Широкий ассортимент подшипников ведущих мировых производителей. SKF, FAG, INA, NSK, TIMKEN
Направляющие, каретки, шарико-винтовые передачи для станков и автоматизации
Изготовление нестандартных деталей и узлов по чертежам заказчика
Консультации инженеров, помощь в подборе аналогов, расчёт ресурса
Ищете специалиста или подрядчика? Попробуйте биржу INNER →
Уже доступен
Каландрирование -- один из ключевых технологических процессов в производстве полимерных пленок, листов из ПВХ, резиновых полотен и композиционных материалов. Качество готовой продукции -- равномерность толщины, чистота поверхности, стабильность геометрических размеров -- напрямую определяется точностью работы каландровых валов, которая, в свою очередь, зависит от состояния и характеристик подшипниковых узлов.
В промышленных каландрах ведущих производителей -- Comerio Ercole (Италия) и Berstorff / KraussMaffei Extrusion (Германия) -- применяется комплекс подшипников различного типа: крупногабаритные цилиндрические роликовые для опор валов, упорные подшипники для механизмов перекоса валов (cross-axis), конические роликовые для приводных редукторов. Каждый из этих узлов работает в специфических условиях нагрузки, температуры и скорости вращения.
Данная статья подробно рассматривает типы подшипников, применяемых в каландрах Comerio Ercole (модели DUPLEX, FLEXI и др.) и Berstorff (KraussMaffei), условия их работы, критерии подбора и рекомендации по обслуживанию.
Comerio Ercole (основана в 1885 году) -- один из мировых лидеров в производстве каландровых линий для переработки резины и пластмасс. Компания выпускает 2-, 3-, 4- и 5-валковые каландры в различных конфигурациях: I-вертикальная, L-перевернутая, Z-образная и S-образная (slash). Ширина валов -- до 2400 мм и более (в зависимости от модели и области применения), диаметры валов -- от 400 до 860 мм.
Модель FLEXI -- каландр для ПВХ-пленки с гидравлической системой позиционирования валов высокой точности HYDROGAP, доступный в конфигурации 4 или 5 валков для переработки мягкого и жесткого ПВХ. Станины каландров Comerio Ercole изготавливаются из стального листа с ребрами жесткости и проходят обработку на снятие напряжений (distension treatment). Конструктивно станины выполнены так, чтобы выступать только в роли несущих элементов, не влияя на работу регулировочных устройств -- все механические компоненты просто закрепляются на станинах, что обеспечивает простоту настройки и обслуживания.
По технической документации Comerio Ercole (модель DUPLEX), стандартным решением для опор каландровых валов являются специальные двухрядные конические роликовые подшипники высокой точности (TRB), обеспечивающие радиальное биение менее 3 мкм и возможность регулировки радиального зазора в зависимости от рабочей температуры без демонтажа вала. В качестве альтернативы также доступны сферические роликовые подшипники (SRB) и самоустанавливающиеся цилиндрические роликовые подшипники (SACR).
Berstorff (ныне подразделение KraussMaffei) -- немецкий производитель с многолетним опытом в каландровых технологиях для резиновой и пластмассовой промышленности. Каландровые линии KraussMaffei Berstorff выпускаются в конфигурациях I, L-перевернутая и S (slash) с 2, 3, 4 и 5 валками. Ширина каландрирования -- от 1200 до 2400 мм, скорость производства -- до 35 м/мин.
Ключевые технические решения Berstorff: гидравлическая регулировка зазора между валами с максимальной точностью позиционирования, гидравлический перекос валов (cross-axis) и устройства компенсации прогиба валов (roll bending). Валы изготавливаются из материалов высшего качества с высокой концентричностью, точностью размеров и твердостью поверхности. Температурно-контролируемые валки оснащаются специальными подшипниками для обеспечения стабильно высокой производственной надежности.
Каландровые валы испытывают значительные радиальные нагрузки от усилия каландрирования (давления в зазоре между валами) и собственной массы валов. Нагрузки на один подшипниковый узел могут достигать сотен килоньютонов. Скорости вращения при этом относительно невысокие (типично от нескольких до нескольких десятков оборотов в минуту), а температура шейки вала может достигать 150-200 градусов Цельсия в зависимости от перерабатываемого материала и температуры теплоносителя в валах.
Основным типом подшипников для опор каландровых валов являются крупногабаритные цилиндрические роликовые подшипники серий NU, NJ, NUP, а также двухрядные (NNU, NN) и четырехрядные конструкции. По данным каталога SKF, четырехрядные и многорядные цилиндрические роликовые подшипники применяются практически исключительно для шеек валов прокатных станов, каландров и валковых прессов.
Цилиндрические ролики обеспечивают линейный контакт с дорожками качения, что дает значительно большую радиальную грузоподъемность по сравнению с шариковыми подшипниками того же типоразмера. Диаметры посадочных отверстий подшипников каландровых валов составляют от 150 до 300 мм и более, в зависимости от диаметра шейки вала.
Двухрядные цилиндрические роликовые подшипники (серии NNU 49, NN 30) обладают повышенной радиальной жесткостью за счет двух рядов роликов и применяются в каландрах, где требуется минимальный прогиб опорного узла. По каталогу SKF, они используются в том числе в каландрах для пластмасс, измельчительных мельницах и крупных редукторах. Малое поперечное сечение подшипников этих серий позволяет создавать компактные опорные узлы.
Четырехрядные подшипники обеспечивают наивысшую радиальную грузоподъемность среди цилиндрических роликовых подшипников. Они монтируются с натягом на шейку вала и предназначены для работы с тяжелыми радиальными нагрузками при относительно невысоких скоростях вращения. Поскольку четырехрядные подшипники воспринимают только радиальные нагрузки, они устанавливаются совместно с радиально-упорными шариковыми или коническими роликовыми подшипниками, воспринимающими осевые усилия.
Механизм перекоса валов (cross-axis adjustment) -- неотъемлемая часть каландров Comerio Ercole и Berstorff. Он позволяет наклонять ось одного или нескольких валов относительно остальных для компенсации прогиба вала под нагрузкой и обеспечения равномерной толщины каландрированного полотна по всей ширине.
Механизм cross-axis перемещает один конец подшипникового корпуса вала в поперечном направлении, создавая угол скрещивания осей валов. Типичная величина перекоса составляет от нескольких десятых до нескольких миллиметров на длину вала.
В механизмах перекоса валов применяются линейные направляющие и упорные подшипники, воспринимающие осевые усилия, возникающие при перекосе. Для точного линейного перемещения используются высокоточные роликовые каретки и высокоточные роликовые рельсы, обеспечивающие прецизионное позиционирование при высоких нагрузках.
В гидравлических системах cross-axis каландров Berstorff гидроцилиндры перемещают подшипниковый узел вала по направляющим, а датчики положения обеспечивают обратную связь для прецизионного управления зазором.
Привод каландровых валов осуществляется через редукторы (индивидуальные для каждого вала или через унифицированный unidrive-редуктор) и карданные валы. Редукторы каландров работают в условиях высоких крутящих моментов и передают мощность от 50 до 160 кВт и более на каждый вал.
Конические роликовые подшипники -- основной тип подшипников в редукторах каландров. Они одновременно воспринимают радиальные и осевые нагрузки, что необходимо для валов-шестерней и промежуточных валов редуктора. Конические ролики, расположенные под углом к оси вращения, обеспечивают линейный контакт и высокую нагрузочную способность.
В редукторах каландров применяются как однорядные, так и двухрядные конические роликовые подшипники. Двухрядные обеспечивают восприятие осевых нагрузок в обоих направлениях без необходимости установки парных подшипников.
Основные требования к подшипникам редукторов каландров: высокая радиальная и осевая грузоподъемность, устойчивость к ударным нагрузкам (при пуске и реверсе), надежная работа при повышенных температурах (масло в редукторе может нагреваться до 80-100 градусов Цельсия), длительный ресурс при непрерывной эксплуатации. Ведущие производители подшипников для данных применений -- INA (Schaeffler), KOYO, NACHI, SKF, FAG, Timken.
Каландровые валы нагреваются теплоносителем (горячая вода под давлением, пар или термомасло) до рабочих температур, определяемых перерабатываемым материалом. Для ПВХ типичная температура валов составляет 160-200 градусов Цельсия (в зависимости от рецептуры -- мягкий или жесткий ПВХ), для резиновых смесей -- 60-120 градусов Цельсия в зависимости от типа каучука и рецептуры.
Тепло от валов передается через шейку на внутреннее кольцо подшипника. Повышенная температура влияет на подшипниковый узел по нескольким направлениям:
Во-первых, снижается твердость дорожек качения и тел качения. Стандартные подшипниковые стали (100Cr6 / ШХ15) сохраняют стабильность размеров при длительной работе до температуры порядка 120 градусов Цельсия. По данным каталога SKF, цилиндрические роликовые подшипники со стальным или латунным сепаратором могут работать при температурах до 150 градусов Цельсия в стандартном исполнении. При более высоких температурах происходит отпуск закаленной стали с потерей твердости, что ведет к ускоренному износу и уменьшению грузоподъемности.
Во-вторых, изменяются внутренние зазоры подшипника из-за теплового расширения колец и роликов. Для компенсации этого эффекта в каландровых подшипниках применяется увеличенный радиальный зазор -- группы C3 или C4 по ISO 5753-1.
В-третьих, ускоряется деградация смазочного материала. Стандартные пластичные смазки на минеральной основе имеют предельную рабочую температуру около 120-130 градусов Цельсия. Для подшипников каландров, работающих при 150-200 градусах Цельсия, применяются высокотемпературные смазки на синтетической основе или циркуляционная масляная смазка.
Для эксплуатации при температурах выше 150 градусов Цельсия применяются подшипники с термической стабилизацией колец. Термостабилизация -- это дополнительная термообработка, при которой кольца подшипника выдерживаются при температуре, превышающей рабочую, для стабилизации структуры стали. Обозначение термостабилизации по SKF: S1 (до 200 градусов Цельсия), S2 (до 250 градусов Цельсия), S3 (до 300 градусов Цельсия). Для каландровых применений при температурах 150-200 градусов Цельсия, как правило, достаточно стабилизации S1.
Смазка подшипников каландровых валов выполняет несколько функций: снижение трения, отвод тепла, защита от коррозии и удаление продуктов износа. В зависимости от температурного режима и конструкции узла применяются два основных метода смазки.
Для крупногабаритных подшипников каландровых валов, работающих при температурах выше 120-150 градусов Цельсия, основным методом является циркуляционная масляная смазка. Масло подается насосом в подшипниковый узел, проходит через зону контакта тел качения и отводится обратно в маслобак через систему фильтрации и охлаждения.
Преимущества: эффективный отвод тепла, непрерывная фильтрация, возможность мониторинга состояния масла (анализ на содержание частиц износа, кислотное число). Рекомендуемая вязкость масла -- ISO VG 150-320 в зависимости от температуры и скорости вращения.
Для подшипников редукторов и подшипниковых узлов, работающих при умеренных температурах (до 120-130 градусов Цельсия), применяется пластичная смазка. При повышенных температурах используются смазки на основе синтетических масел (полиальфаолефины, сложные эфиры) с загустителем на основе полимочевины или литиевого комплекса.
Для корректного подбора подшипников каландровых валов необходимо определить действующие нагрузки. Основными составляющими являются:
Масса вала с облицовкой -- собственный вес каландрового вала, который может составлять от нескольких тонн до десятков тонн для крупногабаритных каландров. Усилие каландрирования -- давление между валами при формовании полотна, определяемое технологическими параметрами (толщина изделия, вязкость расплава, ширина полотна). Усилия от устройства roll bending -- дополнительные силы, прилагаемые к шейкам валов для компенсации прогиба.
Питтинг (усталостное выкрашивание) дорожек качения -- основной вид разрушения подшипников каландров при длительной эксплуатации. Проявляется повышением вибрации и шума. Перегрев подшипника -- чаще всего вызван нарушением смазки или загрязнением. Обнаруживается по росту температуры выше нормы. Износ бортов и торцев роликов -- характерен при наличии значительных осевых нагрузок на подшипники, не рассчитанные на их восприятие (например, тип NU). Коррозия -- может возникать при конденсации влаги в период простоя или при попадании теплоносителя (утечка через уплотнения вала).
При замене подшипников каландровых валов необходимо учитывать следующие параметры:
Присоединительные размеры -- диаметр отверстия (d), наружный диаметр (D), ширина (B) должны точно соответствовать оригинальным. Тип конструкции -- NU, NJ, NUP, NNU, четырехрядный -- определяет способность воспринимать осевые нагрузки и схему осевой фиксации вала. Радиальный зазор -- для каландров, как правило, требуется зазор C3 или C4 (увеличенный) для компенсации теплового расширения. Термостабилизация -- при рабочей температуре выше 150 градусов Цельсия необходимы подшипники с обозначением S1 (до 200 градусов Цельсия) или S2 (до 250 градусов Цельсия) по классификации SKF. Материал сепаратора -- для каландровых применений предпочтительны латунные (массивные) сепараторы, обеспечивающие надежную работу при высоких температурах и тяжелых нагрузках.
В современных каландрах Comerio Ercole (серия DUPLEX) стандартным решением являются специальные двухрядные конические роликовые подшипники высокой точности (TRB), обеспечивающие радиальное биение менее 3 мкм и возможность регулировки зазора без демонтажа вала. В качестве альтернативы также используются сферические роликовые (SRB) и самоустанавливающиеся цилиндрические роликовые (SACR) подшипники. В более старых моделях и каландрах других производителей применяются стандартные крупногабаритные цилиндрические роликовые подшипники серий NU, NJ, NNU 49 или четырехрядные, с диаметром посадочного отверстия от 150 до 300 мм. Плавающая опора (тип NU) компенсирует тепловое расширение вала, фиксирующая опора (NJ или отдельный упорный подшипник) обеспечивает осевую фиксацию.
Рабочая температура подшипников каландровых валов зависит от перерабатываемого материала и температуры теплоносителя. Для ПВХ-каландров температура валов составляет 160-200 градусов Цельсия, при этом температура на шейке вала (в зоне подшипника) может составлять 100-180 градусов Цельсия с учетом теплоотвода. Для резиновых каландров температуры, как правило, ниже -- 60-120 градусов Цельсия. При температурах выше 150 градусов Цельсия требуются термостабилизированные подшипники (S1 или S2 по SKF).
Цилиндрические роликовые подшипники обеспечивают максимальную радиальную грузоподъемность при заданном поперечном сечении, что критично для каландров с ограниченным пространством подшипникового узла. Они также имеют более низкое трение по сравнению со сферическими роликовыми. Сферические подшипники допускают несоосность, но для каландровых валов, установленных на прецизионных станинах, это преимущество не является определяющим. Кроме того, конструкция типов NU/NJ позволяет компенсировать тепловое расширение вала за счет осевого перемещения колец.
Для каландровых подшипников стандартно выбирается увеличенный радиальный зазор -- группа C3 или C4 по ISO 5753-1. Увеличенный зазор компенсирует уменьшение рабочего зазора при нагреве: внутреннее кольцо, посаженное с натягом на шейку вала, расширяется при нагреве сильнее, чем наружное кольцо в корпусе, что уменьшает внутренний зазор. Для каландров, работающих при температурах выше 150 градусов Цельсия, рекомендуется зазор C4.
В редукторах каландров Comerio Ercole и Berstorff используются конические роликовые подшипники, воспринимающие комбинированные (радиальные и осевые) нагрузки от зубчатых передач. Применяются как однорядные, так и двухрядные конические подшипники. Для приводных валов с карданными соединениями также могут применяться сферические роликовые подшипники, компенсирующие угловое смещение.
Cross-axis (перекос валов) -- механизм, позволяющий наклонять ось одного вала каландра относительно другого для компенсации прогиба и обеспечения равномерной толщины полотна. В механизмах cross-axis применяются высокоточные линейные роликовые каретки и рельсы (Schneeberger, INA, SKF) для прецизионного поперечного перемещения подшипникового корпуса, а также упорные подшипники для восприятия возникающих осевых усилий.
Основные методы диагностики: мониторинг температуры подшипниковых узлов (рост на 10-15 градусов Цельсия выше нормы -- повод для проверки), измерение вибрации (по ISO 20816, анализ огибающей спектра для выявления дефектов тел качения и дорожек), анализ проб масла на содержание частиц износа (железа, хрома), визуальный осмотр при плановых остановах. Комплексная вибродиагностика позволяет обнаружить начальные стадии питтинга задолго до аварийного отказа.
Да, подшипники каландровых валов стандартизированы по ISO и могут быть заменены аналогами SKF, FAG/Schaeffler, NSK, NTN, Timken, KOYO, NACHI при условии точного совпадения присоединительных размеров, типа конструкции (NU, NJ, NUP и т.д.), радиального зазора (C3/C4), наличия термостабилизации (если требуется) и материала сепаратора. Важно учитывать, что у разных производителей могут различаться суффиксы обозначений для одних и тех же характеристик.
Настоящая статья носит исключительно ознакомительный и информационный характер. Автор и издатель не несут ответственности за любые прямые или косвенные убытки, повреждения оборудования, травмы или иной ущерб, возникшие в результате использования информации, изложенной в данном материале. Технические характеристики оборудования и комплектующих приведены на основании открытых данных производителей и могут отличаться от фактических параметров конкретных экземпляров. Перед выполнением любых работ по обслуживанию, ремонту или замене подшипников каландрового оборудования необходимо обращаться к официальной технической документации производителя и привлекать квалифицированных специалистов. Все торговые марки, упомянутые в статье, являются собственностью их правообладателей.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.