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Gruppo Ruota di Gru: Ruote, Alberi, Cuscinetti e Considerazioni Chiave di Progettazione
Gruppo Ruota di Gru: Ruote, Alberi, Cuscinetti e Considerazioni sulla Progettazione delle Chiavette
Introduzione
Una ruota di gru raramente è un componente isolato.
Nelle gru a ponte, gru a portale, carrelli di trasferimento, carrelli di testata e altre attrezzature su rotaia, la ruota normalmente funziona insieme a un albero, cuscinetti, alloggiamenti dei cuscinetti, distanziali, guarnizioni, componenti di lubrificazione e talvolta un riduttore o un giunto.
Questi componenti formano un gruppo ruota di gru completo.
Un gruppo ruota affidabile non deve solo sostenere il carico della gru, ma anche ruotare senza intoppi, mantenere l'allineamento corretto, trasmettere la coppia motrice quando necessario e funzionare in modo affidabile sotto avviamenti, arresti, carichi d'urto ripetuti e servizio a lungo termine.
Per i progetti di sostituzione, selezionare solo il diametro corretto della ruota non è sufficiente.
La ruota, l'albero, i cuscinetti, le dimensioni di installazione, il collegamento di trasmissione, la lubrificazione e le condizioni della rotaia dovrebbero essere tutti considerati insieme.
Questo articolo spiega i componenti principali di un gruppo ruota di carroponte, la differenza tra ruote motrici e ruote folli, e i fattori chiave da considerare durante la progettazione o la sostituzione di un set di ruote di carroponte.
Che cos'è un gruppo ruota di carroponte?
Un gruppo ruota di gru è un'unità di scorrimento completa che consente a una gru o a una macchina su rotaia di spostarsi lungo una rotaia.
A seconda del design, un gruppo ruota può includere:
- ruota di gru
- albero della ruota
- cuscinetti
- alloggiamenti dei cuscinetti
- coperchi dei cuscinetti
- distanziali
- componenti di ritenzione
- guarnizioni
- raccordi di lubrificazione
- scanalature o spline
- giunti
- ingranaggi o collegamenti al riduttore
Diversi produttori di gru possono utilizzare strutture diverse.
Alcuni gruppi ruota utilizzano un albero separato che passa attraverso la ruota, mentre altri utilizzano diverse disposizioni di cuscinetti e trasmissione.
Per questo motivo, i gruppi ruota di ricambio dovrebbero essere fabbricati in base al design effettivo dell'attrezzatura, piuttosto che presumere che tutti i set di ruote siano intercambiabili.
Funzione principale della ruota della gru
La ruota della gru svolge diverse funzioni importanti.
Supporta il carico verticale della gru e trasferisce tale carico alla rotaia.
Consente inoltre al carroponte di spostarsi lungo la pista o il binario.
Per le ruote motrici, la ruota deve inoltre trasmettere la coppia dal sistema di azionamento della traslazione.
Le caratteristiche importanti della ruota includono:
- diametro della ruota
- diametro di rotolamento
- larghezza di rotolamento
- progettazione del bordino
- dimensione dell'alesaggio
- dimensioni del mozzo
- materiale
- trattamento termico
- durezza superficiale
- precisione di lavorazione
La geometria corretta della ruota deve corrispondere sia alla rotaia che al resto del gruppo ruota.
Albero della ruota del carroponte
L'albero della ruota supporta la ruota e trasferisce il carico ai cuscinetti e alla struttura di supporto.
Per i gruppi ruota motrice, l'albero può anche trasmettere coppia da un riduttore, giunto, ingranaggio o meccanismo azionato da motore.
Le caratteristiche importanti dell'albero possono includere:
- diametro dell'albero
- sedi dei cuscinetti
- posizione di montaggio della ruota
- spallamenti
- filettature
- sedi per chiavetta
- scanalature
- gole di ritenzione
- collegamento a giunto
L'albero deve avere resistenza e tenacità sufficienti per sopportare flessione, taglio, coppia e carichi ripetuti.
Per applicazioni heavy-duty, gli alberi in acciaio legato possono essere selezionati in base al carico richiesto e alle condizioni di lavoro.
Il materiale finale e il trattamento termico dovrebbero essere determinati dai requisiti ingegneristici piuttosto che essere scelti solo in base al diametro dell'albero.
Cuscinetti nei gruppi ruota di gru
I cuscinetti consentono alla ruota o all'albero di ruotare con attrito controllato, supportando carichi radiali e, a seconda del progetto, anche assiali.
La selezione dei cuscinetti è una parte importante della progettazione del gruppo ruota.
Dovrebbe considerare:
- carico sulla ruota
- diametro dell'albero
- velocità di esercizio
- carico d'urto
- servizio di lavoro
- spazio di installazione
- metodo di lubrificazione
- condizioni ambientali
- durata utile richiesta
Gruppi ruota diversi possono utilizzare tipi di cuscinetti diversi a seconda della struttura e dei requisiti operativi.
Il modello del cuscinetto non deve essere selezionato solo perché il suo diametro interno si adatta all'albero.
Devono essere considerati anche la capacità di carico, il gioco interno, la disposizione di installazione e le condizioni operative effettive.
Installazione e accoppiamento dei cuscinetti
Una corretta installazione dei cuscinetti è essenziale per un funzionamento affidabile della ruota.
Un accoppiamento improprio può causare:
- surriscaldamento del cuscinetto
- gioco eccessivo
- movimento dell'albero
- vibrazione anomala
- rotazione irregolare della ruota
- guasto prematuro del cuscinetto
Le aree importanti includono:
- sede del cuscinetto sull'albero
- alloggiamento del cuscinetto
- posizionamento assiale
- sistema di ritenuta
- percorso di lubrificazione
- tenuta
Le dimensioni e le tolleranze di lavorazione devono essere basate sulla disposizione dei cuscinetti e sui requisiti di progettazione.
Per i gruppi di ricambio, il modello di cuscinetto esistente e le dimensioni di installazione devono essere confermati prima della produzione.
Alloggiamenti e coperchi dei cuscinetti
L'alloggiamento del cuscinetto supporta il cuscinetto e collega il gruppo ruota rotante alla struttura del carroponte.
A seconda della progettazione, l'alloggiamento può essere un componente indipendente o integrato in una struttura di carrello di estremità.
I coperchi dei cuscinetti possono contribuire a:
- trattenere i cuscinetti
- mantenere la posizione assiale
- proteggere i componenti interni
- supportare le disposizioni di tenuta
- impedire l'ingresso di contaminanti nell'area del cuscinetto
Per ambienti polverosi, esterni, metallurgici o altre condizioni impegnative, la protezione dei cuscinetti diventa particolarmente importante.
Sistema di lubrificazione
Una lubrificazione adeguata riduce l'attrito e l'usura nel sistema di cuscinetti.
Molti gruppi ruota di gru utilizzano la lubrificazione a grasso.
Può essere previsto un ingrassatore in modo che il lubrificante possa essere rabboccato durante la manutenzione.
Il progetto di lubrificazione deve garantire che il grasso possa raggiungere l'area del cuscinetto richiesta senza perdite eccessive.
Il personale di manutenzione deve rispettare l'intervallo di lubrificazione richiesto ed evitare sia una lubrificazione insufficiente sia una lubrificazione eccessiva non necessaria.
Una lubrificazione scarsa può causare:
- aumento della temperatura del cuscinetto
- rumore
- usura
- riduzione della vita del cuscinetto
- grippaggio nei casi gravi
Ruota di Gru Condotta
Una ruota di gru condotta riceve la coppia dal comando di traslazione e contribuisce a muovere la gru.
La trasmissione di potenza può coinvolgere:
- motore
- riduttore
- giunto
- albero di trasmissione
- scanalatura per chiavetta
- spline
- ingranaggio
La struttura esatta varia tra i diversi progetti di gru.
Rispetto a una ruota condotta, un gruppo ruota motrice richiede ulteriore attenzione alla trasmissione della coppia e alla precisione del collegamento.
Le informazioni importanti possono includere:
- dimensioni dell'albero di uscita del riduttore
- dimensioni dell'accoppiamento
- dimensioni della sede della chiavetta
- specifica della scanalatura
- estensione dell'albero
- direzione di rotazione
- posizione di installazione
Una discrepanza nel collegamento di trasmissione può impedire il montaggio anche quando la ruota stessa è dimensionalmente corretta.
Ruota di carroponte folle
Una ruota folle, detta anche ruota non motrice, sostiene principalmente il carico del carroponte e ruota mentre il carroponte si muove.
Normalmente non riceve coppia motrice diretta dal motore di traslazione o dal riduttore.
Sebbene la struttura possa essere più semplice, la ruota folle richiede comunque corrette:
- dimensioni della ruota
- selezione del cuscinetto
- progettazione dell'albero
- allineamento
- lubrificazione
- installazione
Le ruote motrici e condotte possono utilizzare lo stesso materiale della ruota, ma i loro alberi e le strutture di collegamento possono essere diversi.
La ruota motrice o quella condotta determinano il tipo di flangia?
Non necessariamente.
Sia le ruote motrici che quelle folli possono essere progettate con flange singole o doppie.
La disposizione delle flange dipende principalmente da:
- sistema di traslazione della gru
- disposizione delle rotaie
- layout delle ruote
- progetto originale della gru
- guida laterale richiesta
Pertanto, la ruota non dovrebbe essere identificata come a flangia singola o doppia semplicemente perché è motrice o non motrice.
Collegamento ruota-albero
La ruota può essere collegata all'albero in modi diversi a seconda del progetto.
Le possibili soluzioni includono:
- accoppiamento con interferenza
- collegamento con linguetta
- collegamento scanalato
- altre strutture di bloccaggio meccanico
Per un gruppo condotto, il collegamento deve trasferire in modo sicuro la coppia richiesta.
Il produttore dovrebbe confermare:
- diametro dell'alesaggio
- requisito di adattamento
- dimensioni chiave
- standard della scanalatura
- posizionamento assiale
- metodo di ritenzione
Modificare il metodo di connessione originale senza una revisione tecnica può influire sul montaggio e sulle prestazioni.
Sede per linguetta
Le sedi per linguetta sono comunemente utilizzate nei collegamenti meccanici di trasmissione.
Per i gruppi ruota di ricambio, è importante confermare:
- larghezza della sede per linguetta
- profondità della sede per linguetta
- lunghezza della linguetta
- diametro dell'albero
- posizione della chiavetta
Una sede della chiavetta danneggiata o molto usurata su una ruota vecchia non dovrebbe essere semplicemente copiata nel nuovo progetto.
Anche le condizioni dell'albero dovrebbero essere ispezionate.
Collegamenti scanalati
I collegamenti scanalati possono essere utilizzati quando è richiesta una maggiore capacità di trasmissione della coppia o un collegamento compatto specifico.
Quando si sostituisce una ruota o un albero con collegamento scanalato, è necessario confermare diversi parametri, come:
- standard delle scanalature
- numero di denti
- modulo o passo
- angolo di pressione ove applicabile
- accoppiamento
- lunghezza effettiva
Il disegno originale è il riferimento migliore.
Se il disegno originale non è disponibile, sono necessari una misurazione accurata e una ricostruzione tecnica prima della produzione.
Materiale della ruota del carroponte
Il materiale della ruota ha un'influenza importante su resistenza, resistenza all'usura, tenacità e prestazioni a fatica.
La scelta del materiale deve considerare:
- carico della ruota
- capacità del carroponte
- diametro della ruota
- classe di servizio
- frequenza di funzionamento
- carico d'urto
- condizione della rotaia
- ambiente
- requisito di trattamento termico
Per applicazioni di gru impegnative, può essere selezionato acciaio legato forgiato come il 42CrMo, ove siano richieste adeguate prestazioni di resistenza e trattamento termico.
Altri materiali per ruote possono essere utilizzati a seconda dell'applicazione e delle specifiche tecniche.
Il materiale migliore non è necessariamente il materiale più duro.
Un adeguato equilibrio tra resistenza, tenacità, resistenza all'usura e prestazioni a fatica è più importante.
Ruote di gru forgiate
Le ruote di gru forgiate sono ampiamente utilizzate in applicazioni ad alta sollecitazione.
Il processo di forgiatura può aiutare a produrre una struttura del materiale densa e proprietà meccaniche affidabili se adeguatamente controllato.
Un tipico processo di produzione di ruote forgiate può includere:
- preparazione delle materie prime
- riscaldamento
- forgiatura
- trattamento termico
- lavorazione meccanica di sgrossatura
- lavorazione finale
- tempra superficiale quando richiesto
- ispezione
- assemblaggio finale
Per i gruppi ruota personalizzati, l'albero e gli altri componenti possono essere fabbricati separatamente e assemblati dopo l'ispezione.
Trattamento termico
Il trattamento termico viene utilizzato per ottenere le proprietà meccaniche richieste delle ruote e degli alberi della gru.
A seconda del materiale e dell'applicazione, i processi possibili possono includere:
- tempra e rinvenimento
- indurimento superficiale del battistrada
- indurimento localizzato
- altri trattamenti specificati
Per una ruota, il battistrada richiede una adeguata resistenza all'usura mentre il nucleo dovrebbe mantenere una tenacità sufficiente.
Per un albero, la resistenza e la tenacità sono importanti perché l'albero può essere soggetto a flessione e carichi ripetuti.
Il trattamento termico dovrebbe quindi essere selezionato separatamente per ciascun componente in base alla sua funzione.
Battistrada e Flangia della Ruota
Il battistrada della ruota è la principale superficie di contatto tra la ruota e la rotaia.
La flangia fornisce la guida laterale.
Entrambe le aree influenzano le prestazioni della ruota.
Durante la lavorazione e l'ispezione, le dimensioni importanti possono includere:
- diametro del battistrada
- larghezza del battistrada
- diametro della flangia
- spessore della flangia
- altezza della flangia
- spaziatura delle flange
- finitura superficiale
Per i gruppi di ruote che lavorano insieme, dovrebbero essere controllate anche le differenze nel diametro di rotolamento.
Differenze eccessive di diametro possono contribuire all'inclinazione della gru e all'usura irregolare delle ruote.
Perché i cuscinetti possono influire sull'usura delle flange
Quando si manifesta un'usura anomala della flangia, l'attenzione è spesso rivolta solo alla ruota e alla rotaia.
Tuttavia, anche le condizioni dei cuscinetti possono influenzare l'allineamento della ruota.
Un cuscinetto usurato o danneggiato può consentire alla ruota o all'albero di muoversi eccessivamente.
Ciò può portare a:
- inclinazione della ruota
- contatto instabile del battistrada
- aumento del movimento laterale
- contatto anomalo della flangia
- vibrazione
Pertanto, quando una ruota mostra un'usura anomala della flangia, dovrebbe essere controllata anche la condizione dei cuscinetti.
Perché le condizioni dell'albero sono importanti
Un albero piegato o usurato può influire sulla precisione di rotazione della ruota.
I possibili problemi includono:
- albero piegato
- sede del cuscinetto usurata
- linguetta danneggiata
- scanalatura usurata
- accoppiamento dell'albero errato
- danno superficiale
Installare una nuova ruota su un albero danneggiato potrebbe non risolvere il problema di funzionamento originale.
Per le gru più vecchie, la ruota e l'albero dovrebbero spesso essere ispezionati insieme.
Dovresti sostituire solo la ruota o l'intero gruppo?
Questo dipende dalle condizioni dei componenti esistenti.
Sostituire solo la ruota può essere ragionevole quando:
- l'albero è in buone condizioni
- i cuscinetti rimangono adatti
- le superfici di contatto sono entro tolleranza
- non esiste alcun problema di allineamento anomalo
- i componenti esistenti sono compatibili con la nuova ruota
Un gruppo ruota completo può essere preferibile quando:
- l'albero è usurato o danneggiato
- le sedi dei cuscinetti sono danneggiate
- i cuscinetti hanno raggiunto la fine della loro vita utile
- le cave per linguette o le scanalature sono usurate
- il gruppo originale ha presentato guasti ripetuti
- la compatibilità di installazione è incerta
- il cliente desidera un'unità di ricambio pronta per l'installazione
Un gruppo completo può ridurre la quantità di lavoro di adattamento richiesto presso il sito del cliente.
Sostituzione di un vecchio gruppo ruota senza il disegno originale
Molte vecchie gru non dispongono più di disegni di fabbricazione completi.
Un gruppo ruota di ricambio può comunque essere sviluppato, ma sono necessarie misurazioni dettagliate.
Le informazioni utili includono:
- foto del vecchio gruppo ruota
- diametro esterno della ruota
- diametro del battistrada
- larghezza del battistrada
- dimensioni della flangia
- dimensioni dell'alesaggio
- lunghezza totale dell'albero
- diametro dell'albero
- dimensioni della sede del cuscinetto
- modello del cuscinetto
- dimensioni dell'alloggiamento del cuscinetto
- informazioni sulla sede della chiavetta o sulla scanalatura
- collegamento di trasmissione
- dimensioni della rotaia
- distanze tra i centri di installazione
Anche il vecchio gruppo dovrebbe essere ispezionato per verificare l'usura.
Le misurazioni effettuate sulle aree usurate potrebbero non rappresentare il progetto originale.
Il disegno di sostituzione dovrebbe quindi essere ricostruito utilizzando i dati misurati insieme alle informazioni sull'attrezzatura e alla revisione tecnica.
Importanza della conferma del modello di cuscinetto
Quando si sostituisce un gruppo ruota di carroponte esistente, la designazione del cuscinetto può fornire utili informazioni tecniche.
Può aiutare a confermare:
- dimensione dell'alesaggio
- diametro esterno
- larghezza del cuscinetto
- tipo di cuscinetto
- possibili caratteristiche di carico
Tuttavia, la sola designazione del cuscinetto non è sufficiente per ricreare il gruppo completo.
Devono essere confermati anche l'alloggiamento, l'accoppiamento sull'albero, il posizionamento assiale, le tenute e la disposizione della lubrificazione.
Collegamento di trasmissione per ruote di ricambio
Per i gruppi ruota condotti, particolare attenzione deve essere prestata al collegamento tra il gruppo ruota e il sistema di azionamento.
Il cliente deve fornire informazioni su:
- modello di riduttore
- albero di uscita
- giunto
- scanalatura per chiavetta
- scanalatura scanalata
- direzione di montaggio
- lunghezza di collegamento
Se il riduttore esistente verrà riutilizzato, il nuovo albero della ruota deve corrispondere all'interfaccia di azionamento esistente.
Questa è spesso una delle dimensioni più importanti in un progetto di sostituzione.
Assemblaggio di prova prima della consegna
Quando la ruota, l'albero, i cuscinetti, gli alloggiamenti dei cuscinetti e le parti correlate vengono prodotti come un'unità completa, l'assemblaggio di prova prima della spedizione può aiutare a identificare possibili problemi di accoppiamento.
L'assemblaggio di prova può verificare:
- installazione dei cuscinetti
- accoppiamento ruota-albero
- posizionamento assiale
- installazione del coperchio
- disposizione delle guarnizioni
- accesso alla lubrificazione
- collegamento di trasmissione
- dimensioni complessive di assemblaggio
Per progetti di sostituzione personalizzati, questo può ridurre i rischi di installazione presso il sito del cliente.
Ispezione dei gruppi ruota di gru
A seconda dei requisiti del progetto, l'ispezione può includere:
Ispezione della ruota
- ispezione dimensionale
- prova di durezza
- esame con particelle magnetiche quando richiesto
- esame ultrasonoro quando richiesto
- ispezione visiva
Ispezione dell'albero
- ispezione dimensionale
- verifica della durezza quando richiesto
- controllo non distruttivo quando specificato
- ispezione della sede della chiavetta o della scanalatura
Ispezione dei Cuscinetti e dell'Assemblaggio
- conferma del modello del cuscinetto
- ispezione dell'accoppiamento
- controllo di rotazione
- controllo della lubrificazione
- verifica delle dimensioni di assemblaggio
I requisiti di ispezione devono essere confermati prima della produzione.
Informazioni richieste per un gruppo ruota di gru personalizzato
Per la quotazione e la valutazione tecnica, è utile fornire:
- capacità della gru
- carico massimo sulla ruota, se disponibile
- ruota motrice o condotta
- flangia singola o doppia
- diametro esterno della ruota
- dimensioni del battistrada
- dimensioni della flangia
- tipo di rotaia
- requisito del materiale della ruota
- disegno o dimensioni dell'albero
- modello del cuscinetto
- dimensioni dell'alloggiamento del cuscinetto
- informazioni su linguetta o scanalatura
- collegamento a riduttore o giunto
- requisito di trattamento termico
- requisito di ispezione
- quantità
- vecchi disegni o foto
Più complete sono le informazioni, più facile è preparare un disegno di produzione accurato.
Errori comuni quando si ordinano gruppi ruota per gru
Gli errori comuni includono:
- ordinare solo in base al diametro della ruota
- ignorare le dimensioni dell'albero
- ignorare il tipo di cuscinetto
- non controllare il collegamento di trasmissione
- copiare le dimensioni usurate della scanalatura della chiavetta
- ignorare le dimensioni della rotaia
- cambiare il materiale della ruota senza una revisione tecnica
- sostituire una ruota senza controllare l'albero
- sostituire una ruota senza controllare i cuscinetti
- presumere che i gruppi motore e folle siano identici
- iniziare la produzione prima di confermare il disegno finale
Questi errori possono causare problemi di installazione o usura prematura.
Come prolungare la vita utile del gruppo ruota della gru
Una buona durata dipende dall'intero sistema.
Le pratiche raccomandate includono:
- mantenere il corretto allineamento della rotaia
- controllare le differenze di diametro delle ruote
- mantenere i cuscinetti adeguatamente lubrificati
- ispezionare l'albero e le sedi dei cuscinetti
- mantenere il corretto allineamento delle ruote
- evitare un'eccessiva inclinazione del carroponte
- verificare le condizioni del riduttore e del giunto
- ispezionare l'usura del bordino della ruota
- sostituire tempestivamente i cuscinetti danneggiati
- utilizzare materiali adeguati per ruote e alberi
- utilizzare un trattamento termico adeguato
Un gruppo ruota affidabile richiede sia una buona qualità di fabbricazione sia una corretta manutenzione del carroponte.
Conclusione
Un gruppo ruota di carroponte è molto più di una ruota di carroponte.
La ruota, l'albero, i cuscinetti, gli alloggiamenti, il sistema di lubrificazione, il collegamento di trasmissione e la rotaia lavorano tutti insieme per supportare e muovere la gru.
Per le ruote motrici, è necessario considerare anche la trasmissione della coppia e il collegamento al riduttore.
Per i progetti di sostituzione, non è sufficiente abbinare semplicemente il diametro della vecchia ruota. È necessario confermare anche le dimensioni dell'albero, la disposizione dei cuscinetti, la geometria della flangia, le dimensioni della rotaia, l'interfaccia di trasmissione e le dimensioni di installazione.
Quando il disegno originale non è disponibile, un vecchio gruppo ruota può essere ricostruito attraverso una misurazione accurata, una revisione tecnica, la conferma del disegno, la produzione, l'ispezione e il montaggio di prova.
Trattare la ruota della gru come parte di un sistema di corsa completo aiuta a ridurre problemi di installazione, usura anomala, tempi di inattività e costi di manutenzione a lungo termine.
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