Как подшипники поворотного механизма крана справляются с комбинированными нагрузками?

Что такое подшипник поворотного механизма крана? Это крупный подшипник качения, соединяющий вращающуюся верхнюю часть крана с его основанием. Он обеспечивает контролируемое вращение, выдерживая вертикальную нагрузку, боковое усилие и опрокидывающее усилие, возникающее при подъеме груза стрелой вдали от центральной оси.

Аподшипник поворота кранаВ реальных условиях эксплуатации система не учитывает эти силы по отдельности. Подъем груза, изменение угла наклона стрелы, ускорение поворота, ветер и неровности местности могут действовать одновременно. Поэтому правильный подшипник выбирается на основе комбинированных нагрузок, а не только на основе максимальной поднимаемой массы.

Для конструкторов кранов и инженеров по техническому обслуживанию главный вопрос прост: смогут ли дорожки качения подшипников, элементы качения, крепежные болты и опорные конструкции безопасно выдерживать наихудшее ожидаемое сочетание осевой нагрузки, радиальной нагрузки и опрокидывающего момента? Ответ зависит от того, где каждая нагрузка воздействует на подшипник и как режим работы крана изменяет эту нагрузку с течением времени.

В компании Luoyang Slewring Bearing Co., Ltd. наша инженерная команда оказывает поддержку в выборе подшипников и приводов, начиная с этапа предварительного изучения чертежей и заканчивая производством. Наше предприятие, сертифицированное по стандарту ISO 9001:2015, использует трехкоординатный контроль с помощью координатно-измерительной машины (CMM), и каждый поворотный подшипник подвергается динамическим испытаниям под нагрузкой в ​​рамках заявленного нами процесса контроля качества.

Автор:Льюис, старший инженер-конструктор, обладающий более чем 30-летним опытом проектирования тяжелой техники и систем передачи энергии.

Начните с фактической нагрузки на кран, а не с номинальной грузоподъемности подъемника.

Первая ошибка при выборе заключается в том, что номинальную нагрузку крана рассматривают как нагрузку на подшипник. Номинальная нагрузка на крюк — это лишь часть силовой системы. Подшипник также воспринимает вес стрелы, эффект противовеса, вес верхней рамы, вес креплений и силу, создаваемую расстоянием между грузом и центром подшипника.

Практический вывод заключается в том, что расчеты нагрузок следует производить, исходя из положения крана, а не только из грузоподъемности. Такой подход подходит для проектирования новых кранов, оценки возможности замены подшипников и модификаций, таких как установка более длинной стрелы или более тяжелого грейфера. Он не заменяет расчеты поставщика, поскольку номинальная нагрузка подшипника все равно должна быть проверена на соответствие фактической геометрии подшипника и конструкции дорожки качения.

Определите рабочие положения, которые создают различные нагрузки на подшипники.

• Стрела убрана с тяжелым грузом на крюке:Это может привести к возникновению высокой осевой силы, поскольку большая часть нагрузки действует вниз, вблизи центра машины. При этом это может не создать максимальный опрокидывающий момент.
• Выдвижная стрела в рабочем радиусе:Вертикальная нагрузка действует на большем расстоянии от центра вращения. Опрокидывающий момент может стать определяющим фактором, даже если нагрузка на крюк невелика.
• Повороты в воздухе во время подъема на лифте:Ускорение и замедление создают горизонтальную силу и могут увеличивать радиальную нагрузку. Это условие имеет значение, когда кран вращается с грузом, а не только после его опускания.
• Стрела, подверженная воздействию ветра, или подвешенный груз:Ветер создает боковую силу и может усиливать опрокидывающий эффект. В этом случае необходимо учитывать специфические для данной местности ветровые условия, указанные проектировщиком крана, или правила эксплуатации.
• Путешествия, движение по железной дороге или неравномерная опора:Деформация конструкции может изменить способ передачи нагрузки через монтажные поверхности. Подшипник, выбранный только на основе идеальных статических расчетов, может оказаться непригодным для таких условий.

Для каждого случая необходимо задокументировать угол наклона стрелы, рабочий радиус, поднимаемый груз, вес навесного оборудования, скорость поворота, характер ускорения, ветровые условия и конфигурацию опор крана. Если какой-либо из этих параметров неизвестен, выбор подшипников остается предварительным. Поставщик может рассчитать грузоподъемность только на основе предоставленной информации.

Для мобильных применений подшипник, предназначенный для автокрана, может потребовать иных проверок, чем подшипник, используемый в стационарном кране на опоре. Доступное монтажное пространство, окружность расположения болтов, жесткость конструкции и нагрузки, возникающие при перемещении, могут отличаться. См. нашиПоворотный подшипник автокранаИнформация о характеристиках продукта, относящаяся к категории мобильного подъемного оборудования.

Перед выбором подшипника сравните пути приложения осевой, радиальной нагрузки и нагрузки, вызывающей опрокидывающий момент.

Каждый тип нагрузки достигает поворотного кольца по разному пути. Их взаимодействие определяет контактное напряжение в направляющих, нагрузку от катящихся элементов, деформацию монтажной конструкции и нагрузку на болтовое соединение. При работе крана на радиусе ни одна отдельная нагрузка не должна оцениваться изолированно.

Тип нагрузки	Как он входит в подшипник	На что это влияет на практике	Вопрос выбора
Осевая нагрузка	Действует параллельно оси вращения подшипника, обычно под воздействием веса верхней конструкции, веса стрелы и поднимаемого груза.	Передача энергии осуществляется через дорожки качения и элементы качения в виде вертикальной опорной силы.	Высокая осевая нагрузка может быть определяющей, когда кран перевозит значительный собственный вес вблизи центра вращения, но это может не отражать наихудшие условия эксплуатации с выдвинутой стрелой.
Радиальная нагрузка	Действует перпендикулярно оси вращения, часто под воздействием поворотного движения, ветра, боковой тяги или движения машины.	Может смещать зону качения и увеличивать боковую нагрузку на систему дорожек качения.	Радиальную нагрузку следует оценивать при повороте крана под нагрузкой, работе в ветреную погоду или при воздействии горизонтальной силы в процессе его эксплуатации.
Переломный момент	Возникает, когда сила действует на некотором расстоянии от центра подшипника, например, поднимаемый груз на радиусе стрелы.	Увеличивает нагрузку на одной стороне кабелепровода, одновременно уменьшая нагрузку на противоположной стороне.	Это, как правило, определяющее состояние крана, поскольку оно отражает как величину нагрузки, так и рабочий радиус. Его необходимо проверить при соответствующих осевых и радиальных нагрузках.

Опрокидывающий момент — это не отдельный груз, расположенный на подшипнике. Это вращательный эффект, создаваемый силой, действующей через рычаг. Более лёгкий груз, расположенный далеко от центра, может создавать более сильный момент, чем более тяжёлый груз, расположенный близко к центру поворота крана.

Практический метод выбора комбинированной нагрузки

1. Перечислите сценарии эксплуатации.Укажите высоту подъема, положение стрелы, радиус погрузки, направление поворота, ветровые условия и условия опоры машины.
2. Рассчитайте или определите осевую силу.Учитывайте поддерживаемый собственный вес и приложенную подъемную нагрузку, передающуюся через вращающуюся конструкцию.
3. Определите радиальную силу.При необходимости учитывайте горизонтальные силы, вызванные движением, боковой нагрузкой или условиями окружающей среды.
4. Определите опрокидывающий момент.Используйте соответствующие вертикальные и горизонтальные силы, а также расстояния от центра подшипника до них.
5. Сопоставьте значения из одного и того же случая.Не следует объединять максимальную осевую нагрузку, возникающую в одном условии, с максимальным моментом, возникающим в несвязанном условии, если только оба явления действительно не могут произойти одновременно.
6. Сравните каждую комбинацию нагрузок с данными о допустимых нагрузках, предоставленными поставщиком.Поставщик подшипников должен оценить суммарные значения в соответствии с применимым методом статической и рабочей оценки.
7. Ознакомьтесь с полным интерфейсом.Проверьте крепежные болты, предварительное натяжение болтов, плоскостность опор, нагрузку на зубчатое колесо (если оно используется) и жесткость верхней/нижней части рамы.

Ключевое ограничение заключается в том, что таблица допустимой нагрузки не может исправить слабую конструкцию крана. Если монтажные поверхности деформируются, кольцо может сместиться из предназначенной для него плоскости опоры. Это может привести к неравномерной нагрузке на дорожку качения, даже если расчетная нагрузка на подшипник кажется приемлемой.

При работе с кранами, способными выдерживать большие нагрузки, конструкция подшипников имеет значение.Трехрядный роликовый поворотный подшипникВ отличие от многих компактных подшипниковых конструкций, это позволяет более четко разделить пути передачи нагрузки, что может быть полезно в случаях, когда осевые, радиальные и моментные нагрузки являются существенными. Однако это не всегда лучший выбор, поскольку окончательное решение по-прежнему зависит от доступного монтажного пространства, стоимости, требований к вращению и конструкции крепления.

Поймите, как тип подшипника влияет на поведение при комбинированной нагрузке.

Различные конструкции поворотных подшипников распределяют нагрузки по-разному. Наилучший вариант зависит от сочетания нагрузок и габаритов установки, а не от предположения, что более крупный или сложный подшипник всегда лучше.

Подход по пеленгу	Типичное использование комбинированной нагрузки	Практическое преимущество	Ограничение на проверку
Расположение шаров в один ряд	Компактные краны и применение в условиях умеренных комбинированных нагрузок.	Может обеспечить компактное решение в тех случаях, когда вес и габариты установки имеют значение.	При увеличении момента нагрузки на стреле с большим радиусом ее радиуса необходимо тщательно проверять несущую способность.
Расположение шаров в два ряда	Области применения, требующие более равномерного распределения нагрузки, чем при компактной однорядной компоновке.	Подходит для оборудования, где распределение нагрузки и высота подшипника являются частью проектных решений.	Проверка на комбинированную нагрузку по-прежнему необходима; наличие двух рядов не исключает необходимости оценки моментной нагрузки.
Расположение перекрестных роликов	Области применения, требующие контролируемой вращательной опоры под комбинированными нагрузками.	Ориентация роликов позволяет поддерживать комбинированное распределение сил в компактной кольцевой структуре.	Точность монтажа и жесткость конструкции остаются важными факторами для сохранения заданного распределения нагрузки.
Трехрядная роликовая система	Тяжелые краны и оборудование, подверженные значительным суммарным осевым, радиальным и моментным нагрузкам.	Для разных направлений нагрузки можно расположить отдельные ряды роликов.	Более масштабная конструкция установки и опор должна быть обоснована выполняемыми задачами и имеющимся пространством.

Компактный подшипник привлекателен в условиях ограниченного монтажного пространства крана. Недостатком является то, что концентрированная комбинированная нагрузка может оставлять меньше места для запаса прочности при проектировании. Подшипник большей грузоподъемности может выдерживать более сложные условия эксплуатации, но он увеличивает массу, стоимость и объем работ по интеграции.

Компания Luoyang Slewring Bearing Co., Ltd. выбирает высокопрочный чугун, легированную сталь, нержавеющую сталь или кованую легированную сталь в зависимости от нагрузки, скорости и условий эксплуатации. Выбор материала должен соответствовать требованиям эксплуатации. Например, нержавеющую сталь не следует выбирать только из-за опасений по поводу коррозии, если общая нагрузка и требуемая прочность кольца указывают на необходимость использования другого подходящего материала.

Для проектов, требующих низкоскоростного вращения с интегрированным редуктором и корпусом привода,Червячный привод поворотаМожет рассматриваться в сочетании с отдельным подшипниковым и приводным механизмом. Это решение подходит только в том случае, если его выходной крутящий момент, удерживающие характеристики, зубчатая передача и защита от воздействия окружающей среды соответствуют требованиям эксплуатации крана.

Не игнорируйте крепежные болты и опорную конструкцию.

Подшипник работает не в одиночку. При опрокидывающей нагрузке одна сторона узла поворотного кольца сжимается, в то время как противоположная сторона может создавать большую нагрузку на крепежные болты. Верхняя и нижняя рамы должны обеспечивать поддержку подшипника вокруг его монтажных поверхностей.

Основная рекомендация — оценивать подшипник, болты и несущую конструкцию как единый узел. Это подходит как для проектирования оригинального оборудования, так и для работ по замене. Это не означает, что поставщик подшипников может одобрить конструкцию крана, не получив чертежи, подробные сведения о болтах, данные о материалах и фактические варианты нагрузок.

Перед утверждением замены проверьте следующие условия интерфейса.

• Технические характеристики и количество болтов:Убедитесь, что тип болта, способ затяжки, метод затяжки и расположение соответствуют утвержденной конструкции. Не следует устанавливать заменяющее кольцо с использованием непроверенных заменяющих болтов.
• Состояние монтажной поверхности:Проверьте наличие коррозии, брызг сварки, вмятин, локальных выпуклостей и деформаций. Неравномерный контакт может концентрировать нагрузку на части кольца.
• Состояние зубчатого колеса:Если подшипник имеет внешнюю или внутреннюю зубчатую передачу, проверьте износ зубьев и убедитесь в зацеплении сопряженной шестерни. Проблемы с зубчатой ​​передачей могут привести к аномальному усилию привода.
• Структурные трещины:Осмотрите верхнюю раму, башню, опору и область болтов. Трещина или деформация опоры могут изменить расчетный путь передачи нагрузки.
• Условия смазки:Следуйте рекомендациям производителя оборудования по смазке и проверяйте смазочный материал на наличие загрязнений или посторонних примесей.
• Измеренное движение:Сравните измеренный зазор или перемещение подшипника с пределами допустимых параметров, указанными производителем оборудования. Не следует выносить вердикт о неисправности кольца, основываясь только на ощущениях.

Распространенное заблуждение заключается в том, что чрезмерный люфт всегда свидетельствует о неисправности только подшипника. Износ может присутствовать, но ослабленные болты, поврежденные монтажные поверхности, деформация рамы или зазор в шестернях могут вызывать схожие симптомы. Перед оформлением заказа на замену необходимо провести осмотр, чтобы выявить эти причины.

Используйте данные о рабочем цикле для определения правильных границ отбора.

Наихудшие статические условия подъема не всегда определяют срок службы. Кран, многократно поворачивающийся с подвешенным грузом, может создавать множество циклов суммарной радиальной силы и опрокидывающего момента. Другой кран может редко поднимать большой груз, оставаясь при этом неподвижным во время подъема. Оценка таких машин требует иного подхода.

Укажите рабочий цикл простыми, понятными терминами. Опишите, как часто кран вращается под нагрузкой, поднимаются ли грузы на полном радиусе, часто ли происходят пуски и остановки, и происходит ли боковая погрузка. Это даст поставщику удобную основу для рекомендаций.Поворотный подшипник большой грузоподъемностиили по другой договоренности.

Пример практического применения портового крана.

Рассмотрим кран, который поднимает груз на значительном радиусе, а затем поворачивается для его перемещения. Поднятая масса создает осевую силу. Расстояние от центра поворота создает опрокидывающий момент. Ускорение поворота и любые боковые силы, связанные с ветром, добавляют радиальную нагрузку.

Метод выбора заключается в том, чтобы рассчитать условия поворота под нагрузкой как единый комбинированный случай, а затем сравнить его со случаем максимальной подъемной силы в положении стоянки и в условиях воздействия ветра. Определяющий случай может различаться в зависимости от несущей способности дорожки качения подшипника, нагрузки на болты и крутящего момента привода. Именно поэтому одного утверждения о «максимальной нагрузке» недостаточно для окончательного выбора подшипника.

Важен и реальный контекст эксплуатации. Южнокорейский производитель портового оборудования разместил повторный заказ на 20 червячных приводов WEA9-62-25HR для портовых крановых систем. В заявленном применении требовалось самоблокирующееся поведение, герметизация IP65 и точность слежения не более 0,15 градуса. Этот пример позволяет оценить всю систему поворота, включая требования к подшипникам и приводу, а не рассматривать поддержку вращения как изолированный компонент.

Наши производственные возможности позволяют выполнять как стандартные, так и индивидуальные заказы: минимальный объем заказа для стандартных изделий составляет 1 комплект, а для изделий, изготовленных по индивидуальному заказу, — 5 комплектов. Компания Luoyang Slewring Bearing Co., Ltd. также предоставляет техническое предложение в течение 24 часов при наличии необходимых эксплуатационных данных, чертежей и информации о нагрузках. В соответствии с заявленными условиями качества, предоставляется двухлетняя расширенная гарантия качества и техническая поддержка в течение 48 часов.

Подготовьте следующие данные, прежде чем запрашивать оценку комбинированной нагрузки.

Полезный запрос от поставщика должен позволять инженеру воспроизвести траекторию нагрузки, а не гадать о ней. Чем полнее пакет входных данных, тем надежнее будут рекомендации по подшипникам и ценовое предложение.

• Тип крана, область применения и требуемый диапазон вращения.
• Максимальная поднимаемая нагрузка и все поддерживаемые собственные веса
• Геометрия стрелы, рабочие радиусы и расположение центров нагрузки.
• Осевая нагрузка, радиальная нагрузка и опрокидывающий момент для каждого режима работы, если они уже рассчитаны.
• Скорость поворота, характер ускорения и ожидаемый рабочий цикл.
• Ветер, температура, коррозия, загрязнение и условия установки.
• Существующий чертеж подшипника, монтажные размеры, данные о зубчатом колесе и информация о болтах для проектов замены.
• Чертежи верхней и нижней монтажных конструкций или достаточные размеры для проверки условий крепления.
• Необходимые документы для контроля качества, производственный график и требования к образцам.

Когда в приложении имеются нестандартные ограничения по пространству, высокие циклические нагрузки или нестандартные интерфейсы,Специализированный поворотный приводИли же предложение по изготовлению подшипника на заказ может быть более целесообразным, чем адаптация модели из каталога. Ограничение очевидно: для индивидуальной настройки по-прежнему требуются подтвержденные варианты нагрузок и детали интерфейса.

Правильный процесс выбора подшипника заключается не в том, чтобы «выбрать самое большое кольцо». Он состоит в определении реальных комбинированных нагрузок, проверке пути передачи нагрузки через подшипник и конструкцию, а также в сравнении этих случаев с утвержденными поставщиком данными о грузоподъемности. Этот процесс помогает крановым бригадам выбрать подшипник, соответствующий фактической работе машины, а не только ее заявленной грузоподъемности.