Rotura de las coronas de giro: por qué se produce y cómo prevenirla

La corona de giro es un cojinete de gran tamaño formado por cuatro componentes principales:

• Anillo dentado inferior

• Anillo superior

• Elemento de rodamiento (una o dos bandas de bolas o rodillos)

• Separadores

Ambos anillos presentan una ranura, denominada pista, cuyas medidas y geometría permiten alojar los elementos de rodamiento y sus separadores. En las excavadoras, el anillo dentado de la corona de giro se monta en el chasis inferior mediante conexiones roscadas. El anillo superior, que no tiene dientes, se conecta al chasis de la cabina. La corona de giro hace que los dos chasis giren el uno con respecto al otro; un reductor de velocidad asegura el control de movimiento rotatorio. Esta último, montado en el chasis de la cabina, cuenta con un piñón de transmisión que se alinea con los dientes de la corona de giro para cumplir con su función.

Principales motivos de rotura y sustitución de las coronas de giro

La situación que con mayor frecuencia lleva a tener que sustituir la corona de giro es la rotura de uno o varios dientes de la corona inferior. Cuando esto ocurre, no hay posibilidad de hacer uso de ella porque el número de dientes rotos tiende a aumentar rápidamente. Esto se debe principalmente al deterioro o a que el sistema de frenado del reductor de rotación no funciona. Si dicho sistema deja de funcionar, durante los cambios de dirección de la cabina, la inversión del par actúa sobre los dientes con un movimiento de flexión por encima de la capacidad nominal de los dientes. El riesgo de rotura se manifiesta sobre todo en condiciones de carga de la pala y velocidades de rotación sostenidas.

Otro problema que puede presentarse es el bloqueo de la corona de giro. Pese a las elevadas cargas a las que están sometidas, las coronas de giro tienen una relación sección transversal/diámetro bastante pequeña: esto las hace deformables, si no se sostienen correctamente. Por ello, es importante que la estructura de conexión sea más bien rígida, que las superficies de apoyo sean suficientemente planas, y que el sistema de fijación impida las deformaciones debidas a los intensos esfuerzos. En caso contrario, además del riesgo de bloqueo del cojinete, se corre el riesgo de desgaste permanente de las pistas de rodamiento.

Cómo prevenir la rotura de las coronas de giro

Para aumentar la vida útil de las coronas de giro, hay una serie de buenas prácticas que comienzan por los materiales usados en su construcción. Al mismo tiempo, un montaje correcto en la excavadora y el mantenimiento rutinario son importantes medidas de prevención para los fenómenos de desgaste precoz.

Materiales y tratamientos térmicos

La elección de los materiales y de los tratamientos térmicos es un aspecto crítico para obtener coronas de giro resistentes y duraderas, sobre todo en lo que se refiere a la vida del diente. Normalmente con esta finalidad se emplean dos tipos de acero: 42CrMo4 bonificado con R=90-100 kgf/mm para los anillos internos, y C45 bonificado con R=70-80 kgf/mm para los anillos externos.

Además, es necesario disponer un tratamiento térmico superficial en las dos áreas de la corona de giro que más esfuerzo realizan: la pista de los elementos de rodamientos y los dientes del anillo interno. A través de un proceso de templado por inducción, aumenta la resistencia del diente a la flexión y a la corrosión por picaduras en la superficie de contacto. Del mismo modo, se someten también a tratamiento térmico las pistas de rodamiento para combatir el desgaste debido al paso continuo de los elementos.

Transporte y almacenamiento

Para evitar golpes y daños, sobre todo en dirección radial, la corona de giro debe embalarse en una caja rígida y transportarse en posición horizontal. En la fase de almacenamiento, la caja y el cojinete deben estar en un lugar cerrado, protegidas de agentes atmosféricos que puedan dar lugar a la corrosión. Durante el desembalaje es importante prestar atención a no estropear las juntas, desengrasando el cojinete mediante un diluyente comercial sin cloruros ya que estos dañan las superficies.

Instalación de la corona de giro

El proceso de sustitución de la corona de giro usada requiere algunas operaciones preliminares necesarias para la correcta instalación del nuevo cojinete. Durante el desmontaje es importante:

• Quitar la suciedad y posibles detritos de la superficie de apoyo del cojinete. 

• Verificar el estado de mantenimiento de las estructuras sobre las que se conectará la corona de giro (indispensable para el correcto funcionamiento y la duración de la corona). 

• Controlar que las superficies de conexión no hayan sufrido daños durante el trabajo de la máquina o el desmontaje (una superficie no suficientemente plana puede dar lugar al bloqueo de la corona de rotación).
  
  

Una vez comprobados estos aspectos se puede situar la corona de giro sobre el chasis inferior de la máquina. Para obtener una orientación eficaz y adecuada, hay que seguir las indicaciones que se encontrarán sobre la pieza. Cada corona de giro presenta una zona de inicio y final de templado, que constituye su parte más frágil. Por ello es necesario que los puntos de unión del templado se mantengan lo más alejados posible del área en la que intervienen las cargas máximas durante el ciclo de trabajo de la máquina.

Antes de comenzar la conexión entre corona de giro y bastidor, hay que comprobar que la tornillería de fijación sea conforme a las especificaciones del manual del fabricante. Además, es importante aceitar previamente la tornillería y utilizar arandelas planas, no elásticas. Se procede entonces con un ligero apriete de los pernos del primer anillo (el inferior según el orden ilustrado en la siguiente figura), para evitar tensiones o distorsiones en el anillo. Una vez apretados los pernos, se concluye la operación utilizando los pares de apriete indicados en el manual del fabricante, usando para ello una llave dinamométrica de adecuada capacidad.

La excentricidad de la corona de giro y la instalación del piñón

En segundo lugar, es fundamental tener en cuenta la excentricidad de la corona de giro para evitar el bloqueo de la transmisión del movimiento o el desgaste prematuro de los dientes. A causa de la baja relación espesor/diámetro, los anillos de las coronas de giro tienden a deformarse durante el tratamiento térmico. Si bien no es un problema cualitativo de la producción, esto les proporciona una forma ligeramente elíptica en lugar de circular.

Durante la instalación hay que comprobar la alineación vertical entre corona de giro y piñón. También cuando la máquina tiene un número mayor de piñones, el acoplamiento se lleva a cabo en los puntos de máxima excentricidad de la corona de giro. En la corona de giro, los puntos de máxima excentricidad se indican con tres dientes pintados en amarillo. Esto permite calibrar los juegos entre las dos dentaduras en el punto de máxima distancia entre los dos componentes. Para hacerlo, hay que regular el juego entre los laterales de los dientes de la rueda y los del piñón, asegurándose de que sea de al menos [(0,05 * M)] mm, donde M representa el módulo del dentado.

Al final del montaje es conveniente hacer que el sistema gire algunas veces, para verificar que el acoplamiento sea adecuado y que no haya niveles de ruido excesivos causados por problemas de acoplamiento del engranaje. Comprobado esto, antes de la puesta en marcha del sistema de rotación de la cabina, se puede proceder al engrase de los dientes, prestando atención a cubrir por entero los laterales de todos los dientes.

Se aconseja, finalmente, medir y anotar las holguras en la máquina. La medición se realiza con un comparador situado como en la figura, lo más cerca posible de la pista de rodamiento para disminuir la influencia de las deformaciones elásticas de la estructura de conexión. Una vez situado y puesto a cero el comparador, es necesario llevar la máquina a las condiciones de máxima carga y detectar la variación de holguras. El valor máximo registrado en las distintas posiciones angulares representará la holgura inicial de la máquina y será el término de comparación para futuras mediciones, necesarias para supervisar el estado de la corona de giro.

Mantenimiento

Para alargar la vida de la corona de giro y mantenerla en buen estado operativo, hay que realizar controles periódicos de la lubricación, del tensado de los pernos, del estado de las juntas y de las holguras en la máquina.

La corona de giro se entrega con las pistas de rodamiento ya engrasadas. Se procede entonces a su lubricación después de las primeras 50 horas de trabajo, y a partir de entonces siguiendo intervalos que dependerán de las condiciones de empleo de la máquina (pero sin superar las 100 horas de uso). Además, antes y después de un período prolongado de inactividad de la máquina, es necesario realizar un nuevo engrase de la corona de giro. El bombeo de la grasa se lleva a cabo con el cojinete girando, y se considera terminado cuando la grasa sale de la junta formando una ligera capa.

Durante la vida útil de la corona de giro, se recomienda realizar controles visuales sobre el estado de las juntas, sustituyéndolas si se detecta deterioro o fragilidad. Conforme a esos mismos intervalos de mantenimiento, es necesario recubrir por entero de grasa los laterales de los dientes, extendiéndola con un pincel o pulverizando.

Como hemos señalado, es buena práctica verificar las holguras en la máquina una vez al año para identificar problemas o desgastes anómalos de las pistas de rodamiento. El aumento máximo admisible depende de algunos factores. Entre ellos: el diámetro del cojinete, el tipo y el tamaño de los elementos de rodadura (bolas o rodillos), y el tipo de aplicación (que puede aceptar límites de desgaste más altos si no comprometen su funcionamiento). En todo caso, cuando el aumento se cuadruplica con respecto a la holgura inicial, es conveniente evaluar si es conveniente sustituir la corona de giro.

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