Le macchine per la produzione della carta sono tra gli impianti più impegnativi dell'intero settore manifatturiero britannico. Le dimensioni imponenti di queste macchine – che si estendono dalla sezione di formatura alla sezione di pressatura, alla sezione di essiccazione e alla calandra fino alla bobina – implicano che le singole zone di azionamento possano essere decine, ognuna delle quali richiede un proprio componente di trasmissione calibrato con precisione. Negli stabilimenti del Galles meridionale, dei confini scozzesi e del nord-ovest dell'Inghilterra, i motori delle macchine per la carta funzionano 24 ore su 24 a velocità che superano regolarmente i 2.000 metri al minuto, sottoponendo ogni elemento della trasmissione a uno stress estremo e costante. In questo contesto, il giunto a ingranaggi è diventato il componente di elezione per collegare il motore al riduttore e alla bobina: gestisce l'inevitabile disallineamento dell'albero derivante dalla dilatazione termica, dalla flessione strutturale e dall'assestamento delle fondamenta, trasmettendo al contempo la coppia con un gioco minimo e praticamente senza carico radiale parassita ai cuscinetti a cui è collegato.Principio di funzionamento del giunto a ingranaggi
Incastro della rete dentaria
Un giunto a ingranaggi funziona secondo il principio di una dentatura esterna bombata sui mozzi degli alberi, che si innesta all'interno di una boccola esterna dentata internamente. Il profilo bombato – una curvatura convessa accuratamente progettata sulla superficie del dente – è ciò che conferisce al giunto la sua caratteristica principale: la capacità di compensare il disallineamento angolare tra gli alberi collegati senza generare le forze di ripristino distruttive che altrimenti verrebbero trasmesse a cuscinetti, guarnizioni e macchinari adiacenti. Quando due alberi ruotano con un piccolo angolo l'uno rispetto all'altro, come inevitabilmente accade in una lunga trasmissione di una macchina per la produzione della carta riscaldata dal vapore e soggetta a flessioni strutturali, i denti bombati oscillano dolcemente all'interno della boccola anziché bloccarsi, in modo che la coppia venga trasmessa in modo pulito e il carico del giunto sui cuscinetti adiacenti rimanga basso.
Dinamica del film lubrificante
La lubrificazione continua con grasso o olio all'interno della cavità del manicotto crea un film idrodinamico su ogni contatto tra i denti. Questo film è fondamentale per la longevità dell'accoppiamento. Senza di esso, il micro-scorrimento in corrispondenza dei contatti tra i denti non allineati genererebbe usura da sfregamento e corrosione in poche settimane nelle difficili condizioni di funzionamento di una macchina per la produzione di carta. Un sistema di ingrassaggio o, nelle applicazioni ad alta velocità, un flusso continuo di olio in circolazione mantengono separate le superfici di contatto da un film che si misura tipicamente in micrometri. I tappi terminali sigillati impediscono l'ingresso di umidità e polvere di carta, un problema non trascurabile in ambienti in cui la condensa di vapore gocciola continuamente dai cilindri di asciugatura. Il lubrificante disperde anche il calore generato dall'attrito a livello del contatto tra i denti, stabilizzando la temperatura di esercizio del gruppo di accoppiamento anche alle elevate velocità tipiche delle moderne macchine per la produzione di carta tissue in funzione nello Staffordshire, nel Lancashire o ad Aberdeen.
La scelta del materiale per gli accoppiamenti a ingranaggi utilizzati nei sistemi di azionamento delle macchine per la produzione della carta non può essere considerata una decisione secondaria. L'ambiente operativo, saturo di vapore, soggetto a schizzi di sostanze chimiche derivanti dai processi di sbiancamento e collatura e sottoposto a una coppia ciclica continua, sottopone ogni materiale costituente a sollecitazioni multidimensionali. Il corpo del mozzo, in genere l'elemento più sollecitato, è quasi universalmente realizzato in acciaio legato a medio tenore di carbonio, di qualità come 42CrMo4 o 40Cr. Questa qualità offre una resistenza alla trazione compresa tra 900 e 1.100 MPa dopo il trattamento termico di tempra e rinvenimento, mantenendo al contempo una duttilità sufficiente ad assorbire i carichi d'urto che si verificano durante le sequenze di avviamento del sistema di azionamento. I fianchi dei denti vengono successivamente cementati o temprati a induzione fino a raggiungere valori di durezza superficiale compresi tra 58 e 62 HRC, creando uno strato superficiale duro e resistente all'usura, supportato da un nucleo tenace che resiste alla propagazione delle cricche da fatica sotto le sollecitazioni di flessione generate alla base del dente.Principali vantaggi tecnici per le applicazioni nelle macchine per la carta
Elevata tolleranza di disallineamento
La geometria bombata dei denti compensa disallineamenti angolari fino a 1,5° per ogni ingranaggio e spostamenti radiali di diversi millimetri, assorbendo la dilatazione termica e l'assestamento strutturale tipici delle macchine che si estendono su superfici di produzione da 80 a 120 metri. Questa tolleranza elimina le costose operazioni di allineamento di precisione richieste da altri tipi di giunti dopo ogni intervento di manutenzione, riducendo direttamente i tempi di fermo per le cartiere del Regno Unito che operano con turni di lavoro serrati.
Alta densità di coppia
La coppia trasmessa per unità di peso e volume è considerevolmente superiore per gli accoppiamenti a ingranaggi rispetto ai design con elementi flessibili concorrenti a parità di diametro del foro. Per gli azionamenti della sezione di essiccazione delle macchine per la carta, dove lo spazio disponibile tra i cuscinetti dei rulli è spesso limitato dalla geometria della fila di cilindri, questa capacità di coppia compatta consente ai progettisti di installare un accoppiamento con una portata adeguata senza dover allargare la spaziatura del supporto del cuscinetto lato azionamento o riprogettare la disposizione dell'albero di trasmissione. Ciò è particolarmente importante nei progetti di ammodernamento in cui una cartiera del Regno Unito aggiorna il motore o il riduttore senza voler modificare il telaio della macchina per la carta.
Intervalli a manutenzione zero
Le varianti con lubrificazione a vita che utilizzano grasso ad alta temperatura, formulato per mantenere una viscosità adeguata nell'intervallo di temperatura compreso tra 80 e 120 °C, tipico delle zone vicine ai cilindri di essiccazione, consentono di estendere gli intervalli di manutenzione programmata fino agli arresti annuali anziché alle ispezioni trimestrali. Per un impianto del Regno Unito con una finestra di arresto programmata di soli sei-otto giorni all'anno, la riduzione della frequenza e della durata degli interventi di manutenzione relativi agli accoppiamenti si traduce direttamente in un aumento misurabile della disponibilità operativa e del volume di produzione.
Resistenza all'umidità e alla corrosione
I giunti sigillati con guarnizioni terminali in nitrile o elastomero Viton e ingrassatori interni creano un'efficace barriera contro l'umidità atmosferica, la condensa di vapore e le nebbie chimiche che permeano l'ambiente della sala macchine per la produzione della carta. I trattamenti superficiali, tra cui la fosfatazione allo zinco, la nichelatura chimica o la zincatura a caldo, applicati alle superfici esterne, prevengono la corrosione estetica e strutturale che altrimenti ridurrebbe la durata utile nell'atmosfera umida e chimicamente attiva tipica degli impianti integrati di produzione di cellulosa e carta in Scozia, Galles e nel nord dell'Inghilterra.
Tabella dei parametri tecnici e prestazionali del prodotto
Scenari di applicazione industriale per giunti a ingranaggi
La sezione di formazione è la parte della macchina continua che impone le sollecitazioni più severe ai componenti del sistema di azionamento. I rulli di filo e di formazione operano in un ambiente saturo di acqua bianca, ovvero la miscela di acqua, fibre e additivi chimici che drena attraverso il tessuto di formazione. L'infiltrazione di umidità, l'attacco chimico e l'estrema precisione richiesta per il controllo della tensione del tessuto convergono in questo punto della macchina. I giunti a ingranaggi installati nella sezione di formazione devono compensare il disallineamento angolare causato dalla flessione dei rulli sotto carico di pressione, fornendo al contempo una coppia costante ai rulli di formazione e ai rulli del piano di lavoro che controllano il drenaggio della pasta. Negli stabilimenti di produzione di carta tissue britannici di Manchester e delle Midlands, dove le velocità delle macchine raggiungono regolarmente i 1.800 metri al minuto, il giunto deve anche contribuire all'eccellente bilanciamento dinamico del sistema di azionamento: qualsiasi squilibrio del giunto genera forze vibratorie cicliche che si manifestano direttamente come variazioni di grammatura trasversale nella carta finita, influenzando la qualità del prodotto e la soddisfazione del cliente.
La sezione di essiccazione è la zona più ampia e meccanicamente complessa di una macchina per la produzione della carta. Una tipica macchina per la carta da giornale utilizzata in Galles o nel Nord dell'Inghilterra ha da 60 a 90 cilindri di essiccazione disposti su due file, ciascuno dei quali ruota a una velocità strettamente controllata per mantenere il profilo di tensione del nastro di carta necessario per un funzionamento stabile. Questi cilindri sono azionati tramite una combinazione di ingranaggi di essiccazione e azionamenti individuali, con giunti a ingranaggi che collegano ciascun elemento di azionamento al perno del cilindro o tramite un albero pignone del riduttore. L'ambiente termico nella sezione di essiccazione espone regolarmente i giunti della fila inferiore di essiccatori al calore radiante proveniente dalle superfici dei cilindri riscaldate a vapore a temperature comprese tra 130 e 160 °C, richiedendo specifiche di grasso per alte temperature e materiali per i mozzi con un'adeguata resistenza allo scorrimento viscoso ad alte temperature.
La bobina Pope, situata nella parte a secco della macchina continua per la produzione della carta, forma una bobina jumbo di carta finita, accelerando da zero alla velocità massima della macchina ad ogni cambio di bobina, che può avvenire ogni 20-45 minuti a seconda del tipo di carta e della larghezza della macchina. I sistemi di azionamento del tamburo e del rullo di trascinamento devono gestire cicli di accelerazione ripetuti, nonché la coppia continua necessaria per avvolgere la bobina secondo un profilo di tensione controllato. Gli accoppiamenti a ingranaggi che collegano il riduttore del motore del tamburo al perno del tamburo devono essere dimensionati non solo per la coppia a regime, ma anche per la coppia di picco durante l'accelerazione, che può essere da due a tre volte superiore alla coppia di funzionamento nelle configurazioni di avvolgimento ad alta inerzia.
Prodotti Ever Power Gearbox in evidenza
Riduttore PTO HC-RC31
Un riduttore di forza robusto e compatto, progettato per applicazioni agricole e industriali impegnative, che offre prestazioni di presa di forza affidabili grazie alla robusta struttura degli ingranaggi. Ideale per l'utilizzo con trattori e gruppi elettrogeni fissi in aziende agricole e industriali del Regno Unito, l'HC-RC31 è dotato di ingranaggi lavorati con precisione, un alloggiamento resistente e punti di accesso per la manutenzione facilmente raggiungibili, che riducono i tempi di intervento sul campo.
Riduttore PTO HC-RC30-193
Il riduttore HC-RC30-193 è un riduttore per presa di forza ad alta capacità progettato per applicazioni che richiedono una trasmissione di potenza elevata con un'ampia gamma di alesaggi. Realizzato con ingranaggi in lega trattati termicamente e un alloggiamento in fusione ad alta resistenza, è in grado di gestire i picchi di coppia tipici delle macchine agricole e dei sistemi di trasmissione industriali leggeri utilizzati in ambito industriale nel Regno Unito. La sua compatibilità dimensionale con i comuni standard di montaggio dei riduttori semplifica l'installazione e la sostituzione nelle configurazioni di trasmissione esistenti.
Caso di successo del cliente: la cartiera di Flintshire, nel Galles del Nord.
Un produttore di carta da giornale e da imballaggio di medie dimensioni con sede nel Flintshire, nel Galles del Nord, che utilizza due macchine Fourdrinier e una macchina ondulatrice separata, si è rivolto a Ever Power alla fine del 2023 per un problema ricorrente su una delle posizioni di azionamento della sezione di essiccazione. La cartiera subiva arresti imprevisti all'incirca ogni otto settimane sulla macchina di essiccazione numero 2, causati dalla rapida usura dei denti di accoppiamento sull'uscita del riduttore del terzo gruppo di essiccazione. Cosa dicono gli ingegneri del Regno Unito sui giunti Ever Power Gear
"Abbiamo scelto il giunto a ingranaggi per impieghi gravosi Ever Power per l'azionamento del rullo della nostra pressa numero 1 nell'ambito della revisione di un essiccatore, e il supporto tecnico ricevuto durante il processo di selezione è stato eccezionale. Hanno correttamente individuato che il nostro precedente giunto era sottodimensionato per la coppia di serraggio massima e ci hanno fornito un ricambio che ora funziona da due anni senza alcun problema di usura dei denti. La lavorazione personalizzata dell'alesaggio, con la nostra precisa tolleranza di accoppiamento H7, è stata eseguita con una precisione a livello di micron."
— Responsabile dell'ingegneria meccanica, stabilimento di produzione di cartone per imballaggi, Sheffield
"I tempi di consegna per un giunto distanziatore personalizzato per la sezione di asciugatura della nostra macchina per tissue sono stati di soli 18 giorni lavorativi, dall'approvazione del disegno alla consegna presso il nostro stabilimento di Glasgow: un risultato davvero notevole per un articolo completamente personalizzato. Il giunto è arrivato con tutte le certificazioni dei materiali, il rapporto di controllo dimensionale e la documentazione per il riempimento con grasso. È stato installato direttamente sulla macchina senza alcun problema di montaggio in loco. La disponibilità di Ever Power a produrre un ricambio perfettamente intercambiabile per un componente OEM preesistente ci ha risparmiato un'importante riprogettazione."
— Ingegnere senior dei sistemi di azionamento, stabilimento di produzione di tessuti, Glasgow
“Abbiamo testato i giunti a ingranaggi della serie standard Ever Power su tre posizioni di azionamento dei rulli di formatura sulla nostra macchina fourdrinier a Birmingham, a seguito delle scarse prestazioni delle unità del nostro precedente fornitore. Dopo 14 mesi di servizio, inclusi due controlli durante le fermate estive, l'usura dei denti è stata trascurabile e non abbiamo riscontrato guasti legati alla lubrificazione. Il costo per unità si è rivelato competitivo rispetto ai fornitori europei e la documentazione tecnica ha soddisfatto i requisiti del nostro sistema di qualità senza necessità di solleciti. Estenderemo le specifiche Ever Power alle restanti posizioni di azionamento durante la nostra prossima revisione programmata.”
— Responsabile della pianificazione della manutenzione, cartiera di Birmingham
Domande frequenti: Giunti a ingranaggi per cartiere del Regno Unito
Pronti a specificare i giunti a ingranaggi per la vostra cartiera nel Regno Unito?
Invia le dimensioni dell'albero e i dati di azionamento al team di ingegneri di Ever Power per una consulenza tecnica senza impegno e un preventivo competitivo.
modifica a cura di gzl