Подшипники являются основными компонентами щековых дробилок, обеспечивая вращательное движение и несущую способность. Они устанавливаются преимущественно в соединениях эксцентрикового вала с корпусом подшипника поворотной щеки, а также между главным валом и рамой. Подшипники преобразуют вращательное движение эксцентрикового вала в колебательное движение поворотной щеки, выдерживая при этом радиальные и осевые нагрузки, возникающие в процессе дробления. Их эксплуатационные характеристики напрямую влияют на точность работы дробилки, энергопотребление и срок службы, поэтому они должны обладать высокой грузоподъемностью, износостойкостью и ударопрочностью.
Щековые дробилки обычно используют двухрядные сферические роликовые подшипники (для больших машин) или самоустанавливающиеся роликовые подшипники (для малых и средних машин). Их состав и конструктивные особенности следующие:
Внутреннее кольцо
Кольцевой компонент, устанавливаемый с натягом на эксцентриковый вал. Внутренний диаметр внутреннего кольца образует с валом посадку с допуском (обычно H7/k6). Наружная поверхность кольца обработана и имеет дорожку качения (сферическую или дугообразную) для направления движения роликов. Обе стороны внутреннего кольца имеют борта для ограничения осевого смещения роликов; высота борта соответствует длине ролика (обычно 1/3–1/2 его диаметра) для обеспечения равномерного распределения усилия.
Внешнее кольцо
Кольцевой элемент с переходной посадкой в корпусе подшипника поворотного кулака или в отверстии рамы. Наружный диаметр наружного кольца образует посадку с допуском (обычно J7/h6). На его внутренней поверхности выполнена сферическая дорожка качения, соответствующая внутреннему кольцу, центр кривизны которой совпадает с осью подшипника. Это обеспечивает угловое смещение внутреннего кольца относительно наружного кольца на ±2°–3° (компенсируя погрешности монтажа или прогиб вала).
Элементы качения
Несущие элементы между внутренним и наружным кольцами, в основном бочкообразные (сферические) ролики. Количество роликов зависит от размера подшипника (8–12 для подшипников малого/среднего размера, 15–20 для подшипников большого размера). Ролики прецизионно шлифуются (шероховатость поверхности Ра ≤ 0,4 мкм) и изготавливаются из высокопрочной хромистой подшипниковой стали (GCr15SiMn), обладающей высокой твёрдостью (60–65 ХРК) и износостойкостью, что позволяет выдерживать радиальные ударные нагрузки.
Клетка
Каркас, разделяющий и направляющий тела качения, изготовлен из латуни (H62), штампованной стали (SPCC) или армированного нейлона (ПА66+ГФ25). В крупных подшипниках часто используются цельные латунные сепараторы (для повышения прочности), а в подшипниках малого/среднего размера — штампованные стальные сепараторы (для облегчения конструкции). Сепараторы имеют оконную или волновую конструкцию, обеспечивающую равномерное распределение роликов и предотвращающую взаимное трение.
Уплотнительное устройство
Компоненты, защищающие от загрязнения, на обоих концах подшипника состоят из уплотнительных колец (из бутадиенакрилонитрильного каучука или фторкаучука) и пылезащитных колец. Уплотнительные кольца плотно прилегают к внутреннему кольцу, а их кромки плотно прилегают к внутренней стороне наружного кольца, предотвращая утечку смазки и попадание пыли/воды (критично для пыльных дробильных установок, требующих степени защиты IP54 или выше).
Подготовка сырья
Ковка
Круглые прутки нагревают до 850–900 °C и штампуют, получая поковки кольцевой (внутреннее кольцо) или чашеобразной (внешнее кольцо) формы методом осадки, штамповки и раздачи. Поковки охлаждают воздухом для поддержания непрерывного движения зерна (повышающей усталостную прочность).
Термическая обработка (промежуточная)
Сфероидизирующий отжиг: нагрев до 780–800 °C, выдержка 3–4 часа, затем медленное охлаждение до 600 °C на воздухе. Это приводит к сфероидизации карбидов, снижению твёрдости до 207–255 HBW и улучшению обрабатываемости.
Черновая обработка
Токарная обработка: на токарных станках с ЧПУ обрабатываются внутренние и наружные диаметры, торцы и фланцы внутренних и наружных колец с припуском на чистовую обработку 1–2 мм. Параллельность торцов ≤ 0,1 мм/100 мм, соосность внутреннего и наружного диаметров ≤ 0,05 мм.
Сверление (наружное кольцо): Отверстия для смазки (диаметром 3–5 мм) сверлятся во фланце наружного кольца с допуском положения ±0,5 мм для совмещения с масляными каналами корпуса подшипника.
Термическая обработка (окончательная)
Закалка: нагрев до 830–860 °C, закалка в масле (скорость охлаждения ≥ 50 °C/с) до достижения твердости 61–65 ХРК для внутренних/наружных колец.
Низкотемпературный отпуск: выдержка при температуре 150–180 °C в течение 2–3 часов для снятия закалочных напряжений и стабилизации микроструктуры (остаточный аустенит ≤ 5%).
Чистовая обработка
Шлифование: Бесцентрошлифовальные станки обрабатывают наружные диаметры, внутришлифовальные станки обрабатывают внутренние диаметры (допуск IT5), плоскошлифовальные станки обрабатывают торцевые поверхности (параллельность ≤ 0,01 мм/100 мм), а шлифовальные станки для дорожек качения обрабатывают сферические дорожки качения (шероховатость поверхности Ра ≤ 0,1 мкм, отклонение радиуса кривизны ≤ 0,005 мм).
Суперфиниширование: Дорожки качения подвергаются суперфинишированию (снятие 0,005–0,01 мм) для снижения шероховатости до Ра ≤ 0,025 мкм, что повышает точность контакта и износостойкость.
Холодная высадка
Термическая обработка
Закалка: 830–860°С, закалка в масле до 62–66 ХРК.
Закалка: 150–180 °C в течение 2 часов для снятия напряжений.
Шлифование и суперфиниширование
Бесцентрошлифовальные станки обрабатывают наружные диаметры (допуск ±0,002 мм). Сферошлифовальные станки обрабатывают сферические поверхности (отклонение радиуса кривизны ≤ 0,003 мм). Суперфиниширование обеспечивает шероховатость поверхности Ра ≤ 0,02 мкм.
Латунные сепараторы: Изготовлены из латунных прутков путем токарной и фрезерной обработки в конструкции оконного типа с допуском на размер окна ±0,05 мм для обеспечения зазора с роликами 0,1–0,2 мм.
Штампованные стальные сепараторы: Изготовлены из листов SPCC методом штамповки, с зачищенными краями окон и оцинкованными поверхностями (толщиной 8–12 мкм) для защиты от ржавчины.
Инспекция сырья
Химический анализ: Спектрометрия подтверждает состав GCr15 (C: 0,95–1,05%, Кр: 1,3–1,65%, P ≤ 0,025%, S ≤ 0,025%).
Испытание на наличие неметаллических включений: Оценка ≤ 2,5 (согласно ГБ/T 10561) для предотвращения крупных включений, вызывающих преждевременный отказ.
Проверка точности размеров
Внутренние/наружные кольца: Координатно-измерительные машины проверяют внутренний/наружный диаметр и кривизну дорожек качения (отклонение ≤ 0,005 мм). Кругломерные приборы проверяют круглость (≤ 0,001 мм).
Тела качения: Лазерные измерители диаметра проверяют диаметр (допуск ±0,002 мм) и постоянство размеров (отклонение ≤ 0,003 мм).
Испытание механических свойств
Испытание на твердость: твердомеры по Роквеллу проверяют твердость в диапазоне 61–65 ХРК для колец и 62–66 ХРК для роликов, при однородности твердости ≤ 3 ХРК.
Ударная вязкость: Отбор образцов для испытаний на удар при температуре -40 °C (энергия удара ≥ 20 Дж) для обеспечения низкотемпературной вязкости.
Проверка качества поверхности
Магнитопорошковая дефектоскопия (МПД): выявляет поверхностные трещины на кольцах/роликах (длиной ≤ 0,5 мм), исключая складки и царапины.
Контроль шероховатости: лазерные интерферометры проверяют шероховатость дорожек качения (Ра ≤ 0,1 мкм) и суперфинишную шероховатость Ра ≤ 0,025 мкм.
Контроль качества сборки
Проверка зазора: специализированные приборы измеряют радиальный зазор (согласно ГБ/T 4604, отклонение ±5 мкм).
Точность вращения: испытательные машины для подшипников проверяют радиальное биение (≤ 0,01 мм) и осевое перемещение (≤ 0,02 мм) при номинальной скорости.
Проверка жизни
Ускоренные испытания на ресурс: Образец работает при нагрузке, превышающей номинальную в 1,2 раза, в течение 1000 часов, без аномальной вибрации (амплитуда ≤ 0,01 мм) или чрезмерного повышения температуры (≤ 40 °C). Разборка не выявила сколов на дорожках качения и значительного износа.
Благодаря строгому контролю технологического процесса подшипники надёжно работают при высоких нагрузках и ударах, имея срок службы 8000–12000 часов (в зависимости от смазки и обслуживания). Регулярные проверки смазки (толщина масляной плёнки ≥ 5 мкм) критически важны для предотвращения выгорания подшипников из-за масляного голодания или загрязнения.
Подшипник — важная часть щековой дробилки. Обычно используются ракетные роликовые подшипники. Конкретная модель подшипника определяется тремя параметрами: размером подшипника, точностью подшипника и внутренним зазором подшипника.
Размер подшипника
Размер эксцентрикового вала рассчитывается на основе усилия сжатия. После предварительного определения шеек эксцентрикового вала в подшипнике рамы и подшипнике подвижной части, на их основе определяются технические характеристики подшипников. Обычно выбираются технические характеристики серии средней ширины, чтобы максимально проверить теоретический срок службы подшипника и соответствовать действующим стандартам.
Точность подшипника B
Точность подшипника включает в себя два аспекта: допуск размеров и точность вращения, будь то геометрический допуск каждого компонента подшипника или погрешности радиального и осевого биения во время вращения, поскольку щековая дробилка движется со скоростью шпинделя ниже 300 об/мин, поэтому обычные прецизионные подшипники могут соответствовать требованиям.
C Внутренний зазор подшипника
Подшипники качения ракетных качения имеют только радиальный зазор. Согласно стандарту, радиальный зазор делится на пять групп, которые выбираются и регулируются производителем перед выпуском с завода. В этом случае зазор называется начальным зазором. После сборки подшипника его начальный зазор уменьшается. Для подшипника с подвижной частью эксцентриковый вал собирается с ним посадкой с натягом. После нагрева подшипника с подвижной частью внутреннее кольцо расширяется и устанавливается на эксцентриковый вал. Расширение внутреннего кольца уменьшает начальный зазор подшипника.
2. Подшипники щековой дробилки – износ
Если вал изношен незначительно, его можно обточить на токарном станке, чтобы придать шейке правильную геометрическую форму и восстановить её. Затем следует соответственно уменьшить внутренний диаметр подшипника. Однако, если после нескольких подобных обработок размер шейки уменьшился на 5% по сравнению с исходным, обточка не допускается, и вал следует заменить новым.
3. Установка подшипника щековой дробилки
а. Перед установкой проверьте наличие ржавчины. Очистите подшипник дизельным топливом или керосином. Затем проверьте, соответствуют ли радиальный зазор подшипника, размер и точность внутреннего отверстия, а также размер цапфы эксцентрикового вала требованиям.
b. В связи с большим избытком цапфы (максимально допустимым) установленного подшипника, его обычно устанавливают методом горячей фиксации. Подшипник нагревают до температуры около 100 °C, и отверстие вала расширяется до размера, превышающего размер цапфы. После этого можно производить сборку. При горячей фиксации используется масляная ванна, что обеспечивает равномерный нагрев всех деталей подшипника без его деформации и снижения твёрдости.
c. После сборки подшипника проверьте радиальный зазор с помощью щупа после полного охлаждения. Если зазор слишком мал или отсутствует, своевременно выясните причину. Если причина не найдена, необходимо снять подшипник и собрать его заново. Если зазор соответствует норме, можно нанести смазку, после чего можно собирать остальные детали.
