|
|
Для стабилизации движения
роторного колеса в вертикальной плоскости его устанавливают на три или четыре
пары роликов с внутренними ребордами. Различают верхние, или поддерживающие
14 (см. 1.1) и нижние, или направляющие 11 ролики. Понятия поддерживающие и
направляющие ролики в данном случае условны и четкого обоснования не имеют.
Поскольку реборды всех роликов воспринимают случайные горизонтальные нагрузки
и препятствуют выходу роторного колеса из вертикальной плоскости, то все
ролики можно отнести к направляющим. Функцию поддерживающих верхние ролики
выполняют только в транспортном состоянии рабочего органа, когда они
воспринимают только силу веса роторного колеса. В рабочем состоянии нагрузки
между роликами перераспределяются (в работу вступают также и нижние ролики),
поэтому понятие поддерживающих роликов в этом случае теряет смысл.
Наиболее нагруженными ролики бывают в рабочем состоянии.
Их характер нагружения зависит от многих факторов, основные из которых будут
рассмотрены ниже.
Главное влияние на характер нагружения роликов оказывают
внешние нагрузки, рассмотренные в § 7 настоящей главы. Как и ранее, для
приближенной оценки этого влияния из всех внешних нагрузок сохраним основную
составляющую — сопротивление грунта копанию. Силами инерции и силой тяжести
роторного колеса по сравнению с этой составляющей можно пренебречь. Кроме
того, здесь следует учесть усилия, передаваемые роторному колесу приводными
шестернями.
Если предположить, что грунт однороден по ширине траншеи,
то систему сил сопротивления грунта копанию, рассчитанных по приближенной
методике Н. Г. Домбровского [14] или более точной методике Ю. А. Ветрова [4],
и усилий в зубчатых зацеплениях приводные шестерни— зубчатые венцы можно
привести к равнодействующей, расположенной в продольной плоскости симметрии
роторного колеса. Это значит, что каждая пара роликов будет загружена
симметрично.
Далее, если предположить, что роторное колесо абсолютно
жестко в вертикальной плоскости, поверхности его беговых дорожек в точности
совпадают с поверхностью кругового цилиндра, а ролики установлены без
начальных контактных усилий с беговыми дорожками, то при любых режимах работы
задние верхние ролики окажутся ненагружен- ными.
В действительности прочностные характеристики грунта
изменяются по ширине траншеи. Это особенно проявляется в грунтах с
каменистыми включениями. В этом общем случае нагружения нарушается его
симметрия и происходит перераспределение нагрузок между роликами. В работу
могут включиться один или оба верхних задних ролика. При этом могут оказаться
исключенными из работы один или несколько роликов, имевших прежде контакт с
беговой дорожкой роторного колеса. Каждому сочетанию внешних нагрузок
соответствует определенный вариант нагружения роликов. При заданных внешних
нагрузках эти варианты могут быть рассчитаны известными методами
сопротивления материалов.
В заключение оценим влияние на характер нагружения роликов
факторов, на которые выше были введены ограничения. Под действием внешних
нагрузок роторное колесо деформируется, вследствие чего поверхности его
беговых дорожек изменяют свою первоначальную форму. В частности,
первоначальная круговая форма цилиндра под нагрузкой может быть превращена в
форму, близкую к эллиптической, как на участках, где приложены нагрузки, так
и со стороны, где они отсутствуют. Эти деформации весьма малы и происходят в
пределах упругих деформаций металла колец роторного колеса, тем не менее
радиальные деформации в точках контакта с роликами дополнительно нагружают
или разгружают последние. Аналогичное действие оказывает чрезмерное натяжение
роликов при регулировке.
До сих пор предполагалось, что в свободном, ненагруженном
состоянии рабочие поверхности беговых дорожек в точности соответствуют
поверхности кругового цилиндра. Как было указано ранее, зубчатые венцы
роторного колеса вместе с беговыми дорожками набирают из отдельных литых
сегментов и после сборки механически не обрабатывают. Поэтому геометрическая
форма поверхности беговых дорожек отклоняется от поверхности кругового
цилиндра. Эти отклонения
являются результирующими, определяемыми погрешностями
изготовления сегментов и их установки на кольцах роторного колеса. Если
теперь ролики установить так, чтобы в каком-либо положении роторного колеса
их рабочие поверхности привести в соприкосновение с беговыми дорожками, то
при вращении роторного колеса возможна его деформация в радиальном
направлении. Качественно результат нагружения роликов будет таким же, как в
рассмотренных выше двух случаях.
Поскольку в действительности имеются все рассмотренные
выше факторы, то характер нагружения роликов определяется как результат
суммарного действия всех этих факторов.
Как правило, ролики, расположенные над верхней рамой
рабочего органа, закрепляются на своих осях неподвижно, а оси вращаются в
подшипниках, установленных на раме. Нижние ролики выполняют обычно подвижными
при неподвижных осях; у некоторых экскаваторов с механическим приводом (ЭР7АМ
и его модификации) имеется пара роликов, выполненных заодно с приводными
шестернями роторного колеса. По характеру нагружения эти ролики работают в
условиях, отличных от предыдущих роликов, а поэтому они будут рассмотрены
особо.
Все ролики работают в условиях абразивного износа, поэтому
к материалу их рабочих поверхностей, как и к поверхности дорожки качения
роторного колеса, предъявляются повышенные требования долговечности. В
настоящее время ролики изготовляют цельными из стали 40Х с закалкой до
получения твердости 40—45HRC или составными из ступицы и бандажа. Последний
выполняют из стали ЗОХГТ с цементацией на глубину 2,5—3,0 мм при твердости на
рабочей поверхности 56—62HRC. Беговая дорожка роторного колеса набирается
вместе с зубчатым венцом из отдельных сегментов, отлитых из марганцовистой
стали Г13Л.
Ролики и сегменты беговых дорожек с зубчатым венцом
изнашиваются весьма интенсивно. Поэтому вопросу повышения долговечности этих
деталей уделяется большое внимание. В настоящее время коллективы учебных и
научно-исследовательских институтов, конструкторских и производственных
организаций работают над созданием износостойких роликов, обеспечивающих
надежную работу ЭТР до капитального ремонта. Наряду с вопросами
металловедческого характера решается также задача оптимального расположения
роликов по цилиндру беговых дорожек, обеспечивающего минимальный износ
контактируемых пар. Проводятся также фундаментальные исследования по развитию
теории износа пар качения, работающих в абразивной среде [5, 11, 45].
Работа роликов, выполненных заодно с приводной шестерней,
отличается от работы остальных роликов по состоянию их износа. Износ первых
роликов происходит в результате действия преимущественно сил трения
скольжения, в то время как для последних скольжение возможно лишь как явление
случайное, вызванное нарушением правильной работы подшипникового узла.
Нормальным взаимодействием этих роликов с беговыми дорожками роторного колеса
является качение. Вполне очевидно, что в результате скольжения при прочих
равных условиях получается больший износ контактирующих пар, чем при качении.
Чтобы повысить срок службы беговых дорожек и роликов, последние стремятся
выполнять раздельно от приводных шестерен.
|