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La falta de flexibilidad del pasador ranurado causa fallos

por Christie Jones, directora de marketing, vicepresidenta

Un “pasador elástico” recibe su nombre por su capacidad de comprimirse al insertarse en un orificio de diámetro menor que el diámetro exterior original (antes de la instalación) del propio pasador. La tendencia del pasador elástico a recuperar su forma original después de la instalación hace que sea autoajustable o autoretentor. La retención se logra gracias a la fricción entre el pasador y la pared del alojamiento, y no mediante la deformación, como ocurre con otros tipos de pasadores sólidos de ajuste por presión. En general, este principio de preservar los componentes de unión (tanto el pasador como el alojamiento) durante la instalación prolonga la vida útil de los conjuntos dinámicos.

El término «pasador de resorte» describe comúnmente tanto a los pasadores en espiral como a los pasadores ranurados. Si bien el concepto y la denominación de los pasadores en espiral y los pasadores ranurados pueden ser intercambiables, existen diferencias claras entre ambos pasadores.

A medida que se instala un pasador ranurado, la característica “elástica” del pasador se reduce a una estrecha abertura opuesta a la ranura. En esta zona se generan concentraciones de esfuerzo debido a la flexibilidad limitada del pasador. Esta parte del pasador ranurado es susceptible a fallos si está sometida a cargas de impacto.

Un segundo modo de fallo se produce debido a la rigidez del pasador ranurado después de su instalación. Cuando se instala un pasador ranurado, la ranura se cierra y el pasador puede comportarse como un tubo hueco rígido. Este tubo se comporta de manera similar a un pasador sólido. Como elemento sólido, las cargas de impacto se transmiten a la pared del alojamiento, provocando el alargamiento del orificio. A medida que aumenta el tamaño del orificio, las cargas de impacto se intensifican y el fallo se acelera. El pasador se agrieta, se desprende del orificio o ambas cosas. 

Concentración de esfuerzos

Dirección de la carga de impacto y alargamiento resultante del orificio.

La solución a estos problemas es el pasador en espiral de SPIROL. Durante su instalación, el pasador en espiral distribuye la tensión a lo largo de todo el elemento de fijación, en lugar de concentrarla en una sola línea. El diseño del pasador en espiral también garantiza flexibilidad después de la instalación. Durante toda la vida útil del conjunto, el pasador puede absorber cargas de impacto sin causar daños ni al componente base ni al propio pasador. A diferencia del pasador ranurado, sigue siendo un elemento activo de la unión, absorbiendo continuamente las cargas.

Al ejemplificar las diferencias entre el pasador en espiral y el pasador ranurado en aplicaciones exigentes y de alto impacto, el siguiente estudio de caso podría aplicarse a muchas aplicaciones similares.

Caso práctico

Los acopladores rápidos están diseñados para maximizar la productividad en los sitios de construcción, permitiendo que las excavadoras realicen diversas tareas, a veces todas en un mismo día. Los acopladores rápidos aumentan la versatilidad de la excavadora al permitir cambiar los implementos para excavar, nivelar y compactar en cuestión de minutos. La fiabilidad y el rendimiento de los acopladores son fundamentales para la productividad de una obra. Si un acoplador no funciona correctamente, el tiempo de inactividad resultante puede ser muy costoso. La seguridad en el lugar de trabajo también depende del rendimiento del acoplador : si este libera accidentalmente un implemento, la caída del accesorio puede causar lesiones graves.

Prototipo 1

Un fabricante de acopladores se enfrentó al desafío de diseñar un sistema de tope capaz de soportar cargas de alto impacto. El acoplador requiere un tope positivo para controlar el recorrido de la palanca hidráulica cada vez que se libera un accesorio. En el acoplador mostrado a la derecha, el fabricante utilizó un pasador ranurado como mecanismo de tope. La grieta que se observa en la imagen inferior es el resultado de la flexibilidad limitada del pasador ranurado. Dado que el pasador no puede adaptarse fácilmente al tamaño del orificio, se deforma y genera un ajuste de interferencia limitado en tres puntos dentro del orificio. Esto provoca una concentración de esfuerzos a 180° de la ranura. Con el tiempo, esta zona debilitada se agravó debido a las cargas de impacto, lo que llevó a la falla del componente. El pasador ranurado corría el riesgo de salirse del orificio, comprometiendo la productividad y la seguridad del sitio de construcción.

Prototipo 2

En un intento por corregir este problema, el fabricante introdujo un segundo pasador ranurado dentro del primero, lo que se denomina pasador compuesto. Aunque el resultado es un pasador más fuerte y rígido, esta configuración suele generar problemas. Para que funcione correctamente, es fundamental que las ranuras de cada pasador ranurado estén orientadas a 180° una respecto a la otra. También es esencial que la junta del pasador interior se cierre antes que la del pasador exterior. Si la junta del pasador exterior se cierra primero, el pasador interior no aporta resistencia adicional. Incluso si el diseño se realiza correctamente, los pasadores compuestos requieren mucho trabajo manual y son propensos a errores humanos durante el montaje. La mayor rigidez del pasador compuesto también puede dañar los orificios, del mismo modo que lo haría un pasador sólido. Al principio, en esta aplicación, el pasador compuesto fue capaz de soportar más ciclos, pero con el tiempo apareció el mismo problema de fisuración. Las concentraciones de tensión inherentes al diseño del pasador ranurado continuaron causando fallos en el lado opuesto a la ranura. Este diseño más costoso y complejo resultó ser solo una solución a corto plazo. 

Fijación compuesta : los pasadores ranurados están orientados a 180˚ entre sí.

Solución de SPIROL

El fabricante del acoplador contactó a SPIROL para solicitar asistencia. El equipo de Ingeniería de Aplicaciones de SPIROL revisó el diseño del acoplador y los objetivos de rendimiento del fabricante. Se recomendó un Pasador en Espiral de servicio pesado debido a su combinación única de resistencia y flexibilidad. El Pasador en Espiral de servicio pesado se fabrica de manera progresiva con una lámina de calibre más delgado, pero su mayor sección transversal proporciona una resistencia superior a la del Pasador Ranurado. Esto da como resultado un pasador fuerte y con mayor flexibilidad, capaz de soportar cargas de impacto y garantizar la integridad de la unión a largo plazo. No existe un punto único de concentración de esfuerzos y el tamaño del orificio se mantiene intacto. El Pasador en Espiral permitió al cliente reducir el precio por pieza, los costos de ensamblaje y las reclamaciones de garantía, además de mejorar la seguridad en el lugar de trabajo.

Una representación de la solución de Pasadores Espiral SPIROL : no se requiere orientación alguna de los pasadores espiral.

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