Tecnica della catena – Trasporto

Selezione di una catena di trasporto

Processo di selezione

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.

Calcoli delle forze

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

Selezione di una catena di trasporto 1

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

Selezione di una catena di trasporto 2

Con:

•  Pt et Pm: 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)
Pg: il peso massimo (in N) che viene esercitato sul rullo
Fp: 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):

Selezione di una catena di trasporto 3

► Effetto di una curvatura

A una prima approssimazione, solitamente sufficiente, quando la direzione della catena è incurvata per un angolo β (in radianti) su una rampa con un coefficiente di attrito f, è sufficiente apportare una correzione alle forze calcolate con le precedenti formule.

Correzioni:

– moltiplicare Ft per eβf

– moltiplicare Fn per : (1+e2βf-2eβf cosβ)0.5

Selezione di una catena di trasporto 4

Selezione per una tenuta alla trazione

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 Ftc. Il coefficiente di sicurezza si chiama Kg (nel caso in questione è come minimo pari a 5).

Calcoli delle forze

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:Calculs des efforts, pression dans les articulations

 Superficie di articolazione (con un perno di diametro da e una bussola di lunghezza Id):     Sa = da.Id    mm2

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

Pa   <   35 MPa

 

Si sceglie una catena con una superficie di articolazione come minimo pari al valore ottenuto con il rapporto:Formule calculs d'efforts

Rivolgersi a Sedis per condizioni di funzionamento più rigorose.

Selezione per tenuta all’usura dei rulli

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 Fn (si veda la formula di calcolo precedente) eventualmente corretta per gli effetti di una curvatura.

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

 

Déterminer Pg

nc = 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):

Su maglie consecutive:

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• Su una maglia isolata:

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

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► Pressione di contatto bussole/rulli:

Pression de contact douilles/galets

► Superficie di contatto in mm2 di una bussola con diametro esterno dd e di un rullo con lunghezza Ig:   Sg  = dd . Ig  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

Pesi che compaiono nelle formule

Peso Pc 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:

Pc = Mc . g . E

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

Le poids Pac des accessoires (en N)

► Peso Pu del carico trasportato. Diversi casi possibili:

• Carichi distinti di peso unitario Pu (in N) con una distanza lu (in m):

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Carichi continui (alla rinfusa od oggetti) con massa lineare Mu (in kg/m):

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Carichi distinti o continui di cui si conosce la portata ponderale Q (in N/min) o il numero No di oggetti con peso Pu da trasportare al minuto alla velocità v (in m/mn):

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Se sono presenti nc catene che lavorano in parallelo:

Parte tesa, parte stesa

• da scegliere direttamente nella tabella 1 in caso di scivolamento della catena sulle piastre:

f  ou  f’  =   f1

• da stabilire in funzione dei coefficienti indicati nella tabella 2 e dei diametri dei pezzi a contatto, in caso di rotolamento della catena sui rulli con diametro esterno Dext e alesaggio Dint:

Frottement avec tableau 2

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

Parametri di attrito Minimo:
superfici lisce e lubrificate
Massimo:
superfici ruvide e asciutte
Scivolamento delle piastre su una guida in acciaio f1 = 0,08 f1 = 0,40
su una guida in plastica f1 = 0,10 f1 = 040
Scivolamento tra bussola e rullo piccolo o grande f2 = 0,10 f2 = 0,20
Rotolamento di un rullo piccolo o grande su una guida in acciaio f3 = 0,05 f3 = 0,10
su una guida in plastica f3 = 0,07 f3 = 0,15

Tabella 2

Materiali che scivolano in un canale in acciaio Densità apparente f
Argilla 0.77 0.63
Amianto 0.19 0.58
Calcare 1.00 0.47
Cemento 0.94 0.54
Calce 1.53 0.46
Minerali di alluminio 0.83 0.55
Minerali di ferro 2.99 0.47
Minerali di nichel 0.92 0.45
Minerali di piombo 3.26 0.77
Minerali di zinco 1.93 0.79
Rottami metallici e non metallici 0.54 0.73
Scorie 0.90 0.48
Carbonato di calcio 0.88 0.49
Cloruro di ammonio 0.67 0.79
Carbone vegetale 0.44 0.41
Carbone 0.30 0.53
Legno di pino 0.70 0.41
Trucioli 0.36 0.74
Orzo 0.39 0.71
Riso – Frumento 0.77 0.40
Zucchero 0.68 0.47
Polietilene 0.34 0.52
Gomma in polvere 0.39 0.53
Cromo in polvere 1.14 0.51

Raccomandazioni per la progettazione dell’installazione

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.

Regolazione dell’interasse:

L’interasse deve essere regolabile per varie ragioni:

•  facilitare il montaggio della catena,
•  assicurare la sua manutenzione e compensare l’allungamento nel corso del tempo.

È necessario prevedere un sistema di regolazione del gioco, vale a dire:

• vite (figura a fianco)
• molle
• contrappeso
• cilindri

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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.
Soutien et guidage des brins
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:

b1/2: per lunghezze inferiori a 10 m

b1:  larghezza interna della maglia interna

b1: per lunghezze superiori a 10 m

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)

Simboli, unità e formule principali

Simboli e unità

 Descrizione Simbolo Unità
Accelerazione della gravità (≅9,81) g m/s
Angolo con l’orizzontale  α  radian
 Angolo di flessione della catena  β  radian
 Coefficiente di attrito globale: parte tesa  f
 Coefficiente di attrito globale: parte stesa  f’
 Diametro del perno  da  mm
 Diametro esterno della bussola  dd  mm
 Diametro primitivo della ruota dentata  Dp  mm
 Distanza tra gli accessori lac  m
 Forza di trazione  Ft  N
 Forza normale  Fn  N
 Forza centrifuga  Fp  N
 Interasse  E  m
Freccia della parte stesa  h  mm
 Lunghezza della bussola  ld  mm
 Lunghezza del rullo  lg  mm
 Massa lineare della catena  Mc  kg/m
 Massa lineare del carico continuo  Mu  kg/m
 Numero di catene in parallelo sul trasportatore  nc
 Passo della catena  p  mm
 Peso della catena  Pc  N
 Peso degli accessori  Pac  N
 Peso unitario degli accessori  pac  N
 Peso supportato da un rullo  Pg  N
 Peso del carico trasportato  Pu  N
Peso totale supportato dalla parte tesa Pt N
Peso totale supportato dalla parte stesa Pm N
Pressione nelle articolazioni pa MPa
Superficie di articolazione Sa mm²
Superficie bussola/rullo Sg mm²

Formule principali

Forza di trazione massima:

Peso di una parte della catena (tesa o stesa):

Peso degli accessori:

Peso della parte tesa:

Peso della parte stesa:

Pressione nelle articolazioni:

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Esempi di applicazioni

CATENA E MATERIALE IN SCIVOLAMENTO NEL CANALE:
► Forza di trazione massima:             Ft = Pt . f + Pm . f1     o     Ft = (Pc . Pu) . f + Pc . f1

Con f: coefficiente del materiale trasportato nel canale e f1: coefficiente di scivolamento delle piastre della catena nel canale.

LE CATENE ROTOLANO, IL CARICO VIENE PORTATO:

Forza di trazione massima:Formule effort de traction maximale

Con f e f’: coefficienti di rotolamento che sono in funzione dell’alesaggio e del diametro esterno del rullo.

Forza normale del rullo: Formule effort normal du galet

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