Descifrando los rodamientos giratorios de grúas: Guía del ingeniero

Conocimientos básicos y tipos de rodamientos de giro

Definición y funciones básicas

En términos simples, el cojinete giratorio es un cojinete especial que puede soportar la fuerza axial, la fuerza radial, el momento de vuelco y otras cargas al mismo tiempo. En la grúa, su función principal es permitir que la estructura superior (como la pluma, la cabina o el contrapeso) gire 360 grados con respecto al chasis inferior.

Si se piensa en ello, si no hay cojinete de giro, la grúa sólo puede trabajar en una dirección, ¡qué ineficiente es! Por lo tanto, es la piedra angular de la grúa para lograr operaciones multifuncionales.

estructura y principio de funcionamiento

La estructura del rodamiento giratorio es realmente exquisita, e incluye principalmente anillos interiores y exteriores, cuerpos rodantes (pueden ser bolas de acero o rodillos), bloques de aislamiento, anillos de sellado, y algunos también integran engranajes.

• Interior y anillos exteriores: Es el cuerpo principal del cojinete de giro, que suele fijarse en las estructuras superior e inferior de la grúa.
• Elementos rodantes: son el "puente" entre los aros interior y exterior, soportan la carga y realizan la fricción de rodadura.
• Bloque de aislamientopara evitar la fricción entre el cuerpo rodante y garantizar un funcionamiento suave.
• Junta de estanqueidad: ¡muy importante! Puede evitar eficazmente la entrada de polvo, humedad y otras impurezas en el interior, al tiempo que evita la pérdida de grasa y prolonga la vida útil del soporte.
• Engranaje: Muchos rodamientos de giro en el anillo exterior o interior se mecanizará fuera del engranaje, que se utiliza para conducir el engranaje del piñón del motor, para lograr la rotación.

El principio de funcionamiento, para decirlo sin rodeos, consiste en rodar entre las pistas de rodadura de los anillos interior y exterior a través de los elementos rodantes para transferir diversas cargas de la estructura superior (la fuerza de elevación vertical hacia abajo es la fuerza axial; la fuerza generada por el giro lateral de la pluma es la fuerza radial; cuanto más alejado esté el peso de elevación del centro, mayor será el momento de vuelco generado) se transmite a la estructura inferior. Al mismo tiempo, a través de la transmisión por engranajes, se realiza la rotación precisa de la estructura superior de la grúa.

Principales tipos de y sus aplicaciones

Según la disposición y el número de elementos rodantes, los rodamientos giratorios pueden dividirse en los siguientes tipos:

• Giro de una fila rodamiento: Este es el más común 1 con capacidad de carga moderada. Su estructura es relativamente simple y el coste es relativamente bajo, por lo que se utiliza ampliamente en grúas pequeñas y medianas, excavadoras y otros equipos. Creo que para aquellos equipos cuyo ambiente de trabajo no es tan malo y la carga no es particularmente grande, el tipo de bola simple es la 1 opción con alto rendimiento de costo.
• Rodamiento giratorio de bolas doble: Comparado con el voladizo simple, su capacidad de carga es mayor, especialmente en el par de vuelco. Suele utilizarse en grúas medianas y grandes con mayores requisitos de estabilidad.
• Rodamiento giratorio de rodillos cruzados se caracteriza por una disposición transversal de los rodillos de 90 grados, que puede soportar grandes fuerzas axiales, fuerzas radiales y momentos de vuelco al mismo tiempo. La capacidad de carga es la mayor de varios tipos, por lo que sin duda se puede ver en los "grandes", como grúas pesadas, maquinaria portuaria y máquinas de blindaje. Personalmente, creo que en condiciones extremas, la fiabilidad del tipo de rodillo cruzado está fuera de toda duda.
• Rodamiento giratorio de rodillos de tres hileras: Esta estructura puede considerarse una versión reforzada del tipo de rodillos cruzados. Soporta la fuerza axial, la fuerza radial y el momento de vuelco respectivamente a través de tres filas de rodillos, y su capacidad portante es extremadamente fuerte. Se utiliza principalmente para equipos de elevación que son superpesados y requieren una estabilidad extrema, como algunas grúas de plataformas marinas.

Selección de materiales y tratamiento térmico

La selección del material y el proceso de tratamiento térmico del rodamiento giratorio determinan directamente la resistencia de sus "huesos" y "músculos".

Los materiales más utilizados son principalmente aceros estructurales aleados de alta calidad, como 42CrMo, 50Mn y otros. La resistencia, tenacidad y resistencia al desgaste de estos materiales son mejores.

El proceso de tratamiento térmico tiene una gran influencia en el rendimiento del rodamiento de giro. La superficie de la pista de rodadura suele templarse para obtener una mayor dureza y resistencia al desgaste para hacer frente a la fricción de rodadura de alta resistencia de los elementos rodantes. La parte central mantiene cierta dureza para resistir las cargas de impacto.

Puede decirse que la selección de materiales y el tratamiento térmico son como inyectar vitalidad al cojinete de giro, permitiéndole trabajar de forma estable y fiable en diversas condiciones duras. He visto algunos casos de fallo prematuro debido a materiales o tratamientos térmicos inadecuados, y las consecuencias pueden ser graves, afectando directamente al funcionamiento seguro de la grúa.

Consideraciones sobre la selección: Para garantizar la mejor combinación

A lo largo de mi carrera, he visto demasiados accidentes y fallos causados por una selección inadecuada de los rodamientos giratorios. Por eso, siempre que recibo un nuevo proyecto, la selección de los cojinetes de giro es una de mis principales prioridades. Esto no es en absoluto tan sencillo como consultar el manual, sino que requiere una consideración exhaustiva de muchos factores para garantizar que elegimos la "mejor combinación".

Cálculo y análisis de cargas

Este es el núcleo de todo el proceso de selección. Al igual que para elegir los zapatos de una persona, hay que saber cuánto pesa y qué deportes practica habitualmente. En el caso de los cojinetes de giro, debemos calcular con precisión todas las cargas que debe soportar. Yo suelo empezar por lo siguiente:

• Peso máximo y radio de trabajo: los parámetros más básicos, determina directamente el tamaño del momento de giro. Voy a comprobar cuidadosamente el diagrama de condiciones de trabajo de la grúa para averiguar la peor combinación de carga.
• Carga de viento: la influencia del viento no es pequeña, especialmente en el caso de las grúas grandes, el momento generado por el viento fuerte en la pluma es enorme y debe incluirse en el cálculo.
• Carga de impacto: Las sacudidas al levantar objetos pesados y los impactos al frenar aumentarán instantáneamente la carga. Fijaré un factor de impacto razonable basado en la experiencia y las especificaciones.
• Otras cargas: el peso de la propia grúa, como la carga excéntrica, etc., deben analizarse cuidadosamente.

Estos cálculos de carga no son sólo cuestión de golpearse la cabeza y suelen requerir el uso de programas informáticos profesionales de análisis estructural y la referencia a las normas del sector. Una vez obtenidos los resultados de los cálculos, también elegiré un factor de seguridad.

En general, la elección del factor de seguridad será más conservadora. Al fin y al cabo, está relacionado con la seguridad personal. Es mejor que sea más alto que más bajo. Un factor de seguridad alto significa mayor redundancia y capacidad para hacer frente a situaciones inesperadas, como sobrecargas ocasionales (por supuesto, esto está estrictamente prohibido, pero hay que prepararse para la posibilidad).

Factores del entorno de trabajo

La complejidad del entorno de trabajo de la grúa afecta directamente a la vida útil y el rendimiento del cojinete de giro. Cuando selecciono el tipo, el peso de los factores ambientales es incluso no inferior a la propia carga.

• Temperatura: Las altas temperaturas afectarán al rendimiento de la grasa, provocando el envejecimiento de las juntas; las bajas temperaturas pueden hacer que el acero se vuelva quebradizo, la viscosidad de la grasa es demasiado grande. Las regiones extremadamente frías incluso necesitan considerar acero especial de baja temperatura.
• Humedad y polvo: El ambiente húmedo y polvoriento es el enemigo de la corona de orientación. La humedad provocará corrosión, y el polvo entrará en el rodamiento y acelerará el desgaste. En este momento, es especialmente importante elegir productos con un mejor rendimiento de sellado, e incluso puede ser necesario personalizar la cubierta protectora.
• Medio corrosivo: Si la grúa trabaja en el puerto, planta química y otros entornos con niebla salina, corrosión ácida y alcalina, es necesario considerar el uso de revestimiento especial anticorrosión o rodamientos giratorios de acero inoxidable.

Requisitos de vida útil y fiabilidad

Los requisitos del cliente en cuanto a vida útil y fiabilidad de la grúa son la clave de mi decisión sobre la calidad del cojinete de giro. Si el cliente quiere que el equipo funcione continuamente a alta intensidad durante más de diez años, entonces no puedo recomendar un producto que solo pueda utilizarse entre tres y cinco años.

• Vida útil: Esto suele medirse mediante cálculos de vida a fatiga. Elegiré el tipo de rodamiento de giro que cumpla los requisitos de vida útil correspondientes en función de las expectativas del cliente. Rodillos de una hilera, de dos hileras, de tres hileras, su capacidad de carga y sus características de vida útil son diferentes.
• Fiabilidad: En algunas aplicaciones críticas, como las grúas de centrales nucleares, la fiabilidad es abrumadora. En este momento, es posible que elija un rodamiento giratorio especial con mayor precisión, mayor grado de material o incluso con diseño redundante, y los requisitos de control de calidad del proveedor serán muy elevados.

Evaluación de costes y proveedores

El coste es sin duda una consideración importante, pero no es en absoluto la única. En mi experiencia, fijarse solo en el precio suele acarrear más problemas.

• Coste global: Prestaré más atención al "coste del ciclo de vida completo", es decir, además del precio de compra, también hay que tener en cuenta los costes de instalación, los costes de mantenimiento, así como los posibles costes de reparación de averías y las pérdidas por tiempo de inactividad. A veces, la inversión inicial es mayor, y después se puede ahorrar mucho dinero.
• Calidad: No hace falta decirlo. El cojinete de giro es el "corazón" de la grúa, la calidad no es buena, todo es hablar por hablar. Voy a pedir al proveedor para proporcionar la certificación de calidad detallada y el informe de prueba.
• Asistencia técnica y servicio posventa: Estos dos puntos suelen pasarse por alto, pero son muy importantes. ¿Puede obtener orientación técnica profesional a tiempo si encuentra problemas en el proceso de uso? ¿Pueden las piezas de repuesto y los servicios de reparación responder rápidamente tras una avería? Un proveedor responsable hará bien en este aspecto.
• Proveedores fiables: Debo hacer hincapié en esto. Hay demasiados cojinetes de giro falsos y de mala calidad en el mercado. Pueden parecer exactamente iguales a los genuinos, pero los materiales internos, el tratamiento térmico y la precisión de procesamiento no están a la altura. Una vez utilizados, la vida útil se reduce drásticamente y pueden provocar fallos catastróficos. Preferiría dedicar más tiempo a examinar las cualificaciones, las líneas de producción y la reputación del proveedor antes que correr el riesgo. Al fin y al cabo, la calidad y la seguridad de la ingeniería es mi objetivo final.

Instalación y puesta en marcha: La piedra angular para garantizar un funcionamiento sin problemas

Todos sabemos que no importa lo bueno que sea el equipo, si no se instala bien, será inútil. El rodamiento de giro es especialmente así, su instalación y depuración está directamente relacionada con la precisión de funcionamiento, la seguridad y la vida útil de la grúa.

Preparativos

Antes de empezar la instalación, el trabajo de preparación no debe ser descuidado. Es como construir una casa y poner los cimientos. Los cimientos son inestables y la superestructura no sirve para nada por muy bonita que sea.

• Compruebe la superficie de instalación: En primer lugar, comprobaré cuidadosamente la planitud y limpieza de las superficies de instalación superior e inferior de la grúa. Una superficie irregular provocará una fuerza desigual sobre el cojinete de giro y acelerará el desgaste; mientras que la suciedad puede mezclarse en el cojinete, provocando daños prematuros. Por lo general, limpiamos a fondo la superficie con un rascador, papel de lija y otras herramientas, y comprobamos la planitud con una galga de espesores para asegurarnos de que el error está dentro del rango permitido. A veces, encontrará algunas pequeñas rebabas o escoria de soldadura, no las subestime, hay que eliminarlas una a una.
• Preparación de herramientas y equipos: Si un trabajador quiere hacer un buen trabajo, primero debe afilar sus herramientas. Son necesarias herramientas de elevación adecuadas, llaves dinamométricas, niveles de burbuja, palpadores, pistolas de engrase, etc. También comprobaremos de antemano si estas herramientas están en buen estado y si su precisión se ajusta a la norma, especialmente la llave dinamométrica, que debe calibrarse antes de poder utilizarse.

Pasos de instalación precisos

El siguiente paso es instalar el eslabón central del cojinete de giro. Este proceso requiere una operación fina, un paso no puede estar equivocado.

• Elevación y posicionamiento: Izar el cojinete de giro con cuidado en su lugar para asegurarse de que su centro está alineado con el centro del anfitrión. Esto requiere la colaboración de maestros de izado experimentados y, a veces, puede ser necesario afinarlo varias veces. Una vez colocado, utilizaremos pernos provisionales para fijarlo inicialmente y evitar que se mueva.
• Apriete previo de los tornillos: Este paso es crucial. Solemos preapretar todos los tornillos de acuerdo con los requisitos del plano, pero no los apretamos de una sola vez. Este proceso debe realizarse por etapas, normalmente a 30% del par de apriete especificado, luego a 50%, y finalmente a 100. Y lo que es más importante, es necesario utilizar la fijación diagonal. Por ejemplo, si hay 8 tornillos, no seguiremos 1 vuelta, sino que cruzaremos y giraremos 1-5,2-6,3-7,4-8. ¿Por qué hacer esto? Porque así se puede garantizar que la fuerza del cojinete de giro sea uniforme al máximo y evitar la deformación causada por la concentración local de tensiones. He visto muchos casos de ruido anormal o incluso de agrietamiento de los cojinetes de giro después de funcionar durante un período de tiempo debido a un apriete incorrecto de los tornillos. La lección es muy profunda.
• Par de apriete final: Una vez completado el preapriete, se aprieta de acuerdo con los requisitos finales de par de apriete. Esto requiere el uso de una llave dinamométrica calibrada para garantizar que el par de apriete de cada perno se ajusta al valor estándar. Una vez más, se hace hincapié en la importancia de las diagonales y las fases. Se trata de una operación de nivel de manual y una pauta que nuestros ingenieros deben seguir estrictamente.
• Ajuste de la holgura del engranaje: el ajuste de la holgura de engrane de los engranajes también es un paso clave si el cojinete de giro tiene engranajes. Debemos asegurarnos de que el engranaje engrane uniformemente, sin atascarse, y que la holgura esté dentro del rango especificado. Si la holgura es demasiado grande, es fácil que se produzcan impactos y ruido; si es demasiado pequeña, puede provocar el atasco del engranaje o un mayor desgaste. Por lo general, esto debe lograrse ajustando la posición de instalación del reductor rotativo, y utilizaremos la galga de espesores para medir repetidamente hasta alcanzar la mejor condición.

Lubricación y estanqueidad

La lubricación y la estanqueidad son el secreto de la larga vida útil del rodamiento giratorio.

• Elija el lubricante adecuado: la elección del tipo de grasa es una cuestión importante, según la temperatura del entorno de trabajo de la grúa, el tamaño de la carga, la velocidad y otros factores a decidir. Por ejemplo, las grúas que trabajan en entornos de baja temperatura necesitan elegir una grasa con un buen rendimiento a baja temperatura; las grúas para cargas pesadas necesitan elegir un mejor rendimiento a presión extrema. Por lo general, nos remitimos a las recomendaciones del fabricante del cojinete de giro y combinamos la experiencia práctica para elegir.
• Primera lubricación y lubricación periódica: Una vez finalizada la instalación, asegúrese de realizar la primera lubricación y añadir la grasa en la cantidad especificada. Recuerdo que una vez, un pequeño aprendiz se olvidó de lubricar por primera vez. Como resultado, el equipo no funcionó mucho tiempo antes de que oyera el áspero sonido de fricción, que casi causó un gran accidente. Además, el mantenimiento regular de la lubricación también es esencial. Utilizaremos la frecuencia y el entorno, desarrollaremos un ciclo de lubricación detallado y la cantidad de llenado, y lo aplicaremos estrictamente.
• Importancia del anillo de sellado: la función de la junta de estanqueidad es evitar la pérdida de grasa y el polvo exterior, la humedad. Durante la instalación, compruebe si el anillo obturador está en buen estado y si presenta algún daño. Suelo decir que el anillo obturador es como la "piel" del rodamiento giratorio. Si la piel está dañada, los órganos internos se dañarán fácilmente.

Inspección inicial de funcionamiento

Después de toda la instalación y puesta en marcha, no se puede poner en uso inmediatamente, y se requiere la inspección inicial de funcionamiento.

• Inspección de sonido anormal: Deje que la grúa funcione sin carga y escuche atentamente si se produce algún ruido anormal en el cojinete de giro, como ruido de fricción, ruido de impacto, etc. Cualquier ruido anormal puede ser señal de un problema.
• Comprobación de temperatura: Compruebe la temperatura de funcionamiento del rodamiento de giro con un termómetro para observar si hay sobrecalentamiento. Si la temperatura local es demasiado alta, puede significar una lubricación deficiente o una desviación en la instalación.
• Estabilidad de rotación: la grúa se observa en el proceso de rotación es estable, si hay atascado, jitter. Rotación suave es una manifestación directa de la correcta instalación del cojinete de giro.

Mantenimiento y diagnóstico de fallos: La clave para alargar la vida de los rodamientos de giro

Solemos decir: "tres puntos por producto, siete puntos por mantenimiento". Esta frase se refleja en el cuerpo del cojinete de giro de forma incisiva y vívida. He tratado muchos casos. La mayoría de las veces, la aparición de fallos no es un problema de calidad del producto, sino una falta o un mantenimiento diario inadecuado.

Inspección rutinaria y mantenimiento periódico:

Permítanme decir que la revisión diaria y el mantenimiento regular son la mejor manera de "renovar la vida" de los rodamientos de giro.

• Comprobación del par de apriete de los tornillos (antiaflojamiento): Esto es absolutamente prioritario. El cojinete de giro se fija en las estructuras superior e inferior mediante pernos. Si los pernos están flojos, no sólo causará ruidos anormales, sino que también hará que el cojinete se caiga, lo que es un accidente de seguridad. Suelo sugerir que el operador compruebe visualmente antes del funcionamiento todos los días, y la zona de los pernos clave debe comprobarse regularmente con una llave dinamométrica. No subestime este paso, puede evitar muchos problemas grandes.
• Reposición de grasa (ciclo, dosificación)La lubricación es la "sangre" del rodamiento giratorio. El tipo, el ciclo de llenado y la dosificación de la grasa tienen requisitos estrictos. Suelo hacer recomendaciones basadas en el entorno de trabajo y la frecuencia de la grúa. Por ejemplo, en entornos polvorientos o húmedos, el ciclo de lubricación puede acortarse. Al rellenar, asegúrese de llenar la grasa uniformemente en la pista de rodadura y el engranaje del engranaje, hasta que el anillo de sellado tenga rebose de grasa fresca, lo que indica que la lubricación está en su sitio.
• Inspección estatal de sellado: La junta de estanqueidad es la "piel" de la corona de orientación, que puede impedir la entrada de polvo y humedad en el interior, así como evitar la pérdida de grasa. Si se detecta que la junta de estanqueidad está envejecida o dañada, debe sustituirse a tiempo. Una pequeña junta de estanqueidad puede desempeñar un gran papel, no se lo tome en serio.
• Control de ruidos anormales, vibraciones y aumento de la temperaturason la "salud" del barómetro del cojinete de giro. Cuando trabajo en una grúa, suelo acercarme a la zona de giro para oír si hay algún rozamiento o golpeteo anormal. Toca la mano y siente si la temperatura es demasiado alta. Por supuesto, un medidor de vibraciones profesional y un termómetro de infrarrojos proporcionarán datos más precisos, que constituyen una base importante para juzgar un fallo prematuro.

Modo de fallo común y análisis de causas:

El modo de fallo del cojinete de giro está relativamente concentrado, pero las razones pueden ser variadas.

• Desgaste (engranajes, pistas de rodadura), desprendimiento por fatiga, agrietamiento, deformación son daños mecánicos comunes. El desgaste de los engranajes suele deberse a una lubricación deficiente o a una holgura de engrane inadecuada; el desconchamiento por fatiga de las pistas de rodadura suele deberse a sobrecargas, cargas de impacto o fatiga del material; el agrietamiento y la deformación pueden deberse a sobrecargas graves, tensiones de instalación o defectos de fabricación.
• Mala lubricación, instalación incorrecta, sobrecarga, factores ambientales son los principales "entre bastidores" que causan los fallos mencionados ". Una lubricación deficiente es como una isquemia humana, y su función se verá muy reducida; una instalación incorrecta producirá una concentración adicional de tensiones; una sobrecarga a largo plazo hará que cualquier componente sea "insoportable"; y los entornos adversos (como gases corrosivos, alta temperatura y alta humedad) acelerarán su envejecimiento y deterioro.