Техническое обслуживание, транспортировка и хранение ОПУ

Опорно-поворотное устройство

Строительных машин

 

Ряд строительных машин:

● башенные и стреловые краны;

● одноковшовые экскаваторы;

● некоторые виды погрузчиков;

● автовышки.

имеют конструкцию, состоящую из:

• неповоротной части, являющейся опорой (основанием),

• и поворотной, на которой смонтированы рабочие органы и

основные механизмы их привода.

Поворотная часть техники соединяется с неповоротной при помощи опорно-поворотного устройства (ОПУ), которое:

▬ является опорой для поворотной платформы машины,

▬ служит соединительным звеном между поворотной

платформой и неповоротной рамой,

▬ для осуществления вращения и удержания поворотной

платформы относительно неповоротной рамы в задан-

ном положении,

▬ для передачи на неповоротную раму нагрузки от:

― силы тяжести поворотной части,

― внецентренных нагрузок от рабочих органов и ветровых давле-

ний.

 

Термин опорно-поворотное устройство (ОПУ) применяется по отношению к подшипникам, имеющим специальную конструкцию и обладающим большой грузоподъемностью, обеспечивающим медленное вращательное или осцилирующее движение, чаще всего в горизонтальной плоскости.

Изготавливаются и поставляются опорно-поворотные устройства для кранов, экскаваторов, трелевочных тракторов, ветродвигателей, проходческих щитов и других сложных машин и механизмов.

 

А б

 

В

Г д

 

Е ж з

 

Рис.1. ОПУ:

а – автокрана; б – автовышки; в – экскаватора; г – башенного крана

с поворотной башней; д - башенного крана с неповоротной башней; е - трелёвочного трактора; ж – ветродвигателей; з – проходческих щитов.

 

Опорно-поворотное устройство имеет следующие преимущества:

■ высокая надежность и стабильность в работе;

■ высокая кинематическая точность;

■ компактность конструкции;

■ высокие статические и динамические нагрузки;

■ возможность применения больших окружных скоростей.

■ незначительная чувствительность к перепадам температуры;

 

Опорно-поворотные устройства изготовляются как из нормализованного, так и из легированного термоулучшенного проката. Их надежность и долговечность достигается применением оригинальных закалочных индукторов.

 

 

Рис.2. Крепление опорно-поворотного устройства:

1 - болт; 2 - гайка; А - отверстие в опорной раме.

 

Кинематическая схема механизма вращения поворотной части представлена на рис.2:

 

 

Рис.3. Кинематическая схема механизмов

вращения поворотной части машин:

а - с зубчатой передачей;

б - с канатным приводом;

в - с приводом гидроцилиндрами;

1 – двигатель; 2 – соединительная муфта; 3 – тормоза; 4 – редуктор; 5 – ведущая шестерня; 6 – зубчатый венец; 7 – гладкий обод; 8 и 9 – два стальных каната;

10 – барабан; 11 – втулочно-роликовая цепь; 12 – гидроцилиндры.

 

Наиболее распространенным является механизм поворота с зубчатой передачей. Он состоит (рис.3 а) из двигателя 1, соединительной муфты 2, тормоза 3, редуктора 4, ведущей шестерни 5 и зубчатого венца 6 с внутренним или внешним зацеплением. Первые из них предпочтительнее как обеспечивающие более плавный ход.

Двигатель привода механизма вращения поворотной платформы машины может быть установлен на поворотной или неповоротной части, в зависимости от чего кинематическая схема механизма несколько видоизменяется.

При установке двигателя на поворотной платформе зубчатый венец закрепляется на неповоротной части. С зубчатым венцом находится постоянно в зацеплении ведущая шестерня, приводимая во вращение через систему зубчатых передач от двигателя. На первом валу редуктора размещается тормозной шкив с тормозом. При расположении двигателя на неповоротной части зубчатый венец крепится на поворотной части.

При больших диаметрах поворотных кругов применяется цевочная передача как более простая в изготовлении.

Еще более прост в изготовлении механизм поворота с гладким ободом 7, вокруг которого обвиваются два стальных каната 8 и 9, одним концом прикрепленные к поворотному кругу, а другими к барабанам 10 реверсивной лебедки (рис.3 б).

В машинах с гидравлическим приводом находит применение механизм поворота с гидроцилиндрами (рис.3 в). При втягивании одного из штоков гидроцилиндров 12 перемещается связанная с ним втулочно-роликовая цепь 11 и поворачивается зубчатая звездочка вместе с поворотной платформой. Достоинством такого механизма поворота является плавность трогания с места и торможения при остановке вращения поворотной части. Мощность двигателя привода механизма поворотов рассчитывается на преодоление общего момента сопротивления вращению М, складывающегося из моментов: от составляющей силы тяжести поворотной части крана и груза при расположении крана на наклонной плоскости М_ут', от силы трения М_тр, от ветровой нагрузки М_в, от инерционных сил М_ин:

 

М_{сопр. общ.}=М_укл.+М_тр.+М_в+М_ин. (1)

 

При вращении поворотной части крана, стоящего на наклонной плоскости, центр тяжести поворотной части будет занимать разные уровни по высоте от 0 до максимума, зависящие от угла наклона и расстояния от оси вращения, вследствие чего момент сопротивления на части окружности будет иметь знак «+», а затем «—».

Наибольшее значение момента от уклона

 

М_укл.max=[G+(Q+q)·R]·sinα, (2)

 

где G — сила тяжести поворотной части;

г_а — расстояние от оси вращения до центра тяжести поворотной части

крана;

Q + q — сила тяжести груза и крюковой обоймы;

R — расстояние от оси вращения до центра тяжести груза;

а — угол наклона.

 

М_тр=Р₁·r₁·µ₁+ Р₂·r₂·µ₂+ Р₃·r₃·µ₃. (3)

 

Ветровая нагрузка препятствует вращению поворотной части, эксцентрично расположенной относительно оси вращения. При расчетах необходимой мощности двигателя давление ветра Р принимается равным 150 Па на 1 м², а при проверке двигателя на перегрузочную способность - 250 Па. Ветровой момент является величиной переменной и зависит от положения подветренных поверхностей к направлению ветра.

Максимальное значение ветрового момента будет при направлении ветра нормально к подветренной поверхности машины, эксцентрично расположенной относительно оси вращения. При расположении подветренных поверхностей по обе стороны оси вращения их моменты будут иметь разные знаки:

 

М_в=Р·f·R+Σp·F·r, (4)

 

где f — подветренная поверхность груза, м²;

F — подветренная поверхность эксцентрично расположенных частей

машины, м²;

р — ветровое давление на м² поверхности;

r — расстояние от центров тяжести подветренных поверхностей до оси

вращения, м;

R — расстояние от оси вращения до центра тяжести подветренной по

верхности груза, м.

 

Момент инерционных сил складывается из момента инерции груза и моментов инерции отдельных элементов машины (стрелы, противовеса и т. д.):

 

М_ин= J_o, (5)

 

где ΣJ — сумма моментов инерции груза и элементов крана, приведенных

к оси вращения;

0,105 — угловое ускорение;

n — угловая скорость поворотной части;

t — время разгона.

 

Необходимая мощность двигателя для механизма поворота в кВт при М в кгм:

 

N_дв.= n= , (6)

 

где η — к. п. д. механизма привода поворотной части;

М_{сопр.общ} — суммарный момент сопротивления вращения.

 

Так как преодоление сопротивлений от инерционных сил происходит за 1 - 3 с (период разгона), то номинальная мощность двигателя кранового типа может быть принята меньше подсчитанной за счет его перегрузочной способности.

Тормозной момент, развиваемый тормозом, установленным на первом валу редуктора, равен:

 

М_т=К_з· . (7)

 

где К_з — коэффициент запаса тормозного момента;

i — передаточное число механизма поворота;

η — к. п. д. системы передач.

 

В зацеплении с зубчатым венцом находится ведущая шестерня механизма вращения.

 

 

 

Рис.4. ОПУ и кинематическая схема механизма вращения

поворотной части машин:

а - с зубчатой передачей; б - с канатным приводом; в - с гидравлическим

приводом; 1 - электродвигатель; 2 - муфта; 3 - тормоз; 4 - редуктор;

5 - шестерня; 6 - зубчатый венец.

 

 

Рис.5. Механизм поворота платформы (БМ-802С):

1 – гидроцилиндры; 2 - специальная рама; 3 – шестерня; 4 – цепь;

5 – платформа; 6 - зубчатый венец; 7 – вал; 8 – звездочка.

Современные конструктивные схемы опорно-поворотных кругов. Опорно-поворотный круг является важнейшей частью механизма вращения. Он служит опорой для поворотной части крана или экскаватора и является звеном, соединяющим её с неповоротной частью.

Опорно-поворотный круг воспринимает нагрузки, действующие на поворотную часть машины, и удерживает поворотную часть от смещения в горизонтальной плоскости.

В стреловых самоходных кранах и экскаваторах применяются опорно-поворотные устройства, в которых поворот осуществляется относительно неподвижного опорного круга, жёстко закреплённого на раме ходовой части.

В настоящее время широкое применение на кранах и экскаваторах получили многоопорные опорно-поворотные круги – роликовые и шариковые.

Опорно-поворотное устройство представляет собой конструкцию, состоящую из колец – верхнего и нижнего (наружного и внутреннего), между которыми установлены шарики (перекрестно короткие цилиндрические ролики, катки).

 

А б

 

Рис.6. Элемент опорно-поворотного устройства:

а – круг с внешним зацеплением; б – круг с внутренним зацеплением.

 

Диаметр ОПУ может достигать 8 метров в случае неразрезного кольца. Производятся опорно-поворотные подшипники диаметром до 18 метров. В этом случае кольца состоят из нескольких сегментов. Обычно кольца стальные, хотя могут быть из нержавеющей стали, немагнитные из легкого сплава, латуни или титана, в том числе со стальными дорожками качения.

Внешнее или внутреннее кольцо опорно-поворотного устройства могут иметь зубцы зубчатой передачи для привода вращения и крепежные отверстия. Кольца также могут поставляться со встроенным приводом – червячной или зубчатой передачей.

Большинство современных кранов и экскаваторов выпускают с опорно-поворотными устройствами следующих видов, допускающие комбинированную (и осевую, и радиальную) нагрузку и выдерживающие опрокидывающий момент:

● шариковые;

● роликовые;

● с центральной цапфой и катками, катающимися по круговому рельсу.

Опорно-поворотные круги нормализованы.

Шарики (ролики) и беговые дорожки расположены в замкнутом рабочем пространстве (между верхним и нижним кольцами) и защищены уплотнениями, предохраняющих рабочую полость опорно-поворотного устройства от утечки смазки и от проникновения пыли и грязи.

За счет селективной подборки шариков (роликов) и высокоточной технологии изготовления наружных и внутренних колец достигается беззазорная сборка опорно-поворотного устройства, что позволяет получить высокую кинематическую точность при жесткой соосности посадочных отверстий внутреннего и наружного колец.

Наиболее распространенными являются следующие опорно-поворотные устройств:

- с одним рядом шариков;

- с двумя рядами шариков – более тонкого сечения;

- с перекрестными роликами (подшипники с перекрестными роликами) –

для высоких нагрузок;

- с тремя рядами роликов – для очень высоких нагрузок;

- комбинированные - с одним или несколькими рядами шариков и роли-

ков.

Устройство шарикового и роликового опорно-поворотного круга показано на рис. Так же как и роликовый, он состоит из массивного кольца, прикрепляемого болтами к опорной раме ходового устройства. В нем выточены две беговые дорожки для двух рядов шариков. Два наружных кольца - нижнее и верхнее - стягиваются между собой и прикрепляются к поворотной платформе болтами. Верхний ряд шариков воспринимает опорные нагрузки, а нижний ряд шариков отрывающие нагрузки.

 

 

Рис.7. Поперечные сечения наиболее употребительных

шариковых и роликовых кругов:

а – однорядный шариковый круг; б – то же, двухрядный с симметричным расположением шаров; в – то же, с верхним рядом шаров на горизонтальной дорожке; г и д – одно- и двухрядный»проволочные» круги; е – роликовый круг.

У опорно-поворотного устройства каткового типа (рис. а) нижний опорный круг 1 вместе с зубчатым венцом 2 закреплен на раме ходовой части машины. Поперечное сечение опорного круга имеет вид швеллера, по нижней полке которого катятся катки 3, смонтированные на кронштейнах 4 поворотной платформы 5. Верхняя полка опорного кольца служит контррельсом, воспринимающим нагрузки от опрокидывающего момента. Центральная цапфа 6 служит для центрирования поворотной платформы относительно неповоротной и для восприятия горизонтальных нагрузок. В отверстии центральной цапфы размещены шарикоподшипники 8 и вертикальный вал 7, передающий вращение от двигателя к ходовому устройству.

Несколько видоизмененный вариант опорно-поворотного устройства каткового типа изображен на рис. б. Оно отличается от описанного выше тем, что состоит из двух кругов: нижнего 11, укрепленного на неподвижной раме, и верхнего 12, укрепленного на поворотной платформе; между этими кругами размещаются катки 13, соединенные в общую обойму сепаратором 14. Отрывающие нагрузки воспринимаются кольцевым выступом нижнего круга и обратными катками 9, укрепленными на кронштейнах 10 поворотной платформы.

 

В том случае, когда их типовые размеры не обеспечивают заданные нагрузки, применяют опорно-поворотные устройства с катками, катящимися по круговому рельсу (рис.):

 

 

Рис.8. Опорно-поворотное устройство каткового типа:

1 – нижний опорный круг; 2 – зубчатый венец; 3 – катки; 4 – кронштейны; 5 - поворотная платформа; 6 – центральная цапфа; 7 – вертикальный вал; 8 - шарикоподшипники; 9 – обратные катки; 10 – кронштейны поворотной платформы;

11 – нижний круг; 12 – верхний круг; 13 – катки; 14 – сепаратор.

 

Опорно-поворотные устройства могут быть с опорными поверхностями на колонне, расположенными в двух уровнях, отстоящих один от другого на значительном расстоянии, или в виде поворотного круга на роликах, шариках или катках. У первых реакции от нагрузок направлены горизонтально, а у вторых — вертикально.

 

 

Рис.9. ОПУ:

а - башенного крана с неповоротной башней (ОПУ на колонне с подпятником у верхней опоры); б - башенного крана с неповоротной башней (ОПУ на колонне с подпятником у нижней опоры);

 

Опорно-поворотные устройства с опорными поверхностями на колонне широко применяются у башенных кранов большой грузоподъемности с неповоротной башней, а также на кранах более раннего выпуска (рис.9). Эти опорно-поворотные устройства бывают с нижним или верхним расположением центральной цапфы и подпятника. При расположении подпятника на верхнем уровне (рис.9 ^а) остов (неповоротная часть) машины выполняется в виде усеченного конуса 1 или пирамиды, вершина которых несет на себе центральную цапфу 3 и шариковый подпятник 4. В верхней части поворотной фермы 5 предусматривается ступица 2, надеваемая на цапфу 3. На нижнем уровне конусообразного выступа расположены опорные ролики 7, воспринимающие горизонтальные усилия от кругового рельса (бандажа) 6 поворотной фермы шатра 5.

При нижнем расположении центральной цапфы поворотная часть имеет конусообразный выступ, а у основания предусматривается соответствующее заглубление для цапфы 3 и подпятника 4 (рис.9 ^б).

 

Шариковый опорно-поворотный круг также как и роликовый, состоит из массивного кольца, прикрепляемого болтами или сваркой к опорной раме ходового устройства. В нём выточены две беговые дорожки для двух рядов шариков. Два наружных – нижнее и верхнее стягиваются между собой и прикрепляются к поворотной раме болтами.

Верхний ряд шариков воспринимает опорные нагрузки, а нижний ряд шариков отрывающие нагрузки.

Опорно-поворотное устройство кранов КС-4561 состоит из неподвижной части, имеющей с наружной стороны зубчатый венец, а с внутренней стороны две опорные дорожки для шариков. Подвижная часть устройства, состоящая из верхнего и нижнего колец (в сборе с наружным неподвижным кольцом с набором шариков), соединенных болтами, закреплена на поворотной части крана. Неподвижная часть устройства закреплена на неповоротной раме.

 

 

Рис.10. Опорно-поворотный круг:

а - круг в аксонометрии; б - сечение по шариковому кругу с зубчатым зацеплением; 1,2 - разъемные кольца, 3 - неподвижное внутреннее кольцо, 4 - зубчатый венец, 5 - шарик, 6 - сепараторная втулка, 7,8 - ролики, 9 - цевка, 10 - пресс-масленка, 11 - наружное кольцо.

 

 

Рис.11. Опорно-поворотное устройство кранов КС-4561:

1 - неподвижная часть; 2 - верхнее кольцо; 3 – нижнее

кольцо; 4 - поворотная рама.

 

 

Рис.12. Схема опорно-поворотного круга шарикового типа:

1 – поворотная рама; 2 – верхнее кольцо; 3 – шарики; 4 – нижнее кольцо;

5 – опорно-зубчатый венец; 6 – опорная рама; 7 – шпильки.

 

Роликовый опорно-поворотный круг состоит из:

- массивного кольца, соединённого с рамой, в котором вытачиваются

кольцевые беговые дорожки;

- роликов,

- двух колец, соединённых между собой болтами и связанных жёстко с

поворотной рамой.

 

Рис.13. Опорно-поворотный круг:

в - сечение по роликовому кругу; г - сечение по шариковому кругу с цевочным зацеплением; д- сечение по двухрядному роликовому кругу; 1,2 - разъемные кольца, 3 - неподвижное внутреннее кольцо, 4 - зубчатый венец, 5 - шарик, 6 - сепараторная втулка, 7,8 - ролики, 9 - цевка, 10 - пресс-масленка, 11 - наружное кольцо.

 

Ролики, используемые в качестве тел качения, укладываются через один нормально друг к другу, под углом к вертикали 60^º или 30º так, чтобы половина их катящаяся по дорожкам „В”, воспринимает опорные нагрузки, а вторая половина, катящаяся по дорожкам „Г” – отрывающие.

 

 

Рис.14. Расположение роликов.

 

На внутренней поверхности опорного кольца нарезается зубчатый венец, с которым входит в зацепление ведущая шестерня механизма вращения машины.

Роликовые и шариковые опорно-поворотные круги нормализованы

 

 

Рис.15. Схема роликового опорно-поворотного круга:

1 - поворотная рама; 2 – верхнее кольцо; 3 – нижнее кольцо; 4 – нижнее кольцо, закреплённое к надрамнику; 5 – ролики; 6 – опорно-зубчатый венец; 7 – шпильки.

В случае, когда их типовые размеры шариков или роликов не обеспечивают заданные нагрузки, применяют опорно-поворотные устройства с катками, катящимися по круговому рельсу.

В зацеплении с зубчатым венцом находится ведущая шестерня механизма вращения.

 

 

Рис.16 Схема опорно-поворотного круга с катками:

1 – поворотная рама; 2 – опорный рельс; 3 – катки; 4 – опорно-зубчатый венец;

5 – неповоротная рама; 6 – удерживающее устройство; 7 - шпильки.

 

Техническое обслуживание, транспортировка и хранение ОПУ

должно включать проверку затяжки присоединительных болтов, а также операцию пополнения смазки во внутренние полости опоры и рабочие поверхности зубьев.

Проверка затяжки болтов должна производиться путем приложения к каждому из них крутящего момента, последовательно повышаемого до 0,5 кН·м (50 кГс·м) для болтов М20 из материала класса 10.9. Первая проверка затяжки болтов должна быть проведена перед началом ввода изделия в эксплуатацию, следующая - после двух - трех смен работы изделия. Периодичность и порядок проведения последующих проверок затяжки болтов должны производиться в соответствие с приведенной таблицей.

 

Таблица 1