Гайка главного вала конусной дробилки – важный крепёжный элемент, расположенный в верхней или нижней части главного вала, который фиксирует такие компоненты, как подшипник главного вала, эксцентриковая втулка и подвижный конус. Её основные функции включают осевую фиксацию (предотвращение смещения под воздействием вибрации и нагрузок), передачу нагрузки (распределение осевых нагрузок до сотен килоньютонов), регулировку предварительного натяга подшипника и предотвращение загрязнения.
Конструктивно это крупногабаритный сверхпрочный крепеж с цилиндрическим или шестигранным профилем, состоящий из корпуса гайки (высокопрочная легированная сталь 42CrMo/35CrMo или литая сталь ZG35CrMo), внутренней резьбы (класс допуска 6Н, крупный шаг М30–М100), фиксирующих механизмов (фиксирующие пазы, конический интерфейс, отверстия под установочные винты), поверхности приложения крутящего момента, канавки под уплотнитель и буртика/фланца.
Для крупногабаритных гаек (наружный диаметр >300 мм) процесс литья включает выбор материала (ZG35CrMo), изготовление модели (с усадкой), формовку (в песчано-глинистые формы или песчано-связующую смесь), плавку и заливку (контроль температуры и текучести), охлаждение и выбивку, а также термическую обработку (нормализацию и отпуск). Механическая обработка включает черновую обработку, обработку резьбы, обработку замковых элементов, термическую закалку (индукционная закалка резьбы до ХРК 45–50), чистовую обработку и обработку поверхности.
Контроль качества включает испытания материалов (химический состав и твёрдость), контроль размеров (КИМ и резьбовыми калибрами), испытания структурной целостности (магнитно-резонансная томография и ультразвуковая дефектоскопия), функциональные испытания (испытания на крутящий момент и вибрацию) и испытания на герметичность. Они гарантируют надёжную фиксацию гайки главного вала, что обеспечивает стабильную работу конусной дробилки при высоких нагрузках и сильных вибрациях.
Подробное описание гайки главного вала конусной дробилки
1. Функция и роль гайки главного вала
Гайка главного вала конусной дробилки (также известная как гайка шпинделя или гайка крепления вала) — это важный крепёжный элемент, расположенный на верхнем или нижнем конце главного вала и служащий для фиксации ключевых компонентов, таких как подшипник главного вала, эксцентриковая втулка или подвижный конус. Её основные функции включают в себя:
Аксиальная фиксация: Блокировка главного вала с эксцентриковой втулкой или корпусом подшипника, предотвращающая осевое смещение, вызванное высокочастотной вибрацией и знакопеременными нагрузками во время дробления.
Передача нагрузки: Распределение осевых нагрузок (до сотен килоньютонов) от подвижного конуса и главного вала на систему подшипников, обеспечивая сбалансированную передачу усилий.
Регулировка предварительного натяга подшипника: работа с прокладками или шайбами для установки оптимальной предварительной нагрузки на подшипник главного вала, что позволяет уменьшить люфт и улучшить устойчивость вращения.
Предотвращение загрязнения: создание уплотнения с главным валом и смежными компонентами для предотвращения попадания пыли, частиц руды и влаги в подшипниковую систему, что продлевает срок ее службы.
Учитывая ее роль в условиях высоких нагрузок и сильных вибраций, гайка главного вала должна обладать высокой прочностью на растяжение, ударопрочностью и устойчивостью к ослаблению.
2. Состав и конструкция гайки главного вала
Гайка главного вала представляет собой крупное, прочное крепление с цилиндрическим или шестигранным профилем, имеющее следующие основные компоненты и конструктивные детали:
Корпус ореха: Основная конструктивная часть, обычно изготавливаемая из высокопрочной легированной стали (например, 42CrMo или 35CrMo) сплошной или полой конструкции. Наружный диаметр составляет от 150 до 600 мм, толщина стенки — от 20 до 50 мм в зависимости от модели дробилки.
Внутренние резьбы: Прецизионная резьба (метрическая или дюймовая), сопрягаемая с наружной резьбой главного вала. Резьба часто имеет крупный шаг (M30–M100) для выдерживания высоких осевых нагрузок и допуск класса 6H для плотной посадки.
Механизм блокировки: Особенности, предотвращающие ослабление под воздействием вибрации, такие как:
Запирающие слоты: Кольцевые канавки на внешней поверхности гайки, которые совпадают со стопорными болтами на эксцентриковой втулке, ограничивая вращение.
Конический интерфейс: Коническое седло на одном конце, которое сопрягается с соответствующим конусом на главном валу или подшипнике, улучшая сцепление под нагрузкой.
Отверстия для установки винтов: Радиальные резьбовые отверстия для установочных винтов, которые прижимаются к главному валу, создавая фрикционную фиксацию.
Поверхность приложения крутящего момента: Шестигранный внешний профиль или квадратный привод на верхней поверхности, позволяющий прилагать крутящий момент с помощью гаечного ключа или гидравлического инструмента во время установки и снятия.
Уплотнительная канавка: Кольцевая канавка на внутренней или внешней поверхности, в которой размещается уплотнительное кольцо или прокладка, улучшающая уплотнение со смежными компонентами.
Плечо или фланец: Радиальный выступ на одном конце, который действует как стопор, ограничивая глубину вставки гайки и обеспечивая правильное позиционирование относительно подшипника.
3. Процесс литья гайки главного вала
Для гаек главного вала большого размера (наружный диаметр ссшш300 мм) литье является эффективным методом изготовления, позволяющим получить сложные формы:
Выбор материала:
Высокопрочная литая сталь (ZG35CrMo) предпочтительна благодаря своим превосходным механическим свойствам: пределу прочности на растяжение ≥700 МПа, пределу текучести ≥500 МПа и ударной вязкости ≥35 Дж/см². Она хорошо поддается механической обработке и закаливанию, подходит для использования в несущих конструкциях.
Изготовление выкроек:
Из дерева, пенопласта или напечатанной на 3D-принтере смолы создаётся точный шаблон, повторяющий внешний диаметр гайки, внутреннюю резьбу (упрощённо), стопорные элементы и фланец. Учитываются допуски на усадку (1,5–2%), причём для толстостенных участков допуски увеличиваются.
Модель включает в себя сердечник для формирования внутреннего отверстия, что обеспечивает точность размеров диаметра впадины резьбы.
Формование:
Подготавливается форма из сырого песка или песчано-связующего материала, в которую помещается модель, формирующая внешнюю форму и стержень для внутреннего отверстия. Полость формы покрывается огнеупорной смесью для улучшения качества поверхности и предотвращения попадания песка.
Плавка и заливка:
Литую сталь выплавляют в электродуговой печи при температуре 1520–1560 °C, при этом химический состав контролируется следующим образом: C 0,32–0,40%, Кр 0,8–1,1% и Мо 0,15–0,25% для обеспечения баланса прочности и вязкости.
Заливка производится при температуре 1480–1520 °C с помощью ковша с постоянной скоростью потока, чтобы избежать турбулентности и обеспечить полное заполнение формы, особенно в местах со сложными замковыми элементами.
Охлаждение и вытряхивание:
Отливку охлаждают в форме в течение 48–72 часов для снижения термических напряжений, после чего удаляют вибрацией. Остатки песка очищают дробеструйной обработкой (стальная колотая дробь G25), достигая шероховатости поверхности Ра25–50 мкм.
Термическая обработка:
Нормализация (850–900 °C, охлаждение на воздухе) измельчает зернистую структуру, после чего следует отпуск (600–650 °C) для снижения твердости до 180–230 HBW, что улучшает обрабатываемость.
4. Процесс обработки и изготовления
Черновая обработка:
Литая заготовка устанавливается на токарный станок с ЧПУ для обработки наружного диаметра, торца фланца, верхней и нижней поверхностей с припуском на чистовую обработку 2–3 мм. Основные размеры (например, высота гайки, толщина фланца) контролируются с точностью ±0,2 мм.
Обработка резьбы:
Внутренняя резьба нарезается метчиком или резьбофрезерным станком с ЧПУ, обеспечивая отклонение диаметра резьбы от конечного размера в пределах 0,5 мм. Для больших гаек профиль резьбы формируется одноточечным резьбонарезным инструментом.
Обработка фиксирующих элементов:
Фиксирующие пазы фрезеруются на наружной поверхности с помощью фрезерного станка с ЧПУ с допуском по глубине (±0,1 мм) и равномерным шагом (±0,5 мм) по окружности гайки.
Отверстия под установочные винты сверлятся и нарезаются резьбой по классу допуска 6H с перпендикулярностью (±0,1 мм/100 мм) относительно оси гайки для обеспечения надлежащего сцепления с главным валом.
Термическая обработка для закалки:
Поверхности резьбы гайки и несущие нагрузку зоны подвергаются индукционной закалке на глубину 1–3 мм, что позволяет достичь твердости поверхности ХРК 45–50 для повышения износостойкости и прочности резьбы.
Отпуск при температуре 200–250 °C снимает остаточные напряжения, предотвращая образование трещин при чистовой обработке.
Чистовая обработка:
Внутренняя резьба обработана до класса точности 6H с использованием прецизионного резьбонарезного метчика или шлифовального станка, что обеспечивает гладкие боковые поверхности резьбы и правильный диаметр шага для надлежащего сопряжения с главным валом.
Конический интерфейс (если применимо) шлифуется с допуском угла (±0,1°) и шероховатостью поверхности Ра1,6 мкм, что обеспечивает герметичное соединение с главным валом.
Поверхность приложения крутящего момента (шестигранный профиль) подвергается финишной обработке для достижения плоскостности (≤0,05 мм/м) и допуска на размер (±0,1 мм) для надежного захвата гаечного ключа.
Обработка поверхности:
Наружная поверхность гайки покрыта антикоррозийной краской или цинковым покрытием толщиной 5–8 мкм для защиты от коррозии. Резьба обработана противозадирным составом на основе дисульфида молибдена для облегчения монтажа и предотвращения заедания.
5. Процессы контроля качества
Испытание материалов:
Анализ химического состава (спектрометрия) подтверждает соответствие сплава стандартам (например, ZG35CrMo: C 0,32–0,40%, Кр 0,8–1,1%).
Испытание на твердость (по Роквеллу) гарантирует, что поверхности резьбы имеют твердость ХРК 45–50, а твердость сердцевины составляет ХРК 25–35 для обеспечения вязкости.
Проверка точности размеров:
Координатно-измерительная машина (КИМ) контролирует ключевые параметры: диаметр шага резьбы (±0,03 мм), наружный диаметр (±0,1 мм) и положение фиксирующих пазов.
Резьбовые калибры (кольцевые калибры) проверяют соответствие резьбе главного вала, обеспечивая плавное зацепление без чрезмерного люфта и заедания.
Испытание структурной целостности:
Магнитопорошковая дефектоскопия (МПД) позволяет обнаружить поверхностные трещины в резьбе, пазах для фиксации и основаниях фланцев, при этом любые дефекты длиной менее 0,5 мм приводят к отбраковке.
Ультразвуковой контроль (УЗК) проводится на крупных гайках для проверки наличия внутренних дефектов (например, усадочных пор) в несущих нагрузку областях.
Функциональное тестирование:
Испытание крутящего момента: гайка устанавливается на испытательный главный вал и затягивается с моментом затяжки 120% от номинального; последующий осмотр не выявляет никаких деформаций или срывов резьбы.
Испытание на вибрацию: гайка подвергается воздействию вибрации частотой 10–500 Гц в течение 2 часов, при этом с помощью динамометрического ключа не обнаруживается никакого измеримого ослабления (поворот ≤0,01 мм).
Испытание эффективности уплотнений:
Для гаек с канавками под уплотнитель устанавливается уплотнительное кольцо, а узел испытывается под давлением воздуха (0,2 МПа) для исключения утечек и подтверждения эффективности предотвращения загрязнения.
Благодаря этим процессам производства и контроля качества гайка главного вала достигает прочности, точности и надежности, необходимых для фиксации важнейших компонентов конусной дробилки, гарантируя стабильную работу в условиях больших нагрузок и сильной вибрации при горнодобывающей промышленности и переработке щебня.
