Diagnosi dei guasti nei cuscinetti: rumore anomalo, surriscaldamento e usura

I guasti dei cuscinetti nei motori di rotazione delle perforatrici idrauliche per miniere di carbone raramente si manifestano con un evento improvviso ed evidente: il blocco catastrofico che arresta la perforatrice è solitamente la fase finale di un processo di degradazione iniziato settimane o mesi prima. I primi segnali sono sottili: una leggera variazione della tonalità del suono emesso dal motore di rotazione a bassa percussione, una temperatura dell’olio di scarico superiore di 5 °C rispetto al valore consueto, un aumento progressivo del conteggio delle particelle metalliche nel campione d’olio tra un intervento di manutenzione e l’altro. Quando uno qualsiasi di questi segnali diventa sufficientemente evidente da richiedere un intervento di manutenzione, il cuscinetto si trova generalmente già oltre il punto in cui un’ispezione e una nuova lubrificazione potrebbero prolungarne la vita: l’unica soluzione rimasta è la sostituzione.

Rilevare il degrado dei cuscinetti in una fase precoce, quando gli interventi correttivi sono ancora economicamente vantaggiosi, richiede di conoscere il significato di ciascun segnale e il momento in cui esso compare nella cronologia di guasto — in particolare, quale sintomo si manifesta generalmente per primo e quale segnale indica che il cuscinetto è a poche ore dal bloccaggio.

La sequenza di guasto: quali segnali compaiono e quando

Il guasto di un cuscinetto in un motore di rotazione per trapani da roccia segue tipicamente una progressione. Il segnale rilevabile più precoce — che spesso compare prima di qualsiasi rumore percepibile dall’uomo — è un aumento dell’ampiezza delle vibrazioni alle frequenze caratteristiche del cuscinetto. Nell’ambiente di percussione, dove le vibrazioni di fondo generate dal meccanismo di percussione sono intense, questa variazione sub-soglia delle vibrazioni risulta di fatto non rilevabile senza un’analisi delle vibrazioni basata su sensori. La maggior parte delle operazioni sul campo non dispone di tale strumentazione specificamente installata sul motore di rotazione, pertanto questo segnale precoce rimane non osservato.

Il segnale successivo che compare di solito è il rumore: una variazione del suono caratteristico del motore di rotazione, passando da un ronzio basso e costante a un suono con qualità periodica o intermittente — una componente metallica sottile e ciclica che si ripete alla frequenza della pista del cuscinetto. Questo rumore è udibile da un operatore esperto che fa funzionare l’attrezzatura con la percussione disattivata e la sola rotazione, a bassa pressione di rotazione. La tecnica diagnostica fondamentale consiste nel prestare attenzione specificamente all’estremità del motore di rotazione del drifter durante un ciclo di posizionamento (percussione disattivata, rotazione a bassa velocità). I cuscinetti nuovi sono quasi silenziosi a bassa velocità di rotazione; i cuscinetti con danni alle piste producono un ronzio irregolare o un lieve stridio ciclico che aumenta d’intensità all’aumentare della velocità di rotazione.

Il calore segue il rumore nella maggior parte delle sequenze di guasto. La temperatura del cuscinetto nell'alloggiamento del motore rotante aumenta man mano che la superficie danneggiata della pista incrementa l'attrito ad ogni giro. Una temperatura operativa accettabile per la maggior parte dei cuscinetti dei motori rotanti è pari o inferiore a 80 °C sulla superficie dell'alloggiamento. Un controllo manuale (osservando che l'alloggiamento risulta caldo rispetto alle aree circostanti del circuito) oppure l'utilizzo di un termometro a infrarossi sull'alloggiamento del motore consente di identificare un cuscinetto in sovratemperatura prima che il rischio di grippaggio diventi imminente. Un aumento improvviso della temperatura, anziché graduale, suggerisce un guasto del sistema di lubrificazione piuttosto che un'usura progressiva della pista: ad esempio, grasso contaminato che perde improvvisamente la propria viscosità o una tubazione di lubrificazione ostruita da detriti.

Caratteristiche acustiche in base al tipo di guasto

La diagnosi tramite campione di olio: rilevare l’usura dei cuscinetti prima che si manifestino rumori

Nelle operazioni in cui viene effettuata regolarmente un’analisi dell’olio idraulico — che deve includere l’olio di drenaggio del motore rotativo, non solo quello del circuito di percussione — l’aumento del conteggio delle particelle metalliche nel campione di drenaggio rappresenta il primo segnale praticamente rilevabile di degrado dei cuscinetti. Le particelle di ferro e acciaio provenienti dall’usura della pista e degli elementi rotolanti compaiono nell’olio ancor prima che si possano rilevare rumori o aumento di temperatura. Un conteggio di particelle che raddoppia tra due campioni consecutivi prelevati ogni 200 ore (anche se i valori assoluti rimangono comunque entro i limiti normali) indica un’usura accelerata in qualche punto del circuito di lubrificazione. La fonte viene confermata incrociando questi dati con controlli acustici e termici.

Diversi tipi di particelle di usura indicano diversi modi di guasto: particelle di ferro grandi e irregolari suggeriscono un distacco per fatica della superficie della pista; trucioli fini di ferro privi di particelle distaccate indicano un’usura abrasiva causata da lubrificante contaminato; particelle non ferrose (rame, stagno) indicano materiale del corpo o del separatore, il che suggerisce un sovraccarico o l’utilizzo di un tipo di cuscinetto non adatto all’ambiente soggetto a urti. Queste differenze sono rilevabili mediante una semplice ispezione con tappo magnetico — ovvero inserendo un magnete nella tubazione di scarico — oppure tramite analisi di un campione in laboratorio.

Causa radice: ciò che danneggia effettivamente i cuscinetti del motore rotante

Il guasto della lubrificazione è responsabile della maggior parte dei guasti prematuri dei cuscinetti nei motori di rotazione per perforatrici rocciose. Esistono due forme principali: quantità insufficiente (mancanza di lubrificante causata da una linea di lubrificazione del gambo ostruita o vuota, che alimenta anche la zona dei cuscinetti del motore) e lubrificante errato (olio idraulico di uso generale utilizzato in sostituzione dell’olio EP per perforatrici rocciose quando non era disponibile la qualità corretta). Entrambe le cause provocano un’usura accelerata delle superfici entro 50–100 ore e generano calore che accelera ulteriormente il degrado dell’olio, innescando un ciclo cumulativo.

La contaminazione da acqua di spurgo rappresenta la seconda causa principale. Quando i sigilli della scatola di spurgo cedono, l’acqua penetra gradualmente nella zona del motore di rotazione. La presenza di acqua nel lubrificante dei cuscinetti aumenta drasticamente i tassi di usura abrasiva, poiché l’acqua non forma un film protettivo tra le superfici metalliche sotto carico. La spina magnetica mostrerà trucioli metallici fini (e non grandi particelle di distacco) qualora la causa sia l’acqua contaminata: tale condizione è distinguibile dal guasto per distacco grazie alla morfologia delle particelle.

Il sovraccarico dovuto all'usura della guida a manicotto è la terza causa. Un manicotto di guida con gioco eccessivo consente al gambo di oscillare lateralmente durante la percussione, e questo carico laterale viene in parte trasmesso al cuscinetto del motore di rotazione attraverso l'insieme del mandrino. Il cuscinetto subisce carichi radiali per i quali non è stato progettato. Diagnosi: se i cuscinetti si guastano frequentemente e il gioco del manicotto di guida è pari o superiore al limite di sostituzione, il manicotto è la causa radice, anche se non rappresenta il problema evidente più immediato.

Sostituzione e reinstallazione: prevenzione di guasti ricorrenti

Installare un nuovo cuscinetto nello stesso alloggiamento in cui si è verificato di recente un guasto, senza prima ispezionare la superficie interna dell'alloggiamento e quella della spalla dell'albero, è la causa più comune di un nuovo guasto prematuro del cuscinetto. Gli elementi volventi del cuscinetto danneggiato incidono la superficie interna dell'alloggiamento; tali incisioni generano concentrazioni di tensione che danneggiano la pista esterna del nuovo cuscinetto già nelle prime ore di funzionamento. Prima di montare nuovi cuscinetti, pulire, misurare e, se necessario, rettificare o sostituire l'alloggiamento.

La forza di installazione del cuscinetto deve essere applicata sull'anello corretto, ovvero su quello da montare a pressione. Applicare la forza di installazione tramite un elemento volvente danneggia immediatamente le piste di rotolamento, causando un guasto che appare come usura prematura ma che in realtà è dovuto a un danno provocato durante l'installazione. HOVOO fornisce kit di tenute per motori di rotazione compatibili con tutti i principali marchi di perforatori. Elenco completo dei riferimenti su hovooseal.com.