掘削機旋回ベアリングのクレーンおよび風力タービンへの応用

ブーム角度を維持できないクローラークレーンの故障、5年間の運転後にヨーシステムが固着する風力タービン、掘削中に上部フレームにガタが発生する掘削機の故障――これら3つの故障はすべて同じ部品ファミリーに起因しており、適切な仕様でこれら3つすべてを防止できます。掘削機旋回ベアリングは、その名称が単一の機械を示唆しているかもしれませんが、重工業で最も広く採用されているベアリングタイプの1つであり、クレーン、風力タービンなどに使用されています。Heng Guan Bearingでは、このような用途のためにこのベアリングファミリーを製造しており、この記事では、それが重荷重クレーンにどのように役立つか、さまざまな用途における荷重と傾斜モーメントの要件がどのようなものか、風力タービンのヨーおよびピッチシステムにとってなぜそれが重要なのか、そして適切なベアリングを選択する方法について説明しています。クレーンまたは再生可能エネルギープロジェクト用の掘削機旋回ベアリングのサプライヤーを比較している場合は、何を探す必要があるかを説明するのに役立つはずです。

掘削機の旋回ベアリングは、どのようにして大型クレーンを支えるのでしょうか？

油圧ショベルの旋回ベアリングは、下部構造と上部構造の間に取り付けられており、運転室とブームが履帯とは独立して回転できるようになっています。この同じ機械的原理はクレーンにもそのまま適用されます。ベアリングは、どちらの機械においても、オペレーターが荷重のかかったアームを360度回転させながら、ベースを固定したままにすることを可能にする構造的な部品です。頑丈な旋回ベアリングは、クレーンが荷重がかかった状態でもジブとカウンターウェイトをスムーズかつ確実に旋回させるために不可欠です。

Heng Guan Bearingは、単列4点接触ボールベアリング、クロス円筒ころベアリング、および3列円筒ころベアリングの設計を採用した掘削機旋回ベアリングユニットを製造しています。これらはすべて、頻繁な旋回サイクルによる衝撃耐性と高い耐荷重性を両立させる必要がある大型クレーンで人気のオプションです。信頼できる掘削機旋回ベアリングサプライヤーとして、当社は移動式クレーン、タワークレーン、掘削機のいずれにおいても、同じベアリングファミリーが選ばれていることを確認しています。これは、これら3つの機械すべてに共通する基本的な要件、すなわち、厳しく、かつ頻繁に不均一な負荷の下で、連続的かつ正確な回転が求められるためです。

コンパクトショベルから港湾クレーンまで、HRC 55～60の硬度と2.5～5mmの浸炭深さという同じレースウェイ硬度が共通しているため、エンジニアが既に信頼している設計規則は、機械の種類を問わずそのまま適用できる。

用途に応じた耐荷重能力と傾斜モーメントの要件

掘削機旋回ベアリングを使用するすべての用途では、ラジアル荷重、アキシャル荷重、傾斜モーメントという 3 種類の荷重が同時に作用することを考慮する必要があります。傾斜モーメントは、荷重の重量とベアリングの中心からの距離の両方に比例して増加するため、ベアリングの選定において通常は支配的な要因となります。長いブーム半径で重い荷物を吊り下げているクレーンは、ベアリングが過度のたわみを起こさずに耐えなければならない大きな傾斜モーメントを発生させます。掘削機はさらに複雑な要素を加えます。掘削、旋回、ダンプのサイクルによって、繰り返し衝撃荷重が発生し、定常回転のみを想定して設計されたベアリングでは耐えきれない可能性があります。

当然のことながら、メーカーは高強度鍛造合金鋼と焼入れされた軌道面を採用することで、これらの使用サイクルで要求される疲労耐性を掘削機旋回ベアリングに与えています。下の表は、このベアリングファミリーが使用される用途における典型的な負荷特性を比較したものです。

 中国製の掘削機旋回ベアリングを調達する際は、標準カタログサイズが要求の厳しい用途に自動的に対応できると想定するのではなく、必ず特定の使用サイクルに対する耐荷重を確認する必要があります。6トンの小型掘削機に対応するベアリングファミリーが、90トンの鉱山機械に自動的に適しているとは限りません。

風力タービンのヨー・ピッチシステムにおいて、旋回ベアリングが重要な理由とは？

風力タービンは、掘削機やクレーンと同じ基本的なベアリング技術を、全く異なる使用環境に合わせて応用しています。ヨーベアリングはタワーとナセルの間に配置され、ハウジング全体を回転させて風に直接面するようにします。一方、ピッチベアリングは各ブレードの根元に配置され、ブレードの角度を調整して発電量を最適化し、強風時に構造物を保護します。これらのベアリングは、ローターの推力によって発生する巨大な転倒モーメントを支えながら、メンテナンスが限られた環境で20年以上も信頼性高く稼働し続けなければなりません。予期せぬ交換費用は、ベアリング自体のコストをはるかに上回る可能性があるからです。

単列4点接触ボールベアリング構造は、設置面積がコンパクトなためヨーシステムでよく用いられますが、より高い回転精度が求められるピッチシステムでは、二列またはクロスローラー設計がよく用いられます。風力発電プロジェクト向けに掘削機旋回ベアリングのサプライヤーをご検討されている場合は、お気軽にmia@hgb-bearing.comまでお問い合わせください。傾斜モーメントや疲労寿命の計算に関する幅広い経験は、重機からタービンのヨーおよびピッチ設計に直接応用できます。

掘削機のベアリングに適用される耐用年数管理の原則（通常の使用条件下では250～500稼働時間ごとに潤滑、粉塵や湿気のある環境では100～250稼働時間ごとに締め付け、1,000稼働時または毎年ボルトのトルクを再確認）は、風力発電所で使用されている状態基準保全プログラムと完全に一致しており、そこでは定期的な点検整備がクレーンによる交換よりも常に優れている。

クレーンや風力タービンに適した掘削機旋回ベアリングの選び方とは？

適切な油圧ショベル旋回ベアリングを選ぶには、ベアリングのヘッドライン直径だけでなく、負荷条件を正直に評価することから始まります。最悪の運転条件下でのラジアル荷重、アキシャル荷重、そして最も重要な傾斜モーメントを計算し、それを、使用サイクルに応じた適切な安全マージンを考慮した候補ベアリングの定格容量と比較します。ギア構成も重​​要です。外歯車は加工が最も容易で、油圧ショベルでは最も一般的な選択肢ですが、内歯車はよりコンパクトで、破片から保護されたオプションであり、タワークレーンやスペースが限られたタービンハブで好まれています。

精密グレードは用途の位置決め要件に合致している必要があり、Heng Guan Bearingの油圧ショベル旋回ベアリング製品ラインは、P0からP4までのグレードを網羅し、一般的な建設機械からより厳しい公差が求められるタービンピッチシステムまで、あらゆる用途に対応します。当社は、カスタマイズ可能で柔軟な生産体制を誇る実績のある油圧ショベル旋回ベアリングサプライヤーとして、お客様と直接連携し、図面や荷重計算に基づいて完成ベアリングを製造します。すべてのプロジェクトを固定カタログサイズに無理やり当てはめることはありません。

 Heng Guan Bearingの50名の研究開発チームは、オリジナルの図面が入手できない場合でも、摩耗した部品からリバースエンジニアリングをサポートし、すべての注文に遠隔での設置ガイダンスが含まれています。これらのサービスは、適切に選定されたベアリングが不適切な交換作業によって損なわれるリスクを軽減します。

結論

掘削機用旋回ベアリングは、ラジアル荷重、アキシャル荷重、モーメント荷重のすべてに対応できるため、クレーンや風力タービンにとっても同様に重要な部品です。Heng Guan Bearing社は、それぞれのベアリングが実際に直面する使用サイクルに合わせて設計しています。

FAQ

Q：なぜ掘削機、クレーン、風力タービンに同じベアリングが使われているのですか？

A：これら3つの用途すべてにおいて、半径方向、軸方向、およびモーメントの複合荷重を支えつつ、制御された回転を可能にする部品が必要です。

Q：油圧ショベルの旋回ベアリングの選定は、通常どのような荷重タイプによって左右されますか？

A：傾斜モーメントは、特にブームやブレードの半径が長い場合、一般的に支配的な荷重要因となります。

Q：恒冠軸受はどのような精度等級を提供していますか？

A：当社では、P0、P6、P5、P4の精度等級に加え、ABEC 3～9相当の製品を製造しており、さまざまな用途の要件に対応しています。

質問：油圧ショベルの旋回ベアリングは、風力タービンのピッチシステムに適していますか？

A：はい、ピッチング用途では、多くの場合、二列ローラーまたはクロスローラーの形で、同じ基本的なベアリング技術が一般的に使用されています。

Q：過酷な衝撃荷重がかかる用途には、どのような材料が使用されますか？

A：衝撃や繰り返しサイクルによる疲労に耐えるためには、42CrMoや50Mnなどの高強度合金鋼に硬化処理された軌道面（HRC 55～60）が一般的に使用されます。

質問：油圧ショベルの旋回ベアリングの予想耐用年数はどれくらいですか？

A：通常の使用条件下では、負荷の程度、潤滑方法、および運転環境によって異なりますが、8,000～15,000時間の運転が可能です。

油圧ショベルの旋回ベアリングの調達準備はできていますか？

クレーン、掘削機、風力タービンのヨー軸またはピッチ軸調整システムなど、どのような用途であっても、Heng Guan Bearingは最適なソリューションを設計・提供いたします。お客様の負荷条件と仕様についてご相談されたい場合は、mia@hgb-bearing.comまでメールでお問い合わせください。

参考情報

1. Harris, TA、& Kotzalas, MN (2006). Rolling Bearing Analysis: Advanced Concepts of Bearing Technology (5th ed., Vol. 2). CRC Press/Taylor & Francis.

2. 国際標準化機構。(2007)。ISO 281:2007：転がり軸受－動定格荷重及び定格寿命（第2版）。ISO。

3. 国際標準化機構（ISO）。(2006) ISO 76:2006：転がり軸受－静定格荷重（第3版）。ISO。[追補1:2017を含む。]

4. 国際電気標準会議。(2019)。IEC 61400-1:2019: 風力発電システム - パート 1: 設計要件(第 4 版)。IEC。

5. Brendlein, J.、Eschmann, P.、Hasbargen, L.、Weigand, K. (1999)。玉軸受ところ軸受: 理論、設計、および応用(第 3 版)。ジョン・ワイリー＆サンズ。

6. 国際標準化機構（2015）。ISO 9001:2015：品質マネジメントシステム－要求事項（第5版）。ISO。[追補1:2024を含む。]