ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРВИСА №2(12) 2010 21
УДК 621.002.3
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ УПЛОТНЕНИЙ ОПОРНЫХ
КАТКОВ БАЗОВЫХ МАШИН С ГУСЕНИЧНЫМ ДВИЖИТЕЛЕМ
А.В.Стукач Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики
192171, Санкт - Петербург, ул. Седова 55/1
Рассмотрена возможность применения тонкослойных покрытий из полиамида для повышения износо-
стойкости уплотнений опорных катков техники выполненной на базе гусеничных тракторов. Предла-
гаются составы для нанесения износостойких покрытий и даются рекомендации технологии их изго-
товления.
Ключевые слова: износостойкость, полиамидные покрытия, надежность, уплотнения.
Успешное использование техники
возможно только при правильно органи-
зованном техническом обслуживании и
проведении на современном уровне те-
кущих и капитальных ремонтов.
Наибольшее распространение при
строительстве автомобильных дорог в
виду своей высокой универсальности по-
лучили бульдозеры. Они используются
для перемещения грунта на расстояние
до 100 метров, возведения дамб и насы-
пей высотой до 3 метров, планировки го-
ризонтальных и наклонных участков
грунтовой поверхности и выполнения ря-
да других работ. Особенность эксплуата-
ции машин для земляных работ заклю-
чаются в том, что им приходится разра-
батывать грунты высокой прочности –
мерзлые и скальные, мореные, несвязные
гравийно-песчаные, в которых могут
встречаться крупные включения из твер-
дых пород. При разработке таких грунтов
на машину передаются большие динами-
ческие нагрузки. Естественно такие на-
грузки и специфические условия экс-
плуатации значительно сокращают дол-
говечность отдельных механизмов ма-
шин. В первую очередь это относится к
узлам гусеничного хода. Так, для наибо-
лее распространенных тракторов, выпус-
каемых Челябинским тракторным заво-
дом, служащих базовой машиной для
бульдозеров, ресурс работы механизмов
гусеничного хода составляет всего 2/3 от
длительности работы двигателя и транс-
миссии. В тоже время трудозатраты при
ремонте ходового устройства трактора
могут доходить до 80% от трудозатрат
необходимых для ремонта всей машины.
Поэтому, увеличение ресурса работы ме-
ханизма передвижения машины, является
очень актуальным вопросом.
Надежность работы гусеничного
движителя в первую очередь определяет-
ся безотказной работой опорных и под-
держивающих катков. Конструкция
опорного катка представляет собой
сложную сборочную конструкцию, пока-
занную на рис. 1 и состоящей из непод-
вижной оси 1, на которую устанавлива-
ются роликовые подшипники 2. С боко-
вых поверхностей каток закрывается
крышками 3 и фиксируется цилиндриче-
скими штифтами 4. крышки закрепляют-
ся с помощью винтов 5 к корпусу катка 6.
Между роликовыми подшипниками и
внутренней поверхностью крышек уста-
навливаются на оси упорные диски 7. С
наружной стороны крышки закрепляется
кольцо 8, являющееся подвижной частью
уплотнительного устройства. Неподвиж-
ная часть уплотнения выполнена в виде
шайбы 9 с лысками по внутреннему диа-
метру, препятствующими проворачива-
нию их на оси. Неподвижная шайба при-
жимается к подвижному кольцу при по-
мощи манжеты 10. снаружи устанавлива-
ется металлический пыльник 11.
Герметизация роликовых подшип-
ников и упорных шайб обеспечивается
элементами металлического уплотнения.
Оно выполнено таким образом, что два
стальных кольца проскальзывают друг
относительно друга при осевом поджа-
тии с удельным давлением 0,7 МПа.
Этим и обеспечивается уплотнение.
А.В. Стукач
22 НИИТТС
Рисунок 1 – Конструкция опорного катка трактора
Хотя кольца и шайбы подвергаются
специальной химико-термической обра-
ботке и имеют высокую твердость и чис-
тоту поверхности, они все же изнашива-
ются. Нарушается первоначальный кон-
такт трущихся деталей, происходит раз-
герметизация узла и вытекание смазки.
Попадание абразивных частиц в ролико-
вые подшипники происходит из-за не-
удовлетворительной работы торцевого
металлического уплотнения.
При высоких температурах, осо-
бенно в летнее время, за счет недостаточ-
ного охлаждения и при наличии абразива
наблюдается значительный износ тру-
щихся поверхностей уплотнения. На рис.
2 и 3 показаны изношенные кольцо и не-
подвижная шайба уплотнительного уст-
ройства.
Каток не проворачивается и на бе-
говых дорожках, в результате скольжения
по звеньям гусениц образовываются
площадки износа. Дальнейшая эксплуа-
тация опорного катка с таким дефектом
невозможна.
Рисунок 2 – Подвижное уплотнительное
кольцо
Рисунок 3 – Неподвижная шайба метал-
лического уплотнения
Максимальная величина износа ра-
бочих поверхностей не превышает 1мм.
Однако такого износа достаточно чтобы
смазка вытекла из опорного катка. При
Повышение надежности уплотнений опорных катков базовых строительных машин с
гусеничным движителем
ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРВИСА №2(12) 2010 23
перебоях в подаче смазки и наличии аб-
разивных частиц возможно схватывание
и заклинивание роликового подшипника.
Для восстановления изношенных
поверхностей деталей металлического
уплотнения целесообразно использовать
тонкослойные антифрикционные покры-
тия из полиамидов. Технология восста-
новления и необходимое оборудование
для нанесения антифрикционного слоя
подробно описана в работе [1].
С целью определения составов, об-
ладающих наименьшим коэффициентом
трения и соответственно наибольшей из-
носостойкостью были проведены трибо-
технические испытания антифрикцион-
ных покрытий. В качестве упрочнителя
полимерной матрицы из полиамида П -
6/66, который в исходном состоянии
представлял собой гранулированный по-
рошок со средним размером частиц
(60 52) мкм. Применялись мелкодис-
персные порошки.
Испытывались композиционные ма-
териалы, содержащие 5, 10, 15 и 20 весо-
вых процентов наполнителя. В качестве
наполнителей употреблялись материалы
различного кристаллического строения,
степени дисперсности и с разной приро-
дой химической связи. Список исследо-
ванных наполнителей применяемых для
упрочнения и трибологические свойства
композиций на их основе приведены в
табл. 1.
Таблица 1 – Наполнители для полиамида П – 6/66 и трибологические свойства композиций
Частицы
наполнителя
Давление,
МПа
Коэффициент
трения
Износ
за 10 мин
Al, ~ 1000 мкм 16,8 0,23 1
Al, ~ 1000 мкм 16,8 0,23 3
Al, < 100 мкм 16,8 0,2 1
Al, < 100 мкм 16,8 0,2 1
медь окисленная 16,8 0,19 1,3
Al, < 100 мкм 15,6 0,23 6
Al, < 100 мкм 14,5 0,18 6
Al, < 100 мкм 13,3 0,24 1,2
Al, < 100 мкм 13,3 0,18 1
Бронза 13,3 0,24 1,9
медь окисленная 13,3 0,24 1
Al, окисленный 13,3 0,18 1,5
Бронза 13,3 0,24 17,4
Бронза 9,8 0,3 7,7
Никель 7,5 0,26 7,3
Полиамид П 6/66 7,5 0,08 2,8
Серпентин 7,5 0,26 0,6
Серпентин 7,5 0,31 <0,3
Железо 5,2 0,6 <0,3
Медь 5,2 0,11 <0,3
Al, ~ 1000 мкм 2,9 0,48 <0,3
Al, < 100 мкм 2,9 0,07 <0,3
5% графитовых волокон 7 0,09 <0,3
Технология приготовления образ-
цов для исследования триботехнических
свойств металлополимерных антифрик-
ционных композитов выдерживалась в
А.В. Стукач
24 НИИТТС
строгом соответствии с процессами изго-
товления реальных деталей подшипников
скольжения принятыми на многих отече-
ственных заводах. Все подготовительные
операции и температурно-временные ре-
жимы изготовления композита и техно-
логия нанесения антифрикционного слоя
точно соответствовала условиям изготов-
ления подшипников принятых на ре-
монтных заводах и при производстве
вновь изготавливаемых деталей.
Испытания на износ проводились
по методике и на оборудовании, подроб-
но описанной в работе [2].
Для исследования был принят диа-
пазон нагрузок и скоростей, соответст-
вующих работе не только уплотнений, но
и подшипников скольжения.
Износ определялся по убыванию
массы. Для этого образец взвешивался до
и после испытаний на трение на весах
АДВ-200. Результаты исследования изно-
са приведены в табл. 1.
В результате испытаний необходи-
мо было сделать анализ влияния напол-
нителей, представленных в таблице на
антифрикционные свойства покрытий. В
первую очередь требовалось определить
влияние размера частиц наполнителя, так
как они существенным образом могут
влиять на процессы кристаллизации и
аморфизации полимеров. Размер частиц
наполнителя может быть существенным
фактором зародышеобразования кри-
сталлитов. В нашем случае, добавка на-
полнителей при высокой температуре пе-
регрева, может осложнить процесс амор-
физации структуры и вызвать дополни-
тельную кристаллизацию полимера.
Тепловых свойства используемых
наполнителей приведены в табл. 2.
Удельные теплоемкости подсчитывались
по формуле :
M
cTbTaCp
253 10101868.4
где: a, b, c – постоянные, взятые из спра-
вочника; Т – температура в градусах
Кельвина; М – масса одного грамм-моля
вещества.
Таблица 2. – Теплоемкости наполнителей
используемых для упрочнения полиамида
Наполнитель
Теплоемкость Дж/ (кг
град)10-2
Al 8,8-9
Cu 3,8
Fe 4,6
Ni 4,4
SiO2 7,4
C 7,3
Тщательный анализ результатов ис-
пытаний, приведенных в табл.1., показы-
вает, что размеры частиц наполнителя
практически не оказывают существенно-
го влияния на величину коэффициента
трения. Проведенные испытания под-
твердили возможность использования
антифрикционных покрытий в уплотни-
тельных устройства опорных катков ба-
зовых тракторов строительных машин.
Практически все наполнители по-
вышают коэффициент трения исходного
полиамида. Однако оказывается, что
лучшие наполнители отличаются от всех
остальных своей высокой теплоемко-
стью. Теплоемкость алюминия и угле-
родных волокон в 2 - 3 раза превосходит
теплоемкость всех остальных материа-
лов.
Литература 1. Стукач А.В. Ремонт упорных подшипников
скольжения покрытиями на основе композитов.
Научно-техническое издание НИИТТС, СПбГУ-
СЭ «Технико-технологические проблемы серви-
са». №1. 2008. –с. 8 – 11
2. Стукач А.В. Трибометрический комплекс тор-
цевого трения. Повышение износостойкости и
долговечнсти машин и механизмов на транспорте.
Сборник трудов Третьего Международного сим-
позиума по транспортной триботехнике «Транс-
трибо – 2005». СПб, Изд-во СПбГПУ, 2005, -с.273
– 276
Стукач Александр Васильевич, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры "Техниче-
ская механика" СПбГУСЭ, тел.: 248-71-18, моб. 8-904-552-97-15