ANALISIS DE FALLA ACOPLE N-EUPEX 250 FLENDER SISTEMA DE IZAJE DE PLUMA SHIPLOADER MEL, PUERTO DE COLOSO

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1 ANALISIS DE FALLA ACOPLE N-EUPEX 250 FLENDER SISTEMA DE IZAJE DE PLUMA SHIPLOADER MEL, PUERTO DE COLOSO

2 ANALISIS DE FALLA ACOPLE N-EUPEX 250 FLENDER SISTEMA DE IZAJE DE PLUMA SHIPLOADER PUERTO DE COLOSO MEL, PUERTO DE COLOSO

3 DESCRIPCION Componente : Acople Marca : Flender Tipo : Eurex Tipo B Size : 250 Capacidad Torque : 2800 [N-m] Rpm máxima : 2750 Peso : 34 [Kg]

4 DESCRIPCION DE LOS COMPONENTES: TAMBOR DE IZADO DE PLUMA DEL SHIPLOADER ZONA DE TRABAJO DEL ACOPLE

5 FUNCIONAMIENTO DEL CONJUNTO REDUCTOR MOTOR

6 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: FRACTURA

7 CRONOLOGIA DE LOS EVENTOS El acople registra 10 fracturas. La cronología resumida de los eventos principales es la siguiente: 06 Septiembre 2006: Se requiere instalar tendido cables entre contactores de levante y el PLC en la sala eléctrica 16 para implementar señal motor corriendo al PLC que permita activar el trip del motor en caso de discrepancia entre el control y la fuerza. 24 Noviembre 2006: Falla contactor levante pluma 31 Julio 2007: Se requiere cambiar machón de alta motor 17 Diciembre 2007: Rotura sección amarre pernos acoplamiento 1 Noviembre 2009: Falla en machones de acoplamiento winch 23 Marzo 2010: Reubicar machón de motor eléctrico 27 Marzo 2010: Falla machón freno lado izquierdo 15 Abril 2010: Reparación machón acoplamiento lado cerro 14 Octubre 2010: Machón Winche Shiploader quebrado 16 Noviembre 2010: Incorporar en control DCS 5 segundos de retardo entre cambios de sentido giro de motores de levante pluma 28 Noviembre 2010: Cambiar joitic levante pluma por botonera Junio 2011: Falla acoplamiento Lado Este Julio 2011: Falla acoplamiento Lado Este Agosto 2011: Falla acoplamiento Lado este Septiembre 2011: Falla acoplamiento Lado Oeste Enero 2012: Falla acoplamiento Lado Oeste Mayo 2012: Falla acoplamiento nuevo diseño, modelo Lado Oeste

8 FRACTOMETRIA Este tipo de fractura es de tipo Frágil o Quebradiza las cuales se generan producto de algún impacto o carga súbita. No se tiene evidencia de fatiga. La Superficie es planas, granuladas típico de fundiciones. Las fracturas quebradizas cuando ocurren en piezas fundidas no generan espiguillas o chevrones que indiquen el INICIO de la fractura. La zona indicada representa una fractura sin deformación plástica indicando que la pieza se fracturo violentamente sin dar espacio ni tiempo para la deformación.

9 MONTAJE: SE AUMENTO LA TEMPERATURA DE LA PIEZA CON OXICORTE

10 CAMBIOS EN EL DISEÑO A.- Se aumenta el tamaño de la chaveta La tabla muestra las medida de la chaveta en el acople de como mecanizo la maestranza La tabla muestra recomendación del fabricante sobre la medida de la chaveta en el acople

11 TOLERANCIAS Y ACABADO SUPERFICIAL El fabricante recomienda una tolerancia del eje del motor de m6, del acople H7 superficie con rugosidad máxima de 3,2 [µm], en los planos no se indicaba.

12 MEDICION Las medidas de la perforación no cumple los exigido por el fabricante, lo medido fue e4=40 [mm] y d1=12 [mm], debiendo ser 45 y 16 [mm] respectivamente.

13 COMPROBACION DEL TAMAÑO DEL ACOPLE 1.- METODO FLENDER CONSIDERANDO POTENCIA

14 TORQUE NOMINAL Según Tabla el Torque nominal del acople 250 es de 2800 [N-m]

15 COMPROBACION DEL TAMAÑO DEL ACOPLE 1.- METODO FLENDER: CONSIDERANDO TORQUE

16 COMPROBACION DEL TAMAÑO DEL ACOPLE 2.- METODO-CONTRAMARCHA: CONSIDERANDO TORQUE Según cálculos, el Torque Máximo generado en las partidas del motor es mayor al torque admisible del acoplamiento B 250 levemente, por lo que este debiera fallar en las contramarcha. Según tabla el acople seleccionado debiera ser un tipo B de 280.

17 MEMORIA DE CÁLCULO DE TORQUE REQUERIDO DATOS OBTENIDOS DE LA MEMORIA DE CALCULO DEL SHIPLOADER DE MINERA ESCONDIDA T1 = 17 TON T2 = 136 TON

18 MEMORIA DE CÁLCULO DE TORQUE REDUCTOR Según la tabla adjunta un solo motoreductor es capaz de levantar la pluma, pero en el límite, lo que no es aconsejable de realizar.

19 MEMORIA DE CÁLCULO DE TORQUE REDUCTOR

20 CALCULO DEL TORQUE DE ACUERDO A MEDICIONES EN TERRENO Con los valores de corriente se calculo el consumo real de potencia. Los datos obtenidos se encuentran en el anexo G, y son los siguientes: Corriente: 760 [Amperes] Voltaje: 190 [V] Factor de carga: 0,97 Cosφ: 0,85 Rendimiento: 0.95 Potencia = 3* I * V*Factor de Carga* Cosφ* Rendimiento/1000 Potencia = 196 [kw] Tn(Nm) = P [kw] *9549 / n [rpm] Tn= 463 [kw] *9549 / 750 [rpm] Tn = 2495 [N-m] Similar a lo indicado por la norma DIN 740/2

21 CURVA CARACTERÍSTICA DEL MOTOR resumen de cálculos de torque

22 Se define como: ALINEAMIENTOS PERMISIBLES A 750 RPM Ka: Kr: Kw: Desalineamiento axial permisible Desalineamiento radial permisible Desalineamiento angular permisible Ka = 0,35*1,5 Ka = [mm] Kr = 0,35*1,5 Kr = [mm] Kw = 0,08*1,5 Kw = 0.12 [ ] Smáx = 2.5 [mm]

23 ESCANER 3-D NUBE DE PUNTOS Y MEDICIONES DE ALINEAMIENTO TAMBOR DE IZAJE DE PLUMA DE SHIPLOADER

24 MEDICIONES DE ALINEAMIENTO POLEA MEDIANTE ESCANER 3-D. Vista de Planta del tambor de izaje, muestra que los ejes del motoreductor izquierdo está inclinado 0,61º lo que genera un desalineamiento de 49 [mm]

25 MEDICIONES DE ALINEAMIENTO POLEA MEDIANTE ESCANER 3-D. Vista de elevación del tambor de izaje, muestra que el eje del tambor está inclinado 0,14º lo que genera un desalineamiento de 14 [mm] Vista de lateral del tambor de izaje, muestra que el eje de motoreductor está inclinado 0,47º lo que genera un desalineamiento de 23 [mm]

26 CALCULO MEDIANTE EL METODO DE ELEMENTOS FINITOS

27 CASO 1: TORQUE OPERACIÓN 474 [N-m]

28 CASO 2: TORQUE OPERACIÓN 1671 [N-m]

29 CASO 3: TORQUE OPERACIÓN 2495 [N-m]

30 CONCLUSIONES La causa raíz de la falla se debió a un problema de diseño específicamente del torque elevado aplicado al acople y las dimensiones del chavetero. En base a los cálculos mediante el método de los elementos finitos se determinó que la zona donde se inicio la fractura se localiza en el radio del chavetero (ver figura 12), esta zona es puntual y es un concentrador de esfuerzo, el cual determina la resistencia a los esfuerzos del acople. Un montaje inadecuado aumentó las cargas dinámicas y la menor calidad del acero fundido del acople acelero la fractura. El estudio concluye que en la contramarcha o cuando la pluma del shiploader sube o baja es el estado mas critico. El torque aplicado al acople considerando cargas dinámicas es de (2865 [N-m]) y es levemente superior al admisible (2800 [N-m]), debido a los puntos indicados anteriormente, que en algunos casos es inherente, el acople debería cambiarse de un tamaño de 250 a 280, según el catalogo el fabricante.

31 RECOMENDACIONES Se recomienda realizar el cambio del acople de tamaño de 250 a 280 para aumentar el Torque nominal de 2800 a 3900 N-m. Además se debe modificar el disco de freno y los machones (Part 1-4 y 5) Corregir indicaciones del plano de fabricación de la maestranza, indicando tolerancias, calidad superficial, radio del chavetero, ranura de la cavidad del chavetero y ajuste, respetando la ranura del eje actual. No calentar con soplete de oxicorte para el montaje de los machones. Revisar el sistema de accionamiento eléctrico (motor-freno) y corregir el desfase existente entre la partida del motor y el freno. Se recomienda bajar el torque aplicado al acople Instalando un variador de frecuencia, el cual permite controlar una partida y detención suave, disminuyendo las cargas dinámicas debido a impacto.