Come mantenere il sistema di lubrificazione della perforatrice? Prevenire inceppamenti e usura

I perforatori idraulici per roccia dispongono di due distinti sistemi di lubrificazione, spesso confusi tra loro; la manutenzione di uno solo dei due, trascurando l’altro, è una causa comune di guasti prematuri del drifter. Il primo è il circuito idraulico stesso: l’olio ad alta pressione che aziona le funzioni di percussione, rotazione e avanzamento lubrifica anche l’alloggiamento del pistone, il blocco valvole e il sistema di ingranaggi di rotazione attraverso i giochi progettati e i circuiti di drenaggio. Il secondo è il sistema di lubrificazione del gambo: un circuito dedicato e separato che fornisce olio o nebbia oleosa specificamente all’adattatore del gambo, al manicotto di guida e alle interfacce a dentatura (spline) in cui l’adattatore del gambo entra in contatto con il motore di rotazione.

Le unità di rotazione senza lubrificazione del gambo si guastano rapidamente. Il contatto tra il gambo e la scanalatura del mandrino trasmette contemporaneamente coppia e carichi di reazione d’urto alla frequenza di 30–65 Hz. In assenza di una lubrificazione adeguata a tale interfaccia, il contatto metallo-su-metallo sotto tali carichi provoca usura da frettling, grippaggio e, infine, danni alle scanalature che richiedono la sostituzione sia del gambo sia dei componenti del mandrino di rotazione. Si tratta di un guasto prevenibile, ma ciò richiede di comprendere cos’è il circuito di lubrificazione del gambo, dove viene erogato il lubrificante e cosa accade quando tale circuito viene interrotto.

Funzionamento del circuito di lubrificazione del gambo

La maggior parte dei perforatori idraulici fornisce la lubrificazione del gambo mediante uno dei due metodi. L’approccio tradizionale utilizza aria compressa proveniente dal circuito ausiliario di aria della macchina operatrice o da un piccolo compressore dedicato per atomizzare l’olio per perforatrici roccia in una nebbia e iniettarla nell’alloggiamento del gambo attraverso un orifizio calibrato. La nebbia oleosa ricopre le superfici delle scanalature e il foro della boccola di guida con un film lubrificante ad ogni ciclo di percussione. I sistemi Atlas Copco/Epiroc e Sandvik hanno storicamente utilizzato questo approccio, con un consumo di olio per la lubrificazione del gambo compreso tra 600 e 1.200 g/ora, a seconda del modello di perforatore.

Il sistema di lubrificazione circolante della barra portautensile (CSL), introdotto da Sandvik sui modelli come RD1635CF e HL1560T, adotta un approccio diverso: indirizza olio idraulico filtrato dal circuito del motore di rotazione attraverso la scatola della barra portautensile, lubrifica le interfacce e restituisce l’olio usato al sistema idraulico per la filtrazione e il riutilizzo, anziché scaricarlo. Il sistema CSL riduce il consumo di olio lubrificante per la barra portautensile fino al 70% rispetto ai tradizionali sistemi a nebbia ed elimina la necessità di un serbatoio separato per l’olio della barra portautensile sulla perforatrice. L’architettura a circuito chiuso implica inoltre che l’olio lubrificante non trasporti contaminanti provenienti dall’acqua di spurgo all’interno della scatola della perforatrice, come invece può accadere con i tradizionali sistemi a nebbia quando cambia l’orientamento della perforatrice.

Le conseguenze di una lubrificazione insufficiente della barra portautensile

Una lubrificazione insufficiente del gambo provoca una sequenza ben definita di guasti. Prima fase: aumento della coppia di rotazione a causa dell’aumento dell’attrito tra le scanalature e il mandrino. Ciò si manifesta con letture di pressione di rotazione superiori al normale sul manometro, che gli operatori spesso attribuiscono alla durezza della formazione piuttosto che a un problema di lubrificazione. Seconda fase: l’usura da frettling sulle superfici di contatto delle scanalature genera fini particelle metalliche che migrano nel gioco di accoppiamento del supporto di guida, aumentando il gioco laterale del gambo e accelerando, di conseguenza, l’usura della bussola di guida, come descritto separatamente. Terza fase: la grippatura all’interfaccia delle scanalature provoca un trasferimento adesivo di materiale tra le superfici del gambo e del mandrino, che poi si rompe sotto il carico combinato di impatto e coppia, innescando la formazione di cricche alla radice delle scanalature.

Il periodo di tempo che intercorre tra la prima riduzione della lubrificazione e l'insorgenza di danni visibili ai denti della scanalatura dipende dalla frequenza di percussione e dalla durezza della formazione geologica. In granito duro, alla massima frequenza di percussione, tale degrado può verificarsi già dopo 50–100 ore di percussione con lubrificazione insufficiente dello stelo. In formazioni più tenere e a pressione di percussione parziale, potrebbero essere necessarie fino a 200 ore. In entrambi i casi, tale intervallo è significativamente più breve rispetto alla vita utile progettata del perforatore.

Portata di lubrificazione e specifiche dell’olio in base al tipo di perforatore

La specifica dell’olio è importante non solo per la viscosità. Gli oli per aste di perforatrici rocciose devono contenere additivi formatori di film che mantengano la propria efficacia anche sotto carichi d’urto: le pressioni di contatto istantanee all’interfaccia delle scanalature durante gli urti del pistone sono di diversi ordini di grandezza superiori alla pressione statica. Un olio idraulico di uso generale non offre una protezione EP (a pressione estrema) adeguata per questa applicazione. Gli oli specifici per perforatrici rocciose contengono agenti tackificanti che favoriscono l’adesione del film oleoso alle superfici metalliche tra un colpo e l’altro, impedendone la rimozione causata dalla forza centrifuga durante la rotazione.

Lo scarico del corpo di rotazione: il passaggio di manutenzione più spesso trascurato sul campo

I perforatori idraulici sono dotati di un porto di scarico sul corpo del motore di rotazione che consente di espellere dall'area dello stelo l'olio lubrificante usato, le polveri rocciose e la condensa. Se questo scarico viene ostruito—da detriti accumulati, da una piega nella tubazione di scarico o semplicemente perché la tubazione non viene ricollegata dopo un intervento di manutenzione—l'olio lubrificante usato si accumula nel corpo. L'olio contaminato penetra quindi nel cilindro di percussione attraverso il gioco tra la boccola di guida e lo stelo, mescolandosi al fluido idraulico di percussione. Questa contaminazione accelera contemporaneamente l'usura delle guarnizioni di percussione e della superficie interna del cilindro del pistone.

Controllare la tubazione di scarico a ogni intervallo di manutenzione—verificandone il flusso, accertandosi che non sia schiacciata o ostruita e garantendo che termini in un punto distante dal corpo della perforatrice, dove l'olio possa cadere liberamente—richiede meno di cinque minuti. Ciò evita che il corpo di rotazione diventi una fonte di contaminazione capace di danneggiare i componenti di percussione già al successivo intervallo di manutenzione.

Manutenzione dell'olio idraulico: L'altra metà del sistema

L'olio per il circuito di percussione non richiede additivi lubrificanti separati: l'olio idraulico stesso fornisce il film idrodinamico per la canna del pistone, le valvole a cursore del blocco valvole e il motore di rotazione. Ciò di cui ha bisogno è pulizia. L'olio idraulico contaminato è la causa principale dell'usura delle valvole di percussione, dell'abrasione delle guarnizioni dei manicotti di guida e delle rigature sul motore di rotazione. Il codice di purezza ISO 16/14/11 è l'obiettivo per il circuito di percussione; i sistemi che funzionano con un livello di contaminazione superiore a questo stanno accelerando l'usura di ogni gioco di precisione nel perforatore contemporaneamente.

La sostituzione dell'olio all'intervallo raccomandato dal produttore — e immediatamente dopo qualsiasi guasto a un componente che possa aver introdotto particelle metalliche — costituisce l'azione principale di manutenzione idraulica. HOVOO fornisce kit di tenute per tutti i principali modelli di drifter; quando si programma la sostituzione dell'olio, allinearla all'intervallo di ispezione del kit di tenute, in modo che l'accesso al circuito richiesto da un intervento di manutenzione non ne richieda uno separato tre settimane dopo per l'altro. Riferimenti completi dei modelli su hovooseal.com.