Un'indagine sul cedimento di una catena del montante di un carrello elevatore presso un terminal logistico di Incheon nel 2024 ha rilevato che la catena a maglie AL1022 del montante era stata sostituita a un allungamento di 3%, la stessa soglia applicata dal team di manutenzione alle catene a rulli di trasmissione degli stessi veicoli. Questo era errato. Per le catene a maglie utilizzate nel sollevamento, la norma ASME B29.8 richiede la sostituzione a un allungamento di 2% per il servizio standard e a 1,5% per le applicazioni in cui la catena è esposta a corrosione o carichi d'urto. La catena che si è rotta era stata misurata a un allungamento di 2,1% ed era stata rimessa in servizio. Il cedimento è stato causato da una cricca da fatica attraverso una piastra di collegamento, non da un singolo sovraccarico, ma dal risultato cumulativo del funzionamento della catena con carichi ciclici superiori al limite di fatica per diverse centinaia di cicli aggiuntivi dopo il superamento della soglia di sostituzione.
I cedimenti delle catene a maglie piatte negli impianti di sollevamento non sono dovuti a difetti del materiale della catena o alle specifiche del produttore. Quasi sempre, la causa risiede nel programma di ispezione e dismissione. Comprendere perché le catene a maglie piatte abbiano criteri di dismissione diversi rispetto alle catene a rulli – e perché tali criteri esistano – è fondamentale per un programma di manutenzione sicuro delle catene di sollevamento.
Cos'è una catena di foglie: struttura e perché non ci sono rulli
La catena a maglie è costituita da serie alternate di piastre di collegamento unite da perni in acciaio temprato. Non ci sono boccole, rulli o piastre di collegamento esterne come nelle catene a rulli convenzionali: ogni piastra in una catena a maglie è una piastra interna che poggia direttamente sulla superficie del perno. La resistenza della catena a maglie deriva dall'area totale della sezione trasversale delle piastre di collegamento in corrispondenza del foro del perno, moltiplicata per il numero di serie di piastre nella catena.
L'assenza di rulli è intenzionale. La catena a maglie è progettata esclusivamente per il movimento lineare alternato su una puleggia, non per l'ingranamento con un dente di ruota dentata ad alta velocità. In un sistema di azionamento del montante di un carrello elevatore, la catena si avvolge attorno a una puleggia fissa o mobile nella parte superiore del montante interno e collega il carrello alla struttura del montante. La funzione della catena è quella di trasmettere la forza del cilindro idraulico in forza di sollevamento del carrello: un'applicazione di pura tensione senza componente di velocità angolare sulla superficie di contatto. I rulli aumenterebbero il peso, i costi e le possibili cause di guasto senza apportare alcun vantaggio funzionale in questa applicazione.
Serie AL vs BL: il sistema di denominazione e cosa rappresenta ciascuna serie
La norma ASME B29.8 definisce due serie di catene di lamelle: AL (allacciatura uniforme) e BL (allacciatura bilanciata). Il prefisso letterale codifica lo schema di allacciatura, che determina la distribuzione delle lamelle sul perno. Il numero che segue codifica prima il gruppo di passo e poi il numero di allacciature.
Nelle catene della serie AL, le maglie sono disposte in gruppi di uguale numero su ciascun lato della linea centrale: 2×2, 3×3, 4×4 e così via. Nelle catene della serie BL, il gruppo centrale presenta maglie aggiuntive che non sono simmetriche rispetto ai due lati: l'incatenatura è asimmetrica lungo la sezione trasversale della catena. Le catene BL sono generalmente più pesanti e resistenti per passo rispetto alle catene AL di pari denominazione e rappresentano la specifica standard per le catene dei montanti dei carrelli elevatori di medie e grandi dimensioni. Le catene AL sono più comunemente utilizzate in applicazioni di paranchi e bilanciatori industriali più leggeri.
| Numero di catena | Serie | Passo (mm) | Larghezza della piastra (mm) | Carico di rottura minimo (kN) | Carico di lavoro sicuro ASME (kN) | Capacità tipica del carrello elevatore |
|---|---|---|---|---|---|---|
| AL622 | AL (pari) | 19.05 | 8.9 | 69.0 | 17.2 | Paranco leggero, bilanciatore ≤1,5 t |
| AL844 | AL (pari) | 25.40 | 11.2 | 133.0 | 33.2 | Carrello retrattile leggero da 1,5–2,5 t |
| BL634 | BL (bilanciato) | 19.05 | 9.4 | 133.0 | 33.2 | Carrello controbilanciato da 1,5–3 t |
| BL846 | BL (bilanciato) | 25.40 | 11.2 | 182.0 | 45.5 | Contrappeso standard 2–3,5 t |
| BL1022 | BL (bilanciato) | 31.75 | 12.7 | 222.0 | 55.5 | Il contrappeso più comune è quello da 3-5 tonnellate. |
| BL1034 | BL (bilanciato) | 31.75 | 14.3 | 311.0 | 77.8 | Contrappeso per carichi pesanti da 4–7 t |
| BL1246 | BL (bilanciato) | 38.10 | 15.8 | 400.0 | 100.0 | Carrello elevatore molto pesante da 6–10 t |
| BL1666 | BL (bilanciato) | 50.80 | 19.0 | 756.0 | 189.0 | Carrello elevatore/retrattile per carichi pesanti ≥10 t |
Come si rompe una catena di lamelle: frattura da fatica o sovraccarico? E perché questo cambia tutto in materia di ispezione.
Il cedimento per sovraccarico, ovvero quando una catena viene tirata fino al suo carico di rottura minimo in un singolo evento, non è la modalità di cedimento dominante nelle applicazioni di catene per carrelli elevatori e paranchi. L'analisi statistica dei cedimenti sul campo delle catene a maglie mostra costantemente che oltre l'85% dei cedimenti nei sistemi di sollevamento correttamente dimensionati sono dovuti a fatica, ovvero all'innesco e alla propagazione di cricche sotto carichi ciclici ripetuti che, singolarmente, rientrano ampiamente nella capacità strutturale della catena.
L'implicazione pratica è profonda. Una catena sovraccaricata fornisce un segnale di avvertimento visibile prima della rottura: le maglie si deformano plasticamente e l'allungamento diventa visibile prima della frattura. Una cricca da fatica in una piastra di maglia di una catena a maglie è tipicamente larga 0,2-0,5 mm sulla superficie della piastra, orientata perpendicolarmente all'asse della catena, e quasi invisibile finché non si è propagata fino a circa 50% della sezione trasversale della piastra, punto in cui la resistenza statica residua può ridursi a valori prossimi al carico di lavoro e la frattura è imminente. Quando la cricca diventa visibile a un ispettore che esegue un controllo visivo di routine, potrebbe essersi già propagata per diverse centinaia di cicli di sollevamento.
Ecco perché la soglia di allungamento per le catene a maglie (2% per l'uso standard) è inferiore a quella per le catene a rulli (3%), ed è per questo che, oltre alla misurazione dell'allungamento, è obbligatorio effettuare un'ispezione visiva per individuare crepe, corrosione e deformazioni delle lamelle. Il solo allungamento non rivela lo stato di fatica delle lamelle: una catena può rientrare nei limiti di allungamento e presentare comunque cricche da fatica nelle sezioni delle lamelle adiacenti ai fori dei perni.
Requisiti per l'ispezione delle catene a foglia: Controlli obbligatori ASME B29.8 e EN 14659
Sia la norma ASME B29.8 (norma nordamericana) che la EN 14659 (norma europea, adottata nella documentazione delle apparecchiature OEM coreane) specificano il contenuto minimo di ispezione per le catene a maglie in servizio. L'intervallo di ispezione è in genere definito dal produttore del carrello elevatore nel manuale di manutenzione: la maggior parte della documentazione di assistenza dei produttori di carrelli elevatori coreani e giapponesi specifica un'ispezione annuale come minimo, con ispezioni più frequenti per operazioni ad alto numero di cicli (le catene che eseguono più di 200 cicli di sollevamento al giorno dovrebbero essere ispezionate ogni 6 mesi).
Misurare la lunghezza della catena a 12 maglie in tre punti diversi. Sostituire la catena quando l'allungamento misurato supera 2,0% (standard), 1,5% (servizio corrosivo o con carico d'urto) o la soglia inferiore del produttore, se specificata. L'allungamento nelle catene a maglie è causato dall'usura da fori di spillo, lo stesso meccanismo delle catene a rulli ma senza la boccola che fornisce una superficie di usura intermedia.
Pulire accuratamente la catena prima dell'ispezione. Ispezionare la superficie di ogni maglia in condizioni di illuminazione adeguate: è necessario utilizzare una lente d'ingrandimento 10× o un test con colorante penetrante almeno a intervalli di ispezione alternati. Le crepe sono in genere trasversali (perpendicolari all'asse della catena) e si originano dal bordo del foro del perno. Qualsiasi crepa visibile costituisce un criterio di sostituzione immediata: non è richiesto alcun controllo dell'allungamento.
Una leggera ruggine superficiale sulle superfici della piastra è tollerabile se limitata alla superficie e rimovibile con un panno pulito. Corrosioni profonde, ruggine scrostata o corrosione all'interfaccia perno-piastra non rimovibile richiedono la sostituzione. Le piastre di collegamento corrose presentano un fattore di concentrazione delle sollecitazioni significativamente più elevato rispetto a una piastra liscia: anche una corrosione superficiale di 0,2 mm di profondità sul bordo del foro del perno può ridurre la durata a fatica del 40-60%.
Verificare che tutti i perni ruotino liberamente all'interno dei fori della piastra: i perni bloccati indicano corrosione all'interfaccia del cuscinetto e potenziale innesco di cricche da fatica. Flettere lateralmente la catena in corrispondenza di ogni maglia: qualsiasi resistenza o ritorno elastico indica una maglia bloccata che richiede ulteriori verifiche. Le maglie bloccate in una catena a maglie piatte non sono solo un problema di allungamento, ma indicano sovraccarico o corrosione in quel punto, che potrebbero aver innescato una cricca nella piastra.
La biella di ancoraggio (collegamento terminale al carrello o al perno di ancoraggio dell'albero) sopporta in ogni momento l'intero carico statico della capacità nominale. Il perno di ancoraggio e la geometria della biella devono essere controllati per verificare l'usura ad ogni ispezione: l'usura da contatto visibile sul perno di ancoraggio o la deformazione della biella di ancoraggio attorno al perno sono criteri di immediata sostituzione. L'usura della biella di ancoraggio viene spesso trascurata perché è nascosta nella staffa di montaggio.
Limiti di allungamento per il ritiro: valori di riferimento per la misurazione a 12 maglie
Il metodo del calibro a 12 maglie utilizzato per le catene a rulli si applica anche alle catene a maglie piatte. Misurare la distanza tra i centri dei perni su 12 maglie e confrontare il valore con quello nominale. Interrompere la misurazione quando la distanza misurata raggiunge o supera i valori riportati nella tabella sottostante.
| Serie di catene | Passo nominale (mm) | 12 maglie Nominale (mm) | Ritirarsi a 2% (mm) | Ritirarsi a 1,5% (mm) | Applicare la soglia 1.5% quando: |
|---|---|---|---|---|---|
| AL622 / BL634 | 19.05 | 228.6 | 233.2 | 231.0 | Uso esterno/in celle frigorifere, esposizione ad acidi/alcali, corrosione superficiale visibile, carichi d'urto |
| AL844 / BL846 | 25.40 | 304.8 | 310.9 | 309.4 | Come sopra |
| BL1022 / BL1034 | 31.75 | 381.0 | 388.6 | 386.7 | Come sopra |
| BL1246 | 38.10 | 457.2 | 466.3 | 464.1 | Come sopra |
| BL1666 | 50.80 | 609.6 | 621.8 | 618.7 | Come sopra |
Lubrificazione della catena a maglie: perché è più importante che per la catena a rulli
Nelle catene a maglie piatte non è presente una boccola: la superficie del perno poggia direttamente sul foro interno della piastra. Ciò significa che l'interfaccia tra perno e foro non presenta un componente intermedio soggetto ad usura che possa assorbire i danni prima che l'elemento strutturale (la piastra) venga interessato. Nelle catene a rulli, la boccola si usura prima che il foro della piastra si allarghi. Nelle catene a maglie piatte, il foro della piastra è la superficie di appoggio diretta. Se questa superficie si asciuga, il foro si allarga rapidamente per usura abrasiva, accelerando l'allungamento e, aspetto ancora più critico, creando concentrazioni di stress sul bordo del foro che innescano cricche da fatica.
La lubrificazione corretta per le catene dei montanti dei carrelli elevatori prevede l'applicazione di un olio specifico per catene sulle superfici interne delle piastre ad ogni cambio d'olio, e non di grasso. Il grasso è troppo viscoso per penetrare nell'interfaccia perno-piastra per capillarità e si accumula invece sulle superfici esterne delle piastre, dove raccoglie contaminanti e non offre alcun beneficio nel punto di appoggio effettivo. L'olio minerale per catene SAE 30-40, o un olio sintetico PAO equivalente per applicazioni in celle frigorifere, applicato con un pennello o a spruzzo sulle superfici interne delle piastre ad ogni intervento di manutenzione settimanale, è il metodo corretto. La norma ASME B29.8 raccomanda la lubrificazione a intervalli non superiori a 250 ore di funzionamento in condizioni normali e a 50 ore di funzionamento in ambienti in cui la catena è esposta a contaminanti.
Per le operazioni con carrelli elevatori in ambienti di celle frigorifere (da -20 °C a -10 °C), l'olio minerale standard si addensa al punto da non fornire più alcuna azione penetrante all'interfaccia perno-piastra. Per le catene dei montanti dei carrelli elevatori destinati alle celle frigorifere è necessario utilizzare un lubrificante sintetico a base di PAO specifico per il funzionamento a temperature sotto zero (in genere con punto di scorrimento a -40 °C). La durata di servizio delle catene a maglie in applicazioni di celle frigorifere senza una corretta lubrificazione a bassa temperatura è in genere 40-60% rispetto a quella in servizio a temperatura ambiente, e il tasso di allungamento accelera bruscamente quando la catena si riscalda da -20 °C alla temperatura di esercizio durante i primi 30 minuti di ogni turno (il ciclo termico stesso provoca una dilatazione termica differenziale all'interfaccia perno-piastra che crea usura da sfregamento).
Sostituzione della catena del montante del carrello elevatore: operazioni da eseguire sempre in coppia.
Sui carrelli elevatori con due catene di sollevamento, ovvero praticamente tutti i carrelli elevatori controbilanciati con capacità nominale da 1 a 10 tonnellate, le due catene devono essere sempre sostituite simultaneamente, mai singolarmente. Questo requisito è presente in tutti i manuali di assistenza dei principali produttori di carrelli elevatori ed è un requisito obbligatorio ai sensi della norma EN 14659 per le nuove installazioni di catene.
La ragione risiede nell'allungamento differenziale. Una catena nuova installata su un lato del montante si allungherà gradualmente, mentre la catena più vecchia sull'altro lato (se non ancora sostituita) si allungherà a una velocità diversa a causa dell'usura accumulata. Questo allungamento differenziale provoca una distribuzione non uniforme del carico tra le due catene: la catena più corta (nuova) sopporta una quota sproporzionata del carico di sollevamento al variare della geometria di inclinazione del carrello. Nel peggiore dei casi, un carrello elevatore con una catena nuova e una usurata può caricare la catena nuova con un carico pari a 110-130% della capacità nominale, mentre la catena usurata ne sopporta 70-90%, accelerando significativamente l'affaticamento della catena nuova.
Contemporaneamente alla sostituzione della catena, controllare e sostituire le pulegge del montante se sono visibili scanalature di usura sulla superficie di contatto della puleggia. Per i pignoni di trasmissione sulle catene di trazione dei carrelli elevatori elettrici, Pignoni accoppiati per sistemi di trasmissione e trazione dei carrelli elevatori Sono disponibili in configurazioni di foro standard e personalizzate. Una scanalatura della puleggia usurata concentra il carico della catena su un arco di contatto più stretto rispetto alla geometria di progetto, aumentando la sollecitazione per piastra nei punti di avvolgimento e accelerando l'affaticamento della nuova catena. Le condizioni della puleggia sono direttamente collegate alla durata di servizio della catena: la sostituzione delle catene senza controllare le pulegge è la seconda causa più comune di rottura prematura delle catene a maglie, dopo una lubrificazione errata.
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Redattore: Cxm
