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

ANALISIS DE FALLA “ACOPLE N-EUPEX 250 FLENDER”

SISTEMA DE IZAJE DE PLUMA SHIPLOADER

PUERTO DE COLOSO” MEL, PUERTO DE COLOSO

DESCRIPCION

Componente : AcopleMarca : FlenderTipo : Eurex Tipo BSize : 250Capacidad Torque : 2800 [N-m] Rpm máxima : 2750Peso : 34 [Kg]

DESCRIPCION DE LOS COMPONENTES: TAMBOR DE IZADO DE PLUMA DEL SHIPLOADER

ZONA DE TRABAJO

DEL ACOPLE

FUNCIONAMIENTO DEL CONJUNTO

REDUCTOR

MOTOR

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: FRACTURA

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 contactoresde levante y el PLC en la sala eléctrica 16 paraimplementar señal motor corriendo al PLC que permitaactivar el trip del motor en caso de discrepancia entreel control y la fuerza.

24 Noviembre 2006: Falla contactor levante pluma31 Julio 2007: Se requiere cambiar machón de alta motor17 Diciembre 2007: Rotura sección amarre pernos acoplamiento1 Noviembre 2009: Falla en machones de acoplamiento winch23 Marzo 2010: Reubicar machón de motor eléctrico27 Marzo 2010: Falla machón freno lado izquierdo15 Abril 2010: Reparación machón acoplamiento lado cerro14 Octubre 2010: Machón Winche Shiploader quebrado16 Noviembre 2010: Incorporar en control DCS 5 segundos de retardo entre

cambios de sentido giro de motores de levante pluma28 Noviembre 2010: Cambiar joitic levante pluma por botoneraJunio 2011: Falla acoplamiento Lado EsteJulio 2011: Falla acoplamiento Lado EsteAgosto 2011: Falla acoplamiento Lado esteSeptiembre 2011: Falla acoplamiento Lado OesteEnero 2012: Falla acoplamiento Lado OesteMayo 2012: Falla acoplamiento nuevo diseño, modelo Lado Oeste

FRACTOMETRIA

Este tipo de fractura es de tipo Frágil o Quebradiza las cuales se generan producto de algúnimpacto o carga súbita. No se tiene evidencia de fatiga. La Superficie es planas, granuladastípico de fundiciones. Las fracturas quebradizas cuando ocurren en piezas fundidas nogeneran espiguillas o chevrones que indiquen el “INICIO” de la fractura. La zona indicadarepresenta una fractura sin deformación plástica indicando que la pieza se fracturoviolentamente sin dar espacio ni tiempo para la deformación.

MONTAJE: SE AUMENTO LA TEMPERATURA DE LA PIEZA CON OXICORTE

CAMBIOS EN EL DISEÑO A.- Se aumenta el tamaño de la chaveta

La tabla muestra recomendación del fabricante sobre la medida de la chaveta en el acople

La tabla muestra las medida de la chaveta en el acople de como mecanizo la maestranza

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 losplanos no se indicaba.

MEDICION

Las medidas de la perforación no cumple los exigido por elfabricante, lo medido fue e4=40 [mm] y d1=12 [mm], debiendoser 45 y 16 [mm] respectivamente.

COMPROBACION DEL TAMAÑO DEL ACOPLE1.- METODO FLENDER CONSIDERANDO POTENCIA

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

COMPROBACION DEL TAMAÑO DEL ACOPLE1.- METODO FLENDER: CONSIDERANDO TORQUE

COMPROBACION DEL TAMAÑO DEL ACOPLE2.- 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.

MEMORIA DE CÁLCULO DE TORQUE REQUERIDO

DATOS OBTENIDOS DE LA MEMORIA DE CALCULO DEL SHIPLOADER DE

MINERA ESCONDIDAT1 = 17 TON

T2 = 136 TON

MEMORIA DE CÁLCULO DE TORQUE REDUCTOR

Según la tabla adjunta un solomotoreductor es capaz de levantar lapluma, pero en el límite, lo que no esaconsejable de realizar.

MEMORIA DE CÁLCULO DE TORQUE REDUCTOR

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

Cos φ: 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

CURVA CARACTERÍSTICA DEL MOTOR

resumen de cálculos de torque

ALINEAMIENTOS PERMISIBLES A 750 RPMSe define como:

∆Ka: Desalineamiento axial permisible∆Kr: Desalineamiento radial permisible∆Kw: Desalineamiento angular permisible

∆Ka = 0,35*1,5 ∆Ka = 0.525 [mm]∆Kr = 0,35*1,5 ∆Kr = 0.525 [mm]∆Kw = 0,08*1,5 ∆Kw = 0.12 [°]

∆Smáx = 2.5 [mm]

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

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]

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]

CALCULO MEDIANTE EL METODO DE ELEMENTOS FINITOS

CASO 1: TORQUE OPERACIÓN 474 [N-m]

CASO 2: TORQUE OPERACIÓN 1671 [N-m]

CASO 3: TORQUE OPERACIÓN 2495 [N-m]

CONCLUSIONES

La causa raíz de la falla se debió a un problema de diseño específicamentedel torque elevado aplicado al acople y las dimensiones del chavetero. Enbase a los cálculos mediante el método de los elementos finitos se determinóque 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, elcual determina la resistencia a los esfuerzos del acople. Un montajeinadecuado aumentó las cargas dinámicas y la menor calidad del acerofundido del acople acelero la fractura.

El estudio concluye que en la contramarcha o cuando la pluma del shiploadersube o baja es el estado mas critico. El torque aplicado al acopleconsiderando cargas dinámicas es de (2865 [N-m]) y es levemente superioral admisible (2800 [N-m]), debido a los puntos indicados anteriormente, queen algunos casos es inherente, el acople debería cambiarse de un tamaño de250 a 280, según el catalogo el fabricante.

RECOMENDACIONES

• Se recomienda realizar el cambio del acople de tamaño de 250 a 280 paraaumentar el Torque nominal de 2800 a 3900 N-m. Además se debemodificar 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 lacavidad 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.