Содержание
Введение
Подшипники ведущей звездочки гусеничного хода экскаватора представляют собой критически важный узел трансмиссии, обеспечивающий передачу крутящего момента от редуктора хода к гусеничной цепи. Ведущая звездочка является ключевым элементом, преобразующим вращательное движение редуктора в поступательное движение машины. Надежность работы этого узла напрямую влияет на работоспособность всего экскаватора.
В современных гусеничных экскаваторах для установки ведущих звездочек применяются преимущественно конические роликовые подшипники, которые способны воспринимать комбинированные радиальные и осевые нагрузки значительной величины. Эти подшипники работают в тяжелых условиях эксплуатации с высокими нагрузками, вибрациями, ударными воздействиями, попаданием абразивных частиц и влаги.
Конструкция узла подшипников ведущей звездочки
Общее устройство узла
Узел ведущей звездочки устанавливается на выходной вал редуктора хода и состоит из следующих основных элементов:
- Корпус звездочки с монтажными фланцами
- Пара конических роликовых подшипников, установленных по схеме X или O
- Плавающие уплотнения типа duo-cone
- Система смазки с масляной ванной
- Крепежные элементы и стопорные устройства
Звездочка крепится к фланцу редуктора через подшипниковый узел, который передает как радиальную нагрузку от веса машины и рабочего оборудования, так и осевые усилия, возникающие при взаимодействии зубьев звездочки с гусеничной цепью.
Схема установки подшипников
Конические роликовые подшипники устанавливаются парами с взаимным расположением по двум основным схемам:
| Схема установки | Описание | Преимущества | Применение |
|---|---|---|---|
| Схема X | Вершины конусов направлены от центра вала | Повышенная жесткость, лучшее восприятие опрокидывающих моментов | Тяжелые экскаваторы массой свыше 20 тонн |
| Схема O | Вершины конусов направлены к центру вала | Увеличенное расстояние между точками приложения реакций | Средние экскаваторы 10-20 тонн |
Типы конических роликовых подшипников
Конструктивные особенности
Конические роликовые подшипники состоят из четырех основных компонентов: внутреннего кольца с дорожкой качения, наружного кольца, конических роликов и сепаратора. Геометрия подшипника спроектирована таким образом, что все конусные поверхности имеют общую вершину на оси подшипника, что обеспечивает работу в режиме чистого качения без проскальзывания.
Обозначения и типоразмеры
Конические роликовые подшипники изготавливаются по ГОСТ 520-2011 и классифицируются согласно ГОСТ 27365-2023. Основные серии подшипников для применения в узлах ведущих звездочек включают серии диаметров 2, 3 и 4 с различными сериями ширин. Подшипники обозначаются согласно ГОСТ 3189-89, где первые цифры указывают серию, а последние три цифры обозначают внутренний диаметр.
| Обозначение | Международное обозначение | Внутренний диаметр d, мм | Наружный диаметр D, мм | Ширина T, мм |
|---|---|---|---|---|
| 7202 | 30202 | 15 | 35 | 11,75 |
| 7205 | 30205 | 25 | 52 | 16,25 |
| 7210 | 30210 | 50 | 90 | 21,75 |
| 7315 | 30315 | 75 | 160 | 40 |
| 7320 | 30320 | 100 | 215 | 51,5 |
Материалы и термообработка
Подшипники изготавливаются из высокоуглеродистой хромистой стали марки ШХ15 или ее аналогов по ГОСТ 801-78. Детали подшипников подвергаются объемной закалке с последующим отпуском, что обеспечивает твердость рабочих поверхностей на уровне 58-64 HRC. Поверхностные слои дополнительно упрочняются для повышения контактной выносливости.
Типовые марки сталей для подшипников
Отечественные: ШХ15, ШХ15СГ по ГОСТ 801-78 с содержанием хрома 1,3-1,65 процента, углерода 0,95-1,05 процента
Зарубежные аналоги: 100Cr6 (EN), SAE 52100 (USA), SUJ2 (Japan)
Нагрузки и условия работы
Виды нагрузок
Подшипники ведущей звездочки воспринимают комбинированные нагрузки различного характера:
| Тип нагрузки | Источник | Характер воздействия | Особенности |
|---|---|---|---|
| Радиальная постоянная | Вес машины и рабочего оборудования | Статическая | Действует непрерывно в течение всего времени эксплуатации |
| Радиальная переменная | Неровности грунта, вибрации | Динамическая циклическая | Амплитуда зависит от рельефа местности |
| Осевая | Зацепление звездочки с гусеницей | Знакопеременная | Возникает при движении и торможении |
| Ударная | Наезд на препятствия | Кратковременная импульсная | Может значительно превышать номинальную нагрузку |
Условия эксплуатации
Подшипники работают в сложных условиях, которые характеризуются:
- Температурный диапазон от минус 40 до плюс 80 градусов Цельсия
- Воздействие вибраций с частотой до 50 Гц и амплитудой до 5 мм
- Попадание абразивных частиц
- Воздействие влаги и агрессивных сред
- Переменные режимы нагружения при старте, торможении, реверсе
Расчет эквивалентной динамической нагрузки
Для расчета срока службы подшипников используется формула эквивалентной динамической нагрузки по ГОСТ 18855-2013:
P = X × Fr + Y × Fa
где:
- P - эквивалентная динамическая нагрузка, Н
- Fr - радиальная нагрузка, Н
- Fa - осевая нагрузка, Н
- X - коэффициент радиальной нагрузки (0,4-0,56 для конических подшипников)
- Y - коэффициент осевой нагрузки (1,2-2,0 в зависимости от угла контакта)
Частота вращения
Частота вращения звездочки зависит от передаточного числа редуктора хода и скорости движения экскаватора. Типичные значения:
- Минимальная скорость движения 1,5-2 км/ч: частота вращения звездочки 10-15 об/мин
- Рабочая скорость 3-4 км/ч: частота вращения 20-30 об/мин
- Максимальная транспортная скорость 5-6 км/ч: частота вращения 35-45 об/мин
Плавающие уплотнения
Конструкция и принцип работы
Плавающие уплотнения (также известные как доукон, даукон, дуокон, duo-cone) представляют собой специализированный тип торцевых уплотнений, используемых в узлах ходовой части гусеничной техники. Уплотнение состоит из двух конических металлических колец, прижимаемых друг к другу упругими эластомерными кольцами.
Основные компоненты плавающего уплотнения
| Элемент | Материал | Функция |
|---|---|---|
| Внешнее кольцо | Высоколегированный чугун или сталь | Устанавливается в корпусе звездочки |
| Внутреннее кольцо | Высоколегированный чугун или сталь | Устанавливается на валу |
| Уплотнительные О-образные кольца | Маслостойкая резина (NBR, FKM) | Обеспечивают прижим торцевых поверхностей и герметичность |
Принцип работы
В процессе эксплуатации конические поверхности колец постоянно прижаты друг к другу за счет упругости эластомерных колец. При вращении происходит минимальное трение между металлическими поверхностями благодаря тонкой масляной пленке. По мере износа уплотнительная поверхность автоматически смещается к центральной оси благодаря упругости резиновых колец, компенсируя износ и сохраняя герметичность.
- Самокомпенсация износа в процессе эксплуатации
- Высокая надежность при работе в загрязненных средах
- Способность работать при значительных отклонениях соосности
- Длительный срок службы до 5000-8000 моточасов
- Возможность работы в широком температурном диапазоне
Система смазки подшипников
Тип смазки
Для смазки подшипников ведущей звездочки применяются трансмиссионные масла класса API GL-4 или GL-5 и классов вязкости по SAE J306 в соответствии с температурными условиями эксплуатации:
| Диапазон температур эксплуатации | Класс вязкости по SAE | Примеры марок масел |
|---|---|---|
| от минус 40 до плюс 40 градусов | SAE 75W-90 | Shell Spirax S4 TXM, Mobil Mobilube HD 75W-90 |
| от минус 25 до плюс 40 градусов | SAE 80W-90 | Castrol Syntrans Transaxle 75W-90, Total Transmission Gear 8 80W-90 |
| от минус 12 до плюс 40 градусов | SAE 85W-140 | Shell Spirax S3 G 85W-140, BP Energear HT 85W-140 |
Способ смазки
В узле ведущей звездочки применяется смазка погружением (масляная ванна). Подшипники частично погружены в масло, которое разбрызгивается вращающимися деталями и обеспечивает смазку всех рабочих поверхностей. Уровень масла контролируется через контрольную пробку и должен находиться на уровне оси нижнего подшипника.
Объем масла и периодичность замены
Типовые значения для экскаваторов разных классов
- Мини-экскаваторы 5-7 тонн: объем масла 1,5-2,5 литра, замена каждые 1000 моточасов
- Средние экскаваторы 15-25 тонн: объем масла 3,5-5,0 литров, замена каждые 2000 моточасов
- Тяжелые экскаваторы свыше 40 тонн: объем масла 6,0-10,0 литров, замена каждые 2500 моточасов
Монтаж и регулировка подшипников
Подготовка к монтажу
Перед установкой подшипников необходимо выполнить следующие подготовительные операции:
- Промыть посадочные поверхности вала и корпуса очищенным керосином или уайт-спиритом
- Проверить посадочные поверхности на отсутствие задиров, забоин, коррозии
- Измерить диаметры посадочных поверхностей и проверить соответствие допускам
- Проверить торцевое биение опорных буртиков (не более 0,02 мм на диаметре 100 мм)
- Подготовить новые подшипники, плавающие уплотнения, прокладки
Посадки подшипников
| Кольцо | Характер нагрузки | Рекомендуемая посадка по ГОСТ 3325-85 | Натяг/зазор, мкм |
|---|---|---|---|
| Внутреннее | Вращается относительно нагрузки | k6 | Натяг 12-40 мкм |
| Наружное | Неподвижно относительно корпуса | H7 | Зазор 0-25 мкм |
Технология монтажа
Последовательность установки подшипников
- Нагрев внутренних колец подшипников до температуры 80-100 градусов в масляной ванне или индукционным нагревателем
- Быстрая установка нагретого подшипника на вал до упора в буртик
- Остывание подшипника на валу (создается необходимый натяг посадки)
- Установка наружных колец подшипников в корпус звездочки
- Установка плавающих уплотнений с предварительной смазкой О-образных колец
- Сборка узла с установкой прокладок и затяжкой крепежа
- Регулировка осевого зазора подшипников
Регулировка осевого зазора
Правильная регулировка осевого зазора (предварительного натяга) конических подшипников критически важна для их долговечности. Регулировка выполняется подбором толщины регулировочных шайб или гаек.
Рекомендуемые значения зазоров
Для подшипников ведущей звездочки рекомендуется устанавливать минимальный зазор или легкий предварительный натяг:
- Осевой зазор 0,02-0,05 мм (практически нулевой)
- Момент сопротивления проворачиванию 0,5-1,5 Н·м для подшипников диаметром 50-100 мм
- Радиальное биение торца звездочки не более 0,1 мм на диаметре 300 мм
Техническое обслуживание
Ежесменное обслуживание
Операции, выполняемые перед началом каждой рабочей смены:
- Визуальный осмотр узла звездочки на предмет утечек масла
- Проверка отсутствия посторонних шумов при вращении
- Контроль температуры корпуса звездочки (не должна превышать 80 градусов)
- Очистка узла от грязи и налипшего грунта
Периодическое обслуживание
| Периодичность | Операции обслуживания | Контролируемые параметры |
|---|---|---|
| Каждые 250 моточасов | Проверка уровня масла, доливка при необходимости | Уровень масла, наличие металлических частиц |
| Каждые 500 моточасов | Проверка затяжки крепежных элементов, контроль зазоров в подшипниках | Момент затяжки болтов, осевой люфт звездочки |
| Каждые 1000-2000 моточасов | Полная замена масла, промывка узла | Качество отработанного масла, наличие продуктов износа |
| Каждые 4000-6000 моточасов | Разборка узла, дефектовка подшипников и уплотнений, замена изношенных деталей | Состояние дорожек качения, роликов, сепараторов, уплотнений |
Признаки неисправностей
- Металлический стук или скрежет при вращении звездочки
- Нагрев корпуса звездочки свыше 100 градусов
- Интенсивная утечка масла из уплотнений
- Увеличенный осевой люфт звездочки (более 1-2 мм)
- Вибрация гусеничного хода при движении
Диагностика состояния подшипников
Оценка технического состояния подшипников выполняется по следующим методам:
| Метод диагностики | Контролируемый параметр | Норма | Требуемое оборудование |
|---|---|---|---|
| Вибродиагностика | Амплитуда вибрации, спектральный анализ | Виброскорость менее 4,5 мм/с | Виброметр |
| Термография | Температура корпуса звездочки | Не более 70-80 градусов при рабочем режиме | Тепловизор или инфракрасный термометр |
| Анализ масла | Содержание продуктов износа, вязкость | Содержание Fe менее 150 ppm, вязкость в пределах допуска | Феррограф, вискозиметр |
| Контроль люфтов | Осевой и радиальный зазор | Осевой зазор 0,05-0,15 мм, радиальный менее 0,05 мм | Индикатор часового типа |
Замена подшипников
Замена подшипников выполняется при обнаружении следующих дефектов:
- Выкрашивание или питтинг на дорожках качения площадью более 10 процентов
- Трещины на кольцах или роликах
- Износ дорожек качения более 0,05 мм по глубине
- Разрушение или износ сепаратора
- Коррозионные повреждения рабочих поверхностей
Связанные товары и решения
Для эффективной работы оборудования рекомендуем также рассмотреть:
- Подшипники
- Высокотемпературные подшипники
- Игольчатые подшипники
- Корпусные подшипники
- Низкотемпературные подшипники
- Подшипники ART
- Подшипники ASAHI
- Двухрядные радиально-упорные шариковые подшипники ASAHI
- Двухрядные самоустанавливающиеся шариковые подшипники ASAHI
- Игольчатые подшипники с сепаратором в сборе ASAHI
- Конические однорядные роликовые подшипники без наружной обоймы ASAHI
- Конические роликовые подшипники в сборе ASAHI
- Корпусные подшипники из коррозионно-стойкой стали ASAHI
- Метрические однорядные конические роликоподшипники ASAHI
- Однорядные конические роликовые подшипники (парная метрическая система) ASAHI
Часто задаваемые вопросы
Отказ от ответственности
Данная статья носит исключительно информационно-ознакомительный характер и предназначена для повышения технической грамотности инженерно-технических работников. Информация, представленная в статье, собрана из общедоступных технических источников и не может рассматриваться как руководство к действию при проектировании, монтаже или ремонте оборудования.
Автор не несет ответственности за любые прямые или косвенные убытки, возникшие в результате применения информации из данной статьи. Все работы по обслуживанию, ремонту и модернизации гусеничных экскаваторов должны выполняться квалифицированным персоналом в соответствии с требованиями технической документации производителя оборудования, действующими нормативными документами и правилами охраны труда.
Перед выполнением любых работ необходимо изучить актуальные версии руководств по эксплуатации, технических регламентов и стандартов. Применение подшипников, уплотнений и смазочных материалов должно соответствовать требованиям завода-изготовителя экскаватора. Несоблюдение требований технической документации может привести к выходу оборудования из строя, аварийным ситуациям и несчастным случаям.
Источники
- ГОСТ 520-2011 «Подшипники качения. Общие технические условия»
- ГОСТ 27365-2023 «Подшипники качения. Подшипники конические однорядные. Классификация, указания по применению и эксплуатации»
- ГОСТ 3325-85 «Подшипники качения. Поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов. Посадки»
- ГОСТ 3189-89 «Подшипники шариковые и роликовые. Система условных обозначений»
- ГОСТ 801-78 «Сталь подшипниковая. Технические условия»
- ГОСТ 18855-2013 «Подшипники качения. Динамическая грузоподъемность и номинальный ресурс»
- ГОСТ 17479.2-2015 «Масла трансмиссионные. Классификация и обозначение»
- SAE J306 «Automotive Gear Lubricant Viscosity Classification»
- Справочник конструктора-машиностроителя. Том 2. Анурьев В.И., Машиностроение, 2006
- Детали машин. Учебник для машиностроительных специальностей вузов. Иванов М.Н., Финогенов В.А., Высшая школа, 2008
