L'innovazione di NSK supera le sfide per i cuscinetti nell'industria

Per favorire l'accessibilità, su testa, coda, azionamento e sulla puleggia di tensionamento dei trasportatori installati in miniere e cave vengono montati solitamente cuscinetti aperti. Tuttavia, la breve durata di questi cuscinetti mette spesso a repentaglio l'operatività degli impianti.

Problema diffuso

In Australia, l'industria estrattiva è un pilastro dell'economia nazionale e, per questo motivo, tempi morti e riparazioni costose incidono negativamente sulla redditività economica del settore. Come accade in molti altri Paesi, le società minerarie australiane devono far fronte a manutenzioni costose e lunghi tempi morti dei trasportatori a causa del cedimento dei cuscinetti delle pulegge di tensionamento. Questi cuscinetti sono esposti all'infiltrazione di particelle dure (sporcizia, polvere) e acqua, che superano le tenute dell'alloggiamento ed entrano nel cuscinetto aperto.

Oltre a migliorare la situazione delle tenute, qualsiasi nuova soluzione avrebbe dovuto evitare compromessi su altri aspetti importanti, fra cui la rapidità di montaggio. Infatti, nella procedura standard, ogni cuscinetto radiale orientabile a rulli si infila facilmente e velocemente su una bussola conica. Al contrario, i cuscinetti montati su una superficie cilindrica regolare devono essere riscaldati e raffreddati per garantire un calettamento adeguato, operazione che richiede non solo tempo, ma anche apposite attrezzature.

I fori conici dei cuscinetti e le corrispondenti bussole di trazione coniche offrono una soluzione più veloce e comoda. La bussola di trazione ha un foro cilindrico grazie al quale può essere infilata sull'estremità dell'albero del rullo del nastro trasportatore, mentre il diametro esterno della bussola ha una conformazione conica che coincide con il foro del cuscinetto. L'estremità della bussola di trazione è provvista di una filettatura sulla quale viene inserita una ghiera per spingere il cuscinetto lungo il cono.

Per sapere quanto il cuscinetto radiale orientabile a rulli deve essere spinto sulla superficie conica, i professionisti della manutenzione usano uno spessimetro per misurare il gioco interno del cuscinetto. Questa strategia evita di esercitare una forza eccessiva che potrebbe spingere eccessivamente il cuscinetto lungo la bussola, riducendo eccessivamente il gioco interno.

Il punto di svolta

L'aspettativa di vita dei cuscinetti radiali orientabili a rulli in configurazione aperta per applicazioni come i nastri trasportatori di cave e miniere è relativamente breve, solitamente pochi mesi. Tuttavia, in assenza di una soluzione migliore, questa soluzione per alcuni versi inaccettabili è stata adottata per molti anni.

Il primo segnale di svolta arriva nel 2012-13, quando NSK Australia e il suo distributore cominciano a collaborare con le principali società minerarie del Paese per effettuare numerosi test su diverse posizioni problematiche nelle pulegge dei trasportatori, dove il tempo medio fra i guasti (MTBF) era inferiore a 6 mesi.

NSK punta a sviluppare una tipologia di cuscinetto radiale orientabile a rulli in esecuzione schermata che possa offrire una maggiore durata grazie a una progettazione efficace delle tenute e all'utilizzo di un materiale esclusivo a lunga durata per la fabbricazione dei cuscinetti. Uno dei problemi principali era però soddisfare la necessità di effettuare la misura finale del gioco radiale. In precedenza, solo utilizzando cuscinetti aperti era possibile inserire le sonde per la misurazione. Un normale cuscinetto schermato avrebbe impedito di svolgere questa operazione critica.

Alcuni costruttori di cuscinetti hanno affrontato il problema proponendo normali cuscinetti radiali orientabili a rulli in esecuzione schermata (con foro conico) con una serie di tabelle di conversione. Queste tabelle mostrano la correlazione fra la distanza di avanzamento assiale, la pressione di una pompa oleodinamica e la progressiva riduzione del gioco interno. Si tratta però di un calcolo teorico che non offre certezze assolute e comporta una percentuale di errori di montaggio.

Concetto completamente nuovo

Per migliorare questo approccio, NSK ha sviluppato un'idea senza precedenti: una tenuta rimovibile. Si tratta sostanzialmente di una tenuta montata su un anello/supporto completamente rimovibile (mediante bulloni), per consentire di accedere e misurare il gioco con appositi spessimetri (ed eventualmente consentire all'utilizzatore finale di scegliere il tipo di grasso in fase di messa in funzione ed effettuare il reingrassaggio, se necessario). Il progetto di NSK non richiede attrezzature di calettamento a caldo e utilizza normali bussole di trazione coniche e ghiere di bloccaggio a norme ISO, mantenendo quindi l'intercambiabilità con le soluzioni esistenti.

Soprattutto, nonostante l'aggiunta della tenuta rimovibile, le dimensioni di ingombro specificate dalla norma ISO non vengono aumentate, consentendo quindi di utilizzare alloggiamenti standard per cuscinetti. NSK ha ottenuto questo risultato utilizzando il materiale proprietario e certificato da enti indipendenti Hi-TF/Super-TF per ridurre l’effetto dato dall’ingombro delle tenute introdotte. Questo materiale aumenta il coefficiente di carico fino al 10% (secondo le dimensioni) rispetto a un normale cuscinetto aperto, mantenendo la soluzione all'interno dello stesso ingombro dimensionale. Le società minerarie possono quindi sostituire velocemente e facilmente gli attuali cuscinetti aperti con la soluzione di NSK, senza bisogno di un nuovo alloggiamento.

Da notare che il materiale per cuscinetti Hi-TF e Super-TF offre una durata doppia rispetto al materiale tradizionale in caso di esercizio con lubrificante pulito, e fino a 10 volte con lubrificante contaminato.

La soluzione di NSK presenta inoltre tenute in gomma nitrilica per impieghi gravosi (HNBR), resistenti fino a 100°C, che offrono una tenuta del 30% più efficace rispetto alle tenute standard, grazie alla tecnologia del labbro caricato a molla. Questo sistema contribuisce a proteggere il cuscinetto dalle sostanze contaminanti e ad allungarne la durata.

Durata fino a 10 anni

Alcuni dei cuscinetti radiali orientabili a rulli di prova montati da NSK Australia su trasportatori installati in miniere nel 2012-13 sono tuttora in servizio senza problemi. NSK ha smontato un gruppo di cuscinetti (per quanto perfettamente funzionanti) dopo due anni, inviandolo al centro di ricerca e sviluppo dell'azienda in Giappone per sottoporlo ad analisi di fatica ai raggi X. Il risultato ha indicato una vita residua di otto anni. Pertanto, considerando il periodo di utilizzo già accumulato, NSK ha stabilito che è possibile raggiungere una durata di 10 anni, molto più lunga di quanto mai rilevato su qualsiasi trasportatore nell'industria estrattiva.

Da allora NSK Australia ha fornito circa 1600 cuscinetti radiali orientabili a rulli a lunga durata con tenute rimovibili a tutta l'industria mineraria australiana. Attualmente è disponibile in tutto il mondo, anche in Europa, una gamma completa di cuscinetti in taglie standard con diametro del foro da 120 a 480 mm. Sono già state realizzate alcune installazioni nei Paesi scandinavi.

Immagine 1):  I cuscinetti radiali orientabili a rulli a lunga durata di NSK con tenuta rimovibile offrono maggiore durata e affidabilità agli utilizzatori di trasportatori

Immagine 4): TIl maggiore coefficiente di carico dinamico del materiale Hi-TF/Super-TF di NSK riduce

l’effetto dato dall’ingombro delle tenute introdotte, mantenendo il cuscinetto all'interno delle

dimensioni di ingombro specificate dalla norma ISO