ОПУ консольных кранов: поворот колонны

Назначение и функции ОПУ в консольных кранах

Опорно-поворотные устройства в консольных кранах представляют собой специализированные подшипниковые узлы, которые обеспечивают вращение консоли относительно вертикальной оси колонны. Консольные краны, регламентируемые ГОСТ 19494-74 для ручных кранов грузоподъемностью 0,5-3,2 т и ГОСТ 19811-90 для электрических моделей грузоподъемностью 0,125-16 т, применяются на производственных участках для локального перемещения грузов при вылете стрелы до 10 метров.

ОПУ консольного крана выполняет три основные функции: опорную функцию путем восприятия вертикальных нагрузок от массы груза, консоли и грузоподъемного механизма; поворотную функцию за счет обеспечения вращения консоли вокруг оси колонны с минимальным сопротивлением; силовую функцию посредством передачи горизонтальных нагрузок и опрокидывающих моментов на фундаментную часть.

Компактность конструкции консольных кранов предъявляет особые требования к ОПУ. Устройство должно обеспечивать надежную работу при значительных радиальных и осевых нагрузках в ограниченном монтажном пространстве. Типовое опорно-поворотное устройство консольного крана состоит из верхнего радиального подшипника, воспринимающего горизонтальные усилия, и нижнего упорного подшипника или группы роликов, передающих вертикальные нагрузки на опорную раму.

Конструктивные особенности ОПУ консольных кранов

Компоновка опорно-поворотного узла

Опорно-поворотный узел консольного крана монтируется на неподвижной колонне, которая изготавливается из стальной бесшовной трубы по ГОСТ 8732-78. Для кранов грузоподъемностью до 2 тонн применяются трубы диаметром 159-219 мм с толщиной стенки 6-10 мм. Колонна снабжается верхним и нижним наконечниками, диаметры которых соответствуют посадочным размерам подшипников.

Поворотная часть крана включает гильзу, выполненную из стальной трубы большего диаметра, которая охватывает колонну и вращается на подшипниках. К гильзе приваривается консоль двутаврового сечения, по которой перемещается грузоподъемная таль. Конструкция обеспечивает угол поворота до 360 градусов для свободно стоящих кранов и до 240 градусов для настенных моделей.

Подшипниковые опоры

Верхняя подшипниковая опора устанавливается в верхней части гильзы и воспринимает радиальные нагрузки от опрокидывающего момента. Применяются радиальные шариковые подшипники серии 2000 или роликовые подшипники серии 3000 с внутренним диаметром от 50 до 100 мм в зависимости от грузоподъемности крана.

Нижняя опора реализуется в двух вариантах. Первый вариант предусматривает упорный шариковый или роликовый подшипник, устанавливаемый на нижнем наконечнике колонны. Второй вариант использует группу опорных роликов, закрепленных на поворотной части и катящихся по круговому рельсу неподвижной опорной рамы. Роликовая конструкция применяется для кранов грузоподъемностью свыше 2 тонн.

Типы опорно-поворотных устройств для консольных кранов

Шариковые опорно-поворотные устройства

Шариковые ОПУ применяются в консольных кранах малой грузоподъемности до 1 тонны. Конструкция представляет собой радиально-упорный подшипник с четырехточечным контактом, способный воспринимать комбинированные нагрузки. Шарики диаметром 12-20 мм размещаются в дорожках качения внутреннего и наружного колец с углом контакта 45 градусов.

Преимуществами шариковых ОПУ являются низкое трение при вращении, точность позиционирования консоли и простота конструкции. Недостатком служит ограниченная грузоподъемность из-за точечного контакта шариков с дорожками качения. Статическая грузоподъемность типового шарикового ОПУ диаметром 200 мм составляет 15-20 кН.

Роликовые опорно-поворотные устройства

Роликовые ОПУ используются в кранах грузоподъемностью от 2 до 5 тонн. Цилиндрические ролики обеспечивают линейный контакт с дорожками качения, что увеличивает площадь передачи нагрузки и повышает грузоподъемность устройства. Ролики диаметром 20-40 мм и длиной 25-50 мм располагаются в один ряд между внутренним и наружным кольцами.

Для компенсации осевых нагрузок применяются конические или перекрестные ролики. Конические ролики устанавливаются под углом 60 градусов к горизонтали для восприятия вертикальных усилий и 30 градусов для радиальных нагрузок. Перекрестное расположение роликов обеспечивает равномерное распределение нагрузок и повышает жесткость опоры.

Комбинированные конструкции

В консольных кранах специального назначения применяются комбинированные ОПУ, сочетающие шариковые и роликовые ряды. Роликовый ряд воспринимает основные осевые нагрузки, шариковый ряд обеспечивает центрирование и восприятие радиальных усилий. Такая конструкция позволяет повысить грузоподъемность при сохранении компактных размеров узла.

Расчет ОПУ по грузовому моменту

Определение расчетных нагрузок

Основными расчетными параметрами для выбора ОПУ консольного крана являются осевая нагрузка, радиальная нагрузка и опрокидывающий момент. Осевая нагрузка определяется суммированием массы груза, консоли, тали и поворотной части крана с учетом динамического коэффициента.

Радиальная нагрузка возникает от горизонтальных усилий при перемещении груза и инерционных сил при вращении консоли. Для кранов с ручным поворотом радиальная нагрузка составляет 0,1-0,15 от осевой нагрузки. При механическом приводе поворота коэффициент увеличивается до 0,2-0,25 из-за динамических воздействий.

Расчет опрокидывающего момента

Опрокидывающий момент является критическим параметром для выбора ОПУ консольного крана. Момент создается несимметричным расположением груза относительно оси вращения и рассчитывается относительно точки опоры на нижнем подшипнике.

Выбор подшипников по статической грузоподъемности

Статическая грузоподъемность подшипника определяет максимальную нагрузку, которую подшипник выдерживает без остаточных деформаций. Для опорных подшипников консольных кранов применяется коэффициент запаса прочности S₀ = 1,5-2,0 для стандартных условий эксплуатации и S₀ = 2,5-4,0 для тяжелонагруженных узлов.

Критерии выбора ОПУ для консольного крана

Грузоподъемность и габариты

Первичным критерием выбора ОПУ является соответствие его грузоподъемности расчетным нагрузкам крана с учетом коэффициента запаса. Габаритные размеры устройства должны соответствовать монтажному пространству на колонне. Наружный диаметр ОПУ выбирается с учетом диаметра колонны и толщины гильзы поворотной части.

Для стандартных консольных кранов применяются ОПУ с наружным диаметром от 200 до 800 мм. Высота устройства варьируется от 50 до 150 мм в зависимости от типа подшипников и количества рядов тел качения. Компактные конструкции предпочтительны для настенных кранов с ограниченным пространством установки.

Тип зацепления для привода поворота

Консольные краны с механическим приводом поворота требуют ОПУ с зубчатым венцом для передачи вращающего момента. Различают внутреннее зацепление, когда зубья нарезаны на внутренней поверхности наружного кольца, и наружное зацепление с зубьями на внешней поверхности внутреннего кольца.

Внутреннее зацепление применяется в компактных конструкциях, где приводная шестерня располагается внутри ОПУ. Наружное зацепление используется при установке привода снаружи поворотного узла. Модуль зубчатого зацепления выбирается в диапазоне 3-8 мм в зависимости от передаваемого крутящего момента.

Точность изготовления и класс точности

Для консольных кранов общепромышленного применения достаточна нормальная точность изготовления ОПУ с радиальным биением не более 0,1 мм и осевым биением до 0,15 мм. Прецизионные консольные краны для точных монтажных работ требуют ОПУ класса точности P5 или выше с биением до 0,05 мм.

Монтаж и техническое обслуживание ОПУ

Требования к установке опорно-поворотного устройства

Монтаж ОПУ консольного крана начинается с подготовки посадочных поверхностей колонны и гильзы. Поверхности очищаются от загрязнений и проверяются на отсутствие задиров, вмятин и коррозии. Допустимая шероховатость посадочных мест составляет Ra 3,2 мкм для нормальной точности и Ra 1,6 мкм для прецизионных установок.

Перед установкой ОПУ смазывается консистентной смазкой типа Литол-24 ГОСТ 21150-87 или специализированными смазками для подшипников качения. Смазка наносится на дорожки качения, тела качения и уплотнения. Количество смазки составляет 30-50 процентов от свободного объема подшипникового узла для обеспечения эффективной работы без избыточного нагрева.

Затяжка крепежных элементов

Крепление колец ОПУ к опорной раме и поворотной части осуществляется высокопрочными болтами класса прочности 8.8 или 10.9. Затяжка болтов производится динамометрическим ключом в три этапа по схеме крест-накрест для равномерного распределения усилий: предварительная затяжка с моментом 30 процентов от номинального, промежуточная с моментом 70 процентов и окончательная до 100 процентов номинального момента.

Указанные моменты затяжки приведены для сухих болтов без покрытия. При использовании оцинкованных болтов момент затяжки следует уменьшить на 10-15 процентов из-за снижения коэффициента трения. После предварительной затяжки проверяется свободное вращение поворотной части крана без заеданий, что указывает на правильную установку ОПУ.

Регламент технического обслуживания

Периодическое техническое обслуживание ОПУ консольного крана включает проверку момента затяжки крепежных болтов, контроль состояния смазки и диагностику износа подшипников. Проверка затяжки болтов проводится ежемесячно в первые три месяца эксплуатации для выявления возможной потери предварительного натяга.

Смазка ОПУ обновляется каждые 500 часов работы или раз в полгода при периодическом режиме эксплуатации. Старая смазка удаляется промывкой керосином или специальными моющими составами. После промывки и сушки наносится свежая смазка в количестве, определенном технической документацией.

Диагностика неисправностей

Основными признаками неисправности ОПУ являются увеличенный люфт при вращении консоли, посторонние шумы при повороте, повышенная температура подшипникового узла и затрудненное вращение. Увеличенный люфт свидетельствует об износе дорожек качения или ослаблении затяжки крепежных болтов.

Посторонние шумы возникают при повреждении сепараторов, попадании посторонних частиц в зону качения или недостаточной смазке. Повышение температуры выше 70 градусов Цельсия указывает на перетяжку подшипников, недостаток смазки или повышенное трение из-за загрязнения. При обнаружении неисправностей необходима остановка крана и проведение ремонтных работ.

Часто задаваемые вопросы