Spiegazione delle gru girevoli: cuscinetti e azionamenti che mantengono in rotazione carichi pesanti

Osserva una gru che solleva un contenitore da una banchina e lo fa oscillare verso una nave in attesa, e stai osservando un gruppo di cuscinetti che svolge la maggior parte del lavoro silenzioso. Il paranco solleva il carico e il braccio o il carrello lo posiziona, ma è il movimento di rotazione – la rotazione lenta e controllata della struttura superiore attorno a un asse verticale – che trasforma una macchina di sollevamento in una macchina in grado di posizionare un carico quasi ovunque all’interno del suo raggio di lavoro. Tutto ciò che è al di sopra di quella rotazione dipende da due componenti: la ralla che trasporta il carico e la trasmissione che lo fa girare.

Dopo aver trascorso anni a progettare e produrre questi componenti per costruttori di gruppi ed integratori di attrezzature, abbiamo imparato che la maggior parte dei problemi di rotazione vengono risolti molto prima che la prima cartuccia di grasso venga svuotata. Vengono decisi nella fase di specifica, quando qualcuno ha adattato il cuscinetto al servizio reale o lo ha indovinato.

Cosa rende una gru una gru "girevole".

A rigore di termini, un gruppo girevole e qualsiasi gruppo le cui parti superiori ruotano rispetto alla sua base. Questa singola caratteristica copre una famiglia molto ampia di macchine:

• Gru a torre, dove l'intero gruppo del braccio ruota sopra l'albero.
• Gru mobili e autocarrate, dove la sovrastruttura gira su un anello mobile sopra il telaio.
• Gru girevoli per portali e cantieri navali, che combinano un portale mobile con un braccio rotante.
• Gru a ponte, gru a bandiera e gru utilitarie utilizzate per il sollevamento di personale o materiale.
• Movimentatori di materiali e gru per legname con accessori a pinza o pinza.

Al contrario, una gru a ponte di solito sposta il ponte e il carrello lungo i diritti binari invece di ruotare. Le gru da cantiere con braccio girevole si collocano da qualche parte nel mezzo e ricordano bene che l'interfaccia di rotazione è spesso la parte più piccola della macchina, pur essendo quella che trasporta il carico più concentrato.

La ralla: un cuscinetto, tre carichi

Una ralla di gru svolge il lavoro che altrimenti richiederebbe diversi cuscinetti e un telaio strutturale. In un unico anello trasporta il carico assiale derivante dal peso del braccio e del carico sollevato, il carico radiale derivante dalla trazione laterale e dal vento e un momento ribaltante prodotto dal carico moltiplicato per la sua distanza dal centro di rotazione. Questo terzo componente è solitamente quello decisivo su un gru, perché il raggio di lavoro funge da braccio di leva su tutto ciò che sostiene il cuscinetto.

La maggior parte degli anelli per gru integra anche i denti dell'ingranaggio – esterni, interni o assenti – quindi lo stesso componente supporta e guida la rotazione. Le piste di rotolamento sono temprate a cuore o a induzione, le guarnizioni mantengono la sabbia e l'acqua lontane dal contatto volvente e le scanalature o le porte di lubrificazione determinano la facilità con cui l'anello può essere sottoposto a manutenzione in una fase successiva. Se desideri una panoramica più approfondita di come funziona il percorso di carico all'interno di questi anelli, la nostra nota su come le ralle sopportano i carichi delle gru entra più nel dettaglio.

Laddove una gru necessita di un posizionamento molto stretto o di una punta del braccio rigido (ad esempio, le gru a ponte che lavorano con contenitore) una disposizione a rulli incrociati è spesso la risposta migliore rispetto alle sfere, perché i rulli resistono al momento con una deflessione notevolmente inferiore.

Cuscinetto di rotazione a rulli incrociati a fila singola Per le gru che necessitano di un posizionamento stretto e di una bassa deflessione, questo cuscinetto a rulli incrociati a fila singola offre un'elevata capacità di carico e una rotazione regolare. Visualizza il prodotto →

Azionamenti di rotazione: coppia con controllo

Non tutte le gru necessitano di anello e scatola ingranaggi separati. Una trasmissione di rotazione racchiude il cuscinetto, il gruppo di ingranaggi e l'alloggiamento in un'unica unità sigillata, semplificando enormemente l'interfaccia di montaggio e offrendo ai progettisti un modo compatto per ottenere rapporti di riduzione elevati. Il compromesso è che la trasmissione deve essere selezionata in base ai requisiti di coppia e tenuta piuttosto che alla pura capacità portante.

Sulle gru montate su camion, sulle piattaforme di lavoro aeree e sulle attrezzature di servizio, la capacità di mantenere una posizione senza freno (ad esempio il comportamento autobloccante di una fase di ingranaggio a vite senza fine) è spesso preziosa quanto la coppia di uscita grezza. Le unità chiuse tollerano inoltre la polvere, i lavaggi e lo stoccaggio all'aperto meglio delle corone dentate esposte. Il nostro articolo su azionamenti di rotazione verticale in gru ed escavatori illustra come interagiscono nella pratica il rapporto di trasmissione, la rigidità dell'alloggiamento e le scelte di tenuta.

Azionamento di rotazione autobloccante con ingranaggio interno verticale Per le gru da autocarro e le piattaforme aeree, questa trasmissione verticale a ingranaggi interni offre il mantenimento della posizione autobloccante e una trasmissione stabile della coppia. Visualizza il prodotto →

Abbinamento del tipo di cuscinetto al lavoro della gru

Non esiste una soluzione migliore di rotazione universale. Ciò che conta è come arriva il carico, quanto spesso arriva e quanto spazio concede la struttura attorno all'anello. Il confronto riportato di seguito è quello che più spesso proponiamo ai clienti.

Per portali pesanti, caricatori navali e macchine mobili più grandi, il design a tre file di rulli è solitamente il punto in cui termina la conversazione, perché la suddivisione dei compiti assiali, radiali e del momento su file di rulli separati mantiene le sollecitazioni di contatto gestibili man mano che la macchina cresce.

Cuscinetto volvente a tre corone di rulli Serie 13 Per portali pesanti e macchine più grandi, questo cuscinetto a tre corone di rulli separa i carichi assiali, radiali e di momento per gestire le sollecitazioni da contatto. Visualizza il prodotto →

Casi di carico che decidono la progettazione

I carichi statici e dinamici non sono la stessa cosa

Un cuscinetto che sorregge una gru parcheggiata con il braccio esteso si trova in una situazione statica e il carico consentito è generoso. Il sollevamento e la rotazione simultanei della stessa gru producono un caso dinamico con una frazione di quella capacità disponibile. Citare un numero per entrambi è una delle fonti più comuni di fallimento prematuro.

Shock, trazione laterale e servizio di retromarcia

Il rilascio delle prese, i carichi che oscillano sul gancio, le raffiche di vento su un braccio lungo e gli arresti di rotazione irregolari aggiungono tutti percorsi di carico che un puro calcolo di sollevamento non rileva. Anche il servizio di inversione è importante: un anello che gira solo di dieci gradi in ogni direzione indosserà una stretta fascia di pista, quindi le specifiche dovrebbero tenere conto del campo di rotazione e delle rivoluzioni totali.

Accesso all'ambiente e alla manutenzione

Porti, cave e ponti offshore portano sale, sabbia e umidità. La tenuta, la protezione della superficie e la posizione degli ingrassatori sono decisioni di progettazione, non ripensamenti, perché un cuscinetto che non può essere rilubrificato facilmente non verrà rilubrificato.

Una lista di controllo per la selezione che vale la pena seguire

1. Definire il carico di lavoro massimo e il raggio massimo al quale si verifica.
2. Calcola il momento di ribaltamento, i carichi assiali e radiali per ogni combinazione rilevante, non solo per il singolo sollevamento peggiore.
3. Ciclo di lavoro stimato: sollevamenti all'ora, angolo di rotazione, ore di funzionamento all'anno.
4. Applicare il fattore di servizio appropriato per la classe di applicazione e il livello di shock.
5. Controllare la struttura di montaggio: planarità, qualità dei bulloni, precarico dei bulloni e rigidità della flangia di supporto.
6. Concordare il metodo di lubrificazione, l'intervallo di rilubrificazione e l'accesso per l'ispezione prima della pubblicazione dei disegni.

Per percorrere questi sei punti sulla carta ci vuole un pomeriggio. Saltarli può mettere fuori servizio una gru per settimane.

Installazione e assistenza a lungo termine

Anche un anello di dimensioni corrette avrà prestazioni inferiori se la superficie di montaggio non è planare o se i bulloni non sono tensionati nella giusta sequenza. Superfici di montaggio lavorate, filettature pulite e una procedura di coppia calibrata protegge la pista dalla distorsione causata dalla struttura su cui poggia. L'ingranaggio degli ingranaggi deve essere controllato con un composto di marcatura anziché a orecchio e il gioco misurato in diversi punti attorno all'anello.

• Rilubrificare all'intervallo stabilito dal ciclo di lavoro, non solo dal calendario.
• Ispezionare le guarnizioni ad ogni manutenzione e sostituirle prima che l'ingresso dell'acqua si manifesti come scolorimento del grasso.
• Tracciare il gioco e la resistenza rotazionale nel tempo; i cambiamenti sono segnali premonitori.
• Controllare la tensione dei bulloni dopo le prime settimane di funzionamento e successivamente periodicamente.

Impostare la rotazione giusta la prima volta

Costruiamo ralle e unità di rotazione a Jiangyin, Jiangsu, per clienti che si occupano di macchinari portuali, gru mobili, macchine edili e sistemi automatizzati. La nostra produzione è organizzata attorno alla precisione, alla leggerezza e all'automazione, con i dati di produzione monitorati mentre i pezzi si spostano attraverso l'officina, e siamo lieti di sederci con un caso di carico e un disegno piuttosto che limitarci a citare un numero di parte. Se stai specificando la rotazione per un nuovo gruppo o stai sostituendo un anello che non è durato quanto dovrebbe, inviaci i dati di carico è il modo più veloce per iniziare.