ПОДШИПНИК ШАРНИРНЫЙ ДЛЯ ТЯЖЕЛОНАГРУЖЕННЫХ БЫСТРОХОДНЫХ УЗЛОВ

Полезная модель относится к шарнирным подшипникам, используемым в шарнирах роликов на машине непрерывного литья заготовок, в опорах роликов рольгангов методических печей литейно-прокатных цехов и других тяжелонагруженных узлах металлургического оборудования при максимальной температуре окружающей среды до 900-1200°С, а также агрессивной и обводненной средах.
В машинах металлургического и прокатного производства применяются в зависимости от места их установки, нагрузок на них различные подшипники: многорядные цилиндрические и конические роликовые, радиально-упорные, сферические, упорные и другие виды подшипников (FAG Подшипники для прокатного оборудования, Каталог номер WL 41140/6 Ru-E). При выборе вида подшипников для этого оборудования одним из главных условий должно быть то, что они должны хорошо работать в условиях высоких нагрузок, высокой температуры окружающей среды и выдерживать агрессивные и обводненные среды при обеспечении надежной и длительной их работы.
Вышеуказанные подшипники имеют сравнительно большой ресурс работы, однако требуют хорошей смазки и охлаждения при установке в местах выделения высокой тепловой энергии.: верхний температурный предел для ролико- и шарикоподшипников является 200°С. А в металлургической промышленности на ряде участков температура достигает 300°С и выше при одновременной высокой нагрузке в узлах машин и тяжелых условиях эксплуатации (наличии воды, пыли и др.). В таких
условиях работы подшипники часто выходят из строя, имеют невысокую долговечность работы.
В качестве прототипа выбран шарнирный подшипник скольжения (каталог Минского подшипникового завода, каталог фирмы THE TORRINGTON COMPANY «SPHERICAL PLAIN BEARINGS»), который применяется в тяжелонагруженных узлах металлургических и прокатных машин.
Он состоит из внутреннего и наружного колец и не имеет тел качения. Внутреннее кольцо имеет сферическую наружную поверхность, наружно-сферическую внутреннюю поверхность. Этот подшипник может работать в двух режимах: в подвижных шарнирах, где происходит вращение одного кольца относительно другого, и в неподвижном режиме, когда кольца не вращаются относительно друг друга, но возможен перекос между ними. В подвижном соединении шарнирные подшипники работают при взаимном перемещении одного кольца относительно другого, как правило, в качательном режиме, угол до 45°. При этом допускается угол перекоса 4-22°.
В неподвижном соединении они работают при периодических единичных сдвигах одного кольца относительно другого, что позволяет компенсировать несоосность вала и корпуса.
Кольца подшипников изготавливаются из стали и работают при условии трения сталь по стали. Для смазывания таких подшипников применяют пластичные смазки 1-13, ЦИАТИМ-201, жидкие смазочные масла.
Шарнирные подшипники рассмотренного типа широко применяются в тяжелонагруженных узлах машин в металлургической промышленности. Они работают при высоких нагрузках, так как передача ее осуществляется не роликами, а сферическими поверхностями, что значительно снижает удельную нагрузку. Однако они имеют недостаточную долговечность и стойкость при работе в местах с высокой температурой окружающей среды (выше 250°С) и повышенной загрязненностью. При попадании на
поверхности трения пыли идет интенсивный износ рабочих поверхностей, что значительно снижает долговечность работы подшипника.
В основу полезной модели поставлена задача создания универсального шарнирного подшипника для тяжелонагруженных узлов, работающих при высоких температурах в условиях попадания воды и абразива.
Поставленная задача решается за счет технического результата, заключающегося в улучшение смазки трущихся поверхностей подшипников.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что подшипник шарнирный для тяжелонагруженных быстроходных узлов, содержащий два кольца, сопряженные между собой сферической поверхностью, согласно полезной модели, снабжен дополнительным кольцом, в которое по скользящей посадке установлено кольцо подшипника, имеющее внутреннюю сферическую поверхность, при этом кольцо с внутренней сферической поверхностью выполнено из антифрикционного материала, пропитанного индустриальным маслом И-20, смешанным с многофункциональной присадкой, содержащей диметилфосфарит и 1,4 (арилсульфонил) хинондиимина, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
индустриальное масло И-20
35
многофункциональная присадка
65.
В результате сравнительного анализа предлагаемого подшипника шарнирного для тяжелонагруженных быстроходных узлов с прототипом установлено, что они имеют следующие общие признаки:
- два кольца, сопряженные между собой сферической поверхностью;
и отличительные признаки:
- дополнительное кольцо, в которое по скользящей посадке установлено кольцо подшипника, имеющее внутреннюю сферическую поверхность;
- кольцо с внутренней сферической поверхностью выполнено из антифрикционного материала, пропитанного индустриальным
маслом И-20, смешанным с многофункциональной присадкой, содержащей диметилфосфарит и 1,4 (арилсульфонил) хинондиимина, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
индустриальное масло И-20
35
многофункциональная присадка
65.
Таким образом, предложенный шарнирный подшипник имеет новую деталь, новый материал одного из колец и новый вид смазочного материала.
Между отличительными признаками и техническим результатом имеется причинно-следственная связь.
Благодаря снабжению подшипника дополнительным кольцом и сопряжению его с кольцом из антифрикционного материала исключено трение сталь по стали, что снижает износ колец и повышает долговечность работы подшипника в целом.
Благодаря тому, что кольцо подшипника, имеющее внутреннюю сферическую поверхность, выполненное из антифрикционного материала, пропитывается индустриальным маслом с многофункциональной присадкой, содержащей диметилфосфарит и 1,4 (арилсульфонил) хинондиимина (по патенту Украины №76857), которая обеспечивает смазку деталей при высокой температуре, стало возможным использовать данный подшипник в тяжелонагруженных узлах, работающих в тяжелых условиях при высоких температурах, высокой запыленности, наличии воды и агрессивных сред.
Для определения оптимального соотношения смеси индустриального масла и многофункциональной присадки были проведены эксперименты, в ходе которых меняли соотношения компонентов пропитки для кольца подшипника, имеющего внутреннюю сферическую поверхность, и определяли удельную нагрузку на узлы трения, момент трения и износ колец, результаты экспериментальных исследований приведены в таблице №1.
Сравнительная характеристика противоизносных и противозадирных свойств узлов трения с различными пропитками
Таблица №1
Состав пропитки: индустриальное масло(%) + многофункциональная присадка (%)
Удельная нагрузка на узел трения, кг/см
Момент трения, кг/см
Износ, г
Количество оборотов ролика
Образец №1
250
18
4,0×10<sup>-3</sup>
5000
50+50
350
21
1,3×10<sup>-3</sup>
5000
400
32
2,0×10<sup>-3</sup>
5000
Образец №2
250
19
4,0×10<sup>-3</sup>
5000
45+55
350
23
1,3×10<sup>-3</sup>
5000
400
34
1,8×10<sup>-3</sup>
5000
Образец №3
250
20
4,0×10<sup>-3</sup>
5000
40+60
350
22
1,5×10<sup>-3</sup>
5000
400
38
2,1×10<sup>-3</sup>
5000
Образец №4
250
21
5,0×10<sup>-3</sup>
5000
35+65
350
24
1,7×10<sup>-3</sup>
5000
400
41
2,4×10<sup>-3</sup>
5000
Образец №5
250
19
4,0×10<sup>-3</sup>
5000
30+70
350
21
1,6×10<sup>-3</sup>
5000
400
38
2,2×10<sup>-3</sup>
5000
Обработка статистических данных, полученных в ходе экспериментов, позволяет сделать вывод, что оптимальным соотношением пропитки кольца с внутренней сферической поверхностью является 35% индустриального масла и 65% многофункциональной присадки. Образец №4 имеет наивысшие показатели по противоизносу и противозадиру узла трения, что повышает срок его службы.
Таким образом, рассмотренный подшипник имеет повышенную эксплуатационную надежность и повышенный срок службы благодаря гарантированной в любых условиях смазке трущихся поверхностей.
Исключение из вышеуказанной совокупности отличительных признаков хотя бы одного не обеспечивает решение поставленной задачи, повышение долговечности работы подшипника в тяжелонагруженных узлах металлургических машин.
Заявляемое техническое решение неизвестно из уровня техники, поэтому оно является новым.
Заявляемое техническое решение промышленно применимо, т.к. его реализация технически выполнима и не представляет технологических трудностей. По этому техническому решению выполнена и испытана экспериментальная партия подшипников.
Таким образом, предлагаемому техническому решению может даваться правовая охрана, т.к. оно является новым и промышленно применимо, что соответствует всем критериям полезной модели.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором изображен шарнирный подшипник для тяжелонагруженных быстроходных узлов.
Шарнирный подшипник состоит из наружного кольца 1, среднего кольца 2, имеющего внутреннюю сферическую поверхность, и внутреннего кольца 3, имеющего наружную сферическую поверхность. При этом наружное и среднее кольца сопряжены между собой по скользящей посадке, а среднее и внутреннее кольца сопряжены между собой по сферической поверхности также по скользящей посадке. Среднее кольцо 2 выполнено из антифрикционного материала, а именно чугуна СЧ15 ГОСТ 1412-75. Наружное кольцо 1 выполнено из стали 20Х2Н4А, а внутреннее кольцо 3 выполнено из стали ШХ15 ГОСТ 801-78.
Среднее кольцо 2 пропитано смесью индустриального масла И-20 и многофункциональной присадкой для смазок, содержащей диметилфосфарит и 1,4 (арилсульфонил) хинондиимина (патент Украины №76857 от 04.11.2004 г.) в соотношении 35:65. Для этого изготовленное из чугуна кольцо погружают в композиционную смесь из вышеуказанных материалов и нагревают до кипения. В процессе «варки» происходит внедрение в поверхностный слой кольца ингредиентов присадки.
Многофункциональная присадка представляет собой серу- и кислородсодержащее органическое соединение на основе 1,4 (арилсульфонил) хинондиимина.
Многофункциональная присадка повышает:
- антикоррозионные свойства смазки при повышенных температурах;
- противозадирные и противоизносные свойства смазки, особенно в тяжелонагруженных узлах трения качения и скольжения. Присадка имеет следующее строение:
3
Где радикал R слева является водородом - Н, а справа - СН.
Предлагаемая присадка обладает антикоррозионными свойствами.
Пример реализации предлагаемой полезной модели.
Использование подшипника на участке грануляции комбикормового завода при температуре в узле трения 150-180°С в высоконагруженном узле, при повышенной концентрации абразива. Штатный подшипник роликовый радиальный сферический двухрядный №23230/W33, смазанный смазкой ESSO, выходит из строя в результате разрушения три раза в год. Однократная закладка смазки «Мапсол 1-3» (с использованием многофункциональной присадки по патенту Украины №76857) в существующий подшипник позволяет использовать его до 2-х лет без замены с незначительным износом рабочих поверхностей. При использовании для этого узла подшипника шарнирного предлагаемой конструкции прогнозируемый срок службы его 5 лет.
Из всего вышеизложенного видно, что использование в тяжелонагруженных узлах, работающих при неблагоприятных и тяжелых условиях металлургической отрасли, подшипников шарнирных предлагаемой конструкции позволит обеспечить повышенную долговечность шарнирных узлов.