Rottura delle ralle: perché si verifica e come prevenirla

La ralla è un cuscinetto di grandi dimensioni costituito da quattro componenti principali:

• Anello dentato inferiore

• Anello superiore

• Elementi di rotolamento (sfere disposte in una o due fasce, oppure rulli)

• Distanziali

Entrambi gli anelli presentano una scanalatura, definita pista, la cui dimensione e geometria consente di alloggiare gli elementi di rotolamento e i relativi distanziali. Negli escavatori, l’anello dentato della ralla è montato al telaio inferiore tramite collegamenti filettati. L’anello superiore, privo di denti, è collegato al telaio della cabina. La ralla fa sì che i due telai ruotino l’uno rispetto all’altro, mentre il controllo del movimento rotatorio è garantito dal relativo riduttore di velocità. Quest’ultimo è montato a bordo del telaio della cabina, ed è dotato di un pignone di trasmissione che si allinea con la dentatura della ralla per compiere la sua funzione.

I principali motivi di rottura e sostituzione delle ralle

La situazione più frequente che porta a sostituire la ralla è la rottura di uno o più denti sulla corona inferiore. Questa eventualità ne rende infatti impossibile l’uso, poiché il numero di denti rotti tende ad aumentare rapidamente. Le cause principali risiedono nel deterioramento o nel mancato funzionamento del sistema frenante del riduttore di rotazione. Se questo sistema non è efficace, durante i cambi di direzione della cabina, l’inversione della coppia agisce sui denti con un movimento flettente superiore a quello per cui sono progettati. La rottura rischia di verificarsi soprattutto in condizioni di carico della pala e sostenute velocità di rotazione.

Un altro problema che può presentarsi è il bloccaggio della ralla. Nonostante gli elevati carichi a cui sono sottoposte, le ralle hanno un rapporto sezione trasversale/diametro piuttosto piccolo: questo le rende deformabili, se non correttamente supportate. Dunque è importante che la struttura di collegamento sia abbastanza rigida, che le superfici di appoggio siano sufficientemente piane, e che il sistema di fissaggio impedisca le deformazioni dovute alle alte sollecitazioni. In caso contrario, oltre al rischio di bloccaggio del cuscinetto, si rischia l’usura permanente delle piste di rotolamento.

Come prevenire la rottura delle ralle

Per aumentare la vita delle ralle esistono buone prassi da seguire che partono dall’uso dei materiali durante la costruzione. Al contempo, un montaggio corretto sull’escavatore e la manutenzione ordinaria prevengono in modo importante i fenomeni di usura precoce.

Materiali e trattamenti termici

La scelta dei materiali e dei trattamenti termici è un aspetto critico per ottenere ralle resistenti e durature, soprattutto per quanto riguarda la vita del dente. Normalmente a questo scopo si impiegano due tipi di acciaio: 42CrMo4 bonificato con R=90-100 kgf/mm per gli anelli interni, e C45 bonificato con R=70-80 kgf/mm per gli anelli esterni.

In più, è necessario prevedere un trattamento termico superficiale sulle due aree più sollecitate della ralla: la pista degli elementi di rotolamento e i denti dell’anello interno. Attraverso un processo di tempra a induzione, aumenta la resistenza del dente alla flessione e al pitting sulla sua superficie di contatto. Allo stesso modo, vengono trattate termicamente anche le piste di rotolamento per contrastare l’usura legata al passaggio continuo degli elementi.

Trasporto e stoccaggio

Per evitare urti e danneggiamenti, soprattutto in direzione radiale, la ralla deve essere imballata in una cassa rigida e trasportata in posizione orizzontale. Nella fase di stoccaggio, cassa e cuscinetto devono rimanere in un luogo chiuso, al riparo da agenti atmosferici che possono provocare corrosioni. Durante il disimballaggio è importante prestare attenzione a non rovinare le guarnizioni, sgrassando il cuscinetto con un diluente commerciale privo di cloruri poiché dannosi per le superfici. 

Installazione della ralla

Il processo di sostituzione della vecchia ralla prevede alcune operazioni preliminari necessarie alla corretta installazione del nuovo cuscinetto. Durante lo smontaggio è importante:

• Rimuovere lo sporco ed eventuali detriti dalla superficie di appoggio del cuscinetto. 

• Verificare lo stato di mantenimento delle strutture su cui la ralla verrà collegata (indispensabile per il corretto funzionamento e la durata della ralla stessa). 

• Controllare che le superfici di collegamento non abbiano subìto danni durante il lavoro della macchina o lo smontaggio (un’insufficiente planarità può portare al bloccaggio della ralla).
  
  

Una volta accertati questi aspetti si può posizionare la ralla sul telaio inferiore della macchina. Per ottenere un orientamento efficace e adeguato, occorre seguire le indicazioni riportate su di essa. Ogni ralla presenta una zona di inizio e fine tempra, che ne costituisce la parte più fragile. Bisogna quindi che i punti di raccordo della tempra rimangano il più lontano possibile dall’area su cui si verificano i carichi massimi durante il ciclo di lavoro della macchina.

Prima di iniziare il collegamento tra ralla e telaio occorre verificare che la bulloneria di fissaggio sia conforme con le specifiche del manuale del costruttore. Inoltre, è importante oliare preventivamente la bulloneria e utilizzare rondelle piane, non elastiche. Si procede poi con un leggero serraggio dei bulloni del primo anello (quello inferiore secondo l’ordine illustrato nella figura sotto), per evitare tensioni o distorsioni sull’anello stesso. Una volta serrati i bulloni si conclude l’operazione utilizzando le coppie di serraggio indicate nel manuale del costruttore, con l’aiuto di una chiave dinamometrica dell’apposita portata.

L’eccentricità della ralla e l’installazione del pignone

In secondo luogo è fondamentale tenere conto dell’eccentricità della ralla per evitare il bloccaggio della trasmissione del moto o l’usura prematura dei denti. A causa del basso rapporto spessore/diametro, gli anelli delle ralle tendono a deformarsi durante il trattamento termico. Pur non essendo un problema qualitativo della produzione, questo conferisce loro una forma lievemente ellittica invece che circolare.

Durante l'installazione va verificato l'allineamento verticale tra ralla e pignone. Anche quando la macchina ha un numero maggiore di pignoni, l’accoppiamento va fatto nei punti di massima eccentricità della ralla stessa. Sulla ralla, i punti di massima eccentricità sono indicati con tre denti verniciati di giallo. Questo permette di calibrare i giochi tra le due dentature nel punto di massima distanza tra i due componenti. Per farlo bisogna regolare il gioco tra i fianchi dei denti della ruota e quelli del pignone, assicurandosi che sia di almeno [(0.05 * M)] mm, dove M rappresenta il modulo della dentatura.

Al termine del montaggio è opportuno far ruotare per alcuni giri il sistema, per verificare che l'accoppiamento sia giusto e che non vi sia un’eccessiva rumorosità legata a un ingranamento scorretto. Accertato questo, prima dell’avvio del sistema di rotazione della cabina, è possibile procedere con l’ingrassaggio della dentatura, prestando attenzione a coprire interamente i fianchi di tutti i denti.

Si consiglia infine di rilevare e annotare il gioco in macchina. La misura si rileva con un comparatore posizionato come nella figura tra struttura superiore e inferiore, il più vicino possibile alla pista di rotolamento per diminuire l'influenza delle deformazioni elastiche della struttura di collegamento. Una volta posizionato e azzerato il comparatore, bisogna portare la macchina nelle condizioni di carico massimo e rilevare la variazione del gioco. Il valore massimo registrato nelle varie posizioni angolari rappresenterà il gioco iniziale della macchina e sarà il termine di comparazione per i rilievi futuri, necessari a monitorare lo stato della ralla.

Manutenzione

Per allungare la vita della ralla e mantenerla in un buono stato operativo, occorre eseguire controlli periodici della lubrificazione, del tensionamento dei bulloni, dello stato delle guarnizioni e dei giochi in macchina.

La ralla è fornita con le piste di rotolamento già ingrassate. Si procede quindi alla loro lubrificazione dopo le prime 50 ore di lavoro, e poi secondo intervalli legati alle condizioni di impiego della macchina (senza però superare le 100 ore di utilizzo). Inoltre, prima e dopo un lungo periodo di fermo macchina, è necessario eseguire un nuovo ingrassaggio della ralla. Il pompaggio del grasso va fatto con il cuscinetto in rotazione, e si ritiene concluso quando il grasso fuoriesce dalla guarnizione formando un leggero film.

Durante la vita della ralla si raccomanda di eseguire controlli visivi sullo stato delle guarnizioni, sostituendole se risultano deteriorate o più fragili. Secondo gli stessi intervalli di manutenzione, è necessario cospargere interamente di grasso i fianchi dei denti, spalmandolo con un pennello o a spruzzo.

Come anticipato, è buona norma rilevare i giochi in macchina una volta all'anno per individuare problemi o usure anomale delle piste di rotolamento. L'incremento massimo ammissibile dipende da alcuni fattori. Tra questi: il diametro del cuscinetto, la tipologia e la dimensione dei corpi volventi (sfere o rulli), e il tipo di applicazione (che può accettare limiti di usura più alti se non ne compromettono il funzionamento). In ogni caso, quando l’aumento quadruplica rispetto al gioco iniziale è bene valutare la sostituzione della ralla.

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