Cuscinetto articolato per mulino a sfere: metallo bianco (Babbitt) vs elemento volvente, lubrificazione idrodinamica e guida alle modalità di guasto

Un mulino a sfere o un mulino SAG in un impianto di lavorazione del cemento o dei minerali può pesare 1.000-5.000 tonnellate quando è completamente carico di mezzi di macinazione e minerale. L'intera massa rotante è supportata in due punti: i cuscinetti del perno all'estremità di alimentazione e all'estremità di scarico del mulino. In un grande mulino SAG, ciascun cuscinetto del perno può sopportare un carico radiale statico di 3.000–8.000 kN su un diametro del perno dell'albero di 800–1.800 mm. Il cuscinetto che supporta questo carico non è un cuscinetto volvente standard da catalogo: è un cuscinetto idrodinamico in metallo bianco (Babbitt) di precisione, che funziona su una sottile pellicola di olio pressurizzato che in genere ha uno spessore di soli 50-150 micron. Quando questo film d'olio è intatto, il cuscinetto funziona indefinitamente con un'usura praticamente nulla. Quando la pellicola si rompe, all'avvio, durante un'interruzione della fornitura di petrolio o in caso di sovraccarico, il contatto metallo-metallo avviene in pochi millisecondi e il morbido rivestimento Babbitt si sacrifica per proteggere il perno dell'albero. Un singolo guasto del cuscinetto del perno in una grande cartiera SAG può costare dai 2 ai 5 milioni di dollari in perdita di produzione, riparazione dell'albero e rimetallizzazione dei cuscinetti.

Questa guida fornisce il quadro tecnico completo per la selezione, la specifica e la manutenzione dei cuscinetti per perni di mulini a sfere e di macinazione, coprendo la scelta fondamentale tra cuscinetti in metallo bianco (Babbitt) ed elementi volventi, la teoria della lubrificazione idrodinamica e il numero di Sommerfeld, la progettazione del sistema di lubrificazione forzata, le specifiche del gioco dei cuscinetti e le modalità di guasto che derivano da specifiche errate o carenze del sistema di lubrificazione.

Parte 1: Tipi di cuscinetti per perno: metallo bianco vs elemento volvente

1.1 La scelta fondamentale

Per il supporto del perno del mulino di macinazione vengono utilizzate due tecnologie di cuscinetti:

Cuscinetti idrodinamici in metallo bianco (Babbitt) : la tecnologia dominante per i grandi stabilimenti (diametro del mantello > 3,0 m). Il perno del perno ruota all'interno di un guscio del cuscinetto forato di precisione rivestito in metallo Babbitt. Una pellicola d'olio pressurizzata separa il perno dalla superficie Babbitt in condizioni operative normali.

Cuscinetti volventi (cuscinetti orientabili a rulli) : utilizzati per mulini più piccoli (diametro del mantello < 3,0 m) e per mulini in cui la semplicità della manutenzione dei cuscinetti volventi è prioritaria rispetto alla capacità di carico finale dei cuscinetti idrodinamici.

1.2 Tecnologia dei cuscinetti in metallo bianco (Babbitt).

I cuscinetti in metallo bianco utilizzano uno strato di lega Babbitt legato a un guscio di supporto in acciaio o ghisa. Lo strato Babbitt, tipicamente spesso 3-12 mm, costituisce la superficie portante effettiva che entra in contatto con il film d'olio.

Composizioni delle leghe Babbitt:

Per i cuscinetti per perno dei mulini a sfere e SAG, Babbitt a base di stagno (grado 2) è la specifica standard: fornisce la migliore combinazione di resistenza alla fatica, resistenza alla corrosione e incorporabilità (la capacità di assorbire piccole particelle contaminanti senza rigare il perno dell'albero).

Proprietà chiave di Babbitt come materiale per cuscinetti:

• Usura sacrificale: Babbitt è più morbido del perno dell'albero (tipicamente 20–30 HB contro 200–300 HB per il perno temprato). Sotto il contatto metallo-metallo, il Babbitt si usura preferibilmente, proteggendo da eventuali danni il perno dell'albero, molto più costoso.

• Integrabilità: la matrice morbida Babbitt può incorporare piccole particelle dure (scaglie di laminazione, polvere, detriti dovuti all'usura) che entrano nel cuscinetto, impedendo loro di rigare la superficie del perno.

• Conformabilità: Babbitt può deformarsi leggermente sotto carico per adattarsi a un lieve disallineamento tra il foro del cuscinetto e il perno, distribuendo il carico in modo più uniforme rispetto a un materiale del cuscinetto rigido.

• Limite di fatica: il limite principale di Babbitt è la sua resistenza alla fatica: sotto carico ciclico, lo strato di Babbitt può rompersi e delaminarsi dal supporto. La pressione di supporto consentita per Babbitt a base di stagno è generalmente compresa tra 3,5 e 7,0 MPa per il funzionamento continuo.

1.3 Cuscinetti volventi per perni di mulini

Per i mulini di macinazione più piccoli, i cuscinetti orientabili a rulli sono i cuscinetti volventi standard per il supporto del perno. I cuscinetti orientabili a rulli vengono selezionati perché:

• La loro capacità di autoallineamento (disallineamento fino a ±2,5°) compensa la deflessione dell'albero e l'assestamento delle fondazioni che si verificano negli impianti di macinazione

• La loro elevata capacità di carico radiale rispetto al diametro del foro

• La loro capacità di sopportare carichi combinati radiali e assiali

La limitazione dei cuscinetti volventi per i perni di articolazione di grandi dimensioni è la dimensione del foro disponibile: i cuscinetti orientabili a rulli standard sono disponibili con un diametro del foro fino a circa 1.250 mm, il che limita la loro applicazione ai mulini con diametri dei perni di articolazione inferiori a circa 1.100 mm. Per gli stabilimenti più grandi, i cuscinetti idrodinamici in metallo bianco rappresentano l’unica opzione pratica.

1.4 Criteri di selezione: metallo bianco vs elemento volvente

Parte 2: Teoria della lubrificazione idrodinamica: i fondamenti della progettazione dei cuscinetti articolati

2.1 L'equazione di Reynolds e la formazione del film d'olio

Il film d'olio idrodinamico in un cuscinetto articolato è generato dall'azione a cuneo del perno rotante. Mentre il perno ruota, trascina l'olio nello spazio convergente tra la superficie del perno e il foro del cuscinetto. La pressione che si accumula in questo cuneo d'olio convergente supporta il carico del perno: questa è la lubrificazione idrodinamica.

L’equazione che governa la distribuzione della pressione nel film d’olio è l’equazione di Reynolds:

Dove:

• P = pressione del film d'olio (Pa)

• h = spessore locale del film d'olio (m)

• μ = viscosità dinamica dell'olio (Pa·s)

• u = velocità superficiale del perno (m/s)

• x = coordinata circonferenziale

• z = coordinata assiale

L’intuizione chiave dell’equazione di Reynolds è che la pressione del film d’olio – e quindi la capacità di carico – è proporzionale a:

• La viscosità dell'olio  μ (viscosità maggiore → pressione del film più elevata → capacità di carico maggiore)

• La velocità superficiale del perno u (velocità maggiore → più olio trascinato nel cuneo → maggiore pressione del film)

• L'inverso dello spessore del film h⊃3; (film più sottile → gradiente di pressione più elevato → maggiore capacità di carico, ma anche maggiore rischio di rottura del film)

2.2 Il numero di Sommerfeld: il parametro chiave della progettazione

Il numero di Sommerfeld (S) è il parametro adimensionale che caratterizza la condizione operativa di un cuscinetto idrodinamico. Combina la geometria del cuscinetto, il carico, la velocità e la viscosità dell'olio in un unico numero che prevede il regime di lubrificazione del cuscinetto:

Dove:

• μ = viscosità dinamica dell'olio lubrificante alla temperatura di esercizio (Pa·s)

• N = velocità di rotazione del perno (giri/s)

• P = carico unità cuscinetto =

(Pa), dove W è il carico del cuscinetto (N), L è la lunghezza del cuscinetto (m) e D è il diametro del perno (m)

• R = raggio del perno (m) =D/2

• C = gioco radiale tra perno e foro del cuscinetto (m)

Interpretazione del numero di Sommerfeld:

Per i cuscinetti per mulini a sfere e SAG, l'obiettivo di progettazione è S ≥ 0,30 in tutte le normali condizioni operative. Il numero di Sommerfeld è più critico all'avvio (basso N) e in condizioni di carico di picco.

2.3 Calcolo dello spessore minimo del film

Lo spessore minimo del film d'olio in un cuscinetto idrodinamico è:

Dove ε è il rapporto di eccentricità (il rapporto tra l'offset del centro del perno e il gioco radiale). Per un cuscinetto del perno di un mulino ben progettato che funziona in pieno regime idrodinamico:

Per un cuscinetto con gioco radiale C = 0,5 mm:

Lo spessore minimo della pellicola deve superare la rugosità superficiale combinata del perno e del foro del cuscinetto di un fattore di sicurezza di almeno 3–5:

Dove  Λ è il rapporto di spessore del film (obiettivo  Λ ≥3 ) e Ra è la rugosità superficiale (tipicamente 

= 0,4–0,8 μm,

= 0,8–1,6 μm per Babbitt).

Per

= 0,4 μm e

= 1,0 µm:

Questo minimo è facilmente soddisfatto dallo spessore della pellicola di 150 μm calcolato sopra, a conferma che il cuscinetto funziona in sicurezza nel pieno regime idrodinamico.

2.4 Specifiche del gioco del cuscinetto

Il gioco radiale

C tra il perno e il foro del cuscinetto è uno dei parametri dimensionali più critici nella progettazione dei cuscinetti perno:

• Troppo piccolo: un gioco insufficiente limita il flusso dell'olio attraverso il cuscinetto, riduce il raffreddamento e aumenta il rischio di grippaggio termico sotto carico

• Troppo grande: un gioco eccessivo riduce la pressione del film d'olio (l'azione del cuneo è meno efficace in uno spazio ampio), aumenta l'eccentricità del perno e provoca vibrazioni

Gioco radiale consigliato per i cuscinetti del perno del mulino:

Per un diametro del perno di 1.200 mm:

Il gioco deve essere misurato alla temperatura di esercizio: l'espansione termica del perno (acciaio, coefficiente ≈ 12 × 10⁻⁶/°C) riduce il gioco effettivo man mano che il mulino si riscalda. Per un perno da 1.200 mm funzionante a 60°C sopra la temperatura ambiente:

Questa espansione termica consuma una porzione significativa del gioco a freddo: il gioco a freddo deve essere impostato sufficientemente grande da garantire che il gioco a caldo rimanga entro l'intervallo consigliato.

Parte 3: Progettazione del sistema di lubrificazione forzata

3.1 Perché la lubrificazione forzata è essenziale

I cuscinetti a snodo in metallo bianco richiedono un sistema di lubrificazione a circolazione forzata dell'olio, non un semplice bagno d'olio o una lubrificazione a grasso. Le ragioni sono fondamentali:

1. Rimozione del calore: il taglio viscoso del film d'olio genera calore. Per un cuscinetto perno di un mulino SAG di grandi dimensioni, la velocità di generazione del calore può essere di 20–80 kW per cuscinetto. Questo calore deve essere rimosso dall'olio circolante: l'olio agisce sia come lubrificante che come refrigerante.

2. Fornitura continua di olio: il film idrodinamico deve essere mantenuto continuamente. Qualsiasi interruzione nella fornitura di petrolio, anche per pochi secondi sotto carico, provoca il collasso della pellicola e l'inizio del contatto metallo-metallo.

3. Filtrazione dell'olio: i contaminanti presenti nell'olio (particelle di usura, polvere di macinazione, acqua) devono essere rimossi continuamente per evitare danni abrasivi alla superficie e al perno Babbitt.

3.2 Componenti del sistema di lubrificazione forzata

Un sistema completo di lubrificazione dei cuscinetti articolati è costituito da:

Serbatoio dell'olio (coppa):

• Capacità: tipicamente 500–3.000 litri per sistemi di articolazione di mulini di grandi dimensioni

• Materiale: Acciaio saldato con rivestimento interno o rivestimento in acciaio inox

• Caratteristiche: Spia livello olio, sensore temperatura, allarme basso livello, valvola di scarico, passo d'uomo per pulizia

Pompa dell'olio principale:

• Tipo: Pompa a ingranaggi (volumetrica) — fornisce un flusso costante indipendentemente dalla pressione del sistema

• Servizio: funzionamento continuo ogni volta che il mulino è in funzione

• Standby: una pompa di standby con servizio al 100% con commutazione automatica in caso di guasto della pompa principale: obbligatoria per i grandi stabilimenti

Pompa ad alta pressione (jacking):

• Tipo: pompa a pistone: fornisce una pressione molto elevata (10–25 MPa) a una portata bassa

• Funzione: solleva il perno dalla superficie Babbitt durante l'avvio iniettando olio ad alta pressione direttamente sotto il perno attraverso una tasca nel foro del cuscinetto. Ciò impedisce il contatto metallo-metallo durante il periodo critico di avvio prima che si stabilisca la pellicola idrodinamica.

• Funzionamento: attivato automaticamente 2–5 minuti prima dell'avvio del mulino; si disattiva quando il mulino raggiunge la velocità operativa e il film idrodinamico è confermato dalla stabilizzazione della temperatura del cuscinetto

Radiatore dell'olio:

• Tipo: Scambiatore di calore a fascio tubiero o a piastre, raffreddato ad acqua

• Servizio: mantenere la temperatura di alimentazione dell'olio a 40–50°C (ingresso al cuscinetto)

• Controllo: la valvola di bypass controllata termostaticamente mantiene la temperatura di alimentazione dell'olio costante indipendentemente dalla temperatura ambiente o dal carico del mulino

Filtrazione dell'olio:

• Filtro primario: filtraggio assoluto da 25–50 micron: rimuove le particelle che potrebbero rigare la superficie Babbitt

• Filtro secondario (fine): 10 micron assoluti — per cuscinetti ad alta precisione

• Separatore magnetico: Rimuove le particelle ferrose di usura dall'olio

• Pulizia prevista: ISO 4406 Classe 16/14/11 o migliore per i cuscinetti del perno di lavorazione

Strumentazione e interblocchi:

Interblocco critico: se la pressione di alimentazione dell'olio scende al di sotto del setpoint di intervento, il mulino deve essere arrestato immediatamente: il cuscinetto non può sopravvivere per più di 10-30 secondi di funzionamento senza alimentazione di olio a pieno carico.

3.3 Selezione dell'olio per cuscinetti articolati

Nota critica: NON utilizzare oli contenenti additivi per pressioni estreme (EP) o antiusura (AW) nei cuscinetti del perno in metallo bianco. I composti di zolfo e fosforo negli additivi EP/AW reagiscono chimicamente con lo stagno e il piombo del metallo Babbitt, causando un attacco corrosivo sulla superficie del cuscinetto, una modalità di guasto che viene spesso erroneamente diagnosticata come usura meccanica.

3.4 Impianto dell'olio di sollevamento (ad alta pressione).

Il sistema di sollevamento dell'olio è la protezione più critica per il cuscinetto del perno durante l'avvio. Durante l'avvio da riposo:

• Il diario poggia sulla superficie Babbitt (lubrificazione limite - contatto metallo-metallo)

• Il mulino deve accelerare da 0 alla velocità operativa (tipicamente 0,2–0,5 giri al minuto per i grandi mulini SAG)

• Il film idrodinamico non può stabilirsi finché il perno non raggiunge una velocità sufficiente

Senza olio di sollevamento, il periodo di avvio prevede un contatto metallo-metallo tra il perno e Babbitt per 30-120 secondi, causando un'usura misurabile di Babbitt ad ogni avvio. Nel corso di centinaia di avviamenti, ciò si accumula in una significativa perdita di spessore Babbitt e nel possibile cedimento del cuscinetto.

Il sistema di sollevamento dell'olio inietta olio a 10–25 MPa direttamente sotto il perno attraverso una tasca dedicata nel foro del cuscinetto. Questo solleva idraulicamente il perno dalla superficie Babbitt prima che inizi la rotazione, mantenendo una pellicola d'olio completa durante tutta la sequenza di avvio.

Specifiche del sistema di sollevamento dell'olio:

Parte 4: Gioco, allineamento e installazione dei cuscinetti

4.1 Misurazione del foro del cuscinetto e verifica del gioco

Il gioco radiale tra perno e foro del cuscinetto deve essere misurato e verificato al momento dell'installazione e ad ogni rimetallizzazione:

Metodo di misurazione – tecnica del cavo:

1. Posizionare i cavi morbidi (di diametro leggermente maggiore del gioco previsto) nella parte superiore e inferiore del foro del cuscinetto, paralleli all'asse dell'albero

2. Montare l'alloggiamento del cuscinetto e serrarlo alla coppia specificata

3. Smontare e misurare lo spessore del filo compresso con un micrometro

4. Lo spazio in alto = spessore del filo in alto; spazio in basso = spessore del cavo in basso

5. Il gioco diametrale = gioco superiore + gioco inferiore

Metodo di misurazione — comparatore:

Per i cuscinetti installati, il sollevamento del perno (la distanza in cui il perno può essere sollevato verticalmente prima di toccare la parte superiore del foro del cuscinetto) viene misurato con un comparatore. Ciò equivale al gioco superiore, che è circa la metà del gioco diametrale totale.

4.2 Requisiti della superficie del perno dell'albero

La qualità della superficie del perno dell'albero è fondamentale per le prestazioni dei cuscinetti idrodinamici:

Una superficie del perno troppo ruvida (Ra > 0,8 μm) abraderà la superficie del Babbitt anche in condizioni di completa lubrificazione idrodinamica: le asperità sulla superficie del perno penetrano periodicamente nel film d'olio e entrano in contatto con il Babbitt.

4.3 Allineamento dei cuscinetti

Il disallineamento tra i due cuscinetti del perno di un mulino di macinazione è una delle principali cause di cedimento prematuro dei cuscinetti. Le due linee centrali dei cuscinetti devono essere coassiali entro:

Per un perno da 1.200 mm in un cuscinetto lungo 1.500 mm:

Il disallineamento fa sì che il perno si muova ad angolo all'interno del foro del cuscinetto, concentrando il carico su un'estremità del cuscinetto e creando una distribuzione della pressione non uniforme sulla superficie Babbitt. Il risultato è un'usura accelerata dell'estremità caricata e l'eventuale rottura per fatica di Babbitt.

Parte 5: Analisi della modalità di cedimento del cuscinetto del perno

5.1 Fatica di Babbitt (cracking e delaminazione)

Aspetto: crepe nello strato Babbitt, che generalmente corrono parallele all'asse del cuscinetto o secondo uno schema a rete. Nei casi avanzati, sezioni di Babbitt si delaminano dal guscio di supporto e circolano nel sistema dell'olio (rilevati dall'analisi dell'olio o dall'ispezione del filtro).

Cause profonde:

• Pressione dell'unità cuscinetto superiore al limite consentito (> 7 MPa): il sovraccarico del cuscinetto oltre il limite di fatica di Babbitt provoca sollecitazioni cicliche nello strato di Babbitt che danno origine a cricche. Più comunemente causato dal sovraccarico del mulino (carico eccessivo del mezzo di macinazione) o dalla ridistribuzione del carico derivante dall'assestamento delle fondazioni.

• Difetti di adesione di Babbitt: uno scarso legame tra lo strato di Babbitt e il guscio di supporto crea concentrazioni di stress sull'interfaccia che avviano la delaminazione sotto carico ciclico. Causato da un'inadeguata preparazione della superficie del guscio di supporto prima della rimetallizzazione.

• Fatica termica: cicli ripetuti di avvio-spegnimento creano stress termico nello strato di Babbitt (il Babbitt si espande e si contrae più del supporto in acciaio a causa del suo coefficiente di dilatazione termica più elevato).

Azione correttiva:

• Verificare che il peso della carica del mulino non superi il progetto: controllare il livello dei mezzi di macinazione e la densità del minerale

• Esegui l'analisi dell'olio e l'ispezione del filtro per rilevare le particelle Babbitt prima di un guasto catastrofico

• Al successivo spegnimento, ispezionare la superficie Babbitt mediante esame visivo e test con coloranti penetranti (PT)

• Se le crepe coprono > 10% della superficie del cuscinetto, programmare la rimetallizzazione alla successiva finestra di manutenzione pianificata

5.2 Punteggio del diario (cancellazione)

Aspetto: graffi longitudinali o sbavature sulla superficie del diario e corrispondenti danni alla superficie Babbitt. Nei casi più gravi, il Babbitt viene imbrattato e ridistribuito lungo il diario.

Cause profonde:

• Crollo del film d'olio durante il funzionamento: causato da un'interruzione dell'alimentazione dell'olio (guasto della pompa, blocco del tubo, bypass del filtro), viscosità dell'olio troppo bassa (surriscaldamento dell'olio o grado errato) o carico sui cuscinetti che supera la capacità del film idrodinamico.

• Avvio senza olio di sollevamento: il contatto metallo-metallo durante l'avvio senza il sistema di olio di sollevamento attivato provoca lo sfregamento della superficie Babbitt. Ogni avvio non protetto rimuove uno spessore misurabile di Babbitt.

• Ingresso di contaminanti: le particelle dure (scaglie di laminazione, silice) nell'olio che sono più grandi dello spessore della pellicola d'olio penetrano nella pellicola e rigano sia il perno che le superfici Babbitt.

Azione correttiva:

• Verificare che il sistema di sollevamento dell'olio sia funzionante e attivato prima di ogni avvio del mulino: questo non è negoziabile

• Controllare la temperatura, la pressione e la portata dell'alimentazione dell'olio rispetto alle specifiche di progetto

• Aggiornare la filtrazione dell'olio a 10 micron assoluti se si sospetta una contaminazione

• Ispezionare la superficie del perno allo spegnimento successivo: i graffi minori (Ra < 1,6 μm) possono essere lucidati in situ; un punteggio grave richiede la rimozione del diario e la riaffilatura

5.3 Attacco corrosivo su Babbitt

Aspetto: vaiolatura e incisione della superficie Babbitt, spesso con un aspetto scuro o scolorito. La vaiolatura è distribuita sulla superficie del cuscinetto anziché concentrata in una posizione specifica (distinguendola dalla scheggiatura per fatica, che è localizzata).

Cause profonde:

• Additivi EP/AW nell'olio: i composti di zolfo e fosforo a pressione estrema o gli additivi antiusura reagiscono con lo stagno e il piombo nel Babbitt, provocando la corrosione chimica della superficie del cuscinetto. Questa è la causa più comune di attacco corrosivo nei cuscinetti dei perni dei mulini: si verifica quando le specifiche dell'olio vengono modificate senza verificare la compatibilità con Babbitt.

• Contaminazione dell'acqua: l'acqua nell'olio (da perdite di acqua di raffreddamento o condensa) provoca l'ossidazione del componente di piombo in Babbitt, formando ossido di piombo che è più duro della matrice Babbitt e provoca usura abrasiva.

• Degradazione acida dell'olio: l'olio gravemente degradato (elevato numero di acidità) attacca chimicamente la superficie Babbitt.

Azione correttiva:

• Passare immediatamente a un olio minerale puro R&O (inibitore di ruggine e ossidazione) senza additivi EP o AW

• Lavare l'intero sistema di lubrificazione con olio pulito prima di riempirlo

• Controllare eventuali perdite di acqua di raffreddamento nel radiatore dell'olio: eseguire un test di pressione sul radiatore

• Implementare analisi regolari dell'olio (minimo trimestrale) inclusi il numero di acidità, il contenuto di acqua e l'analisi spettrometrica dei metalli

5.4 Surriscaldamento dei cuscinetti

Aspetto: La temperatura del metallo del cuscinetto supera gli 80°C (setpoint di intervento). La temperatura di alimentazione dell'olio aumenta. Nei casi più gravi, il Babbitt fonde localmente (punto di fusione del Babbitt: base stagno ≈ 240°C; base piombo ≈ 180°C) e il metallo fuso viene espulso dal cuscinetto.

Cause profonde:

• Portata dell'olio insufficiente: una portata dell'olio inferiore alla portata prevista riduce sia la lubrificazione che il raffreddamento. Causato dall'usura della pompa, filtri intasati o valvole di isolamento parzialmente chiuse.

• Incrostazioni nel radiatore dell'olio: l'accumulo di calcare sul lato dell'acqua di raffreddamento del radiatore dell'olio riduce il trasferimento di calore, provocando un aumento della temperatura di alimentazione dell'olio.

• Gioco eccessivo del cuscinetto: un cuscinetto usurato con gioco eccessivo consente al perno di funzionare ad elevata eccentricità, riducendo lo spessore del film d'olio e aumentando la generazione di calore viscoso.

• Sovraccarico del mulino: mezzi di macinazione eccessivi o carica di minerale aumentano il carico sui cuscinetti oltre quanto previsto, aumentando la generazione di calore nel film d'olio.

Azione correttiva:

• Controllare la portata dell'olio rispetto alle specifiche di progettazione: pulire o sostituire i filtri, verificare l'uscita della pompa

• Pulire il radiatore dell'olio (lato acqua) – decalcificare se necessario

• Misurare il gioco dei cuscinetti: se il gioco supera 1,5 volte il valore di progetto, programmare la rimetallizzazione

• Verificare che il peso della carica del mulino rientri nei limiti di progettazione

5.5 Vibrazioni e instabilità dei cuscinetti (vortici d'olio)

Aspetto: vibrazione subsincrona a circa 0,4–0,48 volte la frequenza di rotazione. L'ampiezza della vibrazione aumenta con la velocità e può diventare autosufficiente (frusta d'olio) a velocità più elevate.

Cause profonde:

• Vortice d'olio: un'instabilità idrodinamica che si verifica quando il centro del perno orbita attorno al centro del cuscinetto a circa la metà della velocità di rotazione. Causato da un carico sul cuscinetto insufficiente rispetto alla capacità di carico del cuscinetto: il perno 'galleggia' al centro del cuscinetto anziché essere spinto da un lato dal carico.

• Gioco eccessivo dei cuscinetti: i cuscinetti usurati con gioco eccessivo sono più suscettibili all'instabilità dei vortici d'olio.

• Bassa pressione dell'unità cuscinetto: i cuscinetti poco caricati (pressione dell'unità < 0,5 MPa) sono soggetti a vortici d'olio.

Azione correttiva:

• Per i cuscinetti del perno dei mulini, i vortici d'olio sono rari a causa dei carichi molto elevati sui cuscinetti: se ciò si verifica, verificare che il cuscinetto sia effettivamente caricato (controllare l'assestamento della fondazione che potrebbe aver ridotto il carico su un cuscinetto)

• Prendere in considerazione un design del cuscinetto precaricato o un cuscinetto con un profilo del foro non circolare (foro a limone, foro a tre lobi) che garantisce stabilità intrinseca

• Misurare e correggere il gioco dei cuscinetti se eccessivo

Domande frequenti

D1: Qual è la differenza tra i cuscinetti in metallo bianco (Babbitt) e quelli volventi per i perni dei mulini a sfere?

I cuscinetti idrodinamici in metallo bianco (Babbitt) funzionano su un film d'olio pressurizzato che separa completamente il perno dalla superficie del cuscinetto: in condizioni di lubrificazione idrodinamica completa, non vi è alcun contatto metallo-metallo e praticamente nessuna usura. Rappresentano lo standard per i mulini di grandi dimensioni (> 3,0 m di diametro) perché possono ospitare diametri di perno molto grandi (fino a 2.000 mm+) senza alcun limite di dimensione pratica. I cuscinetti volventi (cuscinetti orientabili a rulli) utilizzano il contatto volvente e sono più semplici da manutenere, ma sono limitati a un diametro del foro di circa 1.100 mm e hanno una tolleranza al carico d'urto inferiore. Per i grandi SAG e i mulini a sfere nel settore minerario e del cemento, i cuscinetti idrodinamici in metallo bianco sono l'unica scelta pratica.

Q2: Per quale numero di Sommerfeld dovrebbe essere progettato il cuscinetto del perno di un mulino?

L'obiettivo di progettazione per il funzionamento continuo è S ≥ 0,30: ciò garantisce una lubrificazione idrodinamica completa senza contatto metallo-metallo. Con S < 0,05 il film d'olio si rompe e inizia la lubrificazione limite (contatto metallico): questo è pericoloso e non deve verificarsi durante il normale funzionamento. Il numero di Sommerfeld è più critico all'avvio (bassa velocità N) e sotto carico di picco. Il sistema di sollevamento dell'olio è specificamente progettato per proteggere il cuscinetto durante l'avvio quando il numero di Sommerfeld è inferiore alla soglia idrodinamica.

D3: Perché è necessario evitare gli additivi EP (pressione estrema) nell'olio per cuscinetti del perno del mulino?

Gli additivi EP e AW (antiusura) contengono composti di zolfo e fosforo che reagiscono chimicamente con lo stagno e il piombo nel metallo Babbitt, provocando vaiolature corrosive della superficie del cuscinetto. Questo attacco corrosivo viene spesso diagnosticato erroneamente come usura meccanica. La specifica corretta dell'olio per i cuscinetti per snodo in metallo bianco è un olio minerale puro R&O (inibitore di ruggine e ossidazione), ISO VG 100–220 a seconda del calcolo del numero di Sommerfeld, senza additivi EP o AW. Verificare sempre la compatibilità dell'olio con Babbitt prima di cambiare marca o grado di olio. 

Q4: Con quale frequenza deve essere attivato il sistema di sollevamento dell'olio?

Il sistema di spinta dell'olio deve essere attivato prima di ogni avvio del mulino, senza eccezioni. Ogni avvio non protetto (senza olio di sollevamento) provoca un'usura Babbitt misurabile dovuta al contatto metallo con metallo durante il periodo di avvio. Nel corso di centinaia di avviamenti, questo si accumula in una significativa perdita di spessore di Babbitt. Il sistema di sollevamento dell'olio deve essere attivato 2–5 minuti prima del comando di avvio del mulino e disattivato automaticamente quando il mulino raggiunge il 50–70% della velocità operativa. Verificare che la pressione dell'olio di sollevamento sia conforme alle specifiche (10–25 MPa) prima di ogni avvio.

Q5: Qual è il gioco radiale corretto per il cuscinetto del perno di un mulino a sfere?

Il gioco radiale consigliato è compreso tra 0,001 e 0,0015 × diametro del perno. Per un perno da 1.200 mm, ciò fornisce un gioco radiale di 1,2–1,8 mm. Il gioco a freddo deve essere impostato su un valore maggiore del target del gioco a caldo per tenere conto dell'espansione termica del perno: per un perno in acciaio da 1.200 mm che funziona a 60°C sopra la temperatura ambiente, l'espansione termica riduce il gioco di circa 0,86 mm. Misurare il gioco utilizzando la tecnica del cavo al momento dell'installazione e dopo ogni rimetallizzazione. Se il gioco misurato supera 1,5 volte il valore di progetto, programmare la rimetallizzazione.

D6: Come posso rilevare l'affaticamento di Babbitt prima di un guasto catastrofico?

I metodi di allarme precoce più efficaci sono: (1) Analisi dell'olio : l'analisi spettrometrica rileva le particelle di stagno e piombo nell'olio derivanti dall'usura Babbitt prima che si verifichino danni visibili; programmare un'analisi dell'olio minima trimestrale; (2) Ispezione del filtro : ispezionare l'elemento del filtro dell'olio ad ogni cambio del filtro per individuare eventuali particelle metalliche; Le particelle di Babbitt sono morbide e argentate; (3) Monitoraggio delle vibrazioni : gli accelerometri sull'alloggiamento del cuscinetto rilevano i cambiamenti nella firma delle vibrazioni man mano che le condizioni della superficie Babbitt si deteriorano; (4) Tendenza della temperatura del cuscinetto : un aumento graduale della temperatura del metallo del cuscinetto nel corso delle settimane indica un aumento dell'attrito dovuto al degrado della superficie di Babbitt.

Macchinari Yile: cuscinetti articolati personalizzati e componenti di fresatrici

Yile Machinery fornisce componenti personalizzati per cuscinetti a snodo, gusci di cuscinetti e hardware associato per mulini a sfere, mulini SAG, mulini a barre e forni rotanti in applicazioni di cemento, estrazione mineraria e lavorazione dei minerali.

Le nostre capacità di fornitura di cuscinetti per articolazione:

• Gusci dei cuscinetti rivestiti con Babbitt: Babbitt a base di stagno (grado 1 e grado 2) e Babbitt a base di piombo; diametri del guscio da 400 mm a 2.000 mm; alesato con precisione a ±0,01 mm dopo la rimetallizzazione

• Gusci di supporto dei cuscinetti: ghisa o acciaio lavorato; foro e diametro esterno lavorati con precisione; tasca per l'olio di sollevamento lavorata secondo le specifiche

• Perni di articolazione (estremità dell'albero): acciaio legato 42CrMo4 forgiato; macinato a Ra ≤ 0,4 μm; indurito a 200–300 HB

• Alloggiamenti dei cuscinetti: acciaio fuso o lavorato; annoiato con precisione; collegamenti ingresso/uscita olio; porte del sensore di temperatura

• Servizio di rimetallizzazione: servizio completo di rimozione Babbitt, preparazione della superficie e rivestimento interno per gusci di cuscinetti usurati o danneggiati

• Documentazione ingegneristica: calcolo del numero di Sommerfeld; verifica dello spessore minimo del film; specifica del gioco dei cuscinetti; revisione del progetto del sistema di olio

Prodotti correlati e risorse tecniche:

• Soluzioni per l'industria mineraria e del cemento : fornitura completa di componenti per mulini a sfere, mulini SAG e forni rotanti

• Guida per pneumatici e rulli di supporto per forni rotanti : metodologia Hertz sulle sollecitazioni da contatto e sull'allineamento per i sistemi di supporto dei forni

• Rulli di laminazione: guida ai rulli di lavoro e ai rulli di riserva : selezione dei cuscinetti del collo del cilindro e sollecitazione da contatto per le applicazioni nei laminatoi

• Guida alla selezione dei riduttori industriali elicoidali e conici : selezione dei riduttori di azionamento del mulino e metodologia del fattore di servizio

• Guida alla selezione delle pulegge del trasportatore : progettazione dell'albero e specifiche dei cuscinetti per le pulegge del trasportatore

• Forgiati personalizzati - Alberi, semilavorati per ingranaggi e forgiati per anelli - Perni di articolazione forgiati e componenti di cuscinetti

• Alberi forgiati e alberi in acciaio fuso per frantoi : riferimento al processo di forgiatura e alla selezione dei materiali

• Soluzioni per la lavorazione dell'acciaio e dei metalli : componenti di fresatura per apparecchiature di macinazione di acciaierie

Per ricevere un preventivo fornire:

• ✅ Tipo di mulino (mulino a sfere / mulino SAG / mulino a barre) e diametro del mulino × lunghezza

• ✅ Diametro e lunghezza del perno del perno (mm)

• ✅ Carico del cuscinetto per perno (kN) o peso totale del mulino

• ✅ Velocità operativa del mulino (rpm)

• ✅ Dimensioni del guscio del cuscinetto esistente (diametro esterno, diametro interno, lunghezza) o disegno

• ✅ Grado Babbitt richiesto (base stagno Grado 1 / Grado 2 / base piombo)

• ✅ Gioco dei cuscinetti richiesto (o specifica OEM)

• ✅ Quantità e data di consegna richiesta

• ✅ Guscio del cuscinetto usurato o danneggiato disponibile per il reverse engineering

E-mail: jasmine@yileindustry.com

Invia richiesta di offerta: www.yilemachinery.com/contactus.html

Calcolo del numero di Sommerfeld e revisione del progetto del sistema di olio forniti con ogni ordine di cuscinetto perno. Tempi di rimetallizzazione: 2–4 settimane per le dimensioni standard.

Risorse tecniche correlate

• Pneumatico del forno rotante e rullo di supporto: guida allo stress da contatto, alla migrazione dei pneumatici e all'allineamento

• Selezione dei rulli tenditori del trasportatore: serie CEMA, coefficiente di carico e guida alla durata dei cuscinetti

• Selezione della puleggia del trasportatore: guida alla progettazione dell'albero, alla tensione della cinghia e al rivestimento

• Rulli di laminazione: Guida alla selezione dei materiali dei rulli di lavoro e dei rulli di supporto

• Guida alla selezione dei riduttori industriali elicoidali e ad ingranaggi conici

• Forgiati personalizzati: grezzi per ingranaggi, anelli forgiati e alberi

• Soluzioni per l'industria mineraria e del cemento