Вкладыш графитовый

Графитовый вкладыш — изделие из конструкционного углеграфитового материала, которое устанавливается в узлы трения машин и агрегатов в качестве опорного или уплотнительного элемента. Принцип работы основан на самосмазывании: при трении о поверхность контртела (вала, провода, стенки полости) на ней формируется тонкая адгезированная плёнка графита с низким коэффициентом трения. Никакой внешней подачи смазки при этом не требуется.

Ключевые свойства, которые определяют область применения графитовых вкладышей: химическая инертность к большинству кислот, щелочей и органических растворителей; работоспособность в широком диапазоне температур; низкий коэффициент теплового расширения. Последнее требует отдельного внимания при монтаже: металлический корпус при нагреве расширяется значительно сильнее, чем вкладыш, что необходимо учитывать при выборе посадки.

Области применения графитовых вкладышей

Графитовые вкладыши применяются в четырёх принципиально разных функциональных группах:

• Подшипники скольжения — опоры вращающихся или возвратно-поступательно движущихся валов при невозможности или нецелесообразности подачи жидкой смазки.
• Уплотнения насосов и запорной арматуры — торцовые и радиальные уплотнительные кольца в насосах, работающих на агрессивных, пищевых или горючих средах.
• Оснастка литейных установок — вкладыши кристаллизаторов, изложниц и машин непрерывного литья сплавов.
• Контактные вставки токосъёмников — сменные элементы головок токоприёмников троллейбусов, трамваев, кранов и пантографов.

Вкладыши подшипников скольжения из графита

Графитовые вкладыши в подшипниках скольжения применяются там, где традиционная подача жидкой смазки невозможна или нежелательна: высокие температуры, агрессивная рабочая среда, пищевая или фармацевтическая промышленность, герметичные камеры. В отличие от металлических вкладышей (бронза, баббит, чугун антифрикционный), углеграфитовые изделия работают всухую или со смазкой перекачиваемой средой.

Марки материала выбираются исходя из условий эксплуатации. Широко применяемый антифрикционный графит АГ-1500 (пропитанный) характеризуется предельно допустимым удельным давлением 10–15 кгс/см², предельно допустимой скоростью скольжения до 25 м/с, рабочей температурой в окислительной среде до 400–450 °С, а в нейтральной или восстановительной среде — значительно выше. При предельных нагрузках в режиме сухого трения на воздухе при комнатной температуре за 100 часов работы линейный износ составляет не более 50 мкм. Материал АГ-600 используется при более мягких условиях: давление до 10–12 кгс/см², скорость до 20 м/с. Для агрессивных химических сред применяют силицированный графит.

Для расширенного каталога исходных материалов см. раздел антифрикционный графит.

Монтаж: посадка и зазоры

Из-за низкого коэффициента теплового расширения графита металлический корпус при нагреве расширяется сильнее вкладыша. При неправильном выборе посадки это приводит к увеличению зазора и вибрации. Поэтому графитовые вкладыши, как правило, устанавливают горячей посадкой в металлическую обойму (корпус). Окончательный зазор между вкладышем и валом рассчитывается с учётом рабочей температуры и диаметра вала: при увеличении зазора возникают биения, ускоряющие износ. Люфт и вибрация — основные причины преждевременного выхода углеграфитового подшипника из строя.

Подробнее о готовых изделиях — в разделе графитовые подшипники.

Вкладыши графитовые для насосов и уплотнений

В центробежных насосах, перекачивающих агрессивные жидкости, горючие продукты (бензин, керосин, дизтопливо, мазут), криогенные жидкости или жидкие газы, применяются торцовые и радиальные углеграфитовые уплотнительные кольца. Применение жидкой смазки в таких узлах недопустимо по соображениям совместимости с перекачиваемой средой. Углеграфитовый вкладыш при этом работает в режиме самосмазывания перекачиваемой средой.

Вкладыши для вакуумных насосов выполняются из графита с низкой газопроницаемостью. Вкладыши для насосов пищевой и фармацевтической промышленности изготавливают из марок с минимальным содержанием примесей и специализированными пропитками, допустимыми по санитарным требованиям.

Вкладыши графитовые для литейных установок

Для оснастки установок непрерывного литья цветных металлов и сплавов (алюминий, медь, латунь, бронза) применяются вкладыши из графита с высокой термостойкостью и низкой смачиваемостью расплавом. Кристаллизаторы с графитовым вкладышем обеспечивают равномерный отвод тепла и облегчают извлечение заготовки. Графит в данном случае выбирают мелкозернистый, изостатический или экструзионный — с однородной структурой без включений, способных вызвать дефекты слитка.

Для ювелирного и аффинажного литья применяются вкладыши и формы из плотного мелкозернистого графита с минимальной пористостью, что исключает захват газов из материала формы.

Контактные вставки токосъёмников: графитовые вкладыши для электротранспорта

Контактные вставки (вкладыши токоприёмников) — сменные элементы головок штанговых токосъёмников троллейбусов и трамваев, скользящих по контактному проводу. Основная функция — обеспечить надёжный электрический контакт с проводом при минимальном его износе. Самосмазывающие свойства графита снижают истирание контактного провода по сравнению с металлическими вставками.

Летние графитовые вставки (углеграфитовые)

Основной тип для тёплого сезона. Изготавливаются прессованием и обжигом из углеграфитовых композиций. Геометрия рабочей поверхности выполняется в форме желоба, соответствующего профилю контактного провода. Нажатие токосъёмной головки на провод должно составлять 140 ± 10 Н в пределах рабочей высоты — это требование, определённое нормативными документами на контактные сети городского электротранспорта. Ресурс летних вставок в зависимости от условий эксплуатации может составлять от нескольких сотен километров пробега и выше.

Зимние вставки (медно-графитовые и металлокерамические)

При обледенении контактной сети чистые углеграфитовые вставки недостаточно эффективны. В этих условиях применяют медно-графитовые вставки (прессованные из порошков меди и графита) или металлокерамические вставки — с более высокой механической прочностью и электропроводностью. Они обеспечивают надёжный токосъём при налипании льда и снега на провод.

Формы поставки и выбор типоразмера

Графитовые вкладыши поставляются как в виде готовых изделий стандартных размеров, так и в виде заготовок под механическую обработку на предприятии-потребителе. Типовые формы: цилиндрические втулки (внутренний диаметр, наружный диаметр, длина), полуцилиндрические вкладыши разъёмного исполнения, пластины и блоки, фасонные изделия по чертежу.

Для подбора типоразмера и марки под конкретное оборудование необходимо указать: диаметр вала или контртела, рабочую температуру, характер нагрузки (статическая, динамическая, ударная), рабочую среду и требования к смазке.