Análise do modo de falha de componentes de desgaste crítico para britadeiras FLSmidth

 

Dados de pesquisa da indústria mineira global de 2024 revelam que o tempo de inatividade não planeado do equipamento de trituração é responsável por 37% dos custos totais de manutenção, sendo as fracturas das placas das mandíbulas e as gripagens dos rolamentos as duas principais causas das paragens dos trituradores FLSmidth. Para uma fábrica de processamento de minerais que processa 3.000 toneladas por dia, uma única paragem não programada resulta em perdas económicas diretas que variam entre $50.000 e $80.000. Esta análise, baseada em dados de manutenção de campo de 1.200 unidades da FLSmidth, examina os mecanismos de falha dos principais componentes de desgaste e as estratégias de substituição preventiva.

Curvas não lineares de desgaste de placas de mandíbulas: Mn18Cr2 e tecnologia de integração de camadas cerâmicas compósitas

As placas de mandíbulas dos britadores de mandíbulas FLSmidth apresentam uma taxa de desgaste inicial de 0,8 mm/100h durante as primeiras 500 horas, passando depois para um período de desgaste estável de 0,3 mm/100h. Quando se utiliza um substrato de aço com elevado teor de manganês Mn18Cr2, a dureza da superf ície deve atingir HRC55-60 para resistir eficazmente ao desgaste abrasivo de materiais minerais com um teor de quartzo >65%. Os processos de reforço de compósitos validados no terreno incluem:

Processo de reforço	Parâmetros técnicos	Extensão da vida
Revestimento duro pós-instalação	Aplicado a 500h, fio de soldadura de carboneto de tungsténio D322, camada de depósito de 3-5mm	+30%
Embutimento de cerâmica composta	Blocos de cerâmica Al₂O₃-TiC, dureza Mohs 9.0	+45%
Revestimento a laser	Pó de liga à base de Co, dureza da camada de revestimento HRC62-65	+55%

Três causas principais de fratura da placa da mandíbula e deteção preventiva

A análise de falhas de 217 casos de fratura da placa da mandíbula confirma os seguintes modos de falha primários:

• Iniciação de fissuras por fadiga: O fator de concentração de tensões nas raízes dos dentes da placa da mandíbula pode atingir 2,8. Sob carga cíclica, as microfissuras começam a propagar-se após 2000-3000h. Recomenda-se a inspeção por partículas magnéticas a cada 1500h, com substituição obrigatória quando a profundidade da fissura exceder 1,5 mm
• Defeitos de segregação de material: Quando o rácio Mn/C se desvia do intervalo 1,5±0,2, a tenacidade diminui 40%. Quando adquirir peças para trituradores de cone FLSmidth, solicite relatórios de análise espetral do material que verifiquem o teor de Mn 13,5-14,5% e o teor de C 1,1-1,3%
• Stress de instalação: O binário de pré-carga dos parafusos da placa da mandíbula deve ser controlado a 650±50N-m, com intervalos de calibração da chave dinamométrica não superiores a 3 meses

Mecanismos de falha térmica do sistema de rolamentos: Relação crítica entre a espessura da película lubrificante e a capacidade de carga

Quando os britadores da FLSmidth empregam rolamentos autocompensadores de rolos SKF 23264 CAC/W33 no eixo principal, a vida útil teórica do projeto é de 50.000h, mas a vida útil média em campo é de apenas 18.000h.

Seleção de Massa Lubrificante de Extrema Pressão e Cálculo do Intervalo de Reabastecimento

Para aplicações pesadas, a massa lubrificante deve cumprir as seguintes especificações de desempenho:

Parâmetro de desempenho	Requisitos técnicos	Norma de ensaio
Ponto de queda	≥260°C	ASTM D2265
Quatro bolas EP PB Valor	≥620kgf	ASTM D2596
Viscosidade do óleo base (40°C)	460-680 cSt	ASTM D445
Penetração (25°C)	265-295 (1/10mm)	ASTM D217

 

Especificações de medição e ajuste da folga do rolamento

Uma folga excessiva da chumaceira provoca diretamente uma elevada gravidade da vibração. A folga axial do veio principal deve ser controlada dentro de 0,15-0,25 mm, com uma folga radial ≤0,30 mm. Procedimento de medição:

• Montar o relógio comparador (resolução de 0,01 mm) na estrutura com a sonda perpendicular à face da extremidade do veio
• Aplicar uma força para cima e para baixo utilizando uma barra de alavanca, registando o diferencial de deslocamento máximo como folga axial
• A medição da folga radial requer leituras em quatro quadrantes (0°, 90°, 180°, 270°), utilizando o valor máximo
• Ajuste da folga através da adição/remoção de calços por baixo da caixa da chumaceira principal, disponíveis com espessuras de 0,05 mm, 0,10 mm e 0,20 mm

Falha no desequilíbrio dinâmico do rotor: Tecnologia de correspondência de grupos de sistemas de acionamento por correia multiarticulada

Os rotores dos trituradores de impacto FLSmidth que operam a 1200-1500rpm registam aumentos de velocidade de vibração de 0,8mm/s por cada aumento de 10g-cm no desequilíbrio. Os dados dos testes de campo mostram que 87% da vibração anormal do rotor resulta de uma tensão desigual da correia trapezoidal e de uma combinação incorrecta dos grupos.

Critérios de correspondência do grupo de correias trapezoidais

Para configurações de acionamento de motor duplo, deve ser executada a correspondência do grupo de correias trapezoidais:

• Desvio de comprimento: Diferença de circunferência no mesmo grupo ≤3mm, medida a uma tensão de 100N com um instrumento de medição de cintos em V (modelo: Gates TT-1) para a circunferência efectiva
• Saldo atual: Diferença de corrente em vazio do motor duplo ≤5A, diferença de corrente em plena carga ≤15A. Se for excedida, reagrupar as correias trapezoidais; as polias de lado único não devem misturar lotes de produção diferentes
• Medição da tensão: Utilizando o instrumento de medição do método de frequência (Unitta U-508), a deflexão a meio do vão da correia deve ser de 1/64 da distância central, o que corresponde a uma frequência de 60-80Hz

Reparação do revestimento duro do rotor e correção do equilíbrio dinâmico

A profundidade de desgaste do martelo do rotor >15mm requer reparação do revestimento duro. Utilizar eléctrodos J506 para as passagens de raiz, com eléctrodos de carboneto de crómio D022 para as camadas superficiais, atingindo uma dureza de depósito HRC58-62. O equilíbrio dinâmico pós-reparação é obrigatório:

• Utilizar o equipamento de equilibragem a laser Schenck CAB920 para medir o desequilíbrio em dois planos de correção
• Controlo do desequilíbrio residual para ≤5g-cm/kg (grau de precisão G6.3)
• Os pesos de correção utilizam combinações de parafuso M16×50 + bloco de pesos, com pesos individuais que variam entre 50-500g
• A gravidade da vibração após a correção deve diminuir para ≤4,5 mm/s (norma ISO 20816-1)

Sistema de vedação Bloqueio do caminho de entrada de contaminantes: Design combinado de vedação de lábio quádruplo + vedação de óleo esqueleto

A análise das falhas dos rolamentos indica que 68% das falhas prematuras resultam da entrada de contaminantes. As mangas da mandíbula móvel do triturador FLSmidth empregam estruturas de vedação em série de vedação quad-lip + vedação de óleo de esqueleto. Após 2.400 horas de testes em ambiente poeirento, a taxa de entrada de poeira é ≤0,1g/h, alcançando uma extensão de vida útil de 3× em comparação com as vedações de camada única.

Parâmetros de conceção da estrutura de vedação

Componente de vedação	Especificação do material	Indicador técnico
Lábio primário de poeira	Borracha nitrílica NBR 70 Shore A	Pressão de contacto 0,3-0,5MPa
Lábio raspador de óleo secundário	Fluoroelastómero FKM 85 Shore A	Resistência à temperatura -40~180°C
Vedante de óleo esqueleto	Tipo TC de lábio duplo, diâmetro Φ180 H7	Velocidade linear ≤15m/s
Laboratório≤15m/s
Anel de vedação de labirinto	PTFE + Fibra de carbono	Coeficiente de atrito ≤0,10

Monitorização da contaminação de massas lubrificantes

Recomenda-se a recolha de amostras do nível de contaminação da massa lubrificante de 500 em 500 horas, utilizando a norma de limpeza ISO 4406:

• Novo requisito de limpeza da massa lubrificante: ≤18/16/13 (tamanhos de partículas 4μm/6μm/14μm)
• Limite de aviso de massa lubrificante em serviço: 20/18/15, exigindo a substituição completa da massa lubrificante quando excedido
• Utilizar a análise ferrográfica para monitorizar o teor de metais de desgaste (Fe, Cu, Al); Fe >200ppm indica um desgaste anormal do rolamento

 

Imagem térmica Distribuição do campo de temperatura

Monitorizar as temperaturas dos componentes críticos utilizando a câmara de infravermelhos FLIR E95 (precisão de ±2°C):

• Caixa de rolamentos: Temperatura normal ≤70°C; um aumento de temperatura >15°C/h indica uma deficiência de lubrificação
• Enrolamentos do motor: Diferença de temperatura trifásica >10°C sinaliza desequilíbrio de fase
• Cilindros hidráulicos: Pontos quentes localizados >80°C podem indicar fugas internas

Análise da desmodulação do sinal de corrente do motor

Adquirir corrente trifásica através de sensores de efeito Hall a uma frequência de amostragem ≥5kHz. Aplicar a transformada de Hilbert para extrair o espetro da envolvente, identificando as caraterísticas de flutuação da carga:

• Bandas laterais na frequência da malha da engrenagem \( f_m = n \times Z / 60 \) com espaçamento igual à frequência do veio indicam desgaste da engrenagem
• O aumento anormal da amplitude nos harmónicos de frequência do veio sugere desequilíbrio ou excentricidade do rotor
• Distorção harmónica total da corrente THD >8% requer inspeção da qualidade da energia e do isolamento do motor

Sistema hidráulico de proteção contra sobrecarga: Tempo de resposta de 0,2 segundos e controlo adaptativo do ângulo da placa de alternância

Os trituradores FLSmidth equipados com válvulas de alívio proporcionais electro-hidráulicas (Modelo: Rexroth DBETBEX) reduzem instantaneamente a pressão do sistema de 16MPa para 2MPa quando é detectada uma sobrecarga na câmara de trituração, com um tempo de resposta ≤0,2s, evitando danos nas estruturas por impacto de inversão do volante.

Tecnologia de ajuste automático da abertura da descarga

Sistema de controlo em circuito fechado baseado na deteção em linha do tamanho do produto:

• O analisador de tamanho de partículas a laser (Malvern Insitec) fornece distribuição de partículas de descarga em tempo real com ciclo de amostragem de 10s
• Quando a fração de -10mm se desvia ±3% do objetivo, o PLC ajusta automaticamente o ângulo da placa de alternância
• Precisão de ajuste da abertura da descarga ±2mm, erro de estado estacionário do controlo em circuito fechado ≤1%
• O sensor de deslocamento (Balluff BTL7) monitoriza a posição da placa de alternância com uma resolução de 0,1 mm

Peças de desgaste do triturador Gestão do ciclo de vida completo: Modelos gémeos digitais e previsão da vida útil restante

Estabelecer gémeos digitais de trituradores FLSmidth integrando modelos de geometria de equipamento, simulações físicas de campo e dados operacionais:

Simulação do desgaste da placa da mandíbula e previsão da vida útil

Utilizar o Método dos Elementos Discretos (DEM) em conjunto com a Análise de Elementos Finitos (FEA) para simular processos de esmagamento de materiais:

• Importar as distribuições granulométricas reais do minério (parâmetros de distribuição Rosin-Rammler), gerando 50.000 partículas discretas
• Configurar o modelo de contacto partícula-mandíbula-placa (Hertz-Mindlin), coeficiente de atrito 0,35, coeficiente de restituição 0,28
• Calcular a distribuição da profundidade de desgaste da superfície da placa da mandíbula, prevendo a vida útil restante com um erro ≤5%
• Otimizar a geometria do dente da placa da mandíbula: design assimétrico do perfil do dente, ângulo da face de trabalho optimizado de 18° para 21°, alcançando uma extensão da vida útil de 12%

Estratégia de otimização do inventário de peças sobressalentes

Estabelecer um modelo de previsão da procura de peças sobresselentes com base na distribuição de Weibull:

[
F(t) = 1 - e^{-(t/\eta)^\beta}
]

Onde \( \eta \) representa a vida caraterística e \( \beta \) é o parâmetro de forma. O ajuste dos dados históricos de falhas produz placas de maxilas FLSmidth \( \beta = 2,8 \) (falha por desgaste), \( \eta = 6200h \); rolamentos principais \( \beta = 1,2 \) (falha aleatória), \( \eta = 22000h \). Estabelecer, assim, níveis de stock de segurança:

• Placas de maxilas: Inventário mínimo de 2 conjuntos, ponto de encomenda com vida útil restante <800h
• Rolamentos principais: Inventário mínimo 1 conjunto, ponto de reordenação na vida restante <3000h
• Correias trapezoidais: Inventário mínimo 1 grupo (12 peças), ponto de reabastecimento no inventário ≤6 peças

Sistema de revestimento anti-corrosão: Tripla proteção, atingindo uma classificação de 1000 horas no teste de pulverização de sal

Para ambientes corrosivos da indústria química e mineira costeira, as superfícies da estrutura utilizam uma proteção anticorrosiva de três camadas:

Camada de revestimento	Sistema de materiais	Espessura	Indicador de desempenho
Cartilha	Primário epoxídico rico em zinco (teor de zinco ≥80%)	80μm	Aderência ≥10MPa (ISO 4624)
Camada intermédia	Óxido de ferro micáceo epoxídico	100μm	Resistência ao impacto ≥50J (ISO 6272)
Acabamento	Acabamento em poliuretano	60μm	Brilho ≥80% (ângulo de 60°)

A preparação da superfície deve atingir o grau Sa2.5 (ISO 8501-1) com rugosidade superficial Rz 40-75μm. O teste de névoa salina neutra (NSS) durante 1000 horas produz uma classificação ≥8 (sem corrosão), excedendo significativamente a galvanização tradicional (720 horas).

Componente de transmissão Tecnologia de revestimento Dacromet

As polias, as caixas de rolamentos e os componentes de transmissão utilizam o revestimento Dacromet 500 (8-12μm de espessura), oferecendo vantagens técnicas:

• Teste de névoa salina neutra ≥720h, resistência à corrosão 7-10× zinco de galvanoplastia tradicional
• Risco zero de fragilização por hidrogénio, adequado para parafusos de elevada resistência (≥Grau 10.9)
• Coeficiente de fricção estável (0,12-0,18), evitando perdas de binário
• Conformidade ambiental com zero crómio hexavalente, em conformidade com os regulamentos RoHS e REACH

Verificação de rastreabilidade de peças OEM da FLSmidth: Lista de verificação do pacote de documentação de qualidade

Ao adquirir peças para trituradores de cone FLSmidth, os fornecedores devem fornecer documentação completa de certificação de qualidade:

• Certificados de materiais (3.1 Certificados): Em conformidade com a norma EN 10204, incluindo análise espetral da composição química e dados de ensaios de propriedades mecânicas
• Relatórios de inspeção dimensional: Dados de medição por coordenadas da CMM para dimensões críticas (grau de tolerância IT7 e superior)
• Curvas de tratamento térmico: Curvas temperatura-tempo de têmpera e revenido, mapas de distribuição de dureza (mínimo de 9 pontos de medição)
• Relatórios de Ensaios Não Destrutivos: Certificados de conformidade dos ensaios ultra-sónicos UT (ASTM A388) e dos ensaios de partículas magnéticas MT (ASTM E1444)
• Registos Assembly Torque: Valores de binário de aperto e dados de controlo do método angular para parafusos críticos
• Marcação de rastreabilidade: Componentes carimbados com números de série únicos rastreáveis aos lotes de produção e aos números de calor das matérias-primas

Análise do retorno do investimento: Manutenção Planeada vs. Comparação de Custos de Reparação Reactiva

Com base em dados de análise económica de 87 locais de exploração mineira:

Estratégia de manutenção	Custo anual de manutenção	Tempo de inatividade não planeado	Consumo de peças	Custo total em 5 anos
Reparação reactiva	$180,000	320h/ano	8 conjuntos de placas de maxilas/ano, 4 conjuntos de rolamentos/ano	$1,840,000
Manutenção planeada	$240,000	48h/ano	4 conjuntos de placas de maxilas/ano, 1,5 conjuntos de rolamentos/ano	$980,000
Manutenção Preditiva	$280,000	18h/ano	3,5 conjuntos de placas de maxilas/ano, 1 conjunto de rolamentos/ano	$850,000

A adoção de estratégias de manutenção preditiva permite uma poupança de custos acumulada de $990.000 em 5 anos, com um período de recuperação do investimento inferior a 14 meses. Principais fontes de benefícios:

• A utilização da janela de paragem planeada aumentou para 92%, evitando paragens no período de pico de produção
• Prolongamento da vida útil do componente 35-50%, reduzindo os custos de manutenção do inventário de peças sobresselentes
• Redução dos custos de mão de obra de 22% (eliminação das despesas com horas extraordinárias de reparação de emergência)
• Melhoria da eficácia global do equipamento (OEE) de 68% para 87%

Embora as Peças Duradouras Originais Concebidas para os Trituradores FLSmidth tenham custos de aquisição iniciais 15-25% mais elevados em comparação com as alternativas do mercado pós-venda, proporcionam uma redução dos custos do ciclo de vida 28% através da garantia de permutabilidade dimensional (±0,05 mm), consistência do desempenho do material e apoio técnico abrangente. Esta proposta de valor resulta de um funcionamento previsível e de zero falhas não planeadas.