Поломка опорно-поворотных кругов: почему она происходит и как ее предотвратить

Опорно-поворотный круг представляет собой шестерню больших размеров, состоящий из четырех основных компонентов:

• Нижнее (наружное) зубчатое кольцо

• Верхнее (внутреннее) кольцо

• Тела качения (шарики, располагающиеся в один или два ряда, или ролики)

• Сепараторы

Оба кольца имеют паз, называемый дорожкой, размеры и геометрия которого позволяют размещать в нем тела вращения и соответствующие сепараторы. На экскаваторах зубчатое кольцо опорно-поворотного круга крепится к нижней раме с помощью резьбовых соединений. Верхнее (наружное) кольцо, не имеющее зубьев, соединяется с рамой кабины. За счет опорно-поворотного круга обе рамы вращаются относительно друг друга, а управление вращением обеспечивается соответствующим редуктором скорости. Этот редуктор устанавливается на раме кабины; он оснащен служащим для передачи движения зубчатым венцом, входящим с этой целью в зацепление с зубьями опорно-поворотного круга.

Основные причины поломки и замены опорно-поворотных кругов

Наиболее частой причиной необходимости замены опорно-поворотного круга является поломка одного или нескольких зубьев нижнего (наружного) зубчатого кольца. Это делает невозможной его дальнейшую эксплуатацию, так как число сломанных зубьев будет быстро увеличиваться. Основные причины этого явления заключаются в нарушении правильности работы или в отказе тормозной системы редуктора вращения. Если эта система неисправна, при изменениях направления поворота кабины инверсия момента воздействует на зубья с изгибающим усилием, превышающим проектную величину. Наиболее вероятна поломка при наличии нагрузки на ковш и высокой скорости вращения.

Другой возможной неисправностью является заклинивание опорно-поворотного круга. Несмотря на высокие нагрузки, которым подвержены опорно-поворотные круги, они характеризуются малым соотношением между поперечным сечением и диаметром: это создает риск их деформации при отсутствии надлежащей опоры. Поэтому очень важно, чтобы соединительная структура была достаточно жесткой, опорные поверхности - достаточно ровными, а система крепления предотвращала деформации, вызываемые высокими нагрузками. В противном случае, кроме риска заклинивания подшипника, создается также риск неустранимого износа дорожек качения.

Как предотвратить поломку опорно-поворотного круга

Для увеличения срока службы опорно-поворотных кругов необходимо соблюдать ряд правил, начиная с использования надлежащих материалов на этапе изготовления. Наряду с этим, правильно выполненная установка на экскаватор и надлежащее планово-предупредительное техобслуживание в значительной степени предотвращают явления преждевременного износа.

Материалы и термическая обработка

Выбор материалов и методов термической обработки имеют критическую важность для обеспечения прочности и продолжительного срока службы опорно-поворотных кругов, особенно в том, что касается срока службы зубьев. Обычно с этой цели используются два типа стали: закаленная и отпущенная сталь 42CrMo4 с R=90-100 кгс/мм для внутренних колец и закаленная и отпущенная сталь C45 с R=70-80 кгс/мм для наружных колец.

Кроме того, необходимо предусмотреть поверхностную термическую обработку двух частей опорно-поворотного круга, подверженных наибольшим нагрузкам: дорожки качения и зубьев верхнего (внутреннего) кольца. Процесс индукционной закалки повышает стойкость зубьев к изгибающим усилиям и питтингу контактной поверхности. Дорожки качения также подвергаются термической обработке для предотвращения износа, вызываемого постоянным перемещением по ним тел качения.

Транспортировка и хранение

Во избежание ударов и повреждений, особенно в радиальном направлении, опорно-поворотный круг должен быть упакован в жесткий ящик и транспортироваться в горизонтальном положении. Во время хранения ящик и круг должны находиться в закрытом помещении и быть защищенными от воздействия атмосферных факторов, которые могли бы вызвать коррозию. При распаковке следует следить за тем, чтобы не повредить уплотнения, обезжиривая круг с помощью какого-либо имеющегося в наличии растворителя, не содержащего хлорных соединений, так как последние оказывают вредное воздействие на поверхности.

Установка опорно-поворотного круга

Процесс замены старого опорно-поворотного круга предусматривает выполнение ряда предварительных операций, необходимых для обеспечения правильной установки нового круга. В ходе демонтажа необходимо:

• Удалить грязь и возможные отходы с опорной поверхности опорно-поворотного круга. 

• Проверить состояние структурных элементов, с которыми должен быть соединен опорно-поворотный круг (это необходимо для обеспечения правильной работы и продолжительного срока службы круга). 

• Убедиться, что соединительные поверхности не получили повреждений во время работы машины или демонтажа (нарушение плоскостности может привести к заклиниванию опорно-поворотного круга).
  
  

После выполнения этих работ и проверок можно приступать к установке опорно-поворотного круга на нижнюю раму машины. Для обеспечения эффективного и правильного выполнения этой операции руководствуйтесь указаниями, приведенными на машине. Каждый опорно-поворотный круг имеет переходную зону закалки, являющуюся ее наиболее хрупкой частью. Следовательно, необходимо, чтоб края закаленной части находились как можно дальше от зоны, которая подвергается наибольшим нагрузкам при работе машины.

Перед тем как приступать к соединению опорного-поворотного круга с рамой, следует проверить, чтобы крепежные болты соответствовали спецификациям, приведенным в руководстве изготовителя. Кроме того, необходимо в порядке профилактического техобслуживания смазать крепежные болты и использовать плоские, а не упругие шайбы. Затем следует слегка затянуть болты первого кольца (нижнего на приведенном ниже рисунка) во избежание его натяжений или деформаций. Затем следует завершить операцию окончательно затянув болты с моментом затяжки, указанным в руководстве изготовителя, используя для этого динамометрический ключ с надлежащим усилием.

Эксцентриситет опорно-поворотного круга и установка зубчатого венца

Во-вторых необходимо учитывать эксцентриситет опорно-поворотного круга во избежание заклинивания передачи движения движения или преждевременного износа зубьев. Ввиду низкого соотношения между толщиной и диаметром кольца опорно-поворотного круга подвержены деформации в ходе термической обработки. Хотя это и не является нарушением качества производства, в результате такой деформации форма колец становится не круглой, а слегка эллиптической.

При установке следует проверить правильность вертикального выравнивания опорно-поворотного круга с зубчатым венцом. В случае когда на машине имеется несколько зубчатых венцов, зацепление должно осуществляться в точках максимального эксцентриситета опорно-поворотного круга. Точки наибольшего эксцентриситета на опорно-поворотном круге указаны тремя зубьями, окрашенными желтым цветом. Это позволяет калибровать люфты между зубьями зубчатой пары в точке максимального расстояния между ее двумя составляющими. Для этого следует отрегулировать люфт между краями зубьев кольца и зубчатого венца, убедившись, что он составляет минимум [(0.05 * M)] мм, где M - модуль зацепления. 

По окончании монтажа целесообразно выполнить несколько оборотов системы, чтобы убедиться в правильности сопряжения и в отсутствии чрезмерного шума, который может вызываться неверным зацеплением. После этого, перед тем, как запускать систему поворота кабины, следует смазать зубья, обращая внимание на то, чтобы боковые поверхности зубьев были полностью покрыты консистентной смазкой.

И, наконец, рекомендуется измерить и записать величину люфта на машине. Измерение производится с помощью компаратора, установленного как показано на рисунке между верхним (внутренним) и нижним (наружным) кольцами, как можно ближе к дорожке качения для уменьшения влияния упругих деформаций соединительной структуры. После установки компаратора и его выставления на ноль следует привести машину в положение, соответствующее максимальной нагрузке, и измерить величину изменения люфта. Максимальное значение, полученное при измерении в различных угловых положениях, будет представлять собой первоначальный люфт машины и будет служить точкой сравнения для будущих измерений, необходимых для мониторинга состояния опорно-поворотного круга.

Техобслуживание

Для увеличения срока службы опорно-поворотного круга и его поддержания в надлежащем рабочем состоянии следует производить периодические проверки смазки, затяжки болтов, состояния уплотнений и люфтов машины.

Опорно-поворотный круг поставляется с дорожками качения, на которые уже нанесена консистентная смазка. Затем их следует смазать после первых 50 часов работы и далее производить смазку с периодичностью, соответствующей условиям эксплуатации машины (однако не реже, чем после каждых 100 часов работы). Кроме того, до и после продолжительного периода простоя машины необходимо произвести новую смазку опорно-поворотного круга. Закачку консистентной смазки надлежит производить при движущемся круге; ее следует считать завершенной, когда смазка начинает выходить из уплотнения, образуя тонкую пленку.

На протяжении всего срока службы опорно-поворотного круга рекомендуется осуществлять визуальные проверки состояния уплотнений, заменяя их в случае обнаружения повреждений или повышенной хрупкости. В соответствии с той же периодичностью техобслуживания необходимо наносить консистентную смазку на все боковые поверхности зубьев, таким образом, чтобы они оказались полностью покрыты смазкой, с помощью кисти или распылителя.

Как уже отмечалось ранее, рекомендуется раз в год измерять люфты машины для выявления возможных повреждений или аномального износа дорожек качения. Максимально допустимое увеличение люфта зависит от ряда факторов. К ним относятся: диаметр круга, тип и размеры тел качения (шариков или роликов) и тип применения (который может допускать более высокое предельное значение износа, если оно не сказывается на работе машины). В любом случае, когда люфт увеличивается в четыре раза по сравнению с первоначальным следует оценить необходимость замены опорно-поворотного круга.

Ознакомьтесь с ассортиментом опорно-поворотных кругов ITR

Наши опорно-поворотные круги совместимы с основными марками и моделями экскаваторов весом от 1 до 120 тонн, в частности, Caterpillar, Komatsu, Volvo, Hitachi, Doosan, Hyundai, JCB, Bobcat и John Deere. Для получения дополнительной информации свяжитесь с автором статьи.