In molti sistemi di freni a tamburo industriali, la ruota freno (a volte chiamata tamburo freno in certi contesti) è trattata come “semplice parte rotante.” In realtà, è il partner di attrito che determina in larga misura velocità di usura, comportamento termico, rumore/vibrazione, e anche quanto il torque del freno risulta coerente nel tempo.
Questo è particolarmente vero per i freni a tamburo (a blocco) elettro-idraulici ampiamente usati in gru, nastri trasportatori, e macchinari pesanti—come le nostre serie di freni a tamburo elettro-idraulici YWZ13. Se il materiale della ruota freno o il trattamento termico sono inadatti al ciclo di lavoro e al rivestimento di attrito, si possono generalmente osservare uno (o più) di questi risultati sul campo: rapido usura del rivestimento, scuffing della ruota, bluening / punti caldi, instabilità del torque, o crepe.
Di seguito una visione pratica ingegneristica di materiali delle ruote freno e opzioni di trattamento termico, con intervalli di dati che puoi usare in specifiche e controlli di accettazione.
[Segnaposto immagine] Primo piano di una pista di attrito della ruota freno che mostra (A) modello di usura sano, (B) scoring, (C) bluening termico.
1) Cosa fa realmente la ruota freno (oltre a “fornire una superficie”)
Per freni a tamburo / blocco, la coppia di frenata si crea facendo pressione del rivestimento di attrito sulla ruota freno rotante. La ruota deve svolgere quattro funzioni contemporaneamente:
- Fornire una superficie di attrito stabile quindi la coppia torcente è ripetibile da una fermata all’altra.
- Assorbire e diffondere il calore generato durante la frenata (massa termica conduttività).
- Resistere all’usura e allo scoring dal rivestimento sotto carico e contaminazione (polvere, umidità, scala).
- Resistere al ciclo termico senza crepe, deformazioni, o crescita severa di runout.
Per questo “più duro è meglio” non è una regola sicura. Una ruota troppo dura può resistere all’usura, ma diventa più vulnerabile a crepe termiche e può accelerare l’usura del rivestimento. Una ruota troppo morbida può proteggere il rivestimento, ma può scavare rapidamente e perdere efficacia nell’attrito.
2) Materiali comuni per le ruote freno (e cosa significano i numeri)
Le ruote freno industriali sono tipicamente realizzate in ghisa grigia, ghisa ductile, o acciaio fuso. La scelta migliore dipende dal ciclo di lavoro, carico di shock, e profilo termico.
| Famiglia di materiali (gradi tipici) | Resistenza alla trazione tipica | Duttile tipico | Intervallo di durezza tipico (HB) | Note pratiche per la frenata |
|---|---|---|---|---|
| Ghisa grigia (ad esempio, HT250/HT300) | ~250–300 MPa | Basso (fragile) | ~180–240 HB | Buon smorzamento (meno vibrazioni), attrito stabile; minor tenacità—attenzione alle crepe termiche in condizioni di lavoro gravose |
| Ghisa ductile (ad esempio, QT500-7) | ~500 MPa | ~7% di allungamento | ~170–240 HB (varia in base al trattamento) | Migliore tenacità rispetto alla ghisa; buon compromesso per macchinari all’aperto e soggetti a shock |
| Acciaio fuso (ad esempio, ZG35 / ZG45) | ~500–700 MPa (dipendente dal grado) | Superiore alla ghisa | ~170–260 HB (come trattato) | Alta tenacità e tolleranza a sovraccarichi; potrebbe essere necessario un attento abbinamento di attrito per evitare usura e rumore del rivestimento |
Nota: le gamme sopra sono valori tipici del settore. I tuoi criteri di accettazione effettivi dovrebbero seguire il disegno di progetto e il ciclo di lavoro del freno.
Interpretazione rapida
- Ghisa grigia: ampiamente usato perché “si comporta bene” in attrito—buon smorzamento e comportamento stabile della superficie, ma minor tenacità.
- Ghisa ductile: spesso scelto quando impatti/shock e servizio outdoor spingono la ghisa verso il rischio di crepe.
- Acciaio fuso: scelto quando la tenacità è prioritaria (shock pesanti / rischio di sovraccarico), ma richiede un attento controllo della finitura superficiale e della selezione del rivestimento.
[Segnaposto immagine] Confronto microstruttura: scaglie di ghisa grigia vs noduli di ghisa ductile (illustrativo).
3) Perché la durezza è importante—più la “durezza non basta”
La durezza influenza la resistenza all’usura, ma l’usura è anche influenzata dal tipo di rivestimento, distribuzione della pressione, contaminazione, e temperatura. Una relazione classica di usura (usata come modello utile) è:
V \propto \frac{W \cdot s}{H}Dove V è il volume di usura, W è il carico normale, s è la distanza di scorrimento, e H è la durezza. Questo spiega perché materiali più duri tendono a usurarsi più lentamente. Tuttavia, l’usura reale della frizione spesso devia perché:
- L’alta temperatura può modificare il comportamento del film di attrito e la microstruttura sulla superficie.
- Contaminazione (olio/polvere) può trasformare l’usura in abrasione/scoring.
- Contatto irregolare (disallineamento/runout) crea punti caldi locali e “usura selettiva.”
Quindi trattiamo la durezza come un intervallo controllato, non come un obiettivo “più alto è meglio”.
4) Opzioni di trattamento termico per le ruote freno (e cosa comportano)
Il trattamento termico è come si regola il bilanciamento tra resistenza all’usura superficiale e tenacità del nucleo. Le tecniche più comuni includono:
A) Come-cast / rilassamento da stress
Utilizzato quando le proprietà di fusione di base soddisfano già i requisiti e l’obiettivo principale è ridurre lo stress residuo (migliorando la stabilità dimensionale). Questo può aiutare a ridurre deformazioni e variazioni di runout durante le prime fasi di servizio.
B) Normalizzazione (comune per ruote in acciaio fuso)
La normalizzazione affina la struttura del grano e migliora l’uniformità. È spesso scelta quando si necessitano proprietà meccaniche coerenti in tutta la ruota, specialmente per sezioni più spesse che altrimenti si raffreddano in modo disomogeneo.
C) Quench & temper (Q&T) (per obiettivi di maggiore resistenza/tenacità)
Q&T migliora resistenza e tenacità ma può aumentare la durezza oltre quanto alcuni sistemi di rivestimento tollerano. Se si utilizza Q&T, specificare una banda di durezza controllata e confermare l’abbinamento di attrito con il materiale del rivestimento (organico vs semi-metallico vs sinterizzato).
D) Indurimento superficiale (ad esempio, indurimento per induzione) (solo se giustificato)
L’indurimento superficiale crea uno strato resistente all’usura mantenendo un nucleo più duro. Può essere utile in ambienti abrasivi severi, ma aumenta il rischio di screpolature termiche superficiali se il ciclo di lavoro produce alte temperature di picco. Se si specifica l’indurimento superficiale, si deve anche specificare profondità efficace del caso e come viene misurata la durezza (HB/HRC), oltre a come vengono screening le crepe.
[Segnaposto immagine] Controllo runout con indicatore di dial sulla pista di attrito della ruota freno (HBW) esempio di punti di misurazione lungo la circonferenza.
5) Selezione pratica: abbinare materiale e trattamento della ruota al ciclo di lavoro
Se devi scegliere una ruota freno per un freno di viaggio di una gru, un argano, o un alimentatore, inizia dal profilo di duty e dal modo in cui vuoi evitare il guasto.
Se il problema principale è un'usura rapida della ruota / scanalature profonde
- Verificare contaminazione (olio/grasso) e polvere abrasiva prima—gli upgrade di materiale non risolveranno una guarnizione del cambio che perde.
- Confermare allineamento e schema di contatto. Un contatto irregolare può “tagliare” rapidamente le scanalature.
- Poi considerare di passare da una specifica di ruota più morbida a un intervallo di durezza controllata più alta, o passare da ghisa grigia a ghisa ductile a seconda della storia di crepe.
Se il problema principale è crepe / screpolature termiche
- Le crepe sono spesso una combinazione di temperatura di picco elevata + ciclo termico + stress residuo.
- Valutare prima l’energia di frenata e l’aumento di temperatura (molte crepe sono problemi di ciclo di lavoro).
- Considerare opzioni di materiali con maggiore tenacità (ghisa ductile o acciaio fuso) e rilassamento da stress/normalizzazione per migliorare la stabilità.
- Evitare di spingere inutilmente la durezza superficiale senza dimostrare il comportamento termico.
Se il problema principale è frenata instabile (vibrazioni/rumore/deriva del torque)
- Finitura superficiale e smorzamento del materiale sono importanti. La ghisa grigia spesso funziona bene per l’attenuazione delle vibrazioni.
- Controllare runout, allineamento di montaggio, e compatibilità del grado del rivestimento (stabilità del coefficiente di attrito).
- Confermare che il freno si rilascia completamente—lo sfregamento può “lucidare” la ruota e modificare il comportamento di attrito.
Realità sul campo: In molte applicazioni di gru e nastri trasportatori, il miglioramento più conveniente non è “acciaio più duro,” ma un controllo più stretto di gioco, corsa di rilascio, e prevenzione contaminazione olio.
6) Cosa specificare quando si ordina una ruota freno (evitare requisiti vaghi)
Per approvvigionamento e ingegneria, il modo più rapido per ottenere ruote freno coerenti è specificare requisiti misurabili. Una specifica di acquisto pratica dovrebbe includere:
- Grado del materiale (ad esempio, grado HT/QT/ZG o equivalente)
- Condizione di trattamento termico (come-cast / rilassato da stress / normalizzato / Q&T / indurimento superficiale)
- Intervallo di durezza sulla pista di attrito (HB, metodo di misurazione HBW preferito per le fusioni)
- Limite di runout / concentricità sulla pista di attrito (collegare al progetto del freno)
- Finitura superficiale richiesta (intervallo Ra) e regola “nessun difetto di fusione profondo” sulla pista
- Metodo di ispezione: punti di durezza e conteggio, criteri visivi, opzionale MT/PT per screening di crepe (se critico)
[Segnaposto link interno] Scarica: Lista di controllo per l’ordine della ruota freno (dimensioni materiale durezza punti di ispezione).
7) Nota sul prodotto: abbinare le ruote freno alle famiglie di freni (perché “OEM matching” riduce i tempi di fermo)
Nei sistemi a tamburo, la ruota e il rivestimento sono una coppia di attrito abbinata. Quando i clienti retrofitano un materiale o durezza ruota diversa senza considerare il rivestimento, spesso succedono due cose:
- L’usura del rivestimento è insolitamente rapida (ruota troppo dura / superficie troppo aggressiva).
- Le scanalature della ruota o il surriscaldamento (ruota troppo morbida o condizione superficiale scadente).
Per clienti che usano le nostre famiglie di freni a tamburo elettro-idraulici (come YWZ/YWZ13), forniamo ruote freno come componenti abbinati (ad esempio, le nostre serie ZDL di ruote freno) in modo che il comportamento di attrito si allinei con la coppia e il profilo termico previsti dal freno.
[Segnaposto link interno] Pagina prodotto della serie ZDL di ruote freno
[Segnaposto link interno] Ricambi: ruota freno rivestimenti kit di perni/bulloni per freni YWZ/YWZ13
8) Controlli rapidi in loco per lo stato della ruota freno (cosa i tecnici possono misurare rapidamente)
- Condizione visiva della pista: ricerca di scanalature, punti caldi (bluening), lucidatura, e crepe.
- Controllo runout: Un indicatore di dial sulla pista può identificare deformazioni che causano frenata irregolare e usura delle pastiglie.
- Scansione della temperatura: dopo una corsa di lavoro normale, eseguire una scansione IR della pista—punti caldi localizzati spesso indicano disallineamento o trascinamento.
- Controllo contaminazioni: olio/olio sulla pista è una causa principale; riparare le perdite prima di sostituire le parti.
[Segnaposto immagine] Configurazione del controllo runout con indicatore di dial sulla pista di attrito della ruota.
Hai bisogno di aiuto per scegliere la specifica corretta della ruota freno?
Se condividi il modello della tua frizione (ad esempio, dimensione YWZ13), dimensioni della ruota freno, ciclo di lavoro (stop/ora velocità), ambiente (polvere/olio/outdoor), e tipo di rivestimento, possiamo raccomandare un materiale per la ruota freno e un obiettivo di trattamento termico che bilanci durata dell’usura e rischio di crepe.
[Segnaposto link interno] Contatta il nostro team di ingegneria per supporto nella selezione e compatibilità di sostituzione della ruota freno.
