Come gestiscono i cuscinetti di rotazione delle gru i carichi combinati?

Che cos'è un cuscinetto di rotazione per gru? È un cuscinetto di grandi dimensioni a elementi volventi che collega la sovrastruttura rotante di una gru alla sua base. Consente una rotazione controllata, sopportando al contempo il peso verticale, la forza laterale e la forza di ribaltamento generata quando il braccio solleva un carico allontanandolo dall'asse centrale.

UNcuscinetto di rotazione della gruIn condizioni operative reali, il sistema non gestisce queste forze singolarmente. Sollevamento, oscillazione del braccio, accelerazione di rotazione, vento e terreno irregolare possono agire contemporaneamente. Il cuscinetto corretto viene quindi selezionato in base a casi di carico combinati, non solo in base al peso massimo sollevabile.

Per i progettisti di gru e i tecnici addetti alla manutenzione, la domanda principale è semplice: le piste di rotolamento dei cuscinetti, gli elementi volventi, i bulloni di fissaggio e le strutture di supporto possono sopportare in sicurezza la peggiore combinazione prevista di carico assiale, carico radiale e momento ribaltante? La risposta dipende da dove ciascun carico viene applicato al cuscinetto e da come il ciclo di lavoro della gru modifica tale carico nel tempo.

Presso Luoyang Slewring Bearing Co., Ltd., il nostro team di ingegneri supporta la selezione di cuscinetti e azionamenti a partire dalla fase iniziale di revisione dei disegni fino alla produzione. Il nostro stabilimento certificato ISO 9001:2015 utilizza un sistema di ispezione tridimensionale CMM e ogni cuscinetto di rotazione è sottoposto a prove di carico dinamico come parte integrante del nostro processo di controllo qualità.

Autore:Lewis, ingegnere progettista meccanico senior, con oltre 30 anni di esperienza nella progettazione di macchinari pesanti e sistemi di trasmissione di potenza.

Partite dal caso di carico effettivo della gru anziché dalla capacità di sollevamento nominale.

Il primo errore di selezione consiste nel considerare il carico nominale della gru come il carico di appoggio. Il carico nominale del gancio rappresenta solo una parte del sistema di forze. L'appoggio sopporta anche il peso del braccio, l'effetto contrappeso, il peso della sovrastruttura, il peso dell'attrezzatura e la forza generata dalla distanza tra il carico e il centro dell'appoggio.

La conclusione pratica è quella di elaborare i casi di carico in base alla posizione della gru, non solo in base alla capacità di sollevamento. Questo approccio si adatta alla progettazione di nuove gru, alla valutazione dei cuscinetti di ricambio e ai lavori di modifica, come il montaggio di un braccio più lungo o di una benna più pesante. Non sostituisce il calcolo del fornitore, poiché la capacità di carico del cuscinetto deve comunque essere verificata rispetto alla geometria effettiva del cuscinetto e al design della pista di rotolamento.

Identificare le posizioni operative che creano carichi sui cuscinetti differenti

• Braccio retratto con un carico pesante sul gancio:Ciò può generare un'elevata forza assiale poiché gran parte del carico agisce verso il basso vicino al centro della macchina. Potrebbe non generare il momento ribaltante massimo.
• Braccio esteso al raggio di lavoro:Il carico verticale agisce più lontano dal centro di rotazione. Il momento ribaltante può diventare la condizione determinante anche se il carico sul gancio è inferiore.
• Rotazione durante un sollevamento:L'accelerazione e la decelerazione introducono una forza orizzontale e possono aumentare il carico radiale. Questa condizione è rilevante quando la gru ruota sotto carico, piuttosto che quando si posiziona solo dopo che il carico è stato depositato.
• Braccio o carico sospeso esposto al vento:Il vento aggiunge una forza laterale e può aumentare l'effetto ribaltamento. In questo caso, sono necessarie ipotesi sul vento specifiche per il sito, formulate dal progettista della gru o incluse nelle normative operative.
• Viaggi, movimento ferroviario o supporto irregolare:La deformazione strutturale può alterare il modo in cui il carico si trasferisce attraverso le superfici di montaggio. Un cuscinetto selezionato esclusivamente sulla base di calcoli statici ideali potrebbe risultare inadatto a queste condizioni.

Per ogni caso, documentare l'angolo del braccio, il raggio di lavoro, il carico sollevato, il peso dell'attrezzatura, la velocità di rotazione, l'andamento dell'accelerazione, le condizioni del vento e la configurazione di supporto della gru. Se uno qualsiasi di questi dati non è noto, la selezione del cuscinetto rimane provvisoria. Il fornitore può calcolare la capacità solo in base alle informazioni fornite.

Per le applicazioni mobili, un cuscinetto progettato per una gru su camion potrebbe richiedere controlli diversi rispetto a uno utilizzato in una gru a piedistallo fissa. Lo spazio di montaggio disponibile, il cerchio dei bulloni, la rigidità strutturale e i carichi indotti dal movimento possono essere tutti diversi. Vedi il nostroCuscinetto di rotazione della gru per autocarriInformazioni di base sul prodotto relative alle attrezzature di sollevamento mobili.

Confronta i percorsi di carico assiale, radiale e di momento ribaltante prima di selezionare un cuscinetto

Ciascun tipo di carico raggiunge la ralla di rotazione attraverso un percorso diverso. La loro interazione determina le sollecitazioni di contatto nelle piste di rotolamento, il carico sugli elementi volventi, la deformazione della struttura di montaggio e le sollecitazioni sul giunto bullonato. Nessun singolo carico deve essere valutato isolatamente quando la gru opera in curva.

Tipo di carico	Come entra nel cuscinetto	Cosa influisce nella pratica	Problema di selezione
Carico assiale	Agisce parallelamente all'asse di rotazione del cuscinetto, generalmente a causa del peso della sovrastruttura, del peso del braccio e del carico sollevato.	Trasferisce il fluido attraverso le piste di rotolamento e gli elementi volventi come forza di supporto verticale.	Un carico assiale elevato può essere determinante quando la gru trasporta un peso morto considerevole vicino al centro di rotazione, ma potrebbe non rappresentare la condizione peggiore per un braccio esteso.
carico radiale	Agisce perpendicolarmente all'asse di rotazione, spesso a causa di movimenti di rotazione, vento, trazione laterale o movimento della macchina.	Può spostare il contatto di rotolamento e aumentare il carico laterale sul sistema di piste di rotolamento.	Il carico radiale deve essere valutato quando la gru ruota sotto carico, opera in presenza di vento o è soggetta a forze orizzontali derivanti dal suo ciclo di lavoro.
Momento di ribaltamento	Si verifica quando una forza agisce a distanza dal centro del cuscinetto, come ad esempio un carico sollevato al raggio del braccio.	Aumenta il carico su un lato della pista di rotolamento riducendolo sul lato opposto.	Questa è generalmente la condizione determinante per il funzionamento di una gru, poiché riflette sia l'entità del carico che il raggio di lavoro. Deve essere verificata con il corrispondente carico assiale e radiale.

Il momento ribaltante non è un peso separato che grava sul cuscinetto. È l'effetto di rotazione prodotto da una forza che agisce attraverso un braccio di leva. Un carico più leggero posizionato lontano dal centro può imporre un momento più gravoso rispetto a un carico più pesante posizionato vicino al centro di rotazione della gru.

Un metodo pratico per la selezione del carico combinato

1. Elenca i casi operativi.Considerare il sollevamento, la posizione del braccio, il raggio di carico, la direzione di rotazione, le condizioni del vento e le condizioni di supporto della macchina.
2. Calcolare o ottenere la forza assiale.Includere il peso proprio supportato e il carico di sollevamento applicato che si trasferiscono attraverso la struttura rotante.
3. Determinare la forza radiale.Includere, ove applicabile, le forze orizzontali causate dal movimento, dal carico laterale o dalle condizioni ambientali.
4. Determinare il momento ribaltante.Utilizzare le forze verticali e orizzontali pertinenti, con le relative distanze dal centro del cuscinetto.
5. Abbina i valori dello stesso caso.Non combinare il carico assiale massimo derivante da una condizione con il momento massimo derivante da una condizione non correlata, a meno che entrambi non possano effettivamente verificarsi contemporaneamente.
6. Confronta ciascuna combinazione di carico con i dati nominali del fornitore.Il fornitore dei cuscinetti deve valutare i valori combinati in base al metodo di valutazione statica e operativa applicabile.
7. Controlla l'intera interfaccia.Verificare i bulloni di fissaggio, il precarico dei bulloni, la planarità del supporto, il carico della corona dentata (ove presente) e la rigidità del telaio superiore/inferiore.

Il limite principale è che una tabella di portata non può correggere una struttura di gru debole. Se le superfici di montaggio si deformano, l'anello può essere spinto fuori dal suo piano di supporto previsto. Ciò può creare un carico non uniforme sulla pista di rotolamento anche quando il carico del cuscinetto calcolato sembra accettabile.

Per le operazioni di sollevamento di carichi elevati con gru, la costruzione dei cuscinetti è importante.Cuscinetto di rotazione a rulli a tre fileSepara i percorsi di carico in modo più chiaro rispetto a molte configurazioni di cuscinetti compatti, il che può essere utile quando i carichi assiali, radiali e di momento sono tutti consistenti. Tuttavia, non è automaticamente la scelta migliore, poiché lo spazio di installazione disponibile, il costo, i requisiti di rotazione e il design del montaggio rimangono i fattori determinanti per la decisione finale.

Comprendere come il tipo di cuscinetto influisce sul comportamento sotto carico combinato

I diversi tipi di cuscinetti di rotazione distribuiscono i carichi in modo differente. L'opzione migliore dipende dalla tipologia di carico e dallo spazio di installazione, non dal presupposto che un cuscinetto più grande o più complesso sia sempre preferibile.

Approccio basato sui cuscinetti	Utilizzo tipico a carico combinato	Vantaggio pratico	Limite da controllare
Disposizione delle sfere su una fila	Gru compatte e applicazioni con carico combinato moderato.	Offre una soluzione salvaspazio laddove peso e dimensioni di installazione sono fattori determinanti.	La capacità deve essere verificata con attenzione quando il carico di momento aumenta con un raggio del braccio elevato.
disposizione delle sfere a doppia fila	Applicazioni che richiedono una distribuzione del carico maggiore rispetto a una configurazione compatta a fila singola.	Adatto ad apparecchiature in cui la ripartizione del carico e l'altezza di appoggio sono elementi determinanti nella progettazione.	È comunque necessario un controllo del carico combinato; due file non eliminano la necessità di valutare il carico di momento.
Disposizione a rulli incrociati	Applicazioni che richiedono un supporto rotazionale controllato sotto carichi combinati.	L'orientamento dei rulli può supportare direzioni di forza combinate in una struttura ad anello compatta.	La precisione del montaggio e la rigidità strutturale rimangono elementi importanti per preservare la distribuzione del carico prevista.
Disposizione a tre file di rulli	Gru e attrezzature per carichi pesanti con notevoli sollecitazioni assiali, radiali e di momento combinate.	È possibile disporre file di rulli separate per diverse direzioni di carico.	La progettazione di impianti e supporti di maggiori dimensioni deve essere giustificata dalle esigenze specifiche e dallo spazio disponibile.

Un cuscinetto compatto è una soluzione interessante quando lo spazio di installazione della gru è limitato. Il compromesso è che un carico combinato concentrato potrebbe ridurre il margine di progettazione. Un cuscinetto di maggiore capacità può sopportare condizioni più gravose, ma aumenta la massa, il costo e il lavoro di integrazione.

La Luoyang Slewring Bearing Co., Ltd. seleziona ghisa sferoidale, acciaio legato, acciaio inossidabile o acciaio legato forgiato in base al carico, alla velocità e all'ambiente di utilizzo. La scelta del materiale deve essere conforme ai requisiti di esercizio. L'acciaio inossidabile, ad esempio, non dovrebbe essere specificato solo perché la corrosione rappresenta un problema, se il carico totale e la resistenza richiesta dell'anello indicano un'altra strategia di materiale più idonea.

Per progetti che necessitano di rotazione a bassa velocità con ingranaggi integrati e un alloggiamento di azionamento, unTrasmissione a vite senza finePuò essere valutata insieme a un sistema di cuscinetti e trasmissione separato. Questa soluzione è adatta solo quando la coppia in uscita, il comportamento di tenuta, l'interfaccia degli ingranaggi e la protezione ambientale sono compatibili con i requisiti operativi della gru.

Non trascurare i bulloni di montaggio e la struttura di supporto.

Il cuscinetto non funziona da solo. Durante un carico ribaltante, un lato dell'interfaccia dell'anello di rotazione viene compresso, mentre il lato opposto può esercitare una maggiore pressione sui bulloni di fissaggio. I telai superiore e inferiore devono garantire il supporto del cuscinetto attorno alle sue superfici di montaggio.

La raccomandazione è chiara: valutare il cuscinetto, i bulloni e la struttura di supporto come un unico insieme. Questo vale sia per la progettazione di apparecchiature originali che per i lavori di sostituzione. Ciò non significa che un fornitore di cuscinetti possa approvare la struttura di una gru senza aver ricevuto disegni, dettagli sui bulloni, dati sui materiali e i casi di carico effettivi.

Verificare queste condizioni di interfaccia prima di approvare una sostituzione.

• Specifiche e quantità dei bulloni:Verificare che il tipo di bullone, l'innesto, il metodo di serraggio e la disposizione corrispondano al progetto approvato. Non installare un anello di ricambio con bulloni di ricambio non verificati.
• Condizioni della superficie di montaggio:Verificare la presenza di corrosione, schizzi di saldatura, ammaccature, punti di rilievo localizzati e deformazioni. Un contatto non uniforme può concentrare il carico in una parte dell'anello.
• Condizioni della corona dentata:Se il cuscinetto include ingranaggi esterni o interni, ispezionare l'usura dei denti e verificare l'innesto del pignone corrispondente. I problemi agli ingranaggi possono generare una forza motrice anomala.
• Fessurazioni strutturali:Ispezionare il telaio superiore, la torretta, il piedistallo e l'area dei bulloni. Un supporto incrinato o flessibile può modificare il percorso di carico calcolato.
• Condizioni di lubrificazione:Attenersi alle procedure di lubrificazione indicate dal produttore dell'apparecchiatura ed esaminare il lubrificante per verificare la presenza di contaminazioni o detriti anomali.
• Movimento misurato:Confronta il gioco o il movimento misurato del cuscinetto con i limiti di servizio del produttore dell'apparecchiatura. Non scartare un anello basandoti solo sulla sensazione al tatto.

Un equivoco comune è che un gioco eccessivo dimostri sempre che il cuscinetto sia l'unico componente difettoso. L'usura può essere presente, ma bulloni allentati, superfici di montaggio danneggiate, deformazioni del telaio o gioco degli ingranaggi possono produrre sintomi simili. Un'ispezione dovrebbe distinguere queste cause prima di emettere un ordine di sostituzione.

Utilizzare le prove del ciclo di lavoro per definire il confine di selezione corretto

La condizione di sollevamento statico più critica non è sempre quella che determina la durata di vita utile. Una gru che ruota ripetutamente con un carico sospeso può essere soggetta a numerosi cicli di forza radiale e momento ribaltante combinati. Un'altra gru, invece, può sollevare carichi elevati solo occasionalmente, rimanendo però ferma durante le operazioni di sollevamento. Queste macchine richiedono approcci di valutazione differenti.

Specificare il ciclo di lavoro in termini operativi semplici. Indicare con quale frequenza la gru ruota sotto carico, se i carichi vengono sollevati a raggio completo, se gli avvii e gli arresti sono frequenti e se si verifica un carico laterale. Ciò fornisce al fornitore una base utilizzabile per raccomandare unCuscinetto di rotazione per carichi pesantio un altro accordo.

Esempio pratico di applicazione per una gru portuale.

Consideriamo una gru che solleva un carico a un raggio esteso, per poi ruotare e trasferire il carico. La massa sollevata contribuisce con una forza assiale. La distanza dal centro di rotazione crea un momento ribaltante. L'accelerazione di rotazione e qualsiasi forza laterale dovuta al vento aggiungono un carico radiale.

Il metodo di selezione consiste nel calcolare questa condizione di rotazione sotto carico come un unico caso combinato, per poi confrontarla con un caso di sollevamento massimo a veicolo fermo e con una condizione di esposizione al vento. Il caso determinante può variare in base alla capacità della pista di rotolamento del cuscinetto, al carico dei bulloni e alla coppia motrice. Per questo motivo, una singola affermazione sul "carico massimo" non è sufficiente per la scelta definitiva del cuscinetto.

Anche il contesto operativo reale è importante. Un produttore sudcoreano di attrezzature portuali ha effettuato un ordine ripetuto per 20 riduttori di rotazione a vite senza fine WEA9-62-25HR per sistemi di gru portuali. L'applicazione specificata richiedeva un comportamento autobloccante, un grado di protezione IP65 e una precisione di inseguimento non superiore a 0,15 gradi. Questo esempio dimostra l'importanza di valutare l'intero sistema di rotazione, inclusi i requisiti di cuscinetti e azionamento, piuttosto che considerare il supporto di rotazione come un componente isolato.

La nostra capacità produttiva supporta sia progetti standard che personalizzati: i prodotti standard hanno un ordine minimo di 1 set, mentre i prodotti personalizzati hanno un ordine minimo di 5 set. Luoyang Slewring Bearing Co., Ltd. fornisce inoltre una proposta tecnica entro 24 ore qualora siano disponibili i dati operativi, i disegni e le informazioni sul carico necessari. Ai sensi dei nostri termini di qualità, offriamo una garanzia di qualità estesa di due anni e un servizio di assistenza tecnica entro 48 ore.

Preparate questi dati prima di richiedere una valutazione del carico combinato.

Una richiesta di informazioni utile al fornitore dovrebbe consentire a un ingegnere di riprodurre il percorso di carico, non di ipotizzarlo. Quanto più completo sarà il pacchetto di informazioni fornito, tanto più affidabili saranno la raccomandazione e il preventivo relativi ai cuscinetti.

• Tipo di gru, applicazione e raggio di rotazione richiesto
• Carico massimo sollevato e tutti i pesi morti supportati
• Geometria del braccio, raggi di lavoro e posizione del centro di carico
• Carico assiale, carico radiale e momento ribaltante per ciascun caso operativo, se già calcolati
• Velocità di rotazione, comportamento in accelerazione e ciclo di lavoro previsto
• Vento, temperatura, corrosione, contaminazione e ambiente di installazione
• Disegno del cuscinetto esistente, dimensioni di montaggio, dati della corona dentata e dettagli dei bulloni per i progetti di sostituzione
• Disegni della struttura di montaggio superiore e inferiore o dimensioni sufficienti per valutare le condizioni di supporto.
• Documenti di ispezione richiesti, programma di produzione e necessità di campioni.

Quando l'applicazione presenta limiti di spazio insoliti, carichi ciclici elevati o interfacce non standard, unUnità di rotazione personalizzataUna proposta di cuscinetti personalizzati potrebbe essere più appropriata rispetto all'adattamento di un modello da catalogo. Il limite è chiaro: la personalizzazione richiede comunque casi di carico confermati e dettagli di interfaccia.

Il processo di specifica corretto non consiste nello "scegliere l'anello più grande". Consiste nell'identificare i casi di carico combinato reali, verificare il percorso del carico attraverso il cuscinetto e la struttura e confrontare tali casi con i dati di valutazione approvati dal fornitore. Questo processo aiuta i team di gruisti a selezionare un cuscinetto adatto al lavoro effettivo della macchina, anziché basarsi solo sulla sua capacità di sollevamento nominale.