Главная
Блог
Познавательное
ОПУ гусеничных кранов большой грузоподъёмности

ОПУ гусеничных кранов большой грузоподъёмности

12.12.2025
Познавательное

Содержание статьи

1. Введение: ОПУ в конструкции гусеничных кранов
2. Конструкция трехрядных роликовых ОПУ
3. Материалы и термообработка
4. Расчет нагрузок и опрокидывающего момента
5. Критерии выбора ОПУ для тяжелых гусеничных кранов
6. Конструктивные решения ведущих производителей
7. Монтаж и техническое обслуживание
8. Диагностика состояния ОПУ
9. Вопросы и ответы

Введение: ОПУ в конструкции гусеничных кранов

Опорно-поворотное устройство (ОПУ) является одним из наиболее нагруженных узлов гусеничного крана, обеспечивающим передачу всех действующих нагрузок от поворотной платформы на ходовую часть машины. В гусеничных кранах грузоподъемностью свыше 100 тонн применение трехрядных роликовых ОПУ обусловлено необходимостью восприятия экстремальных осевых, радиальных нагрузок и опрокидывающих моментов, возникающих при работе с длинными стреловыми системами и тяжелыми грузами.

Трехрядные роликовые опорно-поворотные устройства представляют собой наиболее мощные конструкции среди всех типов ОПУ, способные воспринимать комбинированные нагрузки в условиях непрерывной эксплуатации. Данный тип подшипников нашел широкое применение в карьерных экскаваторах, мощных гусеничных и портальных кранах, буровых установках и другом тяжелом оборудовании.

Важно: Правильный выбор и расчет ОПУ напрямую влияет на безопасность эксплуатации крана. Недостаточная несущая способность подшипника может привести к катастрофическому отказу оборудования.

Конструкция трехрядных роликовых ОПУ

Основные элементы конструкции

Трехрядное роликовое опорно-поворотное устройство состоит из трех колец (посадочных обойм), разделяющих верхнюю, нижнюю и радиальную дорожки качения. Такая конструкция позволяет точно определить нагрузки на каждый ряд роликов и одновременно воспринимать осевые силы, опрокидывающие моменты и значительные радиальные нагрузки.

Конструктивно трехрядное роликовое ОПУ включает следующие компоненты:

Элемент	Функция	Особенности
Внутреннее кольцо	Крепление к неподвижной конструкции (ходовой раме)	Содержит радиальную дорожку качения
Наружное кольцо (верхнее и нижнее)	Крепление к поворотной платформе	Две осевые дорожки качения
Верхний ряд роликов (осевой)	Восприятие осевых нагрузок и опрокидывающего момента	Большой диаметр, высокая несущая способность
Нижний ряд роликов (осевой)	Восприятие осевых нагрузок и опрокидывающего момента	Работает в паре с верхним рядом
Радиальный ряд роликов	Восприятие радиальных нагрузок	Расположен на вертикальной дорожке
Сепараторы (распорные блоки)	Разделение роликов, обеспечение равномерности	Полиамид, сталь или алюминиевый сплав
Уплотнительная система	Защита от загрязнений, удержание смазки	Резина NBR, специальные профили
Зубчатый венец	Передача вращающего момента от привода	Внутреннее или наружное зацепление

Распределение нагрузок в трехрядном ОПУ

Ключевое преимущество трехрядной конструкции заключается в раздельном восприятии различных типов нагрузок. Два осевых ряда цилиндрических роликов (верхний и нижний) воспринимают осевые силы и опрокидывающий момент. Радиальный ряд роликов, расположенный между осевыми рядами на вертикальной дорожке качения, предназначен исключительно для восприятия радиальных сил.

Принцип распределения нагрузок:

Осевая нагрузка Fa распределяется между верхним и нижним рядами роликов пропорционально их геометрическим параметрам.

Опрокидывающий момент MT создает неравномерное распределение контактных нагрузок в осевых рядах: максимальная нагрузка возникает в зоне приложения момента, минимальная - на противоположной стороне.

Радиальная нагрузка Frad воспринимается исключительно радиальным рядом роликов.

Типы зубчатого зацепления

Трехрядные роликовые ОПУ изготавливаются с различными вариантами зубчатого венца:

Тип зацепления	Область применения	Преимущества
Наружное зацепление	Гусеничные краны с внешним расположением привода поворота	Удобство обслуживания, хороший доступ к приводу
Внутреннее зацепление	Компактные конструкции, защита зубьев от загрязнений	Защита от внешних воздействий, меньший габарит
Без зацепления	Специальные применения с фрикционным приводом	Упрощенная конструкция

Материалы и термообработка

Материалы колец ОПУ

Для изготовления колец трехрядных роликовых ОПУ применяются высокопрочные легированные стали, способные обеспечить необходимую комбинацию прочности, вязкости и износостойкости. Основными материалами являются:

Марка стали	Аналоги	Область применения	Характеристики
42CrMo (42CrMo4)	AISI 4140, DIN 1.7225, 40ХМ (ГОСТ)	Тяжелонагруженные ОПУ, краны грузоподъемностью 100+ тонн	Высокая прочность, ударная вязкость, хорошая прокаливаемость
50Mn	S48C (JIS), 50Г (ГОСТ)	ОПУ со средними нагрузками	Хорошая обрабатываемость, достаточная прочность
C45 (Ст45)	AISI 1045, Сталь 45 (ГОСТ)	Стандартные ОПУ малого и среднего диаметра	Экономичность, хорошая обрабатываемость

Материалы тел качения

Цилиндрические ролики трехрядных ОПУ изготавливаются из высокоуглеродистой хромистой подшипниковой стали GCr15 (аналоги: AISI 52100, DIN 100Cr6, ШХ15 по ГОСТ 801-78). Данный материал обеспечивает:

Твердость после закалки и низкого отпуска 61-65 HRC
Высокую контактную выносливость
Износостойкость при качении
Стабильность размеров

Термическая обработка

Термообработка является ключевым этапом производства, определяющим эксплуатационные характеристики ОПУ:

Операция	Назначение	Результат
Улучшение (закалка + высокий отпуск)	Повышение комплекса механических свойств кольца	Твердость HB 220-280, высокая вязкость
Поверхностная закалка дорожек качения (ТВЧ)	Повышение контактной прочности и износостойкости	Твердость поверхности HRC 55-62, глубина закаленного слоя 2-6 мм
Закалка зубьев (по требованию)	Повышение несущей способности зубчатого венца	Твердость HRC 50-60
Стабилизирующий отпуск	Снятие внутренних напряжений после закалки	Предотвращение трещин, снижение хрупкости

Мягкая зона (Soft Spot): При индукционной закалке дорожек качения образуется незакаленный участок в месте смыкания зон нагрева. Этот участок маркируется буквой "S" на кольце и должен располагаться в зоне минимальных нагрузок при монтаже.

Расчет нагрузок и опрокидывающего момента

Виды нагрузок на ОПУ гусеничного крана

При работе гусеничного крана на опорно-поворотное устройство действует комплекс нагрузок:

Тип нагрузки	Обозначение	Источник
Осевая нагрузка	Fa	Собственный вес поворотной части, вес груза, вертикальная составляющая натяжения канатов
Радиальная нагрузка	Frad	Горизонтальные составляющие сил от ветровой нагрузки, инерционные силы при повороте
Опрокидывающий момент	MT (Mопр)	Эксцентриситет приложения вертикальных нагрузок, ветровая нагрузка, динамические воздействия
Крутящий момент	Mk	Усилие от механизма поворота, передаваемое через зубчатый венец

Расчет опрокидывающего момента

Опрокидывающий момент является критическим параметром при выборе ОПУ для гусеничных кранов. Расчет выполняется как сумма моментов от всех горизонтальных и вертикальных сил относительно оси вращения подшипника согласно методике ГОСТ 32579.1-2013:

Формула расчета опрокидывающего момента:

M_T = Q * L_q + G_стр * L_стр + M_ветр + M_дин

где:

Q - масса поднимаемого груза, кг
L_q - вылет стрелы (расстояние от оси вращения до точки подвеса груза), м
G_стр - масса стреловой системы, кг
L_стр - расстояние от оси вращения до центра тяжести стрелы, м
M_ветр - момент от ветровой нагрузки, кН*м
M_дин - момент от динамических воздействий (инерция при пуске/торможении), кН*м

Пример расчета для гусеничного крана 150 тонн

Исходные данные:

Грузоподъемность Q = 150 т = 150000 кг
Рабочий вылет стрелы L_q = 12 м
Масса стреловой системы G_стр = 45000 кг
Расстояние до ЦТ стрелы L_стр = 25 м
Коэффициент динамичности k_дин = 1.2
Коэффициент запаса k_зап = 1.5

Расчет:

M_груз = Q * g * L_q = 150000 * 9.81 * 12 = 17658000 Н*м = 17658 кН*м

M_стр = G_стр * g * L_стр = 45000 * 9.81 * 25 = 11036250 Н*м = 11036 кН*м

M_T = (M_груз + M_стр) * k_дин * k_зап = (17658 + 11036) * 1.2 * 1.5 = 51650 кН*м

Вывод:

Требуется ОПУ с допускаемым опрокидывающим моментом не менее 51650 кН*м (с учетом коэффициентов).

Диаграмма нагрузочной способности

Производители трехрядных роликовых ОПУ предоставляют диаграммы (кривые) нагрузочной способности, показывающие допустимые комбинации осевой нагрузки и опрокидывающего момента. При выборе подшипника рабочая точка (комбинация Fa и MT) должна находиться внутри допустимой области диаграммы.

Диаметр ОПУ, мм	Допустимая осевая нагрузка, кН	Допустимый опрокидывающий момент, кН*м	Область применения
1800-2200	8000-15000	20000-40000	Гусеничные краны 100-200 т
2200-2800	15000-25000	40000-80000	Гусеничные краны 200-400 т
2800-3500	25000-40000	80000-150000	Гусеничные краны 400-700 т
3500-4500	40000-60000	150000-250000	Гусеничные краны 700-1000 т
>4500	>60000	>250000	Сверхтяжелые краны 1000+ т

Критерии выбора ОПУ для тяжелых гусеничных кранов

Основные параметры выбора

При выборе трехрядного роликового ОПУ для гусеничного крана необходимо учитывать следующие факторы:

Параметр	Требования	Рекомендации
Статическая грузоподъемность	Должна превышать расчетную нагрузку с коэффициентом запаса не менее 1.5	Для тяжелых режимов работы применять k = 2.0
Допускаемый опрокидывающий момент	Соответствие максимальному расчетному моменту с запасом	Учитывать все комбинации нагрузок по ГОСТ 32579.1
Диаметр подшипника	Определяется конструкцией крана и требуемой несущей способностью	Больший диаметр обеспечивает большее плечо сопротивления моменту
Модуль зубчатого венца	Соответствие крутящему моменту привода поворота	Для кранов 100+ т типично m = 14-24
Температурный диапазон	Соответствие условиям эксплуатации	Стандартный диапазон -20...+70 C, расширенный -40...+70 C
Класс точности	P0, P6, P5 в зависимости от требований	Для кранов обычно достаточно P0

Коэффициент безопасности

Согласно требованиям стандартов ISO 4301 и ГОСТ 34017-2016, при расчете ОПУ грузоподъемных кранов применяются коэффициенты безопасности:

Для статической несущей способности: k_s >= 1.5 (стандартные условия), k_s >= 2.0 (тяжелые условия)

Для динамической несущей способности: k_d >= 1.25

Коэффициент динамичности: учитывает ускорения при пуске/торможении механизмов, типично 1.1-1.3

Конструктивные решения ведущих производителей

Liebherr

Компания Liebherr является одним из крупнейших производителей как гусеничных кранов, так и опорно-поворотных подшипников. Для своих тяжелых гусеничных кранов серии LR (LR 1300, LR 1600, LR 11000, LR 13000) Liebherr применяет роликовые опорно-поворотные устройства собственного производства.

Особенности решений Liebherr:

Интеграция ОПУ с поворотной платформой обеспечивает оптимальное распределение нагрузок
Применение специальных уплотнительных систем для работы в морском климате
Собственное производство подшипников позволяет оптимизировать конструкцию под конкретные модели кранов
В кранах серии LR 13000 (грузоподъемность до 3000 т) применяются ОПУ с диаметром роликового пути более 12 м

Kobelco

Японский производитель Kobelco выпускает линейку тяжелых гусеничных кранов серии SL и CKE. Для моделей SL4500G, SL6000G и более мощных применяются трехрядные роликовые ОПУ с внутренним зацеплением.

Технические особенности:

Пылезащищенные подшипники поворота с внутренним зубчатым венцом (Dust-Resistant Internally Cut Swing Bearing)
Применение материала кольца 42CrMo с поверхностной закалкой дорожек
Конструкция обеспечивает работу в температурном диапазоне от -20 до +45 C
Система автоматического контроля момента (AML) для предотвращения перегрузки

Manitowoc

Американский производитель Manitowoc применяет различные конструктивные решения в зависимости от класса крана:

Для кранов средней грузоподъемности (модели 222, 555, 999) - трехрядные роликовые подшипники
Модель Manitowoc 16000 оснащена трехрядным роликовым подшипником тяжелого типа, специально рассчитанным для непрерывных циклических нагрузок
Для сверхтяжелых кранов (модель 31000 грузоподъемностью до 2300 т) применяется система роликового пути вместо традиционного турельного подшипника, что обеспечивает максимальное распределение нагрузки

Производитель	Модельный ряд	Грузоподъемность, т	Тип ОПУ
Liebherr	LR 1300 - LR 13000	300 - 3000	Роликовое, собственного производства
Kobelco	SL4500G, SL6000G, SL13000	400 - 800	Трехрядное роликовое, внутреннее зацепление
Manitowoc	999, 16000, 18000, 21000, 31000	275 - 2300	Трехрядное роликовое / роликовый путь

Монтаж и техническое обслуживание

Требования к монтажу

Правильный монтаж ОПУ критически важен для обеспечения расчетного срока службы и безопасной эксплуатации крана:

Параметр	Требование	Контроль
Плоскостность посадочных поверхностей	Не более 0.1 мм на 1000 мм диаметра	Измерение щупом по всей окружности
Шероховатость посадочных поверхностей	Ra 3.2 - 6.3 мкм	Профилометр
Момент затяжки болтов	Согласно документации производителя	Динамометрический ключ, перекрестная схема затяжки
Ориентация мягкой зоны (Soft Spot)	В зоне минимальных нагрузок	Совмещение маркировки "S" с расчетной зоной
Зазор в зубчатом зацеплении	0.03-0.04 * модуль (типовое значение)	Измерение щупом или свинцовой проволокой

Техническое обслуживание

Регулярное техническое обслуживание ОПУ включает следующие операции:

Смазка

Периодичность: согласно инструкции производителя (обычно каждые 50-100 часов работы или 1 раз в неделю)
Смазка дорожек качения через пресс-масленки до появления свежей смазки из уплотнений
Смазка зубчатого венца пластичной смазкой или маслом
Применяемые смазки: литиевые или кальциевые консистентные смазки NLGI 2

Контроль состояния

Проверка момента затяжки болтов крепления (ежемесячно или каждые 500 часов)
Измерение осевого люфта (износ дорожек качения)
Контроль износа зубьев зубчатого венца
Проверка состояния уплотнений
Контроль на наличие посторонних шумов и вибраций при вращении

Критерии замены ОПУ: Осевой люфт более 1 мм, износ зубьев более 20% от номинальной толщины, появление трещин в кольцах, повышенный шум или неравномерность вращения.

Диагностика состояния ОПУ

Методы диагностики

Для оценки технического состояния трехрядных роликовых ОПУ применяются следующие методы:

Метод	Контролируемый параметр	Периодичность
Измерение осевого люфта	Износ дорожек качения и роликов	Ежеквартально или каждые 1000 часов
Вибродиагностика	Дефекты тел качения и дорожек	Ежегодно или при появлении симптомов
Измерение момента сопротивления вращению	Состояние смазки, внутренние повреждения	При ТО
Визуальный контроль зубьев	Износ, питтинг, задиры	Ежемесячно
Ультразвуковая дефектоскопия	Внутренние трещины в кольцах	При капитальном ремонте
Анализ смазки	Продукты износа, загрязнения	Ежегодно

Типичные неисправности

Неисправность	Признаки	Причины
Износ дорожек качения	Увеличенный осевой люфт, неравномерность вращения	Нормальный износ, недостаточная смазка, перегрузка
Контактная усталость (питтинг)	Раковины на дорожках, повышенный шум	Перегрузка, недостаточная твердость, загрязнение смазки
Износ зубьев	Увеличенный боковой зазор, шум при повороте	Недостаточная смазка, несоосность привода
Коррозия	Ржавчина на открытых поверхностях, заедание	Повреждение уплотнений, работа в агрессивной среде
Ослабление болтов	Щелчки при нагрузке, неравномерный зазор	Недостаточный момент затяжки, вибрации

Часто задаваемые вопросы

Почему для тяжелых гусеничных кранов применяются именно трехрядные роликовые ОПУ?

Трехрядные роликовые ОПУ обладают наибольшей несущей способностью среди всех типов опорно-поворотных устройств. Разделение нагрузок между тремя независимыми рядами роликов позволяет точно распределить осевые, радиальные нагрузки и опрокидывающий момент. Линейный контакт роликов с дорожками качения обеспечивает значительно большую контактную площадь по сравнению с шариковыми подшипниками, что критически важно для кранов грузоподъемностью свыше 100 тонн.

Какой срок службы трехрядного роликового ОПУ гусеничного крана?

Расчетный срок службы ОПУ зависит от условий эксплуатации, режима работы и качества технического обслуживания. При соблюдении рекомендаций производителя по нагрузкам и смазке, срок службы составляет 15000-25000 часов работы или 10-15 лет эксплуатации. Для кранов, работающих в тяжелых условиях (морской климат, запыленность, непрерывная работа), срок службы может сокращаться до 8000-12000 часов.

Как определить необходимость замены ОПУ?

Основные критерии замены: осевой люфт превышает 1 мм (измеряется индикатором при приложении нагрузки), износ зубьев более 20% от номинальной толщины, наличие трещин в кольцах (выявляется УЗК или магнитопорошковым методом), повышенный момент сопротивления вращению, появление металлической стружки в смазке. Также замена требуется при обнаружении значительного питтинга дорожек качения.

Какую смазку использовать для трехрядного роликового ОПУ?

Рекомендуется использовать пластичные смазки на литиевой или кальциевой основе класса NLGI 2 с присадками EP (противозадирными). Для работы в расширенном температурном диапазоне применяются синтетические смазки. Для зубчатого венца используются специальные открытые зубчатые смазки или пластичные смазки с высокой адгезией. Периодичность смазки - согласно инструкции производителя, обычно каждые 50-100 часов работы.

В чем разница между внутренним и наружным зацеплением ОПУ?

При наружном зацеплении зубчатый венец расположен на внешней поверхности наружного кольца. Это обеспечивает удобный доступ к приводу поворота и простоту обслуживания. При внутреннем зацеплении зубья расположены на внутренней поверхности внутреннего кольца. Такая конструкция обеспечивает лучшую защиту зубьев от загрязнений и более компактные габариты, но усложняет обслуживание. Выбор типа зацепления определяется конструкцией крана.

Что такое мягкая зона (Soft Spot) и как она влияет на установку?

Мягкая зона - это участок дорожки качения, не прошедший поверхностную закалку при индукционном нагреве. Она образуется в месте смыкания начала и конца зоны нагрева. Этот участок имеет пониженную твердость и несущую способность, поэтому при монтаже ОПУ его необходимо расположить в зоне минимальных нагрузок. Маркировка буквой "S" на кольце указывает положение мягкой зоны.

Как рассчитать требуемый опрокидывающий момент для выбора ОПУ?

Опрокидывающий момент рассчитывается как сумма произведений всех вертикальных и горизонтальных сил на их плечи относительно центра ОПУ. Основные составляющие: момент от массы груза (Q * вылет), момент от массы стрелы (Gстр * расстояние до ЦТ), момент от ветровой нагрузки. Результат умножается на коэффициент динамичности (1.1-1.3) и коэффициент запаса (1.5-2.0). Расчет выполняется по ГОСТ 32579.1 или ISO 8686.

Можно ли восстановить изношенное ОПУ?

Ремонт трехрядных роликовых ОПУ возможен в специализированных предприятиях и включает: замену тел качения, восстановление или замену уплотнений, восстановление зубчатого венца методом наплавки с последующей механической обработкой. Однако при значительном износе дорожек качения или наличии трещин в кольцах ремонт нецелесообразен, требуется замена подшипника. Решение о ремонте принимается на основании дефектации.

Связанные товары и решения

Для эффективной работы оборудования рекомендуем также рассмотреть:

Отказ от ответственности

Данная статья носит исключительно информационно-ознакомительный характер и не является руководством к действию. Автор и издатель не несут ответственности за любые последствия, возникшие в результате использования представленной информации. Расчеты и технические решения должны выполняться квалифицированными специалистами с учетом конкретных условий эксплуатации и требований действующих нормативных документов. Перед выбором и эксплуатацией опорно-поворотных устройств необходимо обращаться к официальной технической документации производителя оборудования.

Источники

ГОСТ 18855-2013 (ISO 281:2007). Подшипники качения. Динамическая грузоподъемность и номинальный ресурс.
ГОСТ 18854-2013. Подшипники качения. Статическая грузоподъемность.
ГОСТ 33169-2014 (ISO 20332:2008). Краны грузоподъемные. Металлические конструкции. Подтверждение несущей способности.
ГОСТ 34017-2016. Краны грузоподъемные. Классификация режимов работы.
ГОСТ 32579.1-2013 (ISO 8686-1:2012). Краны грузоподъемные. Принципы формирования расчетных нагрузок и комбинаций нагрузок. Часть 1. Общие положения.
ГОСТ 801-78. Сталь подшипниковая. Технические условия.
ISO 4301-1:1986. Cranes and lifting appliances - Classification - Part 1: General.
ISO 8686-1:2012. Cranes - Design principles for loads and load combinations - Part 1: General.
ISO 15241:2012. Rolling bearings - Symbols for physical quantities.
Kania L., Krynke M., Mazanek E. Modelling of rollers in calculation of slewing bearing with the use of finite elements. Mechanism and Machine Theory, 2012, Vol. 58, pp. 29-45.
Hardened raceway calculation analysis of a three-row roller slewing bearing. International Journal of Mechanical Sciences, 2018.
Справочник по кранам: В 2 т. / Под общ. ред. М.М. Гохберга. - Л.: Машиностроение, 1988.
Техническая документация производителей: Liebherr, Rothe Erde, IMO, SKF, Kobelco, Manitowoc.

Появились вопросы?

Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.

Задать вопрос