Análisis de aptitud de un reductor de velocidad de cinco etapas para laminación.

Abstract

El presente informe se lleva a cabo para el departamento de gestión de activos físicos de la siderúrgica Huachipato, con el objetivo de estudiar la aptitud de un reductor de velocidades de 5 etapas, crítico para los trabajos de laminación de barras rectas. El estudio nace de la necesidad de proyectar una ventana de tiempo a futuro para la adquisición de oportuna de repuestos, así como de la incertidumbre del desarrollo de fallas típicas sobre los engranajes del equipo. El informe inicia con la contextualización del equipo. Se describe el reductor, los trabajos asociados, la geometría específica de cada engranaje y material de fabricación. Posteriormente se llevan a cabo tres estudios independientes para generar un reporte de aptitud y una estimación del tiempo restante útil del equipo (Remaining Useful Lifetime, RUL). El primer estudio se guía bajo las normas AGMA 2001-D04 y 908-B89. Se determina una ventana de servicio que permita corroborar y estimar la aparición de las fallas típicas, picadura sobre el flanco de los dientes, así como fallo por flexión del diente.El segundo estudio aplica un análisis por elementos finitos o FEA por sus siglas en inglés (Finite Element Analysis) en función de la geometría nominal del diente, y escenarios con 10% y 20% de pérdida de espesor. Se obtienen los esfuerzos máximos que se desarrollan en el flanco y raíz del diente para un ciclo de carga completo, así como de su distribución. Para el tercer estudio se crea una curva de degradación exponencial en base a indicadores de condición vibratoria para ser contrastada con 2 umbrales basados en las zonas de severidad vibratoria de la ISO 10816-3. De esta manera, se determina la ventana de tiempo disponible hasta una condición inaceptable de acuerdo a la norma. Finalmente en base a la fusión de los estudios se concluye que los dientes de los engranajes son infatigables y seguros frente al fallo por flexión en condiciones de operación normal. Así como que la picadura presente en el par de salida se debe a la operación normal del equipo. Se estima una ventana para decisiones de mantención y reemplazos segura hasta el marzo del 2026, con la entrada en zona de daño vibratorio en octubre 2026. Adicionalmente se recomienda lubricación completa de los dientes en vista de cargas que se desarrollan en estos, como la revisión periódica del lubricante y mejoramiento de los sistemas de monitoreo.

This report is conducted for the physical asset management department of the Huachipato steel mill, with the objective of studying the suitability of a 5-stage speed reducer, critical for straight bar rolling work. The study arises from the need to project a future time window for the timely acquisition of spare parts, as well as the uncertainty of the development of typical gear failures. The study begins with the contextualization of the equipment. The reducer, the associated works, the specific geometry of each gear and manufacturing material are described. Subsequently, three independent studies are conducted to generate a suitability report and an estimate of the RUL or remaining useful time of the equipment. The first study is guided by the AGMA 2001-D04 and 908-B89 standards. A service window is determined that allows corroborating and estimating the appearance of typical failures, pitting on the flank of the teeth, as well as failure due to tooth bending. The second study applies a finite element analysis (FEA) based on the nominal geometry of the tooth, 10% and 20% thickness loss. The maximum stresses developed in the flank and root of the tooth for a complete load cycle, as well as their distribution, are obtained. For the third study, an exponential degradation curve is created based on vibratory condition indicators to be contrasted with 2 thresholds based on the vibration severity zones of ISO 10816-3 and in this way the available time window is determined up to an unacceptable condition. Finally, based on the fusion of the studies, it is concluded that the gear teeth are indefatigable and safe against failure due to bending under normal operating conditions. The pitting present in the output gear pair is due to the normal operation of the equipment. A window for safe maintenance and replacement decisions is estimated until March 2026, with the entry into the vibratory damage zone in October 2026. Additionally, complete lubrication of the teeth is recommended in view of the loads that develop on them, additionally periodic lubricant revisions, and improvement of monitoring systems are recommended.