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Conjunto de Rueda de Grúa: Ruedas, Ejes, Rodamientos y Consideraciones Clave de Diseño
Conjunto de Rueda de Grúa: Ruedas, Ejes, Rodamientos y Consideraciones Clave de Diseño
Introducción
Una rueda de grúa rara vez es un componente aislado.
En grúas puente, grúas pórtico, carros de transferencia, carros finales y otros equipos montados sobre rieles, la rueda normalmente trabaja junto con un eje, rodamientos, cajas de rodamientos, espaciadores, sellos, componentes de lubricación y, a veces, una caja de engranajes o acoplamiento.
Estos componentes forman un conjunto completo de rueda de grúa.
Un conjunto de rueda confiable no solo debe soportar la carga de la grúa, sino también girar suavemente, mantener una alineación correcta, transmitir el par de accionamiento cuando sea necesario y operar de manera confiable bajo arranques, paradas, cargas de impacto y servicio a largo plazo repetidos.
Para proyectos de reemplazo, seleccionar solo el diámetro correcto de la rueda no es suficiente.
La rueda, el eje, los rodamientos, las dimensiones de instalación, la conexión de accionamiento, la lubricación y las condiciones del riel deben considerarse en conjunto.
Este artículo explica los componentes principales de un conjunto de rueda de grúa, la diferencia entre ruedas motrices y ruedas locas, y los factores clave a considerar al diseñar o reemplazar un conjunto de ruedas de grúa.
¿Qué es un conjunto de rueda de grúa?
Un conjunto de rueda de grúa es una unidad de rodadura completa que permite que una grúa o máquina montada sobre rieles se desplace a lo largo de un riel.
Según el diseño, un conjunto de rueda puede incluir:
- rueda de grúa
- eje de rueda
- rodamientos
- carcasas de rodamientos
- tapas de rodamientos
- separadores
- componentes de retención
- sellos
- accesorios de lubricación
- chaveteros o splines
- acoplamientos
- engranajes o conexiones de caja de engranajes
Diferentes fabricantes de grúas pueden usar estructuras diferentes.
Algunos conjuntos de ruedas utilizan un eje separado que pasa a través de la rueda, mientras que otros utilizan diferentes disposiciones de rodamientos y transmisión.
Por esta razón, los conjuntos de ruedas de repuesto deben fabricarse de acuerdo con el diseño real del equipo en lugar de asumir que todos los juegos de ruedas son intercambiables.
Función principal de la rueda de la grúa
La rueda de la grúa realiza varias funciones importantes.
Soporta la carga vertical de la grúa y transfiere esa carga al riel.
También permite que la grúa se desplace a lo largo de la vía o pista.
Para las ruedas motrices, la rueda debe transmitir además el par del sistema de accionamiento de traslación.
Las características importantes de la rueda incluyen:
- diámetro de la rueda
- diámetro de la banda de rodadura
- ancho de la banda de rodadura
- diseño de la pestaña
- tamaño del agujero
- dimensiones del cubo
- material
- tratamiento térmico
- dureza superficial
- precisión de mecanizado
La geometría correcta de la rueda debe coincidir tanto con el riel como con el resto del conjunto de la rueda.
Eje de rueda de grúa
El eje de la rueda soporta la rueda y transfiere la carga a los rodamientos y a la estructura de soporte.
Para los conjuntos de ruedas motrices, el eje también puede transmitir par desde una caja de engranajes, acoplamiento, engranaje o mecanismo accionado por motor.
Las características importantes del eje pueden incluir:
- diámetro del eje
- asientos de rodamiento
- posición de montaje de la rueda
- hombros
- roscas
- ranuras de chaveta
- estriados
- ranuras de retención
- conexión de acoplamiento
El eje debe tener suficiente resistencia y tenacidad para soportar flexión, cizallamiento, par y cargas repetidas.
Para aplicaciones de servicio pesado, se pueden seleccionar ejes de acero aleado de acuerdo con la carga requerida y las condiciones de trabajo.
El material final y el tratamiento térmico deben determinarse según los requisitos de ingeniería, no solo por el diámetro del eje.
Rodamientos en conjuntos de ruedas de grúa
Los rodamientos permiten que la rueda o el eje giren con fricción controlada mientras soportan cargas radiales y, según el diseño, axiales.
La selección del rodamiento es una parte importante del diseño del conjunto de rueda.
Debe considerar:
- carga de la rueda
- diámetro del eje
- velocidad de operación
- carga de impacto
- régimen de trabajo
- espacio de instalación
- método de lubricación
- condiciones ambientales
- vida útil requerida
Diferentes conjuntos de rueda pueden usar diferentes tipos de rodamientos según la estructura y los requisitos de operación.
El modelo de rodamiento no debe seleccionarse solo porque su diámetro interior se ajuste al eje.
También deben considerarse la capacidad de carga, el juego interno, la disposición de montaje y las condiciones reales de operación.
Instalación y ajuste de rodamientos
La instalación correcta de los rodamientos es esencial para el funcionamiento confiable de la rueda.
Un ajuste incorrecto puede causar:
- sobrecalentamiento del rodamiento
- holgura excesiva
- movimiento del eje
- vibración anormal
- funcionamiento desigual de la rueda
- falla prematura del rodamiento
Las áreas importantes incluyen:
- asiento del rodamiento en el eje
- carcasa del rodamiento
- posicionamiento axial
- disposición de retención
- ruta de lubricación
- sellado
Las dimensiones y tolerancias de mecanizado deben basarse en la disposición de los rodamientos y los requisitos de diseño.
Para conjuntos de repuesto, se debe confirmar el modelo de rodamiento existente y las dimensiones de instalación antes de la fabricación.
Carcasas y tapas de rodamientos
La carcasa del rodamiento soporta el rodamiento y conecta el conjunto de rueda giratoria con la estructura de la grúa.
Según el diseño, la carcasa puede ser un componente independiente o estar integrada en una estructura de carro terminal.
Las tapas de rodamientos pueden ayudar a:
- retener los rodamientos
- mantener la posición axial
- proteger los componentes internos
- soportar los arreglos de sellado
- evitar que los contaminantes entren en el área del rodamiento
Para entornos polvorientos, exteriores, metalúrgicos u otros entornos exigentes, la protección de los rodamientos se vuelve especialmente importante.
Sistema de lubricación
La lubricación adecuada reduce la fricción y el desgaste en el sistema de rodamientos.
Muchos conjuntos de ruedas de grúa utilizan lubricación con grasa.
Se puede proporcionar un engrasador para que la lubricación pueda reponerse durante el mantenimiento.
El diseño de lubricación debe garantizar que la grasa pueda llegar al área del rodamiento requerida sin fugas excesivas.
El personal de mantenimiento debe seguir el intervalo de lubricación requerido y evitar tanto la lubricación insuficiente como la sobrelubricación innecesaria.
Una lubricación deficiente puede resultar en:
- aumento de la temperatura del rodamiento
- ruido
- desgaste
- vida útil reducida del rodamiento
- agarrotamiento en casos graves
Rueda motriz de grúa
Una rueda motriz de grúa recibe par del accionamiento de traslación y ayuda a mover la grúa.
La transmisión de potencia puede involucrar:
- motor
- caja de engranajes
- acoplamiento
- eje de transmisión
- ranura de chavetero
- spline
- engranaje
La estructura exacta varía entre diseños de grúas.
En comparación con una rueda loca, un conjunto de rueda motriz requiere atención adicional a la transmisión de par y la precisión de conexión.
La información importante puede incluir:
- dimensiones del eje de salida de la caja de engranajes
- dimensiones del acoplamiento
- tamaño de la ranura de la chaveta
- especificación de la estría
- extensión del eje
- dirección de rotación
- posición de instalación
Una discrepancia en la conexión de accionamiento puede impedir el montaje incluso cuando la rueda en sí es dimensionalmente correcta.
Rueda de grúa loca
Una rueda loca, también llamada rueda no motriz, principalmente soporta la carga de la grúa y gira a medida que la grúa se mueve.
Normalmente no recibe par de accionamiento directo del motor de traslación o de la caja de engranajes.
Aunque la estructura puede ser más simple, la rueda loca aún requiere correctamente:
- dimensiones de la rueda
- selección de rodamiento
- diseño del eje
- alineación
- lubricación
- instalación
Las ruedas motrices y locas pueden usar el mismo material de rueda, pero sus estructuras de eje y conexión pueden ser diferentes.
¿La rueda motriz o la loca determinan el tipo de brida?
No necesariamente.
Tanto las ruedas motrices como las locas pueden diseñarse con pestañas simples o dobles.
La disposición de las pestañas depende principalmente de:
- sistema de traslación de la grúa
- disposición de los rieles
- disposición de las ruedas
- diseño original de la grúa
- guía lateral requerida
Por lo tanto, la rueda no debe identificarse como de pestaña simple o de pestaña doble simplemente porque sea motriz o no motriz.
Conexión rueda-eje
La rueda puede conectarse al eje de diferentes maneras según el diseño.
Los arreglos posibles incluyen:
- ajuste por interferencia
- conexión con chaveta
- conexión por estrías
- otras estructuras de bloqueo mecánico
Para un ensamblaje impulsado, la conexión debe transferir de manera segura el par requerido.
El fabricante debe confirmar:
- diámetro del agujero
- requisito de ajuste
- dimensiones clave
- estándar de estriado
- posicionamiento axial
- método de retención
Cambiar el método de conexión original sin una revisión técnica puede afectar el montaje y el rendimiento.
Chaveteros
Los chaveteros se utilizan comúnmente en conexiones de transmisión mecánica.
Para conjuntos de rueda de repuesto, es importante confirmar:
- ancho del chavetero
- profundidad del chavetero
- longitud de la chaveta
- diámetro del eje
- posición de la chaveta
Una ranura para chaveta dañada o muy desgastada en una rueda vieja no debe simplemente copiarse en el nuevo diseño.
También se debe inspeccionar el estado del eje.
Conexiones estriadas
Las conexiones estriadas pueden utilizarse cuando se requiere una mayor capacidad de transmisión de par o una conexión compacta específica.
Al reemplazar una rueda o un eje con conexión estriada, se deben confirmar varios parámetros, como:
- norma de estrías
- número de dientes
- módulo o paso
- ángulo de presión cuando corresponda
- ajuste
- longitud efectiva
El plano original es la mejor referencia.
Si el plano original no está disponible, se requiere una medición precisa y una reconstrucción técnica antes de la producción.
Material de la rueda de la grúa
El material de la rueda influye significativamente en la resistencia, la resistencia al desgaste, la tenacidad y el rendimiento frente a la fatiga.
La selección del material debe considerar:
- carga de la rueda
- capacidad de la grúa
- diámetro de rueda
- clase de servicio
- frecuencia de operación
- carga de impacto
- estado del riel
- entorno
- requisito de tratamiento térmico
Para aplicaciones de grúas exigentes, se puede seleccionar acero aleado forjado como el 42CrMo cuando se requieran resistencia adecuada y rendimiento de tratamiento térmico.
También se pueden utilizar otros materiales de rueda según la aplicación y la especificación técnica.
El mejor material no es necesariamente el material más duro.
Un equilibrio adecuado de resistencia, tenacidad, resistencia al desgaste y rendimiento a la fatiga es más importante.
Ruedas de grúa forjadas
Las ruedas de grúa forjadas se utilizan ampliamente en aplicaciones de servicio pesado.
El proceso de forjado puede ayudar a producir una estructura de material densa y propiedades mecánicas confiables cuando se controla adecuadamente.
Un proceso típico de fabricación de ruedas forjadas puede incluir:
- preparación de materia prima
- calentamiento
- forjado
- tratamiento térmico
- mecanizado en bruto
- mecanizado final
- endurecimiento superficial cuando sea necesario
- inspección
- ensamblaje final
Para conjuntos de ruedas personalizados, el eje y otros componentes pueden fabricarse por separado y ensamblarse después de la inspección.
Tratamiento térmico
El tratamiento térmico se utiliza para lograr las propiedades mecánicas requeridas de las ruedas y ejes de la grúa.
Dependiendo del material y la aplicación, los procesos posibles pueden incluir:
- templado y revenido
- endurecimiento de la superficie de rodadura
- endurecimiento localizado
- otros tratamientos especificados
Para una rueda, la banda de rodadura requiere una resistencia al desgaste adecuada, mientras que el núcleo debe mantener una tenacidad suficiente.
Para un eje, la resistencia y la tenacidad son importantes porque el eje puede estar sometido a flexión y cargas repetidas.
Por lo tanto, el tratamiento térmico debe seleccionarse por separado para cada componente según su función.
Banda de rodadura y pestaña de la rueda
La banda de rodadura de la rueda es la principal superficie de contacto entre la rueda y el carril.
La pestaña proporciona guiado lateral.
Ambas áreas influyen en el rendimiento de la rueda.
Durante el mecanizado y la inspección, las dimensiones importantes pueden incluir:
- diámetro de la banda de rodadura
- ancho de la banda de rodadura
- diámetro de la brida
- espesor de la brida
- altura de la brida
- espaciado de bridas
- acabado superficial
Para conjuntos de ruedas que trabajan juntos, también deben controlarse las diferencias en el diámetro de rodadura.
Diferencias excesivas de diámetro pueden contribuir al sesgo de la grúa y al desgaste desigual de las ruedas.
Por qué los rodamientos pueden afectar el desgaste de las bridas
Cuando aparece un desgaste anormal de la pestaña, a menudo la atención se centra solo en la rueda y el riel.
Sin embargo, el estado de los rodamientos también puede influir en la alineación de la rueda.
Un rodamiento desgastado o dañado puede permitir que la rueda o el eje se muevan excesivamente.
Esto puede provocar:
- inclinación de la rueda
- contacto inestable de la banda de rodadura
- mayor movimiento lateral
- contacto anormal de la pestaña
- vibración
Por lo tanto, cuando una rueda muestra un desgaste inusual en la pestaña, también se debe revisar el estado del rodamiento.
Por qué importa el estado del eje
Un eje doblado o desgastado puede afectar la precisión de funcionamiento de la rueda.
Los problemas posibles incluyen:
- eje doblado
- asiento de rodamiento desgastado
- chavetero dañado
- estría desgastada
- ajuste incorrecto del eje
- daño superficial
Instalar una rueda nueva en un eje dañado puede no resolver el problema original de funcionamiento.
Para grúas más antiguas, la rueda y el eje a menudo deben inspeccionarse juntos.
¿Debería reemplazar solo la rueda o el conjunto completo?
Esto depende del estado de los componentes existentes.
Reemplazar solo la rueda puede ser razonable cuando:
- el eje está en buen estado
- los rodamientos siguen siendo adecuados
- las superficies de conexión están dentro de la tolerancia
- no existe ningún problema de alineación anormal
- los componentes existentes son compatibles con la nueva rueda
Un conjunto de rueda completo puede ser preferible cuando:
- el eje está desgastado o dañado
- los asientos de rodamiento están dañados
- los rodamientos han alcanzado el final de su vida útil
- las ranuras de chaveta o estrías están desgastadas
- el ensamblaje original ha tenido fallas repetidas
- la compatibilidad de instalación es incierta
- el cliente desea una unidad de reemplazo lista para instalar
Un ensamblaje completo puede reducir la cantidad de trabajo de ajuste requerido en el sitio del cliente.
Reemplazo de un conjunto de rueda antiguo sin el plano original
Muchas grúas antiguas ya no tienen planos de fabricación completos.
Todavía se puede desarrollar un conjunto de rueda de repuesto, pero se requieren mediciones detalladas.
La información útil incluye:
- fotos del conjunto de rueda antiguo
- diámetro exterior de la rueda
- diámetro de la banda de rodadura
- ancho de la banda de rodadura
- dimensiones de la brida
- dimensiones del agujero
- longitud total del eje
- diámetro del eje
- dimensiones del asiento del rodamiento
- modelo de rodamiento
- dimensiones de la carcasa del rodamiento
- información de chavetero o estriado
- conexión de accionamiento
- dimensiones del carril
- distancias entre centros de instalación
El conjunto antiguo también debe inspeccionarse para detectar desgaste.
Las mediciones tomadas en zonas desgastadas pueden no representar el diseño original.
Por lo tanto, el plano de reemplazo debe reconstruirse utilizando los datos medidos junto con la información del equipo y la revisión técnica.
Importancia de la confirmación del modelo de rodamiento
Cuando se reemplaza un conjunto de rueda de grúa existente, la designación del rodamiento puede proporcionar información técnica útil.
Puede ayudar a confirmar:
- tamaño del agujero
- diámetro exterior
- ancho del rodamiento
- tipo de rodamiento
- posibles características de carga
Sin embargo, la designación del rodamiento por sí sola no es suficiente para recrear el conjunto completo.
También deben confirmarse la carcasa, el ajuste del eje, el posicionamiento axial, los sellos y la disposición de lubricación.
Conexión de accionamiento para ruedas de repuesto
Para los conjuntos de ruedas motrices, se debe prestar especial atención a la conexión entre el conjunto de rueda y el sistema de accionamiento.
El cliente debe proporcionar información sobre:
- modelo de caja de engranajes
- eje de salida
- acoplamiento
- ranura de chavetero
- estriado
- dirección de montaje
- longitud de conexión
Si se va a reutilizar la caja de engranajes existente, el nuevo eje de rueda debe coincidir con la interfaz de accionamiento existente.
Esta es a menudo una de las dimensiones más importantes en un proyecto de reemplazo.
Ensamblaje de prueba antes de la entrega
Cuando la rueda, el eje, los rodamientos, las carcasas de rodamientos y las piezas relacionadas se fabrican como una unidad completa, el ensamblaje de prueba antes del envío puede ayudar a identificar posibles problemas de ajuste.
El ensamblaje de prueba puede verificar:
- instalación de rodamientos
- ajuste de rueda a eje
- posicionamiento axial
- instalación de cubierta
- disposición de sellos
- acceso de lubricación
- conexión de accionamiento
- dimensiones generales de montaje
Para proyectos de reemplazo personalizados, esto puede reducir los riesgos de instalación en el sitio del cliente.
Inspección de conjuntos de ruedas de grúa
Según los requisitos del proyecto, la inspección puede incluir:
Inspección de ruedas
- inspección dimensional
- prueba de dureza
- prueba de partículas magnéticas cuando sea necesario
- prueba ultrasónica cuando sea necesario
- inspección visual
Inspección del eje
- inspección dimensional
- verificación de dureza cuando sea necesario
- ensayos no destructivos cuando se especifiquen
- inspección de chavetero o estriado
Inspección de rodamientos y montaje
- confirmación del modelo de rodamiento
- inspección de ajuste
- verificación de rotación
- verificación de lubricación
- verificación de dimensiones del conjunto
Los requisitos de inspección deben confirmarse antes de la producción.
Información requerida para un conjunto de rueda de grúa personalizado
Para cotización y evaluación técnica, es útil proporcionar:
- capacidad de la grúa
- carga máxima por rueda si está disponible
- rueda motriz o loca
- brida simple o doble
- diámetro exterior de la rueda
- dimensiones de la banda de rodadura
- dimensiones de la pestaña
- tipo de riel
- requisito de material de la rueda
- dibujo o dimensiones del eje
- modelo de rodamiento
- dimensiones de la carcasa del rodamiento
- información de chavetero o estriado
- conexión de caja de engranajes o acoplamiento
- requisito de tratamiento térmico
- requisito de inspección
- cantidad
- planos o fotos antiguos
Cuanto más completa sea la información, más fácil será preparar un plano de producción preciso.
Errores comunes al pedir conjuntos de ruedas de grúa
Los errores comunes incluyen:
- pedido solo por diámetro de rueda
- ignorar las dimensiones del eje
- ignorar el tipo de rodamiento
- no verificar la conexión de transmisión
- copiar las dimensiones de una chavetera desgastada
- ignorar las dimensiones del riel
- cambiar el material de la rueda sin una revisión técnica
- reemplazar una rueda sin verificar el eje
- reemplazar una rueda sin verificar los rodamientos
- asumir que los conjuntos motriz y loco son idénticos
- iniciar la producción antes de confirmar el plano final
Estos errores pueden provocar problemas de instalación o desgaste prematuro.
Cómo prolongar la vida útil del conjunto de rueda de grúa
Una buena vida útil depende de todo el sistema.
Las prácticas recomendadas incluyen:
- mantener una alineación correcta de los rieles
- controlar las diferencias de diámetro de las ruedas
- mantener los rodamientos debidamente lubricados
- inspeccionar el eje y los asientos de los rodamientos
- mantener una alineación correcta de las ruedas
- evitar un sesgo excesivo de la grúa
- verificar el estado de la caja de engranajes y el acoplamiento
- inspeccionar el desgaste de la pestaña de la rueda
- reemplazar los rodamientos dañados a tiempo
- utilizar materiales adecuados para la rueda y el eje
- utilizar un tratamiento térmico adecuado
Un conjunto de rueda confiable requiere tanto una buena calidad de fabricación como un mantenimiento adecuado de la grúa.
Conclusión
Un conjunto de rueda de grúa es mucho más que una rueda de grúa.
La rueda, el eje, los rodamientos, las carcasas, el sistema de lubricación, la conexión de accionamiento y el riel trabajan juntos para soportar y mover la grúa.
Para las ruedas motrices, también deben considerarse la transmisión de par y la conexión de la caja de engranajes.
Para proyectos de reemplazo, no basta con igualar simplemente el diámetro de la rueda antigua. Deben confirmarse las dimensiones del eje, la disposición de los rodamientos, la geometría de la brida, el tamaño del riel, la interfaz de accionamiento y las dimensiones de instalación.
Cuando no se dispone del plano original, un conjunto de rueda antiguo puede reconstruirse mediante medición precisa, revisión técnica, confirmación del plano, fabricación, inspección y montaje de prueba.
Tratar la rueda de la grúa como parte de un sistema de rodadura completo ayuda a reducir problemas de instalación, desgaste anormal, tiempo de inactividad y costos de mantenimiento a largo plazo.
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