Wybór łożyska krążka dźwigu: Jak wybrać odpowiednie łożysko do krążków o dużym obciążeniu
Wprowadzenie
Łożyska są krytycznymi elementami w krążkach dźwigu.
Chociaż sam krążek przenosi linę stalową, system łożyskowy podtrzymuje obracający się krążek i przenosi obciążenia na wał krążka oraz otaczającą konstrukcję.
W zastosowaniach dźwigowych o dużym obciążeniu nieprawidłowy dobór łożyska może prowadzić do przegrzewania, nietypowego hałasu, nadmiernego luzu, kołysania krążka, nierównomiernego zużycia rowka liny i przedwczesnej awarii łożyska.
Z tego powodu łożysk krążków dźwigu nie należy dobierać wyłącznie na podstawie średnicy otworu lub dostępnej przestrzeni montażowej.
Rzeczywisty dobór powinien uwzględniać:
- obciążenie promieniowe
- możliwe obciążenie osiowe
- prędkość roboczą
- cykl pracy
- obciążenie udarowe
- średnica wału
- wymiary piasty krążka
- metoda smarowania
- wymagania dotyczące uszczelnienia
- dokładność montażu
- środowisko pracy
W tym artykule wyjaśniono, jak dobierać łożyska do krążków dźwigowych oraz co należy uwzględnić w zastosowaniach o dużym obciążeniu.
Jaka jest funkcja łożyska krążka dźwigowego?
Łożysko pozwala krążkowi obracać się wokół wału krążka, jednocześnie przenosząc obciążenie przekazywane z liny stalowej.
Podczas podnoszenia napięcie liny stalowej tworzy obciążenie na krążku.
To obciążenie jest przenoszone przez:
lina stalowa → rowek krążka → korpus krążka → piasta → łożysko → wał → konstrukcja dźwigu
Z tego powodu łożysko jest ważną częścią pełnej ścieżki obciążenia.
Niezawodny układ łożyskowy pomaga:
- zmniejszyć tarcie obrotowe
- utrzymać wyrównanie krążka
- przenosić obciążenie promieniowe
- kontrolować ruch osiowy, gdy jest to wymagane
- zmniejszyć drgania
- poprawić stabilność rowka liny
- wydłużyć okres eksploatacji krążka
Dlaczego wybór łożyska jest ważny
Krążek żurawiowy często pracuje w warunkach odmiennych od zwykłych maszyn wirujących.
Typowe cechy mogą obejmować:
- stosunkowo niska prędkość obrotowa
- duże obciążenie promieniowe
- powtarzające się rozruchy i zatrzymania
- obciążenia udarowe
- zmiana napięcia liny
- zapylone lub zewnętrzne środowiska
- długie okresy eksploatacji
- ograniczony dostęp do konserwacji
W niektórych systemach podnoszenia obciążenie łożyska może się ciągle zmieniać podczas podnoszenia lub opuszczania ładunku.
W zastosowaniach o dużym obciążeniu mogą również wystąpić obciążenia udarowe, gdy napięcie liny zmienia się nagle.
Dlatego nośność łożyska i odporność na wstrząsy są często ważniejsze niż samo wybranie łożyska wysokiej prędkości.
Nie wybieraj łożyska wyłącznie na podstawie średnicy otworu
Jednym z najczęstszych błędów jest wybór łożyska tylko dlatego, że jego otwór pasuje do średnicy wału.
Dwa łożyska o tym samym otworze mogą mieć bardzo różne:
- średnice zewnętrzne
- szerokości
- nośności dynamiczne
- nośności statyczne
- układy rolek
- dopuszczalne obciążenia osiowe
- luzy wewnętrzne
- zdolności do kompensacji niewspółosiowości
Łożysko należy dobrać zgodnie z pełnymi warunkami pracy.
Średnica wału to tylko jeden z parametrów.
Obciążenie promieniowe w krążkach dźwigowych
Łożyska krążków dźwigowych przenoszą głównie obciążenia promieniowe generowane przez naciąg liny.
Rzeczywiste obciążenie łożyska zależy od:
- naciąg liny
- kąt liny wokół krążka
- średnica krążka
- liczba łożysk
- rozstaw łożysk
- konstrukcja krążka
- udźwig
Gdy lina zmienia kierunek wokół krążka, powstała siła działa na krążek i jest przenoszona na łożyska.
W przypadku krążków do ciężkich zastosowań obliczenia obciążenia łożysk należy przeprowadzić przed ostatecznym wyborem łożyska.
Obciążenie statyczne również jest ważne
Łożysk dźwigowych nie należy dobierać wyłącznie na podstawie nośności dynamicznej.
Nośność statyczna jest również ważna, szczególnie w zastosowaniach z:
- dużymi obciążeniami podnoszenia
- niskimi prędkościami obrotowymi
- obciążeniami udarowymi
- częstym rozruchem i zatrzymywaniem
- tymczasowymi przeciążeniami
Jeśli łożysko jest poddane nadmiernemu obciążeniu statycznemu, wałeczki i bieżnie mogą ulec trwałemu odkształceniu.
Dlatego należy uwzględnić zarówno nośność dynamiczną, jak i statyczną łożyska.
Łożyska walcowe do krążków dźwigowych
Łożyska walcowe są powszechnie stosowane w wielu zastosowaniach krążków dźwigowych.
Ich styk liniowy między wałeczkami a bieżniami zapewnia dobrą nośność obciążenia promieniowego.
Typowe zalety obejmują:
- wysoka nośność obciążenia promieniowego
- stosunkowo niskie tarcie
- dobra wydajność w zastosowaniach o dużym obciążeniu
- odpowiednie do kompaktowych układów łożyskowych
- różne dostępne konstrukcje wewnętrzne dla różnych wymagań dotyczących pozycjonowania osiowego
Jednak różne konstrukcje łożysk walcowych mają różne możliwości przenoszenia obciążeń osiowych i przemieszczeń osiowych.
Z tego powodu należy wybrać dokładny typ łożyska zgodnie z układem wału i obudowy, a nie po prostu wybierać dowolne łożysko walcowe o tym samym rozmiarze.
Łożyska baryłkowe do krążków dźwigowych
Łożyska baryłkowe mogą być stosowane w zastosowaniach wymagających dużej nośności i pewnej kompensacji niewspółosiowości.
Ich wewnętrzna konstrukcja pozwala łożysku tolerować pewien stopień niewspółosiowości kątowej między wałem a obudową.
Możliwe zalety obejmują:
- wysoka nośność promieniowa
- zdolność do przenoszenia obciążeń złożonych w odpowiednich układach
- tolerancja pewnej niewspółosiowości wału lub obudowy
- dobra przydatność do ciężkiego sprzętu przemysłowego
Jednak łożyska baryłkowe nie są automatycznie najlepszym wyborem dla każdego krążka dźwigu.
Ostateczny wybór powinien nadal uwzględniać:
- dostępna przestrzeń
- konstrukcja wału
- wymiary piasty
- prędkość obrotowa
- kierunek obciążenia
- smarowanie
- dokładność montażu
Łożysko walcowe vs łożysko baryłkowe
Właściwy wybór zależy od zastosowania.
Łożysko walcowe
Może być preferowane, gdy:
- obciążenie promieniowe dominuje
- współosiowość jest dobrze kontrolowana
- potrzebne jest kompaktowe łożysko o dużej nośności
- niskie tarcie jest ważne
- układ wału i obudowy jest zgodny z konstrukcją łożyska
Łożysko baryłkowe
Może być preferowane, gdy:
- występuje duże obciążenie promieniowe
- może wystąpić pewne niewspółosiowość
- należy uwzględnić obciążenie złożone
- konstrukcja pozwala na większą geometrię łożyska
Żaden typ nie jest uniwersalnie lepszy.
Dobór łożysk powinien być zgodny z obliczeniami inżynierskimi i rzeczywistą konstrukcją krążka.
Konstrukcja krążka z pojedynczym łożyskiem
Niektóre mniejsze lub specjalnie zaprojektowane krążki mogą używać pojedynczego łożyska lub pojedynczego zespołu łożyskowego.
Taki układ może zapewnić:
- prosta konstrukcja
- kompaktowe wymiary
- mniej komponentów
- łatwiejszy montaż
Jednak pojedynczy układ łożyskowania musi nadal zapewniać wystarczającą nośność i stabilność.
W przypadku większych krążków lub dużych obciążeń pojedyncze łożysko może nie zapewniać takiej samej stabilności obrotowej jak prawidłowo zaprojektowany układ dwułożyskowy.
Konstrukcja krążka z podwójnym łożyskiem
Krążki żurawiowe do ciężkich zastosowań często wykorzystują dwa łożyska.
Układ z podwójnym łożyskiem może pomóc:
- rozłożyć obciążenie
- poprawić stabilność krążka
- zmniejszyć przechylenie
- obsługiwać większe krążki
- poprawić dokładność obrotową
- zwiększyć sztywność systemu
Oba łożyska mogą być rozmieszczone w pewnej odległości od siebie wewnątrz piasty krążka.
Rozstaw łożysk może wpływać na rozkład obciążenia i odporność na przechylenie.
Jednak samo dodanie drugiego łożyska nie tworzy automatycznie lepszej konstrukcji.
Wał, piasta, gniazda łożysk, rozmieszczenie, układ napięcia wstępnego lub luzu oraz pozycjonowanie osiowe muszą być prawidłowo zaprojektowane.
Dlaczego odstęp między łożyskami ma znaczenie
Gdy stosuje się dwa łożyska, odległość między nimi wpływa na stabilność krążka.
Jeśli łożyska są zbyt blisko siebie, układ może zapewniać mniejszy opór wobec momentów przechylających.
Prawidłowo zaprojektowany rozstaw łożysk może poprawić:
- stabilność obrotowa
- rozkład obciążenia
- podparcie wału
- wyrównanie rowka
Jednak zwiększenie rozstawu łożysk zwiększa również długość piasty i może wpływać na całkowitą szerokość krążka.
Ostateczny układ powinien równoważyć wytrzymałość, stabilność i przestrzeń montażową.
Luz wewnętrzny łożyska
Wewnętrzny luz łożyska jest ważnym, ale często pomijanym parametrem.
Podczas montażu i eksploatacji luz łożyska może się zmieniać z powodu:
- pasowań wciskowych
- rozszerzalności wału
- hub expansion
- temperatury roboczej
- obciążenia
Jeśli pozostały luz stanie się zbyt mały, łożysko może się przegrzewać.
Jeśli luz jest zbyt duży, krążek linowy może drgać lub nadmiernie się przemieszczać.
Z tego powodu należy wybrać odpowiedni luz wewnętrzny zgodnie z:
- pasowanie łożyska
- temperatura pracy
- obciążenie
- materiał wału i obudowy
- zalecenia producenta
Pasowanie wału i łożyska
Pasowanie między łożyskiem a wałem lub łożyskiem a piastą jest krytyczne.
Nieprawidłowe pasowanie może powodować:
- pełzanie łożyska
- przegrzewanie
- nadmierny luz
- uszkodzenie bieżni
- zużycie wału
- zużycie piasty
Prawidłowe pasowanie zależy od tego, który pierścień łożyska obraca się względem obciążenia i w jaki sposób łożysko jest zamontowane.
W projektach krążków dźwigowych gniazda łożysk należy obrabiać zgodnie z wybranym łożyskiem i wymaganiami inżynieryjnymi.
Projekt piasty krążka
Piasta krążka zapewnia miejsce montażu łożysk.
Ważne parametry piasty obejmują:
- średnica gniazda łożyska
- szerokość gniazda łożyska
- wymiary ramion
- odległość między łożyskami
- struktura ustalająca
- kanał smarowania
- pozycja uszczelnienia
Piasta musi mieć wystarczającą wytrzymałość, aby przenosić obciążenia łożyska bez nadmiernych odkształceń.
W przypadku krążków spawanych lub wytwarzanych, połączenie między piastą a korpusem krążka powinno być również starannie zaprojektowane i wykonane.
Projektowanie wału krążka
Wał krążka przenosi reakcje łożyska i przekazuje obciążenie na hak, belkę podnoszącą lub konstrukcję wsporczą.
Ważne parametry wału obejmują:
- średnica wału
- średnica gniazda łożyska
- rozstaw łożysk
- położenie progu
- sposób mocowania
- wykończenie powierzchni
- obróbka cieplna
- materiał
Wał musi mieć wystarczającą odporność na:
- zginanie
- ścinanie
- zmęczenie
- naprężenie powierzchniowe łożyska
W przypadku zastosowań wymagających intensywnego podnoszenia, wytrzymałość wału powinna być sprawdzana wraz z obciążeniem łożyska.
Smarowanie łożysk krążków dźwigowych
Prawidłowe smarowanie jest niezbędne dla żywotności łożyska.
W wielu zastosowaniach krążków dźwigowych powszechnie stosuje się smarowanie smarem, ponieważ:
- operating speeds are relatively low
- sealing can be simplified
- konserwacja jest wygodna
- smar może pomóc zapobiegać przedostawaniu się zanieczyszczeń
System smarowania może obejmować:
- kalamitki smarownicze
- wewnętrzne kanały smarowe
- uszczelnienia
- pokrywy łożysk
Prawidłowy rodzaj smaru i odstęp między smarowaniami zależą od warunków pracy.
Co się dzieje przy niewystarczającym smarowaniu?
Niewystarczające smarowanie może powodować:
- większe tarcie
- wzrost temperatury łożyska
- nietypowy hałas
- zużycie wałeczków i bieżni
- korozja
- skrócona żywotność łożyska
- zatarcie w ciężkich przypadkach
Regularne smarowanie jest szczególnie ważne w środowiskach zewnętrznych, zapylonych, wilgotnych lub w warunkach dużego obciążenia.
Czy zbyt duża ilość smaru może powodować problemy?
Tak.
Nadmierne smarowanie również może powodować problemy.
Nadmiar smaru może powodować:
- zwiększony opór mieszania
- wyższa temperatura łożyska
- ciśnienie uszczelnienia
- wyciek smaru
Celem jest utrzymanie wystarczającego smarowania bez niepotrzebnego wypełniania wnęki łożyska.
Konserwacja powinna być zgodna z wymaganiami dotyczącymi łożysk i sprzętu.
Uszczelnienie łożyska
Uszczelnienie pomaga chronić łożyska przed:
- pył
- woda
- kamień
- cząstki metalu
- inne zanieczyszczenia
Metodę uszczelnienia należy dobrać zgodnie ze środowiskiem pracy.
W przypadku czystych środowisk wewnętrznych wymagania dotyczące uszczelnienia mogą być stosunkowo proste.
W przypadku stalowni, portów, żurawi zewnętrznych, sprzętu górniczego lub zastosowań morskich może być wymagana silniejsza ochrona.
Konstrukcja uszczelnienia powinna również umożliwiać smarowanie i konserwację w razie potrzeby.
Pokrywy łożysk
Osłony łożysk mogą zapewnić dodatkową ochronę i pozycjonowanie osiowe.
W zależności od konstrukcji osłony mogą pomóc:
- chronić łożyska
- zatrzymać smar
- zapobiec przedostawaniu się zanieczyszczeń
- obsługiwać elementy uszczelniające
- kontrolować osiowe położenie montażowe
W przypadku krążków na zamówienie konstrukcja osłony powinna być dopasowana do piasty, wału i układu łożysk.
Dlaczego awaria łożyska może powodować kołysanie krążka
Gdy łożysko zużyje się lub ulegnie uszkodzeniu, luz wewnętrzny może się zwiększyć.
Może to pozwolić krążkowi na przechylenie lub przesunięcie względem wału.
Możliwe objawy obejmują:
- chwiejność krążka
- nietypowy hałas
- wibracje
- nieregularny obrót
- nierównomierny kontakt rowka liny
- nieprawidłowe zużycie liny
Jeśli pojawią się te objawy, łożysko należy sprawdzić przed ponownym oddaniem krążka do eksploatacji.
Awaria łożyska i zużycie rowka liny
Problemy z łożyskami mogą pośrednio wpływać na żywotność liny stalowej.
Jeśli krążek linowy nie obraca się prawidłowo lub zostanie niewspółosiowo ustawiony, lina może nierównomiernie stykać się z rowkiem.
Może to prowadzić do:
- jednostronnego zużycia rowka
- zwiększonego tarcia liny
- abnormal rope bending
- zużycia powierzchni liny
Dlatego nietypowe zużycie rowka liny nie zawsze jest spowodowane przez sam rowek.
Należy również sprawdzić współosiowość łożyska, wału i krążka linowego.
Typowe przyczyny awarii łożyska krążka linowego
Typowe przyczyny obejmują:
- niewystarczająca nośność
- nieprawidłowy typ łożyska
- złe smarowanie
- zanieczyszczenie
- nieprawidłowe pasowanie
- niewspółosiowość
- odkształcenie wału
- odkształcenie piasty
- nadmierny luz
- nieprawidłowy montaż
- obciążenie udarowe
- długotrwałe przeciążenie
Gdy łożysko ulegnie przedwczesnej awarii, sama wymiana na takie samo łożysko może nie rozwiązać pierwotnej przyczyny.
Należy przejrzeć kompletny zespół krążka.
Co sprawdzić przy wymianie starego łożyska krążka
Przed wymianą łożyska sprawdź:
Łożysko
- model łożyska
- stan zużycia
- uszkodzenie wewnętrzne
- warunki smarowania
Wał
- zużycie gniazda łożyska
- średnica wału
- uszkodzenie powierzchni
- zginanie
- stan odsadzenia
Piasta krążka
- średnica gniazda łożyska
- zużycie gniazda
- odkształcenie
- pęknięcia
- kanał smarowania
Uszczelnienia i pokrywy
- zużycie
- uszkodzenie
- zanieczyszczenie
- wyciek smaru
Wymiana łożyska przy pozostawieniu uszkodzonego wału lub piasty może skutkować kolejną przedwczesną awarią.
Czy łożysko należy wymienić razem z krążkiem?
Nie zawsze.
Jeśli łożysko jest nadal w dobrym stanie, a nowy krążek wykorzystuje ten sam układ łożysk, łożysko można ponownie użyć tylko wtedy, gdy jest to technicznie dopuszczalne.
Jednak wymiana może być zalecana, gdy:
- łożysko było eksploatowane przez długi czas
- stary krążek uległ awarii z powodu problemów z łożyskiem
- luz łożyska jest nadmierny
- występuje hałas łożyska
- widoczne jest zanieczyszczenie
- gniazdo łożyska zostało uszkodzone
- klient chce kompletny zespół gotowy do montażu
W przypadku krytycznego sprzętu do podnoszenia stan łożyska należy starannie ocenić przed ponownym użyciem.
Dobór łożysk do krążków o dużej średnicy
Krążki o dużej średnicy często pracują przy wysokim napięciu liny i dużym obciążeniu promieniowym.
Ważne czynniki obejmują:
- nośność dynamiczna łożyska
- nośność statyczna łożyska
- sztywność wału
- rozstaw łożysk
- wytrzymałość piasty
- niewspółosiowość
- smarowanie
- uszczelnienie
Wraz ze wzrostem rozmiaru krążka i obciążenia, cały układ wał-łożysko-piasta staje się ważniejszy.
Największe łożysko, które fizycznie pasuje, niekoniecznie jest właściwym łożyskiem.
Wymagane są obliczenia inżynierskie.
Obliczanie żywotności łożyska
Żywotność łożyska można oszacować na podstawie nośności podanej przez producenta łożyska oraz standardowych metod obliczania żywotności łożyska.
Obliczenia powinny uwzględniać:
- równoważne obciążenie dynamiczne łożyska
- nośność dynamiczna łożyska
- prędkość obrotowa
- wymagana trwałość eksploatacyjna
- warunki pracy
W przypadku zastosowań dźwigowych o małej prędkości i dużym obciążeniu należy również zwrócić szczególną uwagę na bezpieczeństwo statyczne i obciążenia udarowe.
Teoretyczną trwałość łożyska należy połączyć z praktycznymi czynnikami, takimi jak smarowanie, zanieczyszczenie, wyrównanie i konserwacja.
Dobór łożysk do wymiennych krążków
W przypadku projektów wymiany oryginalny model łożyska jest użyteczną informacją.
Nie należy jednak automatycznie zakładać, że oryginalne łożysko jest nadal najlepszym wyborem.
Jeśli istniejący krążek doświadczył:
- powtarzające się awarie łożysk
- zwiększone obciążenie dźwignicy
- zmieniony cykl pracy
- poważne zanieczyszczenie
- modyfikacja wału
- wcześniejsze zmiany konstrukcyjne
układ łożyskowania należy zweryfikować przed wykonaniem krążka zastępczego.
Informacje wymagane do doboru łożysk krążka dźwignicy
Do oceny technicznej przydatne informacje obejmują:
- średnica zewnętrzna krążka
- średnica rowka liny
- średnica liny stalowej
- udźwig
- napięcie liny, jeśli dostępne
- liczba cięgien liny
- średnica wału krążka
- model łożyska, jeśli znany
- liczba łożysk
- rozstaw łożysk
- wymiary piasty
- prędkość robocza
- obciążenie robocze
- środowisko pracy
- metoda smarowania
- wymagania dotyczące uszczelnienia
- rysunek instalacyjny
- zdjęcia istniejącego krążka
Im pełniejsze informacje, tym dokładniej można dobrać układ łożysk.
Typowe błędy przy doborze łożysk
Typowe błędy obejmują:
- wybór wyłącznie na podstawie średnicy wału
- ignorowanie nośności statycznej
- ignorowanie obciążenia udarowego
- stosowanie jednego łożyska tam, gdzie stabilność wymaga dwóch
- zakładanie, że podwójne łożyska automatycznie rozwiązują wszystkie problemy
- ignorowanie luzu wewnętrznego
- ignorowanie pasowania łożyska
- ignorowanie sztywności wału
- ignorowanie smarowania
- ignorowanie uszczelnienia
- wymiana łożysk bez sprawdzania piasty
- ponowne użycie uszkodzonych wałów
Łożysko krążka dźwigu powinno być zawsze dobierane jako część kompletnego zespołu krążka.
Jak wydłużyć żywotność łożyska krążka dźwigu
Zalecane praktyki obejmują:
- zapewnienie wystarczającej nośności łożyska
- stosowanie prawidłowego układu łożysk
- zachowanie prawidłowych pasowań
- kontrola dokładności obróbki wału i piasty
- stosowanie właściwego smarowania
- ochrona łożysk przed zanieczyszczeniami
- kontrola temperatury łożyska
- monitorowanie nietypowych hałasów
- kontrola bicia krążka
- utrzymywać system smarowania
- sprawdzić stan wału podczas przeglądu
- wymienić uszkodzone uszczelnienia
Niezawodna praca łożyska zależy od dobrego projektu, produkcji, montażu i konserwacji.
Wniosek
Dobór łożyska jest jednym z najważniejszych elementów konstrukcji krążka dźwigu.
Odpowiednie łożysko musi przenosić wymagane obciążenie promieniowe, wytrzymywać rzeczywiste warunki pracy, prawidłowo pasować w układzie wału i piasty oraz zapewniać niezawodną pracę przy powtarzających się cyklach podnoszenia.
Łożyska walcowe i łożyska baryłkowe mogą być stosowane w układach krążków dźwigowych, ale ich przydatność zależy od obciążenia, wyrównania, przestrzeni i całego układu mechanicznego.
W przypadku krążków o dużym obciążeniu konstrukcje dwułożyskowe mogą poprawić stabilność i rozkład obciążenia, jeśli zostaną odpowiednio zaprojektowane.
Smarowanie, uszczelnienie, luz łożyska, dokładność wału i stan piasty są równie ważne.
W projektach wymiany łożysko nie powinno być oceniane oddzielnie od krążka, piasty i wału.
Prawidłowo zaprojektowany układ łożyskowy pomaga zapewnić płynny obrót krążka, zmniejszyć zużycie liny, poprawić niezawodność podnoszenia i wydłużyć żywotność całego układu podnoszącego.