Подшипники механизма поворота экскаватора

Введение

Редуктор поворота экскаватора представляет собой критически важный узел гидравлической землеройной техники, обеспечивающий вращение верхней поворотной платформы относительно ходовой части. Надежность работы этого механизма напрямую зависит от качества применяемых подшипников и уплотнений, которые функционируют в условиях значительных радиальных и осевых нагрузок, воздействия загрязнений и температурных колебаний. В современных экскаваторах преимущественно применяются планетарные редукторы, отличающиеся компактностью и высоким передаточным отношением при относительно небольших габаритах.

Назначение редуктора поворота экскаватора

Редуктор поворота выполняет функцию передачи крутящего момента от гидравлического мотора к опорно-поворотному устройству экскаватора. Основная задача механизма заключается в снижении частоты вращения выходного вала гидромотора и пропорциональном увеличении крутящего момента, необходимого для поворота рабочего оборудования массой до нескольких десятков тонн.

Поворотный редуктор обеспечивает плавность хода при запуске и остановке вращения платформы, точность позиционирования рабочего оборудования в пространстве, а также удержание платформы в заданном положении при отсутствии управляющего сигнала благодаря встроенному тормозному механизму. Конструкция редуктора должна выдерживать циклические нагрузки, возникающие при перемещении груженого ковша, а также динамические удары при работе гидромолота или другого навесного оборудования.

Конструкция планетарного редуктора поворота

Планетарный редуктор поворота экскаватора построен на основе планетарной зубчатой передачи, состоящей из центральной солнечной шестерни, системы сателлитов, закрепленных на водиле, и неподвижного эпицикла с внутренним зацеплением. Данная кинематическая схема регламентируется положениями ГОСТ Р 50370-92, определяющего терминологию редукторов и мотор-редукторов общемашиностроительного применения.

Основные элементы планетарного редуктора

Солнечная шестерня устанавливается на входном валу, соединенном с выходным валом гидромотора. Вокруг солнечной шестерни располагаются сателлиты, количество которых составляет от трех до шести в зависимости от передаваемой мощности и требуемого передаточного отношения. Сателлиты находятся в постоянном зацеплении как с солнечной шестерней, так и с эпициклом, закрепленным в корпусе редуктора.

Водило представляет собой несущую конструкцию, на которой установлены оси сателлитов с соответствующими подшипниковыми узлами. Водило соединяется с выходным фланцем редуктора, передающим крутящий момент на зубчатый венец опорно-поворотного устройства. В многоступенчатых редукторах применяется последовательное соединение нескольких планетарных передач, при котором водило первой ступени служит основанием для солнечной шестерни второй ступени.

Преимущества планетарной схемы

Планетарные редукторы обеспечивают высокое передаточное отношение при компактных габаритах за счет распределения передаваемой мощности между несколькими сателлитами. Симметричное расположение сателлитов вокруг центральной оси приводит к взаимной компенсации радиальных нагрузок на опорные подшипники, что позволяет применять подшипники меньших типоразмеров по сравнению с цилиндрическими редукторами аналогичной мощности. Соосность входного и выходного валов упрощает компоновку механизма поворота в ограниченном пространстве поворотной платформы экскаватора.

Подшипники редуктора поворота

Подшипниковые узлы редуктора поворота работают в условиях комбинированных радиальных и осевых нагрузок, возникающих при передаче крутящего момента и от веса вращающихся деталей. Правильный подбор типа и размера подшипников критически важен для обеспечения расчетного ресурса редуктора и предотвращения аварийных отказов.

Радиальные шариковые подшипники

Радиальные шариковые подшипники однорядные применяются для установки на быстроходных валах планетарного редуктора, где преобладают радиальные нагрузки при относительно высоких частотах вращения. Конструкция таких подшипников регламентируется ГОСТ 8338-75, устанавливающим основные размеры и допуски.

Шариковые подшипники характеризуются низким моментом трения благодаря точечному контакту тел качения с дорожками качения. Это обеспечивает минимальные потери мощности на трение и снижает тепловыделение в подшипниковом узле. Применение подшипников с защитными шайбами или уплотнениями в соответствии с ГОСТ 7242-81 и ГОСТ 8882-75 предотвращает попадание загрязнений внутрь подшипника и утечку смазочного материала.

Радиально-упорные шариковые подшипники

Радиально-упорные шариковые подшипники применяются в опорах валов, воспринимающих комбинированные нагрузки. Угол контакта шариков с дорожками качения составляет 15, 25, 36 или 40 градусов, что определяет соотношение радиальной и осевой грузоподъемности подшипника. Основные параметры радиально-упорных подшипников регламентируются ГОСТ 831-75 для однорядных исполнений и ГОСТ 4252-75 для двухрядных конструкций.

В планетарных редукторах поворота радиально-упорные подшипники часто устанавливаются на оси сателлитов при использовании косозубых зубчатых колес, создающих осевые усилия в зацеплении. Двухрядные радиально-упорные подшипники с предварительным натягом обеспечивают жесткую фиксацию вала и точность позиционирования зубчатых колес относительно друг друга.

Конические роликовые подшипники

Конические роликовые подшипники применяются в тяжелонагруженных опорах редукторов поворота, где требуется восприятие значительных радиальных и осевых нагрузок. Линейный контакт конических роликов с дорожками качения обеспечивает высокую грузоподъемность при компактных габаритах подшипника.

Упорные подшипники

Упорные шариковые и роликовые подшипники применяются для восприятия осевых нагрузок, возникающих от веса вращающихся деталей и осевых составляющих сил в зубчатых зацеплениях. Упорные шариковые подшипники одинарные и двойные изготавливаются согласно ГОСТ 7872-89, упорно-радиальные роликовые сферические подшипники регламентируются ГОСТ 9942-90.

Выбор типа упорного подшипника определяется величиной и направлением действующих осевых нагрузок. Одинарные упорные подшипники воспринимают осевую нагрузку только в одном направлении, двойные подшипники способны воспринимать двустороннюю осевую нагрузку, что необходимо при реверсивном режиме работы редуктора поворота.

Уплотнения редуктора поворота

Система уплотнений редуктора поворота выполняет две критически важные функции: предотвращение утечки смазочного материала из внутренних полостей редуктора и защиту подшипниковых узлов от проникновения внешних загрязнений. Условия эксплуатации экскаваторов характеризуются высокой запыленностью окружающей среды, попаданием воды и абразивных частиц, что предъявляет повышенные требования к надежности уплотнительных элементов.

Манжеты армированные для валов

Манжеты резиновые армированные однокромочные с пружиной представляют собой основной тип уплотнений вращающихся валов в редукторах. Конструкция и технические требования к манжетам регламентируются ГОСТ 8752-79. Манжета состоит из эластомерного корпуса с рабочей кромкой, металлического армирующего кольца для фиксации в корпусе редуктора и прижимной пружины, обеспечивающей постоянный контакт уплотняющей кромки с валом при его радиальном биении.

Согласно ГОСТ 8752-79, манжеты предназначены для работы в минеральных маслах, воде и дизельном топливе при избыточном давлении до 0,05 МПа, скорости скольжения до 20 метров в секунду и температуре от минус 60 до плюс 170 градусов Цельсия в зависимости от группы применяемой резины. Для редукторов поворота экскаваторов применяются манжеты из бутадиен-нитрильного каучука, обладающего высокой маслостойкостью и работоспособностью в широком диапазоне температур.

Типы манжет по конструкции

Манжеты типа 1 имеют рабочую кромку, полученную механической обработкой, манжеты типа 2 изготавливаются с формованной рабочей кромкой. Манжеты с защитной кромкой от пыли применяются в условиях высокой запыленности для предотвращения накопления абразивных частиц между уплотняющей кромкой и валом. Двухкромочные манжеты обеспечивают повышенную надежность уплотнения за счет наличия двух последовательно расположенных уплотняющих кромок.

Материалы уплотнений

Выбор материала уплотнения определяется условиями эксплуатации редуктора. Бутадиен-нитрильный каучук обеспечивает работоспособность в температурном диапазоне от минус 40 до плюс 120 градусов Цельсия при контакте с минеральными трансмиссионными маслами. Фторкаучук применяется для работы при повышенных температурах до 170 градусов и обладает улучшенной химической стойкостью.

Дополнительные элементы защиты

Помимо манжет валов в конструкции редукторов поворота применяются лабиринтные уплотнения, представляющие собой систему кольцевых канавок на вращающихся и неподвижных деталях. Лабиринтные уплотнения создают извилистый путь для проникновения загрязнений, но не обеспечивают полной герметичности и применяются в комбинации с контактными уплотнениями.

Войлочные уплотнения используются для дополнительной защиты подшипников от пыли. Войлок пропитывается маслом и устанавливается в канавках корпуса перед манжетами. Эффективность войлочных уплотнений ограничена при высоких окружных скоростях вала, но они обеспечивают надежную защиту в условиях сильной запыленности при относительно низких скоростях вращения.

Смазка подшипников и зубчатых передач

Система смазки редуктора поворота обеспечивает снижение трения и износа в зубчатых зацеплениях и подшипниковых узлах, отвод тепла из зон трения и защиту металлических поверхностей от коррозии. В редукторах поворота экскаваторов применяется картерная смазка разбрызгиванием, при которой вращающиеся зубчатые колеса частично погружены в масляную ванну и при вращении разбрызгивают масло по внутренней полости корпуса.

Трансмиссионные масла для редукторов

Для смазки зубчатых передач планетарных редукторов применяются трансмиссионные масла группы GL-4 и GL-5 по классификации API. Масла группы GL-5 содержат противозадирные присадки на основе соединений серы и фосфора, обеспечивающие работоспособность передач при высоких контактных нагрузках в зацеплении.

Вязкость масла подбирается в зависимости от температурных условий эксплуатации. Для умеренного климата применяются всесезонные масла SAE 85W-90, обеспечивающие достаточную вязкость при рабочей температуре редуктора 80-90 градусов Цельсия и сохранение текучести при пуске в холодное время года. В условиях Крайнего Севера применяются масла пониженной вязкости SAE 75W-80 или 75W-85.

Пластичные смазки для подшипников

Подшипники качения в редукторах смазываются либо жидким маслом из общей масляной ванны, либо индивидуально закладываемой пластичной смазкой. Пластичные смазки применяются в подшипниках, работающих при относительно невысоких скоростях вращения и нагрузках, когда требуется упрощение конструкции уплотнений и исключение утечек смазочного материала.

Для смазки подшипников применяются литиевые смазки типа Литол-24 с температурным диапазоном работы от минус 40 до плюс 120 градусов Цельсия, характеризующиеся консистенцией NLGI 2-3. Смазка ЦИАТИМ-201 обеспечивает работоспособность в диапазоне от минус 60 до плюс 150 градусов и применяется в узлах, подвергающихся воздействию низких температур.

Условия эксплуатации и нагрузки

Редукторы поворота экскаваторов работают в циклическом режиме с частыми пусками, остановками и реверсами направления вращения. Цикл работы включает разгон платформы с рабочим оборудованием, поворот на заданный угол, торможение и остановку в требуемом положении. Частота циклов поворота достигает 10-15 в минуту при интенсивной работе экскаватора.

Нагрузки на подшипники

Радиальные нагрузки на подшипники редуктора определяются весом вращающихся деталей и силами, возникающими в зубчатых зацеплениях. Осевые нагрузки возникают от осевых составляющих сил в косозубых передачах и от веса ротора при вертикальном расположении оси вращения. Динамические нагрузки при пуске и торможении в несколько раз превышают статические нагрузки при равномерном вращении.

Ударные нагрузки передаются на редуктор при работе с гидромолотом или при резком заклинивании ковша в грунте. Величина ударных нагрузок может достигать двух-трехкратного значения номинального крутящего момента, что учитывается при расчете прочности зубчатых передач и выборе подшипников с соответствующим запасом динамической грузоподъемности.

Температурные условия

Рабочая температура масла в редукторе поворота при нормальной эксплуатации составляет 60-80 градусов Цельсия. Повышение температуры масла выше 80 градусов указывает на недостаточное охлаждение или повышенные потери мощности на трение вследствие износа подшипников или зубчатых передач. Температура подшипников не должна превышать 65 градусов для обеспечения максимального ресурса. Критической является температура 95 градусов, при которой происходит ускоренная деградация смазочного материала и повышенный износ деталей.

В условиях отрицательных температур окружающей среды применяются системы обогрева редукторов, включаемые при температуре ниже минус 5 градусов. Обогрев обеспечивает снижение вязкости масла и облегчение пуска редуктора в холодное время года. При работе экскаватора на уклонах более 5 градусов обогреватели отключаются во избежание перегрева масла.

Обслуживание и диагностика

Техническое обслуживание редуктора поворота включает ежедневный контроль уровня масла, периодическую замену масла согласно регламенту, проверку затяжки крепежных болтов и контроль температуры и шума при работе. Своевременное обнаружение неисправностей на ранней стадии позволяет избежать дорогостоящего ремонта с заменой зубчатых колес и подшипников.

Признаки неисправностей

Повышенный шум при вращении платформы указывает на износ подшипников или повреждение зубьев шестерен. Вибрация в механизме поворота свидетельствует о дисбалансе вращающихся деталей или ослаблении крепления редуктора к раме. Затрудненное вращение платформы или рывки при повороте являются признаками недостаточного уровня масла, загустевания смазки при низких температурах или заклинивания подшипников.

Утечки масла из-под манжет валов указывают на износ уплотнений или повышенное давление в полости редуктора вследствие засорения сапуна. Перегрев корпуса редуктора свидетельствует о недостаточном уровне масла, использовании масла несоответствующей вязкости или повышенных потерях на трение.

Профилактическое обслуживание

Ежедневное обслуживание включает визуальный осмотр редуктора на наличие утечек масла, проверку уровня масла по смотровому стеклу или щупу, прослушивание работы редуктора на предмет посторонних шумов. При необходимости производится доливка масла до требуемого уровня.

Периодическое обслуживание через каждые 250 моточасов включает проверку затяжки болтов крепления редуктора, очистку сапуна от загрязнений, контроль температуры подшипников. Через 1000 моточасов производится замена трансмиссионного масла с промывкой внутренней полости редуктора промывочным маслом. При замене масла контролируется наличие металлических частиц в отработанном масле, свидетельствующих об интенсивном износе деталей.

Часто задаваемые вопросы