Содержание статьи
Применение подшипников скольжения в бетоносмесительных установках
Бетоносмесительные установки относятся к оборудованию, работающему в условиях высоких механических нагрузок, абразивной среды, присутствия влаги и цементной пыли. Подшипники скольжения в БСУ устанавливаются в гидроцилиндрах систем подъема и опрокидывания, проушинах штоков и гильз, механизмах перемещения смесительных барабанов, шарнирных соединениях транспортировочных лент.
Основными узлами БСУ, оснащенными подшипниками скольжения, выступают гидравлические приводы смесительных барабанов, системы дозирования и подачи компонентов, механизмы выгрузки готовой смеси. В этих узлах подшипники обеспечивают передачу значительных статических и динамических нагрузок при относительно низких скоростях перемещения.
Условия эксплуатации подшипников в бетоносмесительных установках
Факторы агрессивного воздействия
Работа подшипников скольжения в составе БСУ характеризуется воздействием комплекса неблагоприятных факторов. Контакт с цементной пылью приводит к абразивному износу трущихся поверхностей, при этом частицы размером менее 10 микрометров способны проникать через стандартные уплотнения. Влажность среды, обусловленная технологическими процессами смешивания бетона, вызывает коррозионное разрушение металлических поверхностей. Вибрационные нагрузки при работе смесительного оборудования создают дополнительные динамические воздействия на подшипниковые узлы.
Режимы нагружения
Подшипниковые узлы БСУ работают преимущественно в режиме статических и знакопеременных нагрузок с малыми амплитудами колебательных движений. Гидроцилиндры подъема смесительного барабана испытывают нагрузки до 300 килоньютонов при скоростях перемещения штока не более 50 миллиметров в секунду. Проушины гильз и штоков выполняют до 2000 циклов нагружения за рабочую смену при угловых отклонениях до 5 градусов, что соответствует требованиям ГОСТ 3635-78.
Сферические подшипники скольжения для БСУ
Конструктивные особенности
Сферические подшипники скольжения представляют собой самоустанавливающиеся узлы, состоящие из внутреннего и наружного колец со сферическими поверхностями контакта. Конструкция обеспечивает компенсацию несоосности и работу при угловых отклонениях без дополнительных моментов. Согласно ГОСТ 3635-78, подшипники изготавливаются из подшипниковых сталей ШХ15, ШХ15СГ с твердостью рабочих поверхностей 59-65 HRC.
Внутреннее кольцо подшипника насаживается на палец проушины с посадкой по системе вала, наружное кольцо устанавливается в корпус проушины с гарантированным зазором. Рабочие поверхности обоих колец имеют сферическую форму с радиусом кривизны, обеспечивающим контакт по поверхности. Смазочные отверстия и канавки предусматриваются во внутреннем и наружном кольцах для регулярного обслуживания узла.
| Тип подшипника | Обозначение по ГОСТ | Наличие смазочных отверстий | Область применения |
|---|---|---|---|
| ШС | С отверстиями на внутреннем кольце | Да | Проушины штоков гидроцилиндров |
| ШСП | С прорезью на наружном кольце | Да | Быстросъемные крепления |
| ШС...К | С отверстиями на обоих кольцах | Да | Узлы с интенсивной эксплуатацией |
| ШН | С металлофторопластом | Нет | Труднодоступные узлы БСУ |
Рабочие характеристики
Динамическая грузоподъемность сферических подшипников определяется расчетом на основании номинального контактного давления на сферической поверхности. Для стальных подшипников допустимое контактное давление составляет 200-250 МПа при колебательном движении и 100-150 МПа при вращательном движении. Скорость скольжения ограничивается значениями 100 миллиметров в секунду для колебательных движений и 300 миллиметров в секунду для вращательных движений.
При твердости колец 59-65 HRC постоянно действующая температура не должна превышать 120 градусов Цельсия согласно ГОСТ 3635-78. Допускается кратковременная работа подшипников при температуре до 150 градусов Цельсия. Превышение температурного режима приводит к снижению твердости материала и ускоренному износу рабочих поверхностей.
Бронзовые втулки для подшипников скольжения
Материалы изготовления
Бронзовые втулки изготавливаются из оловянных, алюминиевых и безоловянных бронз с различными эксплуатационными характеристиками. Оловянные бронзы БрОФ10-1, БрО4Ц7С5 обладают оптимальным сочетанием антифрикционных свойств, износостойкости и прирабатываемости. Алюминиево-железные бронзы БрАЖ9-4 характеризуются повышенной твердостью и применяются при высоких нагрузках и малых скоростях скольжения.
Производство бронзовых втулок осуществляется методами центробежного литья для диаметров 60-1200 миллиметров и литья в кокиль для крупногабаритных изделий массой до 1,5 тонны. Технология порошковой металлургии позволяет получать самосмазывающиеся втулки с пористой структурой, пропитанные маслом или графитом. Содержание пор составляет 15-25 процентов от объема материала, что обеспечивает запас смазки для работы в режиме граничного трения.
| Марка бронзы | Химический состав | Твердость НВ | Область применения |
|---|---|---|---|
| БрОФ10-1 | Cu + Sn 10% + P 1% | 80-90 | Высоконагруженные узлы |
| БрО4Ц7С5 | Cu + Sn 4% + Zn 7% + Pb 5% | 50-70 | Подшипники средних нагрузок |
| БрАЖ9-4 | Cu + Al 9% + Fe 4% | 90-130 | Ударные и вибрационные нагрузки |
| БрАЖН10-4-4 | Cu + Al 10% + Fe 4% + Ni 4% | 120-150 | Высокотемпературные узлы |
Эксплуатационные характеристики
Допустимая нагрузка на бронзовые втулки определяется произведением контактного давления на коэффициент скорости скольжения. Для оловянных бронз значение PV-фактора составляет 2,5-3,5 МПа×м/с, для алюминиевых бронз 1,5-2,5 МПа×м/с. Коэффициент трения бронзы по стали при граничной смазке находится в диапазоне 0,08-0,15, при жидкостной смазке снижается до 0,01-0,03. Теплопроводность антифрикционных бронз 60-120 Вт/(м×К) обеспечивает эффективный отвод тепла от зоны трения.
Композитные самосмазывающиеся подшипники
Структура и состав материалов
Композитные подшипники состоят из трех функциональных слоев: стальной основы толщиной 0,25-2,7 миллиметра, пористого слоя спеченной бронзы толщиной 0,2-0,35 миллиметра и рабочего слоя политетрафторэтилена с дисульфидом молибдена толщиной 0,01-0,04 миллиметра. Стальная основа обеспечивает механическую прочность и теплоотвод, бронзовый слой создает надежную связь между металлом и полимером, антифрикционное покрытие обеспечивает низкий коэффициент трения.
Современные полимерные композиты на основе полиоксиметилена и полиэфирэфиркетона армируются стекловолокном или углеродным волокном для повышения прочности и жесткости. Твердые смазочные вещества в виде графита, дисульфида молибдена или политетрафторэтилена равномерно распределяются в полимерной матрице и образуют миллионы микроскопических камер. При работе подшипника частицы смазки выделяются на трущуюся поверхность, формируя смазочную пленку.
Типы самосмазывающихся материалов
Металлофторопласт HMG-50: трехслойная структура сталь-бронза-ПТФЭ обеспечивает работу без смазки при статических давлениях до 250 МПа, динамических до 140 МПа и скоростях до 1 метра в секунду при сухом трении. При наличии смазки скорость может достигать 2,5 метров в секунду. Температурный диапазон эксплуатации от минус 200 до плюс 280 градусов Цельсия.
Полимерные подшипники iglidur: материалы на основе полиоксиметилена с твердыми смазками работают при нагрузках до 140 МПа и скоростях до 1 метр в секунду. Выдерживают температуры от минус 40 до плюс 90 градусов Цельсия для стандартных композиций.
Преимущества для БСУ
Самосмазывающиеся подшипники исключают необходимость регулярного обслуживания смазочной системы, что критично для труднодоступных узлов БСУ. Работоспособность сохраняется при попадании абразивных частиц и загрязнений, поскольку твердые включения вдавливаются в мягкую поверхность полимера без повреждения вала. Химическая стойкость фторопластовых покрытий обеспечивает работу в агрессивной среде цементного раствора с pH до 13 единиц.
Критерии выбора подшипников скольжения для БСУ
Анализ условий нагружения
Выбор типа подшипника начинается с определения величины и характера нагрузки. Статические нагрузки от массы смесительного барабана и загруженных компонентов требуют подшипников с высокой статической грузоподъемностью. Динамические нагрузки при пуске и остановке механизмов создают ударные воздействия, для которых предпочтительны бронзовые или стальные подшипники с пластичными антифрикционными покрытиями.
Расчет контактных напряжений выполняется по формуле: P = F / (D × B), где F - действующая нагрузка в ньютонах, D - диаметр сферы в миллиметрах, B - ширина наружного кольца в миллиметрах. Полученное значение давления сравнивается с допустимыми характеристиками материала подшипника. Для колебательных движений гидроцилиндров БСУ расчетное давление не должно превышать 200 МПа для стальных подшипников и 140 МПа для композитных.
Температурный режим и среда эксплуатации
Температура окружающей среды определяет выбор материала антифрикционного слоя и типа смазки. Всесезонные БСУ работают при температурах от минус 40 градусов, что исключает применение стандартных композитов на основе полиамида. Для таких условий используются стальные подшипники с пластичной смазкой типа Литол-24 или бронзовые втулки со смазкой, сохраняющей работоспособность при низких температурах.
Монтаж и эксплуатация подшипников в БСУ
Требования к установке
Монтаж сферических подшипников скольжения выполняется с соблюдением требований перпендикулярности геометрической оси гидроцилиндра. Отклонение не должно превышать 2 градуса в одном направлении согласно ГОСТ 3635-78. При установке подшипника в проушину разрез на наружном кольце располагается перпендикулярно направлению действующей нагрузки. Смазочные канавки на опорных пальцах совмещаются с отверстиями для смазки во внутреннем кольце подшипника.
Бронзовые втулки запрессовываются в посадочное место с натягом, обеспечивающим неподвижную посадку в корпусе. Величина натяга выбирается с учетом разности коэффициентов линейного расширения материалов корпуса и втулки. При нагреве в процессе работы натяг увеличивается, что может вызывать остаточные деформации втулки при установке в корпус из стали или чугуна.
Обслуживание и смазка
Периодичность смазывания подшипников устанавливается исходя из интенсивности эксплуатации БСУ. Гидроцилиндры, работающие в непрерывном режиме, требуют смазки через каждые 50 часов наработки. Смазка подается через пресс-масленки до появления свежей смазки в зазорах подшипника. Для смазывания применяются пластичные смазки Литол-24, ЦИАТИМ-221, обладающие водостойкостью и антикоррозионными свойствами.
Расчет расхода смазки
Количество смазки определяется по формуле: Q = 0,005 × D × B, где Q - расход смазки в граммах, D - диаметр подшипника в миллиметрах, B - ширина подшипника в миллиметрах.
Пример: для подшипника диаметром 80 миллиметров и шириной 50 миллиметров расход смазки составляет Q = 0,005 × 80 × 50 = 20 грамм.
Сравнительный анализ материалов подшипников
| Параметр | Стальные сферические | Бронзовые втулки | Композитные |
|---|---|---|---|
| Допустимое давление, МПа | 200-250 | 80-120 | 140-180 |
| Скорость скольжения, м/с | 0,1-0,3 | 0,05-0,5 | 0,1-2,5 |
| Коэффициент трения | 0,08-0,15 | 0,08-0,15 | 0,03-0,10 |
| Температурный диапазон, °C | -40...+120 | -40...+150 | -200...+280 |
| Требования к смазке | Регулярная | Регулярная | Не требуется |
| Стойкость к абразиву | Средняя | Хорошая | Отличная |
| Работа в воде | Ограниченная | Допускается | Допускается |
Часто задаваемые вопросы
Релевантные материалы и оборудование
Рекомендуемая продукция для БСУ
- Подшипники - полный каталог подшипниковой продукции для промышленного оборудования
- Сферические подшипники скольжения ASAHI - качественные шарнирные подшипники для гидроцилиндров БСУ
- Корпусные подшипники - готовые решения для механизмов бетоносмесительных установок
- Высокотемпературные подшипники - для работы в зоне смесительного барабана
- Электродвигатели - приводные системы для бетоносмесительного оборудования
- Смазки - специализированные смазочные материалы для подшипников промышленного оборудования
Заключение
Правильный выбор типа подшипников скольжения для бетоносмесительных установок определяется комплексным анализом условий эксплуатации, величины и характера нагрузок, температурного режима и возможностей обслуживания. Стальные сферические подшипники обеспечивают максимальную грузоподъемность при регулярном смазывании. Бронзовые втулки оптимальны для узлов с высокими нагрузками и средними скоростями скольжения. Композитные самосмазывающиеся подшипники предпочтительны для труднодоступных узлов и работы в загрязненной среде.
Современные материалы и технологии производства подшипников скольжения позволяют создавать надежные узлы для работы в условиях бетоносмесительного производства. Соблюдение требований монтажа согласно ГОСТ 3635-78 и регулярное обслуживание обеспечивают проектный ресурс подшипниковых узлов и безаварийную работу оборудования.
Источники
- ГОСТ 3635-78. Подшипники шарнирные. Технические условия
- ГОСТ 1978-81. Втулки подшипников скольжения металлические. Типы и основные размеры
- ГОСТ ИСО 12301-95. Подшипники скольжения. Методы контроля геометрических показателей и показателей качества материалов
- ГОСТ 26719-85. Материалы антифрикционные порошковые на основе меди. Марки
- ГОСТ 18175-78. Бронзы безоловянные, обрабатываемые давлением. Марки
- ГОСТ 613-79. Бронзы оловянные литейные. Марки
- ISO 12240-1:1998. Радиальные сферические подшипники скольжения
- ISO 12240-4:1998. Осевые и радиальные нагрузки для шарнирных подшипников
- Справочник конструктора-машиностроителя. Том 2. Проектирование узлов и деталей машин
- Технические каталоги производителей подшипников ASAHI, SKF, THK
