CC BY
1
ANALYSIS OF FACTORS AFFECTING THE CONFIGURATION OF THE FLEET OF UTILITY VEHICLES
F. V. Kamardin, S.A. Motevich
Currently, the complete set of the fleet of utility and road construction vehicles is based on calculated methods for determining the need for the volume of work planned for completion. However, it is possible to optimize the amount of equipment due to the rational choice of acquisition methods and ways of interacting with equipment suppliers. Key words: utility vehicles, road vehicles, construction vehicles, risks, seasonality.
Kamardin Fyodor Vladimirovich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University, Motevich Svetlana Anatolyevna, master's, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.87
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-2-561 -562
НЕНОРМАТИВНЫЕ ФАКТОРЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ КАК ПРИЧИНА РАЗРУШЕНИЯ ОПОРНО-ПОВОРОТНЫХ УСТРОЙСТВ СТРЕЛОВЫХ САМОХОДНЫХ КРАНОВ
Л.А. Сладкова, Н.Н. Воронин, В.В. Фокин
В процессе эксплуатации стреловых самоходных кранов производства Liebherr отмечен факт выхода из строя опорно-поворотного устройства раньше завершения срока службы крана. Его замена сопряжена с определенными логистическими трудностями, связанными с наложением санкций со стороны недружественных стран. Анализ конструктивных особенностей опорно-поворотных устройств стреловых самоходных кранов позволил выявить ненормативные факторы, ведущие к отказам этого значимого элемента конструкции.
Ключевые слова: ненормативные факторы, отказ, опорно-поворотное устройство, стреловой самоходный кран, конструкция, классификация.
Стреловые самоходные краны (ССК) относятся к машинам циклического действия и предназначены для ведения погрузочно-разгрузочных работ с возможным перемещением груза на небольшие расстояния [1, 2].
К одному из требований ГОСТ 22827-2020 [1] относится то, что в механизмах открытого типа, к которым относятся опорно-поворотные устройства ССК, следует предусматривать такие конструктивные решения, чтобы относительные смещения компонентов, возникающие в результате неточности изготовления и монтажа, а также упругие деформации металлической конструкции не приводили к снижению долговечности элементов механизма.
Рассмотрим значимость опорно-поворотного устройства в стреловых самоходных кранах в соответствии с их классификационными признаками.
Известными классификационными признаками ССК, отмеченными в нормативной документации, учебной и научно-технической литературе, являются [1 - 4] (рис. 1):
- грузоподъемность, т;
- тип ходового оборудования;
- назначение;
- число силовых установок;
- тип привода;
- количество и расположение кабин управления;
- конструкция стрелы;
- способ подвески стрелы;
- климатическое исполнение.
Опорно-поворотное устройство (ОПУ) является одной из основных и самой дорогостоящей частей кранов, включающей механизм поворота, конструкция которого зависит от типа привода, являющегося еще одним из классификационных признаков, указанного выше.
Опорно-поворотные устройства соединяют поворотную и неповоротную части крана.
По типу механизма поворота ОПУ различают:
- с червячным редуктором;
- с трехступенчатым планетарным мотор-редуктором;
- с цилиндрическим;
- с коническо-цилиндрическим редуктором;
- с гидравлическим мотор-редуктором типа МП.
Первые два типа механизмов широко используются в тележках башенных кранов ввиду их небольших габаритов. Коническо-цилиндрические редукторы нашли широкое применение в конструкциях пневмоколесных кранов. Они обеспечивают горизонтальное положение двигателя и тормоза при высоком КПД.
Гидравлические мотор-редукторы типа МП (рис. 2) чаще всего используются в механизмах поворота стреловых самоходных кранов.
Рис. 1. Устройство стреловых самоходных кранов [4]: 1 - стрела; 2 - крюковая подвеска; 3 - стойка стрелы; 4 - кабина; 5 - поворотная рама; 6 - опорно-поворотное устройство;7 - подпятник; 8 - механизм блокировки рессор заднего шасси;9 - неповоротная рама; 10 - облицовка; 11 - аутригер (выносная опора); 12 - шасси
автомобиля
4411
Рис. 2. Планетарный гидравлический мотор-редуктор МП-10 [4]
Опорно-поворотное устройство, соединяющее поворотную и неповоротную части крана, обеспечивает:
- вращение поворотной части крана;
- передачу вертикальной и горизонтальной нагрузок;
- передачу опрокидывающего и крутящего моментов с поворотной части крана на неповоротную.
Для этих целей используют поворотные круги (рис. 3), которые классифицируются по телам вращения на:
- роликовые (рис. 3, а, в, г, д);
- шариковые (рис. 3, б, е);
- смешанные (рис. 3, ж, з).
¡а г з
в
ж з
Рис. 3. Поворотные круги: а, в, г, д - роликовые; б, е - шариковые; ж, з - смешаннные;, 2, 3,11 - разъемные кольца; 4 - зубчатый венец; 5 - тела качения; 6 - сепараторные втулки; 7, 8 - ролики; 9 - пальцы-цевки;
10 - пресс-масленка
В свою очередь они делятся на однорядные (рис. 3, а, г, е) и двухрядные (рис. 3, б, в, д, ж, з).
Результаты анализа технической литературы показывают, что опорно-поворотные устройства с шариковыми и роликовыми кругами имеют предпочтение перед другими, так как отличаются высокой степенью надежности и долговечности. Причем ОПУ с роликовыми однорядными кругами эффективнее, так как при небольших габаритных размерах и массе они обладают во многих случаях большей несущей способностью, чем двухрядные шариковые круги [4].
В роликовом однорядном круге ролики размещают в одном общем желобе крест-накрест (рис 3, г). При этом, например, один из роликов катится по одной паре дорожек качения, а следующий за ним ролик катится по второй паре дорожек.
На некоторых кранах фирмы ЫеЪИегг применяют трехрядные роликовые опоры.
Для кранов с грузовым моментом более 200 т-м применяют двухрядные роликовые (шариковые) круги, или многорядные круги смешанной конструкции, где часть рядов выполнена на шариках, а часть на роликах.
Чтобы предохранить дорожки качения и шарики (ролики) опорно-поворотных кругов от пыли и влаги, а также предотвратить вытекание масла, у шариковых кругов выполнены лабиринтные уплотнения, у роликовых -установлены кольцевые манжеты.
Для уменьшения трения между шариками укладывают короткие стальные сепараторные кольца 6 (рис. 3, б), либо пластмассовые втулки (рис. 4, г).
б
а
г
е
д
1 1
"1 '
1 1
"1 1 1 1 |_ 1
1 1
Рис. 4. Опорно-поворотные круги на кранах фирмы ЫеЪНегг: а -
изображение
смешанного типа; б - графическое
Круги для облегчения ремонтных работ выполняют из двух разъемных колец 1 и 2 (рис. 3), соединенных при помощи болтового соединения. При этом кольца 1 и 2 крепятся к поворотной части крана, а кольца 3 и 11 - к неповоротной части крана. На неподвижном кольце выполнен зубчатый венец 4, предназначенный для вращения крана.
На большинстве кранов для защиты от грязи, запыленности и для повышения надежности работы венцы выполняют с внутренним зацеплением. Помимо зубчатого зацепления на кранах круги выполняют с цевочным зацеплением. В этом зацеплении зубья заменены стальными пальцами-цевками 9, которые закреплены между двумя кольцами.
Разъемные кольца поворотных кругов выполняют из стали 55 по ГОСТ 1050-2013, шарики и ролики из стали ШХ15 или ШХ15СГ по ГОСТ 801-2022. Поверхности дорожек качения и зубьев подвергаются термообработке.
Автором патента [5] для снижения интенсивности износа роликов, направляющего рельса, цапфы и уменьшения энергоемкости двигателя привода механизма поворота предлагается внести изменение в конструкцию ОПУ заменой цилиндрических роликов на конические с размещением их большего диаметра с наружной относительно цапфы стороны. При этом оси роликов устанавливаются на поворотной части крана. Отношение наружного Он и внутреннего £>в диаметров роликов автор предлагает оценивать по зависимости:
£>н/Бв = (2К + Ь)/(2К -Ь),
где К - радиус кольцевого рельса, м; Ь - ширина ролика.
При этом, нижний опорно-направляющий рельс для роликов выполнен с наклонной в наружную от цапфы сторону опорной поверхностью.
Авторы изобретения [6] с целью повышения несущей способности опорно-поворотного круга предлагают угол между соседними осями роликов выполнять равными в = 90° - 0,5у , где у - угол конусности ролика (рис. 5).
Проведенный анализ позволил определить классификационные характеристики существующих ОПУ (рис. 6), что позволяет не только выявить ненормативные факторы, действующие на них, но и в дальнейшем внести конструктивные изменения в расчет эксплуатационных показателей.
Анализ характера отказов показал, что в процессе работы основными причинами отказов, которые легко оценивать по внешним признакам, являются:
- изнашивание шестерни поворотного круга при внешнем зацеплении;
- неравномерный износ по высоте зубьев поворотного круга;
- выдавливание и разрыв уплотнительных устройств и манжет;
- разрушение сепараторов и кассет.
Рис. 5. Расположение роликов на ОПУ: 1 - неподвижное кольцо; 2, 3 - подвижные кольца; 4 и 5 - крестообразно расположенные ролики [6]
Рис. 6. Классификация ОПУ
Одной из основных причин указанных видов отказов является нарушение работы роликовых и шариковых опор, что ведет к изменению нагруженности на венец колеса поворотного круга и шестерню.
Очевидно, что при работе систем любого типа в условиях отрицательных температур, в пространство между контактирующими поверхностями, например, между шариками и сепаратором (роликами и кассетой), то есть между объемлемой и объемлющей поверхностью, образуются частицы конденсата, которые при действии отрицательных температур замерзают. Учитывая свойства воды к расширению при замерзании, между замерзшей частицей воды и поверхностями, которые изготавливаются, как правило, из медесодержащих материалов, возникают контактные напряжения, ведущие к деформации этих поверхностей в сторону увеличения размеров. Это ведет к нарушению работы системы, искажая, например, траекторию движения тел качения в обоймах и изменению формы обойм.
Таким образом, проведенный анализ конструктивных особенностей опорно-поворотных устройств стреловых самоходных кранов позволил выявить ненормативные факторы, ведущие к отказам этого значимого элемента конструкции.
Список литературы
1. ГОСТ 22827-2020. Краны грузоподъёмные. Краны стреловые самоходные. Общие технические требования. М.: Стандартинформ, 2020. 20 с.
2. ГОСТ 27555-87 (ИСО 4306-1-85) Краны грузоподъёмные. Термины и определения. М.: ИПК Издательство стандартов. 2004. 26 с.
3. Грузоподъёмные машины: учеб. для вузов / М.П. Александров, Л.Н. Колобов, Н.А. Лобов, Т.А. Никольская, В.С. Полковников. М: Машиностроение, 1986. 400 с.
4. РЕДУКТОР-М МП-10. Механизм поворота // ГК «Новые технологии». 2023. [Электронный ресурс] URL: https://ctd.nt-rt.ru/price/product/101193 (дата обращения: 19.12.2023).
5. Патент 2529099 РФ. Опорно-поворотное устройство стрелового крана / Ю.Д. Тарасов. Опубл. 27.09.2014. Бюл. № 27.
6. А.с. 1691279 СССР. Опорно-поворотный круг для грузоподъемных машин / М.П. Лохач, А.И. Гуревич, В.Л. Подкопаев., Ю.С. Черняков. Опубл. 15.11.1991. Бюл. № 42.
7. Справочник машиностроителя / Под ред. С.В. Серенсена. В 6 т. Т 3. М.: Машгиз, 1962. 463 с.
Сладкова Любовь Александровна, д-р техн. наук, профессор, rich. cat2012@yandex. ru, Россия, Москва, Российский университет транспорта,
Воронин Николай Николаевич, д-р техн. наук, профессор, profvnn@mail. ru, Россия, Москва, Российский университет транспорта,
Фокин Валерий Владимирович, аспирант, [email protected], Россия, Москва, Российский университет транспорта
NON-STANDARD FACTORS OF OPERATION AS A CAUSE OF DESTRUCTION OF SLEWING SUPPORT DEVICES OF SELF-PROPELLED JIB CRANES
L.A. Sladkova, N.N. Voronin, V. V. Fokin
In the process of operation of Liebherr self-propelled jib cranes, the fact offailure of the slewing support device before the end of the crane's service life was noted. Its replacement is associated with certain logistical difficulties associated with the imposition of sanctions by unfriendly countries. The analysis of the design features of the slewing support devices of self-propelled jib cranes made it possible to identify non-standard factors leading to failures of this significant structural element.
Key words: non-normative factors, failure, slewing support, jib self-propelled crane, design, classification.
Sladkova Liubov Aleksandrovna, doctor of technical sciences, professor, professor, rich. cat2012@yandex. ru, Russia, Moscow, Russian University of Transport,
Voronin Nikolay Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, profvnn@mail. ru, Russia, Moscow, Russian University of Transport,
Fokin Valeriy Vladimirovch, postgraduate, rudevg11@mail. ru, Russia, Moscow, Russian University of Transport
