Муфта промежуточного вала конусной дробилки – важнейший компонент силовой передачи, соединяющий промежуточный вал с главным приводом. Она играет ключевую роль в передаче крутящего момента (передача вращательного момента для осуществления дробления), компенсации несоосности (компенсации незначительных осевых, радиальных или угловых несоосностей), гашения вибраций (поглощения ударов, вызванных изменением нагрузки), а также в дополнительной защите от перегрузки (с помощью срезных штифтов или фрикционных дисков). Она требует высокой прочности на кручение, усталостной прочности и гибкости для работы при частоте вращения 500–1500 об/мин.
Конструктивно это узел фланцевого или втулочного типа, состоящий из ступиц муфт (высокопрочная литая или кованая сталь со шпоночными пазами/шлицами), гибкого элемента (резиновые/эластомерные диски, зубья шестерен или штифт и втулка), фланцевых пластин, крепежных деталей и дополнительных отверстий под срезные штифты.
Ступицы муфт изготавливаются методом литья: подбор материала (ZG35CrMo), изготовление моделей (с усадкой), формовка (в песчано-полимерную форму), плавка и заливка (контроль температуры и расхода), охлаждение и выбивка, термическая обработка (нормализация и отпуск). Технологический процесс включает механическую обработку ступиц (черновую и чистовую), изготовление упругих элементов (литье резиновых элементов, зубонарезание зубчатых элементов), обработку фланцевых пластин, сборку и обработку поверхности.
Контроль качества включает в себя испытания материалов (химический состав и предел прочности на разрыв), проверку точности размеров (КИМ и контрольно-измерительные приборы), испытания механических свойств (твердость и кручение), неразрушающие испытания (магнитно-резонансная томография и ультразвуковая дефектоскопия) и функциональные испытания (испытания на несоосность и перегрузку). Они гарантируют, что муфта промежуточного вала обеспечивает надежную передачу мощности и стабильную работу конусной дробилки в горнодобывающей промышленности и при переработке щебня.
Подробное описание компонента муфты промежуточного вала конусной дробилки
1. Функция и роль муфты промежуточного вала
Муфта промежуточного вала конусной дробилки (также известная как муфта промежуточного вала или муфта вала-шестерни) — это важнейший компонент силовой передачи, соединяющий промежуточный вал (вал) с главной приводной системой (например, двигателем или редуктором). Её основные функции включают в себя:
Передача крутящего момента: передача вращательного момента от приводного двигателя к промежуточному валу, который затем приводит в движение шестерню и эксцентриковую втулку, в конечном итоге обеспечивая дробящее движение.
Компенсация несоосности: Компенсация незначительных осевых, радиальных или угловых несоосностей (обычно ≤0,5 мм осевых, ≤0,1 мм радиальных, ≤1° угловых) между промежуточным валом и приводным валом, что снижает нагрузку на подшипники и валы.
Демпфирование вибраций: Поглощение ударов и вибрации, возникающих при резких изменениях нагрузки (например, при дроблении твердых материалов), защита двигателя, шестерен и других прецизионных компонентов от повреждений.
Защита от перегрузки: Некоторые конструкции включают в себя срезные штифты или фрикционные диски, которые выходят из строя при экстремальных перегрузках, предотвращая катастрофические повреждения приводной системы.
Учитывая ее роль в работе с высоким крутящим моментом и высокой скоростью (обычно 500–1500 об/мин), муфта промежуточного вала должна обладать высокой прочностью на кручение, усталостной прочностью и гибкостью.
2. Состав и конструкция муфты промежуточного вала
Муфта промежуточного вала обычно представляет собой узел фланцевого или втулочного типа со следующими основными компонентами и конструктивными деталями:
Муфтовые ступицы: Две цилиндрические ступицы (входная и выходная) с внутренними отверстиями, которые крепятся к промежуточному и ведущему валам. Ступицы часто изготавливаются из высокопрочной литой стали (например, ZG35CrMo) или кованой стали со шпоночными пазами или шлицами для передачи крутящего момента.
Гибкий элемент: компонент, который соединяет две ступицы, допуская при этом несоосность, например:
Резиновые или эластомерные диски: Упругие диски, прикрепленные к металлическим пластинам, обеспечивают гибкость и гашение вибраций.
Зубья шестерни: Внешние или внутренние зубья шестерни на одной ступице, которые входят в зацепление с соответствующей шестерней на другой ступице (зубчатая муфта), что допускает угловое несоосность.
Штифт и втулка: Стальные штифты, прикрепленные к одной ступице, входят во втулки на другой ступице; втулки изготовлены из бронзы или полимера для низкого трения.
Фланцевые пластины: Металлические пластины, прикрученные к ступицам болтами и фиксирующие гибкий элемент. Фланцы имеют равномерно расположенные отверстия под болты для сборки, что обеспечивает равномерное распределение нагрузки.
Крепеж: высокопрочные болты (например, класса прочности 8.8 или 10.9) и гайки, скрепляющие ступицы и гибкий элемент вместе, со стопорными шайбами или фиксатором резьбы для предотвращения ослабления.
Отверстия под срезные штифты (опционально): Радиальные отверстия для срезных штифтов, которые ломаются под действием чрезмерного крутящего момента, действуя как предохранительный механизм, защищающий приводную систему.
3. Процесс литья ступиц муфт
Ступицы муфт, часто большие и сложные по форме, обычно изготавливаются методом литья:
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 обладает хорошей литейной способностью и обрабатываемостью, подходит для передачи крутящего момента.
Изготовление выкроек:
Из дерева, пенопласта или напечатанной на 3D-принтере смолы создаётся прецизионная модель, повторяющая внешний диаметр ступицы, внутреннее отверстие, шпоночный паз, фланец и отверстия под болты. Припуски на усадку (1,5–2%) добавляются, а для толстостенных участков (например, для основания фланца) допускаются более крупные припуски.
В шаблон включены сердечники для формирования внутреннего отверстия и шпоночного паза, что обеспечивает точность размеров.
Формование:
Подготавливается песчаная форма на основе смолы, в которую помещаются модель и стержни, формирующие форму ступицы. Полость формы покрывается огнеупорной смесью (на основе оксида алюминия) для улучшения качества поверхности и предотвращения попадания песка.
Плавка и заливка:
Литую сталь выплавляют в электродуговой печи при температуре 1520–1560 °C, химический состав контролируют следующим образом: C 0,32–0,40%, Кр 0,8–1,1%, Мо 0,15–0,25% для 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 сложных элементах, таких как шпоночные канавки.
Охлаждение и вытряхивание:
Отливка охлаждается в форме в течение 48–72 часов для минимизации термических напряжений, после чего удаляется вибрацией. Остатки песка очищаются дробеструйной обработкой (стальная дробь G25) до достижения 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
Обработка ступиц:
Черновая обработка: Литая ступица устанавливается на токарный станок с ЧПУ для обработки наружного диаметра, торца фланца и внутреннего отверстия с припуском на чистовую обработку 2–3 мм. Шпоночные пазы обрабатываются черновым фрезерованием на фрезерном станке с ЧПУ.
Чистовая обработкаВнутреннее отверстие хонинговано с допуском размеров H7 (для посадки с зазором на вал) и шероховатостью поверхности Ра0,8 мкм. Шпоночные пазы или шлицы обработаны в соответствии со стандартом ДИН 6885, что обеспечивает точное прилегание к шпонкам вала.
Производство гибких элементов:
Для резиновых/эластомерных элементов: Эластомерные композиции (например, нитрильный каучук или полиуретан) формуются в диски с металлическими вставками, отверждаются при температуре 150–180 °C в течение 10–20 минут для достижения твердости по Шору 60–80 А.
Для зубчатых элементов: Зубья шестерен нарезаются на одной ступице с помощью зубофрезерного станка с ЧПУ, с модулем 3–8 и углом зацепления 20°, что обеспечивает совместимость с ответной ступицей.
Обработка фланцевых пластин:
Фланцевые пластины вырезаются из стальных листов (например, Q355B) лазерной резкой, затем в них просверливаются отверстия под болты (допуск положения ±0,1 мм) на сверлильном станке с ЧПУ. Сопрягаемые поверхности шлифуются до плоскостности (≤0,05 мм/м) для плотного прилегания к ступицам.
Сборка:
Гибкий элемент зажат между двумя ступицами, фланцевые пластины скреплены вместе высокопрочными болтами (класса 8.8), затянутыми с заданным моментом затяжки (обычно 200–500 Н·м).
В конструкциях со срезными штифтами штифты (изготовленные из стали 45#, подвергнутой термообработке до твердости ХРК 30–35) вставляются в предварительно просверленные отверстия, что гарантирует, что они являются самым слабым звеном на пути крутящего момента.
Обработка поверхности:
Ступицы и фланцевые пластины покрыты эпоксидной краской или цинком (толщиной 5–8 мкм) для защиты от коррозии. Обработанные поверхности отверстий обработаны противозадирным составом для облегчения монтажа.
5. Процессы контроля качества
Испытание материалов:
Анализ химического состава (спектрометрия) подтверждает, что материалы ступицы соответствуют стандартам (например, ZG35CrMo: C 0,32–0,40%).
Испытание на растяжение образцов ступиц подтверждает прочность на растяжение ≥700 МПа и относительное удлинение ≥12%.
Проверка точности размеров:
Координатно-измерительная машина (КИМ) проверяет размеры ступицы: диаметр отверстия (допуск H7), глубину/ширину шпоночного паза (±0,05 мм) и плоскостность фланца.
Положение отверстий под болты проверяется с помощью контрольного прибора, чтобы обеспечить совмещение ступиц и фланцев.
Испытание механических свойств:
Испытание на твердость (по Бринеллю) обеспечивает твердость ступицы 180–230 HBW; зубья шестерен (если применимо) подвергаются индукционной закалке до твердости ХРК 50–55, что подтверждается испытанием по Роквеллу.
Испытание на кручение подвергает муфту воздействию крутящего момента 120% от номинального в течение 10 минут, при этом не допускается наличие остаточной деформации или трещин.
Неразрушающий контроль (НК):
Магнитопорошковая дефектоскопия (МПД) позволяет обнаружить поверхностные трещины в шпоночных пазах ступиц и основаниях фланцев, при этом любой дефект длиной менее 0,3 мм приводит к отбраковке.
Ультразвуковой контроль (УЗК) позволяет проверить корпуса ступиц на наличие внутренних дефектов (например, усадочных пор) в областях, несущих нагрузку.
Функциональное тестирование:
Испытание на несоосность: Муфта работает на номинальной скорости с максимально допустимой несоосностью, при этом уровень вибрации (измеряемый с помощью акселерометра) ограничивается ≤5 мм/с.
Испытание на перегрузку: для конструкций со срезными штифтами муфта подвергается воздействию крутящего момента, составляющего 150% номинального, что позволяет убедиться в том, что срезные штифты выйдут из строя до того, как произойдет повреждение ступицы или вала.
Благодаря этим процессам муфта промежуточного вала обеспечивает надежную передачу мощности, компенсацию несоосности и защиту от перегрузки, способствуя стабильной и эффективной работе конусной дробилки в горнодобывающих и щебнеперерабатывающих цехах.
