В данной статье подробно описывается зубчатая передача конусной дробилки – основной элемент трансмиссии, передающий мощность двигателя на эксцентриковый вал, приводящий в движение движущийся конус. Она выполняет ключевые функции передачи мощности, регулирования скорости и усиления крутящего момента, требуя высокой прочности, износостойкости и точности.
Описаны состав и структура зубчатой передачи, включая корпус шестерни (легированная сталь, сплошной или полый), зубья (эвольвентный профиль с определенными параметрами), соединение отверстия/вала, ступицы/фланца, смазочные канавки и перемычки/ребра для крупных зубчатых передач.
Для крупных зубчатых передач процесс литья детализирован: выбор материала (ZG42CrMo), изготовление модели, формовка, плавка, заливка, охлаждение и термическая обработка. Механическая обработка включает черновую обработку, нарезание зубьев (зубчатая фреза или зубодолбление), упрочняющую термическую обработку (цементацию, закалку, отпуск), чистовую обработку (шлифовку) и удаление заусенцев.
Меры контроля качества включают испытания материалов (химический анализ, испытания на растяжение и удар), размерный контроль (КИМ, центр измерения зубчатых передач), испытания твердости и микроструктуры, динамические испытания (испытания на сетке и под нагрузкой), а также неразрушающий контроль (МПТ, УЗК). Они гарантируют соответствие редуктора требованиям точности, прочности и долговечности, гарантируя надежную работу в условиях интенсивного дробления.
Подробное введение в компонент редуктора конусной дробилки
1. Функция и роль редуктора конусной дробилки
Зубчатая передача конусной дробилки (часто называемая ведущей шестерней или шестернёй) — это основной компонент трансмиссии, передающий мощность от двигателя к эксцентриковому валу дробилки, приводя в колебательное движение движущийся конус. Её основные функции включают:
Передача энергии: преобразование энергии вращения двигателя в механическое движение посредством зацепления с эксцентриковой шестерней или зубчатой передачей, что обеспечивает цикл дробления.
Регулирование скорости: Регулировка скорости вращения эксцентрикового вала (обычно 150–300 об/мин) в соответствии с проектной производительностью дробилки и твердостью материала.
Усиление крутящего момента: Увеличение крутящего момента для преодоления высокого сопротивления, возникающего при дроблении материала, что обеспечивает стабильную работу при больших нагрузках.
Учитывая его роль в непрерывной работе с высоким крутящим моментом, передача должна обладать высокой прочностью, износостойкостью и точностью, чтобы избежать преждевременного выхода из строя.
2. Состав и конструкция редуктора конусной дробилки
Зубчатые колеса конусных дробилок обычно представляют собой цилиндрические прямозубые или конические шестерни со следующими основными компонентами и конструктивными особенностями:
Корпус шестерни: Цилиндрическая или коническая конструкция из высокопрочной легированной стали (например, 40CrNiMoA или 20CrMnTi) с наружными зубьями, обработанными по точным размерам. Корпус может быть сплошным (для небольших зубчатых передач) или полым (для крупных зубчатых передач) для уменьшения веса при сохранении жёсткости.
Зубы: наиболее ответственная деталь с эвольвентным профилем (угол зацепления 20°) для обеспечения плавного зацепления. Параметры зубьев включают модуль (8–20), количество зубьев (15–40) и ширину зуба (100–300 мм) в зависимости от мощности дробилки.
Соединение отверстия или вала: Центральное отверстие (для шестерен) или шпоночный паз (для зубчатых передач), соединяющееся с валом двигателя или эксцентриковым узлом. Отверстие обработано с высокой точностью для обеспечения концентричности с зубьями шестерни и минимизации вибрации.
Ступица или фланец: усиленная секция на конце шестерни с отверстиями для болтов или шлицами для крепления шестерни к валу или муфте. Ступица улучшает передачу крутящего момента и предотвращает осевое смещение.
Смазочные канавки: Окружные или осевые канавки на боковых поверхностях зубьев и поверхности отверстия для распределения смазки, что снижает трение и износ во время зацепления.
Перепонки или ребра: Внутренние усиливающие конструкции в крупных передачах (диаметром ≥500 мм) для снижения веса и улучшения рассеивания тепла без ущерба для целостности конструкции.
3. Процесс литья зубчатого колеса (для больших зубчатых колес)
Крупногабаритные зубчатые колеса (например, зубчатые колеса диаметром 800 мм) часто изготавливают методом литья для достижения сложных форм и высокой прочности конструкции:
Выбор материала:
Высокопрочная литая сталь (ZG42CrMo) предпочтительна из-за превосходного сочетания прочности на растяжение (≥785 МПа), ударной вязкости (≥45 Дж/см²) и закаливаемости.
Изготовление выкроек:
Создаётся полноразмерная модель из пенопласта или дерева, повторяющая внешний диаметр шестерни, зубья, отверстие и ступицу. Для усадки после литья добавляются допуски на усадку (2–3%) и углы уклона (3°).
Формование:
Вокруг модели формируются песчаные формы на основе смолы, а центральное отверстие формируется с помощью песчаного стержня. Полость формы покрывается огнеупорной смесью для обеспечения гладкой поверхности.
Плавка и заливка:
Легированную сталь выплавляют в электродуговой печи при температуре 1550–1600 °C, ее химический состав контролируется следующим образом: C (0,40–0,45%), Кр (0,9–1,2%) и Мо (0,15–0,25%).
Заливка производится при температуре 1480–1520 °С с использованием разливочного ковша с нижним расположением литья, что позволяет минимизировать турбулентность и обеспечить равномерное заполнение полости формы.
Охлаждение и вытряхивание:
Отливка охлаждается в форме в течение 72–96 часов для снижения термических напряжений, затем извлекается вибрацией. Остатки песка очищаются дробеструйной очисткой.
Термическая обработка:
Нормализация (860–900 °C, охлаждение на воздухе) измельчает зернистую структуру, после чего следует отпуск (600–650 °C) для достижения твердости 220–250 HBW, что улучшает обрабатываемость.
4. Процесс обработки и изготовления
Черновая обработка:
Заготовка шестерни устанавливается на токарный станок с ЧПУ для обработки наружного диаметра, торца и отверстия с припуском на чистовую обработку 3–5 мм. Шпоночные пазы или шлицы обрабатываются черновым способом на фрезерном станке.
Прорезывание зубов:
Для прямозубых колес: зубья нарезаются на зубофрезерном станке (фрезой соответствующего модуля), получая грубый профиль с припуском на чистовую обработку 0,3–0,5 мм.
Для конических зубчатых передач: для нарезания конического профиля зуба используется зубодолбёжный станок или генератор конических зубчатых передач с ЧПУ, обеспечивающий точное зацепление с сопряжённой шестернёй.
Термическая обработка для закалки:
Шестерня подвергается цементации (900–930 °C в течение 8–12 часов) для создания твёрдого поверхностного слоя (толщиной 0,8–1,5 мм), закалке (в масле до 850–880 °C) и низкотемпературному отпуску (180–200 °C). В результате достигается твёрдость поверхности ХРК 58–62 (износостойкость) и твёрдость сердцевины (ХРК 30–35).
Чистовая обработка:
Зубья шлифуются на зубошлифовальном станке до точности АГМА 6–8, с отклонениями профиля зубьев ≤0,02 мм и шероховатостью поверхности Ра0,8–1,6 мкм.
Отверстия и монтажные поверхности отшлифованы с точностью до IT6, что обеспечивает концентричность с осью шестерни (биение ≤0,03 мм).
Удаление заусенцев и полировка:
Кромки зубьев зачищаются с помощью щетки или абразивного круга для предотвращения концентрации напряжений и снижения шума во время зацепления.
Смазочные канавки отполированы для обеспечения беспрепятственного потока масла.
5. Процессы контроля качества
Испытание материалов:
Анализ химического состава (спектрометрическим методом) подтверждает содержание легирующих элементов (например, 40CrNiMoA: C 0,37–0,44%, Ни 1,25–1,65%).
Испытание на растяжение на образцах подтверждает предел текучести (≥835 МПа) и ударную вязкость (≥68 Дж/см² при -20 °C).
Проверка точности размеров:
Координатно-измерительная машина (КИМ) контролирует ключевые параметры: погрешность шага зубьев (≤0,02 мм), толщину зубьев (±0,015 мм) и концентричность отверстия.
Центр измерения зубчатых передач оценивает эвольвентный профиль, угол наклона винтовой линии и шаг зубьев, обеспечивая соответствие стандартам АГМА.
Испытание твердости и микроструктуры:
Твердость поверхности измеряется с помощью твердомера Роквелла (для поверхности зуба требуется твердость ХРК 58–62).
Металлографический анализ проверяет глубину и микроструктуру цементированного слоя (отсутствие чрезмерного остаточного аустенита или карбидных сеток).
Динамическое тестирование производительности:
Испытание зацепления шестерен: шестерня устанавливается в паре с ответной шестерней на испытательном стенде для измерения шума (≤85 дБ при номинальной скорости) и вибрации (≤0,1 мм/с).
Испытание под нагрузкой: испытание крутящим моментом 120% от номинального значения проводится в течение 2 часов для проверки деформации или растрескивания зубьев.
Неразрушающий контроль (НК):
Магнитопорошковая дефектоскопия (МПД) позволяет обнаружить поверхностные трещины в области зубьев и ступиц.
Ультразвуковой контроль (УЗК) проверяет корпус шестерни на наличие внутренних дефектов (например, усадочные поры размером >φ3 мм отбраковываются).
Благодаря соблюдению этих процессов шестерня конусной дробилки достигает необходимой точности, прочности и долговечности, обеспечивая надежную передачу мощности и длительный срок службы в сложных условиях дробления.
