Содержание статьи
Введение
Сушильный барабан асфальтобетонного завода представляет собой ключевое технологическое оборудование, предназначенное для подготовки каменных материалов путем удаления влаги и нагрева до требуемой температуры. Барабан приводится во вращение от электродвигателя через редуктор, ведущую шестерню и зубчатый венец, установленный на корпусе барабана. Для обеспечения надежного вращения барабана используется опорно-упорная станция, включающая опорные и упорные ролики с подшипниковыми узлами.
Подшипники опорных и упорных роликов работают в исключительно тяжелых условиях: высокие радиальные и осевые нагрузки, воздействие высоких температур от разогретого барабана, загрязнение пылью и абразивными частицами. От надежности работы подшипниковых узлов напрямую зависит бесперебойная работа всего асфальтобетонного завода. Выход из строя подшипников приводит к остановке производства и требует проведения трудоемкого и дорогостоящего ремонта.
Конструкция опорно-упорной станции
Опорно-упорная станция сушильного барабана АБЗ располагается на общей фундаментной плите вблизи зубчатого венца привода. Барабан опирается на опорные ролики через бандажи – кольца прямоугольного профиля, закрепленные на корпусе барабана. Обычно используются два опорных ролика, установленных с угловым смещением для обеспечения устойчивого положения барабана.
Упорные ролики предназначены для ограничения осевого смещения барабана, которое может возникать из-за угла наклона барабана 3,5 градуса, неравномерности загрузки материала или температурных деформаций. Упорные ролики контактируют с торцевой поверхностью бандажа и воспринимают осевые усилия.
| Модель АБЗ | Диаметр обечайки барабана, мм | Диаметр по бандажам, мм | Длина барабана, мм | Угол наклона, градусы | Производительность, т/ч |
|---|---|---|---|---|---|
| ДС-117-2К/2Е | 1400 | 1723 | 5600 | 3,5 | до 56 |
| ДС-158 | 1400 | 1723 | 5600 | 3,5 | до 56 |
| ДС-185 | 1400 | 1723 | 5600 | 3,5 | до 80 |
Опорные подшипники роликов
Конструкция опорного ролика
Опорный ролик сушильного барабана состоит из следующих основных элементов: ось ролика, бочка ролика диаметром 320 мм, два подшипниковых узла с корпусами и крышками, стаканы и плиты крепления. Подшипниковые узлы воспринимают высокие радиальные нагрузки от веса барабана и динамические удары при работе.
Типы применяемых подшипников
Для опорных роликов применяются следующие типы подшипников качения согласно ГОСТ 520-2011:
Сферические роликоподшипники двухрядные (ГОСТ 5721-2022) – наиболее распространенный тип подшипников для опорных роликов. Эти подшипники состоят из внутреннего кольца с двумя дорожками качения, наклоненными под углом к оси подшипника, наружного кольца с общей сферической дорожкой качения и двух рядов бочкообразных роликов. Конструкция обеспечивает способность к самоустановке, что критически важно при возможных перекосах вала и неточностях монтажа.
Конические роликоподшипники однорядные (ГОСТ 27365-2023) – применяются в некоторых конструкциях опорных роликов. Они способны воспринимать как радиальные, так и осевые нагрузки благодаря наклону дорожек качения. Обычно устанавливаются попарно с регулируемым предварительным натягом.
| Тип подшипника | Преимущества | Особенности применения |
|---|---|---|
| Сферические роликовые двухрядные | Высокая грузоподъемность, самоустановка, восприятие комбинированных нагрузок | Основной тип для опорных роликов, работа при перекосах до 3 градусов |
| Конические роликовые | Высокая жесткость, точное позиционирование, восприятие осевых нагрузок | Попарная установка, требуется регулировка зазора |
| Цилиндрические роликовые | Высокая радиальная грузоподъемность, низкое трение | Дополнительно к основным подшипникам для радиальных нагрузок |
Материалы и конструктивные особенности
Подшипники опорных роликов изготавливаются из подшипниковых сталей марок ШХ15, ШХ15СГ с твердостью колец и тел качения HRC 58-64. Для работы в условиях повышенных температур применяются легированные стали с добавками хрома, молибдена, вольфрама, обеспечивающие сохранение твердости и прочности при нагреве до 200-250 градусов.
Сепараторы изготавливаются из латуни, стали или термостойких полимеров. Латунные сепараторы обеспечивают высокую прочность и теплопроводность, стальные штампованные сепараторы экономичны, а полимерные снижают шум и не требуют дополнительной смазки при работе в нормальных условиях.
Упорные подшипники
Назначение упорных роликов
Упорные ролики ограничивают осевое смещение сушильного барабана, которое возникает вследствие угла наклона барабана 3,5 градуса и неравномерности загрузки материала. Осевые нагрузки могут достигать 10-15 процентов от радиальной нагрузки опорных роликов. Упорные ролики контактируют с торцевой плоскостью бандажа и должны обеспечивать надежную работу при значительных ударных нагрузках.
Типы упорных подшипников
Упорные сферические роликоподшипники – наиболее подходящий тип для упорных роликов АБЗ. Эти подшипники предназначены для восприятия высоких осевых нагрузок и способны компенсировать угловые перекосы благодаря сферической поверхности наружного кольца. Подшипник состоит из двух колец: тугого кольца с плоской дорожкой качения и свободного кольца со сферической дорожкой качения, а также бочкообразных роликов с сепаратором.
Упорные цилиндрические роликоподшипники – применяются для восприятия чисто осевых нагрузок. Они обеспечивают высокую жесткость и точность, но не способны к самоустановке и требуют точного монтажа. Применяются в конструкциях с жесткой установкой упорных роликов.
Пример расчета осевой нагрузки
Для сушильного барабана модели ДС-158 при угле наклона 3,5 градуса:
Расчетная масса барабана с материалом составляет примерно 6-8 тонн
Осевая составляющая: F = m × g × sin(α) = 7000 × 9,81 × sin(3,5°) = 7000 × 9,81 × 0,061 = 4190 Н ≈ 4,2 кН
С учетом динамических нагрузок и коэффициента безопасности 1,5-2,0, расчетная осевая нагрузка составляет 6-8 кН на каждый упорный ролик.
| Характеристика | Упорные сферические | Упорные цилиндрические |
|---|---|---|
| Грузоподъемность осевая | Очень высокая | Высокая |
| Восприятие радиальной нагрузки | До 55 процентов от осевой | Не воспринимают |
| Самоустановка | Да, до 3 градусов | Нет |
| Чувствительность к перекосам | Низкая | Высокая |
| Скорость вращения | Средняя | Низкая |
Высокотемпературные подшипники
Условия работы при повышенных температурах
Подшипники опорных и упорных роликов сушильного барабана АБЗ подвергаются значительному тепловому воздействию. Температура корпуса барабана может достигать 150-200 градусов, а температура бандажей – 120-160 градусов. Передача тепла от бандажа к роликам и далее к подшипникам приводит к нагреву подшипниковых узлов до 80-120 градусов в зависимости от интенсивности работы и эффективности теплоотвода.
Особенности высокотемпературных подшипников
Для работы в условиях повышенных температур применяются специальные высокотемпературные подшипники со следующими конструктивными особенностями:
Увеличенный радиальный зазор класса C3, C4 или C5 – компенсирует тепловое расширение деталей подшипника. При нагреве внутреннее кольцо, посаженное с натягом на вал, расширяется больше, чем наружное кольцо в корпусе. Без достаточного начального зазора это приведет к заклиниванию тел качения и разрушению подшипника. Увеличенный зазор уменьшается до рабочего при достижении рабочей температуры.
Жаропрочные материалы – для колец и тел качения применяется специальная термостойкая сталь, легированная хромом, молибденом, ванадием. Эти добавки повышают температуру отпуска стали и предотвращают падение твердости при нагреве свыше 220 градусов. Стандартная подшипниковая сталь ШХ15 теряет твердость при температурах выше 150-180 градусов.
Термостойкие сепараторы – изготавливаются из латуни, жаропрочной стали или применяются графитовые сепараторы. Графитовый сепаратор одновременно выполняет функцию твердой смазки и способен работать при температурах до 350 градусов.
Специальные уплотнения – применяются металлические защитные шайбы или уплотнения из термостойкой резины на основе фторкаучука, способной работать при температурах до 200-250 градусов.
| Температура работы, градусы | Требования к подшипнику | Тип смазки |
|---|---|---|
| До 120 | Стандартные подшипники с зазором C3 | Консистентная смазка на литиевой основе |
| 120-180 | Зазор C4, термостойкая смазка | Высокотемпературная консистентная смазка на комплексно-литиевой основе |
| 180-250 | Зазор C4-C5, жаропрочная сталь, графитовый сепаратор | Графитовая смазка, смазка с твердыми добавками |
| Свыше 250 | Специальные высокотемпературные подшипники, керамические тела качения | Графит, дисульфид молибдена |
Системы смазки подшипников
Типы смазочных материалов
Для смазки подшипников опорных и упорных роликов применяются консистентные пластичные смазки, обладающие следующими свойствами:
Термостойкость – смазка должна сохранять свои свойства при температурах 120-180 градусов. Обычные литиевые смазки работают до 120 градусов, высокотемпературные на комплексно-литиевой или полимочевинной основе – до 180-200 градусов, графитовые смазки – до 250-350 градусов.
Высокие противоизносные и противозадирные свойства – обеспечиваются введением присадок на основе серы, фосфора, твердых смазок (графит, дисульфид молибдена, политетрафторэтилен). Это критически важно при высоких нагрузках и ударных воздействиях.
Водостойкость – смазка не должна вымываться водой, которая может образовываться при конденсации водяных паров, особенно при периодической работе оборудования.
Стойкость к загрязнению – высокая вязкость базового масла (150-320 сСт) и тиксотропные свойства смазки обеспечивают уплотнение подшипникового узла и препятствуют проникновению абразивных частиц.
| Тип смазки | Температурный диапазон, градусы | Особенности применения |
|---|---|---|
| Литиевая комплексная (ЦИАТИМ-221, Литол-24) | от минус 40 до плюс 130 | Общепромышленное применение, периодическое пополнение |
| Комплексно-литиевая с противозадирными присадками | от минус 30 до плюс 160 | Высокие нагрузки, ударные воздействия |
| Полимочевинная (Staburags NBU 12) | от минус 30 до плюс 180 | Длительная работа без пополнения, высокие температуры |
| Графитовая (сегментный графитовый сепаратор) | от минус 20 до плюс 350 | Экстремальные температуры, работа без дополнительной смазки |
Централизованные системы смазки
Для обеспечения надежного и равномерного смазывания подшипников опорных и упорных роликов применяются автоматические централизованные системы смазки. Система состоит из насосной станции с резервуаром для смазки, блока управления, дозирующих устройств и системы трубопроводов с питателями.
Преимущества централизованной системы смазки:
- Дозированная подача смазки через заданные интервалы времени обеспечивает постоянное наличие смазочного материала в зоне трения
- Исключается влияние человеческого фактора, связанное с пропуском или неправильным выполнением ручного смазывания
- Экономия смазочного материала за счет точного дозирования
- Возможность смазывания труднодоступных подшипников без остановки оборудования
- Непрерывное обновление смазки препятствует ее старению и загрязнению
- Увеличение срока службы подшипников в 3-5 раз
Для подшипников сушильного барабана применяются двухлинейные или прогрессивные системы смазки, работающие под давлением 10-40 МПа. Смазка подается к каждому подшипниковому узлу через индивидуальный питатель-дозатор, обеспечивающий точную дозировку порции смазки.
Расчет интервала смазывания
Интервал между смазываниями зависит от размера подшипника, частоты вращения, температуры и нагрузки. Для сферического роликоподшипника диаметром 150 мм при частоте вращения 30 об/мин и температуре 100 градусов:
Базовый интервал: t₀ = 200 часов
Коэффициент температуры: kₜ = 0,6 (при 100 градусах)
Коэффициент загрязнения: kc = 0,5 (сильное запыление)
Интервал смазывания: t = t₀ × kₜ × kc = 200 × 0,6 × 0,5 = 60 часов
Рекомендуется установить интервал 50 часов работы или каждые 2-3 дня при непрерывной работе.
Условия эксплуатации
Нагрузки на подшипники
Подшипники опорных роликов воспринимают радиальную нагрузку от веса барабана с материалом, которая распределяется между роликами в зависимости от их количества и углового расположения. При двух опорных роликах, установленных под углом 45 градусов к вертикали, каждый ролик воспринимает нагрузку, составляющую примерно 60-70 процентов от веса барабана.
Динамические нагрузки возникают при пуске и остановке барабана, изменении скорости вращения, неравномерности загрузки материала. Коэффициент динамичности может достигать 1,5-2,0, что необходимо учитывать при выборе подшипников.
Упорные подшипники воспринимают осевую нагрузку, возникающую из-за угла наклона барабана. При угле наклона 3,5 градуса осевая нагрузка составляет около 6 процентов от веса барабана. Дополнительные осевые усилия возникают при температурном расширении барабана и смещении массы загруженного материала.
Температурный режим
Температура подшипников зависит от интенсивности теплопередачи от барабана через бандажи и ролики, а также от выделения тепла в самих подшипниках при трении. Основные источники нагрева:
- Лучистый теплообмен от корпуса барабана и топочного агрегата
- Теплопроводность через бандаж, ролик и ось к подшипникам
- Тепловыделение в подшипниках при трении тел качения о дорожки качения
Для снижения температуры подшипников применяются: воздушное охлаждение корпусов подшипников, теплоизоляция осей роликов, применение высокотемпературных подшипников и смазок, организация эффективного отвода тепла через массивные корпуса.
Загрязнение и запыление
Работа сушильного барабана сопровождается интенсивным пылеобразованием. Мелкодисперсная пыль минерального происхождения проникает через уплотнения в подшипниковые узлы, загрязняя смазку. Абразивные частицы вызывают износ дорожек качения, тел качения и сепараторов.
Для защиты от загрязнения применяются лабиринтные уплотнения, контактные уплотнения с многослойными манжетами, защитные кожухи. Эффективным решением является применение подшипников с двусторонними защитными шайбами типа ZZ или уплотнениями типа 2RS, заполненных смазкой на заводе-изготовителе.
Дефекты и повреждения подшипников
Основные виды дефектов
Абразивный износ – наиболее распространенный дефект подшипников сушильного барабана. Проявляется в виде матовой, изношенной поверхности дорожек качения и тел качения. Причина – попадание абразивных частиц пыли в смазку через неэффективные уплотнения. Износ приводит к увеличению радиального зазора, появлению вибраций и шума.
Усталостное выкрашивание (питтинг) – образование мелких раковин на дорожках качения и телах качения вследствие циклических контактных напряжений. При нормальных условиях эксплуатации питтинг является естественным процессом, определяющим расчетный ресурс подшипника. Преждевременное выкрашивание возникает при перегрузках, недостаточной смазке, загрязнении.
Задиры и заедание – возникают при недостатке смазки или потере смазкой своих свойств вследствие перегрева или старения. На поверхностях появляются следы металлического переноса, цвета побежалости, задиры. В критических случаях происходит заклинивание подшипника.
Повреждения сепаратора – разрушение, износ гнезд, деформация. Причины: износ центрирующих поверхностей сепаратора, заклинивание тел качения из-за загрязнения, вибрации, перегрузки.
Коррозия – возникает при попадании влаги в подшипник или при длительном хранении без консервации. Продукты коррозии действуют как абразив, ускоряя износ.
| Дефект | Внешние признаки | Основные причины | Методы предотвращения |
|---|---|---|---|
| Абразивный износ | Матовая поверхность, увеличение зазора, вибрация | Загрязнение смазки, износ уплотнений | Эффективные уплотнения, чистая смазка, регулярное пополнение |
| Усталостное выкрашивание | Раковины, шум, вибрация | Перегрузка, недостаточная смазка, загрязнение | Правильный выбор подшипника, достаточное смазывание |
| Задиры | Следы переноса металла, цвета побежалости, перегрев | Недостаток смазки, перегрев, старение смазки | Своевременное пополнение смазки, контроль температуры |
| Коррозия | Ржавчина, темные пятна, шероховатость поверхности | Попадание влаги, неправильное хранение | Качественные уплотнения, консервация при хранении |
Диагностика состояния подшипников
Для своевременного обнаружения дефектов применяются следующие методы диагностики:
Вибродиагностика – наиболее эффективный метод контроля состояния подшипников. Измеряются параметры вибрации: среднеквадратичное значение виброскорости, пиковое значение виброускорения, спектральный состав. Увеличение вибрации указывает на развитие дефектов задолго до критического состояния подшипника.
Термография – бесконтактное измерение температуры корпусов подшипников с помощью инфракрасного пирометра или тепловизора. Локальный перегрев указывает на проблемы с конкретным подшипником.
Анализ смазки – отбор проб смазки и анализ содержания продуктов износа позволяет оценить интенсивность изнашивания и прогнозировать остаточный ресурс.
Техническое обслуживание
Периодичность обслуживания
Регламентное техническое обслуживание подшипников опорных и упорных роликов включает:
- Ежедневный контроль температуры и вибрации подшипниковых узлов
- Еженедельный осмотр состояния уплотнений, проверка наличия смазки
- Пополнение смазки каждые 50-100 часов работы (при отсутствии централизованной системы смазки)
- Ежемесячная проверка креплений, регулировка зазоров упорных роликов
- Ежеквартальный контроль состояния подшипников методом вибродиагностики
- Ежегодная ревизия подшипниковых узлов с промывкой и заменой смазки
Монтаж и демонтаж подшипников
Монтаж подшипников должен производиться в чистых условиях с соблюдением технологии:
- Подшипники распаковываются непосредственно перед установкой
- Посадочные поверхности валов и корпусов очищаются и проверяются на отсутствие повреждений
- Подшипники нагреваются до температуры 80-100 градусов в масляной ванне или с помощью индукционного нагревателя
- Горячий подшипник быстро устанавливается на вал и фиксируется
- Полости подшипников заполняются свежей смазкой на 50-70 процентов объема
- Устанавливаются уплотнения и крышки корпусов
Демонтаж подшипников производится с применением механических или гидравлических съемников, исключающих повреждение посадочных поверхностей.
Часто задаваемые вопросы
Наиболее надежными являются двухрядные сферические роликоподшипники по ГОСТ 5721-2022. Они обладают высокой грузоподъемностью, способны воспринимать комбинированные радиальные и осевые нагрузки, а главное – способны компенсировать угловые перекосы до 2-3 градусов. Это критически важно для опорных роликов, работающих в условиях возможных неточностей монтажа и деформаций конструкции при нагреве. Для повышенных температур следует выбирать подшипники с увеличенным радиальным зазором класса C4 и высокотемпературной смазкой.
Для температур 120-150 градусов рекомендуются высокотемпературные консистентные смазки на комплексно-литиевой или полимочевинной основе с противозадирными присадками. Подходящие марки: Staburags NBU 12, Liqui Moly Silicon-Fett. Эти смазки сохраняют свои свойства до 160-180 градусов, обладают высокими противоизносными свойствами и водостойкостью. Важно, чтобы смазка содержала твердые добавки (графит, дисульфид молибдена) для работы в граничных условиях смазывания при высоких температурах и нагрузках.
Интервал пополнения смазки зависит от условий работы. При температуре подшипников 80-100 градусов и средней запыленности рекомендуется пополнение каждые 50-80 часов работы. При более высоких температурах (120-150 градусов) и сильном загрязнении интервал сокращается до 30-50 часов. При наличии автоматической централизованной системы смазки подача производится непрерывно малыми порциями каждые 2-8 часов работы, что обеспечивает постоянное обновление смазки и значительно продлевает срок службы подшипников. Точный интервал определяется на основе анализа фактических условий эксплуатации и состояния смазки при ревизиях.
Основные признаки износа подшипников: повышенный шум при вращении барабана, вибрация корпусов подшипников, локальный перегрев (температура на 20-30 градусов выше других подшипников), увеличение радиального зазора при проверке вручную, потемнение смазки и наличие в ней металлических частиц. При появлении этих признаков необходимо провести детальную диагностику методом вибродиагностики для определения степени износа и планирования замены до аварийного выхода из строя.
Использование обычных подшипников вместо высокотемпературных в условиях температур выше 120 градусов недопустимо. Стандартные подшипники из стали ШХ15 при температурах выше 150-180 градусов подвергаются отпуску, что приводит к падению твердости колец и тел качения, ускоренному износу и преждевременному выходу из строя. Кроме того, обычная смазка при высоких температурах теряет свои свойства, высыхает или разлагается. Применение обычных подшипников приведет к сокращению срока службы в 3-5 раз и увеличению риска аварийных отказов.
Упорные подшипники предназначены для восприятия осевых нагрузок и ограничения осевого смещения барабана вдоль оси вращения. Осевые нагрузки возникают из-за угла наклона барабана (обычно 3,5 градуса), неравномерности загрузки материала и температурных деформаций. Без упорных подшипников барабан будет смещаться вдоль оси, что приведет к нарушению зацепления зубчатого венца с приводной шестерней, повреждению уплотнений и другим неисправностям. Упорные ролики с подшипниками контактируют с торцевой поверхностью бандажа и удерживают барабан в заданном осевом положении.
Автоматическая централизованная система смазки – это комплекс оборудования для автоматической подачи смазочного материала к подшипникам в заданном количестве через установленные интервалы времени. Система включает насосную станцию, резервуар для смазки, блок управления, дозирующие устройства и трубопроводы. Преимущества: увеличение срока службы подшипников в 3-5 раз, исключение влияния человеческого фактора, экономия смазочных материалов за счет точного дозирования, возможность смазывания без остановки оборудования, снижение затрат на обслуживание. Применение централизованной системы смазки особенно эффективно для труднодоступных подшипников и оборудования с большим количеством точек смазывания.
Основные факторы, влияющие на срок службы: правильность выбора типа и размера подшипника (запас грузоподъемности), качество монтажа, эффективность системы смазки, температурный режим работы, степень загрязнения окружающей среды, качество уплотнений, соблюдение регламента технического обслуживания. Наибольшее влияние оказывают загрязнение смазки абразивными частицами и недостаточное смазывание – эти факторы являются причиной до 70 процентов преждевременных отказов подшипников. Правильная эксплуатация и своевременное обслуживание позволяют подшипникам отработать расчетный ресурс в 15000-25000 часов.
Отказ от ответственности
Настоящая статья носит исключительно информационно-ознакомительный характер и не является руководством по эксплуатации, ремонту или техническому обслуживанию оборудования. Информация предоставлена на основе общедоступных технических данных и может содержать обобщения.
Автор не несет ответственности за любые последствия, которые могут возникнуть в результате использования информации из данной статьи. Все работы по монтажу, обслуживанию и ремонту подшипниковых узлов должны выполняться квалифицированным персоналом в соответствии с технической документацией производителя оборудования, требованиями безопасности и действующими нормативными документами.
Перед применением любой технической информации настоятельно рекомендуется проконсультироваться со специалистами и ознакомиться с актуальными техническими условиями и стандартами.
Источники
Нормативные документы:
- ГОСТ 520-2011. Подшипники качения. Общие технические условия
- ГОСТ 5721-2022. Подшипники качения. Подшипники роликовые сферические двухрядные с асимметричными роликами. Общие технические требования
- ГОСТ 24696-2023. Подшипники качения. Подшипники роликовые сферические двухрядные с симметричными роликами. Общие технические требования
- ГОСТ 27365-2023. Подшипники качения. Подшипники конические однорядные. Классификация, указания по применению и эксплуатации
- ГОСТ 3395-89. Подшипники качения. Типы и конструктивные исполнения
- ГОСТ 801-78. Сталь подшипниковая. Технические условия
Техническая документация производителей:
- SKF Rolling Bearings Catalogue
- FAG Technical Information on Rolling Bearings
- NSK Bearing Technical Data
- Timken Engineering Manual
- Документация ПО УфаДорМаш по асфальтосмесительным установкам ДС-117, ДС-158, ДС-185
Справочная литература:
- Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие
- Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя
- Перель Л.Я., Филатов А.А. Подшипники качения: Расчет, проектирование и обслуживание опор
