Сталь, полимеры и многое другое: материалы для КМУ

Главным материалом для изготовления деталей машин все так же остается сталь. Существует множество марок стали и каждая обладает уникальными свойствами. Но кроме стали на рынке материаловедение активно пользуются спросом и полимерные материалы. Кроме того, инженеры продолжают не только усовершенствовать старые материалы, но и создавать новые, например, бисплавы. Их специальные свойства позволяют расширить применение и возможности в машиностроении и не только.

Основные детали КМУ

Крано-манипуляторные установки состоят из различных деталей:

Редукторы,
Стрела,
Лебедка,
Уплотнительные кольца,
Панели и щитки,
Цилиндры и т.д.

Все вышеперечисленные детали имеют свои особенности не только в эксплуатации, но и в форме. Для этого подбирают специальные материалы для каждой из составляющей, чтобы они соответствовали заданным свойствам. Основными свойствами для деталей кранов-манипулятором, и в целом машин, являются износостойкость, прочность, циклическая долговечность, повышенная ударная вязкость и хладноломкость при эксплуатации в экстремально низких температурах. Контроль качества всех характеристик происходит в ходе испытаний: на производстве или лабораториях. Допустимые пределы свойств регулируются нормативными документами и государственными стандартами. Любой современный производитель отслеживает всю технологическую цепочку, чтобы не допустить брака, ведь это сильно затормаживает процесс, а следовательно, и поставки.

Виды материалов в современном производстве КМУ

Несмотря на большое разнообразие материалов, почти все запчасти КМУ изготавливаются из металлических сплавов, а именно стали. Рассматривая одну из основных частей крана – стрелу – стоит сказать, что для нее выбирают низкоуглеродистую конструкционную сталь, так как низкое содержание углерода позволяет легко сваривать листы в нужную конструкцию. Обычно это стали 09Г2С и 10ХСНД, легированные марганцем, кремнием, хромом, никелем и медью для улучшения комплекса механических свойств. Добавки таких элементов повышают и прочность с пластичность, и коррозионную стойкость, что необходимо при работе в агрессивных средах. Как важен выбор марки стали, так и важна ее дальнейшая обработка, так как большая часть свойств приобретается за счет термообработки, механической или химико-термической обработки.

Полимерные материалы с каждым годом набирают свою популярность в различных сферах, обгоняя стали по некоторым свойствам. В запчастях КМУ есть уплотнительные и контактные кольца, а также различные панели и щитки. Кольца изготавливаются из специальных резин, которые тоже имеют подразделение на марки. Довольно известными на данный момент являются силикон, бутанодиен-нитрильный и фторкаучук. Помимо колец полимерные материалы нашли свое применение и в изготовлении рессор, червяных и зубчатых колесах, подшипниках скольжениях. Основные преимущества полимеров это:

Химическая устойчивость в агрессивных средах;
Хорошие показатели диэлектрических характеристик;
Износостойкость;
Высокая прочность при достаточной пластичности.

Как и стали, полимеры легируют другими добавками, варьируя свойства материала. Таким образом, можно получить фрикционные и антифрикционные материалы, а также материалы со специальными свойствами: магнитными, токопроводящими и так далее.

Ноу-хау среди машиностроительных материалов

Разнообразие материалов с каждым годом растет и не планирует останавливаться. Классические марки стали по-прежнему используют на производстве, но компании все чаще разрабатывают собственные сплавы. Успешное применение нашли стали DOMEX и WELDOX. Это высокопрочные стали, в которых снижено количество добавок, за счет чего эквивалент углерода низкий, а это положительно влияет на свариваемость конструкций. Несмотря на ряд преимуществ у полимеров, стали остаются на первом месте в машиностроении. Так, стали усовершенствуют, улучшая теплостойкость, устойчивость к деформированию под нагрузками. А благодаря различным покрытиям в ходе химико-термической обработки, сталь повышает прочность и износостойкость на внешней стороне, оставаясь пластичной и вязкой в сердцевине.

Конечно же, помимо всем известного соединения железо-углерод, существуют и другие металлические сплавы. Алюминиевые, титановые, медные сплавы получили свое призвание за комбинацию высокой прочности и маленькой массы. Стоит упомянуть и композитные материалы, которые состоят из матрицы и армирующей составляющей: волокна, ленты или мелкодисперсные частицы. В качестве армирующего материала могут выступать тонкие кварцевые волокна на основе SiO2, SiC.

Какие материалы используют компании в производстве КМУ

Иностранные производители кранов-манипуляторов производят детали из своих разработанных сплавов, однако некоторые прибегают к закупке у своих партнеров.

Dongyoung использует финскую высокопрочную сталь, листы которой впоследствии сваривают специальной проволокой;
Horyoung – горячекатаную сталь STRENX шведского производства, которая является хорошей заменой для облегчения конструкции с сохранением прочности;
Fassi производят КМУ на основе стали, выдерживающей экстремально низкие температуры до -40°С. Проверены данные манипуляторы были в реальном времени во время строительства научно-китайской станции “Kunlun Station” в Антарктике. Аналогами в российских марочниках такими сталями являются Ст3пс, 14Г2, 16ГС.

Российские компании по производству КМУ практикуют применение иностранных сталей, однако основой являются, конечно же, отечественные марки сталей.

АО «Галичский автокрановый завод» - 09Г2С, 15ХСНД;
АО «ИНМАН» - высококачественную сталь (У7А, У11А).

Кроме того, «Галичанин» наладил серийный выпуск крановых установок овоидного сечения из высокопрочной стали с пределом текучести до 1300 МПа, которую легко раскраивать и придавать форму с помощью гибочного оборудования.