Вибрационные грохота

Данный пример иллюстрирует процесс выбора подшипников применительно к ситуации, когда производителю вибрационных грохотов необходимо подобрать подшипник для нового агрегата.

Описание каждого этапа в примере приведено в раскрывающейся/ниспадающей секции ниже. Последовательность этапов в примере соответствует порядку действий при выборе подшипников. Подробное описание каждого этапа см. в разделе «Выбор подшипников».

Рабочие характеристики и условия эксплуатации
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Новый агрегат представляет собой вибрационный грохот с вращательным движением. Вибрационный узел состоит из вала с двумя подшипниками и противовесов. Основная радиальная нагрузка вращается вместе с валом, при этом наружное кольцо является неподвижным. Чертёж агрегата представлен на рис. 1.

Требования к рабочим характеристикам, условия эксплуатации и исходные параметры для выбора подшипников:
  • собственная масса короба грохота: G = 6100 кг
  • диаметр вала: 140 мм
  • частота вращения: n = 756 об/мин
  • угловая скорость (n x 2π/60): ω = 79,2 рад/с
  • радиус вибрации: r = 8,1 мм
  • расстояние между центрами тяжести противовесов и осью вала: R = 80 мм
  • расстояние между подшипниками: 3 м
  • метод смазывания: пластичная смазка
  • рабочая температура подшипников: T = 75 °C (165 °F)
  • условия окружающей среды: грохот может эксплуатироваться на открытом воздухе, а также в неблагоприятных условиях с высокой влажностью и запылённостью
  • требуемый номинальный ресурс SKF: 20 000 часов
Тип и конструкция подшипника
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

В агрегате используются фиксирующий и плавающий подшипниковые узлы. С приводной стороны устанавливается фиксирующий подшипниковый узел. Он ограничивает осевое перемещение шкива, что способствует снижению энергопотребления и увеличению срока службы ремня. С другой стороны устанавливается плавающий подшипниковый узел для компенсации осевого смещения, возникающего вследствие теплового расширения вала.

Расстояние между подшипниками составляет 3 метра. Вибрационный грохот имеет стальную конструкцию со сварными и болтовыми соединениями. Поскольку под нагрузкой возникает отклонение вала и перекос опор, требуются подшипники, способные компенсировать перекос.

Для этого нового вибрационного грохота выбираются сферические роликоподшипники (рис. 2), что является стандартным решением. Они способны работать с тяжёлыми нагрузками и компенсировать перекос между внутренним и наружным кольцами без негативного влияния на срок службы подшипника.
Размер подшипника
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Для передачи требуемого крутящего момента и ограничения отклонения диаметр вала должен составлять 140 мм.

Для вибромашин SKF поставляет подшипники серии 223. Исходя из требуемого диаметра вала, выбирается подшипник 22328 CCJA/W33VA405. Необходимо проверить его размер, используя метод номинального ресурса SKF.

Технические данные подшипника 22328 CCJA/W33VA405 представлены в таблице.

Для вибрационных грохотов величина эквивалентной динамической нагрузки на подшипник Р рассчитывается по формуле:



= 186 кН

Соотношение нагрузки C/P = 1357 / 186 = 7,3.

Номинальный ресурс SKF


 

1Условия смазывания — коэффициент вязкости, κ

κ = ν/ν1

Номинальная вязкость ν1 = 10 мм2/с (диаграмма 1).

Коэффициент вязкости κ, примерно равный 4, предполагает работу в условиях образования полноценной смазочной плёнки, поэтому величина v должна быть около 40 мм2/с.

Коэффициент вязкости необходимо проверить после выбора смазочного материала.

2. Коэффициент загрязнённости ηc

Исходные данные:
  • обычные условиях загрязнения (открытые подшипники, отсутствие фильтрации, частицы износа и попадание загрязнений из окружающей среды в неблагоприятных условиях эксплуатации)
  • dm = 220 мм
затем из таблицы 1 получаем ηc = 0,2

3Коэффициент ресурса aSKF

Исходные данные:
  • κ = 4
  • ηc Pu/P = 0,2 x 132/186 = 0,14
  • 22328 CCJA/W33VA405 — подшипник класса SKF Explorer
после этого из диаграммы 2 для радиальных роликоподшипников получаем aSKF = 1,3


= 1,3 x (106 / (60 x 756))(7,3)10/3 = 21 500 ч > 20 000 ч

Заключение

Размер подшипника SKF 22328 CCJA/W33VA405 отвечает требованиям к номинальному ресурсу.

Смазывание
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Выбор пластичной смазки или масла

В таблице 2 раздела «Выбор пластичной смазки или масла» указаны предельные значения параметра ndm , ниже которых смазывание пластичной смазкой является стандартным решением в отношении интервалов повторного смазывания при нормальной температуре.

Исходные данные:
  • сферический роликоподшипник серии 223
  • C/P = 7,3
  • ndm = 756 x (140 + 300)/2 = 166 320
Как следует из таблицы 2, рекомендуемое предельное значение ndm для C/P ≈ 8 составляет 150 000, что несколько ниже фактического значения параметра ndm . Условия эксплуатации являются граничными для использования смазывания пластичной смазкой, поэтому необходимо предусмотреть короткие интервалы повторного смазывания. Однако в случае вибрационных грохотов это не является проблемой, поэтому можно выбрать смазывание пластичной смазкой.

Выбор пластичной смазки

Подходящую пластичную смазку SKF можно выбрать, с помощью «Карты выбора пластичных смазок SKF» [PDF]. Критерии выбора пластичной смазки:
  • температура: 75 °C (165 °F) → M (средняя)
  • частота вращения: ndm ≈ 166 000 → M–H (средняя или высокая)
  • нагрузка: C/P ≈ 8 → M (средняя)
  • сильные вибрации
  • условия высокой влажности: требуются хорошие антикоррозионные свойства
Подходящий вариант — SKF LGEP2, при условии подтверждения коэффициента вязкости κ = 4.

Смазка SKF LGEP2 обладает следующими характеристиками:
  • ν = 200 мм2/с при 40 °C (105 °F)
  • ν = 16 мм2/с при 100 °C (210 °F)
  • рабочая вязкость при 75 °C (165 °F) составляет около 40 мм2/с на основании диаграммы 3.
  • κ = ν/ν1 = 40/10 = 4, значение подтверждено.

Интервал и объёмы повторного смазывания

Опыт показывает, что повторное смазывание подшипников вибрационного грохота необходимо проводить через каждые 75 ч, используя 30 г пластичной смазки. Короткие интервалы вызваны необходимостью удаления загрязнений, а уменьшенные объёмы используемой пластичной смазки ограничивают тепловыделение.

При использовании стандартного интервала повторного смазывания из диаграммы 4 и исходных значений:
  • ndm bf = 166 320 x 2 ≈ 330 000
  • C/P ≈ 8
Интервал повторного смазывания составляет 1700 ч. Его необходимо уменьшить из-за воздействия вибрации и загрязнений (→ таблица 3), что примерно соответствует значениям, полученным для подшипников вибрационных грохотов опытным путём.

Количество смазки для повторного смазывания:
Gp = 0,002 D B = 0,002 x 300 x 102 = 61 г

Повторное смазывание через каждые 75 ч с использованием 30 г пластичной смазки обеспечит оптимальные условия смазывания.

Начальное заполнение пластичной смазкой

Примерный объём свободного пространства в подшипнике, который необходимо заполнить пластичной смазкой:



V = 3,14/4 x 102 x (3002 – 1402) x 10–3 – 36,5/0,0078 = 957 см3

Чтобы заполнить 50 % объёма, понадобится около 430 г пластичной смазки на каждый подшипник.
Рабочая температура и частота вращения
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Основываясь на значительном опыте эксплуатации подшипников в аналогичных условиях, можно сделать допущение, что рабочая температура подшипника составляет от 70 до 80 °C (от 160 до 175 °F).

Загрузка грохота происходит при температуре окружающей среды при отсутствии каких-либо внешних источников тепла. Частота вращения составляет < 50 % от предельной. Несмотря на то, что соотношение нагрузки C/P < 10, необходимость в проведении тщательного термического анализа отсутствует.

Фактическую рабочую температуру необходимо проверить на агрегате в условиях эксплуатации.

Потери на трение в подшипнике, рассчитанные с помощью SKF Bearing Calculator, составляют 1900 Вт на каждый подшипник.
Сопряжённые детали подшипника
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Радиальная нагрузка вращается с той же частотой, что и внутреннее кольцо, при этом наружное кольцо остаётся неподвижным. Следовательно, на внутреннее кольцо действует неподвижная, а на наружное кольцо — вращающаяся нагрузка. Для наружного кольца требуется посадка с натягом в корпусе. Внутреннее кольцо может устанавливаться со свободной посадкой на валу.

Рекомендуемая стандартная посадка:

Допуск на
размеры
Допуск общего
радиального биения
Допуск общего
осевого биения
Ra
Валg6ⒺIT5/2IT51,6 мкм
КорпусP7ⒺIT6/2IT63,2 мкм

Существует ряд причин, обуславливающих выбор допусков на размеры, отличающихся от стандартных посадок:
  • Для лёгкого осевого смещения внутреннего кольца следует выбрать допуск f6Ⓔ. Чтобы снизить риск возникновения фреттинг-коррозии, рекомендуется выполнить закалку посадочного места на валу.
  • Для повышения надёжности опоры наружного кольца и увеличения срока службы подшипника следует выбрать допуск P6Ⓔ (более жёсткие допуски).


Дополнительные рекомендации

Рекомендуется учесть следующие дополнительные факторы:
  • Необходимо выполнить выверку центра подшипника относительно центра рамы вибрационного грохота (рис. 3).
  • Толщина стенок корпуса должна составлять более 40 % от величины ширины подшипника.
  • Конструкция корпуса должна быть максимально симметричной. Толщина корпуса должна быть одинакова с обеих сторон рамы вибрационного грохота во избежание деформации (рис. 4).
  • Необходимо механически обработать резьбовые отверстия в корпусе для облегчения демонтажа корпуса из рамы грохота и подшипника из корпуса с помощью болтов (рис. 5 и рис. 6).
Исполнение подшипника
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Для использования в рассматриваемом агрегате выбран сферический роликоподшипник для вибромашин. (→ «Конструкции и исполнения»)

Данные подшипники обозначаются суффиксами VA405 и VA406. Они имеют внутренний зазор С4, который необходим из-за посадки наружного кольца с натягом, а также из-за разницы температур между внутренним и наружным кольцами, особенно во время пуска. Данные подшипники оснащаются сепараторами оконного типа с закалкой, что способствует снижению трения и износа в подшипнике при работе с вращающейся нагрузкой на наружное кольцо и высокими ускорениями. Это обеспечивает снижение рабочей температуры и увеличение срока службы смазочного материала.

Подшипники VA406 предназначены для использования в плавающих опорах. Отверстие этих подшипников выполнено с покрытием из PTFE. Такое покрытие способствует предотвращению фреттинг-коррозии, которая может возникнуть из-за свободной посадки и воздействия вибрации.
Уплотнения, монтаж и демонтаж
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

  • Обычно для защиты подшипников качения, установленных в вибрационных грохотах, используются лабиринтные уплотнения. Чтобы обеспечить защиту подшипников от проникновения влаги и загрязняющих веществ, важно поддерживать достаточное количество пластичной смазки в зазорах лабиринтных уплотнений. Интервалы и объёмы повторного смазывания необходимо корректировать в зависимости от фактических условий эксплуатации.
  • По завершении монтажа корпуса на раме грохота необходимо проверить общее радиальное биение посадочного места в корпусе. При появлении недопустимых деформаций требуются корректирующие действия.
Общие выводы
  • Подшипник 22328CCJA/W33VA405 соответствует требованиям к номинальному ресурсу.
  • Пластичная смазка SKF LGEP2 является подходящей для заданных условий эксплуатации.
  • В данном примере не учитывались факторы, имеющие отношение к техобслуживанию и мониторингу состояния оборудования. Более подробная информация о решениях SKF для вибрационных грохотов представлена в подразделе «Вибрационные грохота» раздела «Отраслевые решения».
SKF logo