A falha dos parafusos de fixação da flange do cilindro espiral ou da luva cônica no interior do eixo oco, na extremidade de alimentação de um moinho tubular, pode parecer simples, mas trata-se, na verdade, de um problema técnico que afeta muitas fábricas de cimento. As manifestações específicas da falha dos parafusos são o afrouxamento e a quebra frequentes dos parafusos de conexão da flange do cilindro espiral ou da manga cônica, com os parafusos sendo repetidamente apertados apenas para se afrouxarem novamente, e repetidamente substituídos apenas para quebrarem novamente. Isso leva à separação entre o flange do eixo oco do moinho tubular e o flange do cilindro espiral ou da manga cônica, e chega a fazer com que o cilindro espiral ou a manga cônica se projetem de 10 a 30 mm para fora do eixo oco. O material, então, raspa diretamente o eixo oco, resultando também no desgaste deste.

A fratura do parafuso geralmente ocorre na transição entre a cabeça e a haste do parafuso. Após a fratura, a haste quebrada geralmente fica presa dentro do orifício rosqueado do eixo oco e não pode ser removida, causando transtornos consideráveis na substituição do parafuso.

(1) Análise das causas

O cilindro espiral do moinho tubular é acionado a girar pelo atrito com o flange do eixo oco. O contato entre o cilindro espiral (ou manga cônica) e o eixo oco geralmente ocorre em apenas dois pontos:

① O anel de apoio próximo ao corpo do moinho, onde se encaixa na parede interna do eixo oco. Sua função é permitir a livre expansão térmica do cilindro espiral, ao mesmo tempo em que fornece um ponto de apoio. A folga de encaixe é geralmente de 0,5 a 1,5 mm. No entanto, essa folga mínima faz com que o cilindro espiral se comporte como um cantiléver e também leva à oscilação do cilindro espiral ou da luva cônica.

② A conexão entre a extremidade externa do cilindro espiral (ou manga cônica) e o flange do eixo oco. Normalmente, rosca interna é feita na face final do flange do eixo oco, e são utilizados de 12 a 32 parafusos hexagonais de tamanho M16 a M30 para fixar o flange do cilindro espiral (ou manga cônica) ao eixo oco. Na verdade, esse é o único ponto que fixa o cilindro espiral (ou manga cônica) ao eixo oco. Portanto, o cilindro espiral (ou manga cônica) é, teoricamente, instalado em balanço. É extremamente importante que o anel de parafusos no flange seja devidamente apertado.

Ao observar o padrão de falha dos parafusos, constata-se que o afrouxamento quase sempre precede a fratura — ou seja, antes de os parafusos de fixação se romperem, eles primeiro ficam soltos. O local da fratura costuma ser na transição entre a cabeça e a haste do parafuso.

A partir das marcas de fratura, percebe-se que os parafusos se romperam devido à força de tração, e não à força de cisalhamento. Isso indica que os parafusos de conexão da flange do cilindro espiral (ou manga cônica) falham devido à vibração do moinho e, mais importante ainda, porque a oscilação da extremidade em balanço do cilindro espiral (ou manga cônica) é transmitida à extremidade da flange, fazendo com que os parafusos aparafusados na flange do eixo oco se soltem gradualmente. Como resultado, as duas faces da flange perdem o atrito e se separam, fazendo com que o cilindro espiral (ou manga cônica) deslize lentamente para fora do eixo oco. Sob o impacto repetido das flanges, a tensão nos parafusos concentra-se gradualmente no canto de transição entre a cabeça do parafuso e a haste, levando a trincas por fadiga e, eventualmente, à fratura nesse local.

(2) Métodos de tratamento

① Estabeleça um sistema de inspeção regular. Quando for detectado o afrouxamento de um parafuso, aperte-o imediatamente para reduzir as quebras causadas pelo afrouxamento. No entanto, essa abordagem apenas trata os sintomas e não resolve a causa raiz; além disso, é difícil de manter, e o problema do afrouxamento dos parafusos não é resolvido de forma definitiva.

② Reparo de emergência após fratura do parafuso:

a. Se a haste quebrada ficar presa dentro do eixo oco e não puder ser extraída, o cilindro espiral (ou manga cônica) pode ser soldado ao flange do eixo oco. No entanto, isso causará dificuldades na substituição do cilindro espiral (ou manga cônica) no futuro.

b. Refazer os furos na flange do cilindro espiral (ou da luva cônica), refazer a rosca na flange da face final do eixo oco e apertar os parafusos novos. Esse método também apresenta alguns problemas e é bastante trabalhoso.

③ Melhorar o método de fixação da flange:

Adicione um flange externo ao eixo oco. Substitua o método original, que utilizava furos rosqueados no flange da extremidade do eixo oco para a conexão aparafusada com o flange do cilindro espiral (ou da luva cônica), por um método de conexão que utilize um flange externo do eixo oco e o flange do cilindro espiral (ou da luva cônica), com parafusos, porcas, arruelas de segurança e outros elementos de fixação para prender os dois flanges. Essa estrutura proporciona um torque de aperto nos parafusos, resolvendo completamente o problema anterior de aperto inadequado. Mesmo que um parafuso se quebre, é fácil substituí-lo.

Essa modificação é muito vantajosa para os sistemas de fixação existentes nas usinas e é fácil de implementar, o que a torna uma solução simples, prática e eficaz.

A soldagem do novo flange externo ao eixo oco deve ser realizada estritamente de acordo com os requisitos de qualidade de soldagem. Os seguintes pontos devem ser observados antes e depois da soldagem:

a. Escolha elementos de fixação confiáveis. Geralmente, podem-se usar pinos em vez de parafusos para evitar os defeitos de fabricação comumente encontrados na transição entre a cabeça do parafuso e a haste.

b. Escolha métodos de soldagem, eletrodos e corrente de soldagem adequados. As condições no local durante a soldagem, tais como a preparação das ranhuras de solda, o pré-aquecimento antes da soldagem e a manutenção do calor pós-soldagem, também devem ser rigorosamente cumpridas de acordo com os requisitos técnicos pertinentes, a fim de evitar defeitos como trincas na solda, inclusões de escória e porosidade.

Dado o espaço restrito na cabeça do moinho, é preferível utilizar soldagem em filete ou soldagem sobreposta para unir a nova flange externa ao eixo oco.

④ Adicione uma conexão rígida entre a tampa da extremidade do moinho e o cilindro espiral. Ou seja, instale uma estrutura de conexão rígida capaz de acomodar alguns milímetros de expansão, de modo que o cilindro espiral (ou manga cônica) ganhe um ponto de apoio fixo adicional além do flange da extremidade. Isso evita a oscilação causada pelo cilindro espiral em balanço e reduz a tendência de afrouxamento dos parafusos do flange de extremidade.

⑤ Para moinhos de grande e médio porte, é possível adicionar placas elásticas ao cilindro espiral (ou manga cônica) para absorver o impulso para fora gerado pela oscilação das extremidades, reduzindo assim o impacto sobre o flange de conexão e os parafusos e, consequentemente, diminuindo o afrouxamento e a quebra dos parafusos.