Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Ленточный конвейер является основным средством непрерывного транспорта в горнодобывающей промышленности. Конвейерные линии протяженностью от сотен метров до нескольких километров ежедневно перемещают тысячи тонн руды, угля, щебня и вскрышной породы. Надежность всей транспортной системы напрямую зависит от состояния подшипниковых узлов, которых в одном конвейере может насчитываться от нескольких сотен до нескольких тысяч единиц.
В конструкции ленточного конвейера подшипники установлены в трех ключевых зонах: в роликоопорах рабочей и холостой ветвей ленты, в опорах приводных и отклоняющих барабанов, а также в узлах натяжных станций. Каждый из этих узлов работает в специфических условиях нагружения и окружающей среды, что определяет выбор типа подшипника, его класса точности, уплотнений и смазочного материала.
Условия эксплуатации в карьерах и шахтах характеризуются высокой запыленностью, наличием абразивных частиц размером до 300 мм, перепадами температур от -40 до +50 градусов Цельсия, воздействием влаги и вибрационными нагрузками. Эти факторы предъявляют повышенные требования к конструкции подшипниковых узлов и их защите от внешних воздействий.
В горнодобывающей промышленности применяется широкий спектр ленточных конвейеров, различающихся по назначению, производительности и конструкции. Каждый тип предъявляет собственные требования к подшипниковым узлам.
Конвейеры серий 1Л80 и 2Л80 предназначены для транспортирования горной массы с крупностью кусков угля до 300 мм и породы до 150 мм по горным выработкам с углом наклона от минус 10 до плюс 10 градусов. Эти конвейеры оснащаются шириной ленты 800 мм и имеют быстроразборный став с подвесными роликоопорами. Общие технические условия на шахтные ленточные конвейеры регламентируются ГОСТ Р 51984-2002.
Конвейеры серии 5ЛЛ отличаются увеличенной шириной ленты до 1000-1200 мм и применяются на магистральных выработках с высокой производительностью. Подшипниковые узлы роликоопор в шахтных конвейерах должны соответствовать требованиям взрывобезопасности и работать в условиях повышенной влажности и угольной пыли.
В карьерах применяются стационарные и передвижные ленточные конвейеры с шириной ленты от 800 до 2000 мм и производительностью до нескольких тысяч тонн в час. Ведущие мировые производители конвейерного оборудования — Continental, Rulmeca и Martin Engineering — выпускают конвейерные системы для тяжелых условий горнодобычи с проектным ресурсом роликов 30 000 часов и более.
Роликоопоры — наиболее массовый элемент ленточного конвейера. Согласно ГОСТ 22645-77, типы роликоопор подразделяются на прямые и желобчатые, верхние и нижние, гладкие, футерованные, центрирующие (дефлекторные), амортизирующие и дисковые. На одном конвейере длиной 1 км может быть установлено от 600 до 1500 роликоопор, каждая из которых содержит от одного до пяти роликов с подшипниками. Суммарный расход подшипников на крупном карьере может составлять тысячи штук в год.
В роликоопорах ленточных конвейеров применяются однорядные радиальные шариковые подшипники серий 6200 и 6300 по ГОСТ 8338-2022 (ISO 15). Выбор конкретного типоразмера определяется диаметром ролика и действующими нагрузками. Подшипники серии 6300 имеют увеличенную грузоподъемность при том же внутреннем диаметре за счет большего наружного диаметра и ширины.
Подшипниковый узел конвейерного ролика состоит из шарикового подшипника, запрессованного в корпус (обойму) из стали или полиамида, лабиринтного уплотнения и защитного колпака. Согласно каталогу Rulmeca, корпуса подшипников изготавливаются методом холодной штамповки и калибруются с допуском посадки ISO M7. Такие производители как Rulmeca, Continental и Sandvik используют подшипники серий от 6204 до 6310 в зависимости от диаметра ролика и требуемой нагрузочной способности.
Ролики по Rulmeca Group оснащаются трехступенчатым лабиринтным уплотнением из полиамида PA6, внутренним контактным уплотнением (lip seal), наружным резиновым V-кольцом из маслобензостойкой резины NBR и защитным кожухом из полимера POM от ударов камней. Все ролики поставляются с заводской смазкой, рассчитанной на весь срок службы не менее 30 000 часов.
Расстояние между роликоопорами на рабочей ветви конвейера для насыпного груза принимается в пределах 1,0-1,5 м на основном участке трассы. В зоне загрузки, где действуют максимальные динамические нагрузки от падающего материала, шаг роликоопор уменьшается в 3-4 раза и составляет 0,3-0,5 м. В этих зонах преимущественно устанавливаются амортизирующие ролики с резиновыми кольцами, поглощающими ударные нагрузки и защищающими подшипники от преждевременного разрушения.
Приводной барабан является силовым элементом конвейера, передающим тяговое усилие конвейерной ленте. Барабан представляет собой стальной цилиндр (обечайку), закрепленный на валу, который опирается на два подшипниковых узла. Натяжение ленты и крутящий момент привода создают значительные радиальные и осевые нагрузки на подшипники.
Для опор приводных барабанов применяются двухрядные сферические роликовые подшипники серий 22200 и 23100 по ГОСТ 520-2011. Выбор этого типа обусловлен их способностью воспринимать значительные радиальные нагрузки при одновременном компенсировании углового перекоса вала до 1,5-2 градусов, что неизбежно возникает при деформации рамы конвейера и прогибе вала барабана под нагрузкой.
Серия 23100 при равном внутреннем диаметре обладает большим количеством роликов и увеличенной осевой грузоподъемностью по сравнению с серией 22200, однако имеет меньшие предельные частоты вращения. Выбор серии определяется соотношением радиальных и осевых нагрузок в конкретном узле.
Сферические роликовые подшипники приводных барабанов устанавливаются в разъемные корпусные подшипники серии SNL (Split pLummer block housing). Корпуса SNL серий 2, 3, 5 и 6 производства SKF и других производителей обеспечивают удобный монтаж и демонтаж подшипника без снятия барабана с рамы конвейера. Корпусные подшипники Timken также широко применяются в тяжелых условиях горнодобычи.
Корпуса SNL выполнены из серого чугуна GG25 и имеют горизонтальный разъем, позволяющий устанавливать крышку и основание раздельно. Внутренняя поверхность посадочного отверстия обрабатывается с допуском, обеспечивающим свободную посадку наружного кольца подшипника, что допускает его самоустановку. Габаритные размеры корпусов зависят от конкретной модификации (SNL 5xx-6xx) и подбираются по каталогу SKF с учетом типа уплотнения.
Натяжная станция обеспечивает необходимое натяжение ленты для создания сцепления с приводным барабаном и компенсации удлинения ленты в процессе эксплуатации. В конвейерах горнодобывающей промышленности применяются грузовые, винтовые и автоматические (гидравлические или пневматические) натяжные устройства.
Подшипники натяжного барабана работают в условиях, аналогичных приводному барабану, но с меньшими нагрузками. Здесь также используются самоустанавливающиеся роликовые подшипники серий 222 и 231, установленные в корпуса SNL или аналогичные. Особенностью подшипниковых узлов натяжной станции является необходимость обеспечить перемещение вала натяжного барабана вдоль рамы конвейера на величину хода натяжки, что требует применения подвижных опор (ползунов).
В натяжных станциях c отклоняющими барабанами малого диаметра, где угловой перекос минимален, допускается применение цилиндрических роликовых подшипников серии NU, обладающих более высокой радиальной грузоподъемностью. Однако в большинстве случаев самоустанавливающиеся сферические роликовые двухрядные подшипники остаются предпочтительным вариантом благодаря нечувствительности к перекосу.
Защита подшипников от проникновения абразивной пыли, влаги и агрессивных сред — критически важный фактор долговечности конвейерного оборудования в горнодобывающей промышленности. Системы уплотнений применяются на двух уровнях: встроенные уплотнения самого подшипника и внешние уплотнения подшипникового узла (корпуса).
В роликоопорах применяется многоступенчатая система защиты. Каталог Rulmeca описывает следующую конструкцию: наружный защитный кожух (stone guard) из полимера POM или сплава Zama, предотвращающий заклинивание камней; резиновое V-кольцо скольжения из маслобензостойкой резины NBR; трехступенчатое лабиринтное уплотнение из полиамида PA6; контактное уплотнение (lip seal) подшипника типа 2RS или 2RZ.
Обозначение 2RS означает наличие каучуковых контактных уплотнений с обеих сторон подшипника, а 2RZ — малоконтактных уплотнений с пониженным трением. Для горнодобывающих применений рекомендуются именно контактные уплотнения 2RS, обеспечивающие более высокую степень герметичности.
Для корпусных подшипников приводных и натяжных барабанов в горнодобывающей промышленности разработаны специальные уплотнения типа Taconite. Это название происходит от рудников по добыче железистых кварцитов (таконита), где стандартные лабиринтные уплотнения не обеспечивали достаточной защиты. Уплотнение Taconite представляет собой грязесъемное уплотнение с подводом консистентной смазки, которая создает барьер для абразивных частиц.
Конструкция уплотнения Taconite включает многоступенчатый лабиринт, контактные манжеты (lip seals), V-образные кольца и каналы для подачи смазки в полость уплотнения. При регулярной подсмазке уплотнения свежая смазка вытесняет загрязненную, предотвращая проникновение абразива к рабочим поверхностям подшипника.
Современные решения от SKF и других производителей включают сферические роликовые подшипники со встроенными интегрированными уплотнениями (sealed SRB), где резиновые манжеты установлены непосредственно внутри подшипника, создавая дополнительный рубеж защиты после внешних уплотнений корпуса.
Правильный выбор и своевременная замена смазочного материала являются одним из ключевых факторов обеспечения ресурса подшипников конвейера.
Подшипники роликоопор заполняются смазкой на заводе-изготовителе и рассчитаны на работу без дополнительной подсмазки в течение всего срока службы ролика (не менее 30 000 часов по данным Rulmeca). В российской практике для закладной смазки роликоопор применяется Литол-24 по ГОСТ 21150-87 или его функциональные аналоги. Объем закладки смазки составляет 30-50 процентов свободного пространства подшипника — превышение этого объема приводит к перегреву из-за повышенного сопротивления вращению.
Подшипниковые узлы приводных и натяжных барабанов в корпусах SNL требуют периодической подсмазки через пресс-масленки. Интервал подсмазки зависит от условий эксплуатации, частоты вращения и температуры и определяется по методике SKF или аналогичным расчетным методам. В условиях горнодобычи типичный интервал подсмазки составляет от 500 до 2000 часов работы.
Для сферических роликовых подшипников в горных условиях рекомендуются пластичные смазки на литиевой или литиево-кальциевой основе с классом консистенции NLGI 2, диапазоном рабочих температур от -30 до +120 градусов Цельсия и противозадирными присадками EP. При эксплуатации уплотнений типа Taconite смазка подается как в подшипник, так и в полость уплотнения, обеспечивая непрерывный барьер от загрязнений.
Расчет номинального ресурса подшипников выполняется в соответствии с ISO 281:2007 (ГОСТ 18855-2013). Базовый ресурс определяется динамической грузоподъемностью подшипника и эквивалентной нагрузкой.
L10 = (C / P)p
где:
L10 — базовый номинальный ресурс, млн оборотов (вероятность безотказной работы 90%);
C — динамическая грузоподъемность подшипника, кН;
P — эквивалентная динамическая нагрузка, кН;
p — показатель степени: 3 для шариковых подшипников, 10/3 для роликовых.
L10h = L10 x 106 / (60 x n)
где n — частота вращения, об/мин.
Исходные данные: C = 29,6 кН; нагрузка на ролик P = 3,5 кН; скорость ленты v = 3,15 м/с; диаметр ролика D = 133 мм.
Частота вращения ролика: n = (v x 60) / (3,14159 x D) = (3,15 x 60) / (3,14159 x 0,133) = 452 об/мин.
Базовый ресурс: L10 = (29,6 / 3,5)3 = 8,463 = 605 млн оборотов.
Ресурс в часах: L10h = 605 x 106 / (60 x 452) = 22 300 часов.
Это значение соответствует базовому ресурсу без учета условий смазки, загрязнения и температуры. Модифицированный ресурс L10m по ISO 281 учитывает коэффициент условий работы aISO, который в горнодобывающих условиях может снизить расчетный ресурс в 2-5 раз.
Анализ отказов подшипников конвейерного оборудования в горнодобывающей промышленности показывает следующие основные механизмы разрушения.
Проникновение частиц руды, угля и породы через уплотнения вызывает абразивный износ дорожек качения и тел качения. Согласно руководству Timken по анализу повреждений подшипников, абразивные частицы оставляют характерные царапины и риски на рабочих поверхностях, увеличивают зазор в подшипнике и в конечном итоге приводят к усталостному выкрашиванию.
Воздействие влаги, особенно в сочетании с агрессивными средами (кислые шахтные воды, растворы солей), вызывает коррозию рабочих поверхностей. Для работы в условиях повышенной влажности применяются подшипники с корпусами из коррозионно-стойкой стали и специальными антикоррозионными смазками.
Причинами перегрева подшипников могут быть: заклинивание ролика из-за попадания крупного куска породы, избыточная закладка смазки, недостаточный внутренний зазор (особенно при эксплуатации в условиях высоких температур), а также перегрузка конвейера сверх расчетной производительности.
Контактная усталость проявляется в виде питтинга и спаллинга (шелушения) дорожек качения. Это нормальный механизм отказа, наступающий при исчерпании расчетного ресурса. Ускоренное усталостное разрушение наблюдается при наличии загрязнений в смазке, вмятин от посторонних частиц (бринеллирование) или при ошибках монтажа.
Эффективное техническое обслуживание подшипниковых узлов конвейера включает плановые мероприятия и методы прогнозного мониторинга.
Регламент технического обслуживания подшипников конвейера включает: визуальный осмотр роликоопор на предмет заклинивших или шумящих роликов (ежесменно); контроль температуры подшипников барабанов пирометром или тепловизором (еженедельно); подсмазку подшипников барабанов через пресс-масленки согласно карте смазки (по графику); проверку затяжки крепежа корпусов SNL (ежемесячно); замену вышедших из строя роликов и подшипников (по состоянию).
Для подшипников приводных барабанов применяется вибрационная диагностика с измерением спектров виброскорости и виброускорения. Характерные дефектные частоты подшипников (BPFO, BPFI, BSF, FTF) позволяют выявить развивающиеся дефекты на ранней стадии, задолго до катастрофического отказа. Порог вибрации для конвейерных барабанов обычно устанавливается в соответствии с ISO 10816.
Регулярная тепловизионная съемка роликоопор позволяет оперативно выявлять ролики с заклинившими или поврежденными подшипниками по характерному повышению температуры. Превышение температуры ролика более чем на 15-20 градусов относительно соседних роликов при одинаковых условиях работы является признаком начинающегося дефекта подшипника.
Для подбора подшипников и комплектующих к ленточным конвейерам горнодобывающей промышленности рекомендуем ознакомиться с каталогами:
В роликоопорах применяются однорядные радиальные шариковые подшипники серий 6200 и 6300 по ГОСТ 8338-2022. Наиболее распространенные типоразмеры — от 6204 до 6310 в зависимости от диаметра ролика (63,5-194 мм). Обязательным условием является наличие контактных уплотнений с обеих сторон (обозначение 2RS), обеспечивающих защиту от проникновения абразивной пыли.
Сферические роликовые подшипники серий 22200 и 23100 способны воспринимать значительные радиальные и осевые нагрузки, а также компенсировать угловой перекос вала до 1,5-2 градусов. Такой перекос неизбежно возникает при деформации рамы конвейера, прогибе вала барабана под нагрузкой и погрешностях монтажа. Сферическая наружная дорожка качения обеспечивает самоустановку внутреннего кольца относительно наружного.
Taconite — специальная конструкция грязесъемного уплотнения подшипникового узла, разработанная для работы в условиях повышенной запыленности абразивными частицами. Уплотнение включает многоступенчатый лабиринт, контактные манжеты и каналы для подачи смазки, которая вытесняет загрязнения из полости уплотнения. Название происходит от рудников по добыче таконита (железистых кварцитов), где стандартные уплотнения не обеспечивали достаточной защиты.
Проектный ресурс роликов ведущих производителей (Rulmeca, Continental, Sandvik) составляет не менее 30 000 часов при условии нормальной эксплуатации. Фактический ресурс зависит от нагрузки, скорости ленты, качества уплотнений и условий окружающей среды. В тяжелых горнодобывающих условиях с высокой абразивностью и влажностью реальный ресурс может составлять от 10 000 до 25 000 часов.
Интервал подсмазки подшипников барабанов в горных условиях обычно составляет от 500 до 2000 часов и определяется расчетным методом в зависимости от частоты вращения, температуры, нагрузки и степени загрязнения. Смазка подается через пресс-масленки корпуса SNL. При наличии уплотнений Taconite смазка подается также в полость уплотнения. Перемазка вредна не менее, чем недосмазка, — избыток смазки вызывает перегрев подшипника.
Увеличенный радиальный зазор (группы C3 или C4 по ISO 5753) необходим для компенсации теплового расширения колец подшипника при нагреве в процессе работы. При стандартном зазоре (CN) тепловое расширение может привести к защемлению тел качения, увеличению температуры и преждевременному разрушению. Каталог Rulmeca указывает применение подшипников с зазором C3 или C4 для конвейерных роликов.
Для установки сферических роликовых подшипников на валах приводных и натяжных барабанов используются разъемные стационарные корпуса серии SNL из серого чугуна GG25. Корпуса SNL выпускаются серий 5 и 6 (для подшипников серий 222 и 231 соответственно) и позволяют производить монтаж и демонтаж подшипника без снятия барабана с рамы конвейера за счет горизонтального разъема.
Основные методы: визуальный осмотр (заклинивший ролик не вращается и протирает ленту), прослушивание (характерный скрежет, гул или стук), тепловизионный контроль (превышение температуры на 15-20 градусов относительно исправных роликов). Для подшипников барабанов дополнительно применяется вибрационная диагностика с анализом характерных дефектных частот подшипника.
Настоящая статья носит исключительно информационно-ознакомительный характер и не является руководством к действию, проектной документацией или технической рекомендацией для конкретного объекта. Автор и издатель не несут ответственности за любые последствия, возникшие в результате использования представленной информации. Подбор подшипников, проектирование подшипниковых узлов и их эксплуатация должны выполняться квалифицированными инженерами с использованием актуальных каталогов производителей, нормативной документации и расчетных методик применительно к конкретным условиям работы оборудования. Перед применением любых технических решений необходимо провести инженерный расчет и согласование с производителем оборудования.
1. ГОСТ 8338-2022. Подшипники шариковые радиальные однорядные. Основные размеры.
2. ГОСТ 520-2011. Подшипники качения. Общие технические условия.
3. ГОСТ 22645-77. Конвейеры ленточные. Роликоопоры. Типы и основные размеры.
4. ГОСТ 22644-77. Конвейеры ленточные. Основные параметры и размеры.
5. ГОСТ 22646-77. Конвейеры ленточные. Ролики. Типы и основные размеры.
6. ГОСТ Р 51984-2002. Конвейеры шахтные ленточные. Общие технические условия.
7. ГОСТ 21150-87. Смазка Литол-24. Технические условия.
8. ISO 281:2007. Rolling bearings — Dynamic load ratings and rating life.
9. ISO 76:2006. Rolling bearings — Static load ratings.
10. ISO 5753:2009. Rolling bearings — Internal clearance.
11. ISO 10816. Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration.
12. SKF Group. Rolling bearings — главный каталог (PUB BU/P1 17000/1 EN).
13. SKF Group. Bearing Maintenance Handbook.
14. Timken Company. Engineering Manual — Bearing selection and application.
15. Timken Company. Bearing Damage Analysis Reference Guide.
16. Schaeffler Group. Technical Pocket Guide (STT).
17. Rulmeca Group. Rollers and components for bulk handling. Каталог продукции.
18. Решетов Д.Н. Детали машин: учебник для вузов. 4-е изд. — М.: Машиностроение, 1989.
19. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Том 2. 9-е изд.
20. Перель Л.Я., Филатов А.А. Подшипники качения: расчет, проектирование и обслуживание опор. — М.: Машиностроение, 1992.
21. Harris T.A., Kotzalas M.N. Rolling Bearing Analysis. 5th ed. — CRC Press, 2006.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.