Di Nicola Imbimbo – Leggi la biografia dell’autore
Articolo apparso la prima volta su Elevatori n. 3/2009

Fune/puleggia usura di contatto: una regolazione fine

SOMMARIO

Le funi di acciaio e le pulegge di frizione/rinvio sono generalmente considerate delle “commodity”. Questo è in un certo senso corretto, considerando che le funi sono prodotte da oltre 175 anni, ma da un altro punto di vista ci sono numerosi aspetti che devono essere considerati con attenzione.

Agli albori dell’industria ascensoristica, grande cura era dedicata alla verifica della pressione specifica tra funi e pulegge [5], ed alla linearità del giro funi.

Non solo questo, ma anche il numero di partenze per ora e la velocità della fune erano tenuti in considerazione per definire il valore massimo da assegnare alla pressione specifica.

Sembra che in anni recenti questo requisito sia stato rimosso perché ritenuto “old fashioned”, e le nuove norme tecniche armonizzate hanno rimosso ogni riferimento esplicito al calcolo della pressione specifica.

Con il risultato che oggi le condizioni di esercizio per funi e pulegge sono molto severe, di conseguenza è lecito aspettarsi da entrambe una vita ridotta. L’intento di questo documento è semplicemente di analizzare le condizioni di lavoro tra funi e pulegge, evidenziando l’importanza di fattori quali pressione specifica, angolo di deviazione, pulegge ruotate di 90°, etc.

1 – INTRODUZIONE

Definire le cause di usura di contatto fune/puleggia, non è un compito semplice: numerosi parametri interagiscono tra di loro ed oltre questo la loro mutua correlazione non è sempre così chiara. Nonostante questo si possono indirizzare delle semplificazioni per identificare le principali cause di usura precoce, quando questa avviene in esercizio dopo un breve periodo di tempo.

In un ascensore a frizione il movimento della cabina viene ottenuto tramite una regolazione fine del sistema fune/puleggia: questi due elementi si trasmettono l’un l’altro il movimento con un contatto di superficie che a sua volta genera frizione.

L’interazione di superficie che genera usura, sarà il punto principale che verrà analizzato di seguito: a seconda delle condizioni di questo contatto, numerose conseguenze possono essere generate nel servizio quotidiano degli ascensori a frizione.

Dato che non esistono norme tecniche che forniscano indicazioni su come ridurre l’usura di superficie, e che solo poche ricerche estensive sono state pubblicate sull’argomento, le seguenti informazioni
riportate sono principalmente basate sull’esperienza di casi reali. I valori numerici riportati in questo articolo devono essere intesi come approssimati e puramente indicativi. Tutti gli esempi sono basati su funi e pulegge costruite sulla base dell’attuale stato della tecnica.

2 – IDENTIFICAZIONE DELLE PRINCIPALI CAUSE DI USURA SUPERFICIALE TRA FUNE/PULEGGIA

Ci sono numerosi elementi che si influenzano l’un l’altro portando ad una riduzione delle performance di usura tra fune/ puleggia in esercizio.

Qui di seguito si cercheranno di identificare i principali elementi coinvolti in questa mutua influenza, al fine di comprendere i differenti fenomeni e le modalità con cui interferiscono l’un l’altro.

Prima di cominciare l’analisi dei principali elementi, è importante suddividere i medesimi in gruppi, al fine di ottenerne una suddivisione di base. Le cause che influenzano l’usura di superficie possono essere classificate in tre gruppi principali:

1. fune
2. puleggia
3. spettro di carico.

Tabella 1 – Suddivisione delle principali cause di usura superficiale

La tabella precedente non ha la presunzione di essere esaustiva; essa rappresenta i principali elementi che influenzano le performance di esercizio nel contatto fune/puleggia.

Il metodo in cui i vari elementi si influenzano reciprocamente non è di semplice spiegazione, e per illustrarlo graficamente, nella tabella sono state tracciate tre frecce che rappresentano le relazioni trasversali tra i gruppi di elementi:

– Freccia rossa → relazione tra i materiali di base
– Freccia nera → relazione di regolazione fine
– Freccia blu → relazione di progetto.

Si sarebbero potute identificare molte altre relazioni, ma per semplicità di rappresentazione e di comprensione, solo quelle menzionate precedentemente sono state rappresentate. La differenziazione dei principali elementi, in semplici classi di cause, sarà di aiuto nel prosieguo per comprendere i fenomeni che verranno descritti, avendo ben chiaro in mente che l’aspetto di usura delle pulegge può avere differenti forme: usura omogenea superficiale, impronte in negativo della fune, oppure una combinazione delle due. Questa fenomenologia è il risultato della combinazione di differenti cause che devono essere presenti in contemporanea per dare origine al fenomeno descritto.

Una sola delle cause citate in Tabella 1 da sola non è sufficiente a creare il fenomeno, ma una combinazione di alcune di esse, porterà rapidamente al fenomeno. Questo verrà meglio chiarito nei paragrafi seguenti.

3 – Definizione del Contatto: punto di vista Statico

3.1 Numero di trefoli

Prima di entrare nel merito dei vari elementi che influiscono sull’usura superficiale di fune e puleggia, bisogna comprendere come questo contatto può variare, nella gola di puleggia, a seconda della numerosità dei trefoli della fune stessa. Numerosità che può variare da 6 a 9 trefoli. Le funi più comunemente utilizzate sono quelle a 6 ed 8 trefoli con anima tessile, ma molte altre costruzioni sono disponibili sul mercato: anime metalliche, anime miste (tessile/metallica), anime in fibra naturale e/o fibra sintetica. Per identificare il numero di punti di contatto tra la fune e la puleggia, il metodo più semplice è quello di riferirsi all’osservazione della vista in sezione ed esaminare quanti trefoli sono in contatto con la gola (si veda la parte superiore della Figura 1); ma questo non è l’unico elemento da tenere in considerazione.

Di maggiore importanza è esaminare il contatto longitudinale tra fune e puleggia (si veda la parte inferiore della Figura 1), in quanto una fune con un maggiore numero di trefoli, sulla medesima lunghezza, produce un maggiore numero di punti di contatto.

In termini pratici questo significa che, in una determinata condizione, se viene scelta una fune con un maggiore numero di trefoli, la superficie di contatto aumenta, portando ad una riduzione della pressione localizzata di contatto. [8,12].

Figura 1 – Incremento del numero dei punti di contatto con la puleggia scegliendo una fune con un maggiore numero di trefoli.

3.2 Contatto dei fili elementari

Figura 2 – Elementi di base del contatto tra la puleggia ed una fune a 6 trefoli a cordatura crociata.

Quando due superfici metalliche vengono in contatto, soprattutto quando hanno forme differenti e quindi la superficie di contatto sarà rappresentata da punti discreti, il primo elemento che guiderà la loro relazione sarà la reciproca durezza superficiale [8] unitamente alla pressione di contatto: da un punto di vista statico, quando due superfici vengono in contatto l’un l’altra con una elevata pressione, quella con la durezza superficiale maggiore tende a generare deformazioni elasto-plastiche in quella più “soffice”. Nel caso particolare del contatto tra fune e puleggia, deve essere chiaro che la superficie con una durezza maggiore è quella rappresentata dai fili della fune ed a questo va anche aggiunto che la superficie di contatto è limitata ad una “collezione” discreta di fili paralleli, come rappresentato nella Figura 2.