Una strategia di gestione della catena AFC prolunga la durata e previene tempi di inattività non pianificati
Catena minerariapuò decretare il successo o il fallimento di un'attività. Mentre la maggior parte delle miniere a lunga parete utilizza catene da 42 mm o superiori sui propri trasportatori a superficie corazzata (AFC), molte miniere utilizzano catene da 48 mm e alcune catene fino a 65 mm. I diametri maggiori possono prolungare la durata della catena. Gli operatori delle miniere a lunga parete spesso prevedono di superare gli 11 milioni di tonnellate con le dimensioni da 48 mm e fino a 20 milioni di tonnellate con le dimensioni da 65 mm prima che la catena venga messa fuori servizio. Le catene di queste dimensioni maggiori sono costose, ma ne vale la pena se è possibile estrarre un intero pannello o due senza dover interrompere l'attività a causa di un guasto della catena. Tuttavia, se si verifica una rottura della catena a causa di una cattiva gestione, di una movimentazione errata, di un monitoraggio inadeguato o di condizioni ambientali che possono causare cricche da corrosione sotto sforzo (SCC), la miniera si trova ad affrontare gravi problemi. In questa situazione, il prezzo pagato per quella catena diventa irrilevante.
Se un operatore di miniere a lunga parete non utilizza la catena migliore possibile per le condizioni della miniera, un arresto imprevisto potrebbe facilmente vanificare qualsiasi risparmio sui costi ottenuto durante il processo di acquisto. Quindi, cosa dovrebbe fare un operatore di miniere a lunga parete? Dovrebbe prestare molta attenzione alle condizioni specifiche del sito e scegliere con cura la catena. Dopo l'acquisto, dovrà investire tempo e denaro aggiuntivi per gestire correttamente l'investimento. Questo può dare risultati significativi.
Il trattamento termico può aumentare la resistenza della catena, ridurne la fragilità, alleviare le sollecitazioni interne, aumentare la resistenza all'usura o migliorarne la lavorabilità. Il trattamento termico è diventato una vera e propria forma d'arte e varia da produttore a produttore. L'obiettivo è ottenere un equilibrio di proprietà del metallo che si adatti al meglio alla funzione del prodotto. La catena a tempra differenziata è una delle tecniche più sofisticate utilizzate da Parsons Chain, in cui la corona della maglia della catena rimane dura per resistere all'usura e le gambe, se le maglie sono più morbide, aumentano la tenacità e la duttilità in servizio.
La durezza è la capacità di resistere all'usura ed è indicata dal numero di durezza Brinell (simbolo HB) o dal numero di durezza Vickers (HB). La scala di durezza Vickers è realmente proporzionale, quindi un materiale di 800 HV è otto volte più duro di uno con una durezza di 100 HV. Fornisce quindi una scala razionale di durezza dal materiale più tenero a quello più duro. Per valori di durezza bassi, fino a circa 300, i risultati di durezza Vickers e Brinell sono approssimativamente gli stessi, ma per valori più elevati i risultati Brinell sono inferiori a causa della distorsione del penetratore a sfera.
La prova di impatto Charpy è una misura della fragilità di un materiale che può essere ottenuta tramite una prova d'impatto. La maglia della catena viene intagliata nel punto di saldatura e posizionata lungo il percorso di un pendolo in oscillazione; l'energia necessaria per fratturare il campione viene misurata dalla riduzione dell'oscillazione del pendolo.
La maggior parte dei produttori di catene conserva alcuni metri di ogni lotto ordinato per consentire l'esecuzione di prove distruttive complete. I risultati completi dei test e i certificati vengono solitamente forniti con la catena, che viene solitamente spedita in coppie abbinate da 50 m. Durante questa prova distruttiva vengono anche rappresentati graficamente l'allungamento alla forza di prova e l'allungamento totale alla rottura.
La catena ottimale
L'obiettivo è quello di combinare tutte queste caratteristiche per creare la catena ottimale, che includa le seguenti prestazioni:
• Maggiore resistenza alla trazione;
• Maggiore resistenza all'usura dei collegamenti interni;
• Elevata resistenza ai danni della ruota dentata;
• Maggiore resistenza alle cricche martensitiche;
• Maggiore tenacità;
• Aumento della durata della fatica; e
• Resistenza al SCC.
Tuttavia, non esiste una soluzione perfetta, ma solo diversi compromessi. Un elevato limite di snervamento tenderà a generare elevate tensioni residue; se associato a un'elevata durezza per aumentare la resistenza all'usura, tenderà anche a ridurre la tenacità e la resistenza alla corrosione sotto sforzo.
I produttori si impegnano costantemente per sviluppare catene che durino più a lungo e resistano a condizioni difficili. Alcuni produttori zincano le catene per resistere agli ambienti corrosivi. Un'altra opzione è la catena COR-X, realizzata con una lega brevettata di vanadio, nichel, cromo e molibdeno che contrasta la corrosione da stress (SCC). Ciò che rende questa soluzione unica è che le proprietà anti-stress corrosion sono omogenee in tutta la struttura metallurgica della catena e la sua efficacia non cambia con l'usura della catena. COR-X ha dimostrato di aumentare notevolmente la durata della catena in ambienti corrosivi e di eliminare virtualmente i guasti dovuti alla corrosione da stress. I test hanno dimostrato che la forza di rottura e di azionamento aumenta del 10%. L'impatto dell'intaglio aumenta del 40% e la resistenza alla SCC aumenta del 350% rispetto alle catene tradizionali (DIN 22252).
Ci sono casi in cui la catena COR-X da 48 mm ha trasportato 11 milioni di tonnellate senza alcun guasto prima di essere dismessa. E la prima installazione di catene OEM Broadband da parte di Joy presso la miniera BHP Billiton di San Juan utilizzava catene Parsons COR-X prodotte nel Regno Unito, che si dice abbiano trasportato fino a 20 milioni di tonnellate dal fronte di scavo durante la loro vita utile.
Invertire la catena per prolungarne la durata
La causa principale dell'usura della catena è il movimento di rotazione di ciascuna maglia verticale attorno alla maglia orizzontale adiacente quando entra ed esce dal pignone di trasmissione. Questo comporta anche una maggiore usura su un piano delle maglie mentre ruotano attraverso il pignone, quindi uno dei modi più efficaci per prolungare la durata di una catena usata è ruotarla o invertirla di 180° per farla girare nella direzione opposta. Questo metterà a dura prova le superfici "non utilizzate" delle maglie, riducendo l'area di usura delle maglie e aumentando la durata della catena.
Un carico non uniforme del trasportatore, dovuto a una serie di motivi, può causare un'usura non uniforme delle due catene, causando un'usura più rapida di una catena rispetto all'altra. Un'usura non uniforme o un allungamento non uniforme di una o entrambe le catene, come può accadere con i gruppi esterni gemelli, può causare il disallineamento delle falde o il mancato passaggio delle stesse attorno alla ruota dentata motrice. Questo può anche essere causato dall'allentamento di una delle due catene. Questo sbilanciamento può causare problemi di funzionamento, oltre a causare un'usura eccessiva e possibili danni alle ruote dentate motrici.
Sistema di tensionamento
È necessario un programma sistematico di tensionamento e manutenzione per garantire che dopo l'installazione il tasso di usura della catena sia controllato, con entrambe le catene che si allungano a causa dell'usura a un tasso controllato e comparabile.
Nell'ambito di un programma di manutenzione, il personale addetto alla manutenzione misurerà l'usura e la tensione della catena, sostituendola quando l'usura supera il 3%. Per comprendere appieno il significato concreto di questo grado di usura della catena, è opportuno ricordare che su una parete lunga 200 m, un'usura del 3% implica un aumento della lunghezza della catena di 12 m per ogni tratto. Il personale addetto alla manutenzione sostituirà inoltre i pignoni di andata e ritorno e gli estrattori quando questi risultano usurati o danneggiati, esaminerà il riduttore e il livello dell'olio e si assicurerà, a intervalli regolari, che i bulloni siano ben serrati.
Esistono metodi consolidati per calcolare il corretto livello di pretensionamento, che si rivelano una guida molto utile per i valori iniziali. Tuttavia, il metodo più affidabile consiste nell'osservare la catena mentre esce dal pignone di trasmissione quando l'AFC è in funzione a pieno carico. La catena dovrebbe mostrare solo un minimo di gioco (due maglie) mentre si stacca dal pignone di trasmissione. Quando si verifica tale livello, il pretensionamento deve essere misurato, registrato e impostato per il futuro come livello operativo per quella particolare superficie. Le letture del pretensionamento devono essere effettuate regolarmente e il numero di maglie rimosse deve essere registrato. Questo fornirà un avviso tempestivo dell'inizio dell'usura del differenziale o di un'usura eccessiva.
Le barre piegate devono essere raddrizzate o sostituite immediatamente. Riducono le prestazioni del trasportatore e possono causare la caduta della barra dalla pista inferiore e il suo salto sulla ruota dentata, danneggiando sia le catene che la ruota dentata e le barre della barra.
Gli operatori di lunghe distanze devono prestare attenzione agli spelacatena usurati o danneggiati, poiché potrebbero lasciare la catena allentata nella ruota dentata, con conseguente inceppamento e danni.
La gestione della catena inizia durante l'installazione
Non si può mai sopravvalutare l'importanza di una buona linea diritta della faccia. Qualsiasi deviazione nell'allineamento della faccia può comportare pretensioni differenziali tra le catene lato faccia e lato goccia, con conseguente usura non uniforme. Questo è più probabile che si verifichi sulla faccia appena formata, poiché le catene attraversano una fase di "assestamento".
Una volta che si è formato un modello di usura del differenziale, è praticamente impossibile correggerlo. Il più delle volte, il differenziale continua a peggiorare con l'usura della catena allentata, creando ulteriore gioco.
Gli effetti negativi di una lavorazione con una superficie di contatto non ottimale, che porta a variazioni eccessive nelle pretensioni lato per lato, sono illustrati analizzando i numeri. Ad esempio, prendiamo una catena a parete lunga 1.000 piedi con una catena AFC da 42 mm con circa 4.000 maglie per lato. Supponendo che la rimozione del metallo di usura dalle maglie avvenga a entrambe le estremità della maglia, la catena presenta 8.000 punti in cui il metallo viene consumato dalle pressioni delle maglie durante la guida e quando vibra lungo la superficie, subisce carichi d'urto o è esposta ad attacchi corrosivi. Pertanto, per ogni 1/1.000 di pollice di usura, generiamo un aumento di lunghezza di 8 pollici. Qualsiasi leggera variazione tra i tassi di usura della superficie e del lato della goccia, causata da tensioni non uniformi, si moltiplica rapidamente in una variazione significativa nella lunghezza della catena.
Due forgiature contemporaneamente sulla ruota dentata possono causare un'usura eccessiva del profilo dei denti. Ciò è dovuto alla perdita di accoppiamento positivo nella ruota dentata motrice, che consente alla maglia di scorrere sui denti di trasmissione. Questo scorrimento incide la maglia e aumenta anche il tasso di usura dei denti della ruota dentata. Una volta consolidato, il fenomeno di usura non può che accelerare. Al primo segno di taglio della maglia, le ruote dentate devono essere esaminate e sostituite, se necessario, prima che il danno distrugga la catena.
Una pretensione della catena troppo elevata causerà anche un'usura eccessiva sia della catena che del pignone. Le pretensioni della catena devono essere impostate a valori che impediscano la formazione di un gioco eccessivo della catena a pieno carico. Tali condizioni consentiranno alle barre raschianti di "espellersi" e il rischio di danneggiare il pignone posteriore a causa dell'accumulo di catena in uscita dal pignone. Se le pretensioni sono impostate troppo elevate, si presentano due evidenti pericoli: un'usura eccessiva delle maglie della catena e un'usura eccessiva dei pignoni di trasmissione.
Una tensione eccessiva della catena può essere mortale
La tendenza comune è quella di tendere troppo la catena. L'obiettivo dovrebbe essere quello di controllare regolarmente il pretensionamento e di rimuovere la catena allentata di due maglie alla volta. Più di due maglie indicherebbero che la catena è troppo allentata, mentre la rimozione di quattro maglie creerebbe un pretensionamento eccessivo, che causerebbe una forte usura delle maglie e ridurrebbe seriamente la durata della catena.
Supponendo che l'allineamento delle facce sia corretto, il valore di pretensionamento su un lato non dovrebbe superare di oltre una tonnellata quello sull'altro lato. Una buona gestione delle facce dovrebbe garantire che qualsiasi differenziale non possa superare le due tonnellate per tutta la vita utile della catena.
L'aumento di lunghezza dovuto all'usura degli intercollegamenti (talvolta erroneamente definito "allungamento della catena") può raggiungere il 2% e continuare a funzionare con pignoni nuovi.
Il grado di usura delle maglie non rappresenta un problema se catena e pignoni si usurano insieme, mantenendo così la loro compatibilità. Tuttavia, l'usura delle maglie comporta una riduzione del carico di rottura della catena e della resistenza agli urti.
Un metodo semplice per misurare l'usura delle maglie è utilizzare un calibro, misurando in cinque sezioni e applicando il valore alla tabella di allungamento della catena. Generalmente, le catene vengono prese in considerazione per la sostituzione quando l'usura delle maglie supera il 3%. Alcuni responsabili della manutenzione conservativi non gradiscono che la loro catena superi il 2% di allungamento.
Una buona gestione della catena inizia già in fase di installazione. Un monitoraggio approfondito, con eventuali correzioni durante il periodo di rodaggio, contribuirà a garantire una lunga durata della catena senza problemi.
(Per gentile concessione diEllton Longwall)
Data di pubblicazione: 26 settembre 2022
