Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Производство кабельной продукции представляет собой непрерывный технологический процесс, включающий экструзию изоляции и оболочки, скрутку жил и готовых кабелей, а также намотку на приемные барабаны. Каждый из этих этапов предъявляет специфические требования к опорным узлам вращающихся элементов. Подшипники в кабельных линиях работают в условиях высоких осевых и радиальных нагрузок, значительных частот вращения, повышенных температур вблизи зон экструзии и существенного дисбаланса в крутильных машинах.
Линии ведущих мировых производителей — Maillefer, Rosendahl Nextrom, Niehoff и отечественные разработки на базе НИКИ — комплектуются подшипниками качения различных конструктивных групп: сферическими роликовыми, упорными роликовыми, радиально-упорными коническими и радиальными шариковыми. Правильный выбор типа подшипника, класса точности и схемы смазки напрямую определяет производительность оборудования, качество кабельной продукции и межремонтный интервал.
Компания Maillefer — один из мировых лидеров в области экструзионных технологий для кабельной промышленности, история которого насчитывает более 125 лет. Производственный центр кабельного подразделения находится в Вантаа (Финляндия). В номенклатуру входят одношнековые экструдеры для всех типов изоляционных и оболочечных материалов (ПВХ, полиэтилен, сшитый полиэтилен, фторполимеры), экструзионные головки, линии непрерывной вулканизации (CV-линии), а также приемные и отдающие устройства. Экструзионные линии Maillefer рассчитаны на скорости от 6 до 1000 м/мин в зависимости от типа кабеля и могут производить продукцию напряжением до 750 кВ.
Rosendahl Nextrom — глобальный поставщик технологий для производства силовых, оптических и специальных кабелей. Компания входит в состав австрийской Knill Gruppe (основана в 1712 году). Ключевые компетенции Rosendahl включают экструзию, SZ-скрутку, гофрирование металлических оболочек и формование. Оборудование Nextrom ориентировано на производство волоконно-оптических кабелей, включая линии нанесения вторичного покрытия, SZ-скрутку и наложение оболочки. Все оборудование разрабатывается и производится в Европе с полной адаптацией под конкретные требования заказчика.
Maschinenfabrik Niehoff GmbH & Co. KG (Швабах, Германия) с 1960-х годов специализируется на проектировании вращающихся машин для кабельной промышленности. Основная продукция — крутильные машины двойной скрутки серии D (модели D 402, D 562, D 632, D 762, D 802, D 1002, D 1252, D 1602, D 2002) и серии DSI, жесткорамные крутильные машины NRS, а также волочильные линии, оплеточные машины и отжигатели. Машины серии D обеспечивают скрутку проводников сечением от 0,013 до 500 мм2 при частоте кручения до 7500 оборотов/мин (для малых моделей) и линейной скорости до 300 м/мин.
Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический кабельный институт (НИКИ, г. Томск) — ведущий отечественный научно-технический центр кабельной отрасли, основанный в 1952 году на базе филиала Московского ВНИИКП. Институт входит в структуру Холдинга Кабельный Альянс и осуществляет полный цикл разработки кабельной продукции: от проектирования до внедрения в производство. НИКИ разрабатывает технические требования к кабельному оборудованию, включая спецификации подшипниковых узлов для экструзионных, крутильных и намоточных машин, а также проводит сертифицированные испытания на соответствие государственным и международным стандартам. Институт располагает современной испытательной базой с уникальными установками, имитирующими условия эксплуатации кабельной продукции.
Экструдер для наложения изоляции и оболочки на кабель работает по принципу продавливания расплавленного полимера через формующую головку вращающимся шнеком. При этом шнек создает значительное осевое усилие, направленное назад, в сторону редуктора. Величина осевой нагрузки определяется давлением расплава и площадью поперечного сечения цилиндра (бочки) экструдера: F = p × (πd2/4), где p — давление расплава (типично 20–50 МПа), d — диаметр шнека.
Для экструдера Maillefer с диаметром шнека d = 120 мм при давлении расплава p = 35 МПа:
F = 35 × 106 × (π × 0,122 / 4) = 35 × 106 × 0,01131 = 395,8 кН
При шнеке d = 90 мм и давлении 30 МПа: F = 30 × 106 × (π × 0,092 / 4) = 190,9 кН
Такие осевые нагрузки требуют применения упорных подшипников с динамической грузоподъемностью C не менее 600–1200 кН.
Для восприятия осевых нагрузок шнека в редукторах экструдеров применяются следующие типы подшипников:
Упорные сферические роликовые подшипники (серия 293, 294 по ISO) — наиболее распространенное решение в современных экструдерных редукторах. Согласно рекомендациям SKF и Schaeffler, сферические упорные роликовые подшипники (SRTB) обладают рядом преимуществ: высокая динамическая грузоподъемность, способность компенсировать несоосность до 2–3°, работоспособность в условиях недостаточной смазки при малых скоростях вращения (типичная частота вращения шнека — 10–150 об/мин). Типовые обозначения: 29412E, 29413E, 29414E ... 29438E — с увеличением диаметра шнека возрастает типоразмер подшипника.
Конические роликовые подшипники в тандемной установке — применяются в двухшнековых экструдерах (со-направленных и противо-направленных), где осевые нагрузки воспринимаются парой конических подшипников, установленных тандемом. Такая схема обеспечивает равномерное распределение нагрузки между подшипниками.
Помимо осевых нагрузок, валы редуктора экструдера несут радиальные усилия от зубчатых зацеплений. Для опор промежуточных и входных валов применяются:
Цилиндрические роликовые подшипники (серии NU, NJ, NUP) — воспринимают высокие радиальные нагрузки при умеренных скоростях. Обеспечивают осевую подвижность вала для компенсации тепловых расширений.
Радиальные шариковые подшипники (серия 6200, 6300) — используются на входных валах и вспомогательных опорах, где радиальные нагрузки умеренные.
Подшипники редуктора экструдера работают в масляной ванне. Рекомендуемая вязкость масла — ISO VG 320 с EP-присадками (Extreme Pressure). Циркуляция масла обеспечивается за счет литых каналов внутри корпуса редуктора и специальных отверстий, соединяющих камеру упорного подшипника с масляным картером. Для высоконагруженных экструдеров (диаметр шнека свыше 150 мм) применяются системы принудительной смазки с теплообменником, поддерживающие температуру масла не выше 70–80 °C.
Скрутка жил и готовых кабелей выполняется на различных типах крутильных машин: двойной скрутки (Niehoff серии D, DSI), жесткорамных (rigid cage strander), сигарных, фонарных и бугельных. Каждый тип предъявляет свои требования к подшипниковым узлам, однако общим для всех является наличие быстровращающихся элементов значительной массы, создающих высокие центробежные и гироскопические нагрузки.
В крутильных машинах двойной скрутки Niehoff ротор (дуга, bow) вращается с частотой до 7500 кручений/мин (модель D 402) или до 1000 кручений/мин (модель D 2002, при линейной скорости до 150 м/мин). Внутри ротора размещается катушка с проводником массой до 12 тонн (D 2002). Основные подшипниковые узлы ротора:
Главные опоры ротора — сферические роликовые двухрядные подшипники серий 222, 223, 232. Эти подшипники воспринимают комбинированную нагрузку (радиальную от массы ротора и катушки, а также осевую от дисбаланса). Самоустанавливающаяся конструкция компенсирует прогибы вала до 1–2,5°. Наружный диаметр подшипников главных опор в крупных моделях (D 1602, D 2002) достигает 340–400 мм.
Опоры люльки (cradle) — в машинах с люлечным подвесом катушки применяются самоустанавливающиеся роликовые подшипники, допускающие угловое отклонение при динамическом дисбалансе вращающейся массы.
Жесткорамные (клетьевые) крутильные машины применяются для скрутки жил силовых кабелей большого сечения (16–500 мм2 Cu, до 500 мм2 Al). Клеть (cage) вращается как единое целое; внутри нее на пинтелях установлены отдающие катушки диаметром 630–2000 мм. Подшипниковые узлы клетьевых машин:
Главные опоры клетки — крупногабаритные сферические роликовые двухрядные подшипники серий 223, 232, 240 с наружным диаметром до 400–500 мм. Нагрузка складывается из массы клетки с катушками (суммарная масса достигает нескольких тонн) и центробежных сил при вращении. Латунные массивные сепараторы (тип CA по классификации NSK) предпочтительны для тяжелых условий работы с ударными нагрузками.
Опоры пинтелей — для крепления отдающих катушек внутри клетки используются радиальные шариковые или роликовые подшипники меньших типоразмеров, обеспечивающие свободное вращение катушки при отдаче проводника.
SZ-скруточные машины Rosendahl применяются для производства оптических и силовых кабелей с реверсивной укладкой. В отличие от непрерывной скрутки, SZ-метод предполагает возвратно-вращательное движение скруточных дисков. Подшипники скруточного вала работают в условиях знакопеременных нагрузок и реверсивного вращения с высокой частотой, что предъявляет повышенные требования к контактной выносливости и качеству смазки. Применяются радиально-упорные шариковые подшипники с повышенным углом контакта (40°) или конические роликовые подшипники в Х-образной схеме установки.
Приемные устройства обеспечивают намотку готового кабеля на барабан с контролируемым натяжением. Диаметр барабанов варьируется от 400 мм (для тонких проводов) до 3200 мм и более (для силовых кабелей высокого напряжения), масса барабана с кабелем может достигать 100 тонн для тяжелых моделей Maillefer.
Основные подшипниковые узлы приемного устройства:
Опоры вала барабана — радиальные шариковые подшипники серий 6300, 6200 (для малых барабанов) или сферические роликовые подшипники серий 222, 223 (для барабанов диаметром свыше 1600 мм). Нагрузка определяется массой барабана с кабелем и усилием натяжения.
Опоры раскладчика — обеспечивают поперечное перемещение направляющего ролика для равномерной укладки кабеля. Применяются линейные шариковые подшипники или линейные роликовые каретки на профильных рельсовых направляющих.
Отдающие устройства подают проводник или катанку в технологическую линию. Катушки отдающих устройств вращаются при размотке, причем усилие натяжения должно оставаться стабильным. Подшипниковые узлы отдатчиков:
Тангенциальные отдатчики (Niehoff ATP, ARD) — в них катушка вращается вокруг горизонтальной оси, а проводник отдается по касательной. Опоры катушки оснащаются самоустанавливающимися роликовыми подшипниками, компенсирующими несоосность, возникающую при неравномерном заполнении катушки и при износе пинтелей.
Продольные отдатчики (Niehoff ATP) — проводник сходит с торца катушки. Подшипники опор работают при малых частотах вращения, но с повышенным дисбалансом от нецентричности намотки.
В линии SZ-скрутки Maillefer SZB блокирующий гусеничный тяговый аппарат установлен на линейных подшипниках, обеспечивающих продольное перемещение для регулировки расстояния до точки скрутки. Опоры тяговых роликов комплектуются радиальными шариковыми подшипниками серии 6300 с защитными уплотнениями 2RS для работы в запыленной среде.
Согласно ISO 281:2007, расчетный ресурс подшипника L10 определяется соотношением динамической грузоподъемности C к эквивалентной нагрузке P. Для роликовых подшипников L10 = (C/P)10/3 × 106 оборотов. В кабельном производстве минимальный требуемый ресурс для основных опорных подшипников составляет 20 000–40 000 часов непрерывной работы, что соответствует межремонтному циклу оборудования.
Крутильные машины создают значительные динамические прогибы валов из-за вращающегося дисбаланса. Сферические роликовые подшипники допускают угловое отклонение до 1–2,5° (в зависимости от серии), что делает их оптимальным выбором для главных опор крутильных клетей. Стандартные цилиндрические роликовые подшипники допускают несоосность всего 2–4 угловые минуты и для таких узлов непригодны.
Подшипники экструзионных линий работают вблизи зон нагрева полимера. Температура корпуса редуктора может достигать 70–90 °C. Для таких условий необходимы:
— масла с вязкостью ISO VG 220–320 и EP-присадками;
— подшипники с увеличенным радиальным зазором (суффикс C3 или C4) для компенсации теплового расширения;
— при постоянной рабочей температуре свыше 150 °C — подшипники со стабилизацией колец (суффикс S0–S4 по SKF).
Для большинства узлов кабельного оборудования достаточен нормальный класс точности P0 (ABEC 1) по ГОСТ 520-2011 / ISO 492. Повышенный класс P6 (ABEC 3) применяется для быстроходных опор роторов малых крутильных машин (D 402, D 562 — до 7500 кручений/мин). Шпиндельные подшипники классов P5–P4 в кабельном оборудовании, как правило, не требуются.
Современные крутильные машины Niehoff серии D оснащены встроенными системами мониторинга, контролирующими температуру главных подшипников и вибрацию ротора. Данные собираются бесконтактной телеметрией и визуализируются через интерфейс NMI (Niehoff Machine Interface) или веб-приложение myNiehoff в соответствии с концепцией Industry 4.0. Критические пороги: превышение температуры подшипника на 15–20 °C выше нормы или рост среднеквадратичного значения виброскорости свыше 4,5 мм/с (граница зон B/C по ISO 10816 / ISO 20816) требуют остановки для инспекции.
Согласно Timken Bearing Damage Analysis Reference Guide, наиболее частые дефекты подшипников в кабельном оборудовании:
Усталостное выкрашивание (spalling) — результат исчерпания контактной выносливости при длительной работе под высокой нагрузкой. Характерно для упорных подшипников шнека экструдера при превышении расчетного давления расплава.
Бринеллирование (brinelling) — вмятины на дорожках качения от ударных нагрузок при пуске/останове крутильной машины с полной катушкой или при попадании посторонних включений в расплав полимера (для экструдеров).
Электроэрозия (electrical pitting) — повреждение от прохождения электрических токов через подшипник, особенно актуально для приводов с частотно-регулируемым преобразователем (ЧРП). Рекомендуется установка изолированных подшипников (серия INSOCOAT от SKF или керамическое покрытие серии HDY2 от NSK) или токоотводящих колец.
Износ сепаратора — характерен для сферических роликовых подшипников крутильных клетей, работающих при высоких центробежных ускорениях. Подшипники с массивным латунным сепаратором (тип CA, CAM) более устойчивы к таким условиям, чем подшипники со штампованным стальным сепаратором.
Расчетный ресурс L10 (в миллионах оборотов) определяет число оборотов, которое выдержат 90% подшипников данного типоразмера при заданной нагрузке:
Для роликовых подшипников: L10 = (C / P)10/3
Для шариковых подшипников: L10 = (C / P)3
где C — динамическая грузоподъемность (кН), P — эквивалентная динамическая нагрузка (кН).
Перевод в часы: L10h = L10 × 106 / (60 × n), где n — частота вращения (об/мин).
Подшипник: упорный сферический роликовый 29420E (SKF)
Динамическая грузоподъемность: C = 980 кН (каталог SKF)
Осевая нагрузка шнека: Fa = 300 кН
Частота вращения шнека: n = 80 об/мин
Для упорных сферических роликовых подшипников P = Fa + 1,2 × Fr. При чисто осевой нагрузке P = Fa = 300 кН.
L10 = (980 / 300)10/3 = 3,2673,333 ≈ 51,7 млн оборотов
L10h = 51,7 × 106 / (60 × 80) = 10 771 час
С учетом модифицированного ресурса по ISO 281 (коэффициент aISO = 2–5 при надлежащей смазке и чистоте): L10ma = 21 500–54 000 часов, что соответствует 2,5–6 годам непрерывной работы.
Подшипник: сферический роликовый 23244 CC/W33 (SKF)
Динамическая грузоподъемность: C = 2485 кН (каталог SKF)
Радиальная нагрузка (масса клетки + катушки): Fr = 80 кН
Частота вращения клетки: n = 300 об/мин
P = Fr = 80 кН (осевая составляющая пренебрежимо мала)
L10 = (2485 / 80)10/3 = 31,063,333 ≈ 94 000 млн оборотов
L10h = 94 000 × 106 / (60 × 300) ≈ 5 220 000 часов
Расчетный ресурс по базовой формуле значительно превышает реальный, поскольку не учитывает динамические факторы (вибрация, дисбаланс, центробежные силы). Для крутильных машин к эквивалентной нагрузке применяют коэффициент динамичности fd = 2,0–3,5.
При fd = 3,0 и суммарной эквивалентной нагрузке P = 250 кН: L10 = (2485 / 250)10/3 = 9,943,333 ≈ 2113 млн оборотов
L10h = 2113 × 106 / (60 × 300) ≈ 117 400 часов, что составляет около 13 лет непрерывной эксплуатации. В реальных условиях с учетом загрязнения, качества смазки и переменных нагрузок ресурс составляет 40 000–80 000 часов (5–9 лет).
На выходном валу редуктора экструдера, непосредственно воспринимающем осевую нагрузку шнека, устанавливаются упорные сферические роликовые подшипники серии 293 или 294 (например, 29420E с динамической грузоподъемностью 980 кН). Эти подшипники рассчитаны на высокие осевые нагрузки (от 150 до 1000 кН и более), допускают угловое отклонение и работоспособны при малых скоростях вращения шнека (10–150 об/мин). В двухшнековых экструдерах могут применяться конические роликовые подшипники в тандемной схеме.
Сферические роликовые подшипники обладают уникальным сочетанием свойств, необходимых для крутильных машин: высокая радиальная грузоподъемность (для восприятия массы вращающейся клетки с катушками), способность воспринимать комбинированные нагрузки, и главное — самоустанавливающаяся конструкция, допускающая угловое отклонение до 1–2,5°. Это критически важно, поскольку вращающийся ротор или клетка с катушками массой в несколько тонн создают значительный дисбаланс и прогибы вала.
Периодичность замены зависит от модели машины, режима эксплуатации и качества обслуживания. При соблюдении рекомендаций производителя по смазке (доливка пластичной смазки NLGI 2 каждые 1000–2000 часов) и мониторинге состояния (температура, вибрация) расчетный ресурс главных подшипников составляет 40 000–100 000 часов. На практике замена обычно проводится при плановых капитальных ремонтах каждые 5–8 лет. Машины Niehoff серии D оснащены встроенной системой мониторинга, позволяющей отслеживать состояние подшипников в реальном времени.
В отдающих устройствах (pay-off) преимущественно применяются самоустанавливающиеся роликовые подшипники серий 222, 223. Самоустановка необходима для компенсации несоосности, возникающей при неравномерном заполнении катушки и износе пинтелей. При малых нагрузках (легкие катушки до 200 кг) допускается применение радиальных шариковых подшипников серий 6200–6300 с уплотнениями 2RS.
Для большинства узлов кабельного оборудования достаточен нормальный класс точности P0 (ABEC 1, класс 0 по ГОСТ 520-2011). Повышенный класс P6 (ABEC 3) рекомендуется для быстроходных опор роторов малых крутильных машин с частотой кручения свыше 5000 кручений/мин. Шпиндельные классы P5 и P4 в кабельном оборудовании не применяются — они характерны для металлорежущих станков.
Электроэрозия (electrical pitting) — это повреждение поверхностей качения подшипника электрическими разрядами, возникающими при прохождении паразитных токов вала. При использовании частотно-регулируемых преобразователей (ЧРП) для управления приводами экструдеров и крутильных машин на валу двигателя может наводиться напряжение из-за синфазных токов. Пробой масляной пленки в подшипнике вызывает микрократеры на дорожках качения (так называемый рифленый износ — fluting). Защита: изолированные подшипники (INSOCOAT SKF, керамическое покрытие HDY2 NSK), токоотводящие кольца на валу, экранированные кабели двигателя.
Раскладчик (traverse) приемного устройства перемещает направляющий ролик поперек барабана для равномерной укладки кабеля. Для обеспечения плавного возвратно-поступательного движения применяются линейные шариковые подшипники открытого или закрытого типа, а также профильные рельсовые направляющие с линейными каретками. Для тяжелых приемников (барабаны свыше 2000 мм) предпочтительны роликовые каретки на рельсовых направляющих, обеспечивающие высокую жесткость и грузоподъемность.
При рабочей температуре корпуса редуктора 60–90 °C рекомендуется группа радиального зазора C3 (увеличенный зазор по сравнению с нормальной группой CN). При температурах свыше 100 °C — группа C4. Увеличенный зазор компенсирует тепловое расширение колец и предотвращает преждевременное защемление тел качения. Для подшипников, монтируемых на конусные втулки (клетьевые крутильные машины), также предпочтителен зазор C3, поскольку посадка на коническую втулку уменьшает исходный зазор.
Обозначение CA (по NSK) указывает на массивный латунный механически обработанный сепаратор, предназначенный для тяжелых условий — ударных нагрузок, высоких центробежных ускорений, повышенных температур. Тип EA (NSK NSKHPS) — оптимизированный штампованный стальной сепаратор с повышенной грузоподъемностью и предельной скоростью вращения, рабочая температура до 200 °C. Для крутильных клетей с высоким дисбалансом и ударными нагрузками предпочтителен тип CA (латунный сепаратор); для экструдерных редукторов, где обороты ниже, но температура выше — тип EA.
Подбор подшипников для кабельных линий Maillefer, Rosendahl, Niehoff требует учета конкретного узла, нагрузок и условий эксплуатации. Рекомендуется использовать инженерные онлайн-калькуляторы производителей (SKF Bearing Calculator, Schaeffler medias/Bearinx, NSK Bearing Navigator), а также обращаться к поставщикам, специализирующимся на промышленных подшипниках. Ниже приведены ссылки на каталог подшипников и комплектующих для кабельного оборудования.
Для подбора подшипников и направляющих для кабельного оборудования рекомендуем ознакомиться с каталогом комплектующих:
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационно-справочный характер. Автор и издатель не несут ответственности за любые последствия, возникшие в результате использования изложенной информации при проектировании, подборе, монтаже, эксплуатации или ремонте подшипниковых узлов кабельного оборудования. Все технические решения должны приниматься квалифицированными инженерами на основании полных исходных данных конкретного оборудования и с учетом актуальных рекомендаций производителей подшипников и кабельных машин. Перед применением информации необходимо свериться с действующими нормативными документами и каталогами производителей.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.