CC BY
228
УДК 622.001.89:622.68 Э.П. Долгов
О ПОВЫШЕНИИ ДОЛГОВЕЧНОСТИ РОЛИКОВ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ (нетрадиционный подход к проблеме)
Создание и освоение производства надежно работающих роликов является отдельным самостоятельным и длительным процессом и в ближайшее время, очевидно, не будет решен. В связи с этим становится актуальным изыскание способа эксплуатации роликов с целью повышения их долговечности, используя существующие ролики, не изменяя их конструкцию.
Ключевые слова: ролик, ленточный конвейер.
Ж') олик является одним из основных и самым многочислен-
-яГ ным элементом ленточных конвейеров. Даже при самых рациональных современных схемах линейных секций става, например, для конвейеров длиной 2000 м, магистральный конвейер содержит около 6000 роликов, а участковый телескопический -около 5000 роликов.
Одновременно в угольной промышленности находятся в эксплуатации несколько сотен тысяч роликов.
Помимо крупных заводов, выпускающих ленточные конвейеры, изготовлением роликов занимаются многочисленные предприятия.
Действующий ГОСТ Р 51984-2002 «Конвейеры шахтные ленточные» [1] определяет только диаметр ролика, длину его обечайки, допускаемый момент сопротивления вращению и 90%-ный ресурс роликов при различных скоростях ленты.
В остальном конструктор свободен при выборе решений в процессе создания роликов.
По расчетным данным подшипники роликов должны работать от 30000 до 40000 часов. В действительности срок их службы составляет примерно от полугода до трех лет. Конструкции роликов весьма разнообразны. За редким исключением они не отвечают современным требованиям.
Создание и освоение производства надежно работающих роликов является отдельным самостоятельным и длительным процессом и в ближайшее время, очевидно, не будет решен.
Поэтому, в настоящее время с этим приходится мириться и ориентироваться на существующие конструкции роликов.
В связи с этим становится актуальным изыскание способа эксплуатации роликов с целью повышения их долговечности, используя существующие ролики, не изменяя их конструкцию.
Этот способ исчерпывается вариантом с поворотом оси ролика.
1. Способ эксплуатации роликов ленточных конвейеров.
Сотрудниками ООО «НКП «ТРАНСТЕХМАШ» и ОАО «Александровский машиностроительный завод» был предложен способ эксплуатации роликов ленточных конвейеров [2] .
Этот способ поясняется с помощью рис. 1.
На рис. 1 показана типовая конструкция ролика со сквозной осью.
Ролик состоит из обечайки 1 с двумя запрессованными стаканами 2, неподвижной оси 3, двух подшипников 4, лабиринтов 5 и 6, уплотнений 7 и стопорных колец 8.
При движении лента вращает обечайку 1 со стаканами 2 и запрессованными в них наружными кольцами 9 подшипников 4. Ось 3, установленная в роликоопоре, остается неподвижной. Вместе с осью 3 остаются неподвижными внутренние кольца 10 подшипников 4.
На рис. 1 показано усилие Р, создаваемое весом ленты и транспортируемого материала и действующее со стороны обечайки
1 через стаканы 2 на наружные кольца 9 подшипников 4. Через шарики усилие передается на внутренние кольца 10. При этом наружное кольцо подвержено циркуляционному нагружению, при котором нагрузка Р в каждый момент времени передается на шарики через очередной участок наружного кольца. Внутреннее кольцо подшипника имеет местное нагружение, при котором нагрузка Р через шарики передается только на верхнюю часть дуги В (разрез А-А) внутреннего кольца. При этом нижняя часть дуги Н остается ненагруженной и, как правило, между ней и шариками остается гарантированный зазор h. Таким образом, самому интенсивному нагружению в подшипнике подвергается дорожка качения внутреннего, неподвижного кольца в верхней части дуги В, вызывая соот-
ветствующий интенсивный износ и в конечном счете разрушение подшипника.
Рис. 1
Однако долговечность подшипника может быть увеличена, если после определенного срока эксплуатации ось ролика переустановить в роликоопоре так, чтобы она вместе с неподвижным, внутренним кольцом была повернута на 180о относительно своей геометрической оси. При этом ранее ненагруженная нижняя часть дуги Н займет верхнее положение и в дальнейшем сможет воспринимать прежнюю нагрузку, тогда как изношенная (ранее находившаяся вверху) часть дуги В окажется в нижнем положении и не бу-
дет подвергаться интенсивному нагружению. Тем самым срок службы подшипников и, следовательно, ролика может быть увеличен почти в два раза.
Под определенным сроком эксплуатации ролика в данном случае имеется в виду время работы подшипников до их окончательного износа (без поворота неподвижного кольца на 180о).
Обычно это определяется расчетным путем или известно по опыту работы. Очевидно, это время не должно превышать 80% фактического ресурса подшипника.
Для применения этого способа необходимо иметь какую-либо метку на концах неподвижной оси, например, в виде риски, отверстия или пятна, нанесенного несмываемой краской. Первоначально ролик может быть установлен, например, меткой вверх, а затем переустановлен меткой вниз. Метка может наноситься в процессе изготовления роликов, а также на роликах, уже находящихся в эксплуатации.
2. Износ элементов подшипников.
Исследования, проводимые в подшипниковой промышленности, полностью подтверждают характер износа элементов подшипников. Так Минский подшипниковый завод по результатам пятилетних испытаний выявил причины выхода из строя радиальных шарикоподшипников [3, стр. 11]:
- разрушение наружных колец - 15%;
- разрушение внутренних колец - 69%;
- разрушение шаров - 16%.
Это средние обобщающие данные. Естественно, что в случае испытания шарикоподшипников только при местном нагружении внутреннего кольца, доля выхода их из строя будет значительно больше 69%.
3. Радиальные зазоры и углы переноса в радиальных шарикоподшипниках.
Обычно в роликах применяются шарикоподшипники нормальной группы точности и нормальной группы по радиальному зазору.
Так, например, для шарикоподшипника 307 (используемым Александровским машиностроительным заводом в роликах 0127 и 0159 мм) по нормальной группе радиальный зазор h колеблется от 6 до 20 мкм [4]. Для обеспечения нормальной работы подшипнико-
вого узла это приводит к соответствующим требованиям по точности сопрягаемых с подшипником деталей.
В случае применения радиальных шарикоподшипников с повышенным радиальным зазором увеличивается угол контакта в подшипнике и повышается его осевая грузоподъемность.
При увеличенных радиальных зазорах сглаживаются накопленные погрешности, возникающие от биения шеек оси друг относительно друга, биения внутренней и наружной поверхности стакана и также соответствующих поверхностей обечайки. При этом ось ролика как бы самоустанавливается в обечайке (или обечайка самоустанавливается на оси).
Например, для подшипников типа 307 радиальные зазоры будут иметь следующие значения [4]: h = 17.. .33 мкм для 7-й группы; h = 28.46 мкм для 8-й группы; h = 40.64 мкм для 9-й группы.
(Соответственно, этот подшипник будет иметь обозначения:
70-307, 80-307 и 90-307,
где 0 - группа нормальной точности).
В зависимости от радиального зазора устанавливаются углы перекоса радиальных подшипников [5, стр. 174]:
- с радиальным зазором по нормальной группе - 8 ,
- с увеличенным радиальным зазором по группе 7 - 12,
- с увеличенным радиальным зазором по группе 8 - 167 . Увеличение углов перекоса шарикоподшипников также способствует «самоустановке» оси ролика в обечайке.
Выбор подшипника с увеличенной величиной радиального зазора позволяет обеспечить рациональное распределение нагрузок внутри подшипника, не препятствуя допускаемому взаимному смещению оси и корпуса в радиальном и осевом направлениях.
4. Цена вопроса.
В рассматриваемом варианте (с поворотом оси) ролики отличаются от обычных только наличием метки на концах неподвижной оси.
Как уже упоминалось, эта метка может быть выполнена либо в процессе изготовления ролика, либо на роликах, уже находящихся в эксплуатации.
Очевидно, затраты будут «копеечными» и не могут быть сравнимы со стоимостью обычного ролика.
Наиболее рационально использовать этот способ эксплуатации роликов в силу упомянутых преимуществ с применением шарикоподшипников с увеличенным радиальным зазором по группе 8 или 9. Например, в роликах 0 127 и 0 159 мм вместо подшипников 307 использовать подшипники 80-307 или 90-307.
При этом все посадочные размеры в сопрягаемых с подшипником деталях (да и вообще все детали ролика!) не изменятся. Изменяется лишь комплектующее изделие - применяется подшипник с увеличенным радиальным зазором.
К цене вопроса относятся и затраты, связанные с поворотом роликов в конвейере.
Очевидно, поворотом роликов следует заниматься в основном на верхних роликоопорах, находящихся под действием веса транспортируемого материала и веса ленты.
В этом случае затраты по повороту оси конкретного ролика будут меньше затрат по замене вышедшего из строя ролика. Для поворота оси следует приподнять ленту и ролик не менее чем на 40 мм, повернуть от руки ось на 180о и опустить ролик на прежнее место. А при замене изношенного ролика его следует приподнять на высоту практически равную диаметру ролика, вытащить из-под ленты и затем установить новый ролик.
Примечательно, что поворот осей роликов, работающих в составе участковых телескопических конвейеров, может быть осуществлен не за счет специальной операции, а совмещен с монтажом конвейера на новом участке. (Если раньше ролики были установлены меткой вверх, то теперь их следует установить меткой вниз).
5. Экспериментальная проверка.
Для получения более полных и сравнимых результатов экспериментальная проверка должна проводиться в шахтных условиях на одном конвейере.
На рис. 2 схематично показана часть конвейера с четырьмя участками.
На каждом участке верхние роликоопоры снабжены определенными роликами:
- на 1-ом и 2-ом участках установлены серийные ролики с нормальным радиальным зазором в подшипниках (например, с подшипниками 307);
1-ый участок 2-ой участок 3-ий участок 4-ый участок
1 щі: ь
■г»--.: : .. " и
серийные ролики серийные ролики с последующим поворотом оси новые 1 ролики і новые ролики с последующим1 і поворотом оси
- на 3-ем и 4-ом участках установлены «новые» ролики (с повышенным радиальным зазором в подшипниках по группе 8 и 9 -например, с подшипниками 80-307 или 90-307).
Каждый участок содержит примерно по 40 верхних ролико-опор (120 роликов при шаге расстановки роликоопор 1,25 м).
После первого периода работы конвейера (примерно 8-10 месяцев) на 2-ом и 4-ом участках производят переустановку роликов с поворотом оси.
Второй период работы также продолжается примерно 8-10 месяцев.
В специальном журнале испытаний по каждому участку фиксируются ролики, вышедшие из строя, с указанием даты и типа ролика - средний или боковой.
В результате испытаний, исходя из количества вышедших из строя роликов, могут быть сделаны следующие сравнительные данные:
- по 1-му и 3-му участкам - по работе роликов серийной и «новой» конструкции без поворота оси;
- по 1-му и 2-му участкам - эффективность поворота оси роликов серийной конструкции;
- по 3-му и 4-му участкам - эффективность поворота оси роликов «новой» конструкции;
- по 2-му и 4-му участкам - эффективность работы роликов после поворота осей при нормальном радиальном зазоре и увеличенном радиальном зазоре по группе 8 или 9.
После окончания испытаний и обработки их результатов комиссией делаются выводы и даются соответствующие рекомендации.
Выводы
1. Предложенный способ эксплуатации роликов ленточных конвейеров делает возможным существенное повышение долговечности роликов.
Способ может быть осуществлен с применением серийно выпускаемых роликов или модернизированных роликов при замене шарикоподшипников нормальной группы по радиальному зазору на шарикоподшипники с увеличенным радиальным зазором группы 8 или 9.
2. Следует провести всесторонние шахтные испытания предложенного способа.
В случае положительных результатов этот способ эксплуатации роликов ленточных конвейеров может широко использоваться кроме угольной и в других отраслях промышленности.
Было бы рационально провести шахтные испытания в составе конвейера Александровского машиностроительного завода с применением роликов 0127 и 0159 мм (имеющим одинаковые подшипниковые узлы).
3. Использование этого способа не может привести к отрицательным результатам, так как базируется на применении серийно выпускаемых роликов (использован принцип - «не навреди»). Иногда кажется, что этот способ предназначен специально для кризисного периода.
Даже если в настоящее время будет разработан идеальный ролик, то и он может быть применен по этому способу с дополнительным эффектом.
Представляется, что широкое использование этого способа даст значительно больший экономический эффект по сравнению с внедрением нетрадиционных ставов. А использование в этих ставах нового способа эксплуатации роликов будет еще одним очередным шагом к созданию совершенных ленточных конвейеров нового типа.
1. ГОСТ Р 51984-2002. «Конвейеры шахтные ленточные. Общие технические условия». М. Г осстандарт России.
2. Долгов Э.П., Кондрашин Ю.А., Родионов В.В., Белобородов В.Н. «Способ эксплуатации роликов ленточных конвейеров». Патент Российской Федерации №2170205 от 10 июня 2001 г.
3. «Справочник продукции». Минский подшипниковый завод.
4. ГОСТ 24810-81 «Подшипники качения. Зазоры». М. Издательство стандартов. 1993.
5. Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б.В., Перель Л.Я. «Подшипники качения». Справочник. М. Машиностроение. 1975. Н5ГД=1
E.P. Dolgov
ABOUT THE BELT CONVEYOR ROLLERS OPERATING LIFE IMPROVEMENT (non-traditional decision of the problem)
Creation and development of manufacture of reliably working rollers is separate independent and long process and in the near future, obviously, will not be solved. In this connection there is an actual research of a way of rollers operation for the purpose of increase of their durability, using existing rollers, without changing of their design.
Key words: roller, belt conveyor.
— Коротко об авторе -------------------------------------------------
Долгов Э.П. - главный конструктор, кандидат технических наук, ГОУ ДПО «Институт повышения квалификации руководящих работников и специалистов», [email protected]
