Zacieranie się i łamanie zębów to główne problemy związane z wieńcami obrotu: aby wydłużyć ich żywotność, zaleca się przestrzeganie określonych zasad podczas ich projektowania, transportu, instalacji i konserwacji.
Koła obrotowe są stosowane w maszynach, w których kabina musi obracać się względem dolnej ramy maszyny podczas pracy, na przykład w koparkach gąsienicowych i kołowych. Łożyska te podlegają cyklicznym obciążeniom o wysokiej częstotliwości, momentowi przechylającemu generowanemu przez wystające ramię oraz znacznym obciążeniom bezwładnościowym, osiowym i promieniowym, co sprawia, że należy zachować szczególną ostrożność, aby uniknąć szybkiego zużycia.
Wieńce obrotu są bardzo duże i składają się z czterech głównych elementów:
- Dolny pierścień zębaty
- Górny pierścień
- Elementy toczne (kulki ułożone w jednym lub dwóch pasmach lub rolki)
- Elementy dystansowe
Oba pierścienie mają rowki, zwane bieżniami, o rozmiarze i kształcie zaprojektowanym do utrzymywania elementów tocznych i odpowiednich elementów dystansowych. W koparkach pierścień zębaty łożyska jest mocowany do dolnego korpusu maszyny za pomocą złączy śrubowych. Górny pierścień, bez zębów, jest połączony z ramą kabiny. Wieniec obrotu umożliwia obracanie się obu ram względem siebie, kontrolując ruch obrotowy za pomocą układu przekładni redukcyjnej. Przekładnia redukcyjna jest zamontowana na ramie kabiny i ma zębnik wyrównany z zębami na łożysku w celu napędzania ruchu.
GŁÓWNE PRZYCZYNY PĘKNIĘCIA I WYMIANY WIEŃCA OBROTU
Najczęstszą przyczyną wymiany wieńca obrotu jest pęknięcie jednego lub więcej zębów na dolnym pierścieniu. Uniemożliwia to pracę, ponieważ liczba uszkodzonych zębów szybko rośnie. Główną przyczyną jest pogorszenie lub awaria systemu hamowania przekładni napędowej. Jeśli system ten nie jest skuteczny, gdy zmienia się kierunek ruchu kabiny, odwrócenie momentu obrotowego działającego na zęby powoduje ich wygięcie poza specyfikacje projektowe. Ryzyko pęknięcia jest najwyższe, gdy łopata jest obciążona, a prędkość obrotowa jest wysoka.
Innym problemem, który może wystąpić, jest zatarcie łożyska. Pomimo dużych obciążeń, jakim poddawane są wieńce obrotu, stosunek przekroju poprzecznego do średnicy jest stosunkowo niewielki. Sprawia to, że są one podatne na odkształcenia, jeśli nie są odpowiednio podparte. Dlatego ważne jest, aby konstrukcja łącząca była wystarczająco sztywna, powierzchnie podparcia były odpowiednio płaskie, a system mocowania zapobiegał deformacji pod dużym obciążeniem. W przeciwnym razie, oprócz ryzyka zatarcia łożyska, istnieje również ryzyko trwałego uszkodzenia bieżni tocznych.
JAK ZAPOBIEGAĆ USZKODZENIOM WIEŃCÓW OBROTU
Żywotność wieńców obrotu można zwiększyć przestrzegając kilku zasad dobrej praktyki. Zaczynają się one od wyboru materiałów podczas budowy i obejmują prawidłowy montaż na koparce oraz skuteczną rutynową konserwację, która może znacznie zmniejszyć przedwczesne zużycie.
ZAPAMIĘTAJ!
Aby uniknąć pęknięć i zatarć wieńców obrotu, kluczowe jest przestrzeganie zasad prawidłowego montażu, regularnej konserwacji oraz stosowanie odpowiednich materiałów i obróbki cieplnej.
MATERIAŁY I OBRÓBKA CIEPLNA (H3)
Wybór materiałów i obróbki cieplnej ma kluczowe znaczenie dla uzyskania mocnych, trwałych wieńców obrotu, zwłaszcza w odniesieniu do żywotności zębów. Zazwyczaj stosowane są dwa rodzaje stali: 42CrMo4 hartowana z R=90-100 kgf/mm dla pierścieni wewnętrznych i C45 hartowana z R=70-80 kgf/mm dla pierścieni zewnętrznych.
Konieczne jest również zastosowanie obróbki cieplnej powierzchni w najbardziej obciążonych obszarach łożyska, którymi są bieżnie elementów tocznych i zęby pierścienia wewnętrznego. Proces hartowania indukcyjnego zwiększa odporność zębów na zginanie i wżery na powierzchniach styku. Wyścigi toczne są obrabiane w ten sam sposób, aby przeciwdziałać zużyciu wynikającemu z ciągłego przemieszczania się ruchomych części.
TRANSPORT I PRZECHOWYWANIE
Aby uniknąć uderzeń i uszkodzeń, zwłaszcza w kierunku promieniowym, wieniec obrotu musi być zamknięty w sztywnej obudowie i transportowany poziomo. Podczas przechowywania obudowa i łożysko muszą pozostać w pomieszczeniu, chronione przed czynnikami atmosferycznymi, które mogą powodować korozję. Podczas rozpakowywania należy uważać, aby nie uszkodzić uszczelek i odtłuścić łożysko za pomocą dostępnych w handlu rozcieńczalników niezawierających chlorków, ponieważ chlorki są szkodliwe dla powierzchni.
MONTAŻ WIEŃCA OBROTU
Proces wymiany uszkodzonego wieńca obrotu obejmuje pewne czynności wstępne w celu prawidłowego montażu nowego łożyska. Podczas demontażu ważne jest, aby:
- Usunąć wszelkie zanieczyszczenia i osady z powierzchni podparcia łożyska.
- Sprawdzić stan konstrukcji, do której zostanie podłączone łożysko (ma to zasadnicze znaczenie dla prawidłowego działania i trwałości samego łożyska).
- Sprawdzić, czy powierzchnie łączące nie zostały uszkodzone podczas pracy maszyny lub demontażu (nieodpowiednia płaskość może spowodować zatarcie łożyska).
Po przeprowadzeniu tych kontroli łożysko można umieścić na dolnej ramie maszyny. Aby uzyskać prawidłową i skuteczną orientację, należy postępować zgodnie z oznaczeniami na łożysku. Wszystkie wieńce obrotu mają strefę przejściową początku i końca hartowania, która jest najbardziej wrażliwym obszarem. Konieczne jest, aby punkty przejściowe hartowania znajdowały się jak najdalej od obszaru maksymalnego obciążenia podczas pracy maszyny.
Przed rozpoczęciem mocowania łożyska do ramy należy sprawdzić, czy śruby mocujące są zgodne ze specyfikacjami podanymi w instrukcji producenta. Ważne jest również wcześniejsze nasmarowanie śrub i użycie płaskich, nieelastycznych podkładek. Następnie należy lekko dokręcić śruby pierwszego pierścienia (dolnego pierścienia i w kolejności pokazanej na poniższym rysunku), aby uniknąć naprężeń lub zniekształceń samego pierścienia.Po dokręceniu śrub operacja jest zakończona poprzez zastosowanie poziomów momentu obrotowego śrub wskazanych w instrukcji producenta, przy użyciu klucza dynamometrycznego o odpowiedniej pojemności.
UWAGA!
Najczęstszą przyczyną awarii wieńców obrotu jest niewłaściwe działanie systemu hamowania przekładni napędowej, co prowadzi do pęknięcia zębów i poważnych uszkodzeń.
MIMOŚRODOWOŚĆ KOŁA OBROTU I MONTAŻ ZĘBNIKA
Po drugie, konieczne jest uwzględnienie mimośrodowości wieńca obrotu w celu uniknięcia zatarcia przekładni napędowej lub przedwczesnego zużycia zębów. Ze względu na niski stosunek grubości do średnicy, pierścienie łożyskowe mają tendencję do odkształcania się podczas obróbki cieplnej. Chociaż nie wpływa to negatywnie na jakość produkcji, nadaje im kształt lekko eliptyczny, a nie okrągły.
Podczas montażu należy sprawdzić pionowe ustawienie łożyska i zębnika. Nawet jeśli maszyna ma więcej niż jedną zębatkę, sprzęgło powinno znajdować się w punktach maksymalnego mimośrodu łożyska. Punkty największego mimośrodu są oznaczone na łożysku trzema zębami pomalowanymi na żółto. Umożliwia to kalibrację luzu między dwoma zestawami zębów w punkcie maksymalnej odległości między dwoma komponentami. Osiąga się to poprzez regulację luzu między bokami zębów pierścienia i zębnika, zapewniając, że luz wynosi co najmniej [(0,05 * M)] mm, przy czym M oznacza moduł zęba.
Po zamontowaniu zaleca się kilkukrotne obrócenie systemu, aby sprawdzić, czy sprzęgło jest prawidłowe i czy nie występuje nadmierny hałas spowodowany nieprawidłowym zazębieniem. Po sprawdzeniu i przed uruchomieniem systemu obrotu kabiny należy nasmarować zęby, zwracając uwagę na pełne pokrycie boków wszystkich zębów.
Na koniec zaleca się zmierzenie i zarejestrowanie luzu maszyny. Jest on mierzony za pomocą komparatora umieszczonego jak pokazano na rysunku pomiędzy górnym i dolnym pierścieniem, jak najbliżej bieżni tocznej, aby zminimalizować wpływ odkształceń sprężystych w strukturze łączącej. Po ustawieniu i wyzerowaniu komparatora należy doprowadzić maszynę do stanu maksymalnego obciążenia i zmierzyć zmiany wynikające z luzu. Najwyższa zmierzona wartość w różnych pozycjach kątowych reprezentuje początkowy luz maszyny i będzie to wartość odniesienia dla przyszłych pomiarów, które są wymagane do monitorowania stanu wieńca obrotu.
KONSERWACJA
Aby zmaksymalizować żywotność łożyska i utrzymać jego dobrą pracę, konieczne jest przeprowadzanie okresowych kontroli smarowania, dokręcenia śrub mocujących, stanu uszczelek i luzu maszynowego.
Łożysko jest dostarczane ze wstępnie nasmarowanymi bieżniami tocznymi. Należy je zatem nasmarować po pierwszych 50 godzinach pracy, a następnie w odstępach czasu zależnych od warunków pracy maszyny (ale nigdy nie dłużej niż co 100 godzin pracy). Ponadto, przed i po dłuższych przestojach maszyny, należy nasmarować koło obrotowe. Smar powinien być nakładany przy obracającym się łożysku i jest kompletny, gdy smar wypływa z uszczelki tworząc lekką warstwę.
Przez cały okres eksploatacji koła zamachowego ważne jest przeprowadzanie wizualnych kontroli stanu uszczelek i ich wymiana, jeśli wyglądają na zniszczone lub kruche. Zgodnie z tym samym harmonogramem konserwacji, boki zębów należy całkowicie pokryć smarem, rozprowadzając go za pomocą pędzla lub sprayu.
Jak już wspomniano powyżej, dobrą praktyką jest mierzenie luzu maszyny raz w roku w celu wykrycia problemów związanych z nieprawidłowym zużyciem bieżni tocznych. Maksymalny dopuszczalny wzrost zależy od kilku różnych czynników. Należą do nich: średnica łożyska, typ i rozmiar elementów tocznych (kulek lub wałeczków) oraz rodzaj zastosowania (wyższe poziomy zużycia mogą być akceptowalne, jeśli nie zagrażają działaniu). We wszystkich przypadkach, gdy wzrost jest czterokrotnie większy niż początkowy luz, zaleca się rozważenie zmiany koła obrotu.
PRZYCZYNY USZKODZEŃ WIEŃCÓW OBROTU I SPOSOBY ICH ZAPOBIEGANIA
| Przyczyna uszkodzenia | Opis | Sposób zapobiegania |
|---|---|---|
| Pęknięcie zębów | Najczęściej spowodowane pogorszeniem systemu hamowania przekładni napędowej. | Regularne kontrolowanie i konserwacja systemu hamowania. |
| Zatarcie łożyska | Wynika z deformacji łożyska przy braku odpowiedniego podparcia. | Zapewnienie odpowiedniej sztywności konstrukcji łączącej oraz płaskości powierzchni podparcia. |
| Niewłaściwy montaż | Niewłaściwe dokręcenie śrub lub błędna orientacja elementów podczas montażu. | Przestrzeganie procedur montażowych, użycie płaskich podkładek i nasmarowanych śrub. |
| Niewłaściwa konserwacja | Brak regularnego smarowania, dokręcania śrub oraz kontroli stanu uszczelek. | Regularne przeglądy, smarowanie oraz wymiana uszkodzonych uszczelek. |
| Złe warunki przechowywania | Narażenie na czynniki atmosferyczne prowadzące do korozji i uszkodzeń. | Przechowywanie w zamkniętych, suchych pomieszczeniach, ochrona przed czynnikami atmosferycznymi. |
