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Accoppiamento tra Ruota e Rotaia del Carroponte: Come Prevenire l'Usura del Bordino e l'Inclinazione del Carroponte
Abbinamento tra ruota e rotaia del carroponte: come prevenire l'usura della flangia e l'obliquità del carroponte
Introduzione
Le ruote del carroponte e le rotaie del carroponte lavorano insieme come un sistema di traslazione completo.
Anche una ruota per carroponte forgiata di alta qualità può subire un'usura rapida della flangia se l'allineamento della rotaia, l'installazione della ruota, il diametro della ruota o la sincronizzazione della trasmissione non sono corretti.
Quando un carroponte sfrega ripetutamente la flangia della ruota contro il lato della rotaia, il problema viene spesso descritto come svergolamento del carroponte, rosicchiamento della rotaia o contatto anomalo della flangia.
Questi problemi possono portare a:
- usura rapida della flangia della ruota
- usura laterale della rotaia
- aumento della resistenza alla traslazione
- rumori anomali e vibrazioni
- carico motore più elevato
- danno a cuscinetti e albero
- ridotta durata di servizio della ruota
- aumento dei costi di manutenzione
Questo articolo spiega come ruote e rotaie del carroponte dovrebbero lavorare insieme, perché si verifica l'usura della flangia, cosa causa l'obliquità del carroponte e cosa dovrebbe essere controllato prima di sostituire ruote del carroponte usurate.
Perché l'abbinamento tra ruota e rotaia del carroponte è importante
La ruota del carroponte sopporta il carico verticale attraverso il battistrada mentre la flangia fornisce la guida laterale.
Per un funzionamento affidabile, diversi elementi devono lavorare insieme correttamente:
- battistrada della ruota
- flangia della ruota
- rotaia del carroponte
- albero della ruota
- cuscinetti
- carrello terminale
- azionamento di traslazione
- telaio del carroponte
- installazione del binario
Se una parte del sistema è disallineata, la ruota potrebbe non muoversi naturalmente lungo il binario.
Invece, la flangia potrebbe entrare continuamente in contatto con il lato del binario.
Ciò crea attrito e forza laterale che possono accelerare significativamente l'usura.
Pertanto, i problemi delle ruote del carroponte dovrebbero essere sempre valutati insieme alla rotaia e al meccanismo di traslazione.
Come una ruota del carroponte contatta normalmente la rotaia
Durante il normale funzionamento del carroponte, il carico verticale principale dovrebbe essere trasmesso attraverso il battistrada della ruota alla superficie superiore della rotaia.
La bordatura è utilizzata principalmente per limitare il movimento laterale eccessivo.
Non dovrebbe sopportare continuamente il carico laterale principale durante la normale traslazione.
Un contatto occasionale della bordatura può verificarsi a causa del movimento del carroponte, dei giochi o delle condizioni della rotaia.
Tuttavia, un contatto forte o continuo tra la bordatura e il lato della rotaia indica solitamente che il sistema di traslazione del carroponte dovrebbe essere ispezionato.
Larghezza del battistrada della ruota e larghezza della testa della rotaia
Il rapporto tra la larghezza della fascia di rotolamento della ruota e la larghezza della testa della rotaia è importante.
La fascia di rotolamento deve fornire una superficie di contatto sufficiente per la rotaia, consentendo al contempo un movimento laterale appropriato nell'ambito della disposizione delle ruote prevista.
Se il battistrada è troppo stretto o il profilo della ruota non corrisponde correttamente alla rotaia, la ruota può subire un contatto instabile.
Se la rotaia è posizionata in modo errato rispetto alla ruota, la flangia può entrare in contatto con la rotaia più frequentemente.
Quando si seleziona una ruota di ricambio, è necessario confermare le seguenti informazioni:
- modello di rotaia
- larghezza della testa della rotaia
- larghezza del battistrada della ruota
- diametro del battistrada della ruota
- spessore della flangia
- altezza della flangia
- distanza tra le flange per ruote a doppia flangia
La ruota non deve essere selezionata solo in base al suo diametro esterno.
Perché il gioco della flangia è importante
Per le ruote per gru a doppia flangia, la distanza tra le due flange deve garantire un gioco adeguato attorno alla rotaia.
Se il gioco è troppo piccolo:
- la flangia potrebbe strofinare continuamente contro la rotaia
- la resistenza al movimento potrebbe aumentare
- la temperatura della ruota potrebbe salire
- l'usura di flangia e rotaia potrebbe accelerare
- il carico del motore potrebbe aumentare
Se il gioco è troppo grande:
- il movimento laterale della ruota può aumentare
- la guida può diventare meno stabile
- l'impatto tra flangia e rotaia può diventare più evidente
Il gioco corretto deve essere determinato in base al progetto del carroponte, alle dimensioni delle rotaie, alla disposizione delle ruote e ai requisiti tecnici applicabili.
Cos'è l'obliquità del carroponte?
L'obliquità del carroponte si verifica quando il carroponte non si muove in modo rettilineo lungo le rotaie.
Un lato della gru può muoversi leggermente più velocemente o seguire un percorso diverso rispetto all'altro lato.
Quando la gru cerca di correggere la sua posizione, il bordino della ruota può premere contro la rotaia.
Questa condizione può verificarsi sia nelle gru a ponte che nelle gru a cavalletto.
Maggiore è la luce della gru e più impegnative sono le condizioni di viaggio, più importante diventa un corretto allineamento e sincronizzazione.
Segni comuni di sbandamento della gru
I segni tipici includono:
- usura grave su una flangia della ruota
- usura irregolare tra ruota sinistra e destra
- fianchi della rotaia lucidati o usurati
- rumore anomalo durante il movimento
- vibrazione
- aumento della corrente del motore
- movimento instabile della gru
- contatto frequente del bordino della ruota
- danno alla superficie della rotaia
- sostituzione ripetuta della ruota
Se molti di questi sintomi compaiono insieme, il problema non deve essere trattato come semplice usura della ruota.
L'intero sistema di traslazione deve essere ispezionato.
1. Disallineamento della rotaia
L'installazione della rotaia è uno dei fattori più comuni che influenzano il funzionamento delle ruote.
I problemi possibili includono:
- rotaie non parallele
- scartamento errato
- piegatura locale della rotaia
- errore di allineamento orizzontale
- differenza di altezza tra i binari
- fissaggio allentato del binario
- giunti irregolari del binario
Se la linea del binario cambia direzione, la ruota è costretta a seguire quel percorso.
Ciò può causare un contatto continuo della flangia con un lato del binario.
Sostituire la ruota senza correggere l'allineamento del binario può comportare che la nuova ruota sviluppi lo stesso modello di usura.
2. Disallineamento nell'Installazione delle Ruote
Anche se le rotaie sono installate correttamente, ruote installate in modo errato possono causare un'obliquità.
I possibili problemi di installazione delle ruote includono:
- asse della ruota non perpendicolare alla direzione di marcia
- assi delle ruote non paralleli tra loro
- installazione errata dei cuscinetti
- errore di lavorazione della trave di testata
- deviazione della posizione dell'albero
- assemblaggio improprio
Un piccolo errore angolare può diventare significativo su lunghe distanze di traslazione.
Questo è il motivo per cui l'allineamento delle ruote dovrebbe essere verificato quando appare un'usura anomala della flangia.
3. Differenza nel diametro della ruota
Le ruote multiple della gru dovrebbero avere diametri di rotolamento controllati.
Se una ruota motrice ha un diametro effettivo maggiore di un'altra, le ruote possono percorrere distanze diverse durante lo stesso numero di giri.
Ad esempio, se due ruote motrici ruotano alla stessa velocità ma hanno diametri del battistrada diversi, un lato potrebbe tentare di muoversi più dell'altro.
Ciò può forzare la struttura del carroponte a inclinarsi.
Le possibili cause delle differenze di diametro delle ruote includono:
- tolleranza di fabbricazione
- usura irregolare del battistrada
- sostituzione di una sola ruota
- diverso trattamento termico o storia di usura
- lavorazione o riparazione precedente
Quando si sostituiscono le ruote del carroponte, si devono considerare dimensioni delle ruote abbinate, specialmente per ruote che lavorano nello stesso sistema di traslazione.
4. Problemi di sincronizzazione della trasmissione
Per i carroponti con trasmissioni indipendenti su entrambi i lati, il sistema di traslazione deve operare in modo coordinato.
Le possibili cause delle differenze di velocità includono:
- prestazioni del motore differenti
- usura del riduttore
- rapporti di riduzione differenti
- strascico del freno
- differenze di controllo elettrico
- differenze di diametro delle ruote
- differenze di resistenza meccanica
Se un lato si muove continuamente più velocemente dell'altro, il carroponte tenderà a ruotare leggermente rispetto ai binari.
Le flange delle ruote entrano quindi in contatto con il binario per resistere a questo movimento.
5. Deformazione del telaio del carroponte o del carrello terminale
La deformazione strutturale può anche modificare l'allineamento delle ruote.
Le possibili cause includono:
- servizio pesante a lungo termine
- collisione
- sovraccarico
- riparazione strutturale
- deformazione da saldatura
- danno da fatica
Se il carrello di testata o il telaio del carroponte non è più a squadra, l'allineamento delle ruote potrebbe essere compromesso anche se la ruota stessa è fabbricata correttamente.
Per questo motivo, in caso di sbandamento grave o ripetuto, è necessario includere un'ispezione strutturale del carroponte.
6. Problemi di cuscinetti e alberi
Anche cuscinetti e alberi delle ruote influenzano la precisione di scorrimento.
I problemi possono includere:
- cuscinetti usurati
- gioco eccessivo dei cuscinetti
- albero della ruota piegato
- accoppiamento errato dell'albero
- scarsa lubrificazione
- alloggiamento del cuscinetto danneggiato
Queste condizioni possono consentire alla ruota di muoversi o inclinarsi durante il funzionamento.
Ciò può modificare il contatto effettivo ruota-rotaia e aumentare l'usura della flangia.
7. Carico irregolare sulla ruota
Se il carico della gru non è distribuito correttamente tra le ruote, alcune ruote possono sopportare un carico maggiore del previsto.
Un carico irregolare sulla ruota può derivare da:
- deformazione strutturale
- installazione errata della ruota
- dislivello del piano del ferro
- deformazione del telaio della gru
- problemi di distribuzione del carico
Un carico sulla ruota più elevato può aumentare lo stress di contatto sul battistrada e può anche rendere più severo il contatto della flangia in caso di sbandamento.
Una ruota per gru più dura può risolvere l'usura della flangia?
Non necessariamente.
Una risposta comune all'usura rapida delle ruote per gru è scegliere un materiale della ruota più duro o aumentare la durezza del battistrada.
Questo può migliorare la resistenza all'usura quando la durezza del materiale è effettivamente il problema principale.
Tuttavia, se la causa reale è il disallineamento delle rotaie o l'obliquità del carroponte, aumentare la durezza delle ruote non corregge la geometria del sistema di traslazione.
In alcune situazioni, l'usura può semplicemente essere trasferita dalla flangia della ruota alla rotaia.
Il risultato può essere:
- usura ridotta delle ruote
- maggiore usura delle rotaie
- maggiore stress da contatto
- maggiori costi di manutenzione altrove nel sistema
Per questo motivo, la causa principale dell'usura anomala dovrebbe essere identificata prima di cambiare il materiale o la durezza della ruota.
Selezione del materiale per ruote di gru
Il materiale è ancora un fattore importante nelle prestazioni delle ruote di gru.
Per applicazioni pesanti, le ruote in acciaio forgiato sono ampiamente utilizzate perché possono fornire buona resistenza, tenacità e resistenza alla fatica.
Materiali come il 42CrMo possono essere selezionati per applicazioni impegnative di ruote di gru dove sono richieste adeguate proprietà di resistenza e prestazioni di trattamento termico.
Il 65Mn può anche essere utilizzato per alcune applicazioni di ruote a seconda del carico, del design della ruota e delle condizioni di lavoro.
La selezione del materiale deve considerare:
- carico sulla ruota
- diametro della ruota
- classe di lavoro
- frequenza di utilizzo
- carico d'urto
- condizione della rotaia
- durezza richiesta
- tenacità richiesta
- processo di trattamento termico
L'obiettivo non è semplicemente la massima durezza, ma un equilibrio adeguato tra resistenza all'usura e tenacità.
Trattamento Termico e Prestazioni del Battistrada
Il trattamento termico può migliorare le prestazioni delle ruote per gru.
A seconda del materiale e dei requisiti tecnici, il trattamento può includere:
- tempra e rinvenimento
- indurimento del battistrada
- indurimento superficiale
- altro trattamento termico specificato
Il battistrada e la flangia dovrebbero avere proprietà meccaniche adeguate alle condizioni operative effettive.
Un trattamento termico improprio può comportare:
- resistenza all'usura insufficiente
- fragilità eccessiva
- fessurazione
- durezza non uniforme
- durata di servizio ridotta
Il trattamento termico deve quindi essere selezionato insieme al materiale e alle condizioni di lavoro.
Relazione tra la durezza della ruota e della rotaia
La ruota e la rotaia formano una coppia di contatto.
Se un componente viene reso molto più resistente senza considerare l'altro, il comportamento di usura del sistema può cambiare.
L'approccio corretto dovrebbe considerare:
- materiale della ruota
- materiale del binario
- durezza della ruota
- condizione del binario
- carico di lavoro
- schema di contatto
- frequenza operativa
L'obiettivo è ottenere un funzionamento stabile e un'usura accettabile in tutto il sistema, piuttosto che proteggere un componente a scapito di un altro.
Cosa controllare prima di sostituire le ruote del carroponte?
Prima di ordinare ruote di ricambio, soprattutto in presenza di usura anomala del bordino, è necessario controllare quanto segue.
Ruota del carroponte
Ispezionare:
- usura del battistrada
- usura del bordino
- diametro della ruota
- spessore della flangia
- alesaggio
- cava per chiavetta o scanalatura
- crepe
- danno superficiale
Rotazione
Ispezionare:
- scartamento del binario
- rettilineità del binario
- usura della testa del binario
- usura laterale del binario
- elevazione del binario
- giunti del binario
- condizione di fissaggio
Installazione delle Ruote
Ispezionare:
- allineamento della ruota
- posizione dell'albero
- condizione dei cuscinetti
- geometria della trave di testata
Traslazione
Ispezionare:
- condizione del motore
- condizione del riduttore
- rilascio del freno
- sincronizzazione dell'azionamento
- condizione del giunto
Struttura del carroponte
Ispezionare:
- deformazione del carrello terminale
- allineamento del ponte
- danno strutturale
- riparazioni precedenti
Sostituire le ruote prima di aver compreso questi problemi può fornire solo una soluzione temporanea.
Tutte le ruote del carroponte dovrebbero essere sostituite contemporaneamente?
Non tutti i progetti richiedono la sostituzione simultanea di tutte le ruote.
Tuttavia, quando più ruote operano come sistema accoppiato, il loro diametro e la loro condizione dovrebbero essere valutati insieme.
Se una ruota gravemente usurata viene sostituita con una ruota nuova mentre altre ruote hanno diametri della fascia di rotolamento significativamente ridotti, la differenza effettiva del diametro di rotolamento può influenzare la marcia del carroponte.
Il piano di sostituzione dovrebbe pertanto considerare:
- differenze di diametro delle ruote
- condizione di usura
- disposizione della trasmissione
- raggruppamento degli assi
- progettazione della gru
Per sistemi molto usurati, la sostituzione delle ruote in gruppi abbinati può garantire una migliore costanza di scorrimento.
Come misurare una ruota per gru sostitutiva
Per la produzione di ruote personalizzate, le dimensioni utili includono:
- diametro esterno della ruota
- diametro del battistrada
- larghezza del battistrada
- diametro della flangia
- spessore della flangia
- altezza della flangia
- distanza tra le flange
- larghezza del mozzo
- diametro del foro
- dimensioni della cava per chiavetta
- accoppiamento dell'albero
- dimensioni del cuscinetto
- larghezza della testa della rotaia
Per le ruote motrici, informazioni aggiuntive possono includere:
- specifica della spline
- collegamento ad ingranaggio
- collegamento dell'albero
- disposizione dell'accoppiamento
Le foto della vecchia ruota, dell'albero, della rotaia e del carrello completo possono anche aiutare la valutazione tecnica.
Sostituzione di vecchie ruote senza disegni originali
Molte gru più vecchie non hanno più disegni completi delle ruote.
In questi casi, le ruote di ricambio possono comunque essere prodotte sulla base di misurazioni accurate e ricostruzione tecnica.
Tuttavia, le dimensioni usurate non dovrebbero essere copiate direttamente.
Per esempio:
- lo spessore della flangia potrebbe essere già ridotto
- tread diameter may be smaller than the original
- bore may have become enlarged
- keyway may be damaged
- il profilo del battistrada potrebbe essere cambiato
Il disegno di sostituzione dovrebbe essere preparato utilizzando le misurazioni disponibili, i dati delle rotaie, le dimensioni dell'albero, le informazioni sul carico della gru e la revisione ingegneristica.
Il disegno finale dovrebbe essere confermato prima della produzione.
Come Ridurre l'Usura della Flangia delle Ruote della Gru
Diverse misure possono aiutare a ridurre l'usura della flangia:
- mantenere il corretto allineamento delle rotaie
- mantenere lo scartamento corretto delle rotaie
- mantenere coerenti i diametri delle ruote
- allineare correttamente gli alberi delle ruote
- mantenere i cuscinetti
- mantenere sincronizzati i meccanismi di traslazione
- controllare che i freni non strascichino
- evitare severe oblique della gru
- selezionare un materiale adatto per le ruote
- utilizzare un trattamento termico appropriato
- ispezionare regolarmente l'usura di ruote e rotaie
La buona durata della ruota del carroponte dipende dall'intero sistema di traslazione, non da un singolo componente.
Ispezione preventiva
Un'ispezione regolare può identificare piccoli problemi prima che diventino seri.
Un programma di ispezione preventiva può includere:
- ispezione della superficie di rotolamento della ruota
- misurazione dello spessore della flangia
- ispezione del lato della rotaia
- misurazione dello scartamento della rotaia
- confronto del diametro delle ruote
- ispezione dei cuscinetti
- ispezione del sistema di trasmissione
- monitoraggio dei rumori anomali
- confronto del carico del motore
- osservazione del movimento del carroponte
I registri di ispezione possono anche aiutare a identificare se l'usura aumenta gradualmente nel tempo.
Errori comuni
Gli errori comuni includono:
- presumere che tutta l'usura della flangia sia causata da un materiale scadente della ruota
- sostituire le ruote senza controllare i binari
- utilizzare un materiale più duro senza indagare sullo sbandamento
- ignorare le differenze di diametro delle ruote
- sostituire una sola ruota in un sistema abbinato molto usurato
- ignorare la condizione dei cuscinetti
- ignorando la sincronizzazione di motore e riduttore
- copiando le dimensioni delle ruote usurate
- modificando il design del bordino senza revisione tecnica
Un'ispezione sistematica di solito fornisce una soluzione migliore rispetto alla sostituzione ripetuta delle ruote usurate.
Conclusione
L'usura del bordino delle ruote del carroponte e l'obliquità del carroponte sono solitamente problemi a livello di sistema.
La ruota, la rotaia, i cuscinetti, gli alberi, il sistema di trasmissione, la trave di testata e la struttura del carroponte influenzano tutti le prestazioni di marcia.
Una ruota per gru forgiata di alta qualità può comunque usurarsi rapidamente se i binari sono disallineati, i diametri delle ruote sono incoerenti o le trasmissioni della gru non sono sincronizzate.
Per questo motivo, un'usura anomala della flangia dovrebbe essere indagata prima di semplicemente cambiare il materiale della ruota o aumentare la durezza.
Un corretto abbinamento tra ruota e binario, dimensioni controllate delle ruote, installazione corretta, trasmissioni sincronizzate, selezione adeguata del materiale e ispezioni regolari possono migliorare significativamente la durata di servizio di ruote e binari della gru.
Per i progetti di sostituzione, i migliori risultati si ottengono quando la ruota viene progettata e prodotta secondo il sistema completo di traslazione della gru, piuttosto che trattata come un ricambio isolato.
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