I frantoi a mascelle Constmach (serie CJC) sono frantoi primari a semplice biella (single-toggle) che frantumano la roccia per compressione tra una piastra di mascella fissa e una mascella mobile oscillante azionata da un albero eccentrico. La gamma va dal compatto CJC-60, con bocca di alimentazione da 600x380 mm, fino al CJC-140, con bocca da 1,400x1,100 mm e una produttività di 420-850 t/h, adatto ai materiali duri e abrasivi come primo stadio di frantumazione.
Che cos'è un frantoio a mascelle
Il frantoio a mascelle è la prima macchina che la maggior parte della roccia incontra in un impianto di frantumazione. Riceve i grandi blocchi di pietra provenienti direttamente dal fronte di cava o dall'autocarro e li riduce a una pezzatura che il resto dell'impianto è in grado di gestire. Il nome deriva dal suo funzionamento: due piastre, una fissa e una mobile, formano una camera a V che comprime il materiale proprio come farebbe uno schiaccianoci.
Constmach realizza questa applicazione con la serie CJC. Ogni macchina adotta un progetto a semplice biella (single-toggle): la mascella oscillante è azionata direttamente dall'albero eccentrico, anziché tramite un meccanismo a biella separato nella parte superiore. Il risultato è un frantoio primario compatto e robusto, che si comporta bene anche con le rocce più dure e abrasive che una cava possa produrre. Uno schema a semplice biella presenta inoltre meno parti in movimento rispetto al vecchio schema a doppia biella (double-toggle): c'è meno da usurare e meno da ingrassare, e la macchina risulta più bassa a parità di bocca di alimentazione.
Come funziona un frantoio a mascelle
Il materiale entra nella parte superiore della camera attraverso la bocca di alimentazione. La mascella oscillante, sospesa all'albero eccentrico, si avvicina e si allontana dalla mascella fissa seguendo una stretta traiettoria ellittica. Nella corsa di chiusura la roccia viene afferrata e frantumata per compressione; nella corsa di apertura la gravità trascina i frammenti più in basso, nella camera che si restringe, dove vengono nuovamente catturati e frantumati.
Questo ciclo si ripete lungo tutta l'altezza della camera finché il materiale non è abbastanza piccolo da cadere attraverso la luce di scarico in basso. Poiché l'azione è puramente di compressione, il frantoio a mascelle non ha bisogno dell'urto né di elevate velocità periferiche per svolgere il proprio lavoro. È proprio questo il motivo per cui gestisce così bene le rocce ad alta resistenza: applica una forza enorme lentamente, anziché colpire la pietra.
Il moto ellittico è importante. La mascella oscillante non si limita ad aprirsi e chiudersi come una cerniera; a ogni corsa spinge anche la roccia verso il basso, così la camera si alimenta da sola. Questo "morso" verso il basso è ciò che mantiene il flusso del materiale e gli impedisce di fermarsi in un unico punto logorandosi. L'albero eccentrico, i volani ai due lati della macchina e la biella posteriore lavorano insieme per trasformare la rotazione costante del motore in questa compressione controllata e ripetuta. I volani accumulano energia tra una corsa e l'altra e la rilasciano nella corsa di frantumazione: è così che un motore relativamente contenuto può applicare forze dell'ordine di centinaia di tonnellate.
La pezzatura del prodotto è determinata dalla luce di scarico, spesso chiamata registrazione lato chiuso (closed side setting, CSS). Allargando la luce si ottiene un prodotto più grossolano e una maggiore produttività; restringendola si ottiene un prodotto più fine. Sulle macchine CJC questa registrazione è regolabile, così lo stesso frantoio può essere adattato ai diversi stadi a valle o ai diversi prodotti finali. La biella posteriore della macchina funge anche da fusibile meccanico: se un corpo non frantumabile entra nella camera, la biella è progettata per cedere prima del telaio o dell'albero, proteggendo così le parti più costose della macchina.
Perché un frantoio a mascelle per lo stadio primario
La frantumazione primaria è il compito più gravoso dell'impianto. Il materiale in ingresso è grande, irregolare e spesso sporco, e la prima macchina deve accettarlo tutto senza intasarsi né rompersi. Un frantoio a compressione è la scelta naturale in questo caso, perché genera la forza necessaria a fratturare i grossi blocchi di roccia dura, tollerando al contempo le sollecitazioni del caricamento diretto.
I frantoi a mascelle sono inoltre tolleranti. Gestiscono materiale lastriforme e irregolare, inghiottono l'occasionale blocco fuori misura e continuano a lavorare dove altri tipi di frantoio andrebbero in difficoltà. Per granito, basalto e ghiaia di fiume, materiali duri, ad alta resistenza e abrasivi, il frantoio a mascelle è la scelta primaria standard, e il resto della linea viene dimensionato in funzione di ciò che esso produce. Un frantoio a percussione conferirebbe a questi materiali una buona forma, ma si usurerebbe rapidamente sulla pietra abrasiva; il frantoio a mascelle sacrifica la forma a favore della durata, che è il compromesso giusto all'inizio della linea.
La gamma Constmach CJC
Cinque modelli coprono l'intera fascia, dai piccoli lavori di cava e riciclaggio fino alla produzione di inerti ad alto tonnellaggio. La bocca di alimentazione stabilisce la pezzatura massima in ingresso e segue in linea di massima la capacità; la potenza motrice aumenta con le dimensioni della macchina. La tabella seguente riporta i dati principali.
| Modello | Bocca di alimentazione (mm) | Capacità (t/h) | Potenza (kW) |
|---|
| CJC-60 | 600 x 380 | 60-110 | 30 |
| CJC-90 | 900 x 650 | 90-270 | 75 |
| CJC-110 | 1,100 x 850 | 150-420 | 132 |
| CJC-130 | 1,300 x 1,000 | 275-790 | 160 |
| CJC-140 | 1,400 x 1,100 | 420-850 | 200 |
Il CJC-60 è la macchina di ingresso, abbastanza compatta per le piccole cave e il riciclaggio da demolizione. Il CJC-90 e il CJC-110 coprono la maggior parte dei lavori di produzione di inerti di fascia media. Il CJC-130 e il più grande CJC-140 sono costruiti per lo stadio primario ad alto tonnellaggio, dove un singolo frantoio alimenta un'ampia linea secondaria e terziaria. Leggere prima la bocca di alimentazione e poi la capacità: la bocca indica il blocco più grande che la macchina è in grado di inghiottire, mentre la fascia di capacità indica quanto materiale movimenterà una volta in funzione.
Si noti come i valori crescano progressivamente. La bocca di alimentazione passa da 600 mm di larghezza sul CJC-60 a 1,400 mm sul CJC-140, mentre la potenza installata sale da 30 kW a 200 kW. La capacità cresce più rapidamente di entrambe, da una fascia di 60-110 t/h in basso fino a 420-850 t/h in alto, perché una camera più grande accetta rocce di dimensioni maggiori e ne lavora molto di più a ogni corsa. La sovrapposizione tra le fasce è voluta: un CJC-90 registrato in modo ampio può eguagliare un CJC-110 registrato stretto, così due modelli adiacenti risultano spesso adatti allo stesso cantiere, e la scelta finale dipende dalla pezzatura in ingresso e dal margine disponibile.
Qualità costruttiva e parti soggette a usura
Un frantoio primario vive o muore in base alla sua struttura. Il telaio deve assorbire le forze di frantumazione che raggiungono il picco a ogni corsa, oltre agli urti dei blocchi fuori misura e dei corpi estranei, senza flettersi né incrinarsi. Constmach costruisce le macchine CJC per questa applicazione, con il gruppo rotante e i cuscinetti dimensionati per sostenere il carico di una frantumazione primaria continua.
Le parti che entrano effettivamente in contatto con la roccia sono le due piastre delle mascelle, la piastra fissa e la piastra oscillante. Sono realizzate in acciaio al manganese, che si incrudisce sotto l'urto ripetuto della frantumazione, così la superficie di usura diventa più dura durante l'esercizio. Entrambe le piastre sono sostituibili e costituiscono il principale materiale di consumo della macchina. Tutto il resto è progettato per durare più di molti set di piastre. Le piastre sono inoltre profilate con denti che afferrano la roccia e migliorano la presa; con l'usura il profilo si appiattisce, ed è uno dei segnali che l'operatore osserva per decidere se girarle o sostituirle.
Posizione nella linea di frantumazione
Il frantoio a mascelle è la porta d'ingresso dell'impianto. Un alimentatore vibrante, di solito dotato di griglia (grizzly) integrata, dosa il materiale grezzo verso il frantoio e separa i fini che non necessitano di frantumazione. Il frantoio scarica su un nastro trasportatore, che porta il prodotto allo stadio successivo.
Da qui il flusso dipende dalla roccia e dal prodotto obiettivo. Una tipica linea per roccia dura invia il prodotto del frantoio a mascelle a un frantoio secondario, spesso un frantoio a cono, e poi a uno stadio terziario come un frantoio a percussione ad albero verticale (VSI) per la cubicità, con vagli vibranti tra gli stadi per selezionare il materiale. Il frantoio a mascelle detta il ritmo di tutto ciò che sta a valle, quindi la sua capacità e la sua registrazione decidono come viene bilanciata l'intera linea.
Ogni componente si guadagna il proprio posto. L'alimentatore a griglia rimuove terra e sottomisura prima che raggiungano la camera, così il frantoio lavora solo sulla roccia che ha effettivamente bisogno di essere ridotta; questo da solo può aumentare la capacità effettiva e ridurre l'usura delle piastre. Il nastro di scarico deve essere dimensionato per il tonnellaggio di picco che il frantoio può produrre, non per quello medio, altrimenti diventa il collo di bottiglia. Un magnete sopra tale nastro cattura il ferro estraneo prima che possa raggiungere il frantoio a cono a valle. Con le apparecchiature circostanti ben dimensionate il frantoio a mascelle lavora in modo regolare; se lo si affama o se ne intasa lo scarico, tutta la linea procede a strappi.
Linee fisse e mobili
Lo stesso frantoio CJC è impiegabile sia in installazioni fisse sia mobili. In un impianto fisso è montato su una fondazione in acciaio o calcestruzzo e alimentato da una struttura fissa. In un impianto di frantumazione mobile è collocato su un telaio gommato o cingolato, così lo stadio primario può spostarsi con il fronte di cava o tra un cantiere e l'altro. Il principio di frantumazione e le parti soggette a usura sono identici; cambia soltanto il modo in cui la macchina è montata e alimentata. Un'unità mobile è adatta agli appaltatori che si spostano tra un lavoro e l'altro e ai riciclatori che operano su diversi cantieri di demolizione; un impianto fisso è adatto a una cava stabile, dove lo stesso fronte viene lavorato per anni e conta soprattutto il minor costo per tonnellata.
Capacità e dimensionamento
I valori di capacità di un frantoio a mascelle costituiscono un intervallo, non un numero unico, e per una buona ragione. La produttività dipende dalla registrazione lato chiuso, dalla pezzatura in ingresso, dalla durezza e dall'umidità della roccia. Una registrazione ampia e un materiale pulito e a blocchi vi collocano nella parte alta della fascia; una registrazione stretta e un materiale difficile vi spingono verso il basso. La gamma CJC spazia da 60 t/h all'estremità più piccola fino a 850 t/h sul CJC-140.
Due valori sono importanti in fase di dimensionamento. Primo, la bocca di alimentazione deve accettare agevolmente il blocco più grande previsto; come regola generale, il materiale più grande non dovrebbe superare circa l'80% della dimensione minore della bocca. Secondo, la produttività alla registrazione prevista deve soddisfare il tonnellaggio richiesto dal resto dell'impianto. In genere è preferibile scegliere un frantoio con un piccolo margine piuttosto che far lavorare una macchina piccola al limite, il che accelera l'usura e rischia l'intasamento (bridging).
Un esempio pratico di dimensionamento
Supponiamo che una cava faccia brillare granito duro e che la pala carichi regolarmente blocchi di circa 650 mm. L'obiettivo è 300 t/h di prodotto primario passante a 150 mm per alimentare uno stadio a cono. Partiamo dal materiale: 650 mm, applicando la regola dell'80%, richiedono una dimensione minore della bocca di almeno circa 810 mm, il che esclude il CJC-60 e il CJC-90 e indica il CJC-110, la cui dimensione da 850 mm lo consente. Ora verifichiamo il tonnellaggio. Il CJC-110 ha una fascia di 150-420 t/h; 300 t/h si collocano comodamente a metà fascia con una registrazione moderata, quindi la macchina non viene forzata. Quel margine significa che l'operazione può aumentare la produzione in seguito, o superare una giornata difficile di materiale problematico, senza cambiare frantoio. Se l'obiettivo fosse stato 500 t/h, il CJC-110 sarebbe stato vicino al suo limite e il CJC-130 sarebbe stata la scelta più sicura. Questa è la logica di ogni decisione di dimensionamento: superare prima il blocco più grande, poi collocare il tonnellaggio richiesto all'interno della fascia di capacità, non al suo limite.
Materiali e applicazioni
La serie CJC dà il meglio di sé su rocce dure, ad alta resistenza e abrasive. Granito e basalto sono i materiali classici, insieme alla ghiaia di fiume, dove la pietra arrotondata e ricca di silice metterebbe a dura prova un frantoio più leggero. Sono questi i materiali in cui la frantumazione a compressione dà i suoi frutti e in cui le piastre al manganese si dimostrano preziose.
Gli impieghi finali tipici del prodotto comprendono inerti per calcestruzzo e asfalto, fondazioni e sottofondi stradali, ballast ferroviario e pietra da costruzione in genere. Il frantoio a mascelle raramente realizza da solo il prodotto finito; produce l'alimentazione primaria ben dimensionata che consente agli stadi secondario e terziario di ottenere in modo efficiente le pezzature finali.
- Coltivazione di roccia dura, tra cui granito, basalto e pietre analoghe ad alta resistenza.
- Ghiaia di fiume e depositi alluvionali con materiale abrasivo e arrotondato.
- Produzione di inerti per miscele di calcestruzzo e asfalto.
- Fondazioni stradali, sottofondi e ballast.
- Riciclaggio di demolizioni e materiali da costruzione sui modelli più piccoli.
L'economia dell'usura
Su un frantoio primario, nel tempo il maggior costo di esercizio non è l'energia, ma l'usura, e quasi tutta questa usura riguarda le piastre delle mascelle. Due fattori determinano la velocità con cui si consumano: l'abrasività della roccia e l'intensità di lavoro della macchina. Il granito ad alto tenore di silice e la ghiaia di fiume sono i più aggressivi per le piastre; il calcare, più tenero, è più delicato. Una registrazione stretta, un continuo materiale fuori misura e un'alimentazione irregolare e a strappi accelerano l'usura, mentre una registrazione ragionevole e un'alimentazione a camera piena costante prolungano la durata delle piastre.
Il risparmio più efficace in assoluto consiste nell'ottenere il massimo valore da ciascun set di piastre. Le piastre al manganese si usurano dall'alto della camera verso il basso, perché è lì che i blocchi più grandi cadono con la maggior forza. Poiché le piastre sono simmetriche, di solito possono essere invertite testa-coda una volta, portando l'estremità nuova in alto e raddoppiando all'incirca la durata del set prima della rottamazione. Contabilizzare le tonnellate frantumate per set, anziché le settimane di esercizio, indica il costo reale per tonnellata e rende facile confrontare un periodo con l'altro. Preventivare le piastre come materiale di consumo pianificato, tenere il metallo estraneo fuori dall'alimentazione ed evitare di forzare un prodotto fine dallo stadio primario: così la spesa per l'usura rimane prevedibile.
Manutenzione e parti soggette a usura
La manutenzione ordinaria di un frantoio a mascelle è semplice, ed è anche uno dei motivi per cui questo tipo è così diffuso. Le macchine CJC sono dotate di serie di lubrificazione automatica, così i cuscinetti ricevono in esercizio una quantità dosata di grasso senza dover contare sul fatto che qualcuno si ricordi di farlo a mano. Questa sola caratteristica elimina una delle cause più comuni di guasto prematuro dei cuscinetti.
Il principale intervento programmato è la gestione delle piastre delle mascelle. Si usurano dall'alto verso il basso e di solito possono essere invertite testa-coda una volta per uniformare l'usura prima della sostituzione, ricavando più durata da ciascun set. Gli operatori dovrebbero controllare la registrazione di scarico, verificare la biella e i componenti di tensionamento e mantenere l'impianto di lubrificazione rabboccato e pulito. Il metallo estraneo va tenuto fuori dall'alimentazione ovunque possibile, perché l'acciaio non frantumabile è dannoso tanto per le piastre quanto per la biella.
Consigli operativi per una produzione costante
Poche abitudini distinguono un frantoio che lavora bene da uno che si oppone al suo operatore. Alimentare la camera a camera piena (choke feeding): mantenerla piena all'incirca per due terzi o tre quarti, così la roccia frantuma contro roccia, migliorando la forma del prodotto e distribuendo l'usura in modo uniforme sulle piastre. Regolare l'alimentatore in modo che il frantoio sia alimentato a ritmo costante anziché a scarichi improvvisi, perché gli strappi sprecano capacità e sollecitano la macchina. Sorvegliare lo scarico per individuare prodotto lastriforme o fuori misura, che di solito indica che la registrazione si è aperta con l'usura delle piastre e va ripristinata. Ascoltare la macchina; un cambiamento nel suono segnala spesso un problema prima di qualsiasi strumento. Tenere sgombra l'area sotto lo scarico affinché il prodotto defluisca liberamente, poiché un nastro intasato riempie la camera fino a bloccarla. Nulla di tutto ciò è difficile, ma farlo con costanza è ciò che mantiene alto il tonnellaggio e basso il costo per tonnellata.
Errori comuni da evitare
Alcuni errori ricorrenti riducono la durata di un frantoio a mascelle e ne diminuiscono la produzione. Conoscerli in anticipo è la forma di protezione più economica.
- Materiale fuori misura. Caricare blocchi troppo grandi per la bocca provoca l'intasamento (bridging) nella parte alta della camera e blocca la produttività. Adeguare la pezzatura del materiale alla macchina.
- Registrazione troppo stretta. Forzare un prodotto fine da un frantoio primario lo sovraccarica e consuma rapidamente le piastre delle mascelle. Lasciare che sia lo stadio secondario a svolgere il lavoro fine.
- Alimentazione irregolare o a strappi. Un frantoio a mascelle lavora al meglio a camera piena e a ritmo costante. Scaricare la roccia a lotti spreca capacità e sollecita la macchina.
- Trascurare la lubrificazione. Anche con la lubrificazione automatica, l'impianto necessita del grasso corretto e di controlli periodici.
- Lasciar passare metallo estraneo. Il materiale non frantumabile danneggia le piastre e può incrinare la biella.
Come scegliere il modello giusto
Partire dalla roccia e dalla pezzatura massima in ingresso, perché è questa a determinare la bocca di alimentazione minima utilizzabile. Poi stabilire il tonnellaggio che l'impianto deve produrre e la pezzatura del prodotto desiderata dallo stadio primario, che insieme indicano una fascia di capacità. Incrociando questi dati con la tabella si arriva di solito a uno o due modelli candidati.
Da qui, valutare la potenza installata rispetto all'alimentazione elettrica disponibile in cantiere e considerare se il frantoio resterà in un impianto fisso o si sposterà con una linea mobile. Se si prevede una crescita dell'attività, scegliere la taglia superiore offre un margine che oggi costa poco e in seguito evita di dover sostituire la macchina. Gli ingegneri applicativi di Constmach dimensionano il frantoio in base al materiale e alla produzione obiettivo, così la scelta si fonda su dati reali anziché su una supposizione. Il frantoio a mascelle giusto è quello che soddisfa comodamente il tonnellaggio di oggi e ha ancora qualcosa in riserva per domani.
