Эксцентриковая втулка конусной дробилки – основной вращающийся элемент вокруг главного вала – играет ключевую роль в обеспечении дробящего движения. Её основные функции – создание эксцентрикового движения (преобразование вращательного движения в орбитальное движение главного вала и движущегося конуса), передача крутящего момента, восприятие нагрузок (до тысяч килоньютонов) и обеспечение подачи смазки.
Конструктивно это цилиндрическая или коническая втулка со смещенным внутренним отверстием, состоящая из таких компонентов, как корпус втулки (высокопрочная легированная сталь или литая сталь типа 42CrMo или ZG42CrMo), эксцентриковое отверстие (со смещением 5–20 мм), зубья шестерни (эвольвентный профиль, модуль 10–25), смазочные каналы, фланец/заплечик и износостойкая втулка (бронза или баббит).
Для крупногабаритных втулок (наружный диаметр >500 мм) технологический процесс литья включает выбор материала (ZG42CrMo), изготовление модели (с усадкой), формовку (песчаная форма на смоляной связке), плавку и заливку (контроль температуры и расхода), охлаждение и выбивку, а также термическую обработку (нормализацию и отпуск). Технологический процесс механической обработки включает черновую обработку, зубообработку, термообработку под закалку (индукционная закалка зубьев шестерен до твердости ХРК 50–55), чистовую обработку (шлифовка до точности АГМА 6–7), установку износостойкой втулки и балансировку.
Контроль качества включает испытания материалов (химический состав и механические свойства), контроль размеров (КИМ и лазерный трекер для определения эксцентриситета и концентричности), испытания твёрдости и микроструктуры, неразрушающие испытания (ультразвуковой контроль и магнитно-резонансная томография), а также эксплуатационные испытания (вращательные и нагрузочные испытания). Они гарантируют соответствие эксцентриковой втулки требованиям к точности и долговечности для эффективной работы конусной дробилки в тяжёлых условиях.
Подробное описание компонента эксцентриковой втулки конусной дробилки
1. Функция и роль эксцентриковой втулки
Эксцентриковая втулка конусной дробилки (также называемая эксцентриковой втулкой или эксцентриковым цилиндром) — это основной вращающийся компонент, расположенный вокруг главного вала и играющий ключевую роль в обеспечении дробящего движения. Её основные функции включают:
Генерация эксцентрического движения: преобразование вращательного движения приводной шестерни в эксцентриковое (орбитальное) движение главного вала и подвижного конуса, создание дробящего действия путем периодического закрытия и открытия зазора между подвижным и неподвижным конусами.
Передача крутящего момента: Передача крутящего момента от шестерни (через зацепление с эксцентриковой шестерней) к главному валу, обеспечивая достаточную силу для дробления твердых материалов, таких как руды и камни.
Несущая способность: Восприятие радиальных и осевых нагрузок, возникающих при дроблении (до тысяч килоньютонов), равномерное их распределение по раме и подшипникам.
Канал смазки: внутренние масляные каналы, подающие смазку к главному валу и подшипникам, что снижает трение и тепловыделение при высокоскоростном вращении (обычно 150–300 об/мин).
Учитывая ее роль в работе с высокими нагрузками и скоростями, эксцентриковая втулка должна обладать исключительной прочностью, износостойкостью и точностью размеров, чтобы избежать преждевременного выхода из строя.
2. Состав и конструкция эксцентриковой втулки
Эксцентриковая втулка представляет собой цилиндрическую или коническую втулку со смещенным внутренним отверстием, имеющую следующие основные компоненты и конструктивные детали:
Корпус втулки: толстостенная цилиндрическая конструкция из высокопрочной легированной стали (например, 42CrMo или 35CrMo) или высококачественной литой стали (ZG42CrMo). Наружная поверхность часто оснащена крупным зубчатым колесом (эксцентриковым), входящим в зацепление с шестерней, с модулем упругости от 10 до 25 и числом зубьев от 30 до 80.
Эксцентриковое отверстие: центральное отверстие со смещением (эксцентриситетом) относительно внешнего диаметра, обычно 5–20 мм в зависимости от модели дробилки. Это смещение определяет ход подвижного конуса, напрямую влияя на эффективность дробления и производительность.
Зубья шестерни: Выполнена как единое целое или приварена к наружной поверхности втулки, имеет эвольвентный профиль (угол зацепления 20°) для обеспечения плавного зацепления с шестернёй. Шестерня предназначена для передачи высокого крутящего момента, ширина зубьев составляет 150–400 мм.
Каналы смазки: Внутренние просверленные отверстия или канавки, которые соединяются с основной системой смазки, доставляя масло к месту соединения втулки и главного вала, а также к верхнему и нижнему подшипникам.
Фланец или плечо: Радиальный выступ на одном конце втулки, действующий как поверхность упорного подшипника для поглощения осевых нагрузок и ограничения осевого перемещения относительно рамы.
Износостойкая подкладка: Сменная внутренняя втулка, изготовленная из подшипниковой бронзы (например, ZCuSn10Pb1) или баббита, запрессованная во внутреннее отверстие для уменьшения трения между втулкой и главным валом.
Эксцентриситет (смещение между внутренней и внешней осями) точно контролируется, чтобы гарантировать постоянство хода движущегося конуса, что напрямую влияет на производительность дробилки и размер продукта.
3. Процесс литья эксцентриковой втулки
Для больших эксцентриковых втулок (наружный диаметр 500 мм) предпочтительным методом изготовления является литье, позволяющее добиться сложных форм и создания цельных зубчатых передач:
Выбор материала:
Высокопрочная литая сталь (ZG42CrMo) выбрана благодаря своим превосходным механическим свойствам: пределу прочности на растяжение ≥800 МПа, пределу текучести ≥600 МПа и ударной вязкости ≥45 Дж/см². Она обладает хорошей прокаливаемостью и износостойкостью после термической обработки.
Изготовление выкроек:
Полномасштабная модель изготавливается из дерева, пенопласта или напечатанной на 3D-принтере смолы, воспроизводя внешний диаметр втулки, эксцентриковое отверстие, зубья шестерен (упрощённо), фланец и расположение смазочных каналов. Учитываются припуски на усадку (2–2,5%), а также увеличенные припуски на зубья шестерен и толстостенные участки.
Модель включает в себя сердечники для формирования эксцентрикового внутреннего отверстия и масляных каналов, что обеспечивает размерную точность смещения.
Формование:
Подготавливается песчаная форма на смоляной связке с отдельными стержнями для внутреннего отверстия и зубьев шестерён. Форма и стержни покрываются огнеупорной смесью (на основе оксида алюминия) для предотвращения проникновения металла и улучшения качества поверхности.
Сборка формы осуществляется с точным выравниванием внутреннего сердечника, чтобы обеспечить соответствие эксцентриситета (смещения) проектным характеристикам (допуск ±0,1 мм).
Плавка и заливка:
Литую сталь выплавляют в электродуговой печи при температуре 1530–1570 °C, ее химический состав контролируется в пределах C 0,38–0,45%, Кр 0,9–1,2%, Мо 0,15–0,25% для обеспечения баланса прочности и вязкости.
Заливка производится из ковша с донным заливом, с регулируемой скоростью подачи (100–200 кг/с) для предотвращения турбулентности и обеспечения полного заполнения формы, особенно зубьев шестерен. Температура заливки поддерживается в пределах 1490–1530 °C.
Охлаждение и вытряхивание:
Отливка охлаждается в форме в течение 72–120 часов для минимизации термических напряжений, после чего удаляется вибрацией. Остатки песка очищаются дробеструйной обработкой (стальная колотая дробь G18) до достижения шероховатости поверхности Ра50–100 мкм.
Термическая обработка:
Нормализация (860–900 °C, охлаждение на воздухе) измельчает зернистую структуру, после чего следует отпуск (600–650 °C) для снижения твердости до 220–260 HBW, что улучшает обрабатываемость.
4. Процесс обработки и изготовления
Черновая обработка:
Литая заготовка устанавливается на токарный станок с ЧПУ с эксцентриковым приспособлением для обработки наружного диаметра, торца фланца и опорной поверхности внешнего зубчатого колеса с припуском на чистовую обработку 5–8 мм. Внутреннее отверстие растачивается черновым способом для определения эксцентриситета с допуском ±0,2 мм.
Обработка зубчатых колес:
Зубья наружной шестерни обрабатываются вчерне на зубофрезерном станке с ЧПУ с припуском на чистовую обработку 0,5–1 мм. Параметры шестерни (модуль, угол зацепления, число зубьев) точно контролируются для соответствия шестерне.
Термическая обработка для закалки:
Зубья шестерен и наружная поверхность подвергаются индукционной закалке на глубину 2–5 мм, что обеспечивает поверхностную твёрдость ХРК 50–55 для повышения износостойкости. Внутреннее отверстие и поверхности подшипников имеют более низкую твёрдость (ХРК 25–35) для повышения прочности.
Отпуск при температуре 200–250 °С снимает остаточные напряжения, возникающие при закалке, предотвращая образование трещин при последующей обработке.
Чистовая обработка:
Внешний диаметр и зубья шестерни: Внешняя поверхность и зубья шестерни подвергаются финишной обработке на зубошлифовальном станке с ЧПУ для достижения точности АГМА 6–7, с отклонением профиля зуба ≤0,02 мм и шероховатостью поверхности Ра0,8 мкм.
Внутреннее отверстие: Эксцентриковое внутреннее отверстие окончательно расточено и отхонинговано с допуском размеров IT6 и шероховатостью поверхности Ра0,4 мкм для обеспечения надлежащей посадки износостойкой втулки.
Каналы смазки: Масляные отверстия и канавки просверлены и нарезаны резьбой с точным позиционированием (±0,2 мм) для совмещения с системой смазки главного вала.
Установка износостойкой подкладки:
Бронзовый или баббитовый вкладыш запрессовывается во внутреннее отверстие гидропрессом с натягом (0,05–0,1 мм) для обеспечения надёжного соединения. Внутренняя поверхность вкладыша подвергается чистовой обработке под диаметр главного вала.
Балансировка:
Собранная эксцентриковая втулка динамически балансируется на балансировочном станке для коррекции эксцентриситета масс, обеспечивая уровень вибрации ≤0,1 мм/с на рабочей скорости, чтобы предотвратить чрезмерный износ подшипников.
5. Процессы контроля качества
Испытание материалов:
Анализ химического состава (с помощью оптической эмиссионной спектрометрии) подтверждает, что содержание сплава соответствует стандартам (например, 42CrMo: C 0,38–0,45%, Кр 0,9–1,2%).
Испытание на растяжение литых образцов подтверждает механические свойства: прочность на растяжение ≥800 МПа, относительное удлинение ≥12%.
Проверка точности размеров:
Координатно-измерительная машина (КИМ) контролирует основные размеры: эксцентриситет (смещение между внутренней и внешней осями, допуск ±0,05 мм), параметры зубчатых передач и допуски внутреннего и внешнего диаметров.
Лазерный трекер проверяет концентричность внешней шестерни и внутреннего отверстия, обеспечивая совмещение с главным валом.
Испытание твердости и микроструктуры:
Поверхностную твердость зубьев шестерен измеряют с помощью твердомера Роквелла (требуется ХРК 50–55).
Металлографический анализ проверяет глубину и однородность закаленного слоя, гарантируя отсутствие чрезмерного мартенсита и трещин.
Неразрушающий контроль (НК):
Ультразвуковой контроль (УЗК) проверяет корпус втулки на наличие внутренних дефектов (например, усадочных пор, трещин) с предельным размером φ2 мм.
Магнитопорошковая дефектоскопия (МПД) позволяет обнаружить поверхностные трещины на зубьях шестерен и в зонах концентрации напряжений (например, в основаниях фланцев).
Тестирование производительности:
Испытание на вращение: втулка устанавливается на испытательном стенде и вращается на рабочей скорости в течение 2 часов, при этом ведется мониторинг вибрации и температуры для обеспечения стабильности.
Испытание под нагрузкой: имитация осевой нагрузки (120% от номинальной нагрузки) прикладывается в течение 1 часа, последующий осмотр не выявляет никаких деформаций или отказов подшипника.
Благодаря строгим процессам изготовления и контроля качества эксцентриковая втулка достигает точности и долговечности, необходимых для создания эксцентрикового движения, необходимого для эффективной работы конусной дробилки, гарантируя надежную работу в тяжелых условиях добычи полезных ископаемых и обработки щебня.
