Подшипники и втулки рукояти экскаватора

Шарнирные соединения рукояти экскаватора: конструкция и эксплуатация

Шарнирные соединения рабочего оборудования экскаватора представляют собой критически важные узлы, обеспечивающие подвижность стрелы, рукояти и ковша. Надежность этих соединений напрямую влияет на производительность машины и безопасность эксплуатации. Основными элементами шарниров являются подшипники скольжения в виде втулок, закаленные пальцы и уплотнительные системы.

Конструкция шарнирных соединений

Шарнирное соединение рукояти экскаватора состоит из следующих основных компонентов: палец, втулки подшипников скольжения, уплотнения и система смазки. Палец представляет собой цилиндрический стержень из закаленной стали, который проходит через втулки, запрессованные в проушины соединяемых элементов.

Принцип работы шарнирного узла

В процессе работы экскаватора шарнирные соединения испытывают значительные радиальные и осевые нагрузки, а также угловые перемещения. Втулки подшипников скольжения обеспечивают снижение трения между пальцем и проушинами, принимая на себя износ. При правильной эксплуатации и своевременном обслуживании срок службы шарнирных соединений составляет от 2000 до 6000 моточасов в зависимости от условий работы.

Подшипники скольжения в шарнирных соединениях

Подшипники скольжения в шарнирах рукояти работают в условиях низких скоростей вращения, возвратно-поступательного движения и знакопеременных нагрузок. Основным типом подшипников являются цилиндрические и сферические втулки, устанавливаемые с натягом в проушины и обеспечивающие посадку с зазором на палец.

Бронзовые втулки подшипников скольжения

Марки бронз для шарнирных соединений

Для изготовления втулок шарниров экскаваторов применяются антифрикционные бронзы, которые регламентируются ГОСТ 493-79, ГОСТ 613-79 и ГОСТ 5017-2006. Наиболее распространенными являются алюминиево-железистые бронзы марки БрА9Ж3Л и оловянно-фосфористые БрО10Ф1.

Технология изготовления бронзовых втулок

Втулки подшипников скольжения изготавливают двумя основными методами: литьем в кокиль или холодно-твердеющие смеси, и методом порошковой металлургии. Литые втулки применяются для крупногабаритных деталей диаметром свыше 100 мм, спеченные втулки - для средних размеров с диаметрами от 10 до 100 мм.

Характеристики бронзовых втулок

Бронзовые втулки отличаются высокой прочностью, коррозионной стойкостью и способностью работать в условиях абразивного загрязнения. Низкий коэффициент трения меди по стали составляет 0,15-0,20 при граничной смазке, что обеспечивает долговечность узла. Пористость спеченных втулок достигает 15-25 процентов, что позволяет им удерживать смазочный материал.

Полимерные втулки IGUS

Преимущества полимерных подшипников скольжения

Полимерные втулки немецкой компании IGUS серии iglidur представляют собой современную альтернативу металлическим подшипникам. Они изготавливаются из высокопроизводительных трибополимеров с введением твердых смазочных материалов непосредственно в структуру полимера.

Эксплуатационные характеристики

Основным преимуществом полимерных втулок IGUS является способность работать без дополнительной смазки за счет встроенных твердых смазочных материалов. При трении частицы смазки и термопластика заполняют неровности вала, создавая скользящую поверхность. Втулки устойчивы к воздействию воды, химических веществ и ультрафиолетового излучения.

Сравнение бронзовых и полимерных втулок

Выбор между бронзовыми и полимерными втулками определяется условиями эксплуатации. Бронзовые втулки выдерживают более высокие нагрузки и имеют больший срок службы в тяжелых условиях, но требуют регулярной смазки. Полимерные втулки обеспечивают работу без смазки, но имеют ограничения по максимальной нагрузке.

Закаленные пальцы шарнирных соединений

Материалы и термообработка пальцев

Пальцы шарниров изготавливают из конструкционных легированных сталей марок 40Х, 40ХН, 35ХМ по ГОСТ 4543-2016. После механической обработки пальцы подвергаются термообработке токами высокой частоты для повышения поверхностной твердости и износостойкости.

Процесс термообработки ТВЧ

Закалка токами высокой частоты обеспечивает получение твердой износостойкой поверхности при сохранении вязкой сердцевины. Нагрев осуществляется индукционными установками мощностью 160-320 кВт при частоте 2500-10000 Гц. Температура нагрева составляет 820-870 градусов Цельсия, охлаждение производится водой или эмульсией.

Отпуск закаленных пальцев

После закалки пальцы подвергаются отпуску при температуре 180-220 градусов Цельсия в течение 2-3 часов для снятия внутренних напряжений и повышения вязкости. Отпуск снижает твердость на 2-4 единицы HRC, но значительно повышает ударную прочность.

Уплотнения шарнирных соединений

Типы уплотнений для шарниров

Шарнирные соединения экскаваторов эксплуатируются в условиях высокого загрязнения абразивными частицами, поэтому требуют надежных уплотнительных систем. Применяются манжетные уплотнения по ГОСТ 8752-79, резиновые уплотнительные кольца и комбинированные системы.

Конструкция уплотнительных узлов

В шарнирах рукояти применяются двухкромочные грязесъемные манжеты, которые обеспечивают герметичность и защиту от проникновения абразивных частиц. Манжеты устанавливаются в специальные канавки на проушинах с натягом, обеспечивающим надежное уплотнение при угловых перемещениях до 30 градусов.

Смазка шарнирных соединений

Типы смазочных материалов

Для смазки шарниров рукояти экскаватора применяются консистентные смазки на литиевой или кальциевой основе. Основные требования к смазке: водостойкость, устойчивость к вымыванию, работоспособность в широком температурном диапазоне и хорошие противоизносные свойства.

Система подачи смазки

Подача смазки в шарнирные соединения осуществляется через пресс-масленки, установленные в проушинах. При нагнетании смазки шприцем или централизованной системой она распределяется по поверхности втулки через специальные канавки или отверстия в пальце. Давление подачи составляет 15-40 МПа.

Периодичность смазки

Интервалы смазки шарниров зависят от интенсивности эксплуатации и условий работы. При работе в обычных условиях смазку производят каждые 50-100 моточасов. В тяжелых условиях с высоким содержанием абразива интервал сокращается до 10-25 моточасов.

Допуски и посадки подшипников скольжения

Система допусков для шарниров

Посадки втулок и пальцев в шарнирных соединениях регламентируются ГОСТ 25346-89 и выполняются по системе отверстия. Втулка запрессовывается в проушину с натягом, палец устанавливается во втулку с зазором для обеспечения возможности углового перемещения.

Расчет рабочего зазора

Рабочий зазор между пальцем и втулкой определяется из условия гидродинамической смазки и необходимости углового перемещения. Для шарниров экскаваторов относительный зазор составляет 0,0015-0,0035 от диаметра пальца. При диаметре 80 мм это соответствует зазору 120-280 мкм.

Контроль геометрических параметров

Контроль размеров пальцев и втулок осуществляется с использованием нутромеров, микрометров и калибров. Отклонение от цилиндричности пальца не должно превышать 0,01 мм на длине 100 мм. Шероховатость рабочей поверхности пальца Ra 0,63-1,25 мкм, втулки Ra 1,25-2,5 мкм.

Периодичность обслуживания и замены

Регламент технического обслуживания

Техническое обслуживание шарнирных соединений включает смазку, визуальный осмотр, проверку зазоров и при необходимости замену изношенных элементов. Периодичность обслуживания зависит от наработки и условий эксплуатации.

Признаки необходимости замены

Замена втулок и пальцев требуется при следующих признаках: увеличение зазора более чем в 2 раза от номинального, появление люфта в шарнире, нагрев узла при работе, утечка смазки, посторонние звуки при движении рабочего оборудования. Своевременная замена предотвращает повреждение проушин, ремонт которых значительно дороже.

Методика измерения зазора

Для измерения зазора в шарнире применяют щупы или индикаторы часового типа. Измерение производится в верхнем положении рукояти при разгруженном шарнире. Индикатор устанавливается на проушину, измерительный наконечник упирается в палец. Перемещение пальца относительно проушины показывает величину зазора.