Подшипники вибровозбудителя грохота: замена и смазка

Подшипники вибровозбудителя грохота: замена и смазка

Вибровозбудитель (виброблок, дебалансный вал) — самый нагруженный узел инерционного грохота. Подшипники этого узла работают в крайне жёстких условиях: знакопеременные радиальные нагрузки с амплитудой до 5g и выше, высокая частота вращения, постоянная вибрация в направлениях, не совпадающих с осью вала, повышенная запылённость и температура. Применение в опорах вибровозбудителя обычных сферических роликоподшипников приводит к преждевременному разрушению сепаратора, шелушению дорожек качения, фреттинг-коррозии на посадочных шейках. Поэтому в опорах виброгрохотов применяются специально спроектированные подшипники для виброприменений — серии VA405/VA406 от SKF и аналогичные исполнения других производителей с поверхностно-упрочнёнными цельностальными сепараторами и плавающим направляющим кольцом. В статье разобраны конструкция вибровозбудителя, выбор подшипников под инерционные грохоты ГИЛ, ГИС, ГИТ, особенности корпусных узлов и уплотнений, технология замены, включая промывку керосином и проворот вала, требования к крепёжным болтам, а также регламент смазки и контроля.

1. Конструкция вибровозбудителя инерционного грохота

Вибровозбудитель инерционного грохота — узел, преобразующий вращательное движение от привода в направленные или круговые колебания короба грохота. В отечественных грохотах семейств ГИЛ, ГИС, ГИТ применяется механическая (центробежная) схема возбуждения с дисбалансным валом.

Базовые элементы

• Стальной корпус (виброблок) — сварная или литая конструкция, в которой смонтированы две опоры подшипников. Корпус прикреплён к боковым стенкам короба грохота через массивные стальные пластины и комплект высокопрочных болтов.
• Вал с дисбалансом — стальной кованый или прокатный вал из легированной стали (типовые марки — 40Х, 38ХМ, 38ХН3МФА с поверхностной закалкой посадочных шеек). На вал насажены или приварены эксцентриковые грузы (дебалансы); их положение определяет амплитуду и направление колебаний.
• Опорные подшипники — два сферических роликоподшипника специального исполнения для виброприменений; расположены симметрично относительно дебалансных масс.
• Распорные кольца, гайки осевой фиксации — задают осевое положение колец подшипников.
• Уплотнения — комбинированные лабиринтные, защищающие подшипник от пыли, влаги, абразивных частиц.
• Каналы смазки — обеспечивают подачу пластичной смазки к подшипникам и удержание её внутри узла.
• Привод — электродвигатель, передающий вращение валу через клиноремённую передачу или эластичную муфту; крепится на самостоятельной раме либо на вибрирующем коробе.

Схемы возбуждения колебаний

• Одновальная инерционная схема (ГИЛ, ГИС, ГИТ) — один дебалансный вал, создающий круговые или эллиптические колебания короба; короб установлен на пружинной (рессорной) подвеске.
• Двухвальная самобалансная схема — два синхронно вращающихся в противоположных направлениях дебалансных вала; результирующая сила имеет фиксированное направление, что даёт прямолинейные колебания.
• Самосинхронизирующаяся схема — два независимых дебалансных привода, синхронизирующихся за счёт упругой связи короба.

В семействе грохотов «Канмаш ДСО», «Механобр-Техника» и других отечественных производителей буквенно-цифровое обозначение типа имеет следующее значение:

• ГИЛ — грохот инерционный лёгкого типа;
• ГИС — грохот инерционный среднего типа;
• ГИТ — грохот инерционный тяжёлого типа;
• цифровой индекс (32, 41, 51, 52 и т. д.) указывает типоразмер по размерам просеивающей поверхности и числу ярусов сит.

2. Нагрузки и условия работы подшипников

Условия работы подшипников вибровозбудителя — одно из самых сложных применений сферических роликоподшипников в промышленности. Особенности:

Уровень вибрации

Стандартные сферические роликоподшипники общего назначения уверенно работают при уровнях вибрации до 5g. В вибровозбудителях грохотов уровень виброускорения в зоне опор регулярно превышает 5g; в тяжёлых режимах ГИТ и при больших амплитудах достигает 7–8g. Это требует применения специальных конструктивных решений, обеспечивающих повышенную прочность сепаратора и стабильность направляющего кольца.

Знакопеременные нагрузки

Центробежная сила дисбаланса вращается вместе с валом, поэтому радиальная нагрузка на каждый из двух рядов роликов в сферическом подшипнике постоянно изменяет направление с частотой f = n/60 (где n — частота вращения вала, об/мин). Это создаёт следующие специфические опасности:

• знакопеременная нагрузка вызывает циклическую усталость материала колец и тел качения;
• фреттинг-коррозия на посадочной поверхности неподвижного кольца относительно вала или корпуса при микроскопических смещениях;
• ложная бринеллинговая разметка дорожек при простоях машины под нагрузкой (необходимо периодически проворачивать вал во время длительных остановок);
• повышенный износ сепаратора при ударах роликов о его перемычки на стадии входа в зону нагружения.

Тепловой режим

Из-за интенсивных потерь на качение в сильно нагруженном вибрирующем узле подшипник нагревается значительно сильнее, чем при обычной работе. Установившаяся температура наружного кольца типично 65–85 °C, в тяжёлых режимах — до 95 °C. Это требует:

• применения подшипников с увеличенным радиальным зазором (группа C4 по ГОСТ 24810-2013) для компенсации теплового сокращения зазора при разогреве;
• смазочных материалов с высокой термостабильностью и адгезией к металлу;
• достаточной герметичности уплотнений во избежание вытекания разжиженной смазки.

3. Специализированные подшипники VA405/VA406 и аналоги

Для вибрационных применений ведущие производители подшипников выпускают специальные серии сферических роликоподшипников. Эталоном де-факто стали обозначения SKF: суффикс VA405 и VA406 в коде подшипника.

Особенности конструкции VA405

• Цельностальной поверхностно-упрочнённый сепаратор оконного типа (нитроцементированная сталь); устойчив к ударам от инерционных нагрузок на ролики, выдерживает виброускорения свыше 5g.
• Плавающее направляющее кольцо с поверхностной закалкой, центрированное на дорожке наружного кольца, направляет ненагруженные ролики и предотвращает их перекос при входе в зону нагрузки.
• Группа зазора C4 (увеличенный) — стандарт для VA405, компенсирует тепловое сокращение зазора в нагретом узле.
• Кольцевая канавка и три смазочных отверстия в наружном кольце (исполнение W33) — обеспечивают подвод смазки непосредственно к телам качения.
• Цилиндрическое или коническое отверстие (с буквой K — конусность 1:12 для монтажа на закрепительной втулке).

VA406 — модификация с PTFE-покрытием

Исполнение VA406 отличается от VA405 наличием полимерного покрытия (PTFE, тефлон) на цилиндрическом отверстии внутреннего кольца. Это покрытие:

• предотвращает фреттинг-коррозию между внутренним кольцом и валом при микросмещениях, характерных для вибрационных применений;
• исключает необходимость специальной поверхностной обработки самого вала;
• применяется на «плавающей» (нефиксирующей) опоре виброблока, где допускается ограниченное осевое перемещение внутреннего кольца под действием температурных деформаций.

Размерный ряд

SKF выпускает подшипники с суффиксом VA405 в типоразмерах от 22308 до 22344, с диаметрами отверстий от 40 до 220 мм. Конструктивные исполнения по диапазонам:

Аналоги других производителей

4. Подбор подшипников для грохотов ГИЛ, ГИС, ГИТ

В таблице приведены ориентировочные типоразмеры сферических роликоподшипников для вибровозбудителей наиболее распространённых отечественных инерционных грохотов. Точные обозначения и параметры всегда сверяются с заводским формуляром конкретного грохота.

Схема установки

В стандартной двухопорной компоновке вибровозбудителя:

• Фиксирующая опора — подшипник зажат между упорами в корпусе или гайкой на валу; воспринимает осевое усилие и фиксирует положение вала. Применяется подшипник с цилиндрическим отверстием либо с коническим (на закрепительной втулке).
• Плавающая опора — подшипник имеет осевой ход в расточке корпуса либо устанавливается с PTFE-покрытием (VA406) для допустимого микросмещения внутреннего кольца относительно вала. Компенсирует тепловое удлинение вала.

5. Корпусные узлы SNV и лабиринтные уплотнения

Для опор виброблоков применяются разъёмные корпуса плуммер-блокового типа, обеспечивающие:

• возможность ревизии и замены подшипника без съёма вала со станины;
• надёжную защиту подшипника от внешней среды;
• достаточную жёсткость для восприятия знакопеременных радиальных нагрузок.

Серия SNV (Schaeffler/FAG)

Разъёмные корпуса серии SNV — модульная серия для сферических роликоподшипников; широко применяется в виброгрохотах. Особенности применительно к виброприменениям:

• цельнолитой чугунный корпус серии SNV с фланцами для крепления к боковинам короба грохота;
• стандартное исполнение под подшипники в среднюю и широкую серии (исполнения SNV-L, SNV-F);
• возможность установки сферических роликоподшипников с цилиндрическим или коническим отверстием (на закрепительной втулке);
• широкий выбор уплотнений: лабиринтные (исполнение FSNV), такониновые (исполнение TSNV) для абразивных сред;
• посадочные размеры корпусов под наружный диаметр подшипника совпадают со SKF серии SNL, что упрощает взаимозаменяемость.

Серия SD (SKF)

Аналогичная серия SKF — разъёмные корпуса серии SD/SDG с двумя или тремя болтами крепления. Часть исполнений специально адаптирована под виброприменения; основной приоритет — жёсткость, надёжная фиксация подшипника и герметичность.

Лабиринтные уплотнения

В условиях запылённости (камнедробильные заводы, обогатительные фабрики, цементное производство), для которых характерны грохоты ГИЛ, ГИС, ГИТ, важнейшим элементом подшипникового узла является многоконтурное уплотнение:

• Многоступенчатый лабиринт — не имеет контакта между подвижными и неподвижными деталями, не нагревается, имеет неограниченный ресурс при условии правильного монтажа; задерживает пыль и крупные частицы.
• Камера с пластичной смазкой между ступенями лабиринта; смазка работает как «жидкое уплотнение», задерживая мелкие частицы пыли и атмосферную влагу.
• Тако-нитовые уплотнения (taconite) — конструкция, изначально разработанная для горнодобывающей промышленности при добыче таконитовой руды; включает два лабиринтных контура и резервуар для смазки между ними. Стандартное решение для виброгрохотов в тяжёлых пыльных условиях.
• V-кольца и манжеты с предусмотренной заменой по регламенту — дополнительный контактный контур.

6. Высокопрочные болты и крепёжные узлы

Крепление виброблока к коробу грохота и крышек корпусов подшипников к основанию выполняется болтовыми соединениями, на которые действуют циклические нагрузки при каждом обороте вала. Это требует применения высокопрочных болтов и контроля момента затяжки.

Требования к крепежу

• Класс прочности болтов — не ниже 8.8, в тяжёлых режимах и крупных грохотах — 10.9 или 12.9, по ГОСТ ISO 898-1-2014. Допустимо применение высокопрочных болтов по ГОСТ Р 52644-2006.
• Гайки соответствующего класса прочности по ГОСТ Р ИСО 898-2-2013.
• Шайбы плоские нормальной или повышенной точности по ГОСТ 11371-78; при больших нагрузках — пружинные или тарельчатые подкладные шайбы.
• Контроль момента затяжки динамометрическим ключом по значению, указанному в руководстве по эксплуатации грохота.
• Дополнительная фиксация резьбы — анаэробным фиксатором резьбы средней или высокой прочности, либо контргайкой, либо штатным механическим фиксатором.

Контроль крепежа в эксплуатации

Болтовые соединения вибрационных машин неизбежно подвержены постепенному ослаблению. Регламент контроля момента затяжки крепёжных болтов:

• после первых 8 часов работы после монтажа или ремонта;
• через 100 часов после начала эксплуатации;
• далее — с регулярной периодичностью, установленной руководством по эксплуатации (типично 250–500 моточасов).

7. Технология замены подшипников

Замена подшипников вибровозбудителя — плановая или вынужденная по результатам диагностики операция, требующая аккуратной работы и контроля чистоты сборки.

Признаки необходимости замены

• повышение виброуровня в зоне опор сверх установленных норм (контроль виброметром);
• нарастающий шум, «хруст», стуки в подшипнике;
• повышение температуры корпуса свыше 95–100 °C при штатных условиях работы;
• появление металлических частиц и тёмного шлама в отработанной смазке;
• выработка ресурса по нормативу изготовителя.

Демонтаж

1. Остановка грохота, выключение питания, навешивание таблички о запрете включения; запирание ввода. Слив скопившейся смазки.
2. Снятие приводных элементов (клиноремённой передачи или муфты), защитных кожухов, дебалансных грузов (для удобства манипуляций с валом).
3. Снятие крышек корпусов подшипниковых опор. Маркировка взаимного положения деталей для последующей правильной сборки.
4. Отворачивание гаек осевой фиксации, снятие распорных колец и крышек.
5. Выпрессовка подшипника с применением гидравлического или механического съёмника с упором в торец внутреннего кольца. Запрещены удары молотком по сепаратору, наружному кольцу или непосредственно по роликам.
6. При посадке на закрепительной втулке — отворачивание стяжной гайки и снятие подшипника с втулки.

Очистка и дефектация

1. Корпус подшипника и посадочные шейки вала промываются керосином или специальным растворителем (применение бензина и других легковоспламеняющихся жидкостей запрещено по требованиям пожарной безопасности).
2. Удаление всех остатков старой смазки, продуктов износа, частиц абразивной пыли. Чистота посадочных мест — обязательное условие надёжной работы нового подшипника.
3. Проверка геометрии посадочных шеек вала: отклонения формы и расположения по ГОСТ 3325-85, шероховатость Ra ≤ 1,25 мкм; отсутствие фреттинговых задиров.
4. Проверка состояния уплотнений; уплотнения подлежат замене вне зависимости от их видимого состояния.
5. Проверка состояния корпуса на отсутствие трещин — визуально и при необходимости методами неразрушающего контроля (магнитопорошковый по ГОСТ Р ИСО 9934-1, капиллярный по ГОСТ 18442-80).

Монтаж нового подшипника

1. Подшипник извлекается из заводской упаковки непосредственно перед монтажом. Заводская консервационная смазка большинства производителей не требует промывки.
2. Нагрев внутреннего кольца до 80–110 °C индукционным нагревателем (при цилиндрическом отверстии и тугой посадке) либо монтаж на закрепительной втулке с контролем осевого перемещения. Превышение температуры нагрева 120 °C недопустимо.
3. Установка подшипника на вал до упора в буртик с контролем правильности позиционирования; для VA406 — внутренним кольцом с PTFE-покрытием на сторону плавающей опоры.
4. Сборка корпуса, монтаж крышек, уплотнений; затяжка крепежа в соответствии с моментами, указанными в руководстве по эксплуатации.
5. Закладка свежей пластичной смазки в подшипник и заполнение свободного объёма корпуса на 30–50% (точная норма — по руководству).

Проворот вала после монтажа

Опробование и приёмка

1. Запуск на холостом ходу на пониженной частоте (если возможно); постепенный выход на номинальные обороты.
2. Контроль температуры корпуса, уровня вибрации, отсутствия посторонних шумов.
3. Прогон под нагрузкой со ступенчатым выходом на штатный режим.
4. Замер исходного эталонного значения вибропараметров для последующего сравнения при периодическом контроле.
5. Запись в формуляр грохота: дата замены, типоразмер и маркировка нового подшипника, фамилия исполнителя.

8. Смазка: марки, объём, периодичность

Состояние смазки — определяющий фактор ресурса подшипника вибровозбудителя. К смазочному материалу предъявляются жёсткие требования:

Требования к смазке

• температурный диапазон работы: от −30 до +120 °C (для типовых условий открытых производств), от −40 °C — для арктического исполнения;
• загуститель — литиевый или литиево-комплексный, со стойкостью к механическому разрушению при циклических нагрузках;
• несущая способность по нагрузке — высокая (EP-присадки, противозадирные присадки);
• стойкость к вымыванию водой и удержание на поверхности;
• хорошая адгезия к металлу — критично для исключения вытекания при вибрации;
• отсутствие в составе твёрдых наполнителей типа графита и MoS₂ для подшипников с полиамидным сепаратором; для стальных поверхностно-упрочнённых сепараторов VA405 — допустимы.

Типовые марки, применяемые в виброгрохотах: специализированные пластичные смазки с маркировкой «для вибрационных применений» или «EP/HD/Vibration screen». Заводская закладка SKF серии VA405 при поставке — смазка SKF LGEP 2 или эквивалент; точная марка для пополнения определяется руководством по эксплуатации грохота.

Объём смазки

• В сам подшипник — заполнение на 100% свободного объёма между телами качения, кольцами и сепаратором.
• В свободный объём корпуса — заполнение на 30–50%. Избыточное заполнение приводит к перегреву из-за внутреннего трения избыточной смазки.

Периодичность пополнения

Интервал пополнения смазки устанавливается изготовителем грохота; типовые ориентиры:

• пополнение через каждые 40–80 моточасов в тяжёлых режимах работы (ГИТ при максимальной загрузке);
• через 100–200 моточасов в средних режимах (ГИС);
• полная замена смазки с разборкой и промывкой подшипниковой полости — типично один раз в 1500–3000 моточасов либо при появлении признаков ухудшения свойств смазки (изменение цвета, твёрдые включения, обводнение).

9. Контроль состояния и регламент ТО

Объём ежесменного контроля

• визуальный осмотр зоны вибровозбудителя на отсутствие подтекания смазки;
• контроль уровня шума и стабильности работы;
• замер температуры корпуса (контактным или инфракрасным термометром); сравнение с эталонным значением;
• замер амплитуды колебаний короба грохота индикатором либо штатной шкалой;
• проверка отсутствия следов ослабления крепежа (визуально по контрольным меткам, нанесённым ранее).

Объём периодического контроля

• замер виброскорости и амплитуды на корпусах подшипниковых опор; сравнение со спектром и амплитудно-частотными характеристиками, зафиксированными после ввода в эксплуатацию;
• анализ отработанной смазки на наличие частиц износа (для крупных грохотов);
• контроль момента затяжки крепёжных болтов;
• контроль состояния и замена уплотнений по регламенту;
• контроль износа дебалансных грузов и крепления их к валу.

Диагностические критерии

10. Сопутствующие технические материалы

Для подбора подшипников и корпусов в виброприменения, а также по смежным вопросам обслуживания виброгрохотов будут полезны следующие разделы каталога и материалы:

• Подшипники — общий каталог.
• Сферические роликовые подшипники — основной тип для опор виброблоков.
• Двухрядные сферические роликовые подшипники.
• Подшипники C3 (с увеличенным зазором) — для применений, где не требуется специальная вибрационная серия с зазором C4.
• Роликовые подшипники — общая категория.
• Виброгасящие корпуса SNV для подшипников вибрационных грохотов.
• Подшипники грохотов и вибросит АБЗ.
• Корпусные подшипниковые узлы UCP/UCF для опор грохотов и вибропитателей.
• Подшипники вибровозбудителя дорожного катка — близкая по характеру нагружения тематика.
• Измерение уровня шума от дробилок и грохотов.

11. Часто задаваемые вопросы

12. Источники

• ГОСТ 520-2011 «Подшипники качения. Общие технические условия».
• ГОСТ 5721-75 «Подшипники роликовые радиальные сферические двухрядные. Типы и основные размеры».
• ГОСТ 24810-2013 «Подшипники качения. Внутренние зазоры».
• ГОСТ 3325-85 «Подшипники качения. Поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов. Посадки».
• ГОСТ 18855-2013 (ISO 281:2007) «Подшипники качения. Динамическая грузоподъёмность и номинальный ресурс».
• ГОСТ 21150-2017 «Смазка Литол-24. Технические условия».
• ГОСТ 8752-79 «Манжеты резиновые армированные для валов. Технические условия».
• ГОСТ ISO 898-1-2014 «Механические свойства крепёжных изделий из углеродистых и легированных сталей. Часть 1. Болты, винты и шпильки установленных классов прочности с крупным и мелким шагом резьбы».
• ГОСТ Р ИСО 898-2-2013 «Механические свойства крепёжных изделий из углеродистых и легированных сталей. Часть 2. Гайки установленных классов прочности».
• ГОСТ Р 52644-2006 «Болты высокопрочные с шестигранной головкой с увеличенным размером под ключ для металлических конструкций. Технические условия».
• ГОСТ 11371-78 «Шайбы. Технические условия».
• ГОСТ Р ИСО 9934-1-2011 «Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод. Часть 1. Основные требования».
• ГОСТ 18442-80 «Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования».
• ГОСТ Р ИСО 20816-3-2023 «Вибрация. Измерения вибрации и оценка вибрационного состояния машин. Часть 3. Промышленное оборудование мощностью свыше 15 кВт и частотой вращения от 120 до 30 000 мин⁻¹».
• SKF Spherical Roller Bearings — Technical Information (включает разделы по сериям VA405/VA406 для вибрационных применений).
• SKF Explorer Spherical Roller Bearings for Vibrating Screens (специализированный каталог).
• Schaeffler/FAG Spherical Roller Bearings Catalogue (серии T41A, T41D для виброприменений).
• FAG SNV Plummer Block Housing Catalogue.
• NSK Spherical Roller Bearings Catalogue (серии EAE4 VS4).
• Metso Crushing and Screening Handbook (разделы по конструкции и обслуживанию инерционных грохотов).
• Андреев С. Е., Перов В. А., Зверевич В. В. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. — М.: Недра.
• Олевский В. А. Конструкции и расчёт грохотов. — М.: Машиностроение.
• Гончаревич И. Ф., Урьев Н. Б., Талейсник М. А. Вибрационная техника в пищевой промышленности. — М.: Машиностроение (раздел по виброприводам).
• Бейзельман Р. Д., Цыпкин Б. В., Перель Л. Я. Подшипники качения. Справочник. — М.: Машиностроение, 1975.
• Перель Л. Я. Подшипники качения: расчёт, проектирование и обслуживание опор. — М.: Машиностроение, 1983.