ОПУ колёсных экскаваторов-погрузчиков

Назначение и особенности ОПУ экскаваторов-погрузчиков

Опорно-поворотное устройство в экскаваторе-погрузчике выполняет критически важную функцию соединения поворотной части машины с рамой базового шасси. Конструкция погрузчиков предъявляет специфические требования к ОПУ, обусловленные особенностями рабочего цикла и компоновки машины.

Экскаваторы-погрузчики характеризуются ограниченным углом поворота рабочего оборудования, обычно в пределах 180-205 градусов, что существенно отличает их от полноповоротных моделей с вращением на 360 градусов. Данная особенность определяет специфику нагружения опорно-поворотного узла и позволяет применять более компактные конструкции.

Основные функции ОПУ в экскаваторе-погрузчике

Опорно-поворотное устройство обеспечивает передачу всех эксплуатационных нагрузок от рабочего оборудования на раму машины. При работе экскаватора-погрузчика ОПУ воспринимает осевые нагрузки от массы поворотной платформы с установленным оборудованием, радиальные нагрузки от горизонтальных усилий при копании и опрокидывающий момент, возникающий при работе с вынесенным ковшом.

Конструкция должна обеспечивать плавное вращение поворотной части с минимальным сопротивлением, что критично для производительности машины и снижения энергопотребления гидравлической системы. Современные ОПУ экскаваторов-погрузчиков рассчитаны на интенсивную эксплуатацию с ресурсом до 8000-10000 моточасов при условии регулярного технического обслуживания.

Конструктивные особенности компактных ОПУ

Для экскаваторов-погрузчиков применяются преимущественно шариковые опорно-поворотные устройства, которые обеспечивают оптимальное соотношение между грузоподъемностью, габаритными размерами и массой узла. Конструкция компактного ОПУ включает внутреннее и наружное кольца, изготовленные из легированной конструкционной стали с термической обработкой для обеспечения твердости рабочих поверхностей.

Основные конструктивные элементы

Между кольцами располагаются закаленные шарики, размещенные в одном или двух рядах в зависимости от требуемой грузоподъемности. Для экскаваторов-погрузчиков массой 7-9 тонн типично применение двухрядных шариковых ОПУ с диаметром шариков 35-45 мм. Разделение шариков между собой обеспечивается сепараторами, выполненными из упрочненного нейлона или металла, которые предотвращают взаимный контакт тел качения и обеспечивают равномерное распределение нагрузки.

Зубчатый венец для передачи вращательного движения может располагаться на внутреннем или наружном кольце. На экскаваторах-погрузчиках чаще применяется внутреннее зацепление, когда зубья нарезаны на внутренней поверхности наружного кольца, что обеспечивает компактность конструкции и защиту зацепления от загрязнений.

Материалы и термообработка

Кольца ОПУ изготавливаются из легированных конструкционных сталей с содержанием хрома и молибдена, обеспечивающих высокую прокаливаемость и ударную вязкость. Применяются стали марок 42CrMo4 по европейскому стандарту или их аналоги. После механической обработки детали подвергаются поверхностной закалке с достижением твердости рабочих дорожек 55-62 HRC. Такая обработка обеспечивает высокую износостойкость при сохранении вязкости сердцевины детали.

Шарики изготавливаются из подшипниковой стали с полной объемной закалкой до твердости 60-66 HRC. Сферическая поверхность шариков обрабатывается с высокой точностью, что обеспечивает равномерное распределение нагрузки между всеми телами качения.

Работа при частых реверсах поворота

Специфика эксплуатации экскаваторов-погрузчиков заключается в многократных коротких циклах поворота с частой сменой направления вращения. Типичный рабочий цикл включает поворот от места копания к месту выгрузки и обратно, что может составлять до 40-60 реверсов в час интенсивной работы.

Особенности нагружения при реверсивной работе

При каждом реверсе направления вращения происходит кратковременное увеличение нагрузки на элементы ОПУ вследствие необходимости преодоления инерции поворотной части машины. Динамические нагрузки при разгоне и торможении могут превышать статические в 1,5-2 раза, что требует соответствующего запаса прочности конструкции.

Знакопеременный характер нагружения приводит к накоплению усталостных повреждений в материале колец и тел качения. Для минимизации влияния этого фактора применяются стали с повышенными характеристиками циклической прочности, а расчет ОПУ ведется с учетом коэффициента безопасности не менее 1,8-2,0.

Система смазки при реверсивных нагрузках

Частые реверсы создают повышенные требования к системе смазки ОПУ. При изменении направления вращения происходит перераспределение смазочного материала в зоне контакта шариков с дорожками качения. Для обеспечения надежной смазки применяются специальные консистентные смазки с улучшенными противоизносными свойствами на основе литиевого комплекса.

Современные ОПУ экскаваторов-погрузчиков оснащаются системой подачи смазки через масленки, расположенные по периметру устройства. Периодичность смазывания для машин, работающих с частыми реверсами, составляет каждые 50 моточасов работы, что чаще стандартного регламента.

Технические характеристики ОПУ

Выбор опорно-поворотного устройства для экскаватора-погрузчика определяется комплексом технических параметров, включающих геометрические размеры, грузоподъемность и характеристики зубчатого зацепления. Для машин массой 7-9 тонн применяются ОПУ с наружным диаметром 950-1200 мм и внутренним диаметром 750-1000 мм.

Зубчатое зацепление ОПУ

Зубчатый венец выполняется с модулем зуба 10-12 мм, что обеспечивает достаточную прочность при передаче крутящего момента. Угол профиля зуба стандартизирован и составляет 20 градусов в соответствии с требованиями ГОСТ 13755-2015. Качество изготовления зубчатого венца должно соответствовать классу точности 8-10 по ГОСТ 1643-81.

Твердость рабочих поверхностей зубьев достигается поверхностной закалкой до 50-58 HRC, что обеспечивает износостойкость при сохранении вязкости основания зуба. Глубина упрочненного слоя составляет 3-5 мм, что предотвращает выкрашивание поверхности при ударных нагрузках.

Применение на различных моделях техники

Крупнейшие производители экскаваторов-погрузчиков применяют опорно-поворотные устройства различных конструкций, адаптированных к особенностям конкретных моделей машин.

JCB 3CX и 4CX

Экскаваторы-погрузчики JCB серий 3CX и 4CX комплектуются двухрядными шариковыми ОПУ с внутренним зацеплением. Конструкция обеспечивает угол поворота рабочего оборудования до 200 градусов с возможностью боковой разгрузки. Особенностью конструкции является применение усиленных уплотнений, препятствующих проникновению загрязнений в рабочую зону ОПУ.

Caterpillar 428 и 434

Экскаваторы-погрузчики Caterpillar серий 428 и 434 оснащаются опорно-поворотными устройствами с роликовым исполнением для старших моделей и шариковым для машин стандартной комплектации. Конструктивной особенностью является применение системы Cushion Swing System, которая сглаживает динамические нагрузки при реверсе поворота за счет гидравлических демпферов.

Volvo BL71 и BL61

Экскаваторы-погрузчики Volvo комплектуются компактными однорядными ОПУ для моделей массой до 7 тонн и двухрядными для машин 8-9 тонн. Характерной особенностью является применение герметичных уплотнений повышенной надежности, что позволяет увеличить интервалы смазывания.

Case 580 и 695

Экскаваторы-погрузчики Case применяют унифицированную линейку ОПУ для различных моделей, что упрощает техническое обслуживание и снабжение запасными частями. Конструкция предусматривает возможность регулировки зазора между кольцами путем установки компенсационных прокладок различной толщины.

Подбор и взаимозаменяемость

При замене опорно-поворотного устройства необходимо учитывать комплекс геометрических и прочностных параметров для обеспечения совместимости с конкретной моделью машины. Прямая взаимозаменяемость ОПУ различных производителей возможна лишь при совпадении посадочных размеров и характеристик зубчатого зацепления.

Критерии подбора аналогов

Основными параметрами для подбора являются наружный и внутренний диаметры по центрам крепежных отверстий, количество и расположение отверстий под болты крепления, диаметр отверстий под болты. Для экскаваторов-погрузчиков стандартизирована схема расположения отверстий с угловым шагом, что соответствует определенному количеству отверстий по периметру.

Параметры зубчатого зацепления должны полностью совпадать, включая модуль зуба, количество зубьев и расположение венца. Несовпадение этих параметров делает невозможным применение ОПУ без переделки привода поворотного механизма.

Грузоподъемность и расчет нагрузок

При подборе аналога критически важно обеспечить достаточную грузоподъемность ОПУ для восприятия эксплуатационных нагрузок. Динамическая грузоподъемность должна превышать расчетные нагрузки с коэффициентом запаса не менее 1,5. Для экскаваторов-погрузчиков массой 8-9 тонн требуемая осевая статическая грузоподъемность составляет 500-650 кН.

Техническое обслуживание и диагностика

Регулярное техническое обслуживание опорно-поворотного устройства является необходимым условием обеспечения расчетного ресурса и безопасной эксплуатации машины. Для экскаваторов-погрузчиков, работающих в режиме частых реверсов, периодичность обслуживания сокращается по сравнению со стандартным регламентом.

Регламент технического обслуживания

Ежесменное обслуживание включает визуальный осмотр ОПУ на предмет подтеков смазки, посторонних шумов при вращении, повреждений уплотнений. Любые отклонения от нормального состояния требуют немедленного устранения для предотвращения развития неисправности.

Через каждые 50 моточасов работы производится подача смазки через масленки. Для одного цикла смазывания требуется 300-400 грамм консистентной смазки на литиевой основе с температурным диапазоном применения от минус 30 до плюс 120 градусов Цельсия.

Проверка затяжки крепежных болтов

Крепежные болты ОПУ подвергаются переменным нагрузкам при работе машины, что может привести к их ослаблению. Первая проверка затяжки должна проводиться после 50 моточасов работы новой или отремонтированной машины, далее каждые 100 моточасов. Момент затяжки устанавливается производителем машины в зависимости от диаметра болтов.

Затяжка ведется динамометрическим ключом в диаметрально противоположной последовательности для обеспечения равномерного прижима колец. Перетяжка болтов недопустима, так как может привести к деформации колец и нарушению геометрии дорожек качения.

Диагностика неисправностей

Основными признаками неисправности ОПУ являются повышенный шум при вращении, увеличение усилия на привод поворота, осевое биение поворотной платформы. Появление металлического скрежета свидетельствует о разрушении тел качения или дорожек, что требует немедленной остановки машины и проведения дефектации.

Измерение осевого зазора проводится индикатором часового типа при приложении осевой нагрузки. Допустимый зазор для новых ОПУ составляет 0,2-0,5 мм, при увеличении зазора требуется регулировка установкой дополнительных компенсационных прокладок.

Часто задаваемые вопросы