-вторых, сферическая дорожка качения наружного кольца обеспечивает самоустановку и компенсацию угловых перекосов до 3 градусов, что критично при деформациях рамы грохота от вибраций. В-третьих, эти подшипники способны воспринимать двунаправленные осевые нагрузки до 25% от радиальной грузоподъемности. Шариковые подшипники не выдерживают высоких ударных нагрузок, конические требуют точной соосности и не компенсируют перекосы, цилиндрические не воспринимают осевые нагрузки. Таким образом, сферические роликовые подшипники являются универсальным и надежным решением для вибрационного оборудования.
Отказ от ответственности
Данная статья носит исключительно информационно-ознакомительный характер и предназначена для технических специалистов. Информация представлена на основе технической документации производителей подшипников, отраслевых стандартов и практического опыта эксплуатации оборудования.
Автор не несет ответственности за любые прямые или косвенные убытки, возникшие в результате использования информации из данной статьи. Все технические решения должны приниматься квалифицированными специалистами с учетом конкретных условий эксплуатации оборудования, требований проектной документации и действующих нормативных документов.
Перед выполнением монтажных, ремонтных или наладочных работ необходимо проконсультироваться с производителем оборудования, изучить техническую документацию и обеспечить соблюдение требований охраны труда и промышленной безопасности.
Источники
- ГОСТ 5721-75 "Подшипники роликовые радиальные сферические двухрядные. Типы и основные размеры" с изменениями № 1, 2. Государственный комитет стандартов Совета Министров СССР.
- ГОСТ 24696-81 "Подшипники роликовые радиальные сферические двухрядные с симметричными роликами. Основные размеры". Государственный комитет СССР по стандартам.
- ГОСТ 9942-90 "Подшипники качения. Термины и определения". Государственный комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам.
- SKF Group. "SKF Explorer spherical roller bearings for vibratory applications" - техническая документация производителя.
- NTN Corporation. "Spherical Roller Bearings" - каталог технических решений для горнодобывающей промышленности.
- Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. / Под ред. В.И. Анурьева. - М.: Машиностроение - раздел "Подшипники качения".
- Руководство по расчету подшипников качения. - М.: ВНИПП.
- Проников А.С. Надежность машин. - М.: Машиностроение.
- ISO 492:2014 "Rolling bearings - Radial bearings - Geometrical product specifications (GPS) and tolerance values".
- Документация производителей вибрационных грохотов: техническая эксплуатационная документация.
