Подшипники ножниц и гильотин для резки металла

Типы гильотинных ножниц и конструктивные особенности

Гильотинные ножницы представляют собой металлорежущее оборудование для холодной резки листового проката с пределом прочности до 500 МПа. По типу привода различают кривошипные (механические) и гидравлические ножницы. Кривошипные ножницы используют электромеханический привод с эксцентриковым механизмом, преобразующим вращательное движение главного вала в возвратно-поступательное движение режущей балки.

Основными узлами кривошипных гильотинных ножниц являются станина, главный вал с эксцентриками, шатунные соединения, режущая балка и система прижима. Главный вал монтируется на подшипниках качения в расточках станины. На концах вала жестко закреплены эксцентрики, которые через шатуны передают движение режущей балке. Такая кинематическая схема обеспечивает точное преобразование движения, но создает значительные динамические нагрузки на подшипниковые узлы.

Гидравлические ножницы отличаются более плавным характером работы, однако также используют подшипниковые узлы в механизме регулировки зазора между ножами. Эти подшипники устанавливаются на эксцентриковых валах, соединенных штангой, и воспринимают комбинированные нагрузки при изменении угла наклона ножевой балки.

Эксцентриковый механизм привода

Эксцентриковый механизм гильотинных ножниц состоит из главного вала с эксцентриковыми шейками, на которых установлены подшипники качения. Эксцентриситет определяет ход режущей балки и варьируется в зависимости от модели оборудования. Вращение главного вала осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу, муфту-тормоз и цилиндрический редуктор.

При вращении эксцентрикового вала подшипники, установленные на эксцентриковых шейках, совершают орбитальное движение. Это движение через шатунные соединения преобразуется в вертикальное перемещение режущей балки. В момент резания подшипники воспринимают максимальные нагрузки, направленные перпендикулярно оси вала, а также осевые усилия от распора шатунов.

Характер нагрузок при резании металла

Процесс резания металла на гильотинных ножницах характеризуется ударными и вибрационными нагрузками. В момент внедрения ножа в металл возникает резкое возрастание усилия, которое передается через всю кинематическую цепь на подшипниковые узлы. Величина ударной нагрузки зависит от толщины разрезаемого материала, предела прочности металла, состояния режущих кромок ножей и зазора между ножами.

Динамические нагрузки на подшипники эксцентриковых валов имеют импульсный характер с частотой, соответствующей числу резов в минуту. При работе на автоматических ходах частота ударных нагрузок может достигать 10-15 циклов в минуту для легких ножниц и 3-5 циклов для тяжелых моделей. Такой режим эксплуатации создает переменные напряжения в материале подшипников, что влияет на их усталостную прочность.

Подшипники качения для эксцентриковых валов

Для установки на эксцентриковые шейки главного вала гильотинных ножниц применяются подшипники качения различных типов согласно требованиям ГОСТ 520-2011. Выбор типа подшипника определяется величиной нагрузки, условиями работы и конструктивными особенностями узла. Наиболее распространенными являются сферические роликовые подшипники, которые способны компенсировать угловые перекосы и воспринимать комбинированные радиальные и осевые нагрузки.

Сферические роликовые подшипники обладают повышенной грузоподъемностью благодаря контакту роликов с дорожками качения по образующей поверхности. Они оснащаются цельными латунными или стальными штампованными сепараторами, обеспечивающими правильное расположение роликов. Для условий с вибрациями применяются специальные серии с усиленными сепараторами и улучшенной термообработкой роликов, предотвращающей растрескивание при ударных нагрузках.

Конструктивные особенности подшипников для эксцентриков

Подшипники, устанавливаемые на эксцентриковых шейках, должны иметь расширенный внутренний радиальный зазор для компенсации температурных деформаций и орбитального движения. Монтаж производится с натягом по внутреннему кольцу для обеспечения неподвижности на валу согласно ГОСТ 3325-85. Наружное кольцо устанавливается в корпус шатуна или соединительной муфты с зазором, позволяющим свободно следовать за движением эксцентрика.

Подшипники скольжения и бронзовые втулки

В шатунных соединениях гильотинных ножниц, особенно тяжелых моделей, широко применяются подшипники скольжения в виде бронзовых втулок. Эти элементы обеспечивают надежную работу при значительных ударных нагрузках благодаря демпфирующим свойствам масляной пленки и высокой прочности бронзового сплава. Подшипники скольжения предпочтительны для узлов с колебательным движением, где амплитуда поворота ограничена.

Бронзовые втулки устанавливаются в головках шатунов, соединяющих эксцентрики с режущей балкой. Конструкция втулки представляет собой цилиндрическое кольцо с внутренним диаметром, соответствующим диаметру пальца или эксцентриковой шейки. Внутренняя поверхность втулки имеет смазочные канавки для распределения масла по поверхности трения. Некоторые конструкции оснащаются масляными карманами для создания резерва смазки.

Преимущества бронзовых втулок в условиях ударных нагрузок

Бронзовые подшипники скольжения способны выдерживать кратковременные перегрузки, превышающие расчетные в несколько раз. При ударном нагружении масляная пленка между втулкой и валом действует как амортизатор, гасящий вибрации. Бронзовый сплав обладает хорошей прирабатываемостью, что позволяет компенсировать небольшие отклонения геометрии сопрягаемых поверхностей.

Подшипники скольжения менее чувствительны к загрязнениям и абразивным частицам по сравнению с подшипниками качения. При попадании металлической стружки или окалины мягкая бронза поглощает частицы, предотвращая повреждение более твердой стальной поверхности вала. Это особенно важно для оборудования, работающего в условиях интенсивного пылеобразования при резании металла.

Требования к подшипникам шатунных соединений

Подшипники в головках шатунов работают в режиме ограниченного углового перемещения с частыми реверсами. В момент резания шатун воспринимает сжимающую нагрузку, передавая усилие от эксцентрика к режущей балке. При обратном ходе направление нагрузки меняется, создавая знакопеременные напряжения в подшипниковом узле. Такой характер нагружения требует применения подшипников с повышенной усталостной прочностью.

Для шатунных подшипников критичным является зазор между втулкой и пальцем. Недостаточный зазор приводит к заклиниванию при тепловом расширении, избыточный - к ударам и быстрому износу. Оптимальный диаметральный зазор составляет от 0,05 до 0,15 процента от диаметра пальца в зависимости от условий работы и способа смазки. Для узлов с централизованной смазкой используются меньшие зазоры, для периодической ручной смазки - большие.

Материалы бронзовых втулок

Для изготовления бронзовых втулок гильотинных ножниц применяются оловянистые и алюминиевые бронзы в соответствии с ГОСТ 18175-78 и ГОСТ 613-79. Наиболее распространенными марками являются БрОФ10-1 и БрАЖ9-4. Оловянистая бронза БрОФ10-1 с содержанием олова 10 процентов и фосфора 1 процент обладает высокими антифрикционными свойствами и способна работать при скоростях скольжения до 10 метров в секунду.

Алюминиевая бронза БрАЖ9-4, содержащая 9 процентов алюминия и 4 процента железа, отличается повышенной механической прочностью и применяется для подшипников, работающих с переменными ударными нагрузками. Добавка железа увеличивает ударную вязкость сплава, что важно для восприятия динамических нагрузок при резании металла. Бронза БрАЖ9-4 допускает вдвое большие радиальные нагрузки по сравнению с оловянистыми бронзами при работе на закаленных валах.

Технология изготовления бронзовых втулок

Бронзовые втулки для гильотинных ножниц изготавливаются методами центробежного литья или литья в кокиль с последующей механической обработкой. Центробежное литье обеспечивает плотную структуру материала с ориентацией зерен вдоль рабочей поверхности. Для втулок больших диаметров применяется литье в металлические формы, позволяющее получать заготовки массой до полутора тонн.

После литья втулки подвергаются токарной обработке для достижения требуемых размеров и чистоты поверхности. Внутренний диаметр обрабатывается развертыванием или тонким растачиванием до шероховатости Ra от 1,6 до 3,2 мкм. На внутренней поверхности нарезаются спиральные или кольцевые смазочные канавки глубиной 1-2 мм для распределения масла. Наружная поверхность обрабатывается с посадкой, обеспечивающей неподвижность втулки в корпусе шатуна.

Выбор подшипников по условиям эксплуатации

При выборе подшипников для гильотинных ножниц необходимо учитывать несколько факторов: максимальную толщину разрезаемого металла, предел прочности обрабатываемого материала, режим работы оборудования и условия смазки. Для легких ножниц, предназначенных для резки листов толщиной до 6 мм, достаточно применения шариковых радиальных подшипников стандартного исполнения на главном валу и бронзовых втулок в шатунах.

Средние и тяжелые ножницы для резки металла толщиной от 10 до 32 мм требуют использования роликовых сферических подшипников с усиленными сепараторами. Эти подшипники способны воспринимать значительные ударные нагрузки и компенсировать возможные перекосы вала. В шатунных узлах применяются бронзовые втулки из высокопрочных сплавов с принудительной системой смазки.

Проверочный расчет подшипников

Расчет подшипников гильотинных ножниц выполняется по методике ГОСТ 18855-2013 с учетом коэффициента динамичности нагрузки. Для подшипников эксцентриковых валов коэффициент безопасности при статических нагрузках принимается от 2,5 до 4,0 в зависимости от интенсивности ударов. Динамическая грузоподъемность проверяется для режима переменной нагрузки с частотой циклов, соответствующей производительности ножниц.

При расчете эквивалентной динамической нагрузки учитывается радиальная составляющая от усилия резания и осевая составляющая от распора шатунов. Для сферических роликовых подшипников эквивалентная нагрузка определяется с использованием радиальных и осевых коэффициентов, выбираемых из справочных таблиц в зависимости от соотношения нагрузок.

Смазка и обслуживание подшипниковых узлов

Система смазки подшипников гильотинных ножниц обеспечивает защиту поверхностей трения от износа и отвод тепла, выделяющегося при работе. Для подшипников главного вала применяется централизованная смазка от ручной насосной станции через питатели-дозаторы. Смазочный материал подается к каждому подшипнику по индивидуальным трубопроводам, обеспечивая равномерное распределение по всем опорам.

В качестве смазочного материала для подшипников качения используются пластичные смазки типа Циатим-203, работоспособные в диапазоне температур от минус 50 до плюс 90 градусов Цельсия согласно ГОСТ 8773-73. Эта смазка превосходит аналоги по химической стабильности, водостойкости и противоизносным характеристикам. Для подшипников скольжения применяются индустриальные масла И-20А, И-30А или И-40А в зависимости от нагрузки и температурного режима работы.

Периодичность смазки и технического обслуживания

Подшипники главного вала смазываются ежесменно перед началом работы оборудования. Оператор производит 3-5 качков рукояткой насосной станции до появления смазки в контрольных точках. Бронзовые втулки шатунов смазываются ручным шприцом через масленки один раз в неделю при односменной работе или ежедневно при работе в две-три смены.

При техническом обслуживании проверяется состояние подшипников путем контроля люфтов и температуры нагрева. Повышенный нагрев подшипниковых узлов выше 70 градусов Цельсия указывает на недостаточную смазку или износ деталей. Увеличенный зазор в подшипниках проявляется стуками и вибрацией при работе. При обнаружении признаков износа производится разборка узла и замена изношенных элементов.

Часто задаваемые вопросы