Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Сферические подшипники скольжения серий GE и GEG представляют собой важнейшие компоненты шарнирных соединений установок горизонтально-направленного бурения. Эти узлы обеспечивают компенсацию угловых смещений и передачу комбинированных нагрузок в условиях интенсивных механических воздействий, характерных для буровых работ. Применение подшипников данного типа в анкерных системах и шарнирах ГНБ позволяет достичь высокой надежности оборудования при работе в сложных грунтовых условиях.
Сферические подшипники скольжения относятся к категории шарнирных опор, где внутреннее и наружное кольца имеют сферические поверхности скольжения. Данная конструкция принципиально отличается от подшипников качения отсутствием тел качения - работа узла основана на непосредственном скольжении сопряженных поверхностей.
Подшипник состоит из внутреннего кольца со сферической наружной поверхностью и наружного кольца с соответствующей сферической внутренней поверхностью. Внутреннее кольцо может перемещаться относительно наружного в определенном угловом диапазоне, что обеспечивает компенсацию несоосности валов и корпусов.
В зависимости от исполнения, подшипники могут иметь различные конструктивные модификации наружного кольца. Неразъемная конструкция предполагает цельное наружное кольцо, через которое внутреннее кольцо устанавливается до монтажа. Разъемные варианты имеют продольный разлом или поперечный разъем наружного кольца, что упрощает монтаж и демонтаж в условиях ограниченного доступа.
Работа подшипника основана на скольжении сферических поверхностей друг относительно друга. При этом узел способен воспринимать радиальные, осевые и комбинированные нагрузки. Сферическая форма контактных поверхностей позволяет компенсировать угловые отклонения до 15 градусов в радиальных исполнениях и обеспечивает качательные движения в шарнирных соединениях.
Для снижения трения между поверхностями скольжения применяется либо регулярная подача смазочного материала через специальные каналы и отверстия, либо используются самосмазывающиеся материалы, такие как политетрафторэтилен. В первом случае подшипник требует периодического обслуживания, во втором - является необслуживаемым на протяжении всего срока эксплуатации.
Подшипники серии GE представляют собой радиальные сферические подшипники скольжения стандартного исполнения. Данная серия характеризуется компактными размерами при сохранении высокой несущей способности. Подшипники GE выпускаются с различными вариантами исполнения в зависимости от способа смазки и наличия уплотнений.
Основные модификации серии GE включают исполнения с обозначениями E, ES, LO. Обозначение E указывает на базовое исполнение без системы смазки, ES - наличие отверстий и канавок для подвода смазочного материала в наружном кольце, LO - систему смазки с каналами во внутреннем и наружном кольцах. Такое разнообразие позволяет подобрать оптимальный вариант в зависимости от условий эксплуатации.
Серия GEG отличается увеличенными размерами наружного кольца при том же внутреннем диаметре, что обеспечивает повышенную грузоподъемность. Эти подшипники применяются в узлах с высокими нагрузками и ограниченным пространством по внутреннему диаметру. Увеличенная ширина наружного кольца позволяет распределить нагрузку на большую площадь контакта.
Подшипники GEG также выпускаются в различных исполнениях по системе смазки. Наиболее распространено исполнение GEG...ES с кольцевой канавкой и отверстиями для подвода пластичной смазки. Данная конструкция обеспечивает равномерное распределение смазочного материала по всей рабочей поверхности.
При внутреннем диаметре 50 мм подшипник GE50-LO имеет наружный диаметр 75 мм и ширину 50 мм, тогда как GEG50ES при том же внутреннем диаметре 50 мм имеет наружный диаметр 75 мм, но увеличенную ширину, что обеспечивает повышенную статическую грузоподъемность до 785 кН против аналогичного показателя у GE50.
Кольца подшипников скольжения изготавливаются из высококачественных подшипниковых сталей марок ШХ15, ШХ15СГ по ГОСТ 801-78, обеспечивающих необходимую твердость и износостойкость рабочих поверхностей. Для работы в агрессивных средах применяется нержавеющая сталь 95Х18Ш. Термическая обработка обеспечивает твердость поверхностей скольжения на уровне 59-65 HRC согласно ГОСТ 3635-78, что гарантирует высокую износостойкость при значительных контактных напряжениях.
Поверхности скольжения подшипников типа сталь-сталь подвергаются тщательной механической обработке, включающей шлифование и полирование для достижения минимальной шероховатости. Это обеспечивает снижение трения и равномерное распределение смазочного материала в зоне контакта.
Необслуживаемые подшипники скольжения используют композиционные материалы на основе политетрафторэтилена. Наиболее распространенными являются многослойные конструкции, включающие стальную основу, промежуточный слой спеченной бронзы и рабочий слой PTFE с добавками дисульфида молибдена или графита.
Металлофторопластовые композиции обеспечивают крайне низкий коэффициент трения на уровне 0,02-0,04, что сопоставимо с использованием жидких смазочных материалов. При этом такие подшипники способны работать без дополнительной смазки в широком диапазоне нагрузок и скоростей скольжения. Промежуточный слой спеченной бронзы толщиной 0,20-0,35 мм обеспечивает прочное сцепление между стальной основой и фторопластовым покрытием, а также способствует эффективному отводу тепла из зоны трения.
Для защиты рабочих поверхностей от проникновения абразивных частиц и влаги подшипники могут оснащаться манжетными уплотнениями с обозначением 2RS. Уплотнения изготавливаются из эластомерных материалов, обеспечивающих надежный контакт с поверхностью внутреннего кольца при сохранении подвижности узла. Применение уплотнений особенно актуально при работе в условиях повышенной запыленности, характерной для буровых работ.
Размерный ряд подшипников серий GE и GEG охватывает диапазон внутренних диаметров от 12 до 320 мм. Каждый типоразмер характеризуется набором геометрических параметров, включающих внутренний диаметр d, наружный диаметр D, ширину подшипника B и ширину наружного кольца C. Данные параметры стандартизированы и соответствуют требованиям ГОСТ 3635-78 и международных стандартов ISO 12240.
Динамическая грузоподъемность Cдин характеризует способность подшипника выдерживать нагрузки при качательных движениях. Данный параметр определяется как нагрузка, при которой подшипник обеспечивает базовый ресурс без усталостного разрушения материала поверхностей скольжения.
Статическая грузоподъемность Cстат представляет собой максимально допустимую нагрузку при неподвижном состоянии подшипника или при малых угловых скоростях. Превышение статической грузоподъемности приводит к остаточным деформациям в зонах контакта, величина которых не должна превышать 0,0001 от размера контактной поверхности. Для подшипников скольжения характерно соотношение статической к динамической грузоподъемности на уровне 5:1, что обусловлено особенностями контактного взаимодействия сферических поверхностей.
Подшипники скольжения с парой трения сталь-сталь работоспособны при температурах до 120 градусов Цельсия при условии использования соответствующих смазочных материалов согласно ГОСТ 3635-78. Допускается кратковременная работа при температурах до 150 градусов Цельсия. Для более высоких температурных условий разработаны специальные исполнения с применением высокотемпературных смазок и термостойких уплотнений.
Необслуживаемые подшипники с PTFE-покрытием имеют температурный диапазон работы от минус 100 до плюс 280 градусов Цельсия, однако оптимальные трибологические характеристики обеспечиваются в диапазоне от минус 40 до плюс 120 градусов Цельсия. При низких температурах возможно некоторое повышение момента трения в начальный период работы до выхода на рабочий режим.
Установки горизонтально-направленного бурения представляют собой сложные технические комплексы, предназначенные для бестраншейной прокладки коммуникаций. Основу буровой установки составляет рама с буровым лафетом, на котором смонтированы тиски и каретка для подачи буровых штанг. Для надежной фиксации установки на грунте применяется система анкерного крепления, включающая от двух до восьми анкерных устройств в зависимости от класса оборудования.
Буровая головка соединяется с установкой гибкой штангой, состоящей из отдельных звеньев длиной обычно 1000 мм. В процессе бурения происходит передача значительных крутящих моментов и осевых усилий, что предъявляет высокие требования к надежности всех шарнирных соединений. Установки классифицируются по тяговому усилию от мини-класса с усилием 40-90 кН до мега-класса с усилием свыше 1800 кН.
Анкерные устройства буровых установок обеспечивают надежную фиксацию оборудования на поверхности грунта, противодействуя реакционным усилиям при бурении и протяжке трубопровода. Каждый анкер состоит из винтового элемента, заглубляемого в грунт, и системы шарнирных соединений, связывающих анкер с рамой установки.
В шарнирных узлах анкерных систем применяются сферические подшипники скольжения серий GE и GEG, обеспечивающие компенсацию угловых перемещений при установке анкеров и в процессе работы. Подшипники воспринимают комбинированные нагрузки, включающие осевые усилия от реакции грунта и радиальные нагрузки от изгибающих моментов. Типичные размеры применяемых подшипников находятся в диапазоне от GE40 до GE80 в зависимости от тягового класса установки.
Для установки ГНБ с тяговым усилием 360 кН при использовании четырех анкеров расчетное усилие на один анкер составит 360/4 = 90 кН с учетом коэффициента запаса 1,5 получаем 135 кН. При угле установки анкера 45 градусов осевая нагрузка на подшипник составит примерно 95 кН. Для данных условий подходит подшипник GE50-LO со статической грузоподъемностью 785 кН, обеспечивающий значительный запас по несущей способности.
Буровой лафет устанавливается на раме с возможностью регулировки угла наклона для обеспечения требуемой траектории бурения. Регулировка осуществляется посредством гидроцилиндров, шарнирно закрепленных на раме и лафете. В местах крепления гидроцилиндров используются сферические подшипники скольжения, воспринимающие нагрузки от усилий гидроцилиндров и обеспечивающие свободу углового перемещения.
Условия работы подшипников в шарнирах лафета характеризуются знакопеременными нагрузками, ударными воздействиями и возможным попаданием бурового раствора. Для таких условий предпочтительно применение самосмазывающихся подшипников с уплотнениями типа 2RS, обеспечивающих защиту от загрязнений и исключающих необходимость регулярного обслуживания в труднодоступных местах.
Работа подшипников в составе установок ГНБ протекает в условиях высокой запыленности, вибрации и периодических ударных нагрузок. Буровой раствор, используемый для охлаждения инструмента и выноса шлама, может попадать на шарнирные узлы, что требует применения эффективных уплотнений. Температурный режим работы определяется климатическими условиями и может варьироваться от минус 20 до плюс 40 градусов Цельсия.
Для обеспечения надежности в таких условиях рекомендуется использование подшипников с защитными уплотнениями и регулярный контроль состояния шарнирных узлов. При применении подшипников с системой смазки необходимо соблюдение периодичности подачи пластичной смазки согласно эксплуатационной документации оборудования. Применение самосмазывающихся подшипников позволяет снизить трудоемкость обслуживания, однако требует более тщательного подбора по нагрузочным характеристикам.
Перед установкой подшипника необходимо провести тщательную очистку посадочных поверхностей вала и корпуса от загрязнений, следов коррозии и старой смазки. Посадочные поверхности должны соответствовать требованиям по геометрии и шероховатости, указанным в конструкторской документации. Для подшипников скольжения рекомендуются посадки с зазором на внутреннем диаметре и с натягом на наружном диаметре.
Проверка геометрических параметров включает контроль диаметров, овальности и конусности посадочных поверхностей. Отклонения от требуемых значений могут привести к неравномерному распределению нагрузки и преждевременному износу подшипника. При наличии буртов на валу или в корпусе необходимо обеспечить их перпендикулярность к оси посадки.
Установка подшипников с неразъемным наружным кольцом производится запрессовкой внутреннего кольца на вал с последующей установкой в корпус. Запрессовка осуществляется с использованием оправки, обеспечивающей передачу усилия на торец запрессовываемого кольца. Недопустима передача усилия через тела качения или противоположное кольцо.
Подшипники с разъемным наружным кольцом устанавливаются путем сборки наружного кольца вокруг уже смонтированного на валу внутреннего кольца. При сборке разъемного кольца необходимо обеспечить правильное совмещение плоскостей разъема и затяжку крепежных элементов с требуемым моментом. Для подшипников с продольным разломом наружного кольца возможна установка без демонтажа сопряженных деталей.
Для подшипников скольжения с парой трения сталь-сталь применяются пластичные смазки на литиевой или литиево-кальциевой основе с противозадирными и противоизносными присадками. Консистенция смазки должна соответствовать условиям эксплуатации - для нормальных условий применяются смазки класса NLGI 2, для высоких нагрузок - класса NLGI 3.
Периодичность пополнения смазки определяется условиями работы и составляет от 100 до 500 часов наработки в зависимости от нагруженности узла и температурного режима. При работе в условиях высокой запыленности интервал смазывания сокращается. Подача смазки осуществляется через пресс-масленки до появления свежей смазки в зоне уплотнений, что свидетельствует о заполнении рабочих полостей.
Периодический контроль шарнирных узлов включает визуальный осмотр на предмет утечек смазки, повреждений уплотнений, деформаций корпусных деталей. Наличие течи смазки из-под уплотнений свидетельствует о необходимости проверки состояния уплотнительных элементов и возможной их замены.
Увеличение момента сопротивления повороту, появление заедания или рывков при перемещении указывают на возможный износ рабочих поверхностей или загрязнение подшипника. В таких случаях необходима разборка узла, промывка и дефектация деталей. Допустимый износ определяется увеличением зазора в шарнире - при превышении допустимых значений подшипник подлежит замене.
Основным отечественным стандартом, регламентирующим требования к шарнирным подшипникам, является ГОСТ 3635-78 «Подшипники шарнирные. Технические условия». Данный стандарт устанавливает типы подшипников, основные размеры, допуски, технические требования к материалам и изготовлению, методы испытаний. Стандарт распространяется на разъемные шарнирные подшипники, предназначенные для восприятия радиальных и комбинированных нагрузок в подвижных и неподвижных соединениях.
Согласно ГОСТ 3635-78 установлены различные типы подшипников в зависимости от конструкции наружного кольца и наличия системы смазки. Маркировка подшипников включает буквенно-цифровое обозначение типа, размера и модификации. Стандарт предусматривает две степени точности изготовления, определяющие допуски на геометрические параметры.
Международная стандартизация подшипников скольжения осуществляется серией стандартов ISO 12240, включающей четыре части. ISO 12240-1 регламентирует радиальные сферические подшипники скольжения, ISO 12240-2 - радиально-упорные подшипники, ISO 12240-3 - упорно-радиальные подшипники, ISO 12240-4 - шарнирные головки.
Стандарты ISO устанавливают основные размеры, допуски, обозначения и методы расчета грузоподъемности подшипников скольжения. Размеры подшипников по ISO в основном идентичны размерам по ГОСТ 3635-78, что обеспечивает взаимозаменяемость отечественной и импортной продукции. Обозначения подшипников по ISO используют буквенно-цифровую систему, где серия GE соответствует радиальным подшипникам скольжения стандартной серии.
Нормативные документы устанавливают требования к материалам подшипников, включая марки сталей, термическую обработку и твердость поверхностей. Для изготовления колец применяются подшипниковые стали ШХ15, ШХ15СГ по ГОСТ 801-78, обеспечивающие твердость закаленных поверхностей 59-65 HRC. Допускается применение нержавеющей стали 95Х18Ш для работы в агрессивных средах.
Качество поверхностей скольжения контролируется по параметрам шероховатости. Геометрические параметры контролируются специальными средствами измерений, обеспечивающими требуемую точность. Допуски на размеры устанавливаются в зависимости от степени точности и размера подшипника.
Для более полного понимания применения подшипников в различных отраслях промышленности рекомендуем ознакомиться со следующими материалами:
Основное отличие заключается в размерах наружного кольца. При одинаковом внутреннем диаметре подшипники GEG имеют увеличенную ширину наружного кольца, что обеспечивает большую площадь контакта и повышенную грузоподъемность. Серия GEG применяется в узлах с высокими нагрузками при ограниченном пространстве по внутреннему диаметру. Например, GE50 и GEG50 имеют одинаковые внутренний и наружный диаметры, но GEG50 обладает увеличенной статической грузоподъемностью за счет большей ширины контактной зоны.
Выбор зависит от условий эксплуатации и возможности регулярного обслуживания. Подшипники с парой трения сталь-сталь и системой смазки обеспечивают максимальную грузоподъемность и подходят для тяжелонагруженных узлов, но требуют периодической подачи смазки. Самосмазывающиеся подшипники с PTFE-покрытием не нуждаются в обслуживании и хорошо работают в условиях загрязнения, однако имеют несколько меньшую грузоподъемность. Для анкерных систем, работающих в условиях высокой запыленности при затрудненном доступе для обслуживания, предпочтительны самосмазывающиеся подшипники с защитными уплотнениями.
Расчет начинается с определения действующих нагрузок - радиальной и осевой составляющих. Для шарнирных узлов вычисляется эквивалентная статическая нагрузка с учетом коэффициентов, зависящих от соотношения радиальной и осевой нагрузок. Необходимо обеспечить запас по статической грузоподъемности с коэффициентом безопасности не менее 1,5-2,0 для нормальных условий и 2,5-3,0 для ударных нагрузок. Также учитывается возможность размещения подшипника в узле по габаритным ограничениям. При невозможности установки требуемого размера рассматривается применение подшипников серии GEG с повышенной грузоподъемностью.
Периодичность смазывания определяется интенсивностью работы оборудования и условиями эксплуатации. Для анкерных узлов, работающих периодически при установке оборудования, смазывание рекомендуется проводить каждые 200-300 часов работы или не реже одного раза в сезон активной эксплуатации. Для шарниров буровых лафетов, подвергающихся более интенсивным нагрузкам, интервал смазывания составляет 100-150 часов. При работе в условиях повышенной запыленности периодичность сокращается вдвое. Признаком необходимости смазывания служит затрудненное перемещение в шарнире или повышенный момент сопротивления.
Подшипники скольжения серий GE и GEG работоспособны при отрицательных температурах при условии применения соответствующих смазочных материалов. Для подшипников с парой трения сталь-сталь используются морозостойкие пластичные смазки, сохраняющие работоспособность до минус 40 градусов Цельсия. Самосмазывающиеся подшипники с PTFE-покрытием сохраняют работоспособность до минус 100 градусов Цельсия, однако при температурах ниже минус 40 градусов возможно увеличение момента трения в начальный период работы. Согласно технологии ГНБ работы прекращаются при температурах ниже минус 20 градусов Цельсия из-за замерзания бурового раствора.
Основным признаком износа является увеличение зазора в шарнире, проявляющееся в виде люфта при покачивании соединенных деталей. Для количественной оценки измеряется радиальный зазор специальными приспособлениями или индикаторами часового типа. Предельно допустимый зазор составляет обычно 0,5-1,0 мм в зависимости от размера подшипника. Косвенными признаками износа служат повышенный момент сопротивления повороту, заедания, скрипы при перемещении. При обнаружении данных признаков необходима разборка узла и дефектация подшипника с измерением геометрических параметров рабочих поверхностей.
Подшипники, изготовленные по ГОСТ 3635-78 и ISO 12240, имеют идентичные основные размеры, что обеспечивает их взаимозаменяемость по посадочным диаметрам. Обозначения типоразмеров различаются - отечественные используют буквенную маркировку типа ШС, ШСП, а импортные - систему GE с суффиксами. Соответствие можно установить по таблицам аналогов. Например, ШСП40К соответствует GE40-LO. При замене следует учитывать, что грузоподъемность может незначительно отличаться у разных производителей в зависимости от применяемых материалов и технологии изготовления, поэтому рекомендуется проверка соответствия технических характеристик.
При попадании бурового раствора на шарнирные узлы необходимо в кратчайшие сроки провести очистку и проверку состояния уплотнений. Буровой раствор содержит абразивные частицы, способные вызвать интенсивный износ при попадании в зону трения. Подшипники с уплотнениями типа 2RS обеспечивают защиту рабочих поверхностей, однако при повреждении уплотнений возможно проникновение загрязнений. Рекомендуется промывка узла водой под давлением, просушка и повторное заполнение свежей смазкой через пресс-масленки до вытеснения загрязненного материала. При использовании самосмазывающихся подшипников без системы смазки проводится только наружная очистка.
Срок службы зависит от интенсивности эксплуатации, нагруженности узла и качества обслуживания. При правильном подборе размера, обеспечении эффективной смазки и защиты от загрязнений подшипники способны отработать 3000-5000 часов в составе анкерных систем. Для установок ГНБ с годовой наработкой 800-1000 часов это соответствует 3-5 годам эксплуатации. Самосмазывающиеся подшипники при соблюдении нагрузочных режимов обеспечивают аналогичную долговечность без необходимости обслуживания. Фактический ресурс может существенно снижаться при работе с перегрузками, недостаточной смазке или попадании абразивных загрязнений в зону трения.
Для подшипников скольжения применяются высококачественные пластичные смазки на литиевой основе с противозадирными присадками. Рекомендуются смазки типа Литол-24, Фиол-2У, импортные аналоги Shell Alvania EP2, Mobilux EP2. При работе в условиях повышенных нагрузок применяются смазки с дисульфидом молибдена или графитом. Для эксплуатации при отрицательных температурах используются морозостойкие смазки типа ЦИАТИМ-201, ЦИАТИМ-221. Недопустимо применение смазок с твердыми частицами в самосмазывающихся подшипниках с PTFE-покрытием, так как это приводит к повреждению фторопластового слоя.
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационный характер. Представленная информация не является руководством к действию и не может служить основанием для принятия технических решений без дополнительной проверки и консультации со специалистами.
Автор не несет ответственности за любые прямые или косвенные последствия, возникшие в результате использования информации из данной статьи. Все технические решения должны приниматься квалифицированными специалистами на основании действующей нормативно-технической документации, проектных расчетов и с учетом конкретных условий эксплуатации оборудования.
Перед применением подшипников в критически важных узлах необходимо проведение расчетов на прочность и долговечность с учетом реальных эксплуатационных нагрузок. Выбор типа и размера подшипников должен осуществляться на основании технического задания и в соответствии с требованиями применяемых стандартов.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.