Un cuscinetto di rotazione di una gru portuale GOTTWALD PMA100216 è arrivato con impuntamenti, rumore anomalo e gioco aumentato. L’ispezione e il controllo con particelle magnetiche hanno mostrato perché la riparazione doveva essere interrotta.
Un cuscinetto di rotazione a tre file di rulli per servizio gravoso proveniente da una gru GOTTWALD PMA100216 operativa nel più grande porto del Bangladesh è stato inviato allo stabilimento MERYDOM in Cina dopo che la gru aveva manifestato impuntamenti intermittenti, aumento del gioco del cuscinetto e rumori anomali durante la rotazione. La macchina appartiene al gruppo di apparecchiature a servizio continuo trattato nella sezione MERYDOM cuscinetti di rotazione per macchinari portuali guida applicativa, che comprende gru a portale, gru portuali mobili, scaricatori a benna e altre attrezzature per la movimentazione navale. Il cliente ci ha chiesto di rispondere a due domande separate:- Era possibile riparare in sicurezza il cuscinetto originale?
- MERYDOM avrebbe potuto produrre un nuovo cuscinetto di ricambio se la riparazione non fosse risultata praticabile?
Case conclusion: Il cuscinetto originale è stato respinto per la riparazione perché alla distruzione estesa delle piste si accompagnavano indicazioni di cricche nel materiale sottostante dell’anello. Le evidenze disponibili non potevano supportare un ripristino sicuro e tracciabile della resistenza a fatica e dell’integrità portante del cuscinetto.
Sintomi segnalati: impuntamenti, aumento del gioco e rumore anomalo
I tre sintomi segnalati erano coerenti con un danno interno avanzato, sebbene da soli non identificassero un’unica causa radice.- Intermittent sticking può verificarsi quando la geometria danneggiata della pista, il materiale spostato, grandi particelle d’usura o corpi volventi deteriorati compromettono la regolarità del movimento dei rulli.
- Aumento del gioco può derivare dalla perdita di materiale della pista di rotolamento, dall’usura dei corpi volventi o da deformazione permanente nelle zone di contatto caricate.
- Abnormal noise può generarsi quando i rulli passano sopra aree sfaldate, cricche, impronte o detriti metallici intrappolati.
Fase 1: Ispezione in accettazione e verifica dimensionale
Prima dello smontaggio, il team MERYDOM ha registrato la configurazione esterna del cuscinetto e ne ha controllato le dimensioni principali. L’identificazione di un cuscinetto di grande diametro non deve mai basarsi soltanto su una vecchia targhetta o sul diametro esterno nominale. Altezze degli anelli, diametri di centraggio, schemi dei fori di montaggio, dati della dentatura, disposizione delle piste di rotolamento e dimensioni d’interfaccia devono essere esaminati congiuntamente. La geometria misurata risultava nel complesso coerente con il modello di riferimento standard MERYDOM 133.50.3150, un cuscinetto di rotazione a tre file di rulli con dentatura interna. Il riferimento di catalogo presenta un diametro esterno nominale d’ingombro di 3.432 mm, un foro d’ingombro di 2.768 mm e un’altezza totale di 270 mm. Queste somiglianze hanno reso 133.50.3150 un utile punto di partenza per la progettazione del ricambio, ma non non non stabiliscono automaticamente l’intercambiabilità. Un ricambio per una gru esistente deve comunque essere confermato rispetto al disegno originale del cuscinetto e alle interfacce effettive della macchina, comprese:- tutti i diametri degli anelli e dei centramenti;
- altezze totali e individuali degli anelli;
- quantità dei fori di montaggio, circonferenze primitive, diametri e requisiti di filettatura;
- modulo della dentatura interna, numero di denti, spostamento di profilo, angolo di pressione e requisiti di gioco;
- casi di carico assiale, radiale e di momento ribaltante;
- ciclo operativo, fattori d'urto e vita utile prevista;
- giochi interni richiesti;
- sistemi di lubrificazione, tenuta e protezione dalla corrosione;
- materiale, durezza della pista di rotolamento e profondità efficace di tempra;
- requisiti di ispezione, tracciabilità e certificazione.
Fase 2: Smontaggio e condizione riscontrata
Il cuscinetto è stato aperto e il grasso accumulato, i fanghi e i detriti sciolti sono stati rimossi per consentire l’esame della struttura a tre anelli e delle superfici delle piste di rotolamento. L’ispezione generale ha evidenziato gravi danni alle piste degli anelli inferiore e intermedio. Le superfici interessate non presentavano soltanto una leggera lucidatura o segni superficiali isolati. Le fotografie mostrano sfaldamento esteso, rigature, strisciamento, deformazione plastica locale e perdita o spostamento macroscopico di materiale della pista. Questi riscontri spiegavano i sintomi operativi segnalati:- il materiale mancante e spostato aveva aumentato il gioco interno;
- la geometria deformata della pista di rotolamento ostacolava il rotolamento regolare;
- loose metallic debris could be repeatedly overrolled;
- i settori gravemente danneggiati generavano urti e rumore al passaggio del carico.
Che cosa può normalmente causare questo tipo di distruzione della pista di rotolamento?
Le fotografie documentano lo stato finale del danno, ma da sole non dimostrano quale sia stata la causa iniziale. Un’analisi delle cause radice tecnicamente difendibile richiederebbe anche ore di funzionamento, storico dei carichi, registri di lubrificazione, condizioni delle tenute, analisi del grasso, dati sulla planarità delle superfici di montaggio, registri del precarico dei bulloni e posizione di ciascun settore danneggiato rispetto alla struttura della gru. Nel servizio gravoso delle gru portuali, diversi meccanismi possono innescare o accelerare questo tipo di danneggiamento. Le macchine portuali richiedono una valutazione specifica dell’applicazione, perché rotazioni ripetute sotto carico, brevi archi con inversione, polveri abrasive delle merci, umidità costiera e pressione per ridurre i fermi banchina agiscono sul cuscinetto come un unico sistema operativo. La Guida applicativa per macchinari portuali spiega come spettro di servizio, rigidezza del supporto, dentatura, lubrificazione automatica, tenute e sostituzione programmata debbano essere considerati congiuntamente.1. Lubrificazione insufficiente o degradata
Un cuscinetto a tre file di rulli lavora con elevate pressioni di contatto. Se il film lubrificante diventa insufficiente, le asperità superficiali entrano direttamente in contatto, aumentando attrito e temperatura; sulla pista di rotolamento possono quindi comparire strisciamento, rigature e fatica innescata dalla superficie. Tra i possibili fattori contribuenti rientrano linee di lubrificazione ostruite, quantità di grasso insufficiente, grasso non idoneo, intervalli di rilubrificazione eccessivi, invecchiamento del grasso o rotazione insufficiente del cuscinetto durante la rilubrificazione. Le gru portuali lavorano spesso su archi di rotazione limitati, perciò la distribuzione del grasso lungo l’intera circonferenza merita particolare attenzione.2. Contaminazione da acqua, sale e particelle solide
Gli ambienti portuali combinano umidità, salsedine nell’aria, pioggia, polvere e contaminanti derivanti dalle merci. Tenute danneggiate o uno spurgo del grasso inefficace possono consentire l’ingresso di acqua e particelle abrasive nel sistema delle piste di rotolamento. L’acqua può degradare il grasso e creare vaiolature da corrosione. Le particelle dure possono imprimere o rigare le superfici di rotolamento. Entrambi i meccanismi generano concentrazioni locali di tensione dalle quali possono svilupparsi microcricche e sfaldamenti. Quando frammenti metallici sfaldati iniziano a circolare all’interno, il cuscinetto genera esso stesso contaminazione abrasiva.3. Shock loading or repeated overload
Urti della benna, frenate improvvise, arresti di emergenza, sollevamenti fuori dalle condizioni di progetto, movimento della nave e amplificazione dinamica dei carichi possono produrre tensioni di contatto superiori allo spettro di servizio previsto. Un singolo evento severo può causare deformazioni permanenti o danni subsuperficiali; sovraccarichi ripetuti possono accelerare la fatica da contatto volvente. Una valutazione corretta richiede quindi la forza assiale, la forza radiale e il momento ribaltante reali, non soltanto la capacità nominale della gru.4. Distorsione di montaggio e precarico non uniforme dei bulloni
Un cuscinetto di rotazione di grande diametro dipende dalla rigidezza e dalla planarità delle strutture di supporto. Punti alti locali, un basamento flessibile, deformazioni da saldatura, corrosione sull’interfaccia di montaggio o un precarico non uniforme dei bulloni possono deformare gli anelli del cuscinetto. Il conseguente carico sui bordi o la concentrazione circonferenziale del carico costringono un numero ridotto di rulli a sopportare una quota sproporzionata della sollecitazione. Possono quindi verificarsi gravi danni locali anche quando il carico globale calcolato appare accettabile.5. Aumento progressivo del gioco e prosecuzione dell'esercizio
L’usura iniziale modifica geometria interna e ripartizione dei carichi. Con l’aumento del gioco, rulli o sfere possono subire maggiori urti, inclinazioni o scorrimenti. I frammenti sfaldati vengono poi ripassati dagli elementi volventi, generando ulteriori impronte e deterioramento superficiale. Si crea così una sequenza autoaccelerante: danneggiamento superficiale → microcricche → sfaldamento → generazione di detriti → aumento del gioco → urti e concentrazione del carico → sfaldamenti più estesi e danni più profondi6. Fatica da contatto volvente
Tutti i cuscinetti volventi accumulano cicli di fatica. Sotto sollecitazioni di contatto ripetute possono innescarsi cricche subsuperficiali che, con il tempo, propagano fino alla superficie. Cedimenti della lubrificazione, contaminazione, sovraccarico e deformazione possono accelerare drasticamente questo processo. In una fase avanzata del guasto, possono coesistere più meccanismi e le prime evidenze dell’innesco possono essere già state distrutte dai danni secondari. Per un quadro diagnostico più ampio, vedere Perché le piste di rotolamento dei cuscinetti di rotazione si sfaldano: sintomi, cause ed evidenze.Fase 3: Lavorazione controllata per esporre il materiale sottostante
Il cliente desiderava comunque stabilire se esistesse un percorso di riparazione tecnicamente difendibile. MERYDOM ha quindi sviluppato un piano di valutazione per fasi, anziché promettere in anticipo la riparazione. L’anello è stato montato su una macchina CNC verticale e lo strato residuo danneggiato della pista di rotolamento è stato rimosso con una lavorazione controllata. Questa fase aveva due obiettivi:- rimuovere il materiale allentato, fortemente deformato e il materiale temprato residuo che potevano ostacolare l'ispezione; e
- esporre il materiale di base dell'anello per i controlli non distruttivi.
Fase 4: Il controllo con particelle magnetiche ha cambiato la decisione
Dopo la lavorazione, sulle superfici ferromagnetiche esposte degli anelli è stato eseguito un controllo con particelle magnetiche. L’ispezione magnetoscopica viene utilizzata per evidenziare discontinuità affioranti e prossime alla superficie che possono essere difficili da distinguere con una normale ispezione visiva. Il controllo ha prodotto marcate indicazioni lineari nelle zone danneggiate delle piste di rotolamento e nelle aree circostanti. La configurazione delle indicazioni ha dimostrato che il problema non era costituito soltanto da rigature superficiali o da uno strato danneggiato asportabile. Anche dopo la rimozione dello strato deteriorato della pista, erano ancora presenti discontinuità nel materiale portante sottostante.
Perché MERYDOM ha escluso la riparazione del cuscinetto
La riparabilità non dipende dal fatto che il metallo danneggiato possa essere fisicamente rimosso o riempito. Il cuscinetto riparato deve seguire un percorso ingegneristico tracciabile che consenta di ripristinare geometria, integrità del materiale, durezza della pista di rotolamento, profondità efficace dello strato temprato, gioco interno e capacità portante. In questo caso, la combinazione tra distruzione estesa delle piste e indicazioni magnetoscopiche nel materiale di base ha generato diverse incertezze non accettabili:- la profondità totale e l'estensione circonferenziale delle cricche non potevano essere considerate un difetto superficiale;
- un'ulteriore asportazione di materiale avrebbe ridotto la sezione dell'anello e modificato la geometria della pista di rotolamento;
- saldature locali o riporti potrebbero introdurre zone termicamente alterate, tensioni residue, deformazioni e nuove discontinuità metallurgiche;
- non era possibile presumere che un'area riparata ripristinasse le prestazioni originarie a fatica da contatto volvente;
- il guasto di un cuscinetto di rotazione critico per la sicurezza di una gru potrebbe mettere in pericolo personale, attrezzature e operazioni portuali.
Progettazione del ricambio: utilizzare 133.50.3150 come riferimento, non come presupposto
Poiché le dimensioni rilevate erano prossime al modello standard MERYDOM 133.50.3150, questo modello costituisce un punto di partenza efficiente per un nuovo ricambio a tre file di rulli con dentatura interna. Il cuscinetto finale deve comunque essere progettato sulla base di misure d’interfaccia verificate, ispezione della dentatura, disegno originale quando disponibile e dati reali di carico e servizio della gru. Particolare attenzione deve essere dedicata a:- orientamento della pista di rotolamento caricata e spettro di carico;
- planarità del supporto e rigidezza strutturale;
- condizione dei bulloni e procedura di precarico;
- distribuzione del lubrificante a ogni pista di rotolamento;
- protezione delle tenute per l'ambiente marino;
- misure di riferimento del gioco assiale/inclinante;
- documentazione di ispezione relativa a materiale, trattamento termico, dentatura e assemblaggio finale.
Lezioni pratiche da questo caso
- Impuntamenti, aumento del gioco e rumore anomalo simultanei richiedono un'indagine tempestiva.
- Una sfaldatura visibile è una modalità di guasto, non una conclusione completa sulla causa radice.
- La somiglianza dimensionale è utile per una valutazione preliminare, ma non dimostra l'intercambiabilità.
- La pulizia e la lavorazione meccanica devono essere seguite da un'ispezione qualificata prima di approvare la riparazione.
- Indicazioni da particelle magnetiche nel substrato portante possono trasformare un progetto di riparazione in un progetto di sostituzione.
- Un rifiuto motivato e sicuro è un risultato ingegneristico positivo quando le evidenze non supportano la prosecuzione del servizio.
- Il cuscinetto di ricambio e il sistema della gru circostante devono essere valutati congiuntamente.
Serve una valutazione di riparabilità o sostituzione?
Per la valutazione di un grande cuscinetto di rotazione, fornire il disegno disponibile, modello della macchina, dimensioni principali, dati della dentatura, sintomi operativi, informazioni sui carichi, storico del gioco, registrazioni manutentive e fotografie nitide. MERYDOM può esaminare le evidenze, confrontare il cuscinetto con riferimenti standard quali 133.50.3150, e definire le informazioni necessarie per decidere la riparabilità o progettare un nuovo ricambio. Esaminare la progettazione dei cuscinetti di rotazione per macchinari portuali Inviare i dettagli del caso per la valutazione tecnicaSebbene questo caso riguardasse una gru portuale, le stesse evidenze di ispezione sono pertinenti per attrezzature di coperta e su chiatta esposte a nebbia salina. Gli acquirenti che specificano cuscinetti di rotazione per gru marine deve considerare degrado del rivestimento, stato delle tenute, infiltrazioni d’acqua e prestazioni dello spurgo del grasso come parte dell’indagine sul guasto e della specifica di sostituzione.