{"id":6590,"date":"2020-02-06T14:50:13","date_gmt":"2020-02-06T14:50:13","guid":{"rendered":"https:\/\/inmotion-web.it\/?p=6590"},"modified":"2025-06-17T13:23:30","modified_gmt":"2025-06-17T13:23:30","slug":"cuscinetti-innovativi-per-i-laminatoi-ad-alta-velocita","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.publiteconline.it\/inmotion\/cuscinetti-innovativi-per-i-laminatoi-ad-alta-velocita\/","title":{"rendered":"Cuscinetti innovativi per i laminatoi ad alta velocit\u00e0"},"content":{"rendered":"\n

I laminatoi odierni mirano a massimizzare la produttivit\u00e0 gestendo carichi sempre pi\u00f9 pesanti e velocit\u00e0 sempre pi\u00f9 elevate. Gli innovativi cuscinetti a rulli conici 2TS-IMC e 2TSMA-IMC, sviluppati da Timken<\/strong> per i dispositivi ausiliari di questi laminatoi ad alta velocit\u00e0, soddisfano appieno le aspettative dei clienti: la geometria interna degli anelli e dei rulli dei cuscinetti \u00e8 concepita per ridurre al minimo la generazione di calore anche in tali condizioni operative. <\/p>\n\n\n\n

di Sorin Tudor<\/em><\/p>\n\n\n\n

Ci concentriamo sui dispositivi ausiliari del laminatoio che operano in condizioni di velocit\u00e0 elevata e molto elevata con carichi pesanti. I cuscinetti installati sugli alberi d\u2019entrata dei riduttori per laminatoi a freddo e per tubi, e quelli installati sugli alberi di uscita degli aspi avvolgitori e svolgitori di laminatoi a freddo per alluminio e acciaio, sono quelli pi\u00f9 spesso esposti a velocit\u00e0 elevate o molto elevate.
I cuscinetti degli alberi di entrata operano in condizioni di velocit\u00e0 elevate principalmente a causa dell\u2019alta velocit\u00e0 di rotazione che deriva dal motore elettrico, mentre quelli degli alberi di uscita degli aspi operano in condizioni di velocit\u00e0 elevate principalmente a causa del diametro molto ampio dell\u2019alesaggio dell\u2019anello interno.
La \u201cThe Timken Company\u201d offre una gamma completa di soluzioni per i dispositivi ausiliari dei laminatoi, tra cui: cuscinetti (a sfere, a rulli conici, cilindrici e orientabili); prodotti per cuscinetti (supporti, prodotti per la lubrificazione e tenute); apparecchiature di trasmissione di potenza (giunti, ingranaggi, cinghie e catene) e servizi (ispezione e riparazione dei cuscinetti, sistemi per il monitoraggio delle condizioni).
Le soluzioni Timken aiutano a garantire la costante operativit\u00e0 dei dispositivi ausiliari. La struttura innovativa dei cuscinetti a rulli conici di 2TS-IMC e 2TSMA-IMC \u00e8 stata sviluppata da Timken per condizioni operative ad altissima velocit\u00e0. <\/p>\n\n\n\n

Il riduttore del laminatoio<\/strong>
Il sistema di trasmissione del laminatoio fornisce energia meccanica all\u2019azionamento dei cilindri superiore e inferiore della gabbia del laminatoio. Il sistema \u00e8 configurato con un motore elettrico, un riduttore ad ingranaggi (Figura 2) e una gabbia pignone, il tutto collegato mediante giunti. Il motore elettrico in genere copre una gamma di potenza compresa tra 500 kW e 15 MW e funziona a una velocit\u00e0 di rotazione pari o superiore a 1500 giri\/min. La coppia del motore, misurata in kNm, \u00e8 personalizzata per soddisfare i requisiti operativi del laminatoio.
Il ruolo del riduttore ad ingranaggi \u00e8 aumentare la coppia fornita dal motore elettrico e ridurre la velocit\u00e0 di rotazione. La coppia del motore aumenta con il rapporto di trasmissione dall\u2019albero di entrata all\u2019albero di uscita. La velocit\u00e0 di rotazione diminuisce in base al rapporto di trasmissione dei vari ingranaggi presenti sugli alberi dall’ingrasso all\u2019uscita.
La potenza resta approssimativamente costante su tutti gli alberi delle trasmissioni a ingranaggi ed \u00e8 ridotta solo dall\u2019efficienza del riduttore. Esistono numerose configurazioni di riduttori per laminatoi, incluse quelle con singolo, doppio e triplo stadio di riduzione. Nonostante le variazioni, tutte queste trasmissioni a ingranaggi sono considerate soggette a carico pesante e sono studiate per un\u2019elevata affidabilit\u00e0, con un obiettivo di durata di vita L10 del cuscinetto tipicamente pari o superiore a 50.000 ore.
La gabbia pignone suddivide in due la potenza in uscita dal riduttore per azionare i cilindri della gabbia del laminatoio. Il riduttore e la gabbia pignone possono essere unit\u00e0 separate o un\u2019unit\u00e0 singola combinata.
I giunti collegano i componenti della trasmissione dal motore elettrico alla gabbia e assicurano la trasmissione di potenza tra di essi. Inoltre, devono gestire la coppia, il disallineamento tra le apparecchiature, gli urti e le vibrazioni.<\/p>\n\n\n\n

Sistemi per aspi avvolgitori e svolgitori<\/strong>
Le linee dei treni di laminazione in genere includono processi di formazione di rotoli o bobine di materiale. Pertanto, presentano almeno un aspo (Figura 3) per riavvolgere o svolgere il materiale laminato. Queste bobinatrici hanno diversi nomi tra cui avvolgitori, svolgitori, roccatrici, sbobinatori e aspi tensionatori.<\/p>\n\n\n\n

Velocit\u00e0 elevate – Considerazioni teoriche<\/strong>
a) Cuscinetti a rulli conici – valutazione della velocit\u00e0
La velocit\u00e0 di un cuscinetto a rulli conici viene generalmente valutata in corrispondenza del centro del bordino maggiore dell\u2019anello interno (Figura 4). La velocit\u00e0 periferica \u00e8 calcolata in questo punto.
La formula per il calcolo \u00e8:
Dove: Dm = diametro medio del bordo pi\u00f9 grande dell\u2019anello interno in mm, n = velocit\u00e0 del cuscinetto giri\/min.
Questo documento considera una velocit\u00e0 periferica in corrispondenza del bordo pari a 15 m\/s come punto iniziale del campo ad alta velocit\u00e0 per i cuscinetti a rulli conici, che operano su dispositivi ausiliari di laminatoi per lavori gravosi. In applicazioni per lavori gravosi ed alte velocit\u00e0 devono essere valutati: la struttura dei cuscinetti, la loro geometria interna, il lubrificante e il sistema di lubrificazione.
b) Cuscinetti orientabili a rulli e a rulli cilindrici – valutazione della velocit\u00e0
Le classificazioni di velocit\u00e0 termica dei cuscinetti a rulli cilindrici (CRB) e orientabili a rulli (SRB) Timken sono elencate a catalogo, nelle tabelle relative ai cuscinetti. Questi valori sono stati determinati bilanciando il calore generato all\u2019interno del cuscinetto e il calore dissipato dallo stesso.
c) Condizioni operative ad alta velocit\u00e0 – problemi relativi alle applicazioni che impiegano dispositivi ausiliari
Oggi si tende a massimizzare i tempi d\u2019esercizio di tutti gli impianti. Per raggiungere questo obiettivo, i dispositivi ausiliari gestiscono carichi pi\u00f9 pesanti e velocit\u00e0 pi\u00f9 elevate che mai. Le prestazioni e i danneggiamenti del cuscinetto rappresentano dei problemi in questo caso.
La Figura 5 mostra un esempio di un anello esterno doppio di un cuscinetto a rulli conici (TDO) danneggiato dalla rottura della gabbia. Il\u00a0cuscinetto \u00e8 stato installato sull\u2019albero d\u2019ingresso ad alta velocit\u00e0 di un riduttore a ingranaggi ed \u00e8 anche stato esposto a condizioni estreme di accelerazioni e decelerazioni.
I restanti componenti del cuscinetto (anelli interni ed esterni e rulli) sono stati posizionati accanto al TDO, nella scatola del cuscinetto originale. L\u2019analisi post-danneggiamento mostra che i componenti del cuscinetto sono in buono stato ad eccezione di una delle due gabbie, che risulta rotta.
La Figura 6 mostra un esempio di cuscinetto orientabile a rulli surriscaldato che ha operato in una trasmissione a ingranaggi ad alta velocit\u00e0.<\/p>\n\n\n\n

Soluzioni innovative per dispositivi ausiliari di laminatoi ad altissima velocit\u00e0 <\/strong>
I cuscinetti usati tradizionalmente nelle trasmissioni ad ingranaggi e negli aspi sono cuscinetti orientabili a rulli (SRB), a rulli cilindrici (CRB) o a rulli conici nella configurazione TDO. I danneggiamenti pi\u00f9 tipici sono: bruciatura\/surriscaldamento (dovuti a scarsa lubrificazione) o danneggiamenti della gabbia (file di rulli scariche in caso di carichi assiali elevati, gioco elevato della gabbia oppure eccessivo gioco a cuscinetto installato) quando funzionano a velocit\u00e0 molto elevate. La The Timken Company ha sviluppato due nuovi cuscinetti a rulli conici innovativi (2TS-IMC e 2TSMA-IMC) per far fronte a questi problemi.<\/p>\n\n\n\n

a) 2TS-IMC – due file singole con montaggio indiretto in una bussola.
\nI cuscinetti 2TS-IMC sono progettati per operare su dispositivi ausiliari del laminatoio dove la velocit\u00e0 in corrispondenza del bordino supera i 25 m\/s. Il gruppo 2TS-IMC \u00e8 composto da due cuscinetti a rulli conici (TS=cuscinetto a rulli conici, a fila singola). I cuscinetti TS sono installati con montaggio indiretto, ovvero montaggio ad \u201cO\u201d (IM=montaggio indiretto) in una bussola porta-cuscinetti (C= bussola porta-cuscinetti), come mostrato nella Figura 7a. Agli anelli esterni del cuscinetto TS \u00e8 impedita la rotazione per mezzo di una chiavetta (Figura 7b). Il tutto viene poi inserito e bloccato tramite una seconda serie di due chiavette nell\u2019alloggiamento del riduttore (Figura 7c) per impedirne a sua volta la rotazione.
\nIl gruppo del cuscinetto tipo 2TS-IMC \u00e8 dotato di molle di pressione agenti sugli anelli esterni (Figura 7c). L\u2019azione del carico esercitato dalle molle \u00e8 volta a mantenere le corone di rulli costantemente a contatto con piste di rotolamento e indurre un gioco operativo finale interno pari a zero. Questa soluzione riduce la vibrazione della gabbia ed il rischio di danneggiamenti precoci. Il cuscinetto presenta delle caratteristiche per ospitare un sistema di circolazione del lubrificante e un design speciale per migliorare la lubrificazione del cuscinetto stesso, e ridurre il rischio di surriscaldamento. Questo speciale design include la raccolta del flusso di lubrificante attraverso una scanalatura creata sul diametro esterno della bussola porta-cuscinetti e viene diretto verso l’estremit\u00e0 piccola dei rulli mediante dei fori di lubrificazione radiali e assiali (Figura 7d).
\nLa geometria interna del cuscinetto \u00e8 concepita per ridurre la generazione di calore in condizioni operative ad altissima velocit\u00e0 e per mitigare il rischio di danneggiamenti alla gabbia.<\/p>\n\n\n\n

b) 2TSMA-IMC – due cuscinetti TS a fila singola provvisti di anello collettore dell’olio di lubrificazione. (MA=collettore), con montaggio indiretto in una bussola porta-cuscinetti
\nAlle velocit\u00e0 operative normali, il lubrificante viene indirizzato all\u2019interno del cuscinetto dall\u2019estremit\u00e0 piccola all\u2019estremit\u00e0 larga del rullo per mezzo di un effetto di auto-pompaggio dell’olio tipico dei cuscinetti a rulli conici (Figura 8). Ad elevate velocit\u00e0, il lubrificante inizia a muoversi verso l\u2019esterno a causa di effetti centrifughi. La forza centrifuga tende a spingere tutto il lubrificante fuori dalla coppa evitando l\u2019area di contatto fra estremit\u00e0 del rullo-bordino del cono. L\u2019area di contatto tra l\u2019estremit\u00e0 larga del rullo e l\u2019adiacente bordino dell\u2019anello interno diventa quindi fondamentale a causa del rischio di surriscaldamento, questa \u00e8 infatti la zona dove vi \u00e8 presenza di attrito radente fra gli elementi a scorrimento. Per ridurre questo rischio, la struttura del cuscinetto 2TSMA-IMC \u00e8 studiata per essere efficace nei dispositivi ausiliari dei laminatoi dove le velocit\u00e0 in corrispondenza del bordino possono superare i 35 m\/s.
\nI cuscinetti 2TSMA-IMC (Figura 9a) presentano tutti gli elementi di design del 2TS-IMC e, inoltre, sono dotati di un componente speciale (il collettore di lubrificante) per garantire una lubrificazione adeguata dell\u2019area di contatto critica tra l\u2019estremit\u00e0 larga del rullo e il bordino del cono, e pertanto ridurre notevolmente il rischio di surriscaldamento del cuscinetto. Il collettore \u00e8 un anello metallico lavorato e montato forzatamente sul diametro esterno del bordino dell\u2019anello interno (Figura 9b). L\u2019idea \u00e8 catturare il lubrificante spinto dalle forze centrifughe in questo collettore e dirigerlo verso l\u2019area di contatto critica sopra descritta mediante fori assiali presenti alla base del bordino stesso.<\/p>\n\n\n\n

L’applicazione su un riduttore a ingranaggi di un aspo avvolgitore ad alta velocit\u00e0 <\/strong>
Una nota societ\u00e0 di produzione dell\u2019alluminio ha aperto un nuovo complesso di laminazione, completando la prima fase di un vasto progetto di modernizzazione. Il pezzo forte \u00e8 un nuovo laminatoio a freddo per l\u2019alluminio che produce i laminati piatti di alluminio pi\u00f9 larghi al mondo, per applicazioni aerospaziali. Timken ha studiato e predisposto l\u2019albero di uscita del mandrino della trasmissione a ingranaggi con aspo avvolgitore (Figura 10). Gli aspi avvolgitori sono stati costruiti da un cliente con il quale Timken ha relazioni da molti anni, e che \u00e8 anche uno dei maggiori produttori di impianti ed apparecchiature di primo montaggio (OEM) al mondo.
Le configurazioni tradizionali dei cuscinetti (tipi SRB, CRB e TDO) non possono adattarsi alle estreme condizioni operative ad alta velocit\u00e0 (velocit\u00e0 massima in corrispondenza del bordino pari a 35 m\/s) a causa del diametro dell\u2019alesaggio dell\u2019anello interno molto grande (~660 mm) combinato con una velocit\u00e0 di rotazione massima di 900 giri\/min. Il nuovo cuscinetto 2TSMA-IMC di Timken, codice prodotto NP293620 \u2013 NP995047 (Figura 11), \u00e8 stato progettato per queste specifiche condizioni. La geometria interna del cuscinetto \u00e8 stata precisamente concepita per ridurre i rischi di surriscaldamento e danni alla gabbia.
Timken ha inoltre fornito specifiche relative al lubrificante e raccomandazioni sul sistema di lubrificazione (caratteristiche del lubrificante, quantit\u00e0 del flusso di lubrificante e posizione del getto del lubrificante) per il nuovo riduttore con aspo avvolgitore (Figura 12).
Durante il funzionamento del riduttore, il getto di olio lubrificante viene diretto nell\u2019area del collettore. Il collettore cattura il lubrificante grazie alle forze centrifughe e lo dirige verso l\u2019area di contatto critica tra l\u2019estremit\u00e0 larga del rullo e il bordino mediante fori assiali presenti nell\u2019anello interno.
Il costruttore dell\u2019impianto ha testato la trasmissione e l\u2019aspo avvolgitore ad una velocit\u00e0 di uscita massima per un\u2019ora, quindi il cuscinetto 2TSMA-IMC NP293620 – NP995047 ha dovuto operare costantemente a una velocit\u00e0 in corrispondenza del bordino pari a 35\u00a0m\/s. Durante i test, la temperatura del cuscinetto \u00e8 rimasta costantemente al di sotto degli 80\u00b0C. I livelli di vibrazione sono rientrati entro limiti accettabili e l\u2019ispezione successiva al test ha dimostrato che la gabbia ha resistito bene alle condizioni di prova. <\/p>\n\n\n\n

Riepilogo e conclusioni<\/strong>
Gli impianti di laminazione odierni mirano a massimizzare la produttivit\u00e0. Per raggiungere questo obiettivo, i dispositivi ausiliari dei laminatoi gestiscono carichi pi\u00f9 pesanti e velocit\u00e0 pi\u00f9 alte che mai. La durata e i danneggiamenti ai cuscinetti rappresentano problemi seri.
The Timken Company offre una gamma completa di soluzioni per i dispositivi ausiliari, tra cui cuscinetti (a sfere, a rulli conici, cilindrici e orientabili), prodotti collegati ai cuscinetti (supporti, lubrificazione e tenute), apparecchiature di trasmissione di potenza (giunti, ingranaggi, cinghie e catene) e servizi (ispezione e riparazione dei cuscinetti, sistemi per il monitoraggio delle condizioni). Queste soluzioni garantiscono alti livelli di produttivit\u00e0 dei dispositivi ausiliari del laminatoio che operano in condizioni particolarmente esigenti.
Gli innovativi cuscinetti a rulli conici 2TS-IMC e 2TSMA-IMC sono stati sviluppati da Timken per i dispositivi ausiliari dei laminatoi che operano in condizioni di altissima velocit\u00e0 (velocit\u00e0 in corrispondenza del bordino oltre i 25 m\/s). La geometria interna degli anelli e dei rulli dei cuscinetti \u00e8 concepita per ridurre al minimo la generazione di calore anche in tali condizioni operative. Questi cuscinetti sono stati testati sulle linee di laminazione e soddisfano appieno le aspettative dei clienti.
I vantaggi dell\u2019innovativa configurazione degli 2TS-IMC e 2TSMA-IM rispetto ai design tradizionali SRB, CRB o TDO includono:
a. Capacit\u00e0 di raggiungere una maggiore velocit\u00e0 con un carico elevato
b. Riduzione del rischio di surriscaldamento del cuscinetto garantendo una corretta lubrificazione
c. Riduzione del rischio di danni alla gabbia (file scariche in caso di carichi assiali elevati, gioco elevato della gabbia oppure elevato gioco finale a cuscinetto installato)
La bussola porta-cuscinetti 2TS-IMC e 2TSMA-IMC consente l\u2019uso dello stesso assemblaggio in posizioni dell\u2019albero fisse e flottanti. l<\/p>\n\n\n\n

Note sull\u2019autore: Sorin Tudor \u00e8 Specialist Application Engineer -HI Primary Metals presso Timken Europe Customer Engineering.<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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