ОПУ гусеничных экскаваторов: конструкция и подбор

Назначение и функции опорно-поворотных устройств

Опорно-поворотное устройство представляет собой ключевой узел гусеничного экскаватора, обеспечивающий соединение поворотной платформы с ходовой частью машины. ОПУ выполняет одновременно три критически важные функции: опорную, поворотную и приводную.

Опорная функция заключается в передаче вертикальных и горизонтальных нагрузок от поворотной платформы, на которой размещены двигатель, кабина оператора, стрела и рабочее оборудование, на раму ходовой части. При работе экскаватора ОПУ воспринимает значительные статические и динамические нагрузки, включая собственную массу платформы, усилия от копания грунта, опрокидывающие моменты и боковые усилия.

Поворотная функция обеспечивает вращение платформы экскаватора на полные 360 градусов вокруг вертикальной оси. Это достигается за счет тел качения, расположенных между внутренним и наружным кольцами ОПУ, которые обеспечивают низкое сопротивление вращению при высоких нагрузках.

Приводная функция реализуется через зубчатый венец, интегрированный в конструкцию ОПУ. Зубчатый венец взаимодействует с ведущей шестерней привода поворота, обеспечивая передачу крутящего момента от гидромотора к поворотной платформе.

Конструкция ОПУ экскаваторов

Конструктивно опорно-поворотное устройство экскаватора представляет собой радиально-упорный подшипник большого диаметра. Основными элементами конструкции являются внутреннее кольцо, наружное кольцо, тела качения, сепараторы и зубчатый венец.

Внутреннее кольцо ОПУ обычно крепится болтовым соединением к ходовой раме экскаватора и остается неподвижным при работе. Наружное кольцо фиксируется к поворотной платформе и вращается вместе с ней. В некоторых конструкциях расположение может быть обратным.

Между кольцами размещаются тела качения - шарики или ролики, которые обеспечивают вращение при минимальном трении. Сепараторы разделяют тела качения и предотвращают их контакт друг с другом, что исключает заклинивание и обеспечивает равномерное распределение нагрузки.

Кольца ОПУ имеют монтажные отверстия для крепления к сопряженным элементам конструкции экскаватора. Диаметр отверстий и их количество зависят от размера ОПУ и величины воспринимаемых нагрузок.

Типы опорно-поворотных устройств по телам качения

Шариковые опорно-поворотные устройства

Шариковые ОПУ являются наиболее распространенным типом для гусеничных экскаваторов строительного и карьерного назначения. В качестве тел качения используются закаленные стальные шарики, размещенные между внутренним и наружным кольцами.

Однорядные шариковые ОПУ

Однорядные шариковые опорно-поворотные устройства применяются на экскаваторах легкого класса. В таких конструкциях шарики обычно имеют четырехточечный контакт с дорожками качения, что позволяет воспринимать осевые нагрузки в обоих направлениях, радиальные нагрузки и опрокидывающие моменты.

Преимуществами однорядных конструкций являются компактность, меньшая высота, простота монтажа и меньшая масса по сравнению с двухрядными аналогами.

Двухрядные шариковые ОПУ

Двухрядные шариковые опорно-поворотные устройства получили наибольшее распространение на экскаваторах среднего класса. Наличие двух рядов шариков позволяет значительно увеличить грузоподъемность и долговечность узла.

В двухрядных конструкциях каждый ряд шариков воспринимает определенную составляющую нагрузки. Первый ряд преимущественно работает на осевые нагрузки, второй - на радиальные и опрокидывающий момент. Такое распределение нагрузок обеспечивает высокую несущую способность при сохранении компактных размеров.

Роликовые опорно-поворотные устройства

Роликовые ОПУ применяются на тяжелых и сверхтяжелых экскаваторах, где требуется воспринимать значительные нагрузки. В качестве тел качения используются цилиндрические или конические ролики.

Ролики располагаются перпендикулярно друг к другу, образуя перекрестную конфигурацию. Одни ролики находятся в горизонтальном положении и воспринимают осевые нагрузки, другие - в вертикальном или наклонном положении и воспринимают радиальные нагрузки и опрокидывающий момент.

Благодаря увеличенной площади контакта роликов с дорожками качения по сравнению с шариками, роликовые ОПУ обеспечивают высокую грузоподъемность.

Классификация ОПУ по весовым категориям экскаваторов

Выбор типа опорно-поворотного устройства напрямую зависит от массы экскаватора и условий его эксплуатации. Существует корреляция между весовой категорией машины и применяемым типом ОПУ.

Мини-экскаваторы и легкие экскаваторы (до 6 тонн)

Для мини-экскаваторов и экскаваторов легкого класса массой до 6 тонн обычно применяются облегченные однорядные шариковые ОПУ. Диаметр таких устройств составляет 700-1000 мм. Зубчатый венец выполняется с внутренним зацеплением и имеет 80-100 зубьев.

Средние экскаваторы (6-20 тонн)

Экскаваторы среднего класса оснащаются преимущественно двухрядными шариковыми ОПУ. Диаметр устройств для этой категории составляет 1100-1500 мм.

Тяжелые экскаваторы (20-40 тонн)

Тяжелые экскаваторы могут оснащаться как усиленными двухрядными шариковыми, так и роликовыми ОПУ. Диаметр устройств составляет 1400-1800 мм.

Сверхтяжелые карьерные экскаваторы (более 40 тонн)

Карьерные экскаваторы массой более 40 тонн требуют применения роликовых ОПУ, часто с трехрядной конфигурацией. Диаметр устройств может достигать 2000-3000 мм и более.

Применение ОПУ на экскаваторах ведущих производителей

Caterpillar

Компания Caterpillar применяет на своих экскаваторах преимущественно двухрядные шариковые ОПУ для машин среднего класса. На экскаваторе Caterpillar 320 различных модификаций используются ОПУ с внутренним зубчатым зацеплением. Например, для модели 320L применяется ОПУ с наружным диаметром 1316 мм, внутренним диаметром 1084 мм и количеством зубьев 110 штук.

Важно отметить, что параметры ОПУ могут различаться для разных модификаций экскаватора (320, 320L, 320D, 320DL) и зависят от года выпуска машины.

Komatsu

Японская компания Komatsu традиционно применяет высококачественные шариковые ОПУ на машинах среднего класса. На экскаваторе Komatsu PC200 массой около 19-20 тонн установлено двухрядное шариковое ОПУ. Производитель уделяет особое внимание точности изготовления дорожек качения и термообработке деталей для обеспечения длительного срока службы.

Hitachi

Компания Hitachi Construction Machinery производит экскаваторы серий ZX и EX с применением как шариковых, так и роликовых ОПУ в зависимости от весовой категории машины. Экскаватор Hitachi ZX200 массой около 19 тонн оснащен двухрядным шариковым ОПУ. Особенностью некоторых конструкций является применение разделенного наружного кольца, что упрощает монтаж и обслуживание устройства.

Типы зубчатого зацепления

Зубчатый венец опорно-поворотного устройства может выполняться с внутренним, наружным зацеплением или без зацепления. Выбор типа зацепления определяется конструкцией привода поворота и компоновкой экскаватора.

Внутреннее зацепление

При внутреннем зацеплении зубья нарезаны на внутренней поверхности одного из колец ОПУ. Ведущая шестерня привода поворота располагается внутри устройства и входит в зацепление с зубчатым венцом.

Внутреннее зацепление наиболее распространено на строительных экскаваторах. Преимуществами такой схемы являются защищенность зубчатого зацепления от загрязнений, компактность привода и возможность размещения гидромотора поворота внутри контура ОПУ.

Наружное зацепление

При наружном зацеплении зубья нарезаны на наружной поверхности одного из колец. Ведущая шестерня располагается снаружи ОПУ. Такая схема применяется реже и характерна для некоторых моделей карьерных экскаваторов.

ОПУ без зубчатого зацепления

Опорно-поворотные устройства без зубчатого венца применяются в специальных конструкциях, где привод поворота реализован через альтернативные механизмы. Такие ОПУ используются редко и в основном на специализированной технике.

Технические параметры ОПУ

Основными техническими параметрами опорно-поворотного устройства являются габаритные размеры, грузоподъемность, параметры зубчатого венца и характеристики крепежных элементов.

Габаритные размеры

Габаритные размеры ОПУ включают наружный диаметр, внутренний диаметр и высоту сечения. Наружный диаметр определяет размер посадочного места на поворотной платформе, внутренний - размер посадочного места на ходовой раме, высота сечения влияет на общую высоту экскаватора.

Для цельных конструкций максимальный диаметр ОПУ может достигать 8 метров. Для больших диаметров до 18 метров применяются разрезные сегментированные конструкции колец.

Грузоподъемность

Грузоподъемность ОПУ характеризуется несколькими параметрами: динамической осевой грузоподъемностью, динамической радиальной грузоподъемностью и допустимым опрокидывающим моментом. Расчет грузоподъемности производится в соответствии с ГОСТ 18855-2013 (ISO 281:2007) "Подшипники качения. Динамическая грузоподъемность и номинальный ресурс".

Параметры зубчатого венца

Зубчатый венец ОПУ характеризуется модулем зацепления, количеством зубьев и степенью точности изготовления. Модуль зацепления для экскаваторов среднего класса обычно составляет 6-10 мм, количество зубьев варьируется в зависимости от диаметра устройства.

Производители опорно-поворотных устройств

Оригинальные производители

Ведущие производители экскаваторов обычно изготавливают ОПУ для своих машин самостоятельно или заказывают у специализированных предприятий по своим чертежам и спецификациям. К таким производителям относятся Caterpillar, Komatsu, Hitachi, Liebherr, Volvo.

Оригинальные ОПУ обеспечивают максимальную надежность и долговечность, полностью соответствуют конструкции экскаватора и проходят строгий контроль качества.

Производители aftermarket

На рынке запасных частей представлены ОПУ независимых производителей, изготавливающих устройства в качестве альтернативы оригинальным. Крупнейшими производителями aftermarket ОПУ являются компании из Китая, Южной Кореи и Европы.

При выборе aftermarket ОПУ критически важно обращать внимание на качество изготовления дорожек качения, твердость поверхности (должна составлять 56-62 HRC согласно ГОСТ 520-2011), точность геометрических размеров и наличие сертификатов качества.

Техническое обслуживание и диагностика

Периодичность обслуживания

Регулярное техническое обслуживание опорно-поворотного устройства включает проверку состояния, очистку, смазку и контроль затяжки крепежных элементов. Периодичность обслуживания определяется условиями эксплуатации и рекомендациями производителя.

Ежедневное обслуживание включает визуальный осмотр ОПУ на предмет утечек смазки, повреждений уплотнений и посторонних шумов при вращении. При обнаружении отклонений требуется более детальная диагностика.

Периодичность смазки ОПУ определяется условиями эксплуатации и типом устройства. Для шариковых ОПУ в стандартных условиях первая смазка производится через 100 часов после установки, затем каждые 50-100 часов работы. Проверка затяжки крепежных болтов должна выполняться не реже чем каждые 240 часов для кранов и 250 часов для экскаваторов. В условиях повышенной запыленности, влажности или высоких нагрузок периодичность обслуживания должна быть увеличена. Первая проверка затяжки болтов проводится перед вводом в эксплуатацию, следующая - после первых смен работы.

Признаки неисправностей

Основными признаками неисправности ОПУ являются увеличенный люфт, посторонние шумы при вращении, затрудненное вращение платформы, неравномерное вращение и вибрации.

Увеличенный люфт свидетельствует об износе дорожек качения или тел качения. Посторонние шумы - скрежет, стук или треск - указывают на повреждение тел качения, задиры на дорожках качения или недостаток смазки.

Контроль затяжки болтов

Крепежные болты ОПУ работают в условиях высоких знакопеременных нагрузок и требуют периодического контроля затяжки. Ослабление болтов приводит к увеличению люфта, повреждению резьбовых отверстий и возможному разрушению ОПУ.

Затяжка болтов должна производиться динамометрическим ключом с моментом, указанным производителем. Контроль затяжки рекомендуется проводить в соответствии с графиком технического обслуживания, а также после замены ОПУ.

Часто задаваемые вопросы