Подшипники скольжения

Подшипники скольжения

Использование самосмазывающихся материалов скольжения постоянно приобретает все большую значимость во всех областях производства металлургической промышленности. На фоне постоянно нарастающего давления конкурентов, производители и операторы оборудования в настоящий момент особенно нуждаются в решениях, которые предлагают в равной степени технические, так и экономические преимущества. Подшипники скольжения и направляющие, функционирующие без дополнительной смазки, представляют собой огромный потенциал для оптимизации и экономии, в том числе и при реконструкции уже применявшихся ранее неудачных решениях, в которых использовалась дополнительная смазка.

Глубокие изменения, произошедшие в металлургической промышленности в последние годы, вызвали повышенный интерес к материалам скольжения, не требующим обслуживания. Для примера: сокращение тяжелого ручного труда в последнее время представляется одной из основных проблем, особенно в тех случаях, когда это касается выполнения необходимых работ по смазке. Постоянно увеличивающиеся затраты на смазку стимулируют проведение дальнейших мероприятий по исключению этих затрат, где это возможно. Исходя из этого, в металлургической промышленности продолжается проведение мероприятий с целью заменить наиболее возможное число подшипников и направляющих деталей на материалы скольжения, не требующие обслуживания. Thyssen Krupp Stahl AG, Germany, например, стало первооткрывателем в этом отношении и имеет собственный трибологический отдел, который работает в направлении - "снижение стоимости благодаря отсутствию обслуживания". Эти разработки также соотносится с более жесткими требованиями к заводам и оборудованию, профессиональной безопасности и, не в последнюю очередь, качеству продукции, как и с основаниями для более интенсивного применения самосмазывающихся материалов.

Толстостенные подшипники скольжения с микроскопически распределенной твердой смазкой

Разнообразные материалы скольжения спроектированы специально для использования в различных областях. Продукция Deva-Metal охватывает группу композитных материалов, основанных на трех различных группах сплавов, а именно бронза, железо и никель. Они содержат твердый смазочный материал, который равномерно распределен и внедрен в структуру металла.
Структура металла определяет физические, механические и химические свойства сплава, и поэтому служит основой при выборе материала для специального применения. Основной критерий отбора - это рабочие температуры в месте применения подшипника.
Бронза и свинцовистая бронза наиболее часто применяются при температурах до 350 С с материалом, который подвергается специальной термообработке для продолжительного применения при температуре 150С и выше. Сплавы с железной и железо-никельной основой используются при необходимости продолжительного функционирования при температурах выше 350С. Конструкции, включающие особые условия касающиеся температурного режима и коррозионностойкости, вызывают необходимость использовать никелевую основу или коррозионностойкий стальной материал скольжения.
Тип твердой смазки, ее форма и, прежде всего, ее процентное содержание в металлической матрице, зависит от конкретных условий, например, как скорость скольжения и контактного напряжения. Следовательно, твердые смазочные материалы играют решающую роль в характеристике поведения сплава при трении скольжения. Графит, дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама и находящий все большее применение политетрафторэтилен, используются как твердые смазочные материалы в технологии изготовления подшипников скольжения.
Пример: механизм для транспортировки труб. Оборудование, установленное SMS Demag в 1972 году на Vallourec&Mannesmann в Мюльхейме, служит для перемещения трубы от линии изготовления в сторону холодильника. Чтобы избежать больших деформаций неостывших труб, процесс сброса проходит в два этапа. Прежде всего, трубы опускают на угловой приемник, откуда их на втором этапе снимают сталкивающими устройствами и катят на холодильник.
В подъемном механизме под сталкивающими устройствами, начинающем цикл движения, первоначально были использованы чисто графитовые подшипники скольжения. В 1983 году отдел обслуживания заменил подшипники металлическими подшипниками скольжения с включенной твердой смазкой, которые утроили срок службы самых высоконагруженных подшипников скольжения в передней части холодильника. Срок эксплуатации новых подшипников составляет приблизительно 2 года несмотря на температуры около 200°С, рабочий поворот на 45° и приблизительно 5700 движений в день. Подшипники задней части холодильника до сих пор не заменены.
Этот опыт - один из множества подобных примеров по всему миру. В настоящее время окончательные проекты и тестовые образцы внедряются, например, в Канаде и Италии, где, несмотря на постоянную подаваемую смазку обычных бронзовых подшипников скольжения, операторы установок и оборудования испытывают затруднения в стремлении достичь удовлетворительных сроков службы подшипников. Подшипники скольжения заменяются ими примерно 3 раза в год. Основываясь на нашем опыте, можно предположить, что срок службы может быть значительно продлен и, как результат, затраты на обслуживание будут существенно сокращены.

Тонкостенные подшипники скольжения с микроскопически распределенным материалом скольжения

Биметаллический материал Deva-BM изготовлен по технологии специальной прокатки-спекания. Он представляет собой стальную основу и слой скольжения из самосмазывающегося бронзового сплава с микроскопически распределенной твердой смазкой . Кроме высокой прочности при нагрузке тонкостенные материалы скольжения сочетают в себе трибологические свойства толстостенной бронзы с компактным дизайном.
Здесь особо стоит отметить увеличение применения фторопласта в качестве твердой смазки. Этот материал обеспечивает общепризнанные высокие трибологические характеристики и объединяет их с износостойкостью металлической матрицы.
Одна из целей - избежать нежелательного эффекта неравномерного скольжения, часто именуемое в повседневной речи как вибрация и слипание-заедание. Эффект неравномерного движения - это явление, которое происходит при недостаточной чистоте обработки сопряженных поверхностей, в результате их движения относительно друг друга при переходном процессе между трением скольжения и трением покоя.

Пример: механизм поворотного ковша. Конструкция механизма поворотного ковша на Huettenwerke Krupp-Mannesmann (HKM) в Дуисбурге, Германии, - это наглядный пример тесного взаимодействия между заводом и плановым отделом, заводом и разработчиком оборудования и производителем подшипников скольжения.
В начальной стадии было запланировано использование в конструкции бронзовых пластин скольжения толщиной 30мм с макроскопически распределенной твердой смазкой. Требования клиента по отсутствию заедания в движении и максимально возможный износ 1.5мм позволило использовать тонкостенные пластины скольжения с самосмазывающимся слоем скольжения. Принимая во внимание условия рабочей среды, слой скольжения был дополнительно снабжен очистными канавками, чтобы сократить абразивный износ от попадающих в зону трения загрязнений. Под пластины скольжения были подложены стальные пластины, чтобы привести конструкцию в соответствие с проектом.
Выгодой для клиента стало, прежде всего, избежание stick-slip эффекта. Кроме того, изменение даже привело к лучшему использованию материала, потому что был установлен допустимый износ в 1.5 мм, а в первом проекте подразумевалось, что 28.5мм толщины материала не будет использоваться и будет утилизироваться вместе с отработанным подшипником.
Механизм поворотного ковша, который был введен в эксплуатацию в 1996 году, был снабжен новыми пластинами скольжения летом 2002 года, с соответствующим сроком эксплуатации приблизительно 6 лет.

Композитные подшипники скольжения, выполненные из стекловолокнистого пластика

Deva-Tex, самосмазывающийся армированный стекловолокном композит произведен при использовании специальной намоточной технологии. Несущий слой адсорбирует высокие нагрузки, тогда как слой скольжения содержит специальные волокна и твердую смазку, обеспечивающие превосходные трибологические свойства.

В сравнении с металлическими материалами применение стеклопластика очевидно ограничено температурами выше 150°С и сильно загрязненными абразивными рабочими средами. Однако пластик демонстрирует свои преимущества, когда применяется для решения проблем с высокими ударными или высокими кромочными нагрузками.

Использование в кранах и системах торможения. Полимерные или металлические материалы специального назначения были заменены подшипниками скольжения на пластиковой основе, например, в разнообразных крановых системах. Причиной этому послужило главным образом то, что металлические втулки не выдерживали высоких ударных нагрузок и в некоторых случаях были полностью разрушены.
Тормоза для слябов - это специальные конструкции, для перемещения слябов на рольган. Они замедляются посредством рычага, проходящего между роликами. Пластики уже успешно применяется в этом специальном оборудовании, где присутствует высокое контактное давление, вызванное действием рычага, совместно с возникающей ударной нагрузкой на подшипники.

Трибологическая система сухого трения

Принцип, согласно которому все описанные здесь материалы, способны функционировать без дополнительной смазки, в основе своей тот же самый. Движение, происходящее в подшипниках, вызывает образование микро-абразива, который высвобождает твердую смазку из слоя скольжения, запрессованную и внедренную в материал скольжения. Как результат создается прочная пленка твердой смазки на сопряженной поверхности. Твердые смазочные материалы, из-за их химической структуры, способны полностью разделять две сопряженные поверхности.
Износ этой пленки скольжения, например, обусловленный высокой частотой движения, накипью, пылью и т.д., как следствие вызывает повышенный износ, в результате которого высвобождается очередная порция сухой твердой смазки, а следовательно, происходит восстановление смазывающей пленки. Тем самым, мы получаем автоматическую, не требующую ухода систему смазки.
В сравнении с обычными смазываемыми подшипниками скольжения, преимущества этого функционального принципа очевидны, особенно, если присмотреться к особо тяжелым условиям работы металлургического оборудования.

Перспективы

Краткий обзор опыта использования самосмазывающихся материалов, которые уже установлены в металлургической промышленности в течение длительного срока, в таком оборудовании как отрезные машины, прессы, правильные листовые машины, выпрямители труб, в тиглях, холодильниках, в намоточных оправках, в ТО печах, в полировальном оборудовании, в системах смены роликов, ясно иллюстрирует широкий спектр применения.
Вопрос касательно того, когда использование подходящих материалов технически возможно и экономически обосновано, должен быть решен индивидуально, поэтому особенно тесное сотрудничество должно быть заблаговременно установлено между пользователем и производителем.
Это предполагает необходимость детального рассмотрения всех условий работы при подборе материала или механической конструкции и для поиска наилучшего решения, как с технической, так и экономической точки зрения.
Взгляд на все приведенные затраты, начиная с затрат на доставку и заканчивая затратами на смазку, рабочую силу, ремонт и потерю прибыли от реализации продукции через брак и простои, обобщенно показывает, каков на самом деле экономический потенциал и оправдано ли использование не требующих обслуживания подшипников скольжения. Если в дальнейшем будут продолжать усиливаться упомянутые выше конкурентные тенденции по снижению себестоимости продукции на рынке, как этого и следует ожидать, то, в конечном итоге, это приведет к инновационным решениям в сфере оборудования и металлургического производства.