Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Проходческие комбайны и очистные комплексы для шахт работают в условиях экстремальных ударных нагрузок, абразивной пыли, повышенной влажности и вибраций. Надёжность подшипниковых узлов исполнительного органа, редукторов, опорно-поворотных устройств и гусеничного хода определяет межремонтный ресурс машины и производительность горных работ. В данном материале рассмотрены конструктивные особенности, типоразмеры и принципы подбора подшипников для проходческих комбайнов Sandvik MB670/MR620/MR520, Eickhoff, КП-21 (Копейский машиностроительный завод), ГПКС и комбайнов непрерывного действия Joy 12CM/14CM.
Проходческий комбайн избирательного действия представляет собой самоходную гусеничную машину со стреловидным исполнительным органом. В процессе разрушения горного массива на подшипниковые узлы действует комплекс нагрузок, существенно отличающийся от условий эксплуатации стационарного промышленного оборудования.
Проходческие комбайны типа Sandvik MR361 способны вырубать породу с прочностью на сжатие до 80 МПа, а комбайны среднего класса КП-21 -- до 100 МПа. При таких усилиях резания коэффициент динамичности нагрузки на подшипники исполнительного органа (Kб) принимается равным 1,5-2,5 в зависимости от крепости пород и характера нагружения, что существенно снижает расчётный ресурс по сравнению со стационарным режимом.
Вернуться к содержанию
Исполнительный орган проходческого комбайна состоит из электродвигателя, редуктора, стрелы и режущей коронки. Подшипники вала коронки воспринимают основную нагрузку при разрушении забоя -- комбинированную радиальную и осевую, усиленную динамическими ударами.
Основным типом подшипников для опор вала режущей коронки являются двухрядные сферические роликовые подшипники серий 23060-23080. Их конструкция включает два ряда бочкообразных роликов и общую сферическую дорожку качения на наружном кольце, что позволяет компенсировать угловые перекосы вала, неизбежные при ударных нагрузках.
В таблице приведены данные для подшипников с цилиндрическим посадочным отверстием (CC/W33). Для варианта с коническим отверстием (CCK/W33, конусность 1:12) размеры, динамическая и статическая грузоподъёмность аналогичны, а масса может незначительно отличаться. Коническое отверстие обеспечивает удобство монтажа и демонтажа на закрепительных втулках. Индекс W33 указывает на канавку и три отверстия под подачу смазки на наружном кольце -- обязательное условие для централизованной системы смазывания горного оборудования.
Выбор данного типа подшипников обусловлен несколькими факторами. Высокая динамическая грузоподъёмность (свыше 3000 кН для крупнейших типоразмеров) обеспечивает восприятие тяжёлых радиальных нагрузок, возникающих при резании. Способность компенсировать угловые перекосы до 2-2,5 градусов (по каталогу SKF для серии 230 с диаметром отверстия свыше 56 мм) критически важна в условиях деформации корпусных деталей стрелы. Допустимость работы при значительных осевых нагрузках в обоих направлениях позволяет воспринимать боковые усилия при поперечном разрушении забоя. Стальные штампованные или латунные массивные сепараторы обеспечивают повышенную ударную прочность конструкции.
Комбайн КП-21 (Копейский машиностроительный завод) оснащён электродвигателем исполнительного органа мощностью 110 кВт. Исполнительный орган выполнен в виде стрелы с режущей коронкой и редуктором с неразветвлённой кинематической схемой. Подшипники вала коронки работают при частоте вращения до 40-60 об/мин с динамической нагрузкой, многократно превышающей статическую из-за ударного характера резания пород с прочностью до 100 МПа (7 единиц по шкале Протодьяконова). Ресурс работы комбайна до первого капитального ремонта составляет до 120 тысяч кубических метров горной массы.
Для комбайнов Sandvik серии MB (MB670, MB670-1) характерна увеличенная мощность привода исполнительного органа, что требует подшипников с повышенной динамической грузоподъёмностью. Комбайн MR620 предназначен для разрушения пород крепостью свыше 120 МПа, и его подшипниковые узлы рассчитаны на особо тяжёлые ударные нагрузки. Комбайн MR520 применяется при добыче калийных солей и гипса (породы с прочностью 20-50 МПа) и отличается специализированной конструкцией исполнительного органа с высокой производительностью резания.
Опорно-поворотное устройство (ОПУ) обеспечивает поворот стрелы с исполнительным органом в горизонтальной плоскости. Конструктивно ОПУ проходческого комбайна состоит из неподвижного основания, жёстко закреплённого на раме машины, и поворотной стойки, снабжённой подшипником качения. Поворот стойки в горизонтальной плоскости совместно с исполнительным органом осуществляется двумя гидродомкратами.
В проходческих комбайнах применяются преимущественно однорядные шариковые ОПУ с зубчатым венцом. Наружный диаметр подшипника составляет от 800 до 1500 мм в зависимости от класса комбайна. Конструкция включает внутреннюю неподвижную обойму (крепится к раме), внешнее подвижное кольцо (соединяется со стрелой), тела качения (шарики или ролики) между обоймами, зубчатый венец на наружной или внутренней поверхности для привода вращения, а также систему уплотнений и смазочных каналов.
ОПУ проходческого комбайна воспринимает одновременно вертикальные и горизонтальные нагрузки, крутящий момент и опрокидывающий момент от усилий резания. Кольца ОПУ изготавливаются из закалённой легированной стали с твёрдостью дорожек качения 55-62 HRC. Монтажные отверстия выполняются по стандартной схеме с шагом, согласованным с конструкцией рамы комбайна.
Редукторы проходческих комбайнов передают мощность от электродвигателей к режущей коронке, питателю и конвейеру. Кинематическая схема редуктора исполнительного органа, как правило, неразветвлённая (для комбайнов типа КП-21) или планетарная (для тяжёлых комбайнов Sandvik).
В зубчатых редукторах исполнительного органа и гусеничного хода используются несколько типов подшипников качения, каждый из которых выполняет свою функцию.
Конические роликовые подшипники в редукторах проходческих комбайнов устанавливаются попарно по схеме "О" (враспор) или "Х" (всклад) для восприятия осевых сил от косозубых передач. Радиальный зазор конических подшипников настраивается при монтаже с помощью регулировочных прокладок или гаек.
В комбайне КП-21 редукторы питателя крепятся болтами и штифтами к сварным рамам тележек. Конструкция предусматривает кинематически не связанные приводы с высокомоментными гидромоторами, что упрощает конструкцию редукторов и улучшает ремонтопригодность. Применение современных уплотнений значительно увеличивает ресурс работы подшипниковых узлов в условиях обводнённых забоев.
В комбайнах Joy серии 12CM и 14CM используется концепция многомоторного привода с индивидуальными электродвигателями для режущего органа, тяги, питателя и гидравлической системы. Каждый двигатель соединён с редуктором через прямую передачу, что обеспечивает доступность для обслуживания и замены подшипников без демонтажа смежных узлов.
Гусеничная ходовая часть проходческого комбайна включает две тележки с индивидуальным гидроприводом на каждую гусеницу. Для комбайна КП-21 тяговое усилие составляет 50 тонн, что предъявляет высокие требования к подшипникам ведущих и направляющих колёс, а также опорных катков.
Тележки комбайна КП-21 имеют обозначения КП21.13.02.000 и КП21.13.02.000-01. Каждая тележка включает редуктор гусеничного хода (КП21.03.02.100), раму, гусеничную цепь (КП21.13.02.500), катки (КП21.03.02.420) и натяжное колесо (КП21.13.02.110) с встроенным механизмом натяжения. Конические роликовые подшипники гусеничного хода должны обеспечивать надёжную работу в условиях постоянного контакта с породной мелочью и водой.
Комбайны непрерывного действия Joy (в настоящее время выпускаются подразделением Komatsu Mining) серий 12CM и 14CM занимают особое место среди горных машин. В отличие от избирательных проходческих комбайнов, они оснащены полноразмерным барабанным исполнительным органом, захватывающим всю ширину забоя.
Серия 12CM выпускается с цельноголовочным (solid head) исполнительным органом. Диаметр барабана составляет от 1120 до 1380 мм, ширина резания -- до 3,3 м, мощность двух электродвигателей привода режущего органа -- до 520 кВт (698 л.с.) суммарно. Каждый электродвигатель мощностью 170 кВт при 1500 об/мин соединён с редуктором через внутренний торсионный вал.
Подшипники барабана работают в условиях постоянного контакта с водой -- система Wethead обеспечивает мелкодисперсное орошение за каждым резцом для снижения температуры и подавления пыли. Это определяет повышенные требования к герметичности подшипниковых узлов и стойкости смазки к вымыванию.
Комбайны Joy 14CM выпускаются в наибольшем количестве модификаций среди всех серий. Они предназначены для низких и средних пластов с высотой от 1120 до 2135 мм в зависимости от модели (14CM15CC, 14CM15C, 14CM15B, 14CM15D, 14CM15E). Для подшипников режущих барабанов используются усиленные сферические роликовые подшипники с повышенной статической грузоподъёмностью и увеличенным радиальным зазором C3 или C4.
Компания Komatsu Mining применяет концепцию многомоторного привода с вынесенным доступом к двигателям, редукторам, контроллерам и основным узлам. Философия предполагает изоляцию основных компонентов друг от друга для упрощения диагностики и ремонта. Подшипниковые узлы режущего органа, тяги и питателя имеют индивидуальные системы смазки и могут обслуживаться независимо, что значительно сокращает время простоя при замене подшипников.
Eickhoff Bergbautechnik GmbH (Бохум, Германия) специализируется на разработке и производстве очистных комбайнов (shearer loaders), проходческих комбайнов и комбайнов непрерывного действия. Очистные комбайны Eickhoff, такие как SL 750 и SL 1000, достигают массы до 165 тонн и суммарной установленной мощности до 2590 кВт.
В очистных комбайнах Eickhoff режущие барабаны расположены на обоих концах машины. Мощность от электродвигателей передаётся через многоступенчатые зубчатые редукторы. Подшипники этих редукторов работают при экстремальных температурах и нагрузках. Для смазки используются высокотемпературные консистентные смазки, а для подшипников, подверженных вибрациям и контакту с водой, -- специальные высоконагруженные пластичные смазки.
Гидравлические системы Eickhoff используют огнестойкие водосодержащие гидравлические жидкости типа HFC, что является обязательным требованием для подземной горнодобычи. Гидравлическая система оснащена фильтрами обратного потока и фильтрами давления с индикаторами засорения для защиты от твёрдых загрязнений.
Тяговые приводы очистных комбайнов Eickhoff обеспечивают перемещение машины вдоль лавы по направляющим. Подшипники тяговых редукторов испытывают реверсивные осевые нагрузки и работают в условиях постоянного контакта с угольной пылью. Для этих узлов характерно применение конических роликовых подшипников повышенной грузоподъёмности с усиленными уплотнениями.
Защита подшипниковых узлов от абразивных частиц и влаги является определяющим фактором их ресурса в горном оборудовании. Согласно ГОСТ Р 57071-2016, все виды горно-шахтного оборудования должны быть оснащены эффективными средствами борьбы с пылью, что напрямую влияет на конструкцию уплотнительных систем подшипников.
Таконитовые уплотнения получили своё название от абразивной железной руды таконита. Они представляют собой многоступенчатую защитную систему, включающую наружный дефлектор для отвода крупных частиц, лабиринтные каналы для задержания пыли и внутреннее контактное уплотнение. Такие системы широко применяются в корпусных подшипниках конвейеров и барабанов горного оборудования.
Для подшипников проходческих комбайнов применяются специализированные пластичные смазки с усиленными противозадирными (EP) свойствами. Основные требования: стойкость к вымыванию водой (допускается потеря не более 2-5% массы по методу ASTM D1264), температурный диапазон от -20 до +140 C, высокая несущая способность масляной плёнки при контактных давлениях до 2500-3000 МПа, стойкость к абразивным загрязнениям.
На открытых механизмах горно-шахтного оборудования всё чаще применяют твердосмазочные покрытия, которые формируют прочный сухой слой, не вызывающий налипание пыли. Обычные пластичные смазки в шахтных условиях обладают существенным недостатком: липкость стимулирует налипание мелких абразивных частиц, что ускоряет износ.
Расчёт номинального ресурса подшипников горных машин выполняется по ISO 281:2007 (ГОСТ 18855-2013) с обязательным применением модифицированной формулы, учитывающей условия эксплуатации.
Lnm = a1 * aISO * (C / P)p
где:
Lnm -- модифицированный номинальный ресурс, млн оборотов;
a1 -- коэффициент надёжности (для надёжности 90% a1 = 1; для 95% a1 = 0,64; для 99% a1 = 0,21);
aISO -- коэффициент условий эксплуатации (учитывает загрязнённость, смазку, температуру);
C -- динамическая грузоподъёмность, кН;
P -- эквивалентная динамическая нагрузка, кН;
p -- показатель степени (p = 10/3 для роликовых, p = 3 для шариковых).
Подшипник: 23072 CC/W33 (C = 2850 кН, по каталогу SKF)
Радиальная нагрузка: Fr = 400 кН
Осевая нагрузка: Fa = 60 кН
Частота вращения: n = 45 об/мин
Коэффициент динамичности нагрузки: Kб = 2,0 (тяжёлые ударные нагрузки при резании)
Расчётные коэффициенты (по каталогу SKF для серии 23072): e = 0,23; Y1 = 2,9; Y2 = 4,4
Проверяем: Fa/Fr = 60/400 = 0,15
Так как Fa/Fr = 0,15 < e = 0,23, используем формулу:
P = Fr + Y1 * Fa = 400 + 2,9 * 60 = 574 кН
С учётом коэффициента динамичности:
Pрасч = Kб * P = 2,0 * 574 = 1148 кН
L10 = (C / Pрасч)10/3 = (2850 / 1148)3,33 = (2,48)3,33 = 19,5 млн оборотов
L10h = L10 * 106 / (60 * n) = 19 500 000 / (60 * 45) = 7222 ч
С учётом коэффициента условий эксплуатации aISO = 0,3 (сильное загрязнение абразивной пылью, средние условия смазки):
Lnm = a1 * aISO * L10h = 1 * 0,3 * 7222 = 2167 ч
При средней загрузке комбайна 12-16 часов в сутки это составляет примерно 135-180 рабочих смен, что соответствует типичному интервалу между плановыми ревизиями подшипников исполнительного органа.
Анализ повреждений подшипников проходческих комбайнов позволяет выявить основные причины отказов и оптимизировать периодичность технического обслуживания.
Для контроля состояния подшипников горного оборудования применяется комплекс методов: вибродиагностика с измерением общего уровня вибрации и спектрального анализа (по ГОСТ Р ИСО 10816), температурный мониторинг подшипниковых узлов с помощью встроенных термодатчиков или тепловизоров, анализ проб смазки на содержание продуктов износа и загрязнений, визуальный осмотр при плановых ревизиях с применением эндоскопов.
Современные комбайны Sandvik MB670-1 и Joy 12CM/14CM оснащены системами автоматизированной диагностики (Faceboss, EiControlPlus), которые отслеживают параметры работы в реальном времени и позволяют прогнозировать необходимость замены подшипников.
При подборе подшипников для горного оборудования необходимо учитывать ряд ключевых параметров. Динамическая грузоподъёмность должна обеспечивать расчётный ресурс не менее 5000 часов с учётом коэффициента динамичности 2-3,5. Радиальный зазор следует выбирать увеличенный -- группа C3 при нормальных условиях или C4 при высоких температурах и тяжёлых ударных нагрузках. Класс точности для подшипников исполнительного органа -- P0 (нормальный) или P6, для редукторов -- P6 или P5 в зависимости от быстроходности.
Монтаж крупногабаритных сферических роликовых подшипников с коническим отверстием (серии 230) осуществляется на закрепительных или стяжных втулках с контролем осевого смещения и радиального зазора. Предварительный нагрев подшипника перед установкой до 80-110 C является обязательным условием для обеспечения правильной посадки. Контроль остаточного зазора после монтажа выполняется с помощью щупа. Величина уменьшения радиального зазора после затяжки на втулке определяется по таблицам производителя подшипника для конкретного типоразмера и должна строго соблюдаться -- чрезмерная затяжка приводит к перегреву, недостаточная -- к проворачиванию внутреннего кольца.
При установке конических роликовых подшипников в сборе необходимо контролировать осевой зазор между подшипниками попарной установки. Слишком малый зазор приводит к перегреву, слишком большой -- к повышенным вибрациям и ускоренному износу.
На вал режущей коронки проходческих комбайнов устанавливаются двухрядные сферические роликовые подшипники серий 23060-23080 (внутренний диаметр 300-400 мм). Они выбираются благодаря высокой динамической грузоподъёмности (свыше 2200 кН для 23060 и свыше 3000 кН для 23080 по каталогу SKF), способности компенсировать угловые перекосы вала и стойкости к ударным нагрузкам. Исполнение CC/W33 с цилиндрическим отверстием или CCK/W33 с коническим отверстием (конусность 1:12) и канавкой для подачи смазки является стандартным для горного оборудования.
Комбайны Sandvik серии MB -- это тяжёлые машины с увеличенной мощностью привода, предназначенные для одновременного резания и анкерования. Их подшипниковые узлы рассчитаны на более высокие нагрузки, используются подшипники большего типоразмера с усиленными сепараторами. Комбайн КП-21 относится к среднему классу с мощностью исполнительного органа 110 кВт, и его подшипники имеют меньшие типоразмеры. Принципиальная разница также в схеме редуктора: КП-21 использует неразветвлённую кинематическую схему, а Sandvik -- планетарные ступени.
Для подшипников проходческих комбайнов рекомендуется увеличенный радиальный зазор: группа C3 для стандартных условий или C4 для узлов с высокими температурами и тяжёлыми ударными нагрузками (режущие барабаны, тихоходные валы редукторов). Нормальный зазор (CN) не рекомендуется, так как монтаж на закрепительной втулке уменьшает зазор, а нагрев при работе дополнительно его сокращает. Недостаточный зазор приводит к перегреву и ускоренному разрушению подшипника.
Применяется многоступенчатая система защиты: встроенные контактные уплотнения подшипника (2RS), наружные лабиринтные уплотнения корпуса, дополнительные манжеты или V-кольца. Для особо тяжёлых условий используются таконитовые уплотнения, включающие наружный дефлектор, лабиринтные каналы и внутреннюю контактную манжету. Обязательно применение водостойких пластичных смазок с противозадирными EP-присадками и регулярное пополнение смазки через централизованную систему.
Расчётный ресурс подшипников вала режущей коронки при типичных условиях эксплуатации составляет 2000-7000 часов в зависимости от крепости разрушаемых пород, качества уплотнений и режима смазки. При работе по породам средней крепости (до 60-80 МПа) ресурс ближе к верхней границе. При разрушении крепких пород (80-100 МПа) с высоким содержанием абразивных минералов ресурс может сокращаться до 2000-3000 часов. Плановые ревизии подшипниковых узлов рекомендуется проводить каждые 120-180 рабочих смен.
В ОПУ проходческих комбайнов применяются крупногабаритные однорядные шариковые радиально-упорные подшипники с зубчатым венцом. Наружный диаметр составляет от 800 до 1500 мм. Кольца изготавливаются из закалённой легированной стали с твёрдостью дорожек качения 55-62 HRC. ОПУ воспринимает вертикальные, горизонтальные нагрузки и опрокидывающий момент от усилий резания. Для тяжёлых комбайнов Sandvik MB/MR могут применяться двухрядные роликовые ОПУ с повышенной грузоподъёмностью.
Да, предварительный нагрев крупногабаритных сферических роликовых подшипников перед монтажом является обязательной процедурой. Подшипник нагревается до 80-110 C с помощью индукционного нагревателя или масляной ванны. Это обеспечивает тепловое расширение внутреннего кольца и позволяет выполнить монтаж на вал или закрепительную втулку без применения чрезмерных осевых усилий, которые могут повредить дорожки качения. После монтажа контролируется уменьшение радиального зазора с помощью щупа.
Комбайны Joy 12CM/14CM -- это комбайны непрерывного действия с полноразмерным барабаном, разрушающим всю ширину забоя. Подшипники барабана работают при постоянном контакте с водой (система Wethead), что предъявляет повышенные требования к водостойкости смазки и герметичности уплотнений. Суммарная мощность привода режущего органа достигает 520 кВт (два двигателя по 170 кВт), что требует подшипников с увеличенной грузоподъёмностью. В отличие от избирательных комбайнов, здесь отсутствует ОПУ стрелы, но имеются мощные подшипники шарнира подъёма барабана.
Основные стандарты: ГОСТ 520-2011 (общие технические условия на подшипники качения, допуски, маркировка); ГОСТ 8338-2022 (шариковые радиальные однорядные); ГОСТ 831-2022 (радиально-упорные); ISO 281:2007 / ГОСТ 18855-2013 (расчёт динамической грузоподъёмности и ресурса); ISO 76:2006 (статическая грузоподъёмность); ISO 492:2023 (допуски подшипников качения); ГОСТ Р 57071-2016 (нормативы безопасного применения горно-шахтного оборудования по пылевому фактору). Дополнительно применяются стандарты ГОСТ 31557 (очистные комбайны) и ISO 15243:2017 (повреждения и отказы подшипников).
Основные признаки необходимости замены: повышенный уровень вибрации (по данным вибродатчиков или переносных приборов); рост температуры подшипникового узла выше нормы на 15-20 C; появление характерного шума (стук, скрежет); обнаружение металлических частиц в пробах смазки; увеличенный радиальный люфт, определяемый при ручном покачивании вала. Современные системы мониторинга (Sandvik -- встроенные датчики, Joy -- платформа Faceboss) позволяют отслеживать тренды вибрации и температуры в реальном времени, прогнозируя оптимальный момент замены.
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационно-справочный характер. Автор и издатель не несут ответственности за возможные последствия использования представленной информации при проектировании, эксплуатации, ремонте или техническом обслуживании горного оборудования. Все технические решения должны приниматься квалифицированными специалистами с учётом конкретных условий эксплуатации, действующей нормативной документации и рекомендаций производителей оборудования. Перед применением любых рекомендаций необходимо провести самостоятельную инженерную проверку и расчёты.
1. ГОСТ 520-2011. Подшипники качения. Общие технические условия.
2. ГОСТ 8338-2022. Подшипники шариковые радиальные однорядные. Основные размеры.
3. ГОСТ 831-2022. Подшипники шариковые радиально-упорные однорядные. Основные размеры.
4. ГОСТ Р 57071-2016. Оборудование горно-шахтное. Нормативы безопасного применения машин и оборудования на угольных шахтах и разрезах по пылевому фактору.
5. ISO 281:2007. Rolling bearings -- Dynamic load ratings and rating life.
6. ГОСТ 18855-2013. Подшипники качения. Динамическая грузоподъёмность и расчётный ресурс (гармонизирован с ISO 281).
7. ISO 76:2006. Rolling bearings -- Static load ratings.
8. ISO 492:2023. Rolling bearings -- Radial bearings -- Geometrical product specifications (GPS) and tolerance values.
9. ISO 15243:2017. Rolling bearings -- Damage and failures -- Terms, characteristics and causes.
10. SKF. Rolling Bearings -- главный каталог (PUB BU/P1 17000/1 EN, 2018).
11. Schaeffler (FAG). Technical Pocket Guide (STT).
12. Timken. Engineering Manual -- расчёт подшипников (10424).
13. Timken. Bearing Damage Analysis Reference Guide.
14. Harris T.A., Kotzalas M.N. Rolling Bearing Analysis. 5th ed. CRC Press, 2006.
15. Решетов Д.Н. Детали машин. 4-е изд. М.: Машиностроение, 1989.
16. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Том 2. 9-е изд.
17. Перель Л.Я., Филатов А.А. Подшипники качения: расчёт, проектирование опор. М.: Машиностроение, 1992.
18. Габов В.В., Лыков Ю.В., Задков Д.А. Горные машины и оборудование. Проходческий комбайн КП21. Методические указания. СПб.: Санкт-Петербургский горный университет, 2019.
19. ГОСТ 31557. Комбайны очистные. Общие технические требования. Методы испытаний.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.