1. Introduzione
Su un'azienda del settore dell'ingegneria meccanica pesante in Ucraina è stata registrata una interruzione improvvisa del sistema di trasmissione della linea produttiva. I sintomi della guasto comprendevano un forte rumore metallico nella zona di trasmissione della potenza, un rapido aumento della temperatura del corpo del giunto fino a 85 °C e l'attivazione del protezione del convertitore di frequenza a causa di un sovraccarico del motore. Il valore previsto di tempo medio tra guasti (MTBF) per questo componente è di 45 000 ore, tuttavia il tempo effettivo di funzionamento fino all'incidente è stato di sole 6 200 ore. Questo ha richiesto un'indagine tecnica immediata per identificare le cause principali e prevenire ulteriori incidenti all'interno degli standard di affidabilità industriale.
2. Visione del componente e condizioni di esercizio
I giunti a incastro e gli elementi correlati di controllo della trasmissione dell'energia operano all'interno di catene cinematiche critiche. Nei pressi immediati del motore sono coinvolti elementi esecutivi pneumatici di posizionamento, tra cui i cilindri della serie Festo ADV-20-10-I-P, che assicurano un spostamento lineare preciso e la fissaggio dell'attrezzatura tecnologica con pressione di esercizio fino a 10 bar.
Condizioni d'uso del componente:
- Temperatura ambiente di esercizio: da -10 °C a +45 °C.
- Momento torcente massimo: 320 N·m (nominal — 210 N·m).
- Velocità di rotazione: 1450 giri/min.
- Spostamento assiale ammesso: ±1,5 mm; spostamento radiale: fino a 0,2 mm; spostamento angolare: fino a 1°.
Secondo le norme ISO 21940-11 e DSTU GOST ISO 10816-3, lo stato di vibrazione di tali dispositivi non dovrebbe superare 2,8 mm/s nel range di frequenze da 10 a 1000 Hz.
3. Evidenze di guasto
Durante la disassemblatura del componente, il gruppo ingegneristico mobile ha registrato i seguenti dati:
- Controllo visivo: Sono stati rilevati segni di fretting-corrosione sulla superficie dell'elemento elastico e sulle giunzioni, nonché crepe profonde dovute a fatica lungo l'asse del filetto del mandrino.
- Misurazione della geometria: Allineamento laser degli alberi del motore elettrico e del riduttore ha mostrato uno spostamento radiale di 0,65 mm e una deviazione angolare di 1,8°, che supera di tre volte i tolleranze del produttore.
- Dati di monitoraggio vibrazionale: Rilevato un anomalo incremento di picchi alla frequenza di rotazione (1x) e alla seconda armonica (2x), nonché componenti ad alta frequenza nel range 2,5–5 kHz, indicativi di carichi impulsive dovuti a rotture dei collegamenti della giunzione.
4. Indagine sistematica delle cause radice
Per determinare la catena di eventi che ha portato alla rottura, è stato applicato il metodo della diagramma di Ishikawa (Ishikawa diagram) e l'analisi "5 perché" (5 Whys).
- Perché è fallito il giunto? A causa della rottura degli elementi della trasmissione del momento torcente a causa di una fessura di fatica ciclica.
- Perché si sono sviluppati sforzi di fatica al di sopra della resistenza? A causa di un considerevole allineamento errato degli alberi durante il funzionamento.
- Perché si è verificato il ribaltamento? I bulloni di fissaggio del riduttore si sono rilassati a causa delle vibrazioni.
- Perché i bulloni si sono rilasciati? Durante l'installazione precedente non è stato rispettato il momento di serraggio in base allo standard ISO 898-1.
- Perché il momento di serraggio non è stato controllato? Sull'azienda non era presente un grafico di controllo attivo della forza di serraggio delle giunzioni filettate utilizzando strumenti dinamometrici calibrati.
5. Cause prime definite
| Prima causa | Probabilità (%) | Base di prova |
|---|---|---|
| Centratura errata degli assi (Angolare/Radiale) | 45% | Dati del centratura laser (spostamento 0,65 mm invece di 0,2 mm max) |
| Sovraccarico ciclico di coppia motrice | 30% | Segni di deformazione plastica sulle chiavi, grafici di consumo di corrente del motore |
| Errori di montaggio e mancanza di controllo della tensione | 25% | Bulloni di fissaggio del riduttore rilassati, assenza di marcature di controllo del momento |
6. Misure correttive e preventive
Per la risoluzione dei difetti rilevati è stato sviluppato un piano d'azione a due fasi:
- Riparazione immediata (manutenzione di emergenza): Smontaggio della giunzione danneggiata. Esecuzione di centratura laser precisa degli aggregati in conformità con ISO 5406 con tolleranza radiale inferiore a 0,05 mm. Sostituzione degli elementi di fissaggio della classe di resistenza 10,9 con serraggio a chiave dinamometrica. Sostituzione dei componenti pneumatici usurati del sistema di controllo, tra cui i cilindri Festo ADV-20-10-I-P, che operano in un ciclo tecnologico unico.
- Prevenzione a lungo termine: Introduzione di un controllo vibratorio regolare ogni 720 ore di funzionamento. Formazione del personale sulle regole per l'utilizzo dell'equipaggiamento di regolazione in conformità con le richieste EN 13306.
7. Carta diagnostica rapida per gli ingegneri in produzione
Questa tabella dovrebbe essere utilizzata durante i giri settimanali con tablet direttamente in officina:
- [ ] Controllo temperatura: Misurare con pirometro la temperatura del flangia della giunzione (norma: fino a +50 °C; allarme: > +70 °C).
- [ ] Controllo visivo dell'elastomero: Cercare crepe, distacco della gomma o formazione di polvere gommosa sotto la protezione del rivestimento.
- [ ] Controllo del fissaggio: Verificare gli indicatori di tensione della vite sul telaio di supporto del riduttore e del motore.
- [ ] Analisi vibrazioni: Rilevare lo spettro delle vibrazioni nel senso assiale e radiale sui cuscinetti di supporto.
- [ ] Rete pneumatica: Verificare la stabilità della pressione (9-10 bar) all'ingresso dei cilindri pneumatici Festo ADV-20-10-I-P.
- [ ] Integrità della protezione: Verificare l'assenza di giochi nei giunti a chiavetta durante il reverse del motore.
8. Strategia di prevenzione delle guasti
La affidabilità delle trasmissioni meccaniche si ottiene attraverso un approccio complessivo al servizio tecnico (RCM). Si raccomanda di stabilire i seguenti intervalli di manutenzione:
- Mese: Controllo dell'allineamento con strumenti laser in caso di primi segni di rumore.
- Quartale: Revisione completa e lubrificazione delle giunzioni mobili, ispezione dei sigilli.
- Annuale: Controllo non distruttivo (deftoscopy a polvere magnetica) degli alberi per la ricerca di fessure da fatica vicino alle sede delle giunti.
9. Conclusione
L'analisi ha mostrato che l'indebolimento prematuro della giunzione è causato da una combinazione di spostamento angolare iniziale degli assi e dall'indebolimento dei bulloni di fissaggio. Il rispetto degli standard di montaggio e del piano diagnostico permette di evitare arresti improvvisi della produzione. Per la selezione di parti originali da sostituire e il rapido ripristino dei componenti visitate UNITEC-D E-Catalog.
10. Normativa di riferimento e riferimenti
- ISO 21940-11: Vibrazione meccanica — Bilanciamento del rotore.
- DSTU GOST ISO 10816-3: Vibrazione. Valutazione della vibrazione delle macchine in base alle misurazioni su parti non rotative.
- ISO 898-1: Proprietà meccaniche di fissaggi realizzati in acciaio al carbonio e acciaio legato.
- EN 13306: Manutenzione — Terminologia della manutenzione.
- ISO 5406: Rotori — Linee guida per l'equilibratura di azionamenti industriali pesanti.
