A fratura do parafuso de fixação em um redutor (caixa de engrenagens) é uma falha comum em equipamentos nas indústrias de cimento, mineração e outras. Em casos graves, pode causar o deslocamento do redutor, danos às engrenagens ou até mesmo o descarte de toda a unidade. A seguir, apresentamos uma análise sistemática das causas e dos métodos de tratamento correspondentes.

I. Análise das causas

(1) Questões relacionadas ao projeto e à seleção

1. Diâmetro insuficiente dos parafusos ou número insuficiente de parafusos: O projeto não levou em consideração, de forma adequada, o torque, a vibração e as cargas de impacto durante a operação do redutor, o que fez com que alguns parafusos fossem submetidos a tensões excessivas, além de sua capacidade de suporte de carga.
2. Seleção inadequada do material dos parafusos: Não foram selecionados parafusos com classe de resistência insuficiente (por exemplo, classe 8.8 ou 10.9); em vez disso, foram utilizados parafusos de menor resistência (por exemplo, classe 4.8 ou 5.6), que são propensos a fraturas por fadiga sob cargas alternadas.
3. Projeto inadequado do sistema de travamento: Foram utilizadas apenas arruelas de mola comuns, sem métodos eficazes de travamento, como porcas duplas, arruelas de travamento, arruelas de retenção ou adesivos anaeróbicos, o que permitiu que os parafusos se soltassem gradualmente devido à vibração e, por fim, se rompessem.

(2) Questões relacionadas à instalação e à fundação

1. Superfície irregular da fundação: Contato inadequado entre a superfície de montagem da base do redutor e a superfície da fundação, com vazios locais ou saliências. Após o aperto dos parafusos, a base se deforma, submetendo os parafusos a tensão de flexão adicional, tornando-os propensos a fraturas na raiz da rosca ou na transição entre a cabeça e a haste.
2. Posicionamento incorreto do calço: A quantidade insuficiente de calços, o posicionamento incorreto ou a falta de nivelamento do equipamento resultam em uma instalação instável e vibração durante a operação, agravando os danos por fadiga dos parafusos.
3. Desvio nos furos dos parafusos de fixação: O desalinhamento entre os furos reservados e os furos da base do equipamento faz com que os parafusos fiquem em uma posição inclinada ou sob tensão durante a instalação, gerando momentos fletores adicionais.
4. Injeção secundária de baixa qualidade: A baixa resistência da argamassa, a falta de compactação ou o encolhimento excessivo reduzem a capacidade de suporte de carga da fundação, fazendo com que os parafusos suportem forças de tração desiguais durante a operação.

(3) Problemas de operação e carga

1. Vibração excessiva do redutor: A vibração anormal causada por mau engate das engrenagens, danos nos rolamentos, desalinhamento do acoplamento ou desequilíbrio dinâmico é uma das principais causas do afrouxamento dos parafusos de fixação e da fratura por fadiga.
2. Cargas de impacto excessivas: Partidas e paradas frequentes do moinho, alimentação irregular ou condições de “moagem saturada” fazem com que o redutor tenha de suportar impactos severos, com cargas de pico instantâneas que excedem em muito a resistência nominal dos parafusos.
3. Torque de saída irregular: A distribuição desigual dos meios de moagem ou o desequilíbrio do material no interior do corpo do moinho submete o redutor a um torque alternado periódico, causando a fratura por fadiga dos parafusos sob tensão alternada.

(4) Questões relacionadas à manutenção e inspeção

1. Falha em reapertar periodicamente: Após o comissionamento do equipamento, os parafusos costumam se soltar devido à vibração e ao assentamento da fundação. Se não forem reapertados conforme necessário, eles vão se soltando gradualmente e acabam se rompendo.
2. A falta de detecção oportuna do afrouxamento: As inspeções de rotina não levam em conta o estado dos parafusos de fixação. Quando alguns parafusos se soltam, a carga sobre os parafusos adjacentes aumenta drasticamente, levando a uma reação em cadeia de múltiplas fraturas nos parafusos.
3. Substituição fora do padrão: Apenas o parafuso quebrado é substituído, sem que se substituam também outros parafusos do mesmo grupo que possam já estar desgastados ou apresentar defeitos ocultos. A distribuição desigual da tensão faz com que o parafuso recém-substituído se quebre novamente logo em seguida.

(5) Corrosão e defeitos de fabricação

1. Concentração de tensão na raiz da rosca: Um raio de filete insuficiente na raiz da rosca ou a presença de marcas de usinagem criam pontos de concentração de tensão, que facilmente se tornam fontes de trincas por fadiga sob cargas alternadas.
2. Defeitos decorrentes do tratamento térmico: Processos inadequados de têmpera e revenimento resultam em dureza excessiva (fragilidade) ou resistência insuficiente, ou na presença de uma camada descarburada, reduzindo a resistência à fadiga.
3. Corrosão: Em ambientes úmidos ou com gases corrosivos, a parte rosqueada do parafuso pode enferrujar ou sofrer fissuração por corrosão sob tensão, acelerando a fratura.

II. Métodos de tratamento

(1) Métodos de resposta a emergências

1. Parar para inspeção: Assim que for detectada uma fratura no parafuso de fixação, pare o moinho imediatamente (caso uma parada de emergência não seja viável e seja possível continuar a operação por um curto período, opere com carga reduzida até uma parada programada). Inspecione minuciosamente os parafusos restantes e o estado do redutor.
2. Retire o parafuso quebrado:
   • Se a extremidade quebrada ficar saliente acima da superfície da fundação, use uma chave de tubo ou um extrator de parafusos especial para removê-la.
   • Se a extremidade quebrada estiver nivelada com a superfície da fundação ou abaixo dela, use o método de extração por rosca reversa: primeiro, faça um furo de centralização com uma broca de centralização; em seguida, faça o furo no tamanho adequado; e, por fim, use um macho de rosca à esquerda para remover o restante da haste do parafuso.
   • Se o parafuso quebrado estiver muito enferrujado e não puder ser removido, faça um novo furo próximo a ele e rosqueie-o, e instale um novo parafuso.
3. Limpar e consertar: Remova óleo, ferrugem e resíduos de argamassa da superfície da fundação e da face inferior da base do redutor. Verifique a planicidade da base e, se necessário, corrija-a com uma rebarbadora.
4. Substitua por parafusos novos:
   • Princípio de seleção: O material e a classe de resistência dos novos parafusos não devem ser inferiores aos requisitos originais do projeto; geralmente, recomenda-se o uso de parafusos de alta resistência das classes 8.8 ou 10.9.
   • Controle de torque: Use um chave dinamométrica para o aperto, aplicar o torque de pré-carga especificado em etapas (geralmente 3 a 4 etapas) e em uma sequência simétrica, a fim de evitar uma pré-carga excessiva ou desigual resultante do aperto em uma única etapa.
   • Medidas de confinamento: Utilize porcas duplas, porcas de segurança com inserção de nylon, roscas de segurança Spiralock ou adesivos anaeróbicos (por exemplo, Loctite 243) para reforçar a fixação.

(2) Métodos corretivos fundamentais

1. Reajustar e centralizar:
   • Verifique e ajuste o alinhamento do acoplamento entre o motor e o redutor, e entre o redutor e o moinho. Geralmente, o desvio radial deve ser ≤0,05 mm, e o desvio axial ≤0,03 mm por 100 mm.
   • Verifique e corrija também a concentricidade entre o eixo oco e o eixo de saída do redutor.
2. Resolver problemas relacionados à fundação:
   • Se a fundação estiver muito irregular, levante o redutor, reorganize as calças (não mais do que 3 calças por grupo, e elas devem ser soldadas por pontos) e nivele usando um nível de bolha para garantir que a base atenda aos requisitos de planicidade.
   • Para a injeção secundária, use argamassa de alta resistência sem retração (como argamassa epóxi ou argamassa de alta resistência à base de cimento). A espessura da camada de argamassa deve ser, em geral, de 40 a 80 mm, e os parafusos só devem ser apertados após a argamassa ter atingido a resistência projetada.
3. Eliminar fontes de vibração:
   • Inspecione o engate das engrenagens dentro do redutor, ajustando a folga e o padrão de contato (a área de contato deve ser ≥60% ao longo do comprimento do dente e ≥45% ao longo da altura do dente).
   • Verifique o desgaste dos rolamentos e substitua os rolamentos danificados, se necessário.
   • Verifique se o corpo do moinho está balanceado e se a distribuição dos meios de moagem é uniforme.
4. Adicione pinos de encaixe (parafusos de encaixe):
   • Instalar parafusos de encaixe (pinos de encaixe) em posições diagonais na base do redutor para suportar forças de cisalhamento horizontais, de modo que os parafusos de fixação suportem apenas tensão axial, reduzindo significativamente o risco de fratura dos parafusos.
   • Essa medida costuma ser implementada em conjunto com a modificação da fundação e proporciona os resultados mais confiáveis.
5. Reforçar a rigidez da fundação:
   • Para fundações de concreto com rigidez insuficiente, instale barras de reforço adicionais ao redor da fundação e aumente a espessura da camada de argamassa, ou adicione uma placa de transição de aço na base para distribuir as cargas e melhorar a rigidez geral.

(3) Medidas de manutenção preventiva

1. Estabeleça um cronograma regular de reaperto:
   • Para redutores recém-instalados ou revisados, reapertar os parafusos de fixação após 24 horas, 72 horas e uma semana de operação.
   • Durante a operação normal, inspecione e reaparafuse pelo menos uma vez por mês e mantenha registros.
2. Monitoramento regular de vibrações:
   • Utilize um medidor de vibração simples ou um sistema de monitoramento de vibração on-line para medir regularmente a velocidade de vibração do redutor (que geralmente deve ser ≤4,5 mm/s). Caso seja constatado um aumento significativo, investigue a causa imediatamente.
   • Utilize um termômetro infravermelho para verificar as temperaturas dos rolamentos como informação complementar para a avaliação de seu estado.
3. Registro e alerta precoce:
   • Crie um registro de equipamentos para anotar cada valor de torque de reapertamento, o histórico de substituição de parafusos, dados de vibração etc. A análise de tendências pode ajudar a identificar possíveis problemas antecipadamente.

III. Resumo

A fratura do parafuso de fixação raramente é um problema isolado; suas causas fundamentais costumam estar intimamente relacionadas às condições da fundação, à precisão do alinhamento e aos níveis de vibração. Portanto, o tratamento não deve se limitar a “tratar o sintoma” substituindo os parafusos; em vez disso, deve-se adotar uma abordagem sistemática, abrangendo a qualidade da instalação, as condições operacionais e a rigidez da fundação, a fim de resolver o problema de forma definitiva.