Вкладыш конусной дробилки – сменный износостойкий компонент, устанавливаемый в полости подшипника гнезда, – служит интерфейсом между вращающимся главным валом и неподвижным гнездом. Он защищает от износа, снижает трение (≤0,15 при наличии смазки), распределяет нагрузку и компенсирует незначительные перекосы, что требует высокой износостойкости и совместимости со смазочными материалами.
Конструктивно это цилиндрическая/фланцевая втулка с корпусом из бронзы, баббита или биметаллических материалов, внутренней опорной поверхностью (Ра0,8–1,6 мкм со смазочными канавками), наружной поверхностью (посадка с натягом), дополнительным фланцем, смазочными элементами и фасками, с толщиной стенки 5–15 мм.
Изготовление включает литье (центробежное/в песчаные формы) для бронзовых вкладышей, а также термическую и механическую обработку или подготовку стальной оболочки, нанесение слоя подшипника (спекание/склеивание прокаткой) и механическую обработку для биметаллических вкладышей.
Контроль качества включает в себя испытания материалов (состав, твердость), размерные проверки (КИМ, проверка округлости), микроструктурный анализ, испытания производительности (трение, износ) и проверки соответствия, что гарантирует защиту компонентов для эффективной работы дробилки.
Подробное описание компонента футеровки гнезда конусной дробилки
1. Функция и роль вкладыша гнезда
Втулка гнезда конусной дробилки (также называемая втулкой гнезда главного вала или поворотной втулкой) — это сменный износостойкий компонент, устанавливаемый в подшипниковую полость гнезда и служащий интерфейсом между вращающимся главным валом и неподвижным гнездом. Её основные функции включают:
Защита от износа: Защита полости подшипника гнезда и главного вала от прямого контакта металла с металлом, снижение абразивного износа, вызванного высокоскоростным вращением (500–1500 об/мин) и осевыми нагрузками (до тысяч килоньютонов).
Уменьшение трения: Обеспечение поверхности с низким коэффициентом трения (коэффициент трения ≤0,15 при наличии смазки) для минимизации потерь энергии и выделения тепла между главным валом и гнездом.
Распределение нагрузки: Равномерное распределение осевых и радиальных нагрузок от главного вала к гнезду, предотвращение локальной концентрации напряжений и продление срока службы обоих компонентов.
Компенсация выравнивания: Допускает небольшую несоосность между главным валом и гнездом за счет своей небольшой эластичности, что снижает вибрацию и шум во время работы.
Работая в смазанной, но высоконапряженной среде, вкладыш гнезда должен обладать превосходной износостойкостью, прочностью на сжатие и совместимостью со смазочными материалами (например, минеральным маслом или консистентной смазкой).
2. Состав и строение вкладыша гнезда
Втулка раструба обычно представляет собой цилиндрическую или фланцевую втулку с точными внутренними и внешними размерами, имеющую следующие основные детали и конструктивные детали:
Корпус лайнера: Полая цилиндрическая гильза, изготовленная из подшипниковой бронзы (например, ZCuSn10Pb1), баббита (на основе олова: Сн 83–85%, Сб 11–13%) или биметаллического материала со стальной основой (стальной корпус с наплавленным слоем бронзы). Толщина стенки составляет 5–15 мм в зависимости от размера дробилки.
Внутренняя поверхность подшипника: прецизионная поверхность с низкой шероховатостью (Ра0,8–1,6 мкм), непосредственно контактирующая с главным валом. Часто имеет кольцевые масляные канавки (глубиной 0,5–2 мм) для удержания смазки и снижения трения.
Внешняя поверхность: Цилиндрическая или слегка коническая поверхность, которая входит в полость подшипника гнезда с натягом (0,01–0,05 мм) для предотвращения вращения относительно гнезда.
Фланец (опционально): Радиальный фланец на одном конце для ограничения осевого перемещения в гнезде, обеспечивая надежную посадку вкладыша при больших осевых нагрузках.
Особенности смазки:
Масляные канавки: Осевые или спиральные канавки на внутренней поверхности, которые равномерно распределяют смазку по контактной зоне, предотвращая сухое трение.
Нефтяные отверстия: Небольшие отверстия (φ3–φ6 мм), соединяющие внешнюю поверхность с внутренними канавками, совпадающие со смазочными каналами гнезда для обеспечения потока масла.
Фаски: Закругленные края (радиусом 0,5–2 мм) на обоих концах для облегчения установки и предотвращения концентрации напряжений в месте соединения вкладыша с валом.
3. Процесс изготовления вкладыша гнезда
В зависимости от материала, вкладыши гнезда изготавливаются методом литья, спекания или механической обработки. Для бронзовых вкладышей основной процесс:
Выбор материала:
Подшипниковая бронза (ZCuSn10Pb1) предпочтительна благодаря высокой прочности на сжатие (≥300 МПа), хорошей теплопроводности и совместимости со стальными валами. Её состав регулируется следующим образом: Сн 9–11%, свинец 0,5–1,0%, остальное Cu, твёрдость HB 80–100.
Кастинг:
Центробежное литье: Расплавленная бронза заливается во вращающуюся форму (1000–3000 об/мин) для формирования цилиндрической втулки с плотной, однородной структурой. Этот метод обеспечивает концентричность и минимизирует пористость (≤5% по объёму).
Литье в песчаные формы: Для фланцевых гильз используются песчаные формы со стержнями для формирования масляных канавок или отверстий. Температура заливки составляет 1000–1100 °C для обеспечения полного заполнения тонких сечений.
Термическая обработка:
Бронзовые вкладыши подвергаются отжигу при температуре 500–600 °C в течение 1–2 часов с последующим медленным охлаждением для снятия литейных напряжений и улучшения обрабатываемости.
Механическая обработка и отделка:
Черновая обработка: Литую заготовку обрабатывают на токарном станке для обработки наружного диаметра, внутреннего отверстия и фланца (если применимо), оставляя припуск на чистовую обработку 0,5–1 мм.
Чистовая обработка: Внутренние и наружные поверхности обработаны прецизионно для достижения допусков размеров (IT6–IT7) и шероховатости поверхности Ра0,8 мкм. Внутреннее отверстие хонинговано для достижения идеальной круглости (≤0,005 мм).
Обработка масляных канавок: На внутренней поверхности фрезеруются или прорезаются канавки с точной глубиной и расстоянием между ними для оптимизации удержания смазки.
4. Процесс изготовления биметаллических вкладышей
Для применения в условиях высоких нагрузок биметаллические вкладыши со стальной основой изготавливаются с использованием:
Подготовка стальной оболочки: Втулка из низкоуглеродистой стали (Q235) вытягивается или обрабатывается до требуемых наружных размеров, затем очищается и становится шероховатой (например, с помощью пескоструйной обработки) для улучшения сцепления с подшипниковым слоем.
Нанесение слоя подшипника:
Спекание: Бронзовый порошок (например, CuSn10) спекается на стальной оболочке при температуре 800–900 °C в защитной атмосфере (азот), образуя пористый слой толщиной 0,5–2 мм.
Склеивание рулонов: Тонкий бронзовый лист (толщиной 0,3–1 мм) накатывается на стальную оболочку методом холодной прокатки под высоким давлением (100–200 МПа), создавая металлургическую связь.
Окончательная обработка: Внутренняя поверхность подвергается окончательной механической обработке до требуемых размеров и шероховатости, при необходимости добавляются масляные канавки.
5. Процессы контроля качества
Испытание материалов:
Анализ химического состава (спектрометрия) проверяет соответствие материала стандартам (например, ZCuSn10Pb1: Сн 9–11%, свинец 0,5–1,0%).
Испытание на твердость (по Бринеллю) гарантирует, что бронзовые вкладыши имеют твердость HB 70–90, что обеспечивает баланс износостойкости и пластичности.
Проверка точности размеров:
Координатно-измерительная машина (КИМ) проверяет внутренний и внешний диаметры, однородность толщины стенок и толщину фланцев с допусками, контролируемыми до ±0,01 мм для критических размеров.
Округлость и цилиндричность внутренней поверхности измеряются с помощью прибора для проверки круглости, обеспечивая значения ≤0,005 мм для предотвращения неравномерного износа.
Микроструктурный анализ:
Металлографические исследования проверяют пористость (≤5% в бронзе) и качество соединения биметаллических вкладышей (отсутствие расслоения между сталью и подшипниковыми слоями).
Тестирование производительности:
Тестирование коэффициента трения: Трибометр измеряет трение при имитированной нагрузке (10–50 МПа) и скорости (500–1500 об/мин), требуя значений ≤0,15 при наличии смазки.
Испытание на износ: Испытание «штифт-диск» подвергает материал вкладыша 10⁶ циклам, при этом потеря веса ограничивается ≤5 мг, что обеспечивает длительный срок службы.
Проверка соответствия и сборки:
Вкладыш предварительно устанавливают в контрольное гнездо для проверки посадки с натягом: для этого требуется легкое усилие нажатия (5–20 кН) без деформации.
Внутреннее отверстие проверяется на совместимость со стандартным образцом главного вала, что обеспечивает плавность вращения без заедания под нагрузкой.
Благодаря этим процессам производства и контроля качества вкладыш гнезда достигает точности, износостойкости и низкого трения, необходимых для защиты гнезда и главного вала, обеспечивая эффективную и надежную работу конусных дробилок в горнодобывающей промышленности и при обработке щебня.
