Catena a perno e catena di trascinamento: specifiche e applicazioni per il trasporto di materiali sfusi pesanti

All'inizio del 2024, un impianto di calcestruzzo preconfezionato nella provincia di Gyeonggi-do ha sostituito per la quarta volta in 18 mesi la catena del trasportatore di recupero degli aggregati. Ogni sostituzione è stata effettuata con la stessa specifica: una catena a rulli pesanti ANSI #120, abbinata alle ruote dentate da 25 tonnellate già presenti nell'azionamento. La catena aveva il passo corretto, il carico di rottura corretto sulla carta e la lunghezza corretta. Tuttavia, continuava a rompersi dopo 4-5 mesi nello stesso punto: la sezione centrale del tratto inferiore, dove la catena strisciava direttamente sull'aggregato fine accumulato sul fondo della canaletta. La modalità di rottura era identica ogni volta: piastre delle maglie esterne usurate a metà faccia, superficie esterna del cilindro consumata e appiattita sul lato di contatto e molteplici giunti bloccati a causa dell'ingestione di materiale abrasivo. La soluzione corretta non era una catena a rulli #120 di qualità superiore, bensì un cambio con una categoria di prodotto progettata per queste specifiche condizioni di carico: una catena a perni con superfici del cilindro temprate e struttura a cilindro aperto che rilascia l'abrasivo intrappolato anziché macinarlo sulle superfici di appoggio.

Comprendere la distinzione tra catena a rulli, catena a perni e catena a trascinamento, e le specifiche caratteristiche di progettazione di ciascuna, è fondamentale per effettuare la scelta corretta nelle applicazioni di movimentazione di materiali sfusi pesanti.

Catena a perno: struttura e principi di progettazione

Serie standard di catene a perno e relative applicazioni

Catena di trascinamento a barra piatta: quando sono necessari raschiatori e alette

Mentre la catena a perni è un elemento di autotrasporto (il corpo della catena stessa è a contatto con il materiale), la catena a trascinamento a barre piatte è un elemento di azionamento che porta alette separate: barre o palette in acciaio saldate o imbullonate alla catena a intervalli regolari. Le alette spingono il materiale orizzontalmente lungo una canaletta o una vaschetta, senza che la catena stessa debba entrare in contatto diretto con il materiale.

Le catene di trascinamento a barra piatta utilizzano come elemento di azionamento uno dei due tipi di catena: una catena a rulli di classe pesante per applicazioni ingegneristiche (serie ASME B29.10 - vedi articolo 11 di questa serie) con piastre di fissaggio laterali per le spire, oppure una catena di trascinamento in acciaio saldato appositamente progettata, in cui le barre laterali della catena sono realizzate in lamiera di acciaio strutturale spessa con i punti di fissaggio delle spire integrati nella struttura.

Il passo delle spire, ovvero la distanza tra le spire successive, determina la profondità dello strato di materiale nella canaletta. Per materiali fini (cereali, polveri di carbone, polveri sottili), una spaziatura più ravvicinata delle spire (0,5-1 volte la larghezza della canaletta) mantiene una profondità uniforme del materiale. Per materiali più grossolani (aggregati di grandi dimensioni, trucioli di legno), una spaziatura maggiore delle spire (1-2 volte la larghezza della canaletta) riduce il carico di trazione della catena per ogni spira, consentendo al materiale di fluire naturalmente anziché essere spinto come un blocco solido.

Calcolo della forza di trazione della catena per trasportatori a trascinamento: la metodologia del carico di progetto

Il calcolo progettuale fondamentale per qualsiasi catena di trasportatore a trascinamento è la forza di trazione della catena, ovvero la forza di trazione che la catena deve trasmettere tra la ruota motrice e quella di ritorno. La forza di trazione della catena determina il carico di rottura richiesto (tramite il fattore di sicurezza di progetto), che a sua volta determina la scelta della serie di catena.

Coefficienti di attrito tipici per la progettazione di trasportatori a catena: materiale su canale in acciaio — 0,4–0,6 per aggregati secchi, 0,5–0,7 per sabbia umida, 0,25–0,35 per cereali. Catena su canale in acciaio — 0,1–0,2 con lubrificazione, 0,25–0,35 senza lubrificazione. Catena su rivestimento in plastica resistente all'usura — 0,08–0,15. Questi coefficienti sono le variabili dominanti nel calcolo della forza di trazione della catena: un passaggio da canale in acciaio a rivestimento in UHMW riduce la forza di trazione della catena di 35–45%, consentendo una serie di catene significativamente più piccola (e più economica).

Il carico di rottura richiesto per la catena viene calcolato a partire dalla forza di trazione della catena: Carico di rottura ≥ F_totale × Fattore di sicurezza. La CEMA (Conveyor Equipment Manufacturers Association) raccomanda un fattore di sicurezza di 6-8 per i trasportatori a catena per materiali sfusi, significativamente superiore ai fattori di 3-5 utilizzati per le catene a rulli standard per la trasmissione di potenza. Il fattore più elevato tiene conto dei carichi d'urto e d'impatto dovuti al materiale in pezzi che entra nel trasportatore, che possono produrre forze di picco istantanee 2-4 volte superiori alla forza di trazione della catena a regime. Per aggregati con granulometria massima superiore a 50 mm, è necessario applicare un fattore d'impatto di 1,5-2,0 a F_materiale prima di moltiplicarlo per il fattore di sicurezza.

Valutazione dell'usura e gestione della durata di servizio per catene a trascinamento e a perno

La valutazione standard dell'usura delle catene a rulli (misurazione dell'allungamento del perno-boccola) si applica alle catene di classe ingegneristica utilizzate come elementi di azionamento dei trasportatori a trascinamento. Per le catene a perno, la misurazione primaria dell'usura è diversa: poiché il perno poggia direttamente sulla barra laterale della maglia fusa, la misurazione dell'usura è la riduzione del diametro del perno anziché l'allungamento del passo della maglia. La norma ASME B29.4 raccomanda la sostituzione delle catene a perno quando il diametro del perno si è ridotto di oltre 10% del diametro originale in qualsiasi punto misurato lungo la lunghezza della catena.

Misurare il diametro del perno utilizzando un calibro esterno in tre punti lungo ciascun perno: a metà lunghezza e ad entrambe le estremità entro 10 mm dal foro della barra laterale. L'usura a metà lunghezza indica il contatto di scorrimento con il foro della barra laterale durante il funzionamento. L'usura alle estremità indica un disallineamento tra i due fori delle barre laterali nelle maglie adiacenti, segno di torsione o carico laterale nella catena. Se l'usura alle estremità supera l'usura a metà lunghezza, la catena è soggetta a carichi laterali non previsti dal progetto: verificare la presenza di disallineamento delle canaline, inclinazione delle ruote dentate e bloccaggio delle spire sulle pareti delle canaline.

Per le catene di trasporto a catena con alette, l'usura delle alette è una valutazione separata dall'usura della catena. Le alette strisciano direttamente sui rivestimenti delle canaline e si usurano dal basso: l'usura della superficie inferiore è visibile e misurabile. Sostituire le alette quando la superficie inferiore si è usurata di oltre 50% rispetto all'altezza originale della barra, oppure quando il profilo del bordo di uscita è eroso al punto che il materiale rotola sulla barra anziché essere spinto in avanti. Catena di trascinamento pesante e di classe ingegneristica per applicazioni con materiali sfusi. è disponibile con specifiche di fissaggio al volo corrispondenti.

Scelta del materiale per perno e catena di trascinamento: acciaio al carbonio, acciaio legato o ghisa

Applicazioni specifiche per settore industriale in Corea e nel Sud-est asiatico

Impianti per la produzione di calcestruzzo preconfezionato e aggregati. L'esempio iniziale di questo articolo è rappresentativo dell'applicazione più comune delle catene a perni nell'industria manifatturiera coreana: i nastri trasportatori per il recupero di aggregati sotto le baie di stoccaggio, che movimentano pietrisco, sabbia e aggregati misti dal deposito al sistema di dosaggio. La specifica corretta è una catena a perni in acciaio fuso serie 42 o serie 51 per applicazioni con pietrisco (dimensione massima dei pezzi 40-60 mm, densità apparente 1.600-1.800 kg/m³). Per il recupero di sabbia fine, la ghisa malleabile serie 42 è adeguata e meno costosa. Pignoni a catena a perno in acciaio fuso con facce dei denti temprate Le specifiche vengono fornite insieme alla catena per queste applicazioni: la durezza del dente del pignone deve essere abbinata alla durezza del materiale della catena per evitare un'usura preferenziale del componente più morbido.

Produzione di cemento. Gli impianti di cemento coreani (Ssangyong, Asia e Hanil) utilizzano più stadi di trasportatori a catena per la movimentazione delle materie prime, i trasportatori di ingresso del forno e le catene di raffreddamento del clinker. Il trasportatore di ingresso del forno per cemento è sottoposto alle condizioni più severe: clinker a 100-200 °C, grossi grumi irregolari fino a 80 mm e polvere di silicati abrasiva. La specifica standard per questa posizione è una catena a perni in acciaio fuso serie 55 con una lega per perni resistente al calore. La catena di ingresso del forno opera tipicamente a 0,05-0,15 m/s e viene sostituita con un ciclo di manutenzione programmata di 2 anni negli impianti ben manutenuti, rispetto ai 6-9 mesi con la catena a rulli standard di classe ingegneristica precedentemente specificata sulle apparecchiature più vecchie.

Elevatori a tazze delle cooperative di cereali. L'infrastruttura di stoccaggio dei cereali delle cooperative agricole coreane utilizza trasportatori a catena per il trasporto orizzontale dei cereali tra i silos di stoccaggio e gli impianti di lavorazione. Il materiale è costituito da cereali (densità apparente 700-800 kg/m³, praticamente non abrasivo rispetto alle applicazioni con minerali) a basse velocità di catena (0,05-0,12 m/s). Per queste applicazioni, lo standard prevede catene a perni in ghisa malleabile o catene a rulli di classe pesante per macchine edili con piastre di fissaggio in acciaio inossidabile: il requisito di resistenza all'abrasione è basso e la protezione dalla corrosione (dovuta all'umidità dei cereali e al lavaggio post-raccolta) è il requisito principale.

Attività minerarie e di estrazione in Vietnam e Indonesia. I clienti esteri del Sud-est asiatico, operanti nel settore della lavorazione di aggregati e minerali, rappresentano una parte significativa della fornitura di catene a perni di Korea Ever-Power: gli impianti filippini di lavorazione della laterite di nichel, i nastri trasportatori dei terminali carboniferi indonesiani e i nastri di recupero degli impianti di cemento vietnamiti utilizzano tutti catene a perni delle serie 51 e 55. I tempi di consegna richiesti per le attività di manutenzione nel Sud-est asiatico, in genere da 3 a 6 settimane per gli articoli non a magazzino, fanno sì che questi clienti traggano un notevole vantaggio dalla disponibilità a magazzino in Corea di dimensioni e passi standard, rispetto ai tempi di consegna di 12-20 settimane necessari per l'acquisto diretto dal produttore.

Domande frequenti