Rutura dos cremalheira: por que acontece e como evitá-lo

O prato de engate é um rolamento de grandes dimensões que consiste em quatro componentes principais:

• Anel dentado inferior

• Anel superior

• Elementos rolantes (esferas dispostas em uma ou duas faixas, ou rolos)

• Espaçadores

Ambos os anéis possuem uma ranhura, denominada pista, cujo tamanho e geometria permitem o alojamento dos elementos rolantes e respectivos espaçadores. Nas escavadeiras, o anel dentado do prato de engate é montado no chassi inferior através de conexões roscadas. O anel superior, sem dentes, está conectado ao chassi da cabine. O prato de engate faz com que os dois chassis girem um em relação ao outro, enquanto o controle do movimento de rotação é garantido pelo redutor de velocidade correspondente. O redutor de velocidade é montado a bordo do chassi da cabine e tem um pinhão de acionamento que se alinha com os dentes do prato de engate para realizar sua função.

Principais motivos de quebra e substituição dos cremalheira

A situação mais frequente que leva à substituição dos cremalheira é a quebra de um ou mais dentes na coroa inferior. Isto torna impossível seu uso, porque o número de dentes quebrados tende a aumentar rapidamente. As principais causas são o deterioramento ou falha do sistema de frenagem do redutor de redução. Se este sistema não for eficaz, durante as mudanças na direção da cabine, a inversão de torque atua sobre os dentes com um movimento de flexão maior do que aquele para o qual eles são projetados. Existem maiores possibilidades de rutura especialmente sob condições de carga do balde e velocidades de rotação elevadas.

Outro problema que pode ocorrer é o bloqueio do prato de engate. Apesar das elevadas cargas a que são submetidos, os cremalheira têm uma relação de seção transversal/diâmetro bastante pequena, o que os torna deformáveis se não forem corretamente suportados. Assim, é importante que a estrutura de conexão seja suficientemente rígida, que as superfícies de apoio sejam suficientemente planas e que o sistema de fixação impeça deformações devido a solicitações elevadas. Caso contrário, além do risco de bloqueio do mancal, há o risco de desgaste permanente das pistas rolantes.

Como evitar a rutura dos cremalheira

Para aumentar a vida útil dos cremalheira, há boas práticas a seguir, começando com o uso dos materiais de construção. Da mesma forma, a montagem correta na escavadeira e a manutenção regular são formas importantes de evitar o desgaste prematuro.

Materiais e tratamentos térmicos

A escolha dos materiais e dos tratamentos térmicos é um aspeto crítico para um prato de engate resistente e durável, especialmente no que diz respeito à vida dos dentes. Normalmente, para esse fim são usados dois tipos de aço: 42CrMo4 temperado e revenido com R=90-100 kgf/mm para os anéis internos, e C45 temperado e revenido com R=70-80 kgf/mm para os anéis externos.

Além disso, o tratamento térmico superficial é necessário nas duas áreas mais solicitadas do prato de engate: a pista dos elementos rolantes e os dentes do anel interno. Através de um processo de têmpera por induração, é aumentada a resistência do dente à flexão e ao pitting na sua superfície de contato. Da mesma forma, também são tratadas termicamente as pistas rolantes para contrabalançar o desgaste causado pela passagem contínua dos elementos.

Transporte e armazenamento

A fim de evitar choques e danos, especialmente no sentido radial, o prato de engate deve ser embalado em uma caixa rígida e transportado em posição horizontal. Durante o armazenamento, a caixa e o mancal devem ser mantidos em um local fechado, protegido de agentes atmosféricos que possam causar corrosão. Ao desembalar, é importante tomar cuidado para não danificar as vedações, desengordurando o mancal com um diluente comercial isento de cloretos, pois estes são prejudiciais às superfícies.

Instalação do prato de engate

O processo de substituição do prato de engate antigo envolve uma série de operações preliminares necessárias para a instalação correta do novo mancal. Durante a desmontagem, é importante:

• Remover qualquer sujeira e detritos da superfície de apoio do mancal. 

• Verificar o estado de manutenção das estruturas às quais o prato de engate será acoplado (indispensável para o correto funcionamento e durabilidade do prato de engate). 

• Verificar se as superfícies de conexão não foram danificadas durante o trabalho na máquina ou durante a desmontagem (uma planaridade insuficiente pode levar ao bloqueio do prato).

Uma vez verificados estes aspetos, é possível o prato de engate no chassi inferior da máquina. A fim de obter uma orientação eficaz e apropriada, devem ser seguidas as indicações no prato de engate. Cada prato de engate apresenta uma zona de início e fim de têmpera, que é sua parte mais frágil. Portanto, é importante que os pontos de conexão de têmpera permaneçam o mais longe possível da área onde as cargas máximas ocorrem durante o ciclo de trabalho da máquina.

Antes de iniciar a conexão entre o prato de engate e o chassi, é necessário verificar se os parafusos de fixação estão de acordo com as especificações do manual do fabricante. Para além disso, é importante olear previamente os parafusos e usar arruelas planas e não elásticas. São então levemente apertados os parafusos do primeiro anel (o inferior na ordem mostrada na figura abaixo) para evitar tensões ou distorções no próprio anel. Uma vez apertados os parafusos, a operação é concluída utilizando os torques de aperto indicados no manual do fabricante, com a ajuda de uma chave dinamométrica com a capacidade apropriada.

Excentricidade do prato de engate e instalação do pinhão

Em segundo lugar, é essencial levar em conta a excentricidade do prato de engate a fim de evitar o bloqueio da transmissão do movimento ou o desgaste prematuro dos dentes. Devido a sua baixa relação espessura/diâmetro, os anéis dos cremalheira tendem a se deformar durante o tratamento térmico. Embora este não seja um problema de qualidade de produção, ele lhes dá uma forma ligeiramente elíptica em vez de circular.

Durante a instalação, deve ser verificado o alinhamento vertical entre o prato de engate e o pinhão. Mesmo quando a máquina tem um número maior de pinhões, o acoplamento deve ser feito nos pontos de máxima excentricidade do prato de engate. No prato de engate, os pontos de excentricidade máxima são indicados com três dentes pintados de amarelo. Isto permite calibrar a folga entre os dois dentes no ponto de máxima distância entre os dois componentes. Para isso, é necessário ajustar a folga entre as laterais dos dentes da roda e os do pinhão, assegurando que seja pelo menos [(0,05 * M)] mm, onde M representa o módulo dos dentes.

Após a montagem, é aconselhável fazer o sistema girar algumas voltas para verificar se o acoplamento está correto e se não há ruído excessivo devido a um encaixe incorreto. Uma vez verificado isso, antes de iniciar o sistema de rotação da cabine, é possível lubrificar os dentes, tendo o cuidado de cobrir completamente as laterais de todos os dentes.

Finalmente, é aconselhável medir e anotar a folga na máquina. A medição é feita com um comparador posicionado como na figura entre o anel superior e inferior, o mais próximo possível da pista rolante, para reduzir a influência das deformações elásticas da estrutura de conexão. Uma vez posicionado e ajustado a zero o mostrador, é necessário colocar a máquina em condições de carga máxima e verificar a variação da folga. O valor máximo registrado nas diversas posições angulares representará a folga inicial da máquina e será o termo de comparação para futuras medições, necessárias para monitorar o estado do prato de engate.

Manutenção

A fim de prolongar a vida útil do prato de engate e mantê-lo em bom estado de funcionamento, devem ser realizadas verificações periódicas da lubrificação, tensão dos parafusos, estado das vedações e folga da máquina.

O prato de engate é fornecido com pistas já engraxadas. Estas devem ser lubrificadas após as primeiras 50 horas de trabalho e em intervalos que dependem das condições de operação da máquina (mas não excedendo 100 horas de operação). Além disso, o prato de engate deve ser lubrificado novamente antes e depois de um longo período de parada da máquina. O bombeamento da graxa deve ser realizado com o mancal em rotação, e é considerado concluído quando a graxa sair da vedação formando uma película fina.

Durante a vida útil do prato de engate, é recomendado realizar verificações visuais sobre o estado das vedações, substituindo-as caso estejam deterioradas ou mais frágeis. De acordo com os mesmos intervalos de manutenção, deve ser aplicada graxa de modo a cobrir completamente as laterais dos dentes, com um pincel ou por pulverização.

Como mencionado acima, é uma boa ideia medir as folgas da máquina uma vez por ano para detectar problemas ou desgaste anormal nas pistas rolantes. O aumento máximo permitido depende de uma série de fatores. Estes incluem: o diâmetro do mancal, o tipo e tamanho dos elementos rolantes (esferas ou rolos) e o tipo de aplicação (que pode aceitar limites de desgaste mais altos se não comprometerem a operação). Em qualquer caso, quando o aumento quadruplica em relação à folga inicial, é aconselhável considerar a substituição do prato de engate.

Descubra a gama de cremalheira ITR

Nossos mancais são compatíveis com as principais marcas e modelos de escavadeiras de 1 a 120 toneladas, tais como Caterpillar, Komatsu, Volvo, Hitachi, Doosan, Hyundai, JCB, Bobcat e John Deere. Para maiores informações, favor entrar em contato com o autor deste artigo.