Главный вал конусной дробилки – важнейший вращающийся компонент, соединяющий эксцентриковую втулку с подвижным конусом, – выполняет такие ключевые функции, как передача мощности (приводит в движение эксцентрик подвижного конуса), несущий груз (выдерживает осевые и радиальные нагрузки до тысяч килоньютонов), направление движения эксцентрика (поддержание траектории движения подвижного конуса) и выравнивание конструкции (обеспечение концентричности подвижного и неподвижного конусов). Для работы при частоте вращения 500–1500 об/мин требуются исключительная прочность на разрыв, усталостная прочность и точность размеров.
Конструктивно это ступенчатая цилиндрическая или коническая кованая деталь, состоящая из корпуса вала (высокопрочная легированная сталь 42CrMo или 35CrNiMo диаметром 100–500 мм и длиной 500–2000 мм), верхнего конусного узла, эксцентрикового сопряжения втулки, опорных шеек, заплечиков и шпоночных пазов, а также каналов смазки.
Технология изготовления включает ковку (нагрев заготовок до 1100–1200°C, свободную ковку, точную ковку) и термическую обработку (закалку с отпуском, локальное поверхностное упрочнение). Технологический процесс изготовления включает черновую механическую обработку, прецизионную обработку ответственных деталей, сверление каналов смазки, балансировку и обработку поверхности.
Процессы контроля качества включают испытания материалов и поковок (анализ химического состава, ультразвуковой контроль), проверку точности размеров (с использованием КИМ и лазерного инструмента для центровки), испытания механических свойств (твердость и прочность на растяжение), неразрушающие испытания (магнитно-резонансная томография и вихретоковый контроль) и функциональные испытания (вращательные и нагрузочные испытания). Эти процессы гарантируют, что главный вал достигнет необходимой точности, прочности и надежности для обеспечения дробящего движения конусной дробилки в горнодобывающей промышленности и при переработке щебня.
Подробное описание главного вала конусной дробилки
1. Функция и роль главного вала
Главный вал конусной дробилки (также называемый шпинделем) — это важнейший вращающийся компонент в её основе, соединяющий эксцентриковую втулку с подвижным конусом. Его основные функции включают:
Передача энергии: Передача крутящего момента от эксцентриковой втулки к подвижному конусу, приводя его во вращение по эксцентриковому механизму для создания дробящего усилия.
Несущая способность: Восприятие осевых и радиальных нагрузок от движущегося конуса и процесса дробления (до тысяч килоньютонов), передача этих усилий на подшипники рамы.
Руководство по эксцентричному движению: Работает совместно с эксцентриковой втулкой для поддержания орбитальной траектории движущегося конуса, обеспечивая стабильное управление зазором дробления и равномерную обработку материала.
Структурное выравнивание: Поддержание концентричности между подвижным и неподвижным конусами имеет решающее значение для обеспечения постоянного размера продукта и снижения износа вкладышей.
Учитывая его роль в высокоскоростном вращении (500–1500 об/мин) и больших нагрузках, главный вал должен обладать исключительной прочностью на растяжение, усталостной прочностью и точностью размеров.
2. Состав и конструкция главного вала
Главный вал представляет собой ступенчатую, цилиндрическую или коническую кованую деталь со следующими основными характеристиками:
Корпус вала: цельная кованая конструкция из высокопрочной легированной стали (например, 42CrMo или 35CrNiMo) диаметром от 100 до 500 мм. Длина варьируется в зависимости от размера дробилки, обычно от 500 до 2000 мм.
Верхнее конусное крепление: Коническая или резьбовая часть в верхней части для крепления подвижного конуса с прецизионной механической обработкой поверхности (допуск IT6) для обеспечения концентричности.
Интерфейс эксцентриковой втулки: Цилиндрическая средняя часть с полированной поверхностью (Ра0,8 мкм), которая вставляется в эксцентриковую втулку, часто с масляными канавками для смазки.
Подшипниковые шейки: Две или более цилиндрические секции (верхняя и нижняя), сопрягающиеся с подшипниками рамы, характеризующиеся жесткими допусками размеров (IT5–IT6) и шероховатостью поверхности (Ра0,4 мкм) для минимизации трения.
Плечи и шпоночные пазы: Радиальные заплечики, ограничивающие осевое перемещение подшипников или втулок, и шпоночные пазы для передачи крутящего момента между валом и подвижным конусом.
Каналы смазки: Осевые и радиальные отверстия, подающие смазку к шейкам подшипника и интерфейсу эксцентриковой втулки, предотвращая перегрев и износ.
3. Процесс ковки и термической обработки
Ввиду высоких требований к несущей способности главный вал изготавливается методом ковки, а не литья, что повышает целостность конструкции:
Выбор материала:
Высокопрочная легированная сталь (42CrMo) предпочтительна из-за ее превосходной прочности на растяжение (≥1080 МПа), предела текучести (≥930 МПа) и ударной вязкости (≥60 Дж/см²), что позволяет использовать ее в условиях динамических нагрузок.
Процесс ковки:
Нагрев заготовок: Стальную заготовку нагревают до 1100–1200 °C в газовой печи, обеспечивая равномерное распределение температуры для повышения пластичности.
Открытая ковка: Заготовка подвергается ковке на гидравлических прессах (1000–5000 тонн) с приданием ей ступенчатой формы в несколько проходов для улучшения структуры зерна и устранения внутренних дефектов. Основные этапы включают осадку (для увеличения диаметра) и волочение (для увеличения длины).
Прецизионная ковка: Черновая поковка формируется в конечный ступенчатый профиль с размерами, близкими к заданным, что позволяет сократить припуски на обработку до 5–10 мм.
Термическая обработка:
Закалка и отпуск: Кованый вал нагревается до 850–880 °C, выдерживается в течение 2–4 часов, затем закаливается в масле для получения мартенситной структуры. Отпуск при 550–600 °C в течение 4–6 часов снижает хрупкость, обеспечивая твёрдость ХРК 28–35 и оптимальную вязкость.
Локальное поверхностное упрочнение: Подшипниковые шейки и шпоночные пазы подвергаются индукционной закалке на глубину 2–5 мм, достигая твердости ХРК 50–55, что повышает износостойкость и сохраняет прочность сердечника.
4. Процесс обработки и изготовления
Черновая обработка:
Кованая заготовка устанавливается на токарный станок с ЧПУ для обработки всех наружных поверхностей (диаметров, уступов, конусов) с припуском на чистовую обработку 1–2 мм. Основные размеры (например, диаметры шеек) контролируются с точностью ±0,1 мм.
Прецизионная обработка критических элементов:
Подшипниковые шейки: Финишная обработка и шлифовка для достижения допуска на размер IT5 (например, φ200H5) и шероховатости поверхности Ра0,4 мкм, что гарантирует надлежащую посадку с подшипниками и минимальное трение.
Коническое крепление: Верхнее крепление конуса подвергается окончательной обработке с допуском угла конусности ±0,05° и шероховатостью поверхности Ра0,8 мкм, что обеспечивает концентричность с подвижным конусом.
Шпоночные пазы и масляные канавки: Фрезеровано на станках с ЧПУ с позиционным допуском (±0,05 мм) и чистотой поверхности Ра3,2 мкм, что предотвращает концентрацию напряжений.
Сверление канала смазки:
Осевые и радиальные масляные отверстия (φ5–φ15 мм) сверлятся на станках глубокого сверления с ЧПУ с точностью позиционирования (±0,2 мм) для обеспечения беспрепятственного потока смазки. Торцы отверстий зачищаются для предотвращения нарушения потока масла.
Балансировка:
Вал проходит динамическую балансировку на балансировочном станке при частоте вращения 500–1000 об/мин, при этом остаточный дисбаланс ограничивается ≤5 г·мм/кг для снижения вибрации и износа подшипников.
Обработка поверхности:
Подшипниковые шейки полируются до Ра0,2 мкм для уменьшения трения и увеличения срока службы подшипников.
Поверхности, не несущие нагрузку, покрываются антикоррозийной краской или цинковым покрытием (5–8 мкм) для защиты от коррозии при хранении и эксплуатации.
5. Процессы контроля качества
Испытание материалов и ковки:
Анализ химического состава (спектрометрия) подтверждает соответствие нормам 42CrMo (C 0,38–0,45%, Кр 0,9–1,2%, Мо 0,15–0,25%).
Качество поковок проверяется с помощью ультразвукового контроля (УЗК) для выявления внутренних дефектов (например, трещин, включений) размером не более ≤φ2 мм.
Проверка точности размеров:
Координатно-измерительная машина (КИМ) проверяет все критические размеры: диаметры шеек, углы конусности, положение шпоночных пазов и расположение масляных отверстий.
Округлость и прямолинейность вала измеряются с помощью лазерного инструмента для центровки с допуском ≤0,01 мм/м.
Испытание механических свойств:
Испытание на твердость (по Роквеллу) обеспечивает твердость шеек подшипников ХРК 50–55, а сердечника — ХРК 28–35.
Испытание на растяжение кованых образцов подтверждает прочность на растяжение ≥1080 МПа и относительное удлинение ≥12%.
Неразрушающий контроль (НК):
Магнитопорошковая дефектоскопия (МПД) позволяет обнаружить поверхностные трещины в шпоночных пазах, заплечиках и цапфах, при этом любой дефект длиной менее 0,2 мм отбраковывается.
Вихретоковый контроль позволяет обнаружить подповерхностные дефекты на закаленных поверхностях шеек.
Функциональное тестирование:
Испытание на вращение: вал монтируется в испытательном приспособлении и вращается с максимальной скоростью (1500 об/мин) в течение 2 часов, при этом контролируется уровень вибрации, чтобы гарантировать его значение ≤0,1 мм/с.
Испытание под нагрузкой: имитация осевой нагрузки (120% от номинальной нагрузки) прикладывается в течение 1 часа, последующий осмотр не выявляет никаких деформаций (например, изменение круглости шейки ≤0,005 мм).
Благодаря этим процессам производства и контроля качества главный вал достигает точности, прочности и надежности, необходимых для приведения в действие дробящего движения конусной дробилки, обеспечивая эффективную и долгосрочную эксплуатацию в горнодобывающих и щебнеперерабатывающих цехах.
