Опорно-поворотное устройство для различного оборудования

В современном мире особое внимание уделяется созданию и последующей эксплуатации различных механизмов и машин. На фоне этого достижения нынешних инженеров позволяют использовать уже передовые разработки, которые на первый взгляд не кажутся чем-то сверхъестественным, но вместе с тем прекрасно показывают себя на практике. Об одном из таких видов оборудования, которое используется сегодня все чаще и чаще, и пойдет речь в данной статье. Название этого промышленного изделия – опорно-поворотные устройства (ОПУ). Обо всех его особенностях, разновидностях, ремонтах и сфере использования мы погорим подробнее.

Краткая информация

Итак, опорно-поворотное устройство – это продуманный до мелочей, высокоэффективный механизм, предназначенный для передачи нагрузки от поворотной детали к непосредственно ходовому элементу. Эти устройства разработаны не сегодня, однако с годами популярность данного узла только растет, и его устанавливают не только на автокранах и промышленных агрегатах, но и даже на спутниковых антеннах.

Классификация

Опорно-поворотное устройство, как и любое другое заводское техническое изделие, имеет свою классификацию. Так, каждое из таких устройств может осуществлять вращение относительно:

• Статичных, неподвижных кронштейнов.
• Неподвижной колонны.
• Неподвижного опорного круга.

Виды

ОПУ шарикового типа производится в виде двухрядного радиально-упорного шарикоподшипника. Данное устройство включает в себя наружную и внутреннюю обоймы и два ряда шариков между ними. Внешняя обойма закрепляется на поворотной раме с помощью болтов и включает в себя верхнее и нижнее кольцо. Центрирование колец происходит при помощи буртика. В наличии также регулировочная прокладка.

Роликовое ОПУ имеет неоспоримое преимущество в сравнении с шариковым аналогом, которое заключается в гораздо большей грузоподъемности. Роликовый опорно-поворотный механизм состоит из:

• Кольца внутреннего.
• Ходовой рамы.
• Двух колец.
• Роликов.

Внутреннее кольцо благодаря своему зубчатому венцу находится в зацеплении с выходным зубчатым колесом механизма поворота. Ролики располагаются между кольцами и между собой расположены перпендикулярно. Ролики, перемещающиеся по дорожкам, поглощают нагрузки, которые действуют вниз, а катающиеся по дорожкам ролики выполняют функции захватных, предохраняя раму от самопроизвольного опрокидывания. Смазка роликов происходит при помощи специальных масленок, расположенных в кольце.

Использование в автомобильной технике

Рассмотрим подробно опорно-поворотное устройство автокрана. Данный механизм способен воспринимать нагрузки от веса поворотной части крана и веса опускаемого/поднимаемого груза. Также ОПУ способно стойко переносить сильное воздействие ветровой нагрузки и различных динамических усилий.

Чаще всего опорно-поворотное устройство автокрана представлено в виде круга катания или шариков. Подобный узел используется на таких кранах, как АК-5Г, АК-5, К-32 и представляет собой круг катания в совокупности с опорными элементами роликового типа. Круг закрепляется наверху статичной рамы, а подвижные части (опорно-роликовые элементы) – внизу поворачивающейся платформы машины.

Круг катания

Что же представляет собой это изделие? По сути, это огромное кольцо, отлитое из стали совместно с центральной ступицей. Внешняя сторона круга имеет специальный кольцевой паз с парой наклонных рабочих дорожек, на которые и происходит опора конических роликов опорных элементов. Наверху круга монтируется зубчатый венец механизма, обеспечивающего вращения, а к нижнему краю ступицы присоединяют редуктор статичной рамы.

Начиная с 1960 года, автомобильные краны стали оснащать опорно-поворотными устройствами на шариках, а круг катания использовать перестали почти полностью. Новые ОПУ являются специальными и состоят из:

• Внутреннего механизма вращения.
• Неподвижной обоймы.
• Пары внешних подвижных колец (нижнего и верхнего), которые соединены между собой болтами.

Между обоймами расположились в два ряда шарики из стали, диаметр которых составляет 30 мм. Разграничение шариков между собой происходит с помощью специального разделителя. Между шариками и обоймами есть зазор, регулируемый прокладкой.

Технические мероприятия

Опорно-поворотные устройства – поворотные механизмы, которые обязывают уделять им пристальное внимание со сторону ремонтного и эксплуатационного персонала.

Каждая такая опора должна быть подвержена периодического, тщательному визуальному осмотру. Также непременно следует выполнять проверку затяжки присоединительных болтов, проводить смазку трущихся частей во внутренней полости опоры и зубьев.

В первый раз степень затяжки болтов проверяют непосредственно перед вводом узла в эксплуатацию, а следующая обтяжка осуществляется через две-три рабочие смены. Важно: утяжку болтов необходимо проводить по диагонали, дабы избежать перекоса, способного привести к преждевременному выходу из строя механизма.

Меры безопасности при эксплуатации

Опорно-поворотное устройство может быть подвергнуто ремонту или текущему обслуживанию не только в пределах разнообразных ремонтных мастерских или прочих диагностических центров, но и также в полевых условиях с помощью специальных передвижных станций. Для безопасного выполнения полного объема работ необходимо руководствоваться «Правилами охраны труда на автомобильном транспорте» и прочими нормативными техническими документами.

Машинисты и слесаря-ремонтники имеют право выполнять какие-либо технические действия лишь при наличии у них соответствующей квалификации, подтвержденной документально.

Перед началом проведения техобслуживания необходимо зафиксировать машину неподвижно и полностью исключить вероятность ее самопроизвольного перемещения в любую сторону. Также следует отключить гидравлические, пневматические, электрические системы и двигатель, при необходимости вывесить предупреждающие плакаты.

Несколько слов об экскаваторах

Опорно-поворотное устройство экскаватора позволяет выполнять ему возложенные на него функции. Сама по себе поворотная платформа вращается вокруг вертикально ориентированной оси в обе стороны на все 360 градусов.

Опорно-поворотное устройство экскаватора может быть следующих типов:

• Однокатковое.
• Двухкатковое.
• Шариковое двухрядное.

Наибольшее распространение в наше время получили уже шариковые (роликовые) ОПУ. Неоспоримым преимуществом таких механизмов является отсутствие требования по их центрированию с помощью цапфы, которая обязательно устанавливается на катковых устройствах с целью компенсации горизонтального усилия.

Поворот платформы происходит за счет зацепления консольной шестерни и зубчатого венца. Шестерня в процессе работы экскаватора перемещается по венцу, что в итоге обеспечивает поворот платформы на нужный угол. Зубчатое зацепление может быть как внешним, так и внутренним.

Стоит также отметить, что опорно-поворотное устройство дает возможность экскаватору нормально работать на различных закруглениях, не приводя к заклиниванию ротор машины в траншее, а также во время поворотных движений экскаватора вместе с полуприцепным рабочим агрегатом в транспортном положении.

Устройства каткового типа имеют один существенный недостаток: наличие обязательных зазоров между катков и поворотным кругом приводит к тому, что во время работы экскаватора платформу начинает «болтать».

Краны башенного типа

Опорно-поворотное устройство башенного крана заслуживает особого внимания. ОПУ на кранах данного вида имеют такие разновидности:

• Колокол, который надевается на верхнюю часть стационарной башни.
• Колокол, подвешиваемый на подпятнике.
• Хвостовик, который опирается на промежуточный, вспомогательный подпятник и удерживаемый внизу подшипником.
• Круг опорно-поворотный шариковый или роликовый.

При этом следует понимать, что все указанные устройства необходимо производить с высокой точностью, дабы избежать впоследствии больших перекосов всей конструкции и несоосности поверхностей, поскольку эти недостатки практически невозможно устранить никакой регулировкой, а это уже, в свою очередь, приводит к заклиниванию. С целью исключения неточностей поворотный колокол производится с шарнирными звеньями, что нивелирует дополнительные нагрузки при перекосах.

Что касается опорно-поворотных устройств каткового типа, применяемых в колёсных и гусеничных грузоподъемных машинах, то в башенных кранах они абсолютно не применимы, потому что здесь требуется обеспечение высочайшей точности. В противном случае возникшие зазоры вызовут очень сильное качание башни, а это уже представляет угрозу для безопасности персонала.

В свою очередь, шариковые и роликовые опорные круги полностью лишены этого недостатка. Кольца данных кругов выпускаются из особо качественной стали, а беговые дорожки тел качения подвергаются закалке. Именно минимальный износ этих дорожек гарантирует минимальную степень качания поворотных башен, которые опираются на эти круги. Кроме того, указанные опорно-поворотные круги не обязывают выполнять их регулировку в процессе работы, что, безусловно, является их неоспоримым достоинством.

Высокоточное изготовление колец и использование тел качения, размеры которых колеблются в пределах микронов, дает возможность понизить величину осевого и радиального зазоров.

Также для того, чтобы опорно-поворотное устройство крана было полностью работоспособным, необходимо снизить податливость ходовой рамы агрегата. Прогиб рамы не должен быть больше половины осевого зазора, который измеряется в опорном круге. Верхняя рама вращающейся платформы тоже должна иметь высокую жесткость, дабы те нагрузки, которые действуют на нее, равномерно распределялись по всей длине круга. Однако вместе с тем деформация верхней рамы должна превышать аналогичный показатель нижней рамы, иначе может возникать очень нежелательное явление – аварийное заклинивание нижнего ряда роликов.

Промышленность

Опорно-поворотное устройство манипулятора, применяемого, например, в металлургии или химической отрасли, очень схоже с конструкцией автомобильного крана. Также имеют место зубчатый венец и шестерня, рама, грузоподъёмный элемент. В большинстве манипуляторов, эксплуатируемых в условиях тех же доменных печей или прокатных станов, используется гидравлический привод, в котором в качестве рабочей жидкости применяют негорючие сорта эмульсий.

Спутниковое телевидение и связь

Опорно-поворотное устройство антенн служит для подвешивания самой антенной системы, а также наведения излучаемого ею луча на ретранслирующий спутник. ОПУ антенн разделяются по схеме закрепления зеркала. Большой популярностью пользуется полярная подвеска, которая позволяет поворачивать антенну в одной плоскости и при этом выполнять просмотр видимой части геостационарной орбиты.

Сам по себе подвеска перемещается за счет работы электрического привода, который обеспечивает поворот антенны.

Вообще, привод опорно-поворотного устройства функционирует в достаточно агрессивных и сложных условиях: имеют место большие перепады температур, ветровые нагрузки, воздействие атмосферных осадков. Линейный привод опорно-поворотных устройств оснащается маломощным электродвигателем, который в случае перегрева отключается благодаря срабатыванию специального датчика – биметаллической платины.

Если идет речь об ОПУ типа «горизонт – горизонт», то здесь уместно указать, что в таком случае устройство оснащается шестеренчатым механизмом, которые выполняет вращение антенны по горизонту вокруг полярной оси по всей протяжённости геостационарной орбиты.

Создание

Производство опорно-поворотных устройств – это достаточно сложный и трудоемкий технологический процесс. Он обязывает работников предприятий иметь соответствующие навыки и высокую квалификацию.

Изготовление опорно-поворотных устройств происходит в чётком соответствии с требуемыми температурными режимами. Так, в частности, основу этих изделий составляют заготовки из легированного, нормализованного проката, прошедшего все этапы термоулучшения. Надежность и долговечность ОПУ обеспечивается использованием специальных закалочных индукторов.

Обслуживание

Как вы уже и сами, скорее всего, поняли, ремонт опорно-поворотного устройства – неизбежное мероприятие, которое следует доверять профессионалам.

Когда в ОПУ используют шариковые тела качения, то происходит так называемый точечный контакт между всеми шариками и дорожками качения. Из-за этого по периметру этих дорожек возникают кольцевые канавки сферической формы. Все это приводит к выходу устройства из строя и возникновению необходимости проведения ремонтных операций.

Данная проблема исключается следующим образом. Изначально устраняют появившиеся канавки с беговых дорожек методом расточки, а после выполняют упрочнение контактной поверхности финишно-плазменной обработкой. После этого для повышения долговечности кругов опорно-поворотных устройств в дорожках крестообразно устанавливают роликовые тела качения, сочетающиеся с шариковыми «собратьями». Такое положение тел качения обеспечивает устранение дефектов от роликов сферической поверхностью тела шарика.

Практика показала, что наиболее нагруженной часть ОПУ является нижнее подвижное кольцо, которое, в свою очередь, имеет разную прочность по всему своему сечению. Например, кольцо под телами качения по шкале HRC имеет показатель твердости 60 единиц, а нижняя поверхность – 35 единиц. Именно из-за этого при пиковой нагрузке разрушение начинает происходить именно с нижней поверхности, а это в итоге вызывает деформацию опорно-поворотного круга и снижение уровня его надежности и долговечности.

На основе вышесказанного становится понятным, что во время ремонта ОПУ особое внимание уделяют именно нижнему подвижному кольцу, которое соединяют с прокладкой из специального высокопрочного материала. Допускается применять секционную прокладку, стыки которой можно располагать в ненагруженных или слабонагруженных зонах. Крепление вспомогательной прокладки происходит с помощью винтов или промышленных видов клея.