Содержание
Введение
Подшипники катков гусеничного хода являются критически важными элементами ходовой части гусеничных машин, обеспечивающими надежную работу опорных и поддерживающих катков в тяжелых условиях эксплуатации. Применяются в экскаваторах, бульдозерах, тракторах и другой гусеничной технике, работающей на строительных площадках, в горнодобывающей промышленности и сельском хозяйстве.
Подшипники катков работают в экстремальных условиях: высокие радиальные и осевые нагрузки, ударные воздействия, загрязненная абразивная среда, значительные температурные перепады. Для обеспечения надежности применяются конические роликовые подшипники повышенной грузоподъемности, герметизированные плавающими уплотнениями типа Duo-Cone и работающие в масляной ванне.
Типы катков гусеничного хода
Опорные катки
Опорные катки устанавливаются в нижней части рамы гусеничного хода и выполняют следующие функции:
Передача веса машины на гусеничную ленту с равномерным распределением нагрузки по площади опоры. Обеспечение перекатывания рамы по гусеничной ленте в процессе движения. Компенсация ударных нагрузок при движении по неровной поверхности. Направление гусеничной ленты и предотвращение ее схода с траектории.
Количество опорных катков зависит от массы и конструкции машины. Для гусеничных экскаваторов массой 20-25 тонн обычно применяется 5-7 катков на каждую гусеницу, для тяжелых машин массой свыше 40 тонн количество катков может достигать 9-11 штук.
| Тип техники | Масса, т | Количество опорных катков (на одну гусеницу) | Диаметр катка, мм |
|---|---|---|---|
| Гусеничный экскаватор (малый класс) | 5-10 | 4-5 | 200-300 |
| Гусеничный экскаватор (средний класс) | 20-25 | 6-7 | 350-450 |
| Гусеничный экскаватор (тяжелый класс) | 40-60 | 9-11 | 500-650 |
| Гусеничный бульдозер | 15-30 | 5-7 | 400-600 |
| Гусеничный трактор | 10-20 | 5-6 | 300-500 |
Поддерживающие катки
Поддерживающие катки устанавливаются в верхней части рамы и предназначены для поддержки верхней ветви гусеничной ленты, предотвращения ее провисания и обеспечения оптимальной геометрии обвода гусеницы. Количество поддерживающих катков значительно меньше опорных: обычно 1-3 катка на каждую гусеницу.
Условия работы поддерживающих катков значительно легче, чем опорных, поскольку они нагружены только весом гусеничной ленты и не воспринимают вес машины. Однако они также подвержены загрязнению, вибрациям и требуют надежной герметизации подшипникового узла.
Конструкция катков
Основные компоненты катка
Типовая конструкция опорного или поддерживающего катка включает следующие элементы:
Корпус катка, изготовленный из высокопрочной легированной стали с закалкой до твердости 45-55 HRC. Корпус может быть цельнолитым, штампованным или составным из двух половин, соединенных сваркой. Неподвижная ось (вал), на которой через подшипники вращается корпус катка. Ось закрепляется на раме машины через бугели или подвеску. Подшипниковый узел, состоящий из одного или двух конических роликовых подшипников, воспринимающих радиальные и осевые нагрузки. Плавающие уплотнения Duo-Cone с обеих сторон катка, герметизирующие подшипниковый узел от загрязнений и предотвращающие утечку смазки. Масляная ванна внутри корпуса катка для смазки подшипников в процессе работы.
Типы катков по конструкции обода
| Тип катка | Конструктивные особенности | Область применения | Преимущества |
|---|---|---|---|
| Однобортный | Один цилиндрический обод без реборд | Легкая и средняя техника, нечетные позиции в каретке | Простота конструкции, меньшая масса |
| Двубортный | Два цилиндрических обода с ребордами | Тяжелая техника, четные позиции в каретке | Предотвращение схода гусеницы, повышенная надежность |
| Цельнометаллический | Стальной обод без резинового покрытия | Тихоходная тяжелая техника | Максимальная износостойкость и долговечность |
| Обрезиненный (внешняя амортизация) | Резиновый бандаж на внешней поверхности обода | Быстроходная легкая техника | Снижение шума, виброгашение, плавность хода |
| С внутренней амортизацией | Резина между ступицей и ободом | Средняя техника | Защита резины, умеренное виброгашение |
Конические роликовые подшипники для катков
Принцип работы и конструкция
Конические роликовые подшипники применяются в катках гусеничного хода благодаря способности одновременно воспринимать высокие радиальные и осевые нагрузки. Подшипник состоит из следующих основных элементов:
Внутреннее кольцо с дорожкой качения конической формы и упорным бортом для удержания роликов. Наружное кольцо с конической дорожкой качения, часто без упорного борта для упрощения монтажа. Конические ролики в форме усеченного конуса, обеспечивающие линейный контакт с дорожками качения. Сепаратор, удерживающий ролики на равном расстоянии друг от друга.
Геометрия конических подшипников построена таким образом, что все образующие конусов (внутреннего кольца, наружного кольца и роликов) имеют общую точку пересечения на оси подшипника. Это обеспечивает режим идеального качения без проскальзывания и минимизирует потери на трение.
Нормативные требования по ГОСТ
Конические роликовые подшипники для катков гусеничного хода изготавливаются в соответствии с требованиями межгосударственных стандартов. В настоящее время действует ГОСТ 27365-2023 подшипники качения конические однорядные. Классификация, указания по применению и эксплуатации, который введен в действие с 1 октября 2023 года приказом Росстандарта N 412-ст.
Стандарт распространяется на конические однорядные подшипники повышенной грузоподъемности, предназначенные для восприятия комбинированных радиальных и осевых нагрузок. Общие технические условия на подшипники качения устанавливаются ГОСТ 520-2011 и ГОСТ Р 52859-2007. Требования к посадочным поверхностям валов и корпусов определяются ГОСТ 3325-85.
Пример обозначения подшипника
Подшипник 2007114 ГОСТ 520-2011:
Серия диаметров: 1
Серия ширин: 2
Тип: 7 роликовый конический
Конструктивное исполнение: 00 однорядный
Обозначение диаметра: 14 (номинальный диаметр отверстия 70 мм)
Номинальный наружный диаметр: 110 мм
Номинальная монтажная высота: 25 мм
Для подшипников с упорным бортом на наружном кольце в обозначении добавляется цифра 06, например 2067114. Такая конструкция упрощает монтаж и обеспечивает более надежную фиксацию роликов.
Особенности применения в катках
В катках гусеничного хода обычно применяется схема установки с двумя коническими подшипниками, установленными в O-образном или X-образном исполнении:
O-образная схема (конусами наружу) обеспечивает большую жесткость узла и лучше воспринимает опрокидывающие моменты. Применяется в большинстве конструкций опорных катков. X-образная схема (конусами внутрь) обеспечивает компактность узла, но требует более точной регулировки осевого зазора.
Параметры работы подшипников в катках
Для катка среднего экскаватора массой 20 тонн при 6 опорных катках:
Нагрузка на один каток: 20000 кг / 6 = 3333 кг
Радиальная нагрузка на подшипник (при двух подшипниках): 1667 кг
Скорость вращения при движении 3 км/ч и диаметре катка 400 мм: около 40 об/мин
Ресурс подшипников при правильной эксплуатации: 5000-8000 моточасов
Преимущества конических роликовых подшипников
| Преимущество | Описание | Значение для катков |
|---|---|---|
| Высокая грузоподъемность | Линейный контакт роликов с дорожками качения обеспечивает большую площадь контакта по сравнению с шариковыми подшипниками | Способность выдерживать большие радиальные и осевые нагрузки от веса машины |
| Возможность регулировки зазора | Раздельный монтаж колец позволяет регулировать осевой зазор и предварительный натяг | Оптимизация жесткости узла и минимизация вибраций |
| Восприятие комбинированных нагрузок | Угол конусности определяет соотношение радиальной и осевой грузоподъемности | Одновременное восприятие вертикальных и боковых нагрузок при движении |
| Износостойкость | Изготовление из высокопрочных легированных сталей с закалкой дорожек качения | Длительный ресурс работы в абразивной среде |
| Малый период приработки | При правильной смазке наблюдается незначительное трение и нагрев | Быстрый выход на рабочий режим после монтажа |
Плавающие уплотнения Duo-Cone
Назначение и принцип работы
Плавающие уплотнения типа Duo-Cone (дуокон, доукон, даукон) являются критически важными элементами катков гусеничного хода, обеспечивающими герметизацию подшипникового узла в экстремальных условиях эксплуатации. Эти самоподжимные уплотнения с двухконусными плавающими кольцами работают во вращающихся частях узлов и выполняют следующие функции:
Предотвращение вытекания масла из внутренней полости катка. Защита подшипников и смазки от попадания загрязнений: песка, пыли, грязи, воды, абразивных частиц. Обеспечение статической и динамической герметичности узла. Формирование равномерной осевой торцевой нагрузки за счет эластичности уплотнительных колец.
Конструкция плавающего уплотнения
Плавающее уплотнение состоит из двух металлических колец с коническими уплотняющими поверхностями, которые точно притерты друг к другу и поджимаются кольцами из эластомеров. Конструктивные элементы:
Внутреннее металлическое кольцо с уплотняющей конической поверхностью, устанавливается на ось катка. Наружное металлическое кольцо с ответной конической поверхностью, устанавливается в корпус катка. Эластомерные кольца (O-образные уплотнения), создающие осевую поджимную силу между металлическими кольцами. Микроконус на металлических кольцах для обеспечения запаса на износ.
В процессе эксплуатации происходит равномерный износ металлических поверхностей из-за трения при относительном вращении. Благодаря упругости эластомерных колец уплотняющая поверхность постоянно и равномерно сдвигается в сторону центральной оси, компенсируя износ и сохраняя герметичность узла.
Материалы изготовления
Срок службы плавающих уплотнений напрямую зависит от материала металлических колец:
| Материал | Характеристики | Срок службы | Применение |
|---|---|---|---|
| Сталь ШХ15 (китайские аналоги) | Подшипниковая сталь, твердость 58-62 HRC | 6-12 месяцев | Бюджетные решения, легкая техника |
| Высоколегированный белый чугун ЧХ16М2 (ГОСТ 7769-82) | Износостойкий чугун с хромом и молибденом, твердость 52-58 HRC | 18-36 месяцев | Профессиональная техника, тяжелые условия |
| Duronit (европейский аналог ЧХ16М2) | Специальный износостойкий чугун | 24-36 месяцев | Оригинальные комплектующие импортной техники |
Требования к конструкции узла
При проектировании и эксплуатации узлов с плавающими уплотнениями необходимо учитывать следующие факторы:
Должна обеспечиваться достаточная подача масла для обязательного смазывания уплотняющих поверхностей, предотвращения их спекания и отведения тепловой энергии, возникающей при трении. Необходимо избегать резких несбалансированных перепадов давления в узле, которые могут нарушить работу уплотнения. Плавающие уплотнения не требуют дополнительного обслуживания в процессе эксплуатации до момента достижения предельного износа.
Система смазки подшипников катков
Масляная ванна
Подшипники катков гусеничного хода работают в масляной ванне, что обеспечивает непрерывную смазку всех трущихся поверхностей и эффективный отвод тепла. Система смазки масляной ванной является наиболее распространенной для катков благодаря следующим преимуществам:
Простота конструкции и отсутствие необходимости в сложных смазочных устройствах. Масло захватывается вращающимися деталями подшипника, распределяется по всем элементам и стекает обратно в ванну. Эффективное охлаждение подшипникового узла за счет циркуляции масла. Длительный срок работы без замены масла при условии надежной герметизации.
Уровень масла в катке должен обеспечивать погружение нижнего тела качения подшипника примерно до середины его высоты в неподвижном состоянии. При вращении катка масло разбрызгивается и смазывает все элементы подшипникового узла.
Типы смазочных материалов
| Тип смазки | Марка | Вязкость при 40°C, мм2/с | Температурный диапазон, °C | Область применения |
|---|---|---|---|---|
| Трансмиссионные масла | ТАД-17И, ТАП-15В | 17-20 | от -25 до +130 | Стандартные условия эксплуатации |
| Индустриальные масла | И-20А, И-30А | 20-30 | от -15 до +100 | Тяжелонагруженные узлы |
| Гидравлические масла | МГЕ-46В | 46 | от -20 до +80 | Гидрофицированная техника |
| Моторные масла | SAE 80W-90, 85W-140 | 75-140 | от -30 до +110 | Экстремальные нагрузки |
Периодичность замены масла
Масло в катках гусеничного хода подлежит периодической замене в соответствии с регламентом технического обслуживания техники:
Первая замена масла выполняется после обкатки новой техники или после замены катка, обычно через 100-250 моточасов работы. Плановая замена масла производится каждые 1000-2000 моточасов в зависимости от условий эксплуатации. Внеплановая замена масла необходима при обнаружении признаков загрязнения: изменение цвета, наличие металлических частиц, эмульсии, снижение уровня.
Процедура замены масла в катке
Установить каток в положение, при котором сливная пробка находится в нижней точке. Вывернуть сливную пробку и слить отработанное масло. Осмотреть магнитную пробку на наличие металлических частиц износа. Промыть внутреннюю полость катка чистым маслом при необходимости. Завернуть сливную пробку с новой уплотнительной прокладкой. Установить каток в положение для заправки (заливное отверстие в верхней точке под углом 45 градусов). Заправить свежее масло через заливное отверстие до начала его вытекания. Завернуть заливную пробку с новой уплотнительной прокладкой.
Монтаж и регулировка подшипников
Подготовка к монтажу
Перед монтажом подшипников в катки необходимо выполнить следующие подготовительные операции:
Очистка всех посадочных поверхностей оси и корпуса катка от загрязнений, коррозии, старой смазки. Контроль геометрических параметров посадочных мест в соответствии с ГОСТ 3325-85: диаметров, овальности, конусности, шероховатости. Проверка состояния подшипников: отсутствие механических повреждений, коррозии, равномерность вращения. Промывка подшипников в чистом керосине или уайт-спирите для удаления консервационной смазки. Подготовка новых плавающих уплотнений и эластомерных колец.
Схемы установки подшипников
В катках применяются две основные схемы установки конических роликовых подшипников:
O-образная схема (конусами наружу): подшипники устанавливаются широкими торцами внутренних колец друг к другу. Обеспечивает повышенную жесткость узла и лучшее восприятие опрокидывающих моментов. Регулировка зазора производится изменением расстояния между наружными кольцами подшипников.
X-образная схема (конусами внутрь): подшипники устанавливаются узкими торцами внутренних колец друг к другу. Обеспечивает более компактную конструкцию узла. Регулировка зазора производится изменением расстояния между внутренними кольцами подшипников.
Регулировка осевого зазора
Правильная регулировка осевого зазора конических подшипников критически важна для обеспечения их долговечности и надежности работы:
Слишком большой зазор приводит к повышенным вибрациям, ударным нагрузкам на тела качения, неравномерному износу дорожек качения, снижению жесткости узла. Слишком малый зазор или предварительный натяг вызывает перегрев подшипников, повышенное сопротивление вращению, преждевременный износ.
Рекомендуемые значения осевого зазора
Для катков гусеничного хода рекомендуется устанавливать небольшой осевой зазор:
Для подшипников с диаметром отверстия 50-100 мм: 0,05-0,15 мм
Для подшипников с диаметром отверстия 100-200 мм: 0,10-0,25 мм
Для подшипников с диаметром отверстия более 200 мм: 0,15-0,30 мм
Контроль осевого зазора производится измерением осевого перемещения вала относительно корпуса индикатором часового типа.
Техническое обслуживание
Регулярные проверки
Техническое обслуживание катков гусеничного хода включает следующие регламентные операции:
Ежесменный осмотр: визуальная проверка отсутствия течей масла через уплотнения, проверка отсутствия заклинивания катков, прослушивание на наличие посторонних шумов при вращении. Еженедельное обслуживание (каждые 50 моточасов): проверка уровня масла в катках, при необходимости доливка до требуемого уровня, проверка затяжки крепежных элементов. Ежемесячное обслуживание (каждые 250 моточасов): детальный осмотр состояния катков, проверка отсутствия трещин корпуса, измерение диаметра рабочей поверхности катков для контроля износа.
Признаки неисправностей
| Признак неисправности | Возможная причина | Метод устранения |
|---|---|---|
| Течь масла из катка | Износ плавающих уплотнений, повреждение эластомерных колец | Замена плавающих уплотнений и эластомерных колец |
| Повышенный шум при вращении катка | Недостаточный уровень масла, износ подшипников, попадание загрязнений | Проверка и доливка масла, замена подшипников при необходимости |
| Нагрев корпуса катка | Слишком малый осевой зазор подшипников, загустевание масла, разрушение подшипника | Регулировка зазора, замена масла, замена подшипников |
| Заклинивание катка | Разрушение подшипников, попадание крупных загрязнений, деформация оси | Полная разборка и ревизия узла, замена поврежденных деталей |
| Неравномерный износ рабочей поверхности | Нарушение регулировки натяжения гусеницы, перекос оси катка | Регулировка натяжения гусеницы, проверка геометрии установки |
Критерии замены катков
Катки гусеничного хода подлежат замене при достижении следующих предельных состояний:
Износ диаметра рабочей поверхности катка более 10 процентов от номинального значения. Например, при номинальном диаметре 400 мм критический износ составляет 40 мм, предельный диаметр 360 мм. Наличие трещин на корпусе катка, особенно в зоне сварных швов. Деформация или повреждение посадочных мест подшипников, не подлежащие ремонту. Многократные течи масла после замены уплотнений, свидетельствующие о нарушении геометрии уплотнительных поверхностей.
Часто задаваемые вопросы
Данная статья носит ознакомительный характер и не может служить руководством к действию без учета конкретных условий эксплуатации и требований производителя техники.
Отказ от ответственности: Автор и издатель не несут ответственности за любые последствия, возникшие в результате использования информации, представленной в данной статье. Все работы по обслуживанию и ремонту гусеничной техники должны выполняться квалифицированным персоналом с соблюдением требований охраны труда и технических регламентов производителя оборудования. Информация в статье актуальна на момент публикации и может быть изменена производителями без предварительного уведомления.
Источники
При подготовке статьи использовались следующие авторитетные источники:
ГОСТ 27365-2023 Подшипники качения. Подшипники конические однорядные. Классификация, указания по применению и эксплуатации.
ГОСТ 520-2011 Подшипники качения. Общие технические условия.
ГОСТ Р 52859-2007 Подшипники качения. Общие технические условия.
ГОСТ 3325-85 Подшипники качения. Поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов. Посадки.
ГОСТ 7769-82 Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки.
ГОСТ 23652-79 Масла трансмиссионные. Технические условия.
Техническая документация производителей гусеничной техники: Caterpillar, Komatsu, Hitachi, Hyundai.
Справочники по подшипникам качения ведущих мировых производителей: SKF, NSK, NTN, Timken.
Научные публикации по трибологии и конструированию гусеничных движителей.
