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Creado 09.15
Selección de rodamientos para poleas de grúa: Cómo elegir el rodamiento adecuado para poleas de servicio pesado
Selección de rodamientos para poleas de grúa: Cómo elegir el rodamiento adecuado para poleas de servicio pesado
Introducción
Los rodamientos son componentes críticos en las poleas de grúa.
Aunque la polea en sí soporta el cable de acero, el sistema de rodamientos soporta la polea giratoria y transfiere las cargas al eje de la polea y a la estructura circundante.
En aplicaciones de izaje de servicio pesado, una selección incorrecta del rodamiento puede provocar sobrecalentamiento, ruido anormal, holgura excesiva, oscilación de la polea, desgaste desigual de la garganta del cable y falla prematura del rodamiento.
Por esta razón, los rodamientos de poleas de grúa no deben seleccionarse únicamente según el diámetro del agujero o el espacio de instalación disponible.
La selección real debe considerar:
- carga radial
- posible carga axial
- velocidad de operación
- ciclo de trabajo
- carga de impacto
- diámetro del eje
- dimensiones del cubo de la polea
- método de lubricación
- requisitos de sellado
- precisión de instalación
- entorno de operación
Este artículo explica cómo seleccionar rodamientos para poleas de grúa y qué se debe considerar en aplicaciones de servicio pesado.
¿Cuál es la función de un rodamiento de polea de grúa?
El rodamiento permite que la polea gire alrededor del eje de la polea mientras soporta la carga transferida desde el cable de acero.
Durante el izaje, la tensión del cable de acero crea carga sobre la polea.
Esa carga se transfiere a través de:
cable de acero → garganta de la polea → cuerpo de la polea → cubo → rodamiento → eje → estructura de la grúa
Por esta razón, el rodamiento es una parte importante de la trayectoria de carga completa.
Una disposición de rodamiento confiable ayuda a:
- reducir la fricción rotacional
- mantener la alineación de la polea
- soportar carga radial
- controlar el movimiento axial donde se requiera
- reducir la vibración
- mejorar la estabilidad de la garganta de la cuerda
- extender la vida útil de la polea
Por qué es importante la selección del rodamiento
Una polea de grúa suele operar en condiciones diferentes a las de la maquinaria rotativa ordinaria.
Las características típicas pueden incluir:
- velocidad de rotación relativamente baja
- alta carga radial
- arranques y paradas repetidos
- cargas de choque
- cambio de tensión de la cuerda
- ambientes polvorientos o exteriores
- períodos de servicio prolongados
- acceso limitado para mantenimiento
En algunos sistemas de elevación, la carga del rodamiento puede cambiar continuamente a medida que la carga se eleva o desciende.
Las aplicaciones de servicio pesado también pueden experimentar cargas de impacto cuando la tensión de la cuerda cambia repentinamente.
Por lo tanto, la capacidad de carga del rodamiento y la resistencia a los impactos suelen ser más importantes que simplemente seleccionar un rodamiento de alta velocidad.
No seleccione un rodamiento solo por el diámetro del agujero
Uno de los errores más comunes es seleccionar un rodamiento solo porque su diámetro interior coincide con el diámetro del eje.
Dos rodamientos con el mismo diámetro interior pueden tener muy diferentes:
- diámetros exteriores
- anchos
- capacidades de carga dinámica
- capacidades de carga estática
- disposiciones de rodillos
- cargas axiales admisibles
- juegos internos
- capacidades de desalineación
Un rodamiento debe seleccionarse de acuerdo con la condición de trabajo completa.
El diámetro del eje es solo un parámetro.
Carga radial en poleas de grúa
Los rodamientos de poleas de grúa soportan principalmente cargas radiales generadas por la tensión del cable.
La carga real del rodamiento depende de:
- tensión del cable
- ángulo del cable alrededor de la polea
- diámetro de la polea
- número de rodamientos
- separación entre rodamientos
- estructura de la polea
- capacidad de elevación
Cuando la cuerda cambia de dirección alrededor de la polea, la fuerza resultante actúa sobre la polea y se transmite a los rodamientos.
Para poleas de servicio pesado, los cálculos de carga del rodamiento deben realizarse antes de la selección final del rodamiento.
La carga estática también es importante
Los rodamientos para grúas no deben seleccionarse únicamente según la capacidad de carga dinámica.
La capacidad de carga estática también es importante, especialmente en aplicaciones con:
- altas cargas de elevación
- bajas velocidades de rotación
- cargas de impacto
- arranques y paradas frecuentes
- condiciones de sobrecarga temporal
Si el rodamiento se somete a una carga estática excesiva, los rodillos y las pistas pueden desarrollar deformación permanente.
Por lo tanto, se deben considerar tanto la capacidad de carga dinámica como la estática del rodamiento.
Rodamientos de rodillos cilíndricos para poleas de grúa
Los rodamientos de rodillos cilíndricos se utilizan comúnmente en muchas aplicaciones de poleas de grúa.
Su contacto lineal entre los rodillos y las pistas proporciona una buena capacidad de carga radial.
Las ventajas típicas incluyen:
- alta capacidad de carga radial
- fricción relativamente baja
- buen rendimiento en aplicaciones de servicio pesado
- adecuado para disposiciones de rodamientos compactas
- diferentes diseños internos disponibles para diversos requisitos de posicionamiento axial
Sin embargo, los diferentes diseños de rodamientos de rodillos cilíndricos tienen diferentes capacidades de carga axial y desplazamiento axial.
Por esta razón, el tipo exacto de rodamiento debe seleccionarse de acuerdo con la disposición del eje y la carcasa en lugar de simplemente elegir cualquier rodamiento de rodillos cilíndricos del mismo tamaño.
Rodamientos de rodillos esféricos para poleas de grúa
Los rodamientos de rodillos esféricos pueden usarse en aplicaciones donde se requiere alta capacidad de carga y cierta tolerancia a la desalineación.
Su diseño interno permite que el rodamiento tolere una cierta cantidad de desalineación angular entre el eje y el alojamiento.
Las posibles ventajas incluyen:
- alta capacidad de carga radial
- capacidad de soportar cargas combinadas en disposiciones adecuadas
- tolerancia a cierta desalineación del eje o del alojamiento
- buena idoneidad para equipos industriales de servicio pesado
Sin embargo, los rodamientos de rodillos esféricos no son automáticamente la mejor opción para cada polea de grúa.
La selección final aún debe considerar:
- espacio disponible
- estructura del eje
- dimensiones del cubo
- velocidad de rotación
- dirección de la carga
- lubricación
- precisión de instalación
Rodamiento de rodillos cilíndricos vs rodamiento de rodillos esféricos
La elección correcta depende de la aplicación.
Rodamiento de rodillos cilíndricos
Puede preferirse cuando:
- la carga radial es dominante
- la alineación está bien controlada
- se necesita un rodamiento compacto de alta carga
- la baja fricción es importante
- la disposición del eje y la carcasa coincide con el diseño del rodamiento
Rodamiento de rodillos esféricos
Puede preferirse cuando:
- hay una carga radial pesada presente
- puede producirse cierta desalineación
- debe considerarse la carga combinada
- la estructura permite una geometría del rodamiento más grande
Ningún tipo es universalmente mejor.
La selección del rodamiento debe seguir cálculos de ingeniería y la estructura real de la polea.
Diseño de polea con rodamiento único
Algunas poleas más pequeñas o de diseño especial pueden utilizar un rodamiento único o una unidad de rodamiento único.
Esta disposición puede proporcionar:
- estructura simple
- dimensiones compactas
- menos componentes
- montaje más sencillo
Sin embargo, una disposición de un solo rodamiento aún debe proporcionar suficiente capacidad de carga y estabilidad.
Para poleas más grandes o cargas pesadas, un solo rodamiento puede no proporcionar la misma estabilidad rotacional que una disposición de doble rodamiento diseñada adecuadamente.
Diseño de polea con doble rodamiento
Las poleas de grúa para servicio pesado suelen utilizar dos rodamientos.
Una disposición de doble rodamiento puede ayudar a:
- distribuir la carga
- mejorar la estabilidad de la polea
- reducir la inclinación
- soportar poleas más grandes
- mejorar la precisión de rotación
- aumentar la rigidez del sistema
Los dos rodamientos pueden posicionarse con una cierta distancia entre ellos dentro del cubo de la polea.
El espaciado entre rodamientos puede influir en la distribución de la carga y la resistencia a la inclinación.
Sin embargo, simplemente añadir un segundo rodamiento no crea automáticamente un mejor diseño.
El eje, el cubo, los asientos de rodamiento, el espaciado, la disposición de precarga o holgura, y el posicionamiento axial deben diseñarse correctamente.
Por qué importa el espaciado de los rodamientos
Cuando se utilizan dos rodamientos, la distancia entre ellos afecta la estabilidad de la polea.
Si los rodamientos están demasiado juntos, la disposición puede ofrecer menos resistencia a los momentos de inclinación.
Una separación de rodamientos diseñada adecuadamente puede mejorar:
- estabilidad rotacional
- distribución de carga
- soporte del eje
- alineación de poleas
Sin embargo, aumentar la distancia entre rodamientos también incrementa la longitud del cubo y puede afectar el ancho total de la polea.
La disposición final debe equilibrar resistencia, estabilidad y espacio de instalación.
Juego interno del rodamiento
El juego interno del rodamiento es un parámetro importante pero a menudo pasado por alto.
Durante la instalación y operación, el juego del rodamiento puede cambiar debido a:
- ajustes de interferencia
- expansión del eje
- hub expansion
- temperatura de operación
- carga
Si el juego restante se vuelve demasiado pequeño, el rodamiento puede calentarse en exceso.
Si el juego es demasiado grande, la polea puede experimentar vibración o movimiento excesivo.
Por esta razón, se debe seleccionar el juego interno correcto según:
- ajuste del rodamiento
- temperatura de funcionamiento
- carga
- material del eje y de la carcasa
- recomendaciones del fabricante
Ajuste entre eje y rodamiento
El ajuste entre el rodamiento y el eje o entre el rodamiento y el cubo es crítico.
Un ajuste incorrecto puede causar:
- deslizamiento del rodamiento
- sobrecalentamiento
- holgura excesiva
- daño en la pista de rodadura
- desgaste del eje
- desgaste del cubo
El ajuste correcto depende de qué anillo del rodamiento gira en relación con la carga y de cómo se instala el rodamiento.
Para proyectos de poleas de grúa, los asientos de los rodamientos deben mecanizarse de acuerdo con el rodamiento seleccionado y los requisitos de ingeniería.
Diseño del cubo de la polea
El cubo de la polea proporciona la ubicación de instalación para los rodamientos.
Los parámetros importantes del cubo incluyen:
- diámetro del asiento del rodamiento
- ancho del asiento del rodamiento
- dimensiones del hombro
- distancia entre rodamientos
- estructura de retención
- paso de lubricación
- posición del sello
El cubo debe tener suficiente resistencia para soportar las cargas del rodamiento sin deformación excesiva.
Para poleas soldadas o fabricadas, la conexión entre el cubo y el cuerpo de la polea también debe diseñarse y fabricarse cuidadosamente.
Diseño del eje de la polea
El eje de la polea soporta las reacciones del rodamiento y transfiere la carga al gancho, viga de izaje o estructura de soporte.
Los parámetros importantes del eje incluyen:
- diámetro del eje
- diámetro del asiento del rodamiento
- distancia entre rodamientos
- ubicación del hombro
- método de retención
- acabado superficial
- tratamiento térmico
- material
El eje debe tener suficiente resistencia a:
- flexión
- cizallamiento
- fatiga
- tensión local del rodamiento
Para aplicaciones de elevación de servicio pesado, la resistencia del eje debe verificarse junto con la carga del rodamiento.
Lubricación de rodamientos de poleas de grúa
Una lubricación adecuada es esencial para la vida útil del rodamiento.
En muchas aplicaciones de poleas de grúa, se utiliza comúnmente la lubricación con grasa porque:
- operating speeds are relatively low
- el sellado se puede simplificar
- el mantenimiento es conveniente
- la grasa puede ayudar a prevenir la entrada de contaminantes
El sistema de lubricación puede incluir:
- racores de engrase
- conductos internos de grasa
- retenes
- tapas de rodamiento
El tipo correcto de grasa y el intervalo de lubricación dependen de las condiciones de operación.
¿Qué sucede si la lubricación es insuficiente?
La lubricación insuficiente puede causar:
- mayor fricción
- aumento de temperatura del rodamiento
- ruido anormal
- desgaste de rodillos y pista de rodadura
- corrosión
- vida útil reducida del rodamiento
- agarrotamiento en casos graves
La lubricación regular es especialmente importante en entornos exteriores, polvorientos, húmedos o de servicio pesado.
¿Puede demasiada grasa causar problemas?
Sí.
La sobrelubricación también puede crear problemas.
El exceso de grasa puede causar:
- mayor resistencia a la agitación
- mayor temperatura del rodamiento
- presión del sello
- fuga de grasa
El objetivo es mantener una lubricación suficiente sin llenar innecesariamente la cavidad del rodamiento.
El mantenimiento debe seguir los requisitos del rodamiento y del equipo.
Sellado del rodamiento
El sellado ayuda a proteger los rodamientos de:
- polvo
- agua
- incrustaciones
- metal particles
- otros contaminantes
El método de sellado debe seleccionarse según el entorno de operación.
Para entornos interiores limpios, los requisitos de sellado pueden ser relativamente simples.
Para plantas siderúrgicas, puertos, grúas de exterior, equipos de minería o aplicaciones marinas, puede ser necesaria una protección más resistente.
El diseño del sellado también debe permitir la lubricación y el mantenimiento cuando sea necesario.
Cubiertas de rodamiento
Las cubiertas de rodamiento pueden proporcionar protección adicional y posicionamiento axial.
Según el diseño, las cubiertas pueden ayudar a:
- proteger los rodamientos
- retener la lubricación
- evitar que los contaminantes entren
- soportar componentes de sellado
- controlar la posición del ensamblaje axial
Para poleas personalizadas, el diseño de la cubierta debe coincidir con el cubo, el eje y la disposición de los rodamientos.
Por qué el fallo del rodamiento puede causar oscilación de la polea
Cuando un rodamiento se desgasta o daña, la holgura interna puede aumentar.
Esto puede permitir que la polea se incline o se mueva con respecto al eje.
Los síntomas posibles incluyen:
- oscilación de la polea
- ruido anormal
- vibración
- rotación irregular
- contacto desigual en la ranura de la cuerda
- desgaste anormal de la cuerda
Si aparecen estos síntomas, el rodamiento debe inspeccionarse antes de que la polea vuelva a ponerse en servicio.
Fallo del rodamiento y desgaste de la garganta de la cuerda
Los problemas de rodamiento pueden afectar indirectamente la vida útil del cable de acero.
Si una polea no gira correctamente o se desalinea, la cuerda puede contactar la garganta de manera desigual.
Esto puede provocar:
- desgaste unilateral de la garganta
- mayor fricción de la cuerda
- abnormal rope bending
- desgaste de la superficie de la cuerda
Por lo tanto, el desgaste anormal de la garganta de la cuerda no siempre es causado por la garganta misma.
También se debe verificar la alineación del rodamiento, el eje y la polea.
Causas comunes de falla del rodamiento de la polea
Las causas comunes incluyen:
- capacidad de carga insuficiente
- tipo de rodamiento incorrecto
- lubricación deficiente
- contaminación
- ajuste incorrecto
- desalineación
- deformación del eje
- deformación del cubo
- juego excesivo
- instalación incorrecta
- carga de impacto
- sobrecarga a largo plazo
Cuando un rodamiento falla prematuramente, simplemente reemplazarlo con el mismo rodamiento puede no resolver la causa raíz.
Se debe revisar el conjunto completo de la polea.
Qué verificar al reemplazar el rodamiento de una polea antigua
Antes de reemplazar un rodamiento, verifique:
Rodamiento
- modelo de rodamiento
- estado de desgaste
- daño interno
- condición de lubricación
Eje
- desgaste del asiento del rodamiento
- diámetro del eje
- daño superficial
- flexión
- condición del resalto
Cubo de polea
- diámetro del asiento del rodamiento
- desgaste del asiento
- deformación
- grietas
- conducto de lubricación
Juntas y tapas
- desgaste
- daño
- contaminación
- fuga de grasa
Reemplazar el rodamiento dejando un eje o cubo dañado puede provocar otra falla prematura.
¿Se debe reemplazar el rodamiento junto con la polea?
No siempre.
Si el rodamiento aún está en buenas condiciones y la nueva polea utiliza la misma disposición de rodamientos, el rodamiento puede reutilizarse solo cuando sea técnicamente aceptable.
Sin embargo, se puede recomendar el reemplazo cuando:
- el rodamiento ha estado en servicio durante mucho tiempo
- la polea antigua falló debido a problemas en el rodamiento
- la holgura del rodamiento es excesiva
- hay ruido en el rodamiento
- hay contaminación visible
- el asiento del rodamiento ha sido dañado
- el cliente desea un conjunto completo listo para instalar
Para equipos de elevación críticos, el estado del rodamiento debe evaluarse cuidadosamente antes de reutilizarlo.
Selección de rodamientos para poleas de gran diámetro
Las poleas de gran diámetro suelen operar bajo alta tensión de cable y carga radial pesada.
Las consideraciones importantes incluyen:
- capacidad de carga dinámica del rodamiento
- capacidad de carga estática del rodamiento
- rigidez del eje
- separación entre rodamientos
- resistencia del cubo
- desalineación
- lubricación
- sellado
A medida que aumentan el tamaño de la polea y la carga, todo el sistema eje-rodamiento-cubo se vuelve más importante.
El rodamiento más grande que encaja físicamente no es necesariamente el rodamiento correcto.
Se requiere cálculo de ingeniería.
Cálculo de la vida útil del rodamiento
La vida útil del rodamiento se puede estimar utilizando las capacidades de carga del fabricante del rodamiento y los métodos estándar de cálculo de vida útil del rodamiento.
El cálculo debe considerar:
- carga dinámica equivalente del rodamiento
- capacidad de carga dinámica del rodamiento
- velocidad de rotación
- vida útil requerida
- condiciones de operación
Para aplicaciones de grúas de servicio pesado a baja velocidad, también debe prestarse especial atención a la seguridad estática y las cargas de choque.
La vida teórica del rodamiento debe combinarse con consideraciones prácticas como la lubricación, la contaminación, la alineación y el mantenimiento.
Selección de rodamientos para poleas de reemplazo
Para proyectos de reemplazo, el modelo original del rodamiento es información útil.
Sin embargo, no se debe asumir automáticamente que el rodamiento original sigue siendo la mejor opción.
Si la polea existente ha experimentado:
- fallos repetidos de rodamientos
- aumento de la carga de la grúa
- cambio de régimen de trabajo
- contaminación severa
- modificación del eje
- cambios de diseño previos
la disposición de los rodamientos debe revisarse antes de fabricar la polea de repuesto.
Información requerida para la selección de rodamientos de poleas de grúa
Para la evaluación técnica, la información útil incluye:
- diámetro exterior de la polea
- diámetro de la garganta de la cuerda
- diámetro del cable de acero
- capacidad de elevación
- tensión del cable si está disponible
- número de partes del cable
- diámetro del eje de la polea
- modelo de rodamiento si se conoce
- cantidad de rodamientos
- espaciado entre rodamientos
- dimensiones del cubo
- velocidad de operación
- régimen de trabajo
- entorno de operación
- método de lubricación
- requisito de sellado
- plano de instalación
- fotos de la polea existente
Cuanto más completa sea la información, con mayor precisión se podrá seleccionar la disposición de rodamientos.
Errores comunes en la selección de rodamientos
Los errores comunes incluyen:
- seleccionar solo por el diámetro del eje
- ignorar la capacidad de carga estática
- ignorar la carga de impacto
- usar un rodamiento donde la estabilidad requiere dos
- asumir que los rodamientos dobles resuelven automáticamente todos los problemas
- ignorar la holgura interna
- ignorar el ajuste del rodamiento
- ignorar la rigidez del eje
- ignorar la lubricación
- ignorar el sellado
- reemplazar los rodamientos sin revisar el cubo
- reutilizar ejes dañados
Un rodamiento de polea de grúa siempre debe seleccionarse como parte del conjunto completo de la polea.
Cómo prolongar la vida útil del rodamiento de polea de grúa
Las prácticas recomendadas incluyen:
- seleccionar una capacidad de rodamiento suficiente
- utilizar la disposición de rodamiento correcta
- mantener los ajustes correctos
- controlar la precisión de mecanizado del eje y el cubo
- utilizar una lubricación adecuada
- proteger los rodamientos de la contaminación
- inspeccionar la temperatura del rodamiento
- monitorear ruidos anormales
- inspeccionar el bamboleo de la polea
- mantener el sistema de grasa
- verificar el estado del eje durante la revisión
- reemplazar los sellos dañados
El rendimiento confiable del rodamiento depende de un buen diseño, fabricación, instalación y mantenimiento.
Conclusión
La selección del rodamiento es una de las partes más importantes del diseño de poleas de grúa.
Un rodamiento adecuado debe soportar la carga radial requerida, resistir las condiciones operativas reales, encajar correctamente dentro de la disposición del eje y el cubo, y proporcionar un servicio confiable bajo ciclos de elevación repetidos.
Los rodamientos de rodillos cilíndricos y los rodamientos de rodillos esféricos pueden utilizarse en aplicaciones de poleas de grúa, pero su idoneidad depende de la carga, la alineación, el espacio y la disposición mecánica completa.
Para poleas de servicio pesado, los diseños de doble rodamiento pueden mejorar la estabilidad y la distribución de la carga cuando se diseñan adecuadamente.
La lubricación, el sellado, la holgura del rodamiento, la precisión del eje y el estado del cubo son igualmente importantes.
Para proyectos de reemplazo, el rodamiento no debe evaluarse por separado de la polea, el cubo y el eje.
Un sistema de rodamientos diseñado adecuadamente ayuda a garantizar una rotación suave de la polea, reducir el desgaste del cable de acero, mejorar la fiabilidad del izado y prolongar la vida útil del sistema de elevación completo.
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