Macchine di scavo per gallerie e miniere: giunti di sicurezza innovativi

Arriva da Mayr un aiuto fondamentale per tutti quei macchinari utilizzati per la realizzazione di gallerie, sempre più diffusi anche in tante applicazioni in Italia.

La situazione nel nostro Paese

Per i costruttori di impianti destinati allo scavo di gallerie e miniere il mercato italiano è interessante. Da un lato, ci sono le gallerie: l’allungamento delle linee metropolitane cittadine richiede nuovi scavi, mentre le opere già completate, diffusamente presenti in un terreno montuoso come il nostro attraversato da complesse reti stradali e ferroviarie, iniziano a mostrare i segni del tempo e richiedono manutenzione.

Per altri versi, in Italia anche l’industria estrattiva è un fenomeno economicamente rilevante: se l’attività mineraria è diminuita notevolmente nel corso dei secoli, è ancora considerevole il numero di cave attive e produttive, mentre l’estrazione di acque minerali è in crescita.

In queste industrie l’operatività delle macchine è caratterizzata da carichi gravosi e notevoli rischi, per minimizzare i quali occorre utilizzare componenti particolarmente robusti.

La missione di Mayr, riferimento nel settore delle trasmissioni di potenza da 125 anni, è quella di adoperarsi per fornire componenti affidabili ai produttori di macchinari per questi settori, a garanzia di un’elevata sicurezza e all’insegna della riduzione dei rischi per l’ambiente e la salute degli operatori.

Il mercato europeo

Tenendo presente la conformazione geografica italiana, non stupisce il nostro primo posto in Europa per numero di chilometri di gallerie autostradali: i dati di Autostrade per l’Italia ci confermano che i 500 km di questi manufatti sul territorio nazionale equivalgono alla metà di quelle presenti nell’intero Vecchio Continente. Non mancano inoltre cantieri aperti per il prolungamento delle reti metropolitane in diverse città, che contribuiscono ad aumentare l’attrattiva esercitata dal nostro mercato nei confronti dei costruttori di macchine per lo scavo di gallerie.

In base ai dati forniti dall’Ispra, durante gli ultimi 250 anni in Italia l’attività mineraria si è svolta in circa 3000 siti, che con l’andare del tempo sono stati in larga misura abbandonati; l’estrazione di minerali metallici, dal pesante impatto ambientale, si è pressoché estinta, mentre rimangono in attività alcune decine di siti, prevalentemente per l’estrazione di marne cementizie (in crescita) e minerali industriali.

Diversa è la situazione di altre forme di attività estrattiva, come le cave e l’estrazione di acque minerali; secondo l’Istat, per le cave sono oltre 2000 i siti attivi e produttivi, cifra sostanzialmente stabile, mentre per le 127 imprese autorizzate all’estrazione di acque minerali l’attività è in aumento. L’insieme di queste attività pone l’Italia al quinto posto nell’Unione Europea per l’estrazione interna di minerali non energetici.

Frese meccaniche

Per quanto riguarda i macchinari utilizzati per la realizzazione di gallerie, il più conosciuto è senz’altro la TBM (Tunnel Boring Machine): per la sua collocazione abitualmente sotterranea e l’attitudine allo scavo è familiarmente nota come “talpa”, anche se la sua denominazione ufficiale è “fresa meccanica a piena sezione”. Si tratta di manufatti di dimensioni immani, che spesso superano i 15 metri di diametro, e del valore di alcuni milioni di euro.

Come si può facilmente immaginare, non si tratta di macchinari “plug and play”: l’impiego di una talpa ha un indotto impressionante. Garantirne il corretto funzionamento e la manutenzione richiede molta manodopera qualificata, il che contribuisce alla creazione di posti di lavoro. Naturalmente la progettazione e l’utilizzo di una talpa ha effetti positivi anche per le aziende produttrici di componenti.

Per i produttori di macchinari così complessi le “barriere all’entrata” sono notevoli e il settore è piuttosto concentrato: il grosso del mercato se lo contendono un numero ristretto di multinazionali tedesche e asiatiche, anche se esistono TBM Made In Italy che riscuotono successo per la loro innovatività.

La componentistica heavy duty

A questo numero tutto sommato limitato di costruttori di TBM corrisponde una quantità di fornitori di componentistica potenzialmente più elevata, ma in questo caso la barriera è data dal tipo di prestazioni richieste ai componenti: non tutti i produttori possono realizzarne di adeguati alle impressionanti forze in gioco.

Considerando che la testa di una talpa ha una velocità di rotazione relativamente contenuta, la coppia trasmessa è invece elevatissima: lo scavo di terreni e substrati rocciosi implica un carico estremamente gravoso.

Sono sempre in agguato i sovraccarichi: basta un’irregolarità della roccia per far aumentare il carico in modo preoccupante, con il rischio di causare danni ingenti al macchinario. Fra i costi elevati per la riparazione, da un lato, e la battuta d’arresto nella lavorazione dall’altro, le ripercussioni economiche per l’impresa possono essere gravi.

Il sistema più affidabile per prevenire i danni da sovraccarico, evitando danni e fermi macchina, è utilizzare limitatori di coppia. Questi hanno un meccanismo di sgancio affidabile e preciso che protegge motore e testa rotante, interrompendo la trasmissione a un livello di coppia preimpostato.

L’affidabilità dei componenti Mayr

Le soluzioni per il settore degli scavi offerte da Mayr sono contraddistinte da densità di potenza elevata, capacità di far fronte a condizioni estreme e completa affidabilità, dato che l’azienda da oltre 125 anni si pone come partner affidabile per progettisti e aziende costruttrici di macchinari per l’industria.

I componenti Mayr sono robusti, resistenti e garantiscono la salvaguardia del gruppo motopropulsore e una protezione costante e affidabile dal sovraccarico. La sicurezza è sempre importante per Mayr, come naturalmente la produttività: con i componenti di quest’azienda anche gli impianti di maggiori dimensioni operanti in condizioni gravose possono dare il meglio.

I limitatori per le talpe

Nel settore delle gallerie, tra i più apprezzati giunti di sicurezza limitatori di coppia spicca EAS-HT (nella foto qui sopra), a disinnesto completo: al superamento della coppia limite, il carico viene separato e le masse rotanti a monte del giunto continuano a girare, rallentando e arrestandosi gradualmente separando gran parte dell’energia di collisione.

Essendo modulare, EAS-HT può gestire valori di coppia elevatissimi mediante l’installazione di più elementi: al momento sono stati forniti limitatori in grado di funzionare con valori di coppia pari a 540.000 Nm, ma grazie alla natura scalabile di questo giunto di sicurezza è possibile arrivare a gestire valori ben maggiori.

Grazie alla consolidata esperienza, i tecnici Mayr dispongono di numerosi schemi progettuali per combinare i moduli nel modo più opportuno a seconda del tipo di scavi, ma per esigenze particolari sono a disposizione per studiare soluzioni ad hoc.

Il limitatore di coppia EAS-HT prolunga la vita utile del macchinario, previene danni e permette di ridurre i costi aumentando la produttività. È disponibile anche nella versione chiusa dotata di un involucro che isola il componente da elementi ambientali come polveri, acqua, caldo o freddo, permettendo il funzionamento anche nelle condizioni più avverse.

Quando le condizioni operative sono particolarmente complesse, è possibile che anche un giunto con involucro non sia sufficiente, ma che l’intera linea di trasmissione sia incapsulata per evitare le contaminazioni: questo la rende difficilmente accessibile, specie nel caso di macchinari di grandi dimensioni. Per queste situazioni Mayr ha sviluppato EAS-reverse, limitatore di coppia che può essere gestito automaticamente attraverso l’azionamento. In caso di sovraccarico un meccanismo di disinnesto scollega parte motrice e condotta evitando danni; il riarmo avviene automaticamente, quale che sia la posizione angolare, semplicemente ruotando il giunto lentamente all’indietro senza che occorrano sistemi pneumatici o idraulici di reinserimento.

Gallerie e miniere, la gamma Mayr

Prevenire danni da sovraccarico, nei macchinari per lo scavo di gallerie e miniere, è importante ma non è l’unica esigenza dei costruttori che Mayr soddisfa con la sua gamma: sono numerosi i componenti progettati con in mente le particolarità di questo segmento.

In quest’ambito vanno citati in primo luogo ROBA-stop-M e ROBA-stop-S, entrambi freni montati sull’albero.

ROBA-stop-M è un freno con mantenimento del carico ed è completamente protetto da un involucro. Facile da installare e con esigenze di manutenzione nulle per tutta la vita utile del rotore, ha tempi di commutazione molto brevi. In caso di interruzione della corrente o arresto di emergenza del processo di produzione, entra in azione immediatamente mantenendo il carico nella sua posizione. Affidabile e robusto, è facile da installare e garantisce elevati livelli di sicurezza.

Anche ROBA-stop-S (nella foto qui sopra), in assenza di alimentazione, mantiene il carico in posizione, ma presenta anche un’altra funzione: nel caso si verifichi un’emergenza, come un black-out o un arresto improvviso del funzionamento, agisce assorbendo alti livelli di lavoro di frizione. Dotato di un involucro che lo protegge completamente da polvere e acqua grazie al suo elevato grado di protezione IP67, richiede pochissima manutenzione ed è ispezionabile senza che occorra smontarlo.

Nella costruzione di escavatori trova largo impiego anche un altro componente che è il limitatore di coppia a frizione ROBA (ROBA-slip hub), ideale per applicazioni ad alta intensità per la sua precisione elevata e costante nel tempo, che non richiede regolazioni frequenti. ROBA-slip hub si distingue per l’elevata ripetibilità al raggiungimento della coppia di taratura, garantendo che il sistema agisca al valore predefinito. Facile da installare e con esigenze di manutenzione molto ridotte grazie alle superfici di frizione particolarmente resistenti all’usura, permette di regolare la coppia in continuo, ottenendo una calibrazione fine senza necessità di strumenti complessi.

Il campo d’applicazione ideale per ROBA-DS (nella foto qui sopra), giunto di collegamento tra alberi a pacchi lamellari dalla forma ottimizzata con FEM (Finite Element Method), sono le applicazioni heavy duty. ROBA-DS è torsionalmente rigido e senza gioco, grazie al collegamento conico che garantisce una trasmissione affidabile e precisa della coppia; gli scostamenti assiali, radiali e angolari degli alberi sono perfettamente compensati.

Fra i componenti adatti a questo segmento impegnativo, l’introduzione più recente è il giunto sensorizzato ROBA-drive-checker, che amplia le qualità del giunto ROBA-DS con un sistema di controllo efficiente e compatto. ROBA-drive-checker è in grado di misurare variabili rilevanti come la coppia, la velocità e la temperatura e di comunicarle in tempo reale ai sistemi di controllo della produzione per monitorare il funzionamento degli impianti, individuando malfunzionamenti e usura sin dalle prime manifestazioni. Questo rende possibile anticipare o posticipare eventuali interventi di manutenzione, effettuandoli solo se necessari, pianificati ed efficienti. Gli intervalli fra i cicli di manutenzione diventano più lunghi o più personalizzati, i tempi di inattività più brevi e la durata del macchinario aumenta.

In Mayr progettisti e costruttori di macchine per lo scavo di miniere e gallerie trovano quindi un partner esperto e affidabile, in grado di fornire una gamma completa di soluzioni per tutte le esigenze che possono sorgere in questo complesso settore operativo.