Маховик является важнейшим компонентом трансмиссии и накопителя энергии щековых дробилок, обычно устанавливаемым на обоих концах эксцентрикового вала. Он работает совместно со шкивом двигателя, приводя в движение оборудование. Его основная функция — накапливать энергию, используя большую инерцию вращения, компенсировать периодические колебания нагрузки, создаваемые эксцентриковым валом во время вращения, снижать нагрузку на двигатель и обеспечивать стабильную работу дробилки (в частности, за счет амортизации энергии между рабочим ходом подвижной щеки и возвратным ходом). Кроме того, маховик передает мощность, передавая крутящий момент двигателя на эксцентриковый вал через ременную передачу, обеспечивая возвратно-поступательное дробящее движение подвижной щеки.
Маховики, как правило, имеют форму диска с канавками для шкивов на внешнем ободе (в некоторых моделях маховик и шкив объединены). В центре имеется отверстие для вала, соответствующее эксцентриковому валу, а с обеих сторон могут быть добавлены отверстия для снижения веса или рёбра жёсткости (для баланса лёгкости и жёсткости). Их вес варьируется в зависимости от размера дробилки: 50–200 кг для небольших машин и 500–2000 кг для крупных. Материал должен обладать высокой прочностью и жёсткостью, чтобы выдерживать частые крутящие моменты и центробежные силы.
Маховики щековых дробилок чаще всего изготавливаются методом литья из серого чугуна (ХТ250, ХТ300) или ковкого чугуна (QT450-10, QT500-7). Серый чугун, отличающийся низкой стоимостью, хорошей амортизацией и лёгкостью обработки, подходит для маховиков малых и средних размеров. Ковкий чугун, обладающий более высокой прочностью (предел прочности на разрыв ≥450 МПа) и превосходной вязкостью, используется для маховиков больших размеров или высокой нагрузки. Процесс литья заключается в следующем:
Подготовка формы
Применяется литьё в песчаные формы (с использованием эпоксидного или силикатного песка). Деревянные или металлические модели (включая такие детали, как отверстия для валов, пазы шкивов и отверстия для облегчения веса) изготавливаются по чертежам маховика с припуском на обработку 3–5 мм (с учётом усадки серого чугуна около 1%).
Песчаная форма уплотняется до плотности ≥85%, что обеспечивает гладкую поверхность полости и предотвращает образование песчаных раковин на отливке. На поверхности разъема предусмотрены вентиляционные канавки для предотвращения газопроницаемости и образования пор при заливке.
Плавка и заливка
Плавка серого чугуна: чугун, стальной лом и возвратный лом дозируются и плавятся в вагранке или среднечастотной печи при температуре 1400–1450 °C. Химический состав контролируется (C: 3,2–3,6 %, Си: 1,8–2,2 %, Мн: 0,6–0,9 %, S: ≤0,12 %, P: ≤0,15 %) для достижения баланса текучести и прочности.
В чугуне с шаровидным графитом перед выпуском чугуна необходимо добавлять сфероидизирующие агенты (например, магниевые или цериевые сплавы) и модификаторы (ферросилиций). Разливку производят быстро после сфероидизации (чтобы избежать распада сфероидизации) при температуре 1380–1420 °C.
Система заливки снизу обеспечивает равномерный поток металла, предотвращая унос шлака. Для больших маховиков используются стояки, обеспечивающие подачу металла в толстостенные секции (например, обода), что позволяет избежать образования усадочных раковин и пористости.
Вытряхивание и очистка
Отливку выбивают после охлаждения до температуры ниже 200 °C. Приливы удаляют (газовой резкой для больших маховиков и ручной выбивкой для малых), а следы от литников шлифуют.
Поверхностный песок и заусенцы очищаются. Визуальный осмотр на наличие трещин и холодных соединений. Отверстия для облегчения веса и отверстия под вал предварительно очищаются.
Термическая обработка
Маховики из серого чугуна: Отжиг для снятия напряжений (нагрев до 550–600 °C, выдержка в течение 2–4 часов, охлаждение в печи до 200 °C) устраняет литейные напряжения, предотвращая деформацию во время обработки на станке.
Маховики из ковкого чугуна: нормализация (850–900 °C в течение 1–2 часов, охлаждение на воздухе) измельчает зерно, обеспечивая содержание перлита ≥80% и твердость 180–230 HBW.
Точность обработки напрямую влияет на динамическую балансировку маховика и стабильность трансмиссии. Многоэтапная обработка обеспечивает соблюдение критических размеров и геометрических допусков:
Черновая обработка
Используя внешнюю окружность и торцевую поверхность отливки в качестве ориентиров, токарный станок (или токарный станок с ЧПУ) грубо обтачивает внешнюю окружность обода, внутреннее отверстие (соответствующее эксцентриковому валу) и обе торцевые поверхности, оставляя припуск на чистовую обработку 2–3 мм.
Отверстия для облегчения конструкции (если они предусмотрены) сверлятся радиальным сверлом с допуском диаметра отверстия ±0,5 мм и шероховатостью поверхности Ра ≤12,5 мкм.
Получистовая обработка
Прецизионная обработка внутреннего отверстия: используя в качестве опоры черновую внешнюю окружность, трёхкулачковый патрон удерживает маховик. Внутреннее отверстие протачивается до размера, близкого к проектному (с припуском 0,5–1 мм), обеспечивая круглость ≤0,1 мм и зазор посадки с эксцентриковым валом с допуском H7/js6.
Проточка канавок шкива: для интегрированных конструкций маховика и шкива на ободе обрабатываются V-образные канавки с допуском глубины/ширины ±0,2 мм, шероховатостью поверхности Ра ≤6,3 мкм и отклонением угла канавки ≤1°.
Отделка
Окончательная обработка внутреннего отверстия: развертывание или шлифование (внутришлифовальный станок для больших маховиков) обеспечивает допуск H7, шероховатость поверхности Ра ≤1,6 мкм и прямолинейность оси ≤0,05 мм/м.
Прецизионная токарная обработка торцов: маховик центрируется с помощью индикатора часового типа, используя внутреннее отверстие в качестве ориентира. Обе торцы обработаны начисто, обеспечивая перпендикулярность к оси внутреннего отверстия ≤0,05 мм/100 мм и плоскостность ≤0,1 мм/м.
Предварительная динамическая балансировка: проверка баланса на балансировочном стенде. Размечаются тяжёлые места, и выполняется грубая балансировка путём фрезерования обода (снятия небольшого количества металла), что позволяет ограничить остаточный дисбаланс до ≤50 г·см.
Обработка поверхности
Заусенцы удаляются. Внутренняя поверхность отверстия фосфатируется (для повышения стабильности посадки на эксцентриковом валу). Наружная поверхность окрашивается (грунт + финишное покрытие) слоем толщиной 60–80 мкм, что обеспечивает адгезию класса 1 по ГБ/T 9286 (отсутствие отслоения при испытаниях на решетчатый надрез).
Поскольку это высокоскоростной вращающийся компонент, контроль качества охватывает материал, точность обработки и динамическую балансировку:
Контроль качества сырья и литья
Контроль химического состава: спектрометр определяет содержание C, Си, Мн. Образцы подвергаются испытаниям на растяжение (высокопрочный чугун: предел прочности ≥450 МПа, относительное удлинение ≥10%).
Обнаружение дефектов: 100% магнитопорошковая дефектоскопия (МТ) критических зон (обод, внутреннее отверстие) проверяет наличие трещин и пористости. Ультразвуковой контроль (УЗК) гарантирует отсутствие внутренних дефектов диаметром ≥3 мм.
Контроль точности обработки
Допуски размеров: штангенциркули и микрометры проверяют диаметр внутреннего отверстия, наружную окружность обода и размеры канавки шкива. Часовой индикатор измеряет круглость/цилиндричность внутреннего отверстия (погрешность ≤0,03 мм).
Геометрический допуск: перпендикулярность торца проверяется угольником и щупом. Лазерный интерферометр проверяет прямолинейность осей.
Проверка динамического баланса
Балансировочный станок с жесткими подшипниками обеспечивает точную балансировку на скорости 50–100% от рабочей (300–600 об/мин), требующую класса балансировки G6.3 (остаточный дисбаланс ≤10 г·см в расчете на вес).
После балансировки в местах наибольшей нагрузки сверлятся отверстия (или добавляются балансировочные грузики), наносятся балансировочные метки для совмещения с эксцентриковым валом при сборке.
Окончательная проверка перед сборкой
Визуальный осмотр: отсутствие царапин, ровная краска и чистое внутреннее отверстие (без масла и мусора). Соосность со шкивом двигателя проверяется с помощью шнура, погрешность не более 0,5 мм.
Пробная посадка: Холодная посадка с эксцентриковым валом обеспечивает площадь контакта ≥80%. Маховик должен вращаться свободно, без заеданий.
Эти процессы обеспечивают соответствие маховика требованиям к стабильности при работе на высоких скоростях, а срок службы составляет 8–10 лет (соответствует сроку службы дробилки). Износ или нарушение балансировки требуют своевременной замены или повторной балансировки для предотвращения чрезмерной вибрации и перегрева подшипников.
