Cause comuni di rottura prematura della catena a rulli

Ever Power · Tecnologia della catena industriale

Cause comuni di rottura prematura della catena a rulli

Un approfondimento tecnico per ingegneri industriali e specialisti degli acquisti del Regno Unito, che copre le modalità di guasto, la diagnostica, la scienza dei materiali e le soluzioni preventive nei settori della produzione pesante.

Se c'è una causa principale che i team di ingegneri tendono a sottovalutare, è la lubrificazione inadeguata. Una catena a rulli in esercizio è un insieme di superfici di contatto lavorate con precisione – perni che scorrono all'interno di boccole, rulli a contatto con i denti della ruota dentata – e ognuna di queste interfacce è sottoposta a carico, ciclicamente e ad alta velocità, accumulando calore. Senza un film di lubrificante continuo e adeguato che penetri in queste superfici di contatto interne, l'abrasione metallo-metallo inizia quasi immediatamente. L'usura è inizialmente invisibile: pochi micron di spessore persi dal diametro del perno, un leggero allentamento dell'accoppiamento perno-boccola. Ma la geometria dell'allungamento della catena fa sì che questa perdita di materiale microscopica si traduca direttamente in un errore di passo, che a sua volta influenza il modo in cui la catena si posiziona sui denti della ruota dentata, accelerando l'usura sia della catena che della ruota dentata contemporaneamente.

La sfida negli ambienti produttivi del Regno Unito è che la lubrificazione viene troppo spesso considerata un'attività di messa in servizio piuttosto che una disciplina di manutenzione continua. Una catena a rulli può essere lubrificata correttamente al momento dell'installazione e poi lasciata funzionare indefinitamente con quella lubrificazione iniziale. Negli impianti di trasformazione alimentare nelle Midlands, negli stabilimenti di componenti automobilistici a Coventry e nelle West Midlands, i cicli di lavaggio e i forni di polimerizzazione ad alta temperatura, prassi consolidata nella produzione, consumano il lubrificante molto più rapidamente di quanto previsto dagli intervalli di manutenzione standard. Di conseguenza, le catene funzionano in uno stato di lubrificazione cronicamente insufficiente per mesi prima che il guasto diventi evidente.

La catena a rulli è progettata per funzionare su un unico piano. La geometria delle sue piastre interne ed esterne, la precisione dei giochi tra perno e boccola, il diametro del cilindro dei rulli: tutti questi elementi sono ottimizzati per la trasmissione di potenza in linea retta tra pignoni complanari. Quando si introduce un disallineamento angolare o di offset nel sistema di trasmissione, la catena è costretta ad articolarsi sia lateralmente che longitudinalmente. Le piastre interne subiscono sollecitazioni di flessione per le quali non sono state progettate. I rulli non si adattano più perfettamente alla forma del dente del pignone, ma entrano in contatto con i denti ad angolo, concentrando il carico in una piccola area della superficie cilindrica del rullo e nell'angolo del fianco del dente.

Negli impianti tessili di Leeds e nelle linee di confezionamento diffuse in tutta la regione delle East Midlands, il disallineamento si sviluppa spesso gradualmente. Gli alberi si flettono sotto carico. Gli alloggiamenti dei cuscinetti si spostano sulle basi originariamente installate con una precisione accettabile, ma non perfetta. La dilatazione termica durante una lunga giornata lavorativa sposta i componenti dalle loro posizioni originali. Il risultato è una catena soggetta a carichi laterali intermittenti, che producono il caratteristico schema di usura con erosione irregolare dei bordi delle maglie: le maglie si assottigliano da un lato mentre il lato opposto rimane quasi intatto. Un team di manutenzione che comprende questo schema può diagnosticare il disallineamento basandosi esclusivamente sulla geometria usurata della catena, molto prima che questa raggiunga il punto di rottura.

ANGOLARE

Le superfici dei pignoni non sono complanari: l'albero motore e l'albero condotto sono inclinati l'uno rispetto all'altro. La catena si avvolge elicoidalmente anziché in piano, creando una flessione nella pila di dischi.

OFFSET PARALLELO

Gli assi centrali dei denti del pignone sono sfalsati lateralmente. La catena ruota con una costante inclinazione laterale, caricando un bordo delle piastre interne durante tutto il ciclo di trasmissione.

COMBINATO

La forma più distruttiva: disallineamento angolare e di offset che si verificano simultaneamente. Produce complessi stati di stress in piastre e perni che accelerano la fessurazione da fatica.

PRODOTTO IN EVIDENZA — VARIANTE PER USO INTENSIVO

Catena a rulli superiore in gomma 24B-G1

Progettato per applicazioni in cui sono richiesti simultaneamente smorzamento dei carichi d'urto e aderenza superficiale. Gli inserti in gomma stampata sulla piastra superiore assorbono l'energia d'impatto che altrimenti si trasmetterebbe direttamente alla pila di piastre, riducendo i picchi di stress nelle zone di pressatura dove più comunemente si innescano le cricche da fatica. Adatto per applicazioni di trasporto e azionamento nei settori minerario, estrattivo e della movimentazione di materiali sfusi.

La tensione della catena si trova all'incrocio di due modalità di guasto e l'errore può andare in entrambe le direzioni. Una catena a rulli installata con un'allentamento insufficiente oscillerà sul filo allentato: la frequenza naturale di tale filo, combinata con l'effetto poligonale dell'appoggio della catena sulle ruote dentate, crea una condizione di carico dinamico molto più severa di quanto suggerirebbero le specifiche di funzionamento a regime della trasmissione. Il filo allentato vibra, oscilla e, quando si sviluppa una condizione di risonanza, i carichi dinamici possono raggiungere multipli del carico nominale della trasmissione in pochi millisecondi. Questo non è un meccanismo di usura graduale. Può causare la frattura improvvisa delle piastre di collegamento o della maglia di giunzione a intervalli apparentemente casuali.

Anche una tensione eccessiva è altrettanto dannosa. Una catena troppo tesa elimina il naturale gioco di articolazione all'interno dell'interfaccia perno-boccola. Quello che dovrebbe essere un movimento rotatorio fluido del perno all'interno della boccola diventa un contatto forzato e fortemente sollecitato, essenzialmente la stessa condizione di una trasmissione a secco e con lubrificazione insufficiente, ma creata dalla geometria anziché dall'assenza di lubrificante. La pressione sul cuscinetto all'interno della boccola aumenta bruscamente, accelerando l'usura della coppia perno-boccola fino a quando l'allungamento diventa eccessivo. Negli impianti di produzione di precisione e nelle officine di macchine utensili a controllo numerico sparse tra Coventry e Derby, dove gli operatori notano immediatamente i cambiamenti di rumore e vibrazioni, la tensione eccessiva viene spesso individuata rapidamente. Negli ambienti di lavorazione pesante ad alto rumore, può passare inosservata per settimane.

La corrosione è un meccanismo di guasto particolarmente insidioso perché agisce sulla geometria interna della catena: i perni, le boccole e le superfici interne dei rulli che si trovano tra le piastre esterne, nascoste all'ispezione visiva durante i normali interventi di manutenzione. Gli ambienti industriali britannici non sono generalmente caratterizzati da un'aggressione chimica estrema, ma la combinazione di umidità ambientale, la contaminazione salina comune negli impianti costieri, dalle installazioni nel Mare del Nord scozzese alle fabbriche adiacenti al porto di Plymouth, e la nebbia acida generata nei processi di trattamento dei metalli nella regione del Black Country, crea condizioni che possono accelerare significativamente la corrosione elettrochimica sui componenti standard delle catene in acciaio al carbonio.

La contaminazione agisce come un accelerante abrasivo. Quando trucioli, scaglie, sabbia o polvere di silice penetrano nello spazio tra perno e boccola – che in una catena in funzione si apre e si chiude continuamente con l'articolazione delle maglie – queste particelle si incastrano nelle superfici di scorrimento e agiscono come utensili da taglio, asportando materiale ad ogni ciclo operativo. Una catena che lavora in un ambiente contaminato può allungarsi molto più velocemente rispetto alla stessa catena in un'installazione pulita, anche con condizioni di carico e lubrificazione identiche. I settori a maggior rischio nel contesto del Regno Unito sono la lavorazione della pietra, la movimentazione di aggregati, le attività agricole nelle paludi dell'East Anglia e i depositi di manutenzione di macchine edili. In questi contesti, le catene con boccole sigillate o le varianti con O-ring/X-ring dovrebbero essere la specifica standard piuttosto che un optional.

PRODOTTO IN EVIDENZA — APPLICAZIONE DI TRASPORTO

Catena a rulli superiore in gomma 20B-G1

Il modello 20B-G1 affronta la specifica modalità di rottura dovuta alle sollecitazioni laterali della piastra nelle applicazioni di trasporto. Gli inserti superiori in gomma offrono sia aderenza che smorzamento laterale, mentre il passo di base 20B garantisce una capacità di carico adatta ai trasportatori industriali di media portata impiegati nei settori della lavorazione alimentare, dell'imballaggio e della produzione in generale, diffusi nelle regioni del Nord Ovest e dello Yorkshire del Regno Unito.

A Coventry e Solihull, i nastri trasportatori per la pressatura e la verniciatura delle carrozzerie richiedono catene a rulli con un'eccezionale resistenza alla fatica, a causa dell'elevato numero di cicli e delle variazioni di temperatura tra l'ambiente freddo e quello del forno di polimerizzazione. Gli intervalli di lubrificazione devono tenere conto dei cicli termici che riducono rapidamente la viscosità dell'olio. La principale modalità di guasto in questo caso è la frattura da fatica combinata con il degrado termico del lubrificante. L'utilizzo di catene sigillate lubrificate a grasso per alte temperature prolunga notevolmente la durata utile nelle applicazioni di trasferimento in forno di polimerizzazione.

L'industria siderurgica di Sheffield sottopone le catene a rulli a sollecitazioni estreme dovute alla contaminazione da scaglie, al calore radiante generato dalle operazioni di laminazione e forgiatura e ai carichi d'urto causati dalle attrezzature per la movimentazione dei billette. Le catene standard in acciaio al carbonio si corrodono rapidamente in questo ambiente a causa della combinazione di abrasione da particelle di scaglie e vapore acido. Vengono spesso specificate catene in acciaio inossidabile o in acciaio al carbonio nichelato, insieme a boccole sigillate che impediscono l'ingresso di scaglie nell'interfaccia tra perno e boccola, il punto più vulnerabile all'abrasione.

Le mietitrebbie, gli elevatori per cereali e le presse per paglia che operano nelle regioni di Fens e Norfolk Broads lavorano in alcuni degli ambienti più contaminati immaginabili: polvere ricca di silice, residui di colture, umidità dovuta alla rugiada mattutina e all'irrigazione. Il ciclo operativo stagionale e ad alta intensità fa sì che le catene vengano spesso immagazzinate tra una stagione e l'altra in condizioni non ottimali. La combinazione di corrosione durante lo stoccaggio e contaminazione abrasiva durante il funzionamento rende le catene a rulli agricole tra le applicazioni più impegnative. Le catene con guarnizioni O-ring e grasso preconfezionato in fabbrica riducono sostanzialmente sia la corrosione che l'usura abrasiva in queste condizioni.

Gli ambienti in cui l'igiene è fondamentale, dagli impianti di produzione alimentare del distretto del Lincolnshire al settore della produzione di bevande di Glasgow, impongono un vincolo unico: i lubrificanti per catene a base di petrolio standard sono vietati. I lubrificanti per uso alimentare sono specificati dalla normativa, ma in genere hanno una capacità di carico inferiore rispetto a quelli per uso industriale. Di conseguenza, i guasti dovuti a lubrificazione insufficiente sono endemici nelle catene a rulli per la lavorazione degli alimenti, a meno che gli intervalli di manutenzione non vengano adeguati per compensare la minore resistenza del film lubrificante. Per le applicazioni a contatto diretto, la catena in acciaio inossidabile con lubrificante per uso alimentare è la specifica preferibile.

PROFILO DEL PRODUTTORE

Ever Power: Produzione di precisione e capacità di personalizzazione completa

Ever Power gestisce un impianto di produzione di catene a rulli completamente integrato, che combina competenze metallurgiche interne con lavorazioni CNC di precisione, trattamenti termici in atmosfera controllata e rigorosi sistemi di garanzia della qualità conformi agli standard ISO 9001. L'ampiezza delle capacità produttive è ciò che distingue Ever Power nel panorama globale della fornitura B2B: lo stabilimento non è limitato agli articoli a catalogo e il team di ingegneri collabora direttamente con gli uffici acquisti e i referenti tecnici delle aziende clienti per sviluppare soluzioni di catene che rispondano alle specifiche problematiche di guasto riscontrate nelle loro attività.

Le possibilità di personalizzazione si estendono all'intera specifica della catena. La selezione dei materiali, dall'acciaio al carbonio standard fino all'acciaio inossidabile AISI 316, nichelato o con lega di zinco-nichel, è determinata dal profilo di corrosione e contaminazione dell'applicazione. I trattamenti superficiali, tra cui la pallinatura, che migliora sostanzialmente la durata a fatica delle piastre di collegamento inducendo una benefica sollecitazione residua di compressione, sono disponibili come opzioni standard. I tipi di tenuta (standard, O-ring, X-ring) sono specificati in base al rischio di contaminazione ambientale. I tipi di attacco (A1, A2, K1, K2 e configurazioni personalizzate) vengono realizzati su disegno per applicazioni di trasporto che richiedono una geometria di aggancio del prodotto specifica. Per i clienti del Regno Unito, Ever Power garantisce tempi di consegna rapidi e può fornire catene campione per la valutazione ingegneristica prima di impegnarsi in quantità di produzione complete.

"Avevamo provato quattro diversi fornitori per risolvere il problema di rottura della catena sulla nostra linea di presse. Ever Power è stata la prima azienda a porci domande dettagliate sul nostro ambiente operativo prima di consigliarci una catena. La catena sigillata 16B che ci hanno proposto è in funzione da sette mesi senza un singolo arresto imprevisto. L'assistenza tecnica prima e dopo la vendita è stata davvero eccezionale: sapevano di cosa parlavano."

“La capacità di personalizzazione è ciò che distingue Ever Power. Avevamo bisogno di una catena di fissaggio con una spaziatura K2 molto specifica per adattarsi alla nostra struttura di trasporto esistente senza modifiche: i prodotti standard a catalogo di altri fornitori ci avrebbero costretto a riprogettare l'intero sistema di trasporto. Ever Power ha prodotto secondo il nostro disegno, ci ha consegnato i campioni entro una settimana per l'approvazione e ha reso disponibili le quantità di produzione complete entro i tempi concordati. La qualità era esattamente conforme alle specifiche.”

"Gestiamo una flotta di macchine per la calandratura e la formatura di lamiere pesanti a Sheffield, e le catene sono un componente che consumiamo frequentemente. La catena 20B di Ever Power, con le lamiere pallinate, è notevolmente più robusta di qualsiasi altra catena che abbiamo utilizzato in passato: la differenza si nota dall'aspetto della catena dopo sei mesi di servizio rispetto a quella che eravamo costretti a sostituire dopo sei settimane. Il prezzo unitario è equo se si considera correttamente il costo totale di proprietà. Abbiamo standardizzato le catene Ever Power per tutte le nostre applicazioni di trasmissione per carichi pesanti."