Эксцентриковый вал, основной компонент щековых дробилок, преобразует вращательное движение в возвратно-поступательное движение щеки посредством своей эксцентриковой конструкции, состоящей из шеек основного и эксцентрикового валов, корпуса вала и переходных галтелей. Изготовленный из высокопрочных сплавов (например, 40CrNiMo), он подвергается ковке (или литью для небольших моделей), прецизионной обработке (шлифовке до допуска IT6) и термической обработке (закалке/отпуску) для повышения прочности (предел прочности на растяжение ≥800 МПа).
Контроль качества включает в себя проверку состава материала, ультразвуковую и магнитную дефектоскопию на наличие внутренних и поверхностных дефектов, а также динамическую балансировку (остаточный дисбаланс ≤10 г·см). Срок службы 5–8 лет гарантирует стабильную работу дробилки при высоких нагрузках.
Подробное введение в эксцентриковый вал щековых дробилок
Эксцентриковый вал – это важнейший компонент щековой дробилки, установленный в корпусе подшипника рамы. Один конец соединен с маховиком, а другой получает мощность от двигателя через шкив. Его эксцентриковая конструкция приводит в движение поворотную щеку, совершая периодические возвратно-поступательные движения во время вращения, служа основным элементом передачи мощности для дробления материала. Эксцентриковый вал должен выдерживать огромные изгибающие напряжения, крутящий момент и ударные нагрузки, что требует чрезвычайно высокой прочности материала, точности обработки и структурной устойчивости.
I. Состав и конструкция эксцентрикового вала
Конструкция эксцентрикового вала обеспечивает баланс между эффективностью передачи усилия и усталостной прочностью. Его основные компоненты и конструктивные особенности включают:
Шейки вала: Разделен на шейку главного вала и шейку эксцентрикового вала. Шейка главного вала представляет собой цилиндрическую деталь, сопрягаемую с корпусом подшипника рамы, служа центром вращения, что требует высокой цилиндричности и точности обработки поверхности. Шейка эксцентрикового вала соединяется с подшипником поворотной щеки, при этом её ось смещена относительно оси шейки главного вала на эксцентриситет (обычно 1/4–1/3 диаметра вала). Этот эксцентриситет преобразует вращательное движение в качательное движение подвижной щеки.
Корпус вала: Промежуточная деталь, соединяющая шейку главного вала и шейку эксцентрикового вала, часто ступенчатая или цилиндрическая. Крупные эксцентриковые валы могут иметь канавки для облегчения веса на теле вала (что снижает вес без ущерба для прочности). Некоторые тела валов имеют шпоночные пазы для установки шпонок маховиков или шкивов.
Переходные филе: Соединения между шейкой главного вала, шейкой эксцентрикового вала и телом вала используют переходные галтели большого радиуса (обычно R ≥ 5 мм) для снижения концентрации напряжений и предотвращения усталостного разрушения (это структурно слабые области).
Торцевые поверхности: Оба торца вала обработаны на станке и плоские, что позволяет использовать их в качестве опорных точек для маховиков и шкивов. Некоторые торцы имеют центральные отверстия (для установки коуша во время обработки).
Эксцентриковый вал обычно изготавливается из высокопрочной легированной конструкционной стали. В дробилках малого и среднего размера используется сталь марки 45# (после закалки и отпуска), а в машинах среднего и крупного размера — 40CrNiMo, 35CrMo или другие легированные стали (кованые и отпущенные), обеспечивающие прочность на растяжение ≥ 800 МПа, предел текучести ≥ 600 МПа и энергию удара (-20 °C) ≥ 40 Дж.
II. Процесс литья эксцентрикового вала
Эксцентриковые валы в основном изготавливаются методом ковки (литьё сложно для обеспечения высокой прочности), но для некоторых небольших и простых изделий используется литьё. Процесс литья описан ниже:
Подготовка формы
Литье в песчаные формы (смоляный песок) производится по деревянным или металлическим моделям, изготовленным по конструкции вала, с припуском 8–12 мм на ковку/механическую обработку (с учётом усадки отливки и необходимости последующей обработки).
Полость формы оснащена продуманной системой литников и стояков для обеспечения полного заполнения расплавленным металлом. Для больших шахт заливка производится поэтапно, чтобы избежать образования усадочных раковин и пористости.
Плавка и заливка
Высококачественный чугун и стальной лом с низким содержанием фосфора и серы переплавляют в среднечастотной печи, получая легированную литую сталь (например, ZG35CrMo) с контролируемым химическим составом (C: 0,32–0,40 %, Кр: 0,8–1,1 %, Мо: 0,15–0,25 %).
Температура заливки поддерживается на уровне 1520–1560 °C, заливка снизу обеспечивает равномерное наполнение и исключает газоунос и включения.
Выбивка и термообработка
После охлаждения до температуры ниже 300 °C отливку выбивают. Приливы удаляют и производят отжиг (нагрев до 650–700 °C, выдержка 4–6 часов, затем медленное охлаждение) для снятия литейных напряжений.
После черновой обработки проводят закалку с отпуском: нагрев до 850–880 °С под закалку в масло с последующим отпуском при 550–580 °С для получения структуры отпущенного сорбита с твердостью 220–260 HBW и пределом прочности ≥ 700 МПа.
III. Процесс изготовления эксцентрикового вала (кованые детали)
Процесс ковки
Заготовки из высококачественной легированной конструкционной стали (например, 40ХНМ) нагревают до температуры 1100–1200 °С и подвергают свободной ковке с использованием процессов волочения и осадки для формирования формы, обеспечивающей внутреннюю плотность и отсутствие ковочных трещин.
Сфероидизирующий отжиг (выдержка при 780–800 °C, медленное охлаждение) проводят после ковки для снижения твердости и улучшения обрабатываемости.
Черновая обработка
Шейка главного вала, шейка эксцентрикового вала и корпус вала подвергаются черновой обработке на токарном станке или станке с ЧПУ с припуском на чистовую обработку 3–5 мм, допуск по диаметру контролируется на уровне ±1 мм.
В концах валов сверлятся центральные отверстия в качестве ориентиров для последующей обработки.
Получистовая обработка
Используя центровые отверстия для позиционирования, шейки основного и эксцентрикового валов подвергаются чистовой обработке до размеров, близких к проектным (с остаточным припуском на шлифование 0,5–1 мм), обеспечивая цилиндричность ≤ 0,1 мм и отклонение эксцентриситета ≤ 0,05 мм.
Фрезерование шпоночных пазов: обработка на теле или торцах вала с допуском по ширине ±0,05 мм, допуском по глубине ±0,1 мм и шероховатостью дна паза Ра ≤ 6,3 мкм.
Отделка
Шлифование шеек основных и эксцентриковых валов: Наружные круглошлифовальные станки применяются для достижения допуска размеров IT6, шероховатости поверхности Ра ≤ 0,8 мкм, круглости ≤ 0,005 мм и прямолинейности оси ≤ 0,01 мм/м.
Прецизионная шлифовка торцов: Обеспечение перпендикулярности к оси ≤ 0,02 мм/100 мм.
IV. Процесс контроля качества эксцентрикового вала
Проверка материалов
Спектральный анализ сырья проводится перед ковкой/литьём для подтверждения соответствия химического состава. Испытания образцов на растяжение и ударную вязкость подтверждают соответствие механических свойств стандартам (например, для стали 40CrNiMo после отпуска требуется энергия удара ≥ 60 Дж).
Внутреннее тестирование качества
Поковки проходят 100% ультразвуковой контроль (УЗК), что позволяет исключить наличие внутренних дефектов размером ≥ 2 мм. Магнитопорошковый контроль (МПК) применяется в зонах концентрации напряжений, таких как переходные галтели шейки вала, для подтверждения отсутствия поверхностных трещин.
Контроль точности обработки
Диаметры шейки вала измеряются микрометрами, а круглость/цилиндричность – индикаторами часового типа. Эксцентриситет проверяется эксцентриметром, допускающим отклонение в пределах ±0,03 мм от проектного значения.
Координатно-измерительная машина проверяет точность положения шпоночного паза, обеспечивая погрешность симметрии относительно оси ≤ 0,05 мм.
Проверка перед сборкой
Проводится динамическая балансировка (скорость вращения ≥ 1500 об/мин) с остаточным дисбалансом ≤ 10 г·см. Пробная сборка с подшипниками и маховиками обеспечивает надлежащий зазор посадки (H7/js6 для шейки главного вала и подшипника).
Благодаря строгому контролю технологического процесса эксцентриковый вал сохраняет стабильную работу при длительной эксплуатации с высокими нагрузками, со сроком службы 5–8 лет (в зависимости от твердости материала и частоты технического обслуживания), что делает его основным компонентом, обеспечивающим непрерывную работу щековых дробилок.
