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I danni dell’usura
a cura dell’Ufficio Relazioni con il Pubblico - ISPESL
di Torello Zampi, Ingegnere Ispesl Dipartimento di Firenze
e Giuseppe Augugliaro, Ingegnere Ispesl Dipartimento di Firenze
Intercorrono circa 54 giorni tra l’avvenimento del danno al cuscinetto e la rottura del supporto
Questo articolo trae origine a seguito di un incidente verificatosi su un ascensore installato a Prato (Fi) nel quale è rimasto infortunato un passeggero. La causa dell'incidente è conseguente al grippaggio del cuscinetto di una puleggia di rinvio installata in alto, alla sommità del vano di corsa. L'ascensore di cui trattasi è del tipo ad argano elettrico con locale macchina in basso. A seguito del grippaggio del cuscinetto di una delle due pulegge (quella lato contrappeso), il momento torcente trasmesso all'asse dall'attrito delle funi di trazione sulla puleggia, vinceva quello di serraggio dei supporti mettendo in rotazione l'asse. Questo funzionamento anomalo del meccanismo provocava notevole attrito fra l'asse e i suoi supporti. Si produceva pertanto un progressivo consumo dello spessore dell'acciaio del supporto fino al suo completo esaurimento. Successivamente veniva intaccato lo spessore dei sottostanti tronchetti (NPC120). Col tempo, per l'eccessivo assottigliamento di tali spessori, si verificava la rottura di uno dei due pezzi. L'asse della puleggia precipitava da un lato andando a fermarsi sulla trave sottostante NPC140 provocando una notevole inclinazione della puleggia rispetto al suo piano verticale di rotazione.
Questo evento provocava la fuoriuscita delle funi dalle gole della puleggia, che sottoposte al carico del contrappeso, da un lato e della cabina dall'altro, precipitavano vero il basso, andando ad arrestarsi sull'asse della puleggia. La mancanza di aderenza delle funi sulla puleggia motrice, durante questa fase, faceva precipitare in caduta libera la cabina fino all'intervento del limitatore di velocità che azionava il paracadute bloccando la cabina sulle guide. Il condominio, per poter accertare eventuali responsabilità della ditta di manutenzione, aveva necessità di conoscere, approssimativamente, il tempo intercorso fra il grippaggio del cuscinetto e la rottura del supporto.
L'usura verificatasi in questo caso, essendo in assenza di lubrificazione, è detta “usura a secco”. Nel caso specifico è un'usura avvenuta per un danno al cuscinetto di rotolamento della puleggia, e quindi non prevista in fase di progetto.
Per facilitare la decifrazione del fenomeno chimico fisico, si è stabilito che l'usura avvenga per un preciso meccanismo. Tale approccio ha portato alla definizione di modelli elementari di usura, tra cui:
- usura adesiva, ovvero la deformazione plastica e lo scorrimento visco-plastico del materiale intorno alle aree di adesione tra le superfici;
- usura abrasiva, dovuta al forzamento tra particelle o protuberanze dure caricate contro una superficie solida, quando sia presente moto relativo tra le stesse e la superficie solida di appoggio;
- usura corrosiva, dovuta a reazioni chimiche o elettrochimiche con l'ambiente;
- stick-slip, fenomeno che dipende dall'elasticità del sistema e prevede improvvisi decrementi del coefficiente di attrito con innesco di strisciamento o incremento della velocità relativa;
- erosione, progressiva perdita di materiale originale da una superficie solida dovuta all'interazione meccanica tra la superficie ed un fluido, un fluido multicomposto o particelle solide, per continua successione di impatti con la superficie stessa;
- usura per rotolamento, ovvero la componente di deterioramento superficiale che si verifica in tribosistemi nei quali non vi è velocità di strisciamento nel moto relativo tra le superfici a contatto;
- tribo-ossidazione, processo generico di sinergia tra formazione di ossidi e usura meccanica con eventuale formazione di strato agglomerato di particelle coese.
- usura catastrofica, ovvero il danneggiamento o cambiamento di forma di una superficie che avviene rapidamente o con intensità crescente, causata da usura talmente severa che la vita del triboelemento è sensibilmente ridotta rispetto all'aspettativa, ovvero ne viene distrutta la funzionalità.
Per simulare il processo di usura in questione e calcolare il tempo di usura dei supporti fino alla rottura degli stessi (tenuto conto delle masse in gioco e della loro velocità) si è utilizzata la legge di Archard. Tale legge, che esprime con maggior accuratezza i tassi di usura per velocità del moto relativo inferiori a 1 m/s, stabilisce che W = ka An P ove An rappresenta l'area nominale di contatto, P la pressione (forza per unità di area) sulle superfici striscianti, ka la costante di Archard relativa al tasso di usura, ed il tasso di usura W è definito come segue: W = (volume di materiale rimosso dalla superficie di contatto)/(percorso di strisciamento). Riscrivendo l'equazione di Archard esplicitando il volume di materiale rimosso, si ottiene: DV = Ds ka An P.
Questo risultato ci dice che il tempo totale necessario per usurare il supporto e poi l'appoggio, ovvero il tempo intercorso tra l'avvenimento del danno al cuscinetto e la rottura del supporto con il conseguente scarrucolamento delle funi di trazione e successivo intervento del paracadute, è di circa 54 giorni. |
