Reemplazo del sistema de embrague y freno

Reemplazo del
sistema de
embrague y freno
¿Por qué y cuando?
Estos son los pros y contras de la conversión del sistema de embrague y freno
para las prensas mecánicas, enfocado en los tipos de embragues y en cuando
el reemplazo es mejor que la reparación.
Por Robert Kotynski
as empresas estampadoras y de conformado
de metales seguramente se han encontrado
con la disyuntiva de remplazar o reconstruir
la transmisión o el sistema de embrague y freno
de una máquina. A menos que la máquina sea
hidráulica, formando partes por medio de
cilindros hidráulicos o, similarmente operada por
cilindros neumáticos, la mayor parte del equipo
de conformado de metales en Norte América
depende de una transmisión de embrague y
freno.
El sistema de embrague y freno es un elemento
crítico de los equipos mecánicos de conformado de
metales, troqueladoras, prensas de cortina,
cortadoras, enrolladoras, equipo de corte,
punzonadoras, prensas para forja, líneas de
extrusión y otras numerosas máquinas
relacionadas. Estas máquinas transfieren el
movimiento rotatorio del motor por medio de un
volante en un movimiento lineal de deslizamiento
del carnero ó porta herramientas. Al iniciar el golpe
de una máquina, el embrague acopla la masa
rotatoria del volante a la transmisión de la prensa,
que a su vez mueve el carnero a una posición
recíproca. El freno interrumpe el movimiento de
L
Las prensas pueden calentarse, con grandes cargas por años, sin la
necesidad de cambios de refacciones significativos o reemplazo
completo. Así que, después de veinte años de servicio o más, un
sistema de embrague y freno puede funcionar más no ser eficiente
debido al desgaste y los componentes de reemplazo pueden ser
difíciles de encontrar o no estar disponibles. En estas situaciones, en
que los tiempos muertos excesivos no son una opción y la seguridad se
pone en riesgo; el reemplazo del sistema de freno y embrague es la
decisión correcta.
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Robert Kotynski es presidente de United
Machine Corp., Valparaiso, IN; tel. 001 219/5488050; www.unitedmachine-corp.com. También es
socio de Clutch Brake Technology, Valparaiso,
IN; tel. 001-219/548-2054;
www.clutchbraketechnology.com.
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los componentes de la transmisión y el
del carnero cuando se detecta la señal de
paro.
Sistemas de embrague
y freno comunes
Los sistemas de embrague y freno se
venden en múltiples diseños. Algunos
de los más comunes son:
• Embrague de revolución completa
combinado con frenos de zapatas. Estas
unidades forman la mayoría de las
transmisiones encontradas en prensas
antiguas y máquinas de alimentación no
manual. Los estándares actuales de
ANSI/OSHA hacen difícil preparar estas
máquinas con dichas transmisiones para
producción dado que la función de estas
unidades hace imposible detener el
movimiento de la máquina sino hasta
que hace una revolución completa. Estos
embragues a menudo dependen del
embrague de una chaveta, husillo o
alguna otra sujeción mecánica que sólo
se desembraga cuando el carnero pasa
por la posición superior.
• Sistema de embrague y freno
separados accionados por aire;
embragues de revolución parcial.
Durante la mitad del siglo 20, los
embragues separados, de operación
neumática se volvieron populares
debido a su habilidad para
desembragarse en cualquier punto del
golpe. Pero, estas unidades tenían una
desventaja: una situación conocida
como traslape que ocurre cuando el
accionamiento de las dos unidades le
permite al freno ya sea continuar
reteniendo la transmisión mientras el
embrague está conectado, o conectarse
antes que el embrague deje de actuar.
Esta situación crea una inhabilidad
potencial para detener el carnero si la
fuerza del embrague supera al freno
accionado. Estas unidades usaban
materiales de fricción que eran
presionadas una contra la otra al ser
accionadas, dicha operación se llevaba
a cabo por la inyección de aire en el
cilindro del embrague o del freno.
• Sistemas de embrague y freno
interconectados. Los embragues
interconectados neumática e
hidráulicamente fueron desarrollados y
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mejorados durante los últimos 50 años.
En estos sistemas: cuando el embrague
se acciona, el freno deja de accionar y
recíprocamente cuando el freno se
acciona, el embrague se desembraga.
Esto elimina cualquier posibilidad de
que el freno y el embrague funcionen al
mismo tiempo. La introducción de aire
a presión o fluido hidráulico en la
cámara del pistón de una unidad
interconectada de freno y embrague
supera la fuerza aplicada por el freno
mediante un resorte. La presión del
pistón bloquea o acopla las placas de
fuerza del embrague que transfiere la
rotación del volante al eje de
transmisión. Una vez que se tiene una
señal de paro, el fluido es retirado del
pistón permitiendo que la presión de
resorte sujete las placas de frenado y se
liberen las placas del embrague. Esta
acción detiene el carnero.
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Reemplazo del sistema de embrague y freno
¿Cuándo es necesario
un reemplazo?
El reemplazo también se conoce
como conversión del embrague. De
manera simple, la conversión consiste
en ajustar un sistema de freno y
embrague prediseñado a un eje
existente por medio de componentes
con cuñas o sin ellas, Adaptando la
porción del embrague para que gire el
volante; y llevar a cabo las
fabricaciones necesarias, maquinados y
ensambles, para adaptar el extremo del
freno a la estructura existente del
marco de la máquina.
Hay múltiples razones para cambiar
un sistema existente de embrague y
freno, en vez de repararlo; y el
considerar las razones más comunes
para la conversión, puede ayudar en su
justificación.
• Los componentes de la
transmisión originales no se
encuentran en el mercado o los
tiempos de entrega resultarán
en un largo paro de la prensa.
Esto es la causa de la mayoría de
las conversiones de embrague.
En muchos de los casos los
componentes de freno ó
embrague de las máquinas
antiguas ya no existen en el
mercado. Aún las máquinas
más modernas tienen largos
tiempos de entrega de
componentes que a menudo
son de tres meses. Por el
contrario, los sistemas
modernos de embrague y freno
pueden estar disponibles para
Un reemplazo del sistema de embrague y freno
puede aumentar la velocidad de la prensa al
mismo tiempo que reduce el mantenimiento y la
reparación de herramientas. Cuando decida entre
reemplazo y reparación use está regla práctica:
Si la reparación de una transmisión anticuada
excede el 60% del costo de la conversión,
considere el invertir en la conversión.
Anatomía de una conversión de embrague y freno
Cuando un sistema de embrague y freno funciona pero ya no es
eficiente debido al desgaste, la productividad se ve afectada y la
seguridad puede ser puesta en riesgo. La reparación puede ser un
problema debido a que muchos talleres tienen décadas de antigüedad y
los componentes diseñados para su maquinaria a menudo son difíciles
de encontrar o ya se retiraron del mercado. El taller Dyna-Fab Corp., en
West Lebanon, IN; especializado en estampado, manufactura y
maquinado, enfrentó esta situación.
John Rew, presidente de Dyna-Fab dice: “Teníamos preocupaciones
no por la productividad sino con la seguridad, nuestras prensas tenían
problemas de desgaste de las balatas del sistema de embrague y freno,
lo cual disminuía la velocidad en que la máquina se detenía y se paraba
a ángulos diferentes”.
Ambas cosas pueden ser potencialmente peligrosas, debido a que
hacen a la máquina menos predecible. Si las manos del operador están
en el lugar y tiempo inapropiados una tragedia puede ocurrir.
Rew explica que “Debido a que las repuestos originales de
maquinaria antigua pueden ser difíciles de obtener, el costo de
remplazar componentes individuales del embrague, puede ser mayor
que simplemente optar por un sistema nuevo. Nuestra solución, fue
realizar una conversión del sistema de embrague y freno completo”.
El trabajo corrió a cargo de United Machine Corp, Valparaiso, IN; un
proveedor de servicios de construcción, reparación y modernización de
maquinaria para las industrias de conformado de metales y
manufactura, especialista en diagnóstico y conversión de sistemas de
embragues y frenos. United Machine reemplazo, en poco tiempo, el viejo
sistema de embrague de Dyna-Fab por una unidad moderna, de
acuerdo a Rew. También recuerda: “Sólo tuvimos que parar producción
por cinco días durante la conversión. United también hizo un diagnóstico
completo y nos dijo anticipadamente el costo que se esperaba si se
encontraban algunos otros problemas. Idealmente, Se querrá saber por
adelantado lo que las reparaciones han de costar, de manera que se
pueda planear adecuadamente”.
También se entregó a Dyna-Fab un manual completo, detallando la
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unidad de embrague y freno y su operación en la prensa. “Esto es una
gran ayuda,” dice Rew, “porque hace más fácil manejar los problemas
que puedan ocurrir más adelante”.
El primer paso, un diagnóstico de la máquina, prevé problemas que
puedan ocurrir más adelante basado en las condiciones generales de la
máquina de acuerdo a los representantes de United Machine. Muchos
problemas permanecen invisibles, hasta que impactan significativamente la
salud de la maquinaria. Aún cuando los operadores de las prensas pueden
notar problemas que típicamente surgen en el curso de la operación,
puede que no puedan atribuirlos a defectos mecánicos.
Un diagnóstico, no sólo señala estos problemas sino también
prescribe la cura. El paralelismo del carnero con respecto a la placa fija
y las lecturas de holgura de las cuñas, por mencionar algunos, se usan
para estimar la calidad de los componentes de la prensa y sus hallazgos
pueden ayudar a los ajustes para asegurar una función adecuada del
carnero.
Otra prueba de United Machine: análisis de la pérdida de
movimientos, mide el daño en la superficie en toda la máquina,
revisando las tolerancias entre las partes móviles. Este análisis, provee
un plan de reparación de la máquina y recuperando su eficiencia
máxima.
En estas situaciones una conversión de embrague y frenos puede
ser necesaria.
El principal dividendo de una conversión de embrague y freno, y el
diagnóstico correspondiente es el logro de mayores velocidades a través
de una mejora en la eficiencia operacional. Los dividendos adicionales
son menores desgastes y tiempos de paro más rápidos.
“Tenemos varias prensas en esta planta y United está haciendo el
diagnóstico y conversión del sistema de freno y engrane en cada una de
ellas”. Dice Frank Pfau, presidente de Erdle Perforating Co., Rochester,
NY; fabricante de varios componentes utilizando máquinas antiguas. “Se
han completado la conversión en dos máquinas hasta el momento y
están funcionando hasta un 40% mejor ahora de lo que funcionaban
antes de la conversión”.
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instalación en menos de una semana.
• Los componentes de la
transmisión originales son muy
costosos. Los componentes de
remplazo a menudo son más caros que
la conversión a un sistema más
moderno y más seguro de embrague y
freno. Si la reparación de una
transmisión antigua excede el 60% del
costo de la conversión, considere el
invertir en la conversión.
• El desempeño del sistema de
embrague y freno existente no es
aceptable. A menudo, las transmisiones
originales son propensas a problemas
de mantenimiento, desgaste prematuro
o sobrecalentamiento, causando
tiempos muertos innecesarios y
costosas reparaciones. Si los materiales
de fricción de una máquina necesitan
reparación más de una vez por año
considere la conversión.
• El sistema de embrague y freno
presentan problemas de seguridad. Si los
embragues mecánicos o de revolución
completa no tienen protecciones, se
justifica la conversión simplemente por
razones de seguridad. Los costos de
conversión son mínimos comparados
con los costos legales y médicos, por no
mencionar la angustia por un accidente.
Otra consideración de seguridad, a
menudo pasada por alto: el tiempo de
paro fenomenal que se alcanza con los
sistemas modernos de embrague y freno
una vez hecha la conversión (entre 100 y
200 milisegundos). Debido a esos
rápidos tiempos de paro, la doble
botonera, cortina de luces y otros
mecanismos de control; pueden ser
instalados más cerca de la prensa
permitiendo mayor seguridad y mayor
productividad. Durante el curso de un
año, el incremento en la productividad,
a menudo paga los costos de la
conversión. Debe notarse, que los frenos
de banda ya no son considerados
aceptable con los actuales estándares
OSHA/ANSI. Este solo hecho, puede
justificar el reemplazo de estos sistemas.
• La transmisión debe ser
modernizada a mayores velocidades o
mayores capacidades. Si se necesita
aumentar la velocidad de trabajo de la
prensa o rediseñarse para mayores
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tonelajes, el sistema de embrague y
freno debe ser analizado. Usar la
estructura de una máquina con un
sistema de embrague y freno nuevo
para obtener mayor tonelaje o
velocidad, a menudo es una alternativa
efectiva en costo y ahorro de tiempo a
la de comprar una máquina nueva más
grande.
• Los costos de mantenimiento van
en aumento. Examinando
detenidamente los costos, tiempos
muertos y reparaciones, gastos y
pérdida de producción debido al
mantenimiento del embrague y freno;
pueden indicar la modernización del
sistema como un ahorro en costos.
• La capacidad de detener la prensa
cuando corre a su mayor velocidad es
problemático. Las máquinas con
velocidad variable, a menudo se
diseñan con sistemas de freno y
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embrague calculados para los límites
inferiores de los variadores de
velocidad. Se pueden dañar costosas
herramientas; cuando en un intento
por mejorar las velocidades de trabajo,
se atora el material alimentado por
sistemas automáticos; y la herramienta
se daña, debido a la incapacidad del
sistema de embrague y freno de
detenerse rápidamente a altas
velocidades. El costo de remplazar los
troqueles y herramientas, a menudo es
mayor que el de realizar una
conversión a un sistema moderno de
embrague y freno, que cumpla con los
requerimientos del variador de
velocidad.
• La carga térmica del sistema de
embrague y freno original produce la
falla del sistema. El calor es el enemigo
de la unidad de embrague y freno,
destruyendo material de fricción y
componentes. Ahí es donde los
sistemas hidráulicos sobresalen. Ya que
los sistemas son movidos
hidráulicamente, el fluido hidráulico
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puede también ser usado para enfriar
la transmisión, eliminando así el calor
destructivo. Las placas de fricción
trabajan sumergidos en un baño de
aceite eliminando el desgaste. Para
máquinas de alta velocidad, donde se
requiere exactitud en el paro, una
conversión del sistema de embrague y
freno puede ser la única solución
viable.
• Los contaminantes en el aire o de
otra maquinaria causan que el
embrague o el freno se deslicen,
sobrecalienten y fallen. Cuando el
ambiente contamina las placas de
fricción y causa deslizamientos, una de
las únicas opciones disponibles es la
conversión a sistemas de embrague y
frenos interconectados
hidráulicamente. Con estas unidades
totalmente selladas, ningún
contaminante atmosférico puede llegar
a las placas de fricción, eliminando así
las fallas debido al grafito, vapores de
aceites, grasas y otras partículas que
viajan en el aire.
Se requiere conversión.
¿Y ahora qué?
Una vez que las empresas han
decidido realizar la conversión del
embrague, es preciso llevar a cabo más
trabajo:
• Analice las razones de transmisión
de los engranes, la inercia del sistema y
la información técnica necesaria para
determinar los requerimientos de
capacidad del sistema de freno y
embrague. El dato más crítico
requerido para la conversión puede
obtenerse de la placa de la máquina. La
información básica requerida incluye:
potencia del motor, revoluciones por
minuto, razón entre el eje de
transmisión del motor y el diámetro
del eje del volante; tamaño, diámetro,
número de dientes y número de
engranes entre el eje del volante y el
cigüeñal; carrera de la máquina,
tonelaje de la máquina, tonelaje sobre
el punto muerto inferior en que el
tonelaje se determinó. Y finalmente,
golpes por minuto a los que la
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máquina corre en modo continuo y de
un solo golpe.
• Seleccione el sistema correcto de
freno y embrague para la operación.
Basado en los parámetros de la
máquina obtenidos anteriormente, el
requerimiento calculado del torque del
sistema de freno y embrague puede ser
calculado por un distribuidor de freno
y embrague confiable. La selección
final debe ser basada en datos firmes y
no en meras estimaciones.
• Escoja el distribuidor que mejor
pueda hacer corresponder el producto
con la aplicación. El distribuidor no
sólo debe estar familiarizado con el
producto sino también con la
aplicación particular del producto. Los
mejores distribuidores modelan la
aplicación por computadora y pueden
proporcionar criterios específicos de
desempeño de su producto en una
máquina, incluyendo el torque del
embrague, el torque del freno, tiempo
de paro, ángulo de paro, engranaje
máximo por minuto y número
estimado de engranajes por juego de
balatas.
• Determine si la conversión debe ser
subcontratada o llevada a cabo por
usted mismo. Muchas empresas tienen
las capacidades de ingeniería y
manufactura necesarias para llevar a
cabo la conversión del embrague y freno
por sí mismas. Si ese es el caso con su
compañía, trabaje con el proveedor de
embrague y freno para planear
detalladamente la conversión y realizar
los ensambles y maquinados requeridos.
Si no se tiene la experiencia interna
busque un reparador de maquinaria
competente con experiencia en
ingeniería y manufactura e instalaciones
de embrague y freno. Una compañía
experimentada con buenas referencias
debe proporcionar cotizaciones
detalladas mostrando el alcance del
proyecto, lo que el proveedor va a
proporciona y el tiempo estimado de la
conversión.
• Así mismo, solicite los costos para
trabajos adicionales que puedan ser
requeridos durante el proceso de
conversión y encuentre que áreas, de
acuerdo al presupuesto inicial, pueden
ser sujetas a incrementos de costos. El
reconstructor, debe proporcionar
planos de ensamble y de los
componentes finales y detallados, así
como manuales actualizados y
registros de mantenimiento.
• Finalice la ingeniería de embrague
y freno, fabricación, maquinado e
instalación. De un seguimiento
detallado de cada etapa del proyecto ya
sea que el trabajo lo haya
subcontratado o sea llevado a cabo por
usted mismo. Asegure compatibilidad
rigorosa a las especificaciones del
fabricante del embrague y freno. Por
ejemplo, el sistema de aire es crítico
para la instalación de cada freno y
embrague neumático. Dejar sin aire el
sistema de embrague y freno puede
destruir la unidad rápidamente, lo cual
es un error prevenible muy costoso.
MF
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