Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Опорно-поворотное устройство (ОПУ) является одним из ключевых узлов автомобильного крана, обеспечивающим соединение поворотной и неповоротной частей машины. Данный механизм выполняет три основные функции: передачу нагрузок от стрелового оборудования на ходовую часть, обеспечение вращения поворотной платформы вокруг вертикальной оси и восприятие опрокидывающего момента, возникающего при работе с грузом.
В процессе эксплуатации на ОПУ действует комплекс нагрузок: осевые силы от веса поворотной части и груза, радиальные силы от неуравновешенных масс, а также опрокидывающий момент от эксцентрично приложенных нагрузок. При этом устройство должно обеспечивать плавное вращение под нагрузкой в горизонтальной плоскости с минимальным сопротивлением.
Конструктивно ОПУ автокрана представляет собой крупногабаритный подшипник качения специальной конструкции. Основными элементами являются внутренняя и наружная обоймы (кольца), между которыми располагаются тела качения (шарики или ролики), разделенные сепараторами.
Внутренняя обойма, как правило, крепится болтами к ходовой раме автокрана и остается неподвижной. На ней располагается зубчатый венец, находящийся в зацеплении с выходной шестерней механизма поворота. Наружная обойма (или две полуобоймы, соединенные болтами) крепится к поворотной платформе и вращается вместе с ней.
В современном автокраностроении применяются несколько типов опорно-поворотных устройств, различающихся конструкцией и характеристиками. Выбор типа ОПУ определяется грузоподъемностью крана, условиями эксплуатации и требованиями к компактности.
Однорядные шариковые опорно-поворотные устройства с четырехточечным контактом являются наиболее распространенным типом для автокранов малой и средней грузоподъемности. Конструкция состоит из двух колец с дорожками качения готического профиля, между которыми располагается один ряд шариков.
Дорожки качения имеют специальный профиль (готическая арка), обеспечивающий четырехточечный контакт каждого шарика с обоймами. Это позволяет воспринимать одновременно осевые и радиальные нагрузки, а также опрокидывающий момент. Угол контакта составляет 45 градусов, что обеспечивает оптимальное распределение нагрузок.
Компактная конструкция и малая высота позволяют минимизировать габариты крановой установки. Низкий момент сопротивления вращению снижает требования к мощности привода механизма поворота. Простота изготовления и ремонтопригодность обеспечивают экономическую эффективность при эксплуатации.
Роликовые опорно-поворотные устройства с перекрестным расположением роликов обеспечивают значительно более высокую нагрузочную способность по сравнению с шариковыми при сопоставимых габаритах. Цилиндрические ролики располагаются крестообразно под углом 90 градусов друг к другу.
Конструкция состоит из двух полуобойм, соединенных болтами, и венца с зубчатым зацеплением. Ролики, установленные крестообразно, воспринимают осевые и радиальные нагрузки в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Каждый ряд роликов работает на определенный вид нагрузки.
Для автокранов грузоподъемностью 25 тонн с вылетом стрелы до 20 метров применяются роликовые ОПУ диаметром 1451 мм. Масса такого устройства составляет около 400 кг. Роликовая конструкция обеспечивает восприятие опрокидывающего момента до 7 МН*м при высоком запасе прочности.
Зубчатый венец ОПУ обеспечивает передачу крутящего момента от механизма поворота к поворотной платформе. В зависимости от расположения зубьев различают три типа зацепления.
Зубчатый венец располагается на внутренней поверхности одной из обойм. Приводная шестерня механизма поворота находится внутри кольца. Такая конструкция обеспечивает защиту зубьев от внешних воздействий и загрязнений, однако усложняет доступ для обслуживания.
Зубчатый венец располагается на наружной поверхности кольца. Приводная шестерня находится снаружи, что упрощает монтаж и техническое обслуживание. Данный тип зацепления наиболее распространен в отечественных автокранах.
ОПУ без зубчатого венца применяются в конструкциях с отдельным приводом поворота (например, с червячной передачей или фрикционным приводом). Используются реже, в основном в специальных конструкциях.
Надежность и долговечность ОПУ во многом определяются правильным выбором материалов и режимов термической обработки. Для изготовления колец применяются легированные конструкционные стали, обеспечивающие требуемое сочетание прочности, твердости и вязкости.
Основными материалами для изготовления обойм служат стали марок 42CrMo4 (аналог 40ХМ), 50Mn и их модификации. Данные стали обладают высокой прокаливаемостью, что позволяет получить равномерную твердость по всему сечению дорожек качения.
Дорожки качения подвергаются поверхностной индукционной закалке с последующим отпуском. Глубина закаленного слоя составляет 2-4 мм в зависимости от размера тел качения. Твердость поверхности дорожек достигает 55-62 HRC при твердости сердцевины 28-35 HRC.
Закалка: нагрев до 840-860 градусов C, охлаждение в масле
Отпуск: 540-680 градусов C, охлаждение на воздухе
Результат: предел прочности 900-1100 МПа, твердость поверхности 55+ HRC
Зубья венца также подвергаются индукционной закалке до твердости 50-56 HRC. Это обеспечивает высокую износостойкость при сохранении вязкости сердцевины зуба.
Выбор опорно-поворотного устройства для автокрана производится на основе расчета действующих нагрузок, основной из которых является опрокидывающий (грузовой) момент. Расчет выполняется согласно требованиям ГОСТ 18854-2013 (ISO 76:2006) и ГОСТ 32579.2-2013.
Грузовой момент представляет собой произведение массы поднимаемого груза на вылет стрелы. Данный параметр является ключевым при выборе ОПУ и определяет минимально допустимый диаметр устройства.
M = G x L
где:
M - грузовой момент, кН*м (т*м)
G - масса груза, кН (т)
L - вылет стрелы, м
Для проверки несущей способности ОПУ необходимо определить эквивалентную статическую нагрузку, учитывающую все действующие силы:
P0 = Fa + (2M / Dpw) + Fr
Fa - осевая нагрузка, кН
M - опрокидывающий момент, кН*м
Dpw - диаметр окружности расположения тел качения, м
Fr - радиальная нагрузка, кН
Согласно ГОСТ 18854-2013, статическая грузоподъемность ОПУ определяется по формуле:
C0 = f0 x Z x Dw^2 x sin(a)
f0 - коэффициент (для шариковых ~13, для роликовых ~44)
Z - количество тел качения в наиболее нагруженном ряду
Dw - диаметр тела качения, мм
a - номинальный угол контакта, град
Исходные данные:
Грузоподъемность крана: 25 т
Максимальный вылет стрелы: 20 м
Коэффициент динамичности: 1,4
Расчет:
Грузовой момент: M = 25 x 20 = 500 т*м
Опрокидывающий момент с учетом динамики: Mоп = 25 x 20 x 9,81 x 1,4 = 6867 кН*м (6,87 МН*м)
Вывод: требуется ОПУ диаметром не менее 1400-1451 мм с грузоподъемностью по моменту не менее 7 МН*м
Для автокранов отечественного производства применяется ряд стандартных типоразмеров ОПУ. Выбор размера определяется грузоподъемностью крана и конструктивными особенностями поворотной платформы.
Обозначение опорно-поворотного устройства содержит информацию о его типе и параметрах. Например, обозначение ОП-1451.2.1.8.3.Р.У1 расшифровывается следующим образом:
Правильный монтаж и регулярное техническое обслуживание ОПУ являются залогом надежной работы автокрана. Несоблюдение требований может привести к преждевременному износу и выходу устройства из строя.
Установка ОПУ производится на предварительно обработанные привалочные поверхности рамы и поворотной платформы. Отклонение от плоскостности не должно превышать 0,1 мм на 1 м диаметра для роликовых и 0,15 мм для шариковых ОПУ.
Смазка ОПУ производится через специальные пресс-масленки, расположенные на обоймах. Смазочный материал подается к дорожкам качения и зубьям венца.
Объем смазочного материала для ОПУ можно оценить по следующим формулам:
Для шариковых ОПУ:
V = 0,7 x Dpw x Dw^2 / 1000, граммов
Для роликовых ОПУ:
V = 0,5 x Dpw x Dr^2 / 1000, граммов
где Dpw - диаметр дорожки качения, мм; Dw, Dr - диаметр шарика/ролика, мм
Рекомендуется применять консистентные смазки на литиевой основе с базовой вязкостью масла не менее 200 сСт при 40 градусах C, класса NLGI 2 (например, Литол-24, Mobil EP2).
Для эффективной работы оборудования рекомендуем также рассмотреть:
Шариковые ОПУ имеют более простую конструкцию и обеспечивают меньший момент сопротивления вращению. Роликовые ОПУ обладают на 30-50% большей нагрузочной способностью при сопоставимых габаритах за счет увеличенной площади контакта тел качения с дорожками. Шариковые применяются в автокранах грузоподъемностью до 25 т, роликовые - для более тяжелых машин.
Диаметр ОПУ определяется расчетом по опрокидывающему моменту. Необходимо вычислить произведение максимальной грузоподъемности на максимальный вылет стрелы с учетом коэффициента динамичности (1,3-1,5). Полученное значение сравнивается с допустимым моментом для стандартных типоразмеров ОПУ. Для автокранов 25 т с вылетом 20 м типичен диаметр 1451 мм.
Для смазки ОПУ применяются консистентные смазки на литиевой основе класса NLGI 2 с базовой вязкостью масла не менее 200 сСт при 40 градусах C. Подходят смазки Литол-24, Mobil EP2, Shell Gadus S2 V220 и аналогичные. Периодичность смазки - каждые 500 часов работы или 6 месяцев при нормальных условиях.
Момент затяжки зависит от класса прочности болтов. Для болтов М20 класса прочности 10.9 момент затяжки составляет 590 Н*м, для класса 12.9 - 710 Н*м. Производители ОПУ часто рекомендуют значения 450-500 Н*м для обеспечения запаса. Затяжка производится равномерно, крест-накрест, в несколько проходов с контролем динамометрическим ключом. После первых 100 часов работы рекомендуется проверить и при необходимости подтянуть болты.
Дорожки качения ОПУ подвергаются поверхностной индукционной закалке до твердости 55-62 HRC. Глубина закаленного слоя составляет 2-4 мм. Твердость сердцевины колец - 28-35 HRC (HB 260-280). Такое сочетание обеспечивает высокую износостойкость поверхности при достаточной вязкости основного материала.
Взаимозаменяемость ОПУ возможна при совпадении основных параметров: наружного диаметра, числа крепежных отверстий, модуля и числа зубьев венца, типа зацепления. Например, ОПУ диаметром 1451 мм с 40 отверстиями используется на автокранах Ивановец КС-45717, Галичанин КС-55713, Клинцы и других. Перед заменой необходимо проверить соответствие присоединительных размеров.
Расчетный ресурс ОПУ при соблюдении условий эксплуатации составляет 8000-12000 часов работы крана. Фактический срок службы зависит от режима нагружения, качества смазки, условий окружающей среды. При регулярном техническом обслуживании ОПУ может прослужить весь срок эксплуатации автокрана (15-20 лет).
Основные признаки износа ОПУ: увеличенный люфт поворотной платформы (более 1-2 мм на краю платформы), нехарактерные звуки при вращении (скрежет, стук), неравномерность хода, следы металлической стружки в смазке. Диагностику можно провести методом анализа смазки или ультразвуковым контролем без разборки.
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационный характер. Представленная информация основана на открытых технических источниках и предназначена для общего понимания принципов работы опорно-поворотных устройств автокранов.
Автор и издатель не несут ответственности за любые действия, предпринятые на основе информации из данной статьи. При проектировании, выборе, монтаже и эксплуатации ОПУ необходимо руководствоваться действующей нормативно-технической документацией, рекомендациями производителей оборудования и привлекать квалифицированных специалистов.
Любые расчеты и технические решения должны выполняться компетентными инженерами с учетом конкретных условий эксплуатации.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.