1. Introdução
Em uma das empresas de maquinaria pesada na Ucrânia foi registrada uma parada de emergência do motor principal da linha tecnológica. O sintoma de falha incluía um estalo metálico agudo na zona de transmissão de potência, aumento rápido da temperatura do corpo do conjunto de acoplamento até 85 °C e disparo do proteção do conversor de frequência devido à sobrecarga do motor. O indicador planejado de tempo médio entre falhas (MTBF) para esse conjunto é de 45 000 horas, porém o tempo de funcionamento até a falha foi de apenas 6 200 horas. Isso exigiu a realização de uma investigação engenheira imediata para identificar as causas raiz e prevenir falhas repetidas dentro dos padrões de confiabilidade industrial.
2. Visão do componente e condições de operação
Conexões com flanges e elementos de controle associados trabalham em cadeias cinemáticas críticas. Próximos ao motor, estão envolvidos elementos executivos pneumáticos de posicionamento, incluindo cilindros da série Festo ADV-20-10-I-P, que garantem um deslocamento linear preciso e fixação da ferramenta com pressão de trabalho até 10 bar.
Condições de operação do nó:
- Temperatura do ambiente de trabalho: de -10 °C a +45 °C.
- Momento de torção máximo: 320 N·m (nominal — 210 N·m).
- Швидкість обертання: 1450 об/хв.
- Deslocamento axial permitido: ±1,5 mm; deslocamento radial: até 0,2 mm; deslocamento angular: até 1°.
Conforme as normas ISO 21940-11 e DSTU GOST ISO 10816-3, o estado vibratório de dispositivos similares não deve exceder 2,8 mm/s no intervalo de frequências de 10 a 1000 Hz.
3. Provas de falha
Durante a desmontagem do nó, a equipe de engenharia móvel registrou os seguintes dados:
- Visualização visual: Foram observadas marcas de corrosão por fretting na superfície do elemento elástico e na semi-cupilha, bem como trincas profundas de fadiga ao longo do eixo do entalhe de chave no eixo condutor.
- Medição de geometria: Alinhamento laser dos eixos do motor elétrico e da redução mostrou desalinhamento radial de 0,65 mm e desvio angular de 1,8°, o que excede três vezes os limites do fabricante.
- Dados de monitoramento vibratório: Anomalia detectada com aumento de picos na frequência de rotação (1x) e na segunda harmônica (2x), além de componentes de alta frequência no intervalo de 2,5–5 kHz, indicando cargas impactantes devido à ruptura de ligações da junta.
4. Investigação sistemática das causas raiz
Para determinar a cadeia de eventos que levou à destruição, foi aplicado o método do diagrama de Ishikawa (Ishikawa diagram) e o análise "5 porquês" (5 Whys).
- Por que o acoplamento falhou? Devido ao rompimento dos elementos da transmissão de torque como resultado de uma fadiga cíclica.
- Por que surgiram tensões de fadiga acima da resistência? Devido a um desalinhamento significativo dos eixos durante a operação.
- Por que houve o desalinhamento? Os parafusos de fixação do redutor enfraqueceram devido à vibração.
- Por que os parafusos estão soltos? Durante a montagem anterior, não foram respeitados os momentos de aperto conforme o padrão ISO 898-1.
- Por que o torque não foi controlado? Na empresa não existia um plano ativo de verificação da força de aperto de conexões roscadas utilizando instrumento dinamométrico calibrado.
5. Causas raiz definidas
| Causa primeira | Probabilidade (%) | Base de dados |
|---|---|---|
| Centragem incorreta dos eixos (Angular/Radial) | 45% | Dados do centro de laser (deslocamento 0,65 mm em vez de 0,2 mm max) |
| Sobrecarga cíclica por torque | 30% | Rastros de deformação plástica nas chavetas, gráficos de consumo de corrente do motor |
| Erros de montagem e ausência de controle de tensão | 25% | Parafusos de fixação do redutor enfraquecidos, ausência de marcas de controle de torque |
6. Medidas corretivas e preventivas
Para a eliminação dos defeitos identificados foi desenvolvido um plano de ações em dois estágios:
- Remoção imediata (Manutenção operacional): Desmontagem da junta danificada. Execução de alinhamento laser preciso dos equipamentos conforme ISO 5406 com tolerância no raio menor que 0,05 mm. Substituição dos elementos de fixação da classe de resistência 10,9 com aperto de chave dinamométrica. Substituição dos componentes pneumáticos desgastados de controle, incluindo cilindros Festo ADV-20-10-I-P, que operam em um ciclo tecnológico único.
- Prevenção de longo prazo: Implementação de controle vibratório regular a cada 720 horas de operação. Treinamento do pessoal sobre as regras de trabalho com equipamento de ajuste de acordo com os requisitos EN 13306.
7. Carta de diagnóstico expresso para engenheiros na produção
Esta tabela deve ser utilizada durante as inspeções semanais com tablet diretamente na oficina:
- [ ] Verificação de temperatura: Medir a temperatura do cubo da junta com pirômetro (norma: até +50 °C; alerta: > +70 °C).
- [ ] Inspeção visual do elastômero: Procurar rachaduras, desbondamento de borracha ou formação de poeira de borracha sob a carcaça de proteção.
- [ ] Controle de fixação: Verificar os indicadores de aperto da rosca nas bases da caixa de redução e do motor.
- [ ] Análise de vibração: Remover o espectro de vibração nos sentidos axial e radial nos carcaços de rolamentos.
- [ ] Rede pneumática: Verificar a estabilidade da pressão (9-10 bar) na entrada dos cilindros pneumáticos Festo ADV-20-10-I-P.
- [ ] Integridade de proteção: Verificar a ausência de folgas nos encaixes de chaveta durante a reversão do motor.
8. Estratégia de prevenção de falhas
A confiabilidade das transmissões mecânicas é alcançada através de abordagem integrada ao serviço técnico (RCM). Recomenda-se estabelecer os seguintes intervalos de manutenção:
- Mês: Verificação de alinhamento com dispositivos laser em caso de primeiros sinais de ruído.
- Quartal: Revisão completa e lubrificação de juntas móveis, inspeção de vedações.
- Anualmente: Controle não destrutivo (deftoscopia com pó magnético) de eixos para a presença de fissuras de fadiga nas proximidades das folgas de acoplamentos.
9. Conclusão
Análise mostrou que o desgaste prematuro da junta foi causado pela combinação do desalinhamento angular inicial dos eixos e pela folga dos parafusos do suporte. O cumprimento dos padrões de montagem e do regulamento de diagnóstico permite evitar paradas de emergência na produção. Para a seleção de peças originais para substituição e rápida recuperação dos componentes, consulte UNITEC-D E-Catalog.
10. Base Normativa e Referências
- ISO 21940-11: Vibração mecânica — Balanceamento de rotor.
- DSTU GOST ISO 10816-3: Vibração. Avaliação da vibração de máquinas com medições em partes não rotativas.
- ISO 898-1: Propriedades mecânicas de fixadores feitos de aço-carbono e aço-liga.
- EN 13306: Manutenção — Terminologia de manutenção.
- ISO 5406: Rotores — Diretrizes para balanceamento de drives industriais pesados.
