1. Introducción
En una de las empresas de maquinaria pesada en Ucrania se registró una parada de emergencia del sistema de transmisión de la línea tecnológica. Los síntomas de la falla incluyeron un ruido metálico agudo en la zona de transmisión de potencia, un aumento rápido de la temperatura del cuerpo del nodo de unión hasta 85 °C y la activación del protección del convertidor de frecuencia debido a la sobrecarga del motor. El indicador planificado de vida útil hasta la falla (MTBF) para este nodo es de 45 000 horas, sin embargo, el tiempo real de funcionamiento hasta la emergencia fue de solo 6 200 horas. Esto requirió la realización de una investigación ingenieril inmediata para identificar las causas raíz y prevenir fallas repetidas dentro de los estándares de confiabilidad industrial.
2. Visión general del componente y condiciones de explotación
Uniones de acoplamiento y elementos asociados de control de transmisión de energía operan en sistemas cinemáticos críticos. En proximidad inmediata al motor se emplean elementos ejecutores neumáticos de posicionamiento, incluyendo cilindros de la serie Festo ADV-20-10-I-P, que garantizan un desplazamiento lineal preciso y fijación de la herramienta con presión de trabajo hasta 10 bar.
Condiciones de explotación del nodo:
- Temperatura ambiental de trabajo: de -10 °C a +45 °C.
- Momento de torsión máximo: 320 N·m (nominal — 210 N·m).
- Velocidad de giro: 1450 rpm.
- Desplazamiento axial permitido: ±1,5 mm; desplazamiento radial: hasta 0,2 mm; desplazamiento angular: hasta 1°.
De acuerdo con los requisitos ISO 21940-11 y DSTU GOST ISO 10816-3, el estado vibratorio de los dispositivos similares no debe exceder 2.8 mm/s en el rango de frecuencias desde 10 hasta 1000 Hz.
3. Pruebas de fallo
Durante la desmontaje del nodo, el grupo técnico móvil registró los siguientes datos:
- Inspección visual: Se detectaron signos de corrosión por frettaje en la superficie del elemento elástico y en la semiacopladora, así como grietas profundas por fatiga a lo largo del eje del ranura de clavija en el eje conductor.
- Medición de geometría: El alineamiento láser de los ejes del motor eléctrico y el reductor mostró un desplazamiento radial de 0.65 mm y un desalineamiento angular de 1.8°, lo cual supera tres veces los tolerancias del fabricante.
- Datos de monitoreo de vibraciones: Se detectó un crecimiento anormal de picos en la frecuencia de giro (1x) y en la segunda armónica (2x), así como componentes de alta frecuencia en el rango de 2,5–5 kHz, lo que indica cargas de impacto debido a la ruptura de los enlaces de la unión.
4. Investigación sistemática de las causas raíz
Para determinar la secuencia de eventos que condujo a la destrucción, se aplicó el método de la diagrama de Ishikawa (Ishikawa diagram) y el análisis "5 por qué" (5 Whys).
- ¿Por qué falló el acoplador? Debido a la destrucción de los elementos de transmisión de par debido a una grieta de fatiga cíclica.
- ¿Por qué se generaron tensiones de fatiga por encima del límite de resistencia? Debido a un notable desalineamiento de los ejes durante la operación.
- ¿Por qué se produjo la deformación? Los tornillos de fijación del reductor se han aflojado debido a la vibración.
- ¿Por qué se aflojaron los tornillos? Durante la instalación anterior no se respetaron los momentos de apriete según el estándar ISO 898-1.
- ¿Por qué el momento de apriete no fue controlado? En la empresa no existía un diagrama de verificación actualizado del esfuerzo de apriete de uniones roscadas utilizando instrumentos dinamométricos calibrados.
5. Causas raíz definidas
| Causa principal | Probabilidad (%) | Base de pruebas |
|---|---|---|
| Centrado incorrecto de ejes (Angular/ Radial) | 45% | Datos del centrado láser (desviación 0,65 mm en lugar de 0,2 mm max) |
| Sobrecarga cíclica de par de giro | 30% | Huellas de deformación plástica en los ejes, gráficos de consumo de corriente del motor |
| Errores de montaje y ausencia de control de tensión | 25% | Bolts de fijación del reductor sueltos, ausencia de marcas de control de momento |
6. Medidas correctivas y preventivas
Para eliminar los defectos detectados se ha desarrollado un plan de acción de dos etapas:
- Eliminación inmediata (Reparación urgente): Desmontaje de la unión dañada. Ejecución de alineación láser precisa de los equipos según ISO 5406 con un tolerancia radial menor de 0,05 mm. Sustitución de elementos de fijación de clase de resistencia 10.9 con llave dinamométrica. Sustitución de componentes neumáticos desgastados de control, incluyendo cilindros Festo ADV-20-10-I-P, que operan en un ciclo tecnológico único.
- Prevención a largo plazo: Implementación de un control vibracional regular cada 720 horas de funcionamiento. Capacitación del personal en las normas de trabajo con el equipo de ajuste según los requisitos EN 13306.
7. Carta de diagnóstico rápido para ingenieros en la producción
Esta tabla debe utilizarse durante las inspecciones semanales con tabletas directamente en el taller:
- [ ] Verificación de temperatura: Medir con pirómetro la temperatura del hub de la unión (norma: hasta +50 °C; alerta: > +70 °C).
- [ ] Inspección visual del elastómero: Buscar grietas, despegamiento de goma o formación de polvo de goma bajo la carcasa protectora.
- [ ] Control de fijación: Verificar los indicadores de apriete de rosca en la estructura de soporte del reductor y del motor.
- [ ] Análisis de vibración: Retirar el espectro de vibración en dirección axial y radial en los protectores de cojinetes.
- [ ] Red hidráulica: Verificar la estabilidad de la presión (9-10 bares) en la entrada de los cilindros neumáticos Festo ADV-20-10-I-P.
- [ ] Integridad de protección: Asegurarse de la ausencia de juego en los uniones de clave durante la reversión del motor.
8. Estrategia de prevención de fallos
La fiabilidad de las transmisiones mecánicas se alcanza mediante un enfoque integral al mantenimiento técnico (RCM). Se recomienda establecer los siguientes intervalos de mantenimiento:
- Mensualmente: Verificación del alineamiento con dispositivos láser en caso de primeras señales de ruido.
- Cuarto trimestre: Revisión completa y lubricación de uniones móviles, inspección de sellos.
- Anualmente: Control no destructivo (deftoscopy con polvo magnético) de ejes para la detección de grietas por fatiga cerca de las uniones de acoples.
9. Conclusión
El análisis mostró que el fallo prematuro de la unión fue causado por la suma del desplazamiento angular inicial de los ejes y el aflojamiento de los tornillos de fijación. El cumplimiento de los estándares de montaje y del régimen de diagnóstico permite evitar paradas de emergencia en la producción. Para la selección de piezas originales de sustitución y un rápido restablecimiento de los componentes, visite UNITEC-D E-Catalog.
10. Base normativa y referencias
- ISO 21940-11: Vibración mecánica — Balanceo de rotores.
- DSTU GOST ISO 10816-3: Vibración. Evaluación de la vibración de las máquinas mediante mediciones en partes no rotativas.
- ISO 898-1: Propiedades mecánicas de los elementos de unión fabricados en acero al carbono y acero de aleación.
- EN 13306: Mantenimiento — Terminología del mantenimiento.
- ISO 5406: Rotores — Directrices para el balanceo de accionamientos industriales pesados.
