409 / 457
Эксплуатация и ремонт машин и оборудования
409
ного количества абразива в рабочей среде проявление этих явлений интенсифицируется. К поврежде-
ниям гидроцилиндра, вызванным действием абразива, относятся риски, царапины, задиры на движу-
щихся уплотняемых поверхностях, царапины и задиры на поверхностях поршня и направляющей
втулки. Это сказывается на герметизирующей способности гидроцилиндра и его надёжности в целом.
Использование пылезащитных манжет в качестве средств предотвращения попадания абразива в гид-
роцилиндр значительного положительного эффекта не даёт. Названные недостатки могут быть уст-
ранены путём замены направляющих скольжения на направляющие качения.
Известны технические решения, например, из авторских свидетельств СССР №1070363,
№1071828, №1333890 и патента РФ №141434, в которых в качестве тел качения используются шари-
ки. К сожалению, эти разработки обладают рядом недостатков, а именно: сложность конструкции и
нетехнологичность её изготовления, низкий ресурс работоспособности, возможность появления на-
катки на уплотняемых поверхностях гильзы и штока гидроцилиндра, а также возможность заклини-
вания шариков и образование задиров на сопряжённых поверхностях из-за их проскальзывания.
Названные недостатки перечисленных конструкций устраняются в гидроцилиндре с направ-
ляющими качения по авторскому свидетельству СССР №1807256, в котором в качестве тел качения
используются шарики, устанавливаемые в кольцевые канавки поршня и направляющей втулки гид-
роцилиндра.
При этом, в отличие от известных конструкций кольцевой зазор в подвижных сопряжениях
"поршень – гильза" и "шток – направляющая втулка" должен минимально превышать возможные
размеры абразивных частиц, поступающих в зону трения, что позволит твёрдым абразивным части-
цам свободно проходить через подвижные сопряжения, не вызывая микрорезания и микродеформи-
рования герметизируемых поверхностей, и затем улавливаться фильтрующими элементами гидро-
системы машины. Для обеспечения движения шарика в соответствии с авторским свидетельством
СССР №1807256 канавки должны иметь наклонные опорные поверхности с соблюдением условия,
при котором угол трения с движущейся уплотняемой поверхностью должен минимально превышать
сумму углов трения шарика с наклонными контактирующими поверхностями, то есть минимально
превышать
2
.
Обеспечение работоспособности гидроцилиндров с шариковыми направляющими качения за
счёт исключения вышеперечисленных недостатков достигается на стадии их проектирования, глав-
ным образом, посредством уточнения таких характеристик контакта тел качения в направляющих
качения, как максимальная нагрузка, воспринимаемая наиболее нагруженным шариком, площадь
контакта шарика с сопряжёнными элементами и допускаемые напряжения контакта.
Однако, в известных работах, например, [1-4], а также в ГОСТ Р 54660-2011 «Подшипники
качения. Статическая грузоподъёмность», посвящённых этому вопросу, делается ряд допущений, ос-
нованных на взаимосвязи диаметра подшипника, числа тел качения в нём и их диаметра, справедли-
вых для стандартных радиальных шарикоподшипников, но ограничивающих их применение в на-
правляющих качения гидроцилиндра. Это касается, в частности, величины коэффициента, зависяще-
го от количества и размеров шариков в одном ряду сопряжения и равного по разным вышеназванным
источникам от 4,37 до 5, что, зачастую, не справедливо для направляющих качения гидроцилиндра с
произвольным числом и размером тел качения.
Отсюда уточнение вышеназванного коэффициента и оценка характеристик контакта тел каче-
ния в направляющих качения гидроцилиндров представляет несомненный интерес.
Исходная информация.
Документами, регламентирующими параметры гидроцилиндра, в
разные периоды времени и в разных странах были ГОСТ 6540-68, СТ СЭВ 3936-82, ГОСТ 16514-96, а
также ISO 2944, 3320, 3322 и 4393, в соответствии с которыми предполагается возможность создания
гидроцилиндров по основному и дополнительному рядам (в единицах измерения стандартов) с номи-
нальным давлением
p
= (0,63…63) МПа, с ходом поршня (штока)
z
= (4…10000) мм, с диаметрами
поршня
1
D
= (4…900) мм и штока
2
D
= (4…900) мм, с соотношением площадей давления в поршне-
вой и штоковой полостях
= (1,06…5,26); применительно к гидроцилиндрам ДСМ эти параметры
лежат в диапазонах:
p
= (2,5…40) МПа;
z
= (50…2000) мм;
2
D
= (32 … 250) мм;
= (1,33 и 1,6);
скорость перемещения штока в этих документах не оговаривается, но лежит в диапазоне
dt
dz
/
=
(0,1…1,0) м/с, а, применительно к ДСМ, не превышает 0,5 м/с.
В данном случае в качестве примера с целью сравнительного анализа приняты два гидроци-
линдра (поворота ковша и привода рукояти) рабочего оборудования ДСМ, а именно, одноковшового
строительного экскаватора IV-VI размерных групп с параметрами: диаметр поршня (гильзы)
3,1
D
=