Tecnica della catena – Trasporto

► Raccogliere il massimo in termini di dati, nello specifico:

• la modalità di lavoro della catena deve essere perfettamente definita facendo riferimento alle diverse possibilità già descritte.
• Masse in gioco (inclusa quella della catena che sarà innanzitutto stimata), attriti della catena e del carico trasportato, lunghezze, angoli, elementi di un’eventuale curvatura ecc.

► Calcolare le forze che vengono esercitate sulla catena:

• le forze di trazione dovute alle masse e agli attriti (nonché a un’eventuale curvatura) provocano sollecitazioni di trazione nelle piastre e di taglio nei perni, insieme a una pressione di contatto tra perni e bussole).
• le forze normali (dovute alle masse e a un’eventuale curvatura) che provocano una pressione di contatto tra i rulli piccoli (o i rulli grandi) e le bussole da una parte, la superficie di appoggio dall’altra.

► Effettuare la scelta della catena in funzione della modalità di lavoro e del risultato dei calcoli secondo uno o più dei seguenti criteri:

• resistenza alla trazione della catena,
• resistenza all’usura delle articolazioni e dei rulli.

► Riprendere i calcoli introducendo la massa della catena selezionata se tale massa è considerevolmente diversa rispetto alla massa stimata al momento dei primi calcoli.
► Fissare i dettagli tecnici di realizzazione dell’installazione facendo riferimento alle raccomandazioni e assicurandosi che le condizioni di lavoro inizialmente previste non siano cambiate al punto da rimettere in discussione i calcoli.

FORMULE GENERALI
► Forza di trazione massima in Newton (all’ingresso della ruota motrice):

► Forza normale massima in Newton (appoggio sulla superficie di guida):

Con:

•  P_t et P_m: i pesi totali (in N) supportati rispettivamente dalla parte tesa e dalla parte stesa
•  f et f’: i coefficienti di attrito riscontrati sulla parte tesa e sulla parte stesa
•  α: l’angolo (in gradi) della direzione media della catena rispetto all’orizzontale (valore positivo per la salita)
• P_g: il peso massimo (in N) che viene esercitato sul rullo
• F_p: lo sforzo catenario (in N) sulla parte stesa se non è sostenuta, dato dal rapporto descritto di seguito (per un interasse E e una freccia h):

Si tratta di una verifica poiché nelle installazioni di trasporto soltanto in casi eccezionali le catene sono sottoposte a sforzi continui rilevanti o carichi d’urto per cui si può temerne la rottura prima che ne sopravvenga l’usura.

Si calcola lo sforzo massimo Ft sulla catena con i rapporti specificati al capitolo precedente. Tale sforzo deve essere corretto per tenere conto delle condizioni di funzionamento. Si hanno per il coefficiente K i seguenti valori:

• carichi d’urto moderati ………………….. k = 1,2
• carichi d’urto violenti ……………………. k = 1,4
• dragaggio……………………………….. k = 1,4

Si verifica quindi che la resistenza alla trazione Rr sia superiore a 5 volte lo sforzo corretto F_tc. Il coefficiente di sicurezza si chiama K_g (nel caso in questione è come minimo pari a 5).

Per le durate in servizio solitamente richieste nelle applicazioni industriali (50.000 ore) e/o quando l’ambiente è aggressivo (polvere abrasiva, ad esempio), i rischi di guasto delle catene provengono dall’usura dei pezzi in attrito, soprattutto i perni sulle bussole.

Per evitare l’usura delle articolazioni (con allungamento anomalo della catena che ne compromette il funzionamento) e per evitare il grippaggio che causa un aumento della potenza richiesta, è necessario limitare la pressione di contatto nelle articolazioni.

► Pressione nelle articolazioni:

► Superficie di articolazione (con un perno di diametro da e una bussola di lunghezza Id):     S_a = d_a.I_d    mm2

► Pressione consentita per condizioni normali di durata di funzionamento (lunghezza della catena e velocità) e di manutenzione (lubrificazione):

P_a   <   35 MPa

Si sceglie una catena con una superficie di articolazione come minimo pari al valore ottenuto con il rapporto:

Rivolgersi a Sedis per condizioni di funzionamento più rigorose.

Quando i carichi supportati dai rulli della catena (direttamente o indirettamente) sono considerevoli, è la loro usura che rischia di limitare la durata in servizio della catena.

I rulli supportano la componente normale F_n (si veda la formula di calcolo precedente) eventualmente corretta per gli effetti di una curvatura.

Per la determinazione del valore medio di P_g si utilizza il calcolo dei pesi descritto di seguito nella sezione “Pesi che compaiono nelle formule” rapportando tali pesi al passo p della catena.

n_c = numero di catene in parallelo sul trasportatore. Tuttavia, a livello locale Pg può essere nettamente superiore al valore medio.

Al peso della catena e degli accessori è necessario aggiungere il peso del carico utile P.

► Carico utile applicato direttamente all’articolazione (perno forato o sporgente come nella seguente figura ) o applicato alle piastre (piastre con fori o con alette):

► Carico utile P di lunghezza L su una catena con passo p:

► Pressione di contatto bussole/rulli:

► Superficie di contatto in mm2 di una bussola con diametro esterno dd e di un rullo con lunghezza I_g:   S_g  = d_d . I_g  mm²

Pressione consentita per condizioni normali di funzionamento (lunghezza della catena e velocità) e di manutenzione (lubrificazione):

– Per un rullo in acciaio non trattato:     Pg < 2 MPa
– Per rulli in plastica (POM):        Pg < 2,2 MPa
– Per un rullo in acciaio trattato:    Pg < 2,5 MPa
– Per un rullo in acciaio cementato:     Pg < 3 MPa

► Peso P_c della catena (in N) che viene dedotto della relativa massa lineare Mc (in kg/m) specificata nel catalogo, dell’accelerazione della gravità g (9,81 m/s) e della lunghezza del ramo che si può considerare pari all’interasse E (in mm) delle ruote:

P_c = M_c . g . E

► Peso P_ac degli accessori (in N) non incluso in quello della catena che viene dedotto dal loro peso unitario P_ac (in N), dalla loro distanza I_ac (in m) e dalla lunghezza E della parte della catena:

► Peso Pu del carico trasportato. Diversi casi possibili:

Se sono presenti n_c catene che lavorano in parallelo:

In caso di trasporto alla rinfusa, interviene l’attrito del prodotto trasportato nel canale, poiché quello della catena è solitamente trascurabile. La tabella 2 indica la densità e il coefficiente di attrito di qualche materiale generalmente trasportato alla rinfusa.

Tabella 1

Tabella 2

► Numero di denti delle ruote:
Poiché le catene di trasporto hanno solitamente un passo sufficientemente alto per consentire alle piastre di montare accessori, il progettista dovrà ridurre il numero di denti delle ruote per limitarne l’ingombro. L’effetto poligonale diventa significativo al di sotto dei 12 denti e anche al di sopra per una velocità di rotazione elevata.
D’altra parte, per una ruota con un numero di denti ridotto e un passo elevato, è bene conformarsi alle indicazioni del catalogo in termini di diametro massimo del mozzo per evitarne l’interferenza con le piastre.

Attenzione: In teoria, la catena funziona senza tensione nella parte stesa poiché il trascinamento da parte delle ruote è positivo. Ciononostante, in alcuni casi particolari è necessaria una tensione. Il valore dello sforzo di tensione non deve superare il 10% dello sforzo utile nella catena o l’1% della sua resistenza alla trazione.

► Sostegno e guida della catena

• La parte tesa che porta generalmente il carico viene sostenuta scivolando o rotolando su una superficie di guida.
Non dimenticarsi di utilizzare rulli flangiati per i grandi interassi in caso di sforzo trasversale.

• La parte stesa può essere sostenuta tramite scivolamento poiché è meno carica, ma è possibile utilizzare anche il rotolamento sui rulli (se esistenti) o anche un sostegno con una serie di ruote folli. L’assenza di sostegno ricorre solamente per i piccoli interassi perché lo sforzo catenario diventa proibitivo per gli interassi importanti. In ogni caso, la freccia non deve superare lo 0,4% dell’interasse. Tale condizione può necessitare uno sforzo di tensione troppo elevato se la parte della catena non viene sostenuta.

Su entrambe le parti, l’inserimento della catena sulle ruote deve essere realizzato con attenzione: la guida deve essere allineata perfettamente con i denti e deve essere previsto uno smusso all’estremità della guida per facilitare l’inserimento della catena.

► Difetto di allineamento delle ruote:

► Difetto di parallelismo dei piani dei denti: le ruote devono essere parallele (< 40′)
► Tolleranza di lunghezza delle catene di trasporto:  Tra 0 e + 0,25%
Tale tolleranza deve essere ridotta quando due catene lavorano in parallelo e sono unite tra traverse o altri accessori (da precisare al momento dell’ordine)