Содержание
- 1. Введение: условия работы подшипников грохотов
- 2. Типы подшипников для вибрационного оборудования
- 3. Сферические роликовые подшипники: конструкция и особенности
- 4. Вибростойкие исполнения подшипников
- 5. Корпуса подшипников с виброгашением
- 6. Смазка подшипников грохотов
- 7. Расчет ресурса подшипников
- 8. Монтаж и демонтаж подшипников
- 9. Диагностика и неисправности
- 10. Вопросы и ответы
Введение: условия работы подшипников грохотов
Вибрационные грохоты являются ключевым оборудованием дробильно-сортировочных комплексов (ДСК), обогатительных фабрик и предприятий по производству нерудных строительных материалов. Грохоты предназначены для разделения сыпучих материалов на фракции методом просеивания через сита с различными размерами ячеек. Работа данного оборудования характеризуется специфическими условиями, предъявляющими повышенные требования к подшипниковым узлам.
Подшипники вибрационных грохотов эксплуатируются в условиях постоянных циклических вибрационных нагрузок, создаваемых вращающимися дебалансными валами или эксцентриковыми механизмами. Амплитуда колебаний короба грохота составляет от 3 до 12 мм при частоте от 700 до 1500 колебаний в минуту. Центробежные силы, генерируемые противовесами, создают значительные динамические нагрузки на подшипниковые узлы.
К дополнительным факторам, влияющим на работу подшипников, относятся: абразивная пыль от перерабатываемого материала, значительные температурные колебания, несоосность валов вследствие прогибов конструкции, а также ударные нагрузки при попадании крупных кусков материала на просеивающие поверхности.
Типы подшипников для вибрационного оборудования
Для вибрационных грохотов преимущественно применяются сферические роликовые подшипники, обладающие рядом конструктивных преимуществ для данных условий эксплуатации. Выбор типа подшипника определяется характером нагрузок, частотой вращения, требуемым ресурсом и условиями окружающей среды.
| Тип подшипника | Серия по ISO | Область применения в грохотах | Особенности |
|---|---|---|---|
| Сферический роликовый двухрядный | 222, 223, 230, 231, 232 | Главные опоры вибратора | Высокая грузоподъемность, самоустановка |
| Сферический роликовый для вибромашин | 222..VA405, 223..VA406 | Валы дебалансов | Упрочненный сепаратор, увеличенный зазор C4 |
| Цилиндрический роликовый | NU, NJ, NUP | Вспомогательные опоры | Осевое смещение, высокая жесткость |
| Однорядный сферический | 202, 203 | Легкие грохоты | Компактность, самоустановка |
Критерии выбора подшипников для грохотов
При подборе подшипников для вибрационного оборудования учитываются следующие параметры: динамическая грузоподъемность (C), которая должна обеспечивать требуемый расчетный ресурс; статическая грузоподъемность (C0) для восприятия пиковых нагрузок; допустимая частота вращения; способность к самоустановке для компенсации прогибов валов; радиальный внутренний зазор, соответствующий условиям работы.
Сферические роликовые подшипники: конструкция и особенности
Сферические роликовые подшипники регламентируются действующими межгосударственными стандартами ГОСТ 5721-2022 (подшипники с асимметричными роликами) и ГОСТ 24696-2023 (подшипники с симметричными роликами). Конструкция включает наружное кольцо с общей сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с двумя дорожками качения, расположенными под углом к оси подшипника, два ряда бочкообразных роликов и сепаратор.
Конструктивные исполнения
| Обозначение | Тип отверстия | Конусность | Способ монтажа |
|---|---|---|---|
| С цилиндрическим отверстием | Цилиндрическое | - | Прямая посадка на вал |
| С коническим отверстием (K) | Коническое | 1:12 | На закрепительной/стяжной втулке |
| С коническим отверстием (K30) | Коническое | 1:30 | На коническую шейку вала |
Преимущества сферических роликовых подшипников
Сферическая форма дорожки качения наружного кольца обеспечивает способность к самоустановке, позволяя компенсировать угловые перекосы вала до 1,5-2 градусов (для стандартных исполнений) и до 3 градусов (для специальных исполнений). Это критически важно для грохотов, где под действием динамических нагрузок возникают прогибы валов и деформации корпусов.
Двухрядная конструкция обеспечивает высокую радиальную грузоподъемность и способность воспринимать осевые нагрузки до 20-25% от неиспользованной радиальной нагрузки в обоих направлениях. Бочкообразная форма роликов создает линейный контакт с дорожками качения, равномерно распределяя нагрузку по длине ролика.
Пример обозначения подшипника
22328 CCJA/W33VA405 - сферический роликовый подшипник серии 223, диаметр вала 140 мм, со штампованным стальным сепаратором (CC), центрированным на внутреннем кольце (J), с отверстиями для смазки (A), кольцевой канавкой на наружном кольце (W33), специальное исполнение для вибромашин с поверхностно-закаленным сепаратором и зазором C4 (VA405).
Вибростойкие исполнения подшипников
Ведущие производители подшипников выпускают специальные серии для вибрационного оборудования. Эти подшипники отличаются от стандартных конструкцией сепаратора, величиной радиального зазора, качеством обработки поверхностей и термообработкой деталей. Специальные серии рассчитаны на работу при вибрационных ускорениях свыше 5g.
Серии подшипников для вибромашин
| Производитель | Обозначение серии | Особенности конструкции |
|---|---|---|
| SKF | VA405, VA406 | Трехсекционная система сепаратора с поверхностной закалкой, плавающее направляющее кольцо в наружном кольце, зазор C4, повышенная точность размеров |
| NSK | VS Series (Long-Life Vibrating Screen) | Цельный латунный сепаратор высокой точности, специальная термообработка роликов, допуски на размеры в 2 раза жестче стандартных, зазор в верхних 2/3 от стандартного |
| NTN-SNR | EF800 | Массивный латунный сепаратор, специальный внутренний зазор J40 |
| FAG (Schaeffler) | E1 X-life T41A | Поверхностно-закаленные детали сепаратора, плавающее направляющее кольцо, зазор C4, оптимизированная геометрия X-life |
Конструктивные особенности вибростойких подшипников
Сепаратор
В подшипниках для вибромашин применяются специальные конструкции сепараторов. Серии SKF VA405/VA406 и FAG T41A используют трехсекционную систему: две половины штампованного стального сепаратора с поверхностной закалкой и плавающее направляющее кольцо, центрированное в наружном кольце. Серия NSK VS использует цельный массивный латунный сепаратор высокой точности изготовления. Такие конструкции обеспечивают максимальную жесткость и сопротивление вибрационным нагрузкам.
Радиальный зазор
Для вибрационного оборудования требуется увеличенный радиальный зазор. Подшипники серии VA405/VA406 и T41A поставляются с зазором группы C4, который на 50-80% больше стандартного зазора CN. Это компенсирует уменьшение зазора при посадке на вал с натягом и тепловом расширении во время работы.
| Диаметр отверстия d, мм | Зазор CN (нормальный), мкм | Зазор C3, мкм | Зазор C4, мкм |
|---|---|---|---|
| 80-100 | 65-110 | 110-150 | 150-190 |
| 100-120 | 75-125 | 125-175 | 175-225 |
| 120-140 | 85-140 | 140-200 | 200-260 |
| 140-160 | 100-160 | 160-220 | 220-290 |
Покрытие посадочных поверхностей
Подшипники серии VA406 (SKF) дополнительно имеют покрытие из политетрафторэтилена (PTFE) на поверхности цилиндрического отверстия. Аналогичное решение предлагает FAG с покрытием Durotect. Это защищает от контактной коррозии (фреттинг-коррозии) между валом и внутренним кольцом подшипника, характерной для вибрационных нагрузок в плавающих опорах.
Корпуса подшипников с виброгашением
Корпусные подшипниковые узлы для грохотов должны обеспечивать надежное крепление подшипника, защиту от загрязнений, отвод тепла и компенсацию линейного теплового расширения вала. Конструкция корпуса существенно влияет на ресурс подшипника и надежность всего узла.
Требования к корпусам подшипников грохотов
Корпуса должны изготавливаться из высокопрочных материалов с хорошей демпфирующей способностью. Применяют серый чугун СЧ25-СЧ35, высокопрочный чугун ВЧ45-ВЧ60 или литую сталь 25Л-35Л. Стальные корпуса предпочтительны для тяжелонагруженных грохотов благодаря более высокой прочности и ударной вязкости.
Конструктивные решения для виброгашения
Симметричная конструкция корпуса предотвращает деформации при вибрационных нагрузках. Толщина стенок должна быть одинаковой с обеих сторон рамы грохота. Резьбовые отверстия в корпусе облегчают демонтаж при помощи выжимных болтов.
Для компенсации осевого теплового расширения вала один из подшипниковых узлов выполняется плавающим. Наружное кольцо плавающего подшипника устанавливается в корпусе с зазором, позволяющим осевое перемещение.
Типы корпусов для грохотов
| Тип корпуса | Обозначение | Применение | Особенности |
|---|---|---|---|
| Разъемный на лапах | SNL, SD | Горизонтальные валы | Удобный монтаж/демонтаж |
| Фланцевый | FC, FY | Вертикальные/наклонные валы | Компактность |
| Неразъемный | SN, SAF | Тяжелонагруженные узлы | Максимальная жесткость |
Смазка подшипников грохотов
Правильный выбор смазочного материала и режима смазывания является определяющим фактором ресурса подшипника. Для вибрационного оборудования предъявляются особые требования к смазке: механическая стабильность при циклических нагрузках, стойкость к центробежным силам, противозадирные свойства.
Требования к пластичным смазкам
| Параметр | Рекомендуемое значение | Обоснование |
|---|---|---|
| Класс консистенции NLGI | 2-3 | Удержание в подшипнике при вибрации |
| Вязкость базового масла при 40C | 150-460 сСт | Высокие контактные нагрузки |
| Загуститель | Литиевый комплексный | Термическая и механическая стабильность |
| Температурный диапазон | -20...+120C | Широкий диапазон эксплуатации |
| Присадки | EP (противозадирные) | Тяжелые режимы нагружения |
Режим смазывания
Для подшипников грохотов рекомендуется пластичная смазка с периодическим пополнением через централизованную систему или смазочные каналы в корпусе. Интервал пополнения определяется условиями работы и составляет от 50 до 500 часов. Количество смазки при пополнении рассчитывается по формуле:
G = 0,005 x D x B
где G - количество смазки, г; D - наружный диаметр подшипника, мм; B - ширина подшипника, мм.
Избыточное количество смазки вызывает повышенный нагрев подшипника вследствие внутреннего трения в смазочном материале. Оптимальное заполнение свободного пространства подшипника смазкой составляет 30-50%.
Расчет ресурса подшипников
Расчет ресурса подшипников грохотов выполняется по методике ГОСТ 18855-2013 (ISO 281:2007) с учетом специфики вибрационных нагрузок. Базовый номинальный ресурс L10 определяет число оборотов, которое выдержит 90% подшипников данной партии без признаков усталостного выкрашивания.
Базовая формула расчета
L10 = (C/P)p
где L10 - базовый номинальный ресурс, млн. оборотов;
C - базовая динамическая грузоподъемность подшипника, кН;
P - эквивалентная динамическая нагрузка, кН;
p - показатель степени (p = 10/3 для роликовых подшипников, p = 3 для шариковых).
Расчет эквивалентной нагрузки
Для вибрационных грохотов эквивалентная динамическая нагрузка определяется по формуле:
P = X x Fr + Y x Fa
где Fr - радиальная нагрузка, кН; Fa - осевая нагрузка, кН;
X, Y - коэффициенты радиальной и осевой нагрузки.
Для сферических роликовых подшипников при Fa/Fr > e: X = 0,67; Y - зависит от угла контакта (типичные значения 1,9-2,9).
Пересчет ресурса в часы работы
L10h = (106 x L10) / (60 x n)
где L10h - номинальный ресурс в часах; n - частота вращения, об/мин.
Пример расчета
Вибрационный грохот с частотой вращения вала n = 950 об/мин. Подшипник 22328 CCJA/W33VA405 с базовой динамической грузоподъемностью C = 1357 кН (по каталогу SKF для серии VA405). Эквивалентная нагрузка P = 186 кН.
L10 = (1357/186)10/3 = 7,33,33 = 564 млн. оборотов
L10h = (106 x 564) / (60 x 950) = 9895 часов
При круглосуточной работе это составляет приблизительно 1,1 года.
Скорректированный ресурс
Для учета реальных условий эксплуатации применяется формула модифицированного номинального ресурса согласно ГОСТ 18855-2013:
Lnm = a1 x aISO x L10
где a1 - коэффициент корректирования ресурса по надежности;
aISO - коэффициент корректирования ресурса по условиям эксплуатации (зависит от смазки, загрязнения и предела усталостной нагрузки).
Для вибрационного оборудования aISO обычно находится в диапазоне 0,3-0,8 из-за сложных условий работы.
Монтаж и демонтаж подшипников
Правильный монтаж является критически важным для обеспечения расчетного ресурса подшипника. До 16% преждевременных отказов подшипников связано с ошибками при установке. Для сферических роликовых подшипников грохотов наиболее распространен монтаж на закрепительных втулках.
Монтаж на закрепительной втулке
Закрепительные втулки по ГОСТ 24208-80 позволяют устанавливать подшипники с коническим отверстием (конусность 1:12) на цилиндрические валы. Втулка обеспечивает натяг внутреннего кольца на валу и фиксируется стопорной гайкой со стопорной шайбой.
Последовательность монтажа:
- Очистить посадочные поверхности вала и втулки от консервационной смазки
- Смазать коническую поверхность втулки тонким слоем минерального масла
- Установить закрепительную втулку на вал в требуемом положении
- Надеть подшипник на коническую поверхность втулки
- Затянуть стопорную гайку, контролируя уменьшение радиального зазора
- Достигнув требуемого остаточного зазора, зафиксировать гайку стопорной шайбой
- Проверить свободное вращение подшипника от руки
Осевое смещение при монтаже
| Диаметр вала, мм | Осевое смещение на втулке, мм | Уменьшение зазора, мкм |
|---|---|---|
| 60-80 | 0,7-1,0 | 40-60 |
| 80-120 | 1,0-1,5 | 50-80 |
| 120-180 | 1,5-2,0 | 70-100 |
| 180-250 | 2,0-2,5 | 90-120 |
Методы монтажа крупногабаритных подшипников
Для подшипников с диаметром отверстия более 100-150 мм рекомендуется применение гидравлических методов монтажа. Метод гидрораспора предполагает подачу масла под давлением между сопряженными поверхностями, что значительно снижает усилие напрессовки и исключает повреждение посадочных поверхностей.
Для использования гидрораспора на валу или втулке должны быть предусмотрены масляные каналы и распределительные канавки. Закрепительные втулки с обозначением OH оснащены такими каналами.
Диагностика и неисправности
Своевременная диагностика состояния подшипников позволяет предотвратить аварийные остановки оборудования и оптимизировать сроки технического обслуживания. Основными методами диагностики являются вибрационный мониторинг, контроль температуры и акустический анализ.
Основные причины преждевременного выхода из строя
| Причина | Доля отказов, % | Характерные признаки |
|---|---|---|
| Недостаточная или неправильная смазка | 36 | Повышенная температура, металлический шум |
| Неправильный монтаж | 16 | Вибрация, неравномерный износ |
| Загрязнение | 14 | Абразивный износ, шелушение |
| Усталость материала (естественный износ) | 34 | Питтинг, выкрашивание дорожек качения |
Методы диагностики
Вибрационный мониторинг
Измерение уровня вибрации является наиболее информативным методом оценки технического состояния подшипников. Контролируются среднеквадратичное значение виброскорости (СКЗ) и спектральный состав вибросигнала. Частоты дефектов тел качения, внутреннего и наружного колец рассчитываются по геометрии подшипника и частоте вращения.
Температурный контроль
Превышение рабочей температуры подшипника на 40-50C относительно температуры окружающей среды указывает на возможные проблемы: недостаток или избыток смазки, чрезмерный натяг, перегрузку. Тепловизионный контроль позволяет выявлять локальные зоны перегрева.
Характерные дефекты
- Питтинг (усталостное выкрашивание) - образование раковин на дорожках качения вследствие контактной усталости
- Фреттинг-коррозия - повреждение посадочных поверхностей от микроперемещений при вибрации
- Задир - схватывание поверхностей при недостаточной смазке
- Разрушение сепаратора - характерно для вибрационных нагрузок при неправильном выборе типа сепаратора
- Бринеллирование - вмятины на дорожках качения от ударных нагрузок
Вопросы и ответы
Для большинства вибрационных грохотов оптимальным выбором являются сферические роликовые подшипники специальных серий для вибромашин: SKF VA405/VA406, NSK VS Series, FAG E1 X-life T41A, NTN-SNR EF800. Они сочетают высокую грузоподъемность, способность к самоустановке, увеличенный радиальный зазор и упрочненный сепаратор, рассчитанный на работу при ускорениях свыше 5g. Выбор конкретного типоразмера определяется расчетом по действующим нагрузкам и требуемому ресурсу.
Подшипники серии SKF VA405 имеют трехсекционную систему сепаратора с поверхностной закалкой, плавающее направляющее кольцо в наружном кольце, увеличенный радиальный зазор группы C4 и повышенную точность размеров. Серия VA406 включает все особенности VA405 плюс покрытие из политетрафторэтилена (PTFE) на посадочной поверхности отверстия. Это покрытие защищает от фреттинг-коррозии и рекомендуется для плавающих опор, где возможны осевые микроперемещения вала относительно внутреннего кольца.
Для вибрационного оборудования рекомендуется радиальный зазор группы C4, который на 50-80% больше нормального зазора CN. Увеличенный зазор компенсирует его уменьшение при посадке с натягом и тепловом расширении деталей во время работы. Минимальный остаточный зазор после монтажа должен соответствовать группе C3. При недостаточном зазоре возникает защемление роликов, повышенный нагрев и ускоренный износ.
Рекомендуются пластичные смазки класса консистенции NLGI 2-3 на литиевом комплексном загустителе с вязкостью базового масла 150-460 сСт при 40C и противозадирными (EP) присадками. Смазка должна обладать механической стабильностью при циклических нагрузках и работоспособностью в диапазоне температур от -20C до +120C. Примеры подходящих смазок: SKF LGHB 2, Shell Gadus S3 V220C 2, Mobil Mobilux EP 2, Kluber Staburags NBU 8 EP.
Интервал пополнения смазки зависит от условий работы и составляет от 50 до 500 часов. При высокой запыленности, повышенной температуре или интенсивных нагрузках интервал сокращается. Количество смазки при пополнении определяется по формуле G = 0,005 x D x B (граммы), где D - наружный диаметр, B - ширина подшипника в мм. Избыточное количество смазки вызывает перегрев вследствие внутреннего трения в смазочном материале.
Номинальный ресурс L10h для подшипников грохотов обычно составляет от 5000 до 20000 часов в зависимости от типоразмера и условий работы. Применение подшипников специальных серий для вибромашин увеличивает фактический ресурс в 1,5-2 раза по сравнению со стандартными подшипниками. При круглосуточной эксплуатации это соответствует сроку службы от 0,5 до 2 лет.
Основные методы контроля: измерение уровня вибрации (СКЗ виброскорости не должно превышать 7,1 мм/с для грохотов согласно ISO 10816), контроль температуры (превышение более 40-50C относительно окружающей среды указывает на проблемы), визуальный осмотр уплотнений и утечек смазки. Современные системы вибромониторинга позволяют выявлять развивающиеся дефекты на ранней стадии по характерным частотам.
Разрушение сепаратора в вибрационном оборудовании чаще всего связано с применением подшипников со стандартным (полиамидным или штампованным стальным без закалки) сепаратором вместо специального вибростойкого. Также причинами могут быть недостаточная смазка, чрезмерный натяг посадки, несоосность валов. Для грохотов необходимы подшипники с массивными латунными или поверхностно-закаленными стальными сепараторами специальной конструкции.
Полезные материалы
Связанные товары и решения
Для эффективной работы оборудования рекомендуем также рассмотреть:
- Подшипники шариковые упорно-радиальные KOYO
- Шариковые радиально-упорные подшипники TIMKEN
- Роликовые подшипники 100 мм
- Вибродиагностика подшипниковых узлов с разъёмными корпусами
- Подшипники игольчатые радиальные IKO
- Линейные подшипники, внутренний диаметр 16 мм
- 5 причин износа подшипников за 3 месяца
- Роликовые подшипники 25 мм
- Plain bearings (подшипники скольжения)
- Роликовые подшипники SKF
- Подшипники линейные INA
- Упорные роликовые подшипники NKE
- Анализ масла подшипников: предиктивная диагностика по металлам износа 2025
- Радиальные шариковые подшипники NSK
Отказ от ответственности
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационный характер. Представленная информация основана на открытых технических источниках и не является руководством к действию. Автор и издатель не несут ответственности за любые последствия использования изложенной информации. При проектировании, монтаже и эксплуатации подшипниковых узлов необходимо руководствоваться действующими нормативными документами, рекомендациями производителей оборудования и привлекать квалифицированных специалистов.
Источники
- 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 18855-2013 (ISO 281:2007) Подшипники качения. Динамическая грузоподъемность и номинальный ресурс
- ГОСТ 24208-80 Втулки закрепительные подшипников качения. Основные размеры
- ГОСТ 520-2011 Подшипники качения. Общие технические условия
- SKF Group. SKF Explorer spherical roller bearings VA405 and VA406. Technical documentation
- NSK Ltd. Long-Life Vibrating Screen Series Spherical Roller Bearings. Technical Guide
- Schaeffler Technologies. FAG Special Spherical Roller Bearings for Vibratory Machinery X-life quality. TPI 197
- ISO 281:2007 Rolling bearings - Dynamic load ratings and rating life
- ISO 10816-3 Mechanical vibration - Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts
- Перель Л.Я., Филатов А.А. Подшипники качения: Расчет, проектирование и обслуживание опор. Справочник. М.: Машиностроение
