La rotura de un perno de anclaje en un reductor (caja de engranajes) es un fallo habitual de los equipos en las industrias del cemento, la minería y otras. En casos graves, puede provocar el desplazamiento del reductor, daños en los engranajes o incluso que toda la unidad quede inservible. A continuación se presenta un análisis sistemático de las causas y los métodos de reparación correspondientes.

I. Análisis de las causas

(1) Cuestiones relacionadas con el diseño y la selección

1. Diámetro insuficiente de los pernos o número insuficiente de pernos: El diseño no tuvo plenamente en cuenta el par, las vibraciones y las cargas de impacto durante el funcionamiento del reductor, lo que provocó que algunos pernos se vieran sometidos a tensiones excesivas, superiores a su capacidad de carga.
2. Elección inadecuada del material de los pernos: No se seleccionaron pernos con un grado de resistencia insuficiente (por ejemplo, de grado 8.8 o 10.9), sino que se utilizaron pernos de menor resistencia (por ejemplo, de grado 4.8 o 5.6), que son propensos a sufrir fracturas por fatiga bajo cargas alternas.
3. Diseño de cierre inadecuado: Solo se utilizaron arandelas elásticas normales, sin métodos de fijación eficaces como tuercas dobles, arandelas de seguridad, arandelas de retención o adhesivos anaeróbicos, lo que permitió que los pernos se aflojaran gradualmente debido a las vibraciones y, finalmente, se rompieran.

(2) Problemas relacionados con la instalación y los cimientos

1. Superficie irregular de los cimientos: Mal contacto entre la superficie de montaje de la base del reductor y la superficie de cimentación, con huecos puntuales o elevaciones. Tras apretar los pernos, la base se deforma, lo que somete a los pernos a una tensión de flexión adicional, haciéndolos propensos a fracturarse en la raíz de la rosca o en la transición entre la cabeza y el vástago.
2. Colocación incorrecta de las cuñas: Un número insuficiente de cuñas, una colocación incorrecta o la falta de nivelación del equipo provocan una instalación inestable y vibraciones durante el funcionamiento, lo que agrava los daños por fatiga de los pernos.
3. Desviación en los orificios de los pernos de anclaje: La desalineación entre los orificios previstos y los orificios de la base del equipo obliga a los pernos a adoptar una posición inclinada o sometida a tensión durante la instalación, lo que genera momentos flectores adicionales.
4. Inyección secundaria de mala calidad: Una resistencia insuficiente de la lechada, una compactación deficiente o una contracción excesiva reducen la capacidad de carga de los cimientos, lo que hace que los pernos soporten fuerzas de tracción desiguales durante el funcionamiento.

(3) Problemas de funcionamiento y carga

1. Vibración excesiva del reductor: Las vibraciones anormales provocadas por un mal engranaje, daños en los rodamientos, una desalineación del acoplamiento o un desequilibrio dinámico son una de las causas más importantes del aflojamiento de los pernos de anclaje y de la fractura por fatiga.
2. Cargas de impacto excesivas: Las frecuentes puestas en marcha y paradas del molino, la alimentación irregular o las condiciones de “molienda saturada” hacen que el reductor tenga que soportar impactos severos, con cargas máximas instantáneas que superan con creces la resistencia nominal de los pernos.
3. Par de salida irregular: La distribución desigual de los medios de molienda o el sesgo del material en el interior de la carcasa del molino somete al reductor a un par de torsión periódico y alterno, lo que provoca la fractura por fatiga de los pernos bajo una tensión alterna.

(4) Cuestiones relacionadas con el mantenimiento y la inspección

1. No volver a apretar periódicamente: Tras la puesta en servicio de los equipos, los pernos suelen aflojarse debido a las vibraciones y al asentamiento de los cimientos. Si no se vuelven a apretar como es debido, se van aflojando poco a poco hasta que, finalmente, se rompen.
2. No detectar a tiempo el aflojamiento: Las inspecciones rutinarias no tienen en cuenta el estado de los pernos de anclaje. Cuando algunos pernos se aflojan, la carga sobre los pernos adyacentes aumenta considerablemente, lo que provoca una reacción en cadena que da lugar a la rotura de varios pernos.
3. Sustitución no estándar: Solo se sustituye el perno roto, sin cambiar también otros pernos del mismo grupo que podrían estar ya desgastados o presentar defectos ocultos. La distribución desigual de la tensión hace que el perno recién sustituido vuelva a romperse poco después.

(5) Corrosión y defectos de fabricación

1. Concentración de tensiones en la raíz de la rosca: Un radio de redondeo insuficiente en la raíz de la rosca o la presencia de marcas de mecanizado dan lugar a puntos de concentración de tensiones, que se convierten fácilmente en fuentes de grietas por fatiga bajo cargas alternas.
2. Defectos derivados del tratamiento térmico: Unos procesos de temple y revenido inadecuados dan lugar a una dureza excesiva (fragilidad) o a una resistencia insuficiente, o bien a la presencia de una capa descarburada, lo que reduce la resistencia a la fatiga.
3. Corrosión: En entornos húmedos o con gases corrosivos, la parte roscada del perno puede oxidarse o sufrir agrietamiento por corrosión bajo tensión, lo que acelera la rotura.

II. Métodos de tratamiento

(1) Métodos de respuesta ante emergencias

1. Parada para inspección: En cuanto se detecte la rotura de un perno de anclaje, detén el molino inmediatamente (si no es posible realizar una parada de emergencia y se puede seguir funcionando durante un breve periodo de tiempo, hazlo a carga reducida hasta la parada programada). Inspecciona minuciosamente los pernos restantes y el estado del reductor.
2. Extrae el perno roto:
   • Si el extremo roto sobresale por encima de la superficie de los cimientos, utiliza una llave de tubos o un extractor de pernos especial para retirarlo.
   • Si el extremo roto queda a ras de la superficie de los cimientos o por debajo de ella, utiliza el método de extracción por martillo inverso: primero, taladra un orificio de centrado con una broca de centrado; a continuación, taladra hasta alcanzar el diámetro adecuado y, por último, utiliza un macho de rosca a la izquierda para extraer el vástago del perno que queda.
   • Si el perno roto está muy oxidado y no se puede extraer, taladra y rosca un nuevo orificio cerca de ahí e instala un perno nuevo.
3. Limpiar y reparar: Elimina el aceite, el óxido y los restos de lechada de la superficie de los cimientos y de la cara inferior de la base del reductor. Comprueba la planitud de la base y, si es necesario, corrígela con una amoladora angular.
4. Sustituir por tornillos nuevos:
   • Principio de selección: El material y el grado de resistencia de los nuevos pernos no deberán ser inferiores a los requisitos del diseño original; por lo general, se recomiendan pernos de alta resistencia de grado 8.8 o 10.9.
   • Control del par: Utiliza un llave dinamométrica Para el apriete, se debe aplicar el par de precarga especificado por etapas (normalmente entre 3 y 4 pasos) y siguiendo una secuencia simétrica, con el fin de evitar una precarga excesiva o desigual que podría producirse al apretar en un solo paso.
   • Medidas de cierre: Utilice tuercas dobles, tuercas de seguridad con inserto de nailon, roscas de seguridad Spiralock o adhesivos anaeróbicos (por ejemplo, Loctite 243) para mejorar la sujeción.

(2) Métodos correctivos fundamentales

1. Volver a alinear y centrar:
   • Comprueba y ajusta el alineación del acoplamiento entre el motor y el reductor, y entre el reductor y el molino. Por lo general, la desviación radial debe ser ≤0,05 mm, y la desviación axial ≤0,03 mm por cada 100 mm.
   • Comprueba y corrige también la concentricidad entre el eje hueco y el eje de salida del reductor.
2. Abordar los problemas de cimentación:
   • Si la base presenta un desnivel grave, levante el reductor, reorganice las cuñas (no más de 3 cuñas por grupo, y deben estar soldadas por puntos) y nivele con un nivel de burbuja para asegurarse de que la base cumple el requisito de planitud.
   • Para el rejuntado secundario, utiliza lechada de alta resistencia que no se contrae (como la lechada epoxi o la lechada de alta resistencia a base de cemento). El espesor de la capa de lechada debe ser, por lo general, de entre 40 y 80 mm, y los pernos solo deben apretarse una vez que la lechada haya alcanzado la resistencia prevista.
3. Eliminar las fuentes de vibración:
   • Inspecciona el engranaje dentro del reductor, ajustando el juego y el patrón de contacto (el área de contacto debe ser ≥60% a lo largo de la longitud del diente y ≥45% a lo largo de la altura del diente).
   • Comprueba el desgaste de los cojinetes y sustituye los que estén dañados si es necesario.
   • Comprueba si el cuerpo del molino está equilibrado y si la distribución de los medios de molienda es uniforme.
4. Añadir pasadores (tornillos ajustados):
   • Instalar pernos de ajuste (pasadores) en posiciones diagonales sobre la base del reductor para soportar las fuerzas de cizallamiento horizontales, de modo que los pernos de anclaje soporten únicamente tracción axial, lo que reduce considerablemente el riesgo de rotura de los pernos.
   • Esta medida suele aplicarse junto con la modificación de los cimientos y ofrece los resultados más fiables.
5. Reforzar la rigidez de los cimientos:
   • En el caso de cimientos de hormigón con rigidez insuficiente, coloque barras de refuerzo adicionales alrededor del cimiento y aumente el espesor de la capa de lechada, o bien añada una placa de transición de acero en la base para distribuir las cargas y mejorar la rigidez general.

(3) Medidas de mantenimiento preventivo

1. Establecer un calendario periódico de reapriete:
   • En el caso de los reductores recién instalados o revisados, vuelva a apretar los pernos de anclaje después de 24 horas, 72 horas y una semana de funcionamiento.
   • Durante el funcionamiento normal, revisa y vuelve a apretar al menos una vez al mes, y lleva un registro.
2. Control periódico de las vibraciones:
   • Utilice un medidor de vibraciones sencillo o un sistema de monitorización de vibraciones en línea para medir periódicamente la velocidad de vibración del reductor (que, por lo general, debe ser ≤4,5 mm/s). Si se detecta un aumento significativo, investigue la causa de inmediato.
   • Utiliza un termómetro de infrarrojos para comprobar la temperatura de los rodamientos como información complementaria para la evaluación de su estado.
3. Registro y alerta temprana:
   • Elabora un registro de equipos para anotar cada valor de par de apriete, el historial de sustitución de pernos, los datos de vibraciones, etc. El análisis de tendencias puede ayudar a identificar posibles problemas de forma precoz.

III. Resumen

La rotura de un perno de anclaje rara vez es un problema aislado; sus causas fundamentales suelen estar estrechamente relacionadas con el estado de los cimientos, la precisión de la alineación y los niveles de vibración. Por lo tanto, el tratamiento no debe limitarse simplemente a “tratar el síntoma” sustituyendo los pernos; por el contrario, debe adoptarse un enfoque sistemático que abarque la calidad de la instalación, las condiciones de funcionamiento y la rigidez de los cimientos, con el fin de resolver el problema de forma definitiva.