1. Введение
Упорные подшипники в крюковых подвесках грузоподъемных кранов выполняют критически важную функцию - они обеспечивают свободное вращение крюка под нагрузкой относительно траверсы. Это позволяет оператору ориентировать груз в нужном направлении без приложения значительных усилий и предотвращает закручивание грузового каната при подъеме.
В данной статье рассмотрены конструкция и назначение упорных подшипников крюковых подвесок, основные типы применяемых подшипников (серии 293 и 294 по международной классификации), критерии их выбора, требования к смазочным материалам и периодичность технического обслуживания.
2. Конструкция крюковой подвески
2.1. Основные элементы
Крюковая подвеска является грузозахватным органом грузоподъемного крана и состоит из следующих основных элементов:
- Грузовой крюк (однорогий по ГОСТ 6627-74 или двурогий по ГОСТ 6628-73)
- Траверса (поперечина) для крепления блоков полиспаста
- Щеки (боковины) для соединения элементов подвески
- Ось блоков
- Канатные блоки
- Упорный подшипник качения или скольжения
- Гайка крепления крюка с стопорной планкой
- Защитные щитки и кожухи
2.2. Функция упорного подшипника
Упорный подшипник устанавливается между опорной поверхностью хвостовика крюка и траверсой (или специальной опорной шайбой). Основные функции подшипника:
| Функция | Описание |
|---|---|
| Восприятие осевой нагрузки | Передача веса груза от крюка на траверсу с минимальным трением |
| Обеспечение вращения | Свободное вращение крюка вокруг вертикальной оси под нагрузкой |
| Компенсация несоосности | Сферическая конструкция подшипника допускает угловое отклонение до 3 градусов |
| Разворот груза | Возможность ориентирования поднятого груза в горизонтальной плоскости |
| Предотвращение закручивания каната | Свободное вращение снимает крутящий момент с грузового каната |
2.3. Типы крюковых подвесок
В зависимости от конструкции различают нормальные и укороченные крюковые подвески. В нормальной подвеске траверса с крюком располагается ниже оси блоков и соединяется с ними через щеки. В укороченной подвеске крюк с удлиненным хвостовиком крепится непосредственно на оси блоков, что позволяет увеличить высоту подъема груза в помещениях с ограниченной высотой.
3. Упорные сферические роликовые подшипники серий 293 и 294
3.1. Конструктивные особенности
Упорные сферические роликовые подшипники (по ISO: Spherical Roller Thrust Bearings) представляют собой однорядные подшипники с асимметричными бочкообразными роликами, расположенными под углом к оси вращения. Основные конструктивные элементы:
- Тугое кольцо (шайба вала) - устанавливается на хвостовик крюка
- Свободное кольцо (корпусная шайба) - опирается на траверсу, имеет сферическую дорожку качения
- Бочкообразные ролики - обеспечивают линейный контакт и высокую грузоподъемность
- Сепаратор - удерживает ролики на равном расстоянии друг от друга
Сферическая форма дорожки качения корпусной шайбы позволяет подшипнику компенсировать угловые несоосности вала и корпуса до 3 градусов (в зависимости от нагрузки и серии), что особенно важно в условиях эксплуатации крюковых подвесок. Подшипники могут воспринимать радиальную нагрузку до 55% от осевой (Fr <= 0,55 Fa).
3.2. Серия 293 (средняя серия)
Подшипники серии 293 относятся к серии диаметров 3 по ISO 104 и являются наиболее распространенными для крюковых подвесок тяжелонагруженных кранов. Данные приведены по каталогу SKF.
| Обозначение | d, мм | D, мм | H, мм | C, кН | C0, кН | Масса, кг |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 29317 E | 85 | 150 | 39 | 380 | 1060 | 2,75 |
| 29318 E | 90 | 155 | 39 | 400 | 1080 | 2,85 |
| 29320 E | 100 | 170 | 42 | 465 | 1290 | 3,65 |
| 29322 E | 110 | 190 | 48 | 610 | 1730 | 5,30 |
| 29324 E | 120 | 210 | 54 | 765 | 2120 | 7,35 |
| 29326 E | 130 | 225 | 58 | 865 | 2500 | 9,00 |
| 29328 E | 140 | 240 | 60 | 980 | 2850 | 10,5 |
| 29330 E | 150 | 250 | 60 | 1000 | 2850 | 11,0 |
| 29332 E | 160 | 270 | 67 | 1180 | 3450 | 14,5 |
| 29340 E | 200 | 340 | 85 | 1860 | 5500 | 29,5 |
Примечание: d - внутренний диаметр, D - наружный диаметр, H - высота, C - динамическая грузоподъемность, C0 - статическая грузоподъемность. Данные по каталогу SKF.
3.3. Серия 294 (тяжелая серия)
Подшипники серии 294 имеют увеличенную ширину и значительно более высокую грузоподъемность по сравнению с серией 293 при том же внутреннем диаметре. Применяются в крюковых подвесках особо тяжелонагруженных кранов.
| Обозначение | d, мм | D, мм | H, мм | C, кН | C0, кН | Масса, кг |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 29412 E | 60 | 130 | 42 | 390 | 915 | 2,20 |
| 29414 E | 70 | 150 | 48 | 520 | 1250 | 3,90 |
| 29416 E | 80 | 170 | 54 | 670 | 1630 | 5,60 |
| 29418 E | 90 | 190 | 60 | 815 | 2000 | 7,75 |
| 29420 E | 100 | 210 | 67 | 980 | 2500 | 10,5 |
| 29422 E | 110 | 230 | 73 | 1180 | 3000 | 13,5 |
| 29424 E | 120 | 250 | 78 | 1370 | 3450 | 17,5 |
| 29426 E | 130 | 270 | 85 | 1560 | 4050 | 22,0 |
| 29428 E | 140 | 280 | 85 | 1630 | 4300 | 23,0 |
| 29430 E | 150 | 300 | 90 | 1860 | 5100 | 28,0 |
Данные по каталогу SKF.
3.4. Типы сепараторов
Упорные сферические роликовые подшипники выпускаются с различными типами сепараторов, что отражается в дополнительном обозначении:
| Обозначение | Тип сепаратора | Область применения |
|---|---|---|
| E | Стальной штампованный оконного типа | Стандартные условия эксплуатации (размеры до d=68 мм) |
| EM | Латунный массивный (механически обработанный) | Тяжелые условия работы, ударные нагрузки, вибрации |
| EF | Стальной массивный (механически обработанный) | Крупные размеры, высокие нагрузки |
Для крюковых подвесок кранов при наличии ударных нагрузок и вибраций рекомендуется применять подшипники с латунным массивным сепаратором (обозначение EM), поскольку они лучше выдерживают динамические воздействия, характерные для грузоподъемного оборудования.
4. Критерии выбора подшипника для крюковой подвески
4.1. Расчет эквивалентной нагрузки
Упорные сферические роликовые подшипники воспринимают преимущественно осевую нагрузку, но допускают и радиальную составляющую, не превышающую 55% от осевой (Fr <= 0,55 Fa). Эквивалентная динамическая нагрузка для подшипников без влияния биений в опоре определяется по формуле (по SKF):
где:
P - эквивалентная динамическая нагрузка, кН
Fa - осевая нагрузка (вес груза + собственный вес крюка и строповочных приспособлений), кН
Fr - радиальная нагрузка (при наличии), кН
При наличии влияния биений на распределение нагрузки:
P = Fa + 1,2 * Fr
4.2. Расчет номинального ресурса
Номинальный ресурс подшипника в миллионах оборотов определяется по формуле:
где:
L10 - номинальный ресурс (90% надежность), млн. оборотов
C - динамическая грузоподъемность подшипника, кН
P - эквивалентная динамическая нагрузка, кН
Показатель степени 10/3 применяется для роликовых подшипников
4.3. Учет режима работы крана
При выборе подшипника необходимо учитывать группу классификации режима работы крана. Классификация режимов работы кранов регламентируется ГОСТ 34017-2016 (заменил ГОСТ 25546-82 с 01.01.2018). Стандарт гармонизирован с ISO 4301-1.
| Группа режима | Характеристика | Рекомендуемый коэффициент безопасности S0 |
|---|---|---|
| A1, A2 (1К, 2К) | Легкий режим (редкое использование) | 1,5 |
| A3, A4 (3К, 4К) | Средний режим | 2,0 |
| A5 (5К) | Тяжелый режим | 2,5 |
| A6, A7, A8 (6К, 7К, 8К) | Весьма тяжелый режим | 3,0-4,0 |
Статический коэффициент безопасности S0 = C0 / P0, где P0 - эквивалентная статическая нагрузка.
Для крюковой подвески грузоподъемностью 10 тонн при тяжелом режиме работы (A5/5К):
Осевая нагрузка: Fa = 10 * 9,81 = 98,1 кН
С учетом коэффициента безопасности S0 = 2,5: требуемая C0 >= 98,1 * 2,5 = 245 кН
При отсутствии радиальной нагрузки: P = 0,88 * 98,1 = 86,3 кН
Выбираем подшипник 29320 E с C = 465 кН, C0 = 1290 кН
L10 = (465 / 86,3)3,33 = 218 млн. оборотов
Коэффициент статической безопасности: S0 = 1290 / 98,1 = 13,1 > 2,5 - условие выполнено с большим запасом.
С учетом низкой частоты вращения крюка, данный ресурс обеспечит многолетнюю эксплуатацию при правильном обслуживании.
5. Смазка упорных подшипников крюка
5.1. Требования к смазочным материалам
Упорные сферические роликовые подшипники крюковых подвесок работают в специфических условиях: низкая скорость вращения, высокие удельные нагрузки, знакопеременный режим, воздействие окружающей среды. Согласно рекомендациям SKF, для данного типа подшипников следует применять смазки с EP-присадками (противозадирными). К смазочным материалам предъявляются следующие требования:
- Высокая несущая способность масляной пленки при низких скоростях
- Наличие противозадирных (EP) присадок
- Водостойкость и защита от коррозии
- Широкий диапазон рабочих температур
- Механическая стабильность
5.2. Рекомендуемые пластичные смазки
Для упорных подшипников крюковых подвесок рекомендуется применять пластичные смазки класса NLGI 2-3 на литиевой или комплексной литиевой основе с EP-присадками:
| Смазка | Загуститель | Температурный диапазон | Особенности |
|---|---|---|---|
| Литол-24 (ГОСТ 21150-2017) | Литиевое мыло | -40...+120 C | Универсальная, водостойкая (без EP-присадок) |
| SKF LGEP 2 | Литиевое мыло | -20...+110 C | С EP-присадками для тяжелых нагрузок |
| SKF LGEM 2 | Литиевое мыло | -20...+120 C | Высоковязкая с твердыми добавками (MoS2) |
| SKF LGHB 2 | Комплексный сульфонат кальция | -20...+150 C | Для высоких температур и тяжелых нагрузок |
| Mobil Mobilux EP 2 | Литиевое мыло | -20...+130 C | С EP-присадками, высокая водостойкость |
| Shell Gadus S2 V220 | Литиевый комплекс | -20...+150 C | Для тяжелых условий эксплуатации |
5.3. Количество смазки
Объем смазки для пополнения подшипника можно рассчитать по формуле (по SKF):
где:
Gp - масса смазки для пополнения, граммы
D - наружный диаметр подшипника, мм
H - высота подшипника, мм
Для упорных подшипников крюка рекомендуется полное заполнение свободного объема смазкой, поскольку скорости вращения низкие и избыточный нагрев маловероятен.
| Подшипник | D x H, мм | Рекомендуемый объем смазки для пополнения, г |
|---|---|---|
| 29317 E | 150 x 39 | 29 |
| 29318 E | 155 x 39 | 30 |
| 29320 E | 170 x 42 | 36 |
| 29324 E | 210 x 54 | 57 |
| 29328 E | 240 x 60 | 72 |
| 29420 E | 210 x 67 | 70 |
6. Техническое обслуживание и периодичность смазки
6.1. Периодичность технического обслуживания кранов
Техническое обслуживание грузоподъемных кранов регламентируется ГОСТ 18322-78 "Система технического обслуживания и ремонта техники" и руководствами по эксплуатации конкретных моделей кранов. Система технического обслуживания включает:
| Вид ТО | Периодичность | Работы с подшипником крюка |
|---|---|---|
| Ежесменное обслуживание (ЕО) | Перед началом смены | Визуальный осмотр, проверка вращения крюка |
| ТО-1 | Согласно РЭ (типично 50-100 мото-часов) | Проверка состояния уплотнений, пополнение смазки при необходимости |
| ТО-2 | Согласно РЭ (типично 200-400 мото-часов) | Полная замена смазки, проверка зазоров, ревизия узла |
| Сезонное ТО | 2 раза в год | Замена смазки на соответствующую сезону (при необходимости) |
6.2. Интервалы пополнения смазки
Для подшипников крюковой подвески, работающих при эпизодическом вращении с очень низкой частотой, расчетный интервал пополнения смазки получается весьма большим. На практике пополнение смазки производят в рамках регламентных работ ТО.
Согласно рекомендациям SKF, при температуре эксплуатации 70 C интервалы пополнения смазки необходимо сокращать вдвое на каждые 15 C превышения этой температуры. Для вертикальных валов с шайбой вала сверху интервал также следует сократить вдвое.
6.3. Корректировка интервалов
Интервалы обслуживания корректируются в зависимости от условий эксплуатации:
| Фактор | Коэффициент коррекции интервала |
|---|---|
| Температура выше +70 C (на каждые 15 C) | 0,5 (сокращение вдвое) |
| Высокая запыленность среды | 0,5-0,7 |
| Повышенная влажность | 0,7 |
| Вибрации и ударные нагрузки | 0,5-0,8 |
| Работа на открытом воздухе | 0,7-0,8 |
6.4. Процедура пополнения смазки
При пополнении смазки через пресс-масленку (при наличии) рекомендуется:
- Очистить область вокруг пресс-масленки от загрязнений
- Использовать чистый шприц и свежую смазку того же типа
- Подавать смазку небольшими порциями до появления из уплотнений
- Избегать чрезмерного давления, которое может повредить уплотнения
- После смазки провернуть крюк несколько раз для распределения смазки
- Полную замену смазки рекомендуется проводить после примерно 5 пополнений
7. Типичные неисправности и методы диагностики
7.1. Признаки неисправности упорного подшипника
| Признак | Возможная причина | Действия |
|---|---|---|
| Затрудненное вращение крюка под нагрузкой | Недостаток смазки, износ, загрязнение | Пополнить смазку, при сохранении проблемы - ревизия |
| Характерный шум при вращении | Износ дорожек качения, повреждение роликов | Демонтаж и осмотр, замена при необходимости |
| Ощутимый люфт крюка | Износ подшипника, ослабление гайки | Проверка затяжки гайки, измерение зазоров |
| Нагрев узла | Недостаток смазки, перекос, чрезмерная затяжка | Проверка монтажа, пополнение смазки |
| Утечка смазки | Износ уплотнений, избыток смазки | Замена уплотнений |
7.2. Критерии браковки
Подшипник подлежит замене при обнаружении:
- Питтинга (усталостного выкрашивания) на дорожках качения
- Трещин на кольцах или роликах
- Коррозионных повреждений рабочих поверхностей
- Деформации или разрушения сепаратора
- Увеличения зазоров сверх допустимых значений
- Следов перегрева (цвета побежалости)
- Задиров на рабочих поверхностях
8. Вопросы и ответы
Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и предназначена для общего информирования специалистов в области грузоподъемного оборудования. Информация, представленная в статье, не является руководством к действию и не заменяет официальную техническую документацию производителей оборудования, подшипников и смазочных материалов.
Автор и издатель не несут ответственности за любые последствия, возникшие в результате использования информации из данной статьи. При проектировании, монтаже, эксплуатации и техническом обслуживании грузоподъемного оборудования необходимо руководствоваться действующими нормативными документами, паспортами и руководствами по эксплуатации конкретных изделий, а также привлекать квалифицированный персонал.
Источники
- ГОСТ 9942-90 Подшипники упорно-радиальные роликовые сферические одинарные. Технические условия
- ГОСТ 6627-74 Крюки однорогие. Заготовки. Типы, конструкция и размеры
- ГОСТ 6628-73 Крюки двурогие. Заготовки. Типы, конструкция и размеры
- ГОСТ 34017-2016 Краны грузоподъемные. Классификация режимов работы
- ГОСТ 21150-2017 Смазки Литол-24. Технические условия
- ГОСТ 18322-78 Система технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения
- ISO 104:2015 Rolling bearings - Thrust bearings - Boundary dimensions, general plan
- ISO 4301-1:2016 Cranes - Classification - Part 1: General
- SKF Group. Spherical roller thrust bearings. Technical catalogue PUB BU/P1 06104/1 EN
- SKF Group. Rolling bearings. Catalogue PUB BU/P1 17000 EN
- Schaeffler Technologies AG. FAG Spherical roller thrust bearings. Technical documentation
- Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Том 2
- Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование
