Подшипники телескопической стрелы автокрана

1. Введение: назначение подшипников скольжения в телескопических стрелах

Телескопические стрелы автокранов представляют собой сложные механические системы, обеспечивающие изменение вылета грузоподъемного оборудования. Конструктивно стрела состоит из нескольких секций (сегментов), которые выдвигаются друг из друга посредством гидроцилиндров или канатных полиспастов. Количество секций в современных автокранах достигает пяти и более.

Подшипники скольжения в телескопических стрелах выполняют несколько критически важных функций: обеспечивают плавное перемещение секций относительно друг друга, воспринимают значительные нагрузки на излом, минимизируют зазоры между сегментами и предотвращают боковые смещения. Эти элементы работают в условиях высоких контактных давлений, достигающих 20-60 МПа, при относительно низких скоростях скольжения.

В технической документации подшипники скольжения телескопических стрел могут называться по-разному: плиты скольжения, скользуны, ползуны, вкладыши, накладки или направляющие. Несмотря на различия в терминологии, по принципу работы все эти элементы являются линейными подшипниками скольжения, работающими в паре трения металл-полимер или металл-металл.

2. Конструктивные особенности узлов скольжения телескопа

2.1. Профили секций телескопической стрелы

Поперечное сечение секций телескопической стрелы определяет конфигурацию узлов скольжения и распределение нагрузок. В современном краностроении применяются следующие типы профилей:

Овоидный профиль, получивший наибольшее распространение в современных автокранах высокой грузоподъемности, представляет собой прямоугольный короб с закругленными верхними сторонами и нижней частью в виде полукруга. Такая форма обеспечивает оптимальное сопротивление изгибающим моментам и позволяет достичь максимальной грузоподъемности при минимальной массе конструкции.

2.2. Расположение плит скольжения

Плиты скольжения устанавливаются в строго определенных зонах секций стрелы:

На внутренней поверхности каждой выдвижной секции размещаются верхние и нижние плиты скольжения, воспринимающие вертикальные нагрузки от изгибающего момента. Боковые плиты обеспечивают центрирование секций и предотвращают горизонтальные смещения. В зонах максимальных нагрузок устанавливаются усиленные опорные башмаки.

На концах секций формируются усиленные зоны, называемые поясами или воротниками. Эти элементы придают дополнительную жесткость конструкции и обеспечивают надежную фиксацию плит скольжения. Однако наличие поясов ограничивает максимальную длину выдвижения секций.

3. Материалы подшипников скольжения

Выбор материала подшипника скольжения определяется условиями эксплуатации: величиной контактных давлений, скоростью скольжения, температурным режимом, наличием или отсутствием смазки, требованиями к ресурсу.

4. Полимерные накладки и плиты скольжения

4.1. Полиамидные накладки

Полиамид 6 (капролон) является наиболее распространенным материалом для изготовления плит скольжения телескопических стрел автокранов. Материал получают методом анионной полимеризации капролактама, что обеспечивает высокую молекулярную массу и упорядоченную структуру полимерных цепей. Производство капролона регулируется ГОСТ 7850-86.

Основные преимущества полиамидных накладок:

Высокая механическая прочность (предел прочности при сжатии не менее 90 МПа, при изгибе не менее 80 МПа согласно техническим характеристикам), отличная износостойкость в паре с металлическими контртелами, способность работать без смазки в течение ограниченного времени, хорошая демпфирующая способность, снижающая вибрации и шум, низкая плотность (1150-1160 кг/м3) по сравнению с металлами.

Для улучшения триботехнических характеристик в полиамид вводят модифицирующие добавки:

4.2. Высокотехнологичные полимерные композиты

Материалы серии ZEDEX представляют собой антифрикционные композиты на основе полиэтилентерефталата (PET) с комплексом функциональных наполнителей. Эти материалы специально разработаны немецкой компанией Wolf Kunststoff-Gleitlager GmbH для замены бронзы в узлах скольжения.

ZEDEX ZX-100K находит применение в качестве скользунов для выдвижения секций телескопических стрел автокранов, направляющих втулок манипуляторов, опор скольжения в мультилифтах. Материал характеризуется высокой износостойкостью, стабильностью размеров (коэффициент влагопоглощения 0,3% против 3% у капролона), способностью поглощать абразивные частицы и выталкивать их за пределы зоны трения, морозостойкостью до -100 C.

5. Бронзовые втулки и вкладыши

5.1. Марки бронзы для подшипников скольжения

Бронзовые подшипники скольжения применяются в узлах телескопических стрел, работающих при высоких нагрузках и температурах. Выбор марки бронзы определяется условиями эксплуатации и регламентируется соответствующими ГОСТами.

Оловянно-фосфористые бронзы (БрОФ10-1 по ГОСТ 613-79) обладают максимальными антифрикционными свойствами за счет образования мягкой оловянной составляющей на поверхности трения. Фосфор повышает износостойкость и коррозионную стойкость. Коэффициент трения без смазки составляет 0,10, со смазкой - 0,008.

Оловянно-цинково-свинцовые бронзы (БрОЦС5-5-5 по ГОСТ 613-79) характеризуются хорошими литейными свойствами и пониженной стоимостью. Свинец обеспечивает улучшенную обрабатываемость и антифрикционные свойства.

Алюминиевые бронзы (БрАЖ9-4 по ГОСТ 18175-78) характеризуются высокой механической прочностью и ударной вязкостью. Они применяются в механизмах с переменными и ударными нагрузками. Твердость алюминиевых бронз существенно выше, чем оловянных, что требует более тщательной обработки сопряженных поверхностей.

5.2. Конструкции бронзовых подшипников

Для узлов телескопических стрел применяются следующие типы бронзовых подшипников:

Цельные втулки изготавливаются методом литья (центробежного, в кокиль или ХТС) с последующей механической обработкой. Размеры и допуски регламентируются ГОСТ ИСО 4379-2006. Применяются в ответственных узлах с высокими требованиями к точности и несущей способности.

Свертные втулки получают из бронзовой полосы методом холодной штамповки согласно ГОСТ 27672-88. На внутренней поверхности выполняются ромбовидные смазочные канавки или перфорация, служащие резервуарами для смазки. Такая конструкция обеспечивает быстрое формирование смазочной пленки при пуске.

Втулки с твердосмазочным наполнителем представляют собой бронзовую основу с запрессованными графитовыми вставками (пробками). Графит выполняет функцию твердой смазки, обеспечивая работоспособность подшипника при недостаточном поступлении жидкой смазки.

6. Износостойкие покрытия

6.1. Антифрикционные твердосмазочные покрытия

Антифрикционные твердосмазочные покрытия (АТСП) представляют собой тонкие полимерные пленки, наносимые на металлические поверхности секций стрелы. Они формируют сухой смазочный слой, который не выдавливается при высоких контактных давлениях и не требует обновления в течение длительного времени.

Покрытия на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) обеспечивают минимальный коэффициент трения (0,04-0,1) и высокую химическую стойкость. Наносятся методом распыления из аэрозольного баллона, что позволяет обрабатывать крупногабаритные секции без специального оборудования.

6.2. Преимущества применения АТСП

Применение антифрикционных твердосмазочных покрытий в узлах телескопических стрел обеспечивает: защиту металлических сегментов от коррозии, снижение трения при выдвижении секций, предотвращение задиров и царапин на поверхностях скольжения, уменьшение периодичности обслуживания.

АТСП особенно эффективны в сочетании с полимерными плитами скольжения, создавая оптимальную пару трения полимер-полимер с минимальным износом обоих элементов.

7. Системы смазки секций телескопа

7.1. Требования к смазочным материалам

Смазка для телескопических стрел должна удовлетворять комплексу специфических требований, обусловленных особенностями работы узлов скольжения.

Трибологические требования: Традиционные противоизносные и противозадирные присадки эффективны только в паре металл-металл. В паре сталь-полимер эти присадки не работают, так как полимеры химически инертны к их действию. Поэтому для узлов с полимерными накладками применяют смазки с добавлением ПТФЭ или других твердых смазочных материалов.

Адгезионные свойства: Смазка должна обладать высокой липкостью, чтобы удерживаться на вертикальных и наклонных поверхностях при значительных контактных давлениях. Смазки с алюминиевым комплексным загустителем демонстрируют лучшую адгезию по сравнению с литиевыми.

Температурный диапазон: Рабочий диапазон температур должен соответствовать климатическим условиям эксплуатации. Для условий средней полосы России рекомендуются смазки с диапазоном от -20 C до +130 C. Для северных регионов применяют низкотемпературные смазки с нижним пределом -40...-50 C.

7.2. Способы подачи смазки

Смазка плит скольжения осуществляется несколькими способами:

Ручное нанесение применяется при периодическом техническом обслуживании. Смазка наносится на поверхности секций и в канавки плит скольжения при полностью сложенной стреле. Периодичность обслуживания составляет 50-100 моточасов или ежемесячно.

Централизованная система смазки обеспечивает автоматическую подачу смазки к узлам трения. Система включает резервуар со смазкой, насос с электроприводом и трубопроводы, подводящие смазку к точкам смазывания. Преимущество такой системы - равномерное распределение смазки и снижение трудозатрат на обслуживание.

7.3. Распределение смазки в узлах скольжения

Эффективность смазывания зависит от конструкции смазочных канавок на плитах скольжения. Канавки выполняют функции резервуара смазки и распределителя смазочного материала по всей контактной поверхности.

Продольные канавки обеспечивают равномерное распределение смазки по длине накладки при выдвижении секции. Поперечные канавки предотвращают выдавливание смазки за пределы контактной зоны. Комбинированный рисунок (ромбовидный или сетчатый) является оптимальным для большинства условий эксплуатации.

8. Расчет и подбор подшипников скольжения

8.1. Основные расчетные параметры

Расчет подшипников скольжения телескопических стрел выполняется по критериям контактного давления и параметра pv (произведение давления на скорость). Методика расчета базируется на положениях ГОСТ ИСО 4378-4-2001.

8.2. Пример расчета

8.3. Факторы, влияющие на расчетные параметры

При расчете подшипников скольжения необходимо учитывать следующие факторы:

Температурный режим: При повышении температуры несущая способность полимерных материалов снижается. Для капролона при температуре 60 C допустимое давление уменьшается примерно на 20% по сравнению с нормальными условиями.

Режим нагружения: Ударные и динамические нагрузки требуют снижения расчетных допускаемых давлений на 30-50%.

Условия смазки: При работе без смазки допустимые значения pv снижаются в 2-3 раза по сравнению с работой со смазкой.

9. Техническое обслуживание и диагностика

9.1. Регламент технического обслуживания

Техническое обслуживание подшипников скольжения телескопических стрел включает регулярные операции согласно инструкции производителя крана:

9.2. Признаки износа и неисправностей

Износ подшипников скольжения проявляется следующими признаками:

Увеличение зазора между секциями приводит к люфту стрелы, ухудшению точности позиционирования груза, появлению стуков при работе. Предельно допустимый зазор указывается в руководстве по эксплуатации крана (типично 2-4 мм).

Скачкообразное перемещение секций (stick-slip эффект) свидетельствует о недостаточной смазке или износе накладок. При этом секции двигаются рывками, что создает дополнительные динамические нагрузки на конструкцию.

Неполное выдвижение стрелы может быть вызвано задирами на поверхностях скольжения, деформацией накладок или попаданием посторонних предметов.

Появление коррозии на металлических поверхностях секций указывает на нарушение защитного слоя смазки и требует немедленного восстановления.

9.3. Методы диагностики

Визуальный контроль проводится при полностью выдвинутой стреле. Осматриваются поверхности секций на предмет задиров, коррозии, следов контакта металл-металл. Проверяется состояние накладок: наличие трещин, сколов, неравномерного износа.

Измерение зазоров выполняется с помощью щупов или индикаторных приспособлений. Зазор измеряется в нескольких точках по длине секции для выявления неравномерного износа.

Контроль плавности хода оценивается при работе механизма телескопирования. Движение секций должно быть равномерным, без рывков и заеданий.

10. Часто задаваемые вопросы