Содержание статьи
- Введение
- Конструкция манипуляторов торкретирования
- Типы подшипников в шарнирных соединениях
- Сферические подшипники скольжения
- Опорно-поворотные устройства
- Нагрузки и условия эксплуатации
- Материалы и технические требования
- Смазка и техническое обслуживание
- Производители оборудования
- Часто задаваемые вопросы
- Источники
Введение
Механизированное торкретирование представляет собой технологический процесс нанесения торкрет-бетона под давлением, широко применяемый в горнодобывающей промышленности, туннелестроении и подземном строительстве. Роботы-манипуляторы для торкретирования обеспечивают безопасное и эффективное укрепление горных выработок, тоннелей и подземных сооружений.
Подшипниковые узлы шарнирных соединений манипуляторов являются критически важными компонентами, обеспечивающими точность позиционирования и надежность работы оборудования в тяжелых условиях эксплуатации. Правильный выбор и эксплуатация подшипников определяют производительность, долговечность и безопасность всей торкрет-установки.
Конструкция манипуляторов торкретирования
Кинематическая схема манипулятора
Современные торкрет-манипуляторы представляют собой многозвенные механизмы с последовательной кинематической структурой. Типичная конструкция включает от 4 до 6 степеней свободы, что обеспечивает гибкое позиционирование торкрет-форсунки в пространстве горной выработки.
Манипулятор состоит из следующих основных элементов:
- Опорно-поворотное устройство базового звена
- Система шарнирных звеньев стрелы
- Телескопические секции выдвижения
- Поворотный механизм форсунки
- Гидравлические цилиндры привода
| Параметр | Типовые значения | Назначение |
|---|---|---|
| Количество степеней свободы | 4-6 осей | Обеспечение пространственного позиционирования |
| Максимальный вылет стрелы | 8-15 м | Охват рабочей зоны выработки |
| Угол поворота основания | 360° | Полный круговой обзор |
| Угол наклона секций | -80° до +165° | Обработка потолка и стен |
| Производительность подачи бетона | 19-27 м³/ч | Интенсивность торкретирования |
Шарнирные соединения
Каждое шарнирное соединение манипулятора содержит подшипниковый узел, который должен обеспечивать плавное вращательное или угловое движение при значительных нагрузках. В конструкции применяются преимущественно сферические подшипники скольжения, способные воспринимать комбинированные нагрузки и компенсировать угловые смещения.
Типы подшипников в шарнирных соединениях
Классификация по конструкции
В манипуляторах торкретирования применяются следующие типы подшипников:
| Тип подшипника | Обозначение по ГОСТ 3635-78 | Применение в манипуляторе | Особенности |
|---|---|---|---|
| Шарнирный неразъемный | Ш, ШП | Малонагруженные узлы | Без смазочных каналов |
| Шарнирный с прорезью | ШСП, ШСП...К | Гидроцилиндры, стрела | С системой смазки, прорезь на наружном кольце |
| Шарнирный разъемный | ШСЛ, ШСЛ...К1 | Основные шарниры стрелы | Разлом наружного кольца продольно |
| Самосмазывающийся | ШН, ШЛТ | Труднодоступные узлы | Поверхность скольжения сталь/металлофторопласт |
| Радиально-упорный | ШУ | Узлы с осевыми нагрузками | Восприятие комбинированных нагрузок |
Сферические подшипники скольжения
Конструктивные особенности
Сферические подшипники скольжения состоят из внутреннего кольца со сферической наружной поверхностью и наружного кольца с сопряженной сферической внутренней поверхностью. Такая конструкция обеспечивает самоустанавливаемость узла и способность компенсировать угловые смещения до 3-8° в зависимости от типоразмера.
Поверхности скольжения
В манипуляторах торкретирования применяются подшипники с различными парами трения:
| Пара трения | Материалы | Допустимая нагрузка, МПа | Коэффициент трения | Требования к смазке |
|---|---|---|---|---|
| Сталь-сталь | ШХ15, ШХ15СГ | 150-200 | 0,10-0,15 | Регулярная пластичная смазка |
| Сталь-металлофторопласт | ШХ15 / композит | 60-80 | 0,03-0,08 | Самосмазывающийся |
| Сталь-органоволокнит | ШХ15 / текстолит | 40-60 | 0,08-0,12 | Периодическая смазка |
| Нержавеющая сталь | 95Х18Ш | 120-150 | 0,12-0,18 | Коррозионная стойкость |
Расчет подшипникового узла
При проектировании подшипникового узла необходимо учитывать действующие нагрузки и определять требуемые размеры подшипника.
Пример расчета
Исходные данные:
- Радиальная нагрузка Fr = 45 кН
- Осевая нагрузка Fa = 18 кН
- Момент нагрузки M = 2,5 кН·м
- Угол качания α = 5°
Расчет эквивалентной нагрузки:
Feq = Fr + k₁·Fa + k₂·M/d
где k₁ = 0,67 для угла контакта 60°, k₂ = 2,3 для шарнирных подшипников
Для подшипника ШСП 60К с диаметром d = 60 мм:
Feq = 45 + 0,67·18 + 2,3·2,5/0,06 ≈ 153 кН
Проверка допустимости:
Допустимая статическая нагрузка C₀ для ШСП 60К составляет 196 кН, что обеспечивает коэффициент запаса прочности 1,28.
Опорно-поворотные устройства
Назначение ОПУ
Опорно-поворотное устройство (ОПУ) является ключевым узлом базового звена манипулятора торкретирования. Оно обеспечивает вращение всей конструкции манипулятора относительно вертикальной оси и передает вертикальные, горизонтальные нагрузки, а также опрокидывающий момент от стрелы на основание машины.
Конструкция ОПУ
Типичное опорно-поворотное устройство состоит из:
- Внутреннего неподвижного кольца с монтажными отверстиями
- Наружного вращающегося кольца
- Тел качения (шарики или ролики) в одном или нескольких рядах
- Зубчатого венца для привода вращения
- Системы уплотнений и смазочных каналов
| Тип ОПУ | Конструкция | Грузоподъемность | Применение |
|---|---|---|---|
| Однорядный шариковый | 4-точечный контакт | Средняя | Легкие манипуляторы |
| Двухрядный шариковый | Два ряда шариков | Повышенная | Стандартные торкрет-машины |
| Перекрестно-роликовый | Ролики под углом 90° | Высокая | Тяжелые условия |
| Трехрядный роликовый | Три ряда роликов | Очень высокая | Максимальные нагрузки |
Пример конструктивного исполнения
Для торкрет-манипулятора с вылетом стрелы 12 м и производительностью 25 м³/ч применяется двухрядное шариковое ОПУ диаметром 1000-1200 мм с внутренним зубчатым венцом. Привод осуществляется через гидромотор и редуктор с передаточным отношением 1:180. Скорость вращения платформы составляет 1-3 об/мин.
Нагрузки и условия эксплуатации
Характер нагрузок
Подшипниковые узлы манипуляторов торкретирования работают в сложных условиях комбинированного нагружения:
| Вид нагрузки | Источник | Характер воздействия | Особенности |
|---|---|---|---|
| Радиальная | Масса стрелы и оборудования | Постоянная | До 80% от общей нагрузки |
| Осевая | Давление бетонной смеси | Переменная | Импульсный характер |
| Изгибающий момент | Вылет стрелы | Переменная | Зависит от положения стрелы |
| Ударная | Пуск/останов, отскок бетона | Динамическая | Кратковременные пики |
| Вибрационная | Работа бетононасоса | Знакопеременная | Частота 5-15 Гц |
Условия эксплуатации в горных выработках
Специфика работы торкрет-оборудования в подземных условиях предъявляет особые требования к подшипниковым узлам:
- Высокая запыленность атмосферы минеральной пылью
- Повышенная влажность до 95-100%
- Температурные колебания от +5°С до +35°С
- Присутствие агрессивных компонентов торкрет-бетона
- Ограниченный доступ для обслуживания
- Невозможность использования промывочных систем
Материалы и технические требования
Материалы колец подшипников
Согласно ГОСТ 3635-78, шарнирные подшипники изготавливаются из следующих материалов:
| Материал | Твердость, HRC | Преимущества | Применение |
|---|---|---|---|
| ШХ15 | 59-65 | Высокая износостойкость, традиционный материал | Стандартные условия |
| ШХ15СГ | 59-65 | Повышенная прочность, вязкость | Ударные нагрузки |
| 95Х18Ш | 56-62 | Коррозионная стойкость | Влажные условия |
| 20Х2Н4А (цементация) | 58-62 поверхность | Вязкая сердцевина, твердая поверхность | Тяжелые нагрузки |
Требования к точности изготовления
ГОСТ 3635-78 устанавливает две степени точности для шарнирных подшипников - первую и вторую. Для манипуляторов торкретирования обычно применяются подшипники первой степени точности с более жесткими допусками:
- Отклонение номинального диаметра внутреннего кольца: ±0,008-0,012 мм
- Отклонение номинального диаметра наружного кольца: ±0,010-0,015 мм
- Непостоянство диаметра: не более 0,005 мм
- Параметр шероховатости рабочих поверхностей Ra: не более 0,63 мкм
Термическая обработка
Кольца подшипников подвергаются объемной закалке с отпуском для обеспечения требуемой твердости 59-65 HRC. При такой твердости максимальная рабочая температура ограничивается 120°С для постоянной работы и 150°С для кратковременной.
Смазка и техническое обслуживание
Системы смазки
Эффективная смазка подшипниковых узлов критически важна для обеспечения долговечности манипулятора в условиях горных выработок. Применяются следующие системы:
| Система смазки | Описание | Периодичность | Преимущества |
|---|---|---|---|
| Периодическая ручная | Шприцевание через масленки | Каждые 40-50 часов | Простота, низкие затраты |
| Централизованная | Автоматическая подача к узлам | Программируемая | Надежность, равномерность |
| Самосмазывающиеся подшипники | Встроенный смазочный материал | Не требуется | Необслуживаемость |
Типы смазочных материалов
Для подшипников манипуляторов торкретирования применяются пластичные смазки с высокими антифрикционными и защитными свойствами:
- Литиевые смазки ЦИАТИМ-221, Литол-24 - для стандартных условий
- Молибденовые смазки типа МС - для высоких нагрузок
- Водостойкие смазки на кальциевой основе - для влажных условий
- Высокотемпературные смазки с ПТФЭ - для повышенных температур
Регламент технического обслуживания
Техническое обслуживание подшипниковых узлов включает:
Ежедневное обслуживание:
- Визуальный осмотр уплотнений на наличие повреждений
- Проверка отсутствия посторонних шумов при работе
- Контроль температуры подшипниковых узлов (не более 70-80°С)
Еженедельное обслуживание:
- Очистка внешних поверхностей от загрязнений
- Проверка наличия люфтов в шарнирах
- Контроль состояния смазочных каналов
Ежемесячное обслуживание:
- Закладка свежей смазки через масленки (40-60 часов работы)
- Проверка затяжки крепежных элементов
- Измерение осевых и радиальных зазоров
Капитальное обслуживание (1500-2000 часов):
- Демонтаж и дефектовка подшипниковых узлов
- Промывка и замена смазки
- Замена изношенных подшипников и уплотнений
- Проверка геометрии посадочных мест
Производители оборудования
Meyco (Швейцария)
Компания Meyco является одним из ведущих мировых производителей оборудования для торкретирования. Торкрет-установки Meyco Piccola, Meyco Suprema и Meyco GM широко применяются в туннелестроении и горнодобывающей промышленности. Оборудование отличается надежной конструкцией манипуляторов с качественными подшипниковыми узлами.
Normet (Финляндия)
Normet Group выпускает серию самоходных торкрет-машин Spraymec, включая модели MF 050, LF 050 DC, SF 050 DC и Spraymec 8100 VC. Оборудование Normet характеризуется применением роботизированных манипуляторов с гидравлическим телескопом и вращающейся стрелой, обеспечивающих высокую грузоподъемность и гибкость работы.
| Модель | Производитель | Производительность, м³/ч | Вылет манипулятора, м |
|---|---|---|---|
| Meyco Piccola | Meyco | 12-15 | 8-10 |
| Meyco Suprema | Meyco | 20-25 | 12-14 |
| Spraymec MF 050 VC | Normet | до 27 | 10-12 |
| Spraymec 8100 VC | Normet | 25-30 | 12-15 |
Часто задаваемые вопросы
Отказ от ответственности: Данная статья носит ознакомительный характер и предназначена для общего понимания технических аспектов подшипников манипуляторов торкретирования. Информация не является руководством по эксплуатации или ремонту оборудования. Все работы по техническому обслуживанию и ремонту должны выполняться квалифицированным персоналом в соответствии с инструкциями производителя и требованиями безопасности. Автор не несет ответственности за возможные последствия применения информации из данной статьи.
Источники
- ГОСТ 3635-78 (ИСО 6124/1-82; ИСО 6124/2-82; ИСО 6124/3-82; ИСО 6125-82) "Подшипники шарнирные. Технические условия"
- ГОСТ 34869-2022 (ISO 20015:2017) "Подшипники шарнирные. Метод расчета статической и динамической грузоподъемностей"
- Бидерман В.Л. "Теория механических колебаний". Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1980
- Решетов Д.Н. "Детали машин". Учебник для машиностроительных вузов. М.: Машиностроение, 1989
- Справочник конструктора-машиностроителя / Под ред. В.И. Анурьева. В 3-х томах. М.: Машиностроение, 2001
- Timken Engineering Manual "Spherical Plain Bearings". The Timken Company, 2016
- SKF Group "Spherical plain bearings and rod ends". Каталог продукции, 2022
- Техническая документация производителей Normet Group OY и Meyco Equipment AG
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.
