Подшипники приводных гидроцилиндров бетононасоса

Назначение и роль подшипников в конструкции бетононасоса

Поршневые бетононасосы представляют собой сложные гидромеханические системы, предназначенные для транспортировки бетонной смеси на значительные расстояния и высоты. Ключевым элементом конструкции является качающая плита с приводными гидроцилиндрами, обеспечивающая возвратно-поступательное движение бетоноподающих поршней.

Подшипники качающей плиты бетононасоса выполняют критически важные функции в работе оборудования. Они обеспечивают подвижное соединение штоков гидроцилиндров с рамой насоса и качающей плитой, воспринимая комбинированные радиальные и осевые нагрузки в условиях постоянных циклических воздействий. Надежность этих подшипниковых узлов напрямую влияет на производительность и безопасность работы всей установки.

Конструктивные особенности качающей плиты

Современные двухцилиндровые поршневые бетононасосы работают по принципу попеременного всасывания и нагнетания бетонной смеси. Два главных гидроцилиндра приводят в движение бетоноподающие поршни, которые работают в противофазе: когда один цилиндр всасывает смесь из приемного бункера, второй нагнетает ее в бетоновод через распределительный клапан.

Качающая плита представляет собой подвижный элемент конструкции, который обеспечивает кинематическую связь между гидроцилиндрами привода и бетоноподающими цилиндрами. Плита совершает возвратно-поступательные движения с частотой, зависящей от производительности насоса и режима работы.

Основные узлы крепления подшипников

Типы подшипников качающей плиты

В конструкции качающей плиты бетононасоса применяются специализированные подшипники скольжения, рассчитанные на работу в условиях низких скоростей и высоких нагрузок. Основными типами являются шарнирные наконечники для гидроцилиндров и сферические подшипники скольжения.

Классификация по конструктивному исполнению

Шарнирные подшипниковые узлы классифицируются по нескольким признакам, определяющим область их применения в бетононасосном оборудовании:

• Тип резьбы: внутренняя или наружная, правая или левая резьба для монтажа на штоках гидроцилиндров
• Наличие смазки: обслуживаемые с системой подвода смазки и необслуживаемые с самосмазывающимися материалами
• Материал пары трения: сталь-сталь, сталь-бронза, сталь-композит PTFE
• Конструкция корпуса: цельный или разъемный наружный корпус

Шарнирные наконечники главных цилиндров

Шарнирные наконечники представляют собой готовые к установке узлы, состоящие из корпуса с резьбовым стержнем и запрессованного в него сферического подшипника скольжения. Эти изделия обеспечивают подвижное соединение штоков приводных гидроцилиндров с неподвижными элементами рамы бетононасоса.

Конструктивное исполнение

Типовой шарнирный наконечник для гидроцилиндра бетононасоса включает следующие элементы:

• Корпус из легированной стали с метрической резьбой М20-М56 для крепления на шток гидроцилиндра
• Внутреннее кольцо со сферической наружной поверхностью, изготовленное из подшипниковой стали ШХ15 или ШХ15СГ согласно ГОСТ 801-78
• Наружное кольцо с цилиндрической посадочной поверхностью и сферической внутренней
• Система смазочных канавок и отверстий для обслуживаемых типов
• Уплотнительные элементы для защиты от загрязнений

Особенности работы шарнирных наконечников

Шарнирные наконечники в конструкции бетононасоса работают в специфических условиях. Они должны компенсировать угловые смещения штока гидроцилиндра при движении качающей плиты, которые обычно не превышают 3-5 градусов. При этом подшипник воспринимает полное усилие гидроцилиндра, которое в современных бетононасосах может достигать 200-300 кН.

Сферические подшипники скольжения

Сферические подшипники скольжения, применяемые в качающей плите бетононасоса, представляют собой подшипники с внутренним кольцом, имеющим сферическую наружную поверхность, которая сопрягается со сферической внутренней поверхностью наружного кольца. Такая конструкция обеспечивает самоустановку подшипника и компенсацию несоосности валов.

Технические характеристики по ГОСТ 3635-78

В соответствии с ГОСТ 3635-78 шарнирные подшипники классифицируются по конструктивному исполнению и наличию системы смазки:

• Ш - без отверстий и канавок для смазки
• ШС - с отверстиями и канавками для смазки во внутреннем кольце
• ШСЛ - с системой смазки и разломом наружного кольца в продольном направлении
• ШСП - с системой смазки и прорезью на наружном кольце
• ШСР - с системой смазки и разъемом наружного кольца в поперечном направлении
• ШМ - без отверстий и канавок для смазки для неподвижных соединений

Для бетононасосов наиболее часто применяются подшипники типов ШСП и ШСЛ, которые обеспечивают возможность регулярного смазывания в процессе эксплуатации и при необходимости монтажа на установленный вал.

Материалы изготовления

Кольца подшипников изготавливаются из подшипниковой стали марок ШХ15 или ШХ15СГ согласно требованиям ГОСТ 801-78. Твердость рабочих поверхностей колец должна составлять 59-65 HRCэ при неоднородности не более 4 единиц. Для работы в особо тяжелых условиях или при воздействии агрессивных сред могут применяться кольца из нержавеющей стали 95Х18Ш.

Работа подшипников под пульсирующей нагрузкой

Подшипники качающей плиты бетононасоса работают в условиях циклических пульсирующих нагрузок, характер которых определяется режимом работы гидравлической системы. При подаче бетона происходит чередование фаз всасывания и нагнетания, что создает переменные нагрузки на подшипниковые узлы.

Характер нагружения

Во время рабочего цикла подшипники испытывают следующие типы нагрузок:

• Статические нагрузки от массы подвижных элементов конструкции
• Динамические нагрузки от усилий гидроцилиндров при нагнетании бетона
• Ударные нагрузки при переключении распределительного клапана и изменении направления движения
• Вибрационные нагрузки от работы гидравлической системы

Максимальные нагрузки возникают в момент начала рабочего хода гидроцилиндра, когда происходит резкое нарастание давления в гидравлической системе. В этот момент подшипник испытывает динамические перегрузки, которые могут в 1,5-2 раза превышать номинальные значения.

Влияние режима работы на долговечность

Пульсирующий характер нагрузки оказывает значительное влияние на работоспособность подшипников. При периодическом нагружении происходит циклическое деформирование поверхностей трения, что приводит к накоплению усталостных повреждений в материале. Интенсивность износа при пульсирующей нагрузке может в 2-3 раза превышать износ при постоянной нагрузке той же величины.

Материалы и технические требования

Материалы, применяемые для изготовления подшипников качающей плиты, должны обеспечивать высокую износостойкость, прочность и сопротивление усталости при циклических нагрузках. Выбор материалов осуществляется с учетом условий эксплуатации и требований к надежности оборудования.

Требования к поверхностям трения

Качество обработки поверхностей скольжения регламентируется требованиями ГОСТ 3635-78. Параметр шероховатости Ra рабочих поверхностей колец не должен превышать следующих значений согласно ГОСТ 2789-73:

• Сферическая поверхность внутреннего кольца: Ra не более 0,32 мкм
• Сферическая поверхность наружного кольца: Ra не более 0,63 мкм
• Цилиндрическая посадочная поверхность: Ra не более 1,25 мкм

Отклонения формы сферических поверхностей не должны превышать половины допуска на радиальный зазор подшипника. Торцевое биение опорных поверхностей колец относительно оси подшипника должно быть в пределах допусков, установленных стандартом.

Защитные покрытия и термообработка

Для повышения коррозионной стойкости и износостойкости подшипники подвергаются специальной обработке. Наружные поверхности колец, не являющиеся рабочими, могут иметь цинковое покрытие толщиной 6-9 мкм или фосфатное покрытие. Рабочие поверхности подвергаются термической обработке для получения требуемой твердости и структуры материала.

Смазка и обслуживание подшипников

Эффективная система смазки является критическим фактором, определяющим работоспособность и срок службы подшипников качающей плиты. Смазочный материал выполняет несколько важных функций: снижает трение между поверхностями скольжения, отводит тепло, образующееся при работе, защищает от коррозии и предотвращает попадание загрязнений в зону трения.

Типы смазочных материалов

Для смазки подшипников бетононасосов применяются специальные пластичные смазки, обладающие следующими характеристиками:

• Высокие противозадирные свойства для работы при больших удельных давлениях
• Стабильность при длительной эксплуатации и хранении
• Водостойкость для защиты от контакта с бетонной смесью
• Работоспособность в диапазоне температур от минус 30 до плюс 120 градусов Цельсия при постоянной работе, допускается кратковременная работа при температуре до 150 градусов Цельсия согласно требованиям ГОСТ 3635-78

Рекомендуемые типы смазок: литиевые смазки класса 2-3 по NLGI с добавлением дисульфида молибдена или графита, консистентные смазки на основе полимочевины для тяжелых условий работы, кальциевые смазки для узлов с периодическим контактом с водой.

Периодичность обслуживания

Регулярное техническое обслуживание подшипников включает следующие операции:

Дефекты и причины отказов

Анализ эксплуатационных отказов подшипников качающей плиты показывает, что основными причинами выхода из строя являются износ рабочих поверхностей, усталостные повреждения и разрушение в результате перегрузок. Своевременная диагностика позволяет предотвратить аварийные ситуации и спланировать ремонтные работы.

Типовые дефекты подшипников

Наиболее распространенные виды повреждений подшипников:

• Абразивный износ - постепенное разрушение поверхностей трения твердыми частицами, попавшими в зону контакта. Характеризуется появлением матовой поверхности с царапинами и рисками.
• Усталостное выкрашивание - образование питтинга (точечных раковин) на рабочих поверхностях в результате циклических контактных напряжений.
• Задиры - локальные повреждения поверхности при недостаточной смазке или попадании посторонних частиц, сопровождающиеся переносом металла.
• Коррозионный износ - химическое разрушение поверхности при контакте с водой или агрессивными компонентами бетонной смеси.
• Пластическая деформация - остаточные вмятины от статических перегрузок или ударов, нарушающие геометрию сферической поверхности.

Признаки критического износа

Подшипники подлежат обязательной замене при обнаружении следующих признаков:

• Увеличение радиального зазора более чем на 50 процентов от номинального значения
• Наличие глубоких рисок или задиров глубиной более 0,1 мм
• Площадь выкрашивания более 10 процентов от рабочей поверхности
• Трещины на кольцах подшипника любого размера
• Коррозионные повреждения глубиной более 0,05 мм
• Повышенный нагрев подшипника при работе, температура более 80 градусов Цельсия

Подбор и замена подшипников

Правильный подбор и квалифицированная замена подшипников являются важными факторами обеспечения надежности бетононасоса. При выборе подшипников необходимо учитывать не только геометрические размеры, но и условия эксплуатации, величину нагрузок и требуемый ресурс работы.

Критерии выбора подшипников

При подборе подшипников для качающей плиты бетононасоса учитываются следующие параметры:

• Посадочные размеры: внутренний диаметр под вал или резьбу, наружный диаметр корпуса, ширина подшипника
• Грузоподъемность: динамическая и статическая нагрузочная способность с учетом коэффициентов безопасности
• Тип резьбы и направление для шарнирных наконечников
• Наличие системы смазки и тип смазочного материала
• Материал изготовления в зависимости от условий работы
• Допустимый угол перекоса для компенсации несоосности

Технология замены подшипников

Замена подшипников качающей плиты выполняется в следующей последовательности:

1. Остановка бетононасоса и снятие давления в гидравлической системе
2. Демонтаж защитных кожухов и крышек для обеспечения доступа к подшипниковым узлам
3. Отсоединение гидроцилиндров от качающей плиты и рамы
4. Выкручивание или выпрессовка изношенных подшипников
5. Очистка посадочных мест от старой смазки и загрязнений
6. Контроль состояния сопрягаемых деталей: штоков, проушин, осей
7. Установка новых подшипников с требуемым моментом затяжки
8. Заполнение подшипников свежей смазкой
9. Сборка узлов в обратной последовательности
10. Проверка работоспособности на холостом ходу

Часто задаваемые вопросы

Источники

• ГОСТ 3635-78 Подшипники шарнирные. Технические условия
• ГОСТ 801-78 Сталь подшипниковая. Технические условия
• ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики
• Техническая документация производителей бетононасосов Putzmeister, Cifa, Schwing
• Справочник конструктора машиностроителя. Том 2. Под редакцией Анурьева В.И.
• Детали машин и основы конструирования. Учебник для ВУЗов. Под редакцией Иванова М.Н.