Cuscinetto ad anello girevole per percorsi di carico e canaline di scorrimento delle gru

Che cos'è un cuscinetto di rotazione per gru?Si tratta di un cuscinetto di grande diametro che consente alla sovrastruttura di ruotare sul corpo del carrello, sull'albero o sul basamento. Esso sopporta contemporaneamente carico assiale, carico radiale e momento di ribaltamento. La questione ingegneristica fondamentale è dove si distribuisce effettivamente tale carico all'interno dell'anello e quale pista di rotolamento lo assorbe.

Una gru raramente esercita una pressione diretta sul suo cuscinetto. Il braccio, il carico del gancio e il contrappeso creano un grande momento ribaltante, e la rotazione aggiunge ulteriore coppia e shock dinamico. Se si confrontano solo il diametro e la circonferenza dei bulloni, si trascura l'elemento che determina la durata utile: il contatto della pista di rotolamento.

Come le forze della gru si spostano dal braccio alla fondazione

Immaginate il carico come una catena. Ogni anello deve essere sufficientemente rigido da trasferire il carico a quello successivo senza piegarsi. La tabella seguente illustra il sollevamento di un carico dal gancio alla carrozzeria dell'auto.

Palcoscenico	Che cosa succede al carico?	Cosa significa per il cuscinetto
1. Braccio e gancio	Il peso del gancio moltiplicato per il raggio genera un momento ribaltante alla base del braccio.	Solitamente è il momento, non il peso, a dimensionare il cuscinetto. Un raggio maggiore lo solleva più rapidamente.
2. Struttura della sovrastruttura (torretta)	Il telaio trasforma la reazione del braccio in una forza verticale e in una coppia di momenti sul supporto del cuscinetto.	Una struttura flessibile inclina l'anello e concentra il contatto sui bordi del sedile.
3. Interfaccia di montaggio superiore	I bulloni fissano l'anello al telaio. La tensione dei bulloni sul lato caricato aumenta, mentre la forza di serraggio sul lato opposto diminuisce.	Il precarico del bullone impedisce la separazione dell'anello. Un precarico insufficiente o non uniforme favorisce l'usura e la fatica.
4. Elementi volventi e piste di rotolamento	Il momento flettente si divide in una zona di compressione sotto il lato del braccio e in una zona di carico ridotto sul lato opposto.	Solo una parte della circonferenza sopporta il carico massimo. L'usura e la fatica iniziano in quell'arco.
5. Interfaccia di montaggio inferiore	L'anello inferiore trasferisce il carico al piedistallo o alla carrozzeria attraverso i propri bulloni e la propria sede.	La planarità e la rigidità del piedistallo controllano l'uniformità con cui le piste di rotolamento si distribuiscono il carico.
6. Ingranaggi (se utilizzati)	Un pignone o una vite senza fine trasmettono la coppia ai denti della corona per consentire la rotazione.	Il carico sui denti è distinto dal carico sulla pista di rotolamento, ma la flessione dell'anello sposta l'ingranamento.

Il punto fondamentale è che l'arco di carico non è un cerchio completo. Sotto l'effetto di un momento flettente, gli elementi volventi su un lato sopportano la maggior parte della forza, mentre quelli sull'altro lato potrebbero non sopportarne quasi nessuna. Ecco perché il ragionamento basato sul carico medio sottovaluta le sollecitazioni sulla pista di rotolamento.

Confronto tra piste di rotolamento ed elementi volventi

La configurazione delle piste di rotolamento determina la resistenza del cuscinetto al momento flettente. Ogni tipologia gestisce i carichi combinati in modo diverso e ognuna presenta dei limiti. Ecco un confronto tra le principali famiglie di cuscinetti nell'ambito delle applicazioni con gru.

Tipo di cuscinetto	Come trasporta il carico combinato	veste meglio	Limiti
Cuscinetti a sfere a fila singola	Una sfera posizionata in una pista di contatto a quattro punti subisce simultaneamente carichi assiali, radiali e momenti flettenti.	Adatto per gru leggere e medie, con ingombro ridotto.	Meno punti di contatto. Minore margine per momenti o urti di grande entità.
Cuscinetto a ralla a doppia fila di sfere	Due file di sfere condividono il carico assiale e il momento flettente, con una superficie di contatto maggiore rispetto a una singola fila.	Utilizzo di gru di medie e grandi dimensioni, dove prevale il carico assiale.	La capacità radiale è modesta. Richiede una sezione più ampia di una singola fila.
Cuscinetti volventi a rulli incrociati	I rulli si alternano nell'orientamento all'interno di una pista di rotolamento. Il contatto lineare aumenta la rigidità.	Rotazione di precisione con carichi moderati.	Sensibile alla planarità di montaggio. Non è la scelta usuale per le gru più pesanti.
Cuscinetti volventi a tre file di rulli	Le file di rulli separate sopportano il carico assiale, il carico assiale inverso e il carico radiale, quindi ogni pista di rotolamento ha una funzione specifica.	Gru pesanti con momenti di grande intensità, come le gru portuali e le grandi gru mobili.	Ingombro maggiore e costi più elevati. Richiede strutture di montaggio molto rigide e piatte.

Un maggior numero di file non è automaticamente sinonimo di migliore. Un design a tre file di rulli offre la massima capacità a parità di diametro, ma un telaio flessibile può vanificare questo vantaggio sovraccaricando un solo bordo del rullo. Per una piccola gru montata su camion, un design a sfere a una o due file ben supportato potrebbe essere la soluzione più sensata.

Se la tua gru è un'unità mobile,Cuscinetto di rotazione della gru per autocarriLa gamma è un utile punto di partenza. Per impieghi gravosi, consultare la nostraCuscinetto di rotazione per carichi pesantiopzioni.

Come il montaggio, lo spazio libero e gli ingranaggi influenzano il contatto della pista di rotolamento

La capacità del catalogo presuppone una corretta installazione. Diverse condizioni possono discostarsi dal modello di contatto ideale. Ciascun elemento riportato di seguito ha una conseguenza e un compromesso.

• Rigidità della struttura di montaggio.Una struttura rigida con piedistallo mantiene l'anello rotondo e piatto. Una struttura flessibile, invece, permette all'anello di inclinarsi, concentrando il carico sui bordi della pista di rotolamento. L'irrigidimento aumenta il peso e i costi di fabbricazione, quindi è importante scegliere la soluzione più adatta al momento specifico che si intende affrontare.
• Precarico dell'otturatore.Un precarico corretto mantiene il giunto bloccato sul lato di tensione. Un precarico insufficiente provoca allentamento e usura. Un precarico eccessivo può sollecitare eccessivamente i bulloni o deformare la sede dell'anello. Seguire la sequenza di serraggio e la coppia di serraggio, e verificarle dopo il primo utilizzo.
• Gioco interno o precarico.Le configurazioni più rigide aumentano la rigidità ma anche l'attrito e il calore. Le configurazioni più lasche consentono un movimento più fluido, ma si inclinano maggiormente sotto l'effetto del momento flettente. Le gru che necessitano di un posizionamento preciso e fluido e quelle che devono sopportare carichi d'urto potrebbero richiedere impostazioni diverse.
• Indurimento e materiali della pista di pattinaggio.La durezza della superficie della pista di rotolamento resiste alla fatica da contatto. La scelta tra acciaio legato e acciaio legato forgiato viene effettuata in base al carico, alla velocità e all'ambiente di utilizzo. Una maggiore durezza non è sempre sinonimo di qualità superiore, poiché è necessario trovare un equilibrio tra la profondità di tempra e la tenacità del nucleo.
• Denti degli ingranaggi e trasmissione.Un anello con ingranaggio esterno o interno aggiunge un percorso di carico separato per i denti. Se l'anello si flette, l'ingranamento si sposta e il contatto tra i denti peggiora. Gli azionamenti integrati aiutano in questo caso, poiché il cuscinetto e l'ingranaggio sono progettati insieme. Vedi il nostroUnità di rotazioneintervallo per tale approccio.
• Tenuta e ambiente.La contaminazione attacca per prima le piste di rotolamento. Le gru marine e portuali necessitano di sigillatura e protezione dalla corrosione adeguate all'esposizione al sale.

Questi fattori interagiscono tra loro. Un supporto rigido serve a poco se il precarico dei bulloni è irregolare, e una pista di rotolamento ben temprata risente comunque dell'inclinazione dell'anello da parte del telaio. Considerate il cuscinetto, i bulloni e la struttura come un unico sistema.

Errori comuni nell'interpretazione dei valori di carico e del contatto con la pista di rotolamento

La maggior parte dei problemi di selezione deriva dalla lettura di una tabella di valutazione senza le relative condizioni. Questi sono gli errori che riscontriamo più frequentemente nelle revisioni delle specifiche.

• Confronto delle curve di capacità provenienti da fonti diverse.Le curve statiche e dinamiche dipendono dal fattore di sicurezza, dalla norma utilizzata e dalla classe di servizio. Due curve sono confrontabili solo se le loro condizioni coincidono.
• Verifica del solo carico assiale.Il peso del gancio da solo dice poco. Il momento ribaltante, la spinta radiale dovuta alla rotazione e al vento, e i fattori d'urto sono tutti elementi importanti.
• Presumendo che un diametro maggiore risolva tutto.Un anello più grande distribuisce meglio il momento, ma solo se la struttura può sostenerlo in modo piatto.
• Ignorando il lato non caricato.Il lato opposto dell'anello può scaricarsi sotto l'effetto di un momento flettente elevato. I bulloni in quel punto devono comunque tenere fermo il giunto.
• Trattare la coppia motrice come un problema del cuscinetto.La coppia di avviamento, l'attrito e il comportamento in frenata dipendono congiuntamente da cuscinetti, guarnizioni e ingranaggi.

La verifica è il momento in cui i numeri diventano prove. Richiedete al fornitore gli elementi elencati di seguito e annotate cosa dimostra ciascuno di essi.

1. Tabella dei casi di carico:Valori assiali, radiali e di momento, con indicazione della classe di servizio e del fattore di sicurezza utilizzati.
2. Record di durezza e profondità della pista di atletica:mostra il trattamento termico effettivamente applicato al lotto.
3. Rapporto di ispezione dimensionale:planarità, rotondità e posizioni dei fori dei bulloni. I nostri cuscinetti vengono sottoposti a ispezione a tre coordinate CMM e a test di carico dinamico, descritti nella nostraControllo qualità dell'azionamento di rotazionepagina.
4. Istruzioni di montaggio e fissaggio con bulloni:grado, coppia e sequenza di serraggio.
5. Sistema di qualità e termini di garanzia:Operiamo secondo un sistema di gestione della qualità ISO 9001:2015 e offriamo una garanzia estesa di 2 anni.

Nessuno di questi documenti sostituisce un controllo strutturale completo del proprio telaio. Essi indicano se il cuscinetto è costruito secondo la sua classificazione dichiarata, non se il piedistallo è in grado di supportarlo.

Esempio pratico: Lettura del gruppo di rotazione di una gru montata su camion

Consideriamo una gru da carico montata su un camion. Il braccio si estende lateralmente, il carico sul gancio crea un momento e la zona di carico nel cuscinetto si trova sotto il piede del braccio. Quando la gru ruota nella direzione opposta, quell'arco di carico si muove lungo l'anello.

Un produttore olandese di attrezzature per la movimentazione dei materiali ha utilizzato 50 unità del riduttore a vite senza fine WEA9-62-25HR su gru caricatrici montate su camion. In questa applicazione, il riduttore integrato combina il cuscinetto e la vite senza fine in un unico alloggiamento sigillato. L'anello, l'ingranaggio e l'interfaccia di montaggio sono stati progettati come un'unica unità anziché come tre parti separate.

L'impiego in ambiente marino aggiunge una dimensione legata alla corrosione e agli urti. UK Ocean Marine Systems ha ordinato 20 unità del modello WEA17-104-25H-R-REV.D per gru di bordo, e un produttore sudcoreano di attrezzature portuali ha effettuato un ordine ripetuto di 20 unità del modello WEA9-62-25HR per gru portuali. Questi casi dimostrano il funzionamento del formato di azionamento nelle attrezzature di sollevamento. Non forniscono una valutazione di carico per la vostra gru, che necessita comunque di un proprio caso di studio specifico.

Per un cuscinetto a ralla indipendente per applicazioni su gru o per un azionamento con ingombro speciale,Unità di rotazione personalizzataOffriamo servizi di ingegneria. Il nostro ordine minimo standard è di 1 set, mentre per le personalizzazioni è di 5 set. Per iniziare, inviate le seguenti informazioni:

• Capacità di sollevamento massima e raggio di escursione del braccio
• Carichi assiali, radiali e di momento, oltre alla classe di servizio
• Diametri di montaggio, schema di foratura e altezza della sezione disponibile
• Ambiente operativo: marittimo, portuale, minerario o stradale
• Velocità di rotazione e precisione di posizionamento richieste

Grazie a queste informazioni, il nostro team di ingegneri può fornire una proposta tecnica entro 24 ore e rispondere alle domande tecniche entro 48 ore. Accettiamo volentieri ordini di campioni per test e valutazioni prima di un impegno più consistente.