Содержание статьи
Подшипниковые узлы грузовых лебедок кранов
Грузовые лебедки являются ключевыми механизмами башенных и автомобильных кранов, обеспечивающими подъем и опускание груза. Надежность работы лебедки напрямую зависит от правильного выбора и эксплуатации подшипниковых узлов барабана, редуктора и механизма канатоукладчика.
В данной статье рассматриваются типы подшипников, применяемых в крановых лебедках, особенности их конструкции, методы расчета долговечности, требования к смазке и техническому обслуживанию согласно действующим стандартам ГОСТ 520-2011, ГОСТ 5721-2022, ГОСТ 24696-2023, ГОСТ 18855-2013.
Подшипники барабана лебедки
Назначение и условия работы
Барабан лебедки воспринимает значительные радиальные нагрузки от натяжения каната при подъеме груза. Подшипники барабана должны обеспечивать восприятие радиальных усилий, компенсацию угловых несоосностей между опорами, работу при повторно-кратковременном режиме нагружения.
В качестве опор барабана применяются сферические роликовые подшипники серий 22200 и 23200 (отечественные обозначения 3500 и 3600 по ГОСТ 5721-2022 и ГОСТ 24696-2023). Данные подшипники благодаря сферической дорожке качения на наружном кольце допускают угловое смещение вала относительно корпуса до 2-3 градусов без снижения грузоподъемности.
Типы сферических роликовых подшипников
| Обозначение ГОСТ | Обозначение ISO | Конструктивные особенности | Область применения |
|---|---|---|---|
| 3500 | 22200 | Асимметричные ролики, латунный сепаратор | Стандартные нагрузки |
| 3600 | 23200 | Асимметричные ролики, увеличенная ширина | Повышенные нагрузки |
| 113500 | 22200 K | Коническое отверстие 1:12, под втулку | Монтаж на гладких валах |
| 53500 | 22200 CC | Симметричные ролики, стальной сепаратор | Высоконагруженные узлы |
| 53600 | 23200 CC | Симметричные ролики, увеличенная грузоподъемность | Максимальные нагрузки |
Конструктивные особенности сферических роликовых подшипников
Сферические роликовые подшипники серий 53500 и 53600 с симметричным расположением роликов обеспечивают повышенную на 20-30% грузоподъемность по сравнению с подшипниками с асимметричными роликами. Это достигается за счет оптимального распределения контактных напряжений между телами качения и дорожками колец.
Основные конструктивные элементы сферических роликовых подшипников:
| Элемент | Материал | Функциональное назначение |
|---|---|---|
| Наружное кольцо | Сталь ШХ15 (ГОСТ 801-2022) | Сферическая дорожка качения, самоустановка |
| Внутреннее кольцо | Сталь ШХ15 | Две дорожки качения, посадка на вал |
| Ролики бочкообразные | Сталь ШХ15 | Передача нагрузки, компенсация перекосов |
| Сепаратор | Латунь ЛС59-1 / Сталь | Равномерное распределение роликов |
Типоразмеры подшипников для барабанов лебедок
| Обозначение | d, мм | D, мм | B, мм | C, кН | C0, кН | Применение |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 3520 / 22220 | 100 | 180 | 46 | 433 | 490 | Лебедки Л450 |
| 3522 / 22222 | 110 | 200 | 53 | 560 | 640 | Лебедки Л500 |
| 3524 / 22224 | 120 | 215 | 58 | 630 | 765 | Лебедки Л500 |
| 3620 / 23220 | 100 | 180 | 60,3 | 475 | 600 | Тяжелые режимы |
| 3622 / 23222 | 110 | 200 | 69,8 | 600 | 765 | Лебедки Л600 |
Пример: опора барабана лебедки крана КС-5363
В конструкции лебедки основного подъема крана КС-5363 ось барабана опирается на двухрядные сферические роликоподшипники в выносной опоре. С противоположной стороны ось соединена зубчатой муфтой с выходным валом трехступенчатого редуктора. Данная схема обеспечивает компенсацию угловых смещений при передаче крутящего момента.
Подшипники редуктора лебедки
Конструкция редукторов лебедок
В грузовых лебедках башенных и автомобильных кранов применяются цилиндрические двухступенчатые и трехступенчатые редукторы типоразмеров 1Ц2У-100, 1Ц2У-125, 1Ц2У-200, 1Ц2У-250, 1Ц2У-355. Редуктор обеспечивает необходимую частоту вращения барабана и увеличение крутящего момента от электродвигателя.
Типы подшипников валов редуктора
Опорами валов редуктора служат конические роликовые подшипники по ГОСТ 27365-2023, обеспечивающие восприятие комбинированных радиально-осевых нагрузок от косозубых цилиндрических передач. Конические подшипники устанавливаются попарно по схемам "враспор" или "врастяжку" с регулировкой осевого зазора.
| Вал редуктора | Тип подшипника | Схема установки | Воспринимаемые нагрузки |
|---|---|---|---|
| Быстроходный (входной) | Конический роликовый 7000 | Враспор | Радиальные + осевые от муфты |
| Промежуточный | Конический роликовый 7200 | Враспор | Радиальные + осевые от зацепления |
| Тихоходный (выходной) | Сферический роликовый 3500 | Плавающая + фиксирующая | Значительные радиальные от барабана |
Особенности тихоходного вала
Тихоходный вал редуктора, жестко связанный с барабаном, испытывает наибольшие нагрузки. В трехопорных схемах выходной вал опирается на три подшипника: два в корпусе редуктора и один в выносной стойке барабана. Между подшипниками редуктора и выносной опорой предусматривается осевой зазор для предотвращения защемления при температурных деформациях.
Параметры зазора в опорах тихоходного вала
Осевой зазор между торцами подшипников тихоходного вала и крышками корпуса составляет 0,1-0,3 мм. Величина зазора достигается установкой регулировочных колец между крышкой и наружным кольцом подшипника.
Шарнирное крепление редуктора
В унифицированных лебедках серии КБ редуктор крепится к поворотной раме посредством шарниров, что исключает опасность перегрузки подшипников при неточности изготовления или прогибе вала. Благодаря шарнирным опорам редуктор может наклоняться и поворачиваться на необходимый угол, компенсируя эксцентриситеты и перекосы.
Узел канатоукладчика
Назначение и конструкция
Канатоукладчик предназначен для обеспечения правильной намотки каната на барабан лебедки, укладывая каждый виток в соответствующую канавку. Механизм устанавливается на каретку, перемещающуюся вдоль барабана по направляющим, и предотвращает перескакивание каната на соседние витки.
Основные конструктивные схемы канатоукладчиков:
| Тип канатоукладчика | Привод перемещения | Подшипники роликов | Применение |
|---|---|---|---|
| Винтовой | Ходовой винт от барабана | Шариковые 6200, 6300 | Башенные краны |
| Рычажный | Канатом через рычаг | Шариковые 6000, 6200 | Автомобильные краны |
| Кулисный | Кулисой от барабана | Шариковые 6200 | Портальные краны |
Подшипники направляющих роликов
В направляющих и прижимных роликах канатоукладчика применяются радиальные шариковые однорядные подшипники серий 6000, 6200 и 6300 по ГОСТ 8338-75. Типоразмер выбирается в зависимости от диаметра каната и нагрузки на ролик.
| Серия подшипника | Диапазон диаметров d, мм | Грузоподъемность C, кН | Частота вращения, об/мин |
|---|---|---|---|
| 6000 | 10-30 | 4,6-13,8 | до 20000 |
| 6200 | 10-50 | 5,1-35,1 | до 17000 |
| 6300 | 10-50 | 8,1-52,7 | до 14000 |
Смазывание подшипников лебедок
Выбор смазочного материала
Для смазывания подшипников грузовых лебедок применяются пластичные смазки на литиевой основе, обеспечивающие надежную работу в широком диапазоне температур и при значительных нагрузках. Выбор смазки определяется условиями эксплуатации и типом подшипника.
| Узел лебедки | Рекомендуемая смазка | Диапазон температур | Класс NLGI |
|---|---|---|---|
| Подшипники барабана | Литол-24 (ГОСТ 21150-2017) | -40...+120 C | 3 |
| Подшипники редуктора | Масляная ванна ТАД-17и | -25...+130 C | - |
| Ролики канатоукладчика | Литол-24, Циатим-201 | -40...+120 C | 3 |
| Выносная опора барабана | Литол-24, EP-смазки | -40...+120 C | 2-3 |
Количество смазки и заполнение
Количество пластичной смазки в полости подшипника должно составлять от 1/3 до 2/3 свободного объема. Избыточное заполнение приводит к повышенному нагреву из-за внутреннего трения в смазке, недостаточное - к ускоренному износу.
Расчет объема смазки для подшипника
Объем смазки Vs (см3) определяется по формуле:
Vs = 0,005 x D x B
где D - наружный диаметр подшипника (мм), B - ширина подшипника (мм).
Пример для подшипника 3522 (D=200 мм, B=53 мм): Vs = 0,005 x 200 x 53 = 53 см3
Периодичность смазывания
Интервал между пополнением смазки зависит от частоты вращения, температуры и условий эксплуатации. Для крановых механизмов с повторно-кратковременным режимом работы рекомендуется сокращать базовый интервал в 1,5-2 раза.
| Условия эксплуатации | Базовый интервал, ч | Коэффициент режима | Итоговый интервал, ч |
|---|---|---|---|
| Легкий режим (ПВ 15%) | 2000 | 1,0 | 2000 |
| Средний режим (ПВ 25%) | 2000 | 0,7 | 1400 |
| Тяжелый режим (ПВ 40%) | 2000 | 0,5 | 1000 |
| Весьма тяжелый (ПВ 60%) | 2000 | 0,3 | 600 |
Расчет долговечности подшипников
Основные зависимости
Расчет подшипников качения на долговечность выполняется согласно ГОСТ 18855-2013 (ISO 281:2007). Базовая расчетная долговечность L10 определяет число миллионов оборотов, которое достигнет 90% подшипников до появления признаков усталостного выкрашивания.
Формула расчета базовой долговечности
L10 = (C / P)p
где:
L10 - базовая долговечность, млн. оборотов;
C - динамическая грузоподъемность подшипника, кН;
P - эквивалентная динамическая нагрузка, кН;
p - показатель степени (p = 3 для шариковых, p = 10/3 для роликовых).
Расчет долговечности в часах
Для перехода к ресурсу в часах работы используется зависимость:
Lh = (C / P)p x 106 / (60 x n)
где n - частота вращения подшипника, об/мин.
Эквивалентная динамическая нагрузка
Для радиальных и радиально-упорных подшипников при комбинированной нагрузке:
P = (X x V x Fr + Y x Fa) x Kb x Kt
где:
Fr - радиальная нагрузка, кН;
Fa - осевая нагрузка, кН;
X, Y - коэффициенты радиальной и осевой нагрузки;
V - коэффициент вращения (V=1 при вращении внутреннего кольца);
Kb - коэффициент безопасности (1,3-2,5 для кранов);
Kt - температурный коэффициент.
Пример расчета долговечности подшипника барабана
Исходные данные:
Подшипник 3522 (22222): C = 560 кН, C0 = 640 кН
Радиальная нагрузка Fr = 80 кН
Частота вращения n = 15 об/мин
Коэффициент безопасности Kb = 1,5
Расчет:
P = Fr x Kb = 80 x 1,5 = 120 кН
L10 = (560 / 120)10/3 = 4,673,33 = 147 млн. об.
Lh = 147 x 106 / (60 x 15) = 163 000 часов
Результат: расчетный ресурс подшипника составляет более 163 000 часов работы, что значительно превышает требуемый ресурс крана.
Монтаж и регулировка подшипниковых узлов
Посадки подшипников
Выбор посадок внутреннего кольца на вал и наружного кольца в корпус определяется характером нагружения согласно ГОСТ 3325-85. Для подшипников барабана лебедки с циркуляционным нагружением внутреннего кольца применяются посадки с натягом:
| Элемент соединения | Класс нагружения | Рекомендуемая посадка | Поле допуска |
|---|---|---|---|
| Внутреннее кольцо на вал | Тяжелое циркуляционное | С натягом | n6, m6 |
| Наружное кольцо в корпус | Местное | С зазором | H7 |
| Вал под закрепительную втулку | - | Свободная | h9 |
Методы монтажа
Сферические роликовые подшипники с цилиндрическим отверстием монтируются на вал методом нагрева до температуры 80-100 C с последующей осадкой. Подшипники с коническим отверстием устанавливаются на закрепительные втулки путем осевого перемещения с контролем радиального зазора.
Регулировка трехопорного вала
Для трехопорных валов лебедок с шарнирным креплением редуктора специальная выверка соосности не требуется. Шарнирные опоры обеспечивают самоустановку при искривлении вала из-за неточности изготовления, предотвращая перегрузку подшипников.
Диагностика состояния подшипников
Методы контроля
Техническое состояние подшипников лебедки оценивается методами вибрационной диагностики, температурного контроля и визуального осмотра при техническом обслуживании.
| Метод диагностики | Контролируемый параметр | Предельное значение | Периодичность |
|---|---|---|---|
| Вибрационный контроль | Виброскорость, мм/с | 4,5 мм/с (допустимо) | Ежемесячно |
| Температурный контроль | Превышение над окружающей средой | +40 C (допустимо) | Ежесменно |
| Визуальный осмотр | Состояние уплотнений, утечки | Отсутствие повреждений | Ежесменно |
| Акустический контроль | Посторонние шумы | Отсутствие стуков | Постоянно |
Признаки неисправностей
Типичные признаки износа и повреждения подшипников грузовых лебедок:
| Признак неисправности | Возможная причина | Рекомендуемые действия |
|---|---|---|
| Повышенная вибрация | Износ дорожек качения, дефекты роликов | Замена подшипника |
| Повышенный нагрев | Недостаток смазки, перегрузка | Пополнение смазки, проверка нагрузки |
| Стук при работе | Увеличенный зазор, выкрашивание | Замена подшипника |
| Утечка смазки | Износ уплотнений | Замена уплотнений, пополнение смазки |
Часто задаваемые вопросы
Расчетный ресурс сферических роликовых подшипников барабана составляет 10 000-20 000 часов при правильной эксплуатации. Фактический ресурс зависит от режима работы, качества смазки и условий окружающей среды. При тяжелом режиме работы (ПВ 40-60%) ресурс может снижаться до 5 000-8 000 часов.
Да, подшипники серий 3500 (22200) и 53500 (22200 CC) взаимозаменяемы по посадочным размерам. Подшипники 53500 с симметричными роликами имеют повышенную на 20-30% грузоподъемность, что позволяет увеличить ресурс узла или применить их в более нагруженных условиях.
Серия 3500 (22200 по ISO) имеет асимметричное расположение роликов - они размещены поочередно с каждой стороны. Серия 53500 имеет симметричное расположение роликов (друг напротив друга), что обеспечивает повышенную на 20-30% грузоподъемность. Кроме того, в 53500 обычно устанавливается стальной сепаратор вместо латунного. Серии взаимозаменяемы по габаритам.
Для сферических роликовых подшипников лебедок рекомендуется пластичная смазка Литол-24 по ГОСТ 21150-2017. Диапазон рабочих температур: -40...+120 C, класс консистенции NLGI 3. При повышенных нагрузках применяют EP-смазки с противозадирными присадками. Для низких температур (до -50 C) используют Циатим-201.
Трехопорная схема снижает трудозатраты по установке и регулировке лебедки. Опирание на три точки ликвидирует влияние упругих деформаций металлоконструкций крана и снимает потребность в регулировочных прокладках. Шарнирное крепление редуктора обеспечивает самоустановку при неточностях изготовления, исключая перегрузку подшипников.
В направляющих и прижимных роликах канатоукладчика применяются радиальные шариковые однорядные подшипники серий 6000, 6200, 6300 по ГОСТ 8338-75. Предпочтительны подшипники закрытого типа с обозначением 2RS (резиновые уплотнения) или ZZ (защитные шайбы), защищающие от загрязнений и не требующие дополнительной смазки.
Основные признаки необходимости замены: повышенная вибрация (виброскорость более 7,1 мм/с), температура корпуса подшипника выше 80 C, посторонние стуки и шумы при работе, увеличенный осевой люфт вала, следы выкрашивания металла в отработанной смазке. При обнаружении любого из этих признаков подшипник подлежит замене.
Согласно ГОСТ 18855-2013 (ISO 281:2007), при расчете базовой долговечности роликовых подшипников применяется показатель степени p = 10/3 (примерно 3,33). Для шариковых подшипников показатель степени p = 3. Это различие обусловлено разным характером контакта тел качения с дорожками.
Заключение
Подшипниковые узлы грузовых лебедок башенных и автомобильных кранов определяют надежность и ресурс всего механизма подъема. Правильный выбор типа подшипников с учетом действующих нагрузок, грамотный монтаж и регулярное техническое обслуживание обеспечивают расчетный срок службы узлов.
Сферические роликовые подшипники серий 22200/23200 (3500/3600) для барабана, конические роликовые подшипники для валов редуктора и радиальные шариковые для канатоукладчика образуют систему опор, рассчитанную на специфические условия работы крановых механизмов - повторно-кратковременный режим, значительные динамические нагрузки и необходимость компенсации несоосности.
Отказ от ответственности
Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и предназначена для информационных целей. Автор и издатель не несут ответственности за любой прямой, косвенный или случайный ущерб, возникший в результате использования представленной информации. Перед выполнением работ по монтажу, обслуживанию или ремонту подшипниковых узлов грузоподъемного оборудования необходимо руководствоваться действующей нормативно-технической документацией, инструкциями производителей оборудования и требованиями промышленной безопасности. Все расчеты и технические решения должны выполняться квалифицированными специалистами.
Источники
- ГОСТ 520-2011 Подшипники качения. Общие технические условия (с поправками)
- ГОСТ 5721-2022 Подшипники качения. Подшипники роликовые сферические двухрядные с асимметричными роликами. Общие технические требования
- ГОСТ 24696-2023 Подшипники качения. Подшипники роликовые сферические двухрядные с симметричными роликами. Общие технические требования
- ГОСТ 18855-2013 (ISO 281:2007) Подшипники качения. Динамическая грузоподъемность и номинальный ресурс
- ГОСТ 18854-2013 (ISO 76:2006) Подшипники качения. Статическая грузоподъемность
- ГОСТ 21150-2017 Смазки Литол-24. Технические условия
- ГОСТ 8338-75 Подшипники шариковые радиальные однорядные. Основные размеры
- ГОСТ 27365-2023 Подшипники качения. Подшипники конические однорядные. Классификация, указания по применению и эксплуатации
- ГОСТ 3325-85 Подшипники качения. Поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов. Посадки
- Справочник конструктора-машиностроителя. Анурьев В.И. - Т.2. Машиностроение, 2006
- Расчет и конструирование деталей машин. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. - Высшая школа, 2003
- Каталог SKF. Сферические роликоподшипники. Технические характеристики и рекомендации по применению
