Rodamientos giratorios para grúas: Tecnologías clave, ventajas y aplicaciones

Sobre el autor: Iker Heras Miguel

Investigador del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), España, está especializado en el modelado y diseño de rodamientos giratorios. Sus intereses de investigación incluyen la predicción del par de fricción, el análisis de la distribución de cargas y los mecanismos que afectan a la rigidez del anillo. Sus resultados se utilizan ampliamente en el diseño mecánico de aerogeneradores, equipos de elevación y grandes estructuras.

En el campo de la elevación moderna y la maquinaria pesada, cojinete de giro de grúa es uno de los componentes centrales que determinan la eficacia y la seguridad del funcionamiento del equipo. Como eje clave que conecta la estructura superior y la estructura inferior, desempeña múltiples funciones como rotación, rodamiento y posicionamiento, y es la base para que la grúa consiga una rotación precisa y un funcionamiento suave. Ya sea en grúas torre, grúas sobre orugas o equipos de manipulación portuaria, el rendimiento de la corona giratoria afecta directamente a la estabilidad y la vida útil de toda la máquina.

Por lo tanto, conocer en profundidad las características estructurales, los métodos de clasificación y las tecnologías básicas de los cojinetes de giro para grúas es de gran importancia para los ingenieros mecánicos, los fabricantes de equipos y el personal de mantenimiento. En este artículo se presentarán sistemáticamente las características técnicas y las ventajas de los distintos tipos de cojinetes de giro, y se analizará su aplicación en la construcción, la logística portuaria, las minas metalúrgicas y la ingeniería naval.

Características estructurales y clasificación del cojinete de giro de grúa:

En mi opinión, para entender la corona de giro de la grúa, primero debemos empezar por su "esqueleto" y su "modo de funcionamiento".

Composición básica y principio de funcionamiento:

Cuando se trata de rodamientos de giro, siempre los comparo con un preciso y robusto "cubo anular". En realidad, la composición de su núcleo no es complicada: suele incluir dos anillos interior y exterior, que son la base del rodamiento; entre estos dos anillos, se encuentra lo que solemos llamar elementos rodantes, que pueden ser bolas de acero o rodillos cilíndricos. Son la clave para conseguir el movimiento relativo; para mantener los cuerpos rodantes a una distancia adecuada, utilizaremos espaciadores, a veces jaulas más complicadas; por supuesto, el dispositivo de sellado exterior es para evitar que entre polvo y suciedad y que se pierda grasa, y el engrasador es la entrada para el mantenimiento regular.

Su principio de funcionamiento es que a través de estos elementos rodantes, la estructura superior de la grúa (como la pluma, la cabina) puede girar suavemente alrededor de la estructura inferior (chasis, patas). Al mismo tiempo, lo que es más importante, también debe soportar cargas complejas desde múltiples direcciones al mismo tiempo, incluyendo fuerzas axiales en dirección vertical, fuerzas radiales en dirección horizontal y el momento de vuelco más crítico. En términos de ingeniería, se trata de "carga multidireccional, rotación en un solo punto".

Tipos habituales y sus características técnicas:

En la aplicación práctica, el tipo de cojinete de giro se selecciona en función de las condiciones de trabajo específicas y los requisitos de carga de la grúa. No existe el "mejor", sino el "más adecuado".

• Corona giratoria de bolas de una hilera y cuatro puntos de contacto:
  • Características: Se trata de 1 tipo muy "polivalente", de estructura relativamente compacta y peso ligero.
  • Ventajas: Su ventaja es que puede soportar la fuerza axial, la fuerza radial y el momento de vuelco de forma relativamente equilibrada, y tiene una amplia gama de aplicaciones.
  • Ejemplo de aplicaciónMecanismo de rotación: se utiliza a menudo en algunas grúas pequeñas y medianas, tales como pequeñas grúas sobre orugas, camiones grúa mecanismo de rotación, muy práctico.
• Rodamiento giratorio de bolas de doble hilera y diámetro reducido:
  • Características: Tiene dos filas de bolas de acero de diferentes diámetros, lo que hace que su capacidad de carga, especialmente la capacidad de resistir el momento de vuelco, se hayan mejorado significativamente.
  • Ventajas: Es una opción muy fiable en la búsqueda de alta estabilidad y larga vida.
  • Ejemplo de aplicación: las grúas portuarias medianas y grandes y las grúas torre, que deben hacer frente a grandes cargas de viento y al radio de acción de los equipos, son básicamente inseparables de ella.
• Rodamiento giratorio de rodillos cilíndricos de tres hileras:
  • Características: Su capacidad de carga es la más fuerte de todos los tipos, y su rigidez es muy buena.
  • Pros: Su rendimiento es abrumador ante cargas de gran tonelaje y alto impacto.
  • Ejemplos de aplicación: equipos de elevación pesada como grúas de pórtico portuarias, grúas metalúrgicas y plataformas marinas, estos son los lugares donde se utiliza.
• Rodamiento giratorio tipo columna de bolas:
  • Características: Este tipo es relativamente especial, combina inteligentemente las ventajas de las bolas de acero y los rodillos.
  • Ventajas: Su filosofía de diseño consiste en lograr el rendimiento integral óptimo en una aplicación específica, no sólo para considerar la carga, sino también para tener en cuenta determinados requisitos de velocidad.
  • Ejemplo de aplicaciónfrancamente hablando, este tipo de equipo pesado aparece más en algunas condiciones especiales de trabajo, y necesita ser personalizado según las necesidades específicas.

Efecto de los materiales y los procesos de fabricación en el rendimiento:

En mi opinión, el rendimiento del cojinete de giro no es sólo la diferencia en el diseño, sino también la clave de su "vitalidad".

• Selección de materiales: Solemos elegir aceros aleados de alta resistencia, como el 42CrMo. Pero el material en sí no es suficiente, el proceso de tratamiento térmico es la clave. Mediante el temple y el revenido, podemos controlar con precisión la dureza y la tenacidad de la pista de rodadura para garantizar que tenga suficiente resistencia al desgaste para resistir el desgaste a largo plazo de los elementos rodantes y suficiente resistencia a la fatiga para soportar cargas periódicas.
• Precisión de mecanizado: Se trata de un enlace extremadamente detallado, pero está directamente relacionado con la capacidad de carga y la vida útil del rodamiento de giro. La profundidad de la capa de endurecimiento de la pista de rodadura debe ser uniforme y cumplir los requisitos de diseño, demasiado profunda o demasiado superficial afectará al rendimiento. La precisión del rectificado, especialmente la precisión de la forma geométrica y la rugosidad de la superficie de la pista de rodadura, determina la suavidad del movimiento del cuerpo rodante y la uniformidad de la distribución de la carga. Si la precisión no es suficiente, el equipo presentará ruidos anormales durante el funcionamiento, e incluso desgaste prematuro y fallos por fatiga. Al fin y al cabo, por bueno que sea el diseño, ningún proceso de fabricación de precisión es un castillo en el aire.

Principales ventajas de los rodamientos giratorios para grúas

Excelente capacidad de carga y estabilidad

A menudo comparo la corona giratoria con la "articulación" de la grúa: debe ser lo bastante fuerte como para soportar diversas cargas complejas. Su ventaja más significativa es la capacidad de soportar cargas multidireccionales. Esto significa que, independientemente de cómo se extienda la pluma y cambie la carga, la corona de orientación puede soportar simultáneamente enormes fuerzas axiales (presión vertical), fuerzas radiales (empuje y tracción horizontales) y el momento crítico de vuelco (la fuerza que intenta volcar el equipo). Esta capacidad de carga multidimensional es la piedra angular de la estabilidad global del equipo de elevación; sin ella, cualquier operación de elevación pesada será un castillo en el aire.

Al mismo tiempo, la diseño de alta rigidez del cojinete de giro también es muy importante. He visto muchos cojinetes mal diseñados, que producirán una deformación obvia bajo una carga pesada, lo que afecta directamente a la precisión de elevación y la seguridad de la operación. El cojinete de giro excelente, su diseño estructural puede asegurar que bajo la carga enorme todavía mantener una deformación muy baja, a fin de garantizar la exactitud de la posición de la pluma. Esto es lo que más valoro en la escena, porque incluso una pequeña deformación puede conducir a graves consecuencias.

Precisión y suavidad de rotación

Una rotación suave es importante para la eficacia operativa y la seguridad. El precisión de rotación y estabilidad del rodamiento giratorio contribuyen en gran medida a este respecto. Su diseño de cuerpo rodante interno puede reducir eficazmente la fricción y la pérdida de energía. He comparado los rodamientos de giro de diferentes marcas. Aquellos elementos rodantes con un diseño más razonable pueden, de hecho, reducir significativamente la resistencia a la rotación, lo que no sólo mejora la eficiencia de la transmisión, sino que también reduce el consumo de energía. A largo plazo, puede ahorrar muchos costes operativos a las empresas.

Además, bajo nivel de ruido y la vibración también son indicadores importantes para medir los pros y los contras de un cojinete de giro. Una tecnología de procesamiento precisa y un diseño razonable de la separación son la clave para conseguirlo. Cuando la grúa está trabajando, si el soporte giratorio hace un ruido áspero o produce vibraciones evidentes, no sólo afecta a la comodidad del operador, sino que también indica posibles problemas mecánicos. Excelente soporte, su funcionamiento debe ser silencioso y suave, lo que refleja su mano de obra inherente.

Excelente resistencia al desgaste y larga vida útil

 La vida útil de los equipos está directamente relacionada con la rentabilidad de la inversión. En este punto, la excelente resistencia al desgaste y larga vida del rodamiento giratorio son mis primeras consideraciones a la hora de elegir. Los procesos de tratamiento térmico son clave para prolongar su vida útil. La capa templada y endurecida en la superficie de la pista de rodadura es como poner una dura capa de blindaje sobre el rodamiento, resistiendo eficazmente el desgaste en el funcionamiento diario.

 Y la tecnología de sellado es un medio eficaz para proteger el "corazón" interior del mundo exterior. Las estructuras de sellado labial múltiple o laberíntico son eficaces para evitar la intrusión de polvo, humedad y materias extrañas. En el entorno polvoriento, húmedo y cambiante de una obra de construcción, si el sellado no es bueno, la grasa fallará pronto y, como consecuencia, el elemento rodante se desgastará más rápidamente. Por lo tanto, un sistema de sellado fiable es una condición necesaria para garantizar el funcionamiento estable a largo plazo del rodamiento giratorio.

 Por supuesto, ningún buen equipo puede separarse del mantenimiento. La importancia del mantenimiento de la lubricación nunca se insistirá lo suficiente. Un llenado regular y correcto de grasa puede mantener el rodamiento giratorio en condiciones óptimas de funcionamiento. Es como un coche necesita un mantenimiento regular, lubricado en su lugar, naturalmente, menos desgaste y una vida más larga.

Capacidad de adaptación a condiciones duras

Las grúas a menudo tienen que trabajar en una variedad de entornos extremos, lo que requiere la capacidad de adaptación a condiciones de trabajo duras. Por ejemplo, en el zonas frías del norte o cálidas del desiertoLa resistencia a altas temperaturas y bajas temperaturas es especialmente importante. Los materiales de aleación especial y la grasa de alto rendimiento son la clave para garantizar su funcionamiento normal a temperaturas extremas. Una vez participé en la selección de equipos de un proyecto polar, y los requisitos de resistencia a bajas temperaturas del soporte eran muy estrictos.

Además, diseño anticorrosión para plataformas marinas y empresas químicas también es esencial. En estos entornos corrosivos, el tratamiento de la superficie y las medidas de protección del cojinete de giro deben cumplir las normas más estrictas para resistir la niebla salina, la corrosión química y otros tipos de erosión, con el fin de garantizar la fiabilidad del equipo a largo plazo. Se trata de un detalle que a menudo se pasa por alto, pero que es crucial.

Diseño modular y facilidad de mantenimiento

En la gestión de equipos, el diseño modular y la facilidad de mantenimiento pueden reducir significativamente los costes de explotación y los tiempos de inactividad. La estandarización y la intercambiabilidad de los soportes giratorios facilitan la sustitución de piezas. Si se daña un componente, podemos encontrar rápidamente un repuesto para sustituirlo, en lugar de desguazar todo el soporte, lo que sin duda mejora la tasa de utilización del equipo.

Por último, aunque el diseño del engrasador es un pequeño detalle, puede reflejar la facilidad de uso del diseño. Un llenado de grasa cómodo y rápido puede reducir la carga de trabajo del personal de mantenimiento, acortar el tiempo de inactividad y garantizar que los equipos puedan ponerse en producción más rápidamente. Se trata de una ventaja que no puede ignorarse en la búsqueda de la eficiencia hoy en día.

Amplio campo de aplicación del rodamiento giratorio para grúa

La gama de aplicaciones de los rodamientos giratorios es muy amplia y abarca casi todos los campos de la maquinaria pesada que necesita girar y transportar.

Ingeniería de la construcción

La primera vez que vi elevarse decenas de pisos, supe que las grúas torre desempeñaban un papel fundamental. Cada vez que gira, es inseparable del cojinete giratorio de la parte inferior. Del mismo modo, en esas escarpadas obras de construcción, las grúas sobre orugas y los camiones grúa levantan con flexibilidad componentes pesados.

Ya se trate de la construcción de puentes o de edificios de gran altura, los rodamientos giratorios garantizan que estos colosos puedan posicionarse con precisión y funcionar eficientemente. Esta es la prueba más directa de la capacidad de los rodamientos y la precisión de rotación.

Ámbito portuario y logístico

Las grúas de pórtico, las grúas de contenedores e incluso las grúas flotantes requieren un giro frecuente y preciso para la manipulación de la carga y la transferencia de contenedores. Ante una carga masiva y un rendimiento enorme, los rodamientos giratorios deben tener una gran capacidad de carga y una excelente resistencia a la fatiga. A menudo pienso en cómo estas piezas pueden permanecer estables bajo la erosión del viento marino y el impacto de cargas pesadas. Detrás de esto está la combinación perfecta de la ciencia de los materiales y el diseño estructural.

Metalurgia y minería

En un entorno de altas temperaturas, cargas pesadas y polvo, el rodamiento giratorio no sólo debe garantizar el funcionamiento estable del equipo, sino también soportar la enorme carga de impacto. En este caso, el diseño del rodamiento giratorio tiene más en cuenta la resistencia al desgaste y la fiabilidad para garantizar que el equipo pueda seguir funcionando en condiciones extremas.

Ingeniería oceánica y energía eólica.

Se trata de una de las áreas más exigentes desde el punto de vista técnico. Las plataformas elevadoras en alta mar y los buques de ingeniería en alta mar se utilizan para la extracción de petróleo y gas y la instalación de equipos en mares agitados, lo que plantea requisitos extremadamente exigentes en cuanto al rendimiento anticorrosión y antifatiga de los rodamientos giratorios. Aunque las turbinas eólicas, especialmente sus rodamientos de guiñada y cabeceo, son diferentes de los "rodamientos giratorios para grúas" tradicionales en cuanto a clasificación, hacen hincapié en la rotación y el posicionamiento precisos en un plano específico en términos de principios técnicos y requisitos de rendimiento, y tienen requisitos casi estrictos de vida útil y fiabilidad.

Conclusión:

Rodamiento de giro de grúa no es sólo la "junta rotativa" de las grúas, sino también el núcleo técnico de su estabilidad y fiabilidad. Con excelente capacidad de rodamiento multidireccional, rendimiento de rotación de alta precisión, excelente resistencia al desgaste y características de larga vida útil, la corona giratoria ha demostrado un valor insustituible en la maquinaria de construcción moderna.

Con la creciente demanda de inteligencia, carga pesada y alta fiabilidad, el futuro fabricante de rodamientos para grúas prestará más atención a la innovación de materiales, la optimización del proceso de tratamiento térmico y el diseño modular para lograr una mayor eficiencia de carga y comodidad de mantenimiento. Desde las obras de construcción de edificios de gran altura hasta la logística portuaria, pasando por los equipos metalúrgicos y las plataformas eólicas marinas, Crane Slew Bearing desempeñará un papel clave en el impulso de la actualización global de la tecnología de equipos pesados.