Габариты сферических шарнирных подшипников и цилиндрических пар втулка-палец можно сравнить на примере современного японского 1,5-кубового экскаватора массой 42,6 тн. Фирму и модель машины не указываю, так как ситуация типична.

На стреле, рукояти и ковше 23 точки смазки. Фирма предписывает ежедневно не пополнять, а полностью менять в них консистентную смазку и после каждой замены обкатывать рабочее оборудование без нагрузки. Интересно, считал ли кто-нибудь сколько теряется рабочего времени при добросовестном исполнении этих предписаний.

Гидроцилиндр стрелы развивает усилие 636 кН. В нижнем его шарнире стоит цилиндрическая втулка 105х125х105 мм (внутренний диаметр х наружный диаметр х высота). В верхнем шарнире цилиндрическая втулка 120х135х190. Поскольку усилия в этих двух шарнирах одинаковы, а углы поворота близки, существенное увеличение размеров верхней втулки, видимо, объясняется тем, что она стоит на консольном пальце. Обе втулки сплошные (без поднутрения в средней части) со спиральными смазочными канавками.

Исходный зазор между этими втулками и пальцами находится в пределах 0,187 – 0,304 мм. Фирма рекомендует заменять детали (и прилагает соответствующие чертежи) при зазоре 1 мм, а допустимый предельный зазор 1,5 мм.

Общепринятая в машиностроении рекомендация по зазору для подшипников этого типа: 0,0005 – 0,001 номинального диаметра сопряжения. То есть, для нашего случая оптимальный зазор должен быть в пределах 0,053 – 0,105 мм. Таким образом, средний исходный зазор на машине завышен в три раза. И объяснить это можно только проблемами со сборкой этих узлов в отсутствии самоустанавливаемости сопрягаемых деталей. Видимо, при меньших зазорах узлы просто не собираются без серьезных изгибных нагрузок на штоке гидроцилиндра.

Очевидно, что размеры втулок здесь определяются не прочностью пальцев на изгиб или на срез, а стремлением увеличить площадь контакта трущихся деталей. А поскольку в таких шарнирах полный линейный контакт получить невозможно, такое увеличение диаметра мало что дает.

Сферический шарнирный подшипник ШСЛ80 (сегодняшняя цена на рынке от 800 до 2100 руб.) имеет динамическую грузоподъемность 678 кН (статическая – 3400 кН) и радиальный зазор 0,072 – 0,142 мм при размерах 80х125х76. То есть он вполне справляется с нагрузкой гидроцилиндра (вообще-то при реальной скорости относительного поворота колец подшипника на экскаваторе нужно брать какую-то промежуточную грузоподъемность, причем ближе к статической). Он точно вписывается в радиальный габарит нижней втулки и имеет существенно меньший осевой габарит. Вместо верхней втулки можно поставить этот же подшипник, так как упругая деформация консольного пальца практически не влияет на работоспособность сферической пары трения.

Таким образом, цилиндрические втулки вполне можно заменить шарнирными подшипниками, не выходя за привычные габариты, а может быть даже уменьшив их.

Отметим, что на этом экскаваторе в шарнирах пяты стрелы стоят втулки того же диаметра, что в нижнем шарнире гидроцилиндра (105 мм). А нагрузка на эти шарниры всегда существенно меньше, чем у гидроцилиндра. Завышение диаметра можно объяснить только тем, что здесь условия работы цилиндрических шарниров еще хуже, чем на гидроцилиндре (выше степень статической неопределимости системы, больше число избыточных связей и, следовательно, сильнее негативное влияние отклонений от номинального положения посадочных мест).

Когда писал свое первое послание, было еще малое сомнение: может быть я не знаю чего-то специфического, - все-таки не экскаваторщик. Но теперь уверен, что рабочее оборудование экскаватора, это частный случай неправильного шарнирно-рычажного механизма, каких много и в других отраслях прикладной механики. В этих других не было случая, чтобы исправление подобного механизма путем устранения статической неопределимости (устранения избыточных связей) не приводило к повышению надежности и долговечности бывших проблемных узлов в несколько раз. Так, рано или поздно, будет и с рабочим оборудованием экскаваторов. Один только пример: на 24-ой «Волге» была шкворневая шарнирно-рычажная подвеска, перекочевавшая на нее с «Победы» и 21-ой «Волги». В ней масса избыточных связей и каждый, кто имел с этой машиной дело, знает, насколько была капризна эта подвеска и как быстро она выходила из строя при небрежном техобслуживании – без еженедельной прокачки нескольких пресс-масленок и столько же частой регулировки т.н. резьбовых втулок. Токари в таксопарках не успевали точить эти самые резьбовые втулки в «самопальном» исполнении. Сейчас «ГАЗ» медленно движется к правильному решению, но еще не дошел до него, хотя правильный пример у него перед глазами. Имею в виду классическую «ВАЗовскую», точнее «ФИАТовскую» переднюю подвеску, созданную не позднее 1965 года, а также современные подвески переднеприводных машин. Владельцы автомобилей с правильной подвеской и знать не знают что такое пресс-масленка. Срок службы здесь определяется не каким-то принципиальным пороком конструктивной схемы узла, а, зачастую, такой «мелочью», как долговечность резинового чехла шаровой опоры. Пока жив этот чехол, жива и опора.

Аналогия с рабочим оборудованием экскаватора почти прямая, во всяком случае, - оба сюжета из одной оперы с названием «САМОУСТАНАВЛИВАЕМОСТЬ». Экскаваторы в этом смысле сейчас находятся на уровне «Победы». Основные причины – нежелание смотреть по сторонам и что-либо менять у себя, а также небрежение к интересам потребителя. Небрежение недальновидное и тем более странное, что позаботиться о потребителе и получить конкурентные преимущества можно, не повышая издержек своего производства.

Согласен с Вами, Fiat, по-поводу деградации качества металлоконструкций. И это характерно не только для металлоконструкций, а вообще для прикладной механики, и не только у нас, - мог бы привести не один пример. И с этим вряд ли что-то можно сделать. Сейчас на первом плане юристы, экономисты и всякого рода «менеджеры». А молодые толковые ребята с техническими наклонностями идут в электронику и компьютерные технологии, где налицо стремительный прогресс. Теперь «железом» называют матчасть компьютерных систем. Хорошо, что еще остаются немногие фанаты настоящего железа.

Конечно, компьютерное проектирование само по себе вряд ли повинно в деградации машиностроения. Самому пришлось в уже немолодом возрасте оторваться от чертежной доски и освоить компьютерную графику. И не жалею, а могу только снять шляпу перед создателями этого действительно мощного инструмента. Соотношение эффективности кульмана и системы трехмерного моделирования примерно такое же, как для дубинки и крупнокалиберного пулемета.

И, наконец, по-поводу отжига крупногабаритных металлоконструкций. Сам только краем уха слышал, что ведущие фирмы его применяют. Может это и неправда. Бог с ним, с отжигом. У нас-то этим точно никто не занимается. И это еще один довод в пользу применения принципа самоустанавливаемости. Ведь без отжига потеря исходной точности взаимного положения посадочных мест неизбежна из-за релаксации остаточных напряжений в сварных соединениях.