Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Башенные краны являются основным типом грузоподъемного оборудования на строительных площадках. Ключевыми узлами, обеспечивающими работоспособность стрелового оборудования, выступают шарнирные соединения стрелы с башней и оголовком. От надежности этих узлов напрямую зависит безопасность эксплуатации и ресурс всей машины.
Опорные шарниры башенных кранов работают в сложных условиях: они воспринимают значительные статические и динамические нагрузки, подвергаются воздействию знакопеременных усилий при изменении вылета стрелы и повороте крана. При этом шарниры должны обеспечивать плавное перемещение подвижных элементов и компенсировать неизбежные погрешности монтажа и деформации металлоконструкций.
В современных башенных кранах для шарнирных соединений стрелы преимущественно применяются сферические подшипники скольжения. Данный тип подшипников обладает способностью к самоустановке, что позволяет компенсировать угловые несоосности между соединяемыми элементами конструкции.
Конструкция шарнирных соединений башенного крана определяется типом стрелового оборудования и характером изменения вылета. Различают следующие основные типы стрел башенных кранов:
У кранов с подъемной стрелой изменение вылета происходит путем поворота стрелы в вертикальной плоскости относительно опорного шарнира. Груз подвешивается к головным блокам стрелы. Опорный шарнир соединения стрелы с башней для кранов с установочным изменением вылета выполняется на подшипниках скольжения, а для кранов с маневровым изменением вылета — преимущественно на подшипниках качения.
Балочные стрелы работают как горизонтальная консоль, по которой перемещается грузовая тележка. Шарнирное крепление таких стрел к оголовку башни воспринимает изгибающие нагрузки от веса тележки и груза. Здесь применяются шарниры повышенной грузоподъемности.
Шарнирно-сочлененные стрелы состоят из основной (корневой) и головной частей, соединенных промежуточным шарниром. Такая конструкция позволяет увеличить высоту подъема и вылет без изменения высоты башни. Оснащаются двумя крюковыми подвесками.
Сферические подшипники скольжения (шарнирные подшипники) представляют собой подшипники, внутренние и наружные кольца которых имеют поверхности скольжения сферической формы. Конструктивно подшипник состоит из внутреннего кольца с выпуклой наружной поверхностью и наружного кольца с соответствующей вогнутой внутренней поверхностью.
Внутреннее кольцо шарнирного подшипника представляет собой сферическую втулку с отверстием для установки на ось или вал. Наружное кольцо охватывает внутреннее и имеет цилиндрическую наружную поверхность для посадки в корпус. Сферические поверхности скольжения обеспечивают возможность углового перемещения внутреннего кольца относительно наружного.
Благодаря сферической форме контактных поверхностей подшипник допускает угловое смещение оси вала относительно оси корпуса. Допустимый угол наклона для стандартных шарнирных подшипников составляет от 4 до 9 градусов в зависимости от типоразмера и серии. Это свойство позволяет компенсировать монтажные погрешности, деформации конструкции под нагрузкой и тепловые расширения.
Размеры: d = 100 мм, D = 150 мм, B = 70 мм
Динамическая грузоподъемность C = 610 кН
Статическая грузоподъемность C0 = 3050 кН
Максимальный угол наклона: 6 градусов
Рабочая температура: от -30 до +130 градусов C
Шарнирные подшипники работают в двух основных режимах:
Подвижное соединение — режим, при котором происходит взаимное перемещение колец с относительно небольшой скоростью скольжения. Характерно для опорных шарниров стрелы с маневровым изменением вылета.
Неподвижное соединение — монтажное сочленение, при котором периодически происходят единичные сдвиги одного кольца относительно другого. Применяется для компенсации несоосности вала и корпуса. Характерно для установочных шарниров.
Государственный стандарт ГОСТ 3635-78 устанавливает типы, основные размеры и технические требования к шарнирным подшипникам. Стандарт полностью соответствует международным стандартам ИСО 6124/1, ИСО 6124/3, ИСО 6125.
ШН — подшипники с поверхностью скольжения сталь/металлофторопласт. Не требуют смазки, применяются в условиях ограниченного обслуживания.
ШЛТ — подшипники с поверхностью скольжения сталь/органоволокнит. Обладают повышенной износостойкостью.
ШУ — радиально-упорные шарнирные подшипники для восприятия комбинированных нагрузок.
Самоустанавливающиеся свойства сферических подшипников скольжения имеют критическое значение для шарнирных соединений башенных кранов. Металлоконструкции крана при работе испытывают значительные деформации, а точность монтажа в полевых условиях ограничена.
Основными причинами возникновения несоосности в шарнирах стрелового оборудования являются:
Технологические погрешности при изготовлении и монтаже металлоконструкций. Допуски на изготовление секций стрелы и башни неизбежно приводят к отклонениям осей шарнирных соединений от номинального положения.
Упругие деформации элементов конструкции под рабочими нагрузками. При подъеме груза и изменении вылета стрела и башня изгибаются, что вызывает угловое смещение осей в шарнирах.
Температурные деформации. Перепады температуры окружающей среды приводят к неравномерным тепловым расширениям элементов конструкции.
Осадка фундамента или путей. Для передвижных кранов характерны отклонения от горизонтальности рельсового пути.
Применение сферических подшипников скольжения в шарнирах стрелы обеспечивает:
Отсутствие краевых нагрузок на поверхностях скольжения при наличии несоосности. Нагрузка распределяется равномерно по всей площади контакта.
Исключение передачи изгибающих моментов от одного элемента конструкции к другому через шарнирное соединение.
Снижение требований к точности изготовления и монтажа сопрягаемых элементов.
Увеличение долговечности подшипников и соединения в целом благодаря отсутствию концентрации напряжений.
Выбор материалов контактирующих поверхностей шарнирных подшипников определяется условиями эксплуатации: величиной и характером нагрузок, скоростью скольжения, условиями смазки и температурным режимом.
Применяются для восприятия тяжелых, ударных и знакопеременных нагрузок. Кольца изготавливаются из подшипниковых сталей ШХ15, ШХ15СГ или нержавеющей стали 95Х18Ш. Твердость рабочих поверхностей 58-64 HRC. Требуют периодической смазки пластичными или жидкими смазочными материалами.
На внутреннюю поверхность наружного кольца нанесен слой композиционного материала на основе бронзы и политетрафторэтилена (ПТФЭ). Обеспечивают работу без внешней смазки за счет самосмазывающих свойств покрытия. Допускают скорость скольжения до 0,025 м/с при удельном давлении до 140 МПа.
Твердое хромирование рабочих поверхностей повышает износостойкость и коррозионную стойкость. Применяется для подшипников, работающих в агрессивных средах или при недостаточной смазке.
Шарнирные соединения стрелы башенного крана воспринимают комплекс нагрузок различного характера. Правильный учет всех составляющих нагрузки необходим для обоснованного выбора типоразмера подшипника.
Радиальная нагрузка — основная составляющая, действующая перпендикулярно оси шарнира. Определяется весом стрелы, грузовой тележки, груза и реакциями от стрелового расчала. Для типовых башенных кранов грузоподъемностью 8-12 т радиальная нагрузка на опорный шарнир стрелы составляет 200-800 кН.
Осевая нагрузка — возникает от боковых сил при работе крана, ветровых нагрузок и отклонения подвешенного груза. Для шарнирных подшипников осевая нагрузка не должна превышать 10% от допустимой радиальной.
Динамические нагрузки — обусловлены пуском и торможением механизмов, колебаниями груза на канате. Учитываются введением динамического коэффициента 1,1-1,3.
Благодаря сферической форме контактных поверхностей нагрузка распределяется по площади, пропорциональной углу охвата. При номинальном положении колец контактная зона представляет собой сферический сегмент с углом охвата 60-90 градусов.
Среднее контактное давление определяется по формуле:
p = F / (d * B * K)
где:
F — радиальная нагрузка, Н
d — внутренний диаметр подшипника, мм
B — ширина внутреннего кольца, мм
K — коэффициент, учитывающий распределение давления по сферической поверхности (K = 0,5...0,7)
Пример: Для подшипника ШС 80К при нагрузке F = 400 кН:
p = 400000 / (80 * 55 * 0,6) = 152 МПа
Статическая грузоподъемность C0 — нагрузка, при которой суммарная остаточная деформация тел качения и колец в наиболее нагруженной точке контакта составляет 0,0001 диаметра тела качения. Для шарнирных подшипников скольжения определяется по допустимому контактному давлению.
Динамическая грузоподъемность C — постоянная нагрузка, которую подшипник теоретически может воспринимать в течение базового ресурса. Для подшипников скольжения базовый ресурс обычно выражается в километрах пути скольжения.
Правильная организация смазки является ключевым фактором обеспечения долговечности шарнирных подшипников скольжения с поверхностью сталь/сталь. В условиях высоких контактных давлений смазочный материал должен формировать устойчивую разделительную пленку между рабочими поверхностями.
Граничное смазывание — характерно для шарнирных подшипников при низких скоростях скольжения. Толщина смазочной пленки соизмерима с высотой микронеровностей поверхностей. Несущая способность обеспечивается адсорбированными молекулами смазки и противозадирными присадками.
Смешанное смазывание — переходный режим, при котором нагрузка воспринимается частично гидродинамической пленкой, частично контактирующими микровыступами. Характерен для периодов пуска и остановки.
Для шарнирных подшипников стрелового оборудования башенных кранов рекомендуются пластичные смазки следующих характеристик:
Особенностью шарнирных подшипников стрелового оборудования является необходимость подачи смазки при наличии рабочей нагрузки. Конструкция подшипников типа ШС...К с канавками и отверстиями на обоих кольцах обеспечивает распределение смазки по рабочим поверхностям при любом положении колец.
Важно! При подаче смазки в нагруженный подшипник давление нагнетания должно быть достаточным для преодоления контактного давления в зоне наименьшего зазора. Рекомендуемое давление подачи — не менее 15-20 МПа для тяжелонагруженных узлов.
Интервалы смазки шарнирных подшипников устанавливаются с учетом условий эксплуатации:
При нормальных условиях (закрытый подшипник с уплотнениями, умеренные нагрузки) — каждые 50-100 часов работы или 1 раз в неделю.
При тяжелых условиях (открытый подшипник, запыленность, высокие нагрузки) — каждые 8-24 часа работы или ежедневно.
При особо тяжелых условиях (абразивная среда, ударные нагрузки) — каждую смену или чаще.
Выбор типоразмера шарнирного подшипника производится на основании расчета нагрузок и требуемого ресурса работы узла.
Для расчета шарнирных подшипников опорного узла стрелы необходимы следующие данные:
Максимальная грузоподъемность крана Q, т
Масса стрелы и противовеса
Геометрические параметры стрелы: длина, углы наклона
Режим работы крана (группы режима по ГОСТ 25546)
Требуемый срок службы подшипника
P = X * Fr + Y * Fa
Fr — радиальная нагрузка, кН
Fa — осевая нагрузка, кН
X — коэффициент радиальной нагрузки (X = 1 для шарнирных подшипников)
Y — коэффициент осевой нагрузки (Y = 0 при Fa/Fr менее 0,1)
Для подшипников, работающих преимущественно в неподвижных соединениях или при очень малых скоростях скольжения, определяющим является условие статической прочности:
C0 >= s0 * P0
C0 — статическая грузоподъемность подшипника, кН
P0 — эквивалентная статическая нагрузка, кН
s0 — коэффициент безопасности (s0 = 2...4 для кранов)
Для подшипников в подвижных соединениях оценивается ресурс по износу скользящих поверхностей:
L = pi * d * n * t / 1000
L — путь скольжения, км
d — диаметр внутреннего кольца, мм
n — число циклов качания в час
t — время работы, ч
Пример: Для подшипника d = 100 мм, 10 циклов/ч, 10000 ч:
L = 3,14 * 100 * 10 * 10000 / 1000 = 31400 км
Исходные данные:
Башенный кран грузоподъемностью Q = 8 т
Радиальная нагрузка на опорный шарнир Fr = 350 кН
Осевая нагрузка Fa = 25 кН
Режим работы — средний (5М)
Требуемый ресурс — 10000 ч
Расчет:
P0 = 350 + 0 * 25 = 350 кН (Fa/Fr = 0,07 менее 0,1)
Требуемая C0 >= 3 * 350 = 1050 кН
Выбор: Подшипник ШС 80К (GE 80 ES) с C0 = 2000 кН
Запас: 2000/350 = 5,7 — приемлемо для тяжелого режима
Регулярное техническое обслуживание шарнирных соединений стрелового оборудования является обязательным условием безопасной эксплуатации башенного крана. Объем и периодичность работ определяются руководством по эксплуатации конкретной модели крана.
Перед началом работы машинист крана обязан:
Визуально осмотреть шарнирные соединения стрелы на отсутствие видимых повреждений, трещин, деформаций.
Проверить состояние креплений осей шарниров, затяжку гаек и контровку.
Убедиться в отсутствии посторонних шумов и заеданий при работе механизма изменения вылета.
Проверить наличие смазки на выходе из уплотнений (свидетельство заполнения подшипника).
При техническом обслуживании ТО-1 (периодичность 60-100 моточасов) выполняются:
Смазка шарнирных подшипников в соответствии с картой смазки крана.
Проверка осевых и радиальных зазоров в подшипниках (визуально по люфту).
Контроль состояния уплотнений, замена при повреждении.
Проверка соосности элементов шарнирного соединения.
Контроль затяжки резьбовых соединений.
При расширенном техническом обслуживании (периодичность 250-500 моточасов) дополнительно:
Измерение износа осей и втулок шарниров.
Оценка состояния рабочих поверхностей подшипников (при возможности визуального осмотра).
Замена изношенных деталей при превышении предельных значений износа.
Полная замена смазки в подшипниках с промывкой.
На необходимость замены подшипника указывают следующие признаки:
Увеличение радиального зазора сверх допустимого значения (обычно более 0,5-1,0 мм для крупных подшипников).
Появление заеданий, неравномерность хода при перемещении.
Повышенный нагрев подшипникового узла.
Выход металлических частиц со смазкой.
Посторонние шумы: скрип, стук, скрежет при работе.
Внимание! Эксплуатация крана с изношенными или поврежденными подшипниками шарнирных соединений стрелы категорически запрещена. Это может привести к аварии с тяжелыми последствиями.
Для кранов с маневровым (частым) изменением вылета рекомендуются подшипники качения — сферические роликовые или радиально-упорные. Они обеспечивают меньшее сопротивление перемещению и более высокую долговечность при частых циклах нагружения. Подшипники скольжения применяются преимущественно при установочном изменении вылета, когда перемещения редки, а нагрузки преимущественно статические.
Замена возможна при условии, что нагрузочная способность необслуживаемого подшипника (с покрытием сталь/металлофторопласт) достаточна для данного применения. Следует учитывать, что необслуживаемые подшипники имеют меньшую допустимую нагрузку (до 140 МПа против 250 МПа у стальных). Для тяжелонагруженных опорных шарниров стрелы башенных кранов обычно требуются подшипники с поверхностью сталь/сталь.
Рекомендуются пластичные смазки класса NLGI 1-2 на литиевой или литиевой комплексной основе с противозадирными присадками (EP). Вязкость базового масла — 150-460 мм2/с при 40 C. Конкретная марка смазки указывается в карте смазки крана. Типичные представители: Литол-24, ЦИАТИМ-201, Mobilgrease XHP 222, SKF LGEP 2 и аналоги.
Периодичность смазки зависит от условий эксплуатации. При нормальных условиях — каждые 50-100 часов работы или еженедельно. При тяжелых условиях (запыленность, высокая влажность) — ежедневно или каждые 8-24 часа работы. Конкретные интервалы устанавливаются руководством по эксплуатации крана. Признак необходимости смазки — отсутствие свежей смазки на выходе из уплотнений при нагнетании.
Стандартные сферические подшипники скольжения допускают угол перекоса от 4 до 12 градусов в зависимости от типоразмера и серии. Для небольших подшипников (d = 20-30 мм) допустимый угол составляет 7-9 градусов, для крупных подшипников (d более 100 мм), применяемых в опорных шарнирах стрел, типичное значение составляет 5-6 градусов. Этого достаточно для компенсации монтажных погрешностей и рабочих деформаций конструкции.
Основные признаки износа: увеличение люфта в соединении (проверяется покачиванием элемента вручную или рычагом), посторонние шумы при работе, затруднение или неравномерность перемещения, повышенный нагрев узла, наличие металлических частиц в отработанной смазке. Количественная оценка износа производится измерением радиального зазора индикаторным прибором или по смещению сопрягаемых деталей.
ШС — обозначение по ГОСТ 3635-78 (российская система), GE — обозначение по ISO (международная система). Подшипники с одинаковыми размерами взаимозаменяемы. Например, ШС 80К соответствует GE 80 ES, ШСЛ 100К — GE 100 ES. Суффикс К (или ES) указывает на наличие каналов и отверстий для смазки, 2RS — наличие уплотнений с обеих сторон.
Сферические подшипники скольжения предназначены для восприятия преимущественно радиальных нагрузок. Допустимая осевая нагрузка обычно составляет не более 10% от радиальной. Для подшипников с поверхностью сталь/сталь допустимое контактное давление достигает 200-250 МПа, что обеспечивает высокую нагрузочную способность при компактных размерах. Статическая грузоподъемность крупных подшипников (например, GE 180 ES с d = 180 мм) достигает 7650 кН.
Для эффективной работы оборудования рекомендуем также рассмотреть:
Отказ от ответственности: Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и предназначена для общего информирования специалистов в области грузоподъемного оборудования. Автор и издатель не несут ответственности за любые последствия применения изложенной информации. При проектировании, монтаже и эксплуатации башенных кранов необходимо руководствоваться действующими нормативными документами, технической документацией производителя и требованиями органов технического надзора. Все расчеты и решения должны выполняться квалифицированными специалистами с учетом конкретных условий эксплуатации.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.