Como Identificar uma Caixa de Marchas Desgastada de Robô ABB Antes de sua Falha?
Já vimos isso acontecer muitas vezes no campo ao longo dos anos. O robô ABB na linha de produção vinha funcionando bem, mas, de repente, um dia, a solda começou a desviar-se, a trajetória a se deslocar, as ações uma após a outra, até que, em casos graves, ocorreu um alarme direto seguido de desligamento — e toda a linha simplesmente parou. Enquanto todos ficavam à espera, em meio à confusão, para solucionar o problema no programa, verificar o codificador, inspecionar as ferramentas e, por fim, desmontar o equipamento, descobriu-se que o redutor já estava há muito tempo com defeito, embora ninguém tivesse percebido aqueles pequenos sinais anteriormente.
Especialmente em aplicações de soldagem, manipulação, carregamento e descarregamento, e estampagem com esses robôs, a rotação contínua sob alta carga por longos períodos faz com que o redutor raramente entre em colapso repentino sem aviso prévio. Na verdade, ele costuma enviar um ‘olá’ com bastante antecedência, mas muitos workshops têm o hábito de considerar esse comportamento como ‘máquinas antigas são assim mesmo’ e acabam ignorando-o. 
A primeira vez que muitas pessoas percebem um problema é quando o robô “não está tão preciso quanto costumava estar.”
Essa é realmente a primeira manifestação mais comum. O interessante é que os engenheiros de campo raramente pensam na caixa de câmbio como primeira hipótese. A sequência típica de diagnóstico deles costuma ser: primeiro suspeitar que o TCP não está calibrado, ou seja, se alguém acionou acidentalmente a pistola; em seguida, verificar o programa para confirmar se os pontos estão corretos; depois, analisar o codificador para verificar se há perda de pulsos; e até mesmo suspeitar de deriva nos parâmetros do servo ou de fixações soltas. Essa rodada de verificações é muito comum, e só então, finalmente, utilizam um medidor para testar e descobrem que a folga de um determinado eixo é nitidamente maior. Isso é particularmente fácil de observar no robô de soldagem: originalmente, a junta soldada era muito suave, mas agora começa a aparecer instabilidade no arco, o trajeto do arco torna-se irregular e, ao executar o mesmo programa repetidamente, a trajetória apresenta pequenas variações. Às vezes, os clientes acham que há um problema com o sistema de visão, mas, na verdade, trata-se do desgaste da folga interna da caixa de câmbio, o que faz com que a transmissão do movimento não acompanhe fielmente o comando.
Desgaste da caixa de câmbio do robô ABB, o 'folga' se tornará cada vez mais evidente
Qualquer pessoa envolvida na manutenção está familiarizada com o termo "folga", que significa a existência de um espaço no acoplamento. O lado do motor gira, obviamente, mas o lado mecânico precisa aguardar uma pequena folga antes de iniciar o movimento. Os acoplamentos do novo robô são muito precisos, mas, após um longo período de desgaste das engrenagens planetárias e dos rolamentos internos da caixa de redução, o jogo entre os dentes aumenta, os rolamentos ficam folgados e a precisão do engrenamento diminui; nesse momento, o robô começa a apresentar imprecisões repetitivas de posicionamento, desvio de trajetória e uma leve oscilação durante as fases de aceleração e desaceleração. O aspecto mais problemático é que esse estado não é particularmente grave no início — muitas pessoas conseguem até conviver com ele por alguns meses —, mas, assim que o desgaste de um determinado eixo ultrapassar o limiar crítico, a deterioração ocorre de forma muito rápida: nas duas primeiras semanas, pode haver apenas um ligeiro desvio, seguido, de repente, de uma falha de colisão ou sobrecarga.
As juntas do robô começam a 'tilintar', na verdade, já muito perigosas!
Durante o funcionamento normal, o som do robô é muito uniforme — aquele zumbido suave do motor combinado com um ruído mecânico extremamente regular. No entanto, assim que a caixa de engrenagens apresenta problemas, o som muda imediatamente, passando a conter chiados metálicos de fricção ou estalos repetitivos ('clique, clique, clique, clique'), e até mesmo, durante aceleração e desaceleração, pode ser ouvido um ruído grave; ao tocar as juntas com a mão, sente-se, internamente, algo semelhante a batidas. Muitos operadores experientes da linha costumam dizer: 'Esse robô não está soando bem ultimamente.' Quando você ouvir esse tipo de comentário, não hesite: nesse momento, há uma alta probabilidade de que as engrenagens já tenham sido arranhadas, de que a gaiola dos rolamentos esteja danificada ou de que a graxa tenha perdido sua eficácia, fazendo com que o metal entre em contato direto com o metal. Continuar operando nessas condições fará com que o desgaste leve evolua rapidamente para uma interferência severa entre as engrenagens, e, uma vez que os dentes sejam danificados dessa forma, todo o redutor estará praticamente inutilizado.
Falando nisso, observamos, na oficina, problemas com caixas de câmbio em excesso; na verdade, a causa raiz está na lubrificação. Muitas fábricas operam robôs diariamente, e a lubrificação e a manutenção são realizadas de forma particularmente descuidada, especialmente em algumas linhas de produção antigas. O ciclo de adição de graxa já se estendeu por muito tempo, sem levar em conta o envelhecimento das vedações de óleo, e ninguém presta atenção ao vazamento de óleo nas juntas — mesmo após limpar a área, continua-se a operar normalmente, utilizando graxa contaminada por vapor d’água, poeira ou pó metálico. Com o passar do tempo, as condições de lubrificação deterioram-se, fazendo com que o atrito interno aumente imediatamente; a temperatura sobe em seguida e a película de óleo na superfície dos dentes deixa de ser mantida, iniciando-se então o desgaste anormal. O redutor ABB, por si só, possui uma precisão muito elevada, e tanto a engrenagem quanto os rolamentos possuem folgas extremamente reduzidas, exigindo, portanto, uma lubrificação particularmente rigorosa. Assim que a graxa se torna diluída, seca ou contaminada, a velocidade de desgaste aumenta exponencialmente. Em alguns casos, as caixas de câmbio ficam quentes ao toque — o que frequentemente indica falha total da lubrificação, ou seja, o óleo há muito deixou de exercer sua função protetora.
A questão da temperatura é uma indicação visual bastante clara.
Você pode tentar sentir as temperaturas das juntas de cada eixo após o robô ter estado em operação por algum tempo. Em condições normais, a elevação de temperatura é relativamente estável, e nenhuma junta ficará subitamente muito mais quente do que as demais. Especialmente para juntas com cargas elevadas, como J2 e J3, se permanecerem anormalmente quentes por um longo período, é muito provável que haja excesso de atrito interno, lubrificação insuficiente, rolamentos já danificados ou operação sobrecarregada. Muitas caixas de engrenagens têm funcionado silenciosamente com uma "febre alta" por muito tempo antes de realmente travarem. Por isso, observamos cada vez mais fábricas adotando regularmente imagens térmicas para varrer toda a linha de juntas dos robôs; esse truque é realmente eficaz, pois muitos problemas relacionados à temperatura podem ser identificados antecipadamente, sem precisar esperar até a falha do robô.
Robôs ABB começam a tremer, e, muitas vezes, o problema já não é leve!
Você pode observar o braço inteiro com um leve tremor ao acelerar e, em seguida, tremer algumas vezes assim que parar; além disso, a trajetória não é redonda e suave ao operar em altas velocidades, apresentando uma sensação fina e irregular. Muitas pessoas acreditam que o ganho do servo não foi ajustado corretamente, mas, se você confirmar que o codificador não apresenta problemas, que o motor está em boas condições e que os parâmetros não foram alterados, então, muito provavelmente, o problema reside na rigidez interna do redutor. Isso é especialmente verdadeiro em juntas equipadas com redutores do tipo RV, onde as vibrações surgem do nada e desaparecem do nada assim que o mecanismo cicloidal e os rolamentos começam a desgastar-se, tornando-se cada vez mais difícil de mascarar.
Há ainda outro problema, particularmente fácil de ser negligenciado: vazamentos de óleo.
Já vi muitas fábricas em que, assim que percebem um círculo de óleo vazando de uma junta de robôs ABB, a primeira reação é pegar um pano para limpá-lo, dizendo: “está tudo bem, ainda funciona”. Na verdade, o vazamento de óleo está basicamente indicando que as vedações se deterioraram, permitindo que o óleo interno escape para fora e que a sujeira externa também possa penetrar no interior. As caixas de câmbio temem, sobretudo, a falta de óleo — especialmente em situações de rotação contínua, 24 horas por dia — pois a lubrificação é uma cadeia essencial, e a velocidade de desgaste aumenta imediatamente. Muitas caixas de câmbio poderiam ser reparadas, mas, devido à negligência prolongada em relação ao vazamento de óleo, acabam por se desgastar totalmente internamente, tornando-se necessária sua substituição completa.
Veja aqui: você pode perguntar por que, em muitas fábricas, robôs ABB com alguns anos de uso começam a apresentar uma série de problemas na caixa de engrenagens? Na verdade, ao refletir com atenção, isso é bastante normal. Os robôs industriais são, por natureza, máquinas operadas em alta frequência: robôs de soldagem balançam continuamente ao longo do dia inteiro; robôs de manipulação iniciam e interrompem constantemente seu movimento, com acelerações e desacelerações repetidas; robôs pesados de paletização operam a altas velocidades e sob carga máxima durante longos períodos; e robôs para carregamento e descarregamento de máquinas-ferramenta realizam milhares de ciclos por dia. Assim, a caixa de engrenagens está submetida continuamente a impactos e tensões alternadas. Não importa quão elevada seja a qualidade dos produtos ABB: o desgaste dos componentes mecânicos é uma lei física da qual ninguém escapa. Especialmente nos casos em que os robôs operam constantemente no limite superior de sua carga nominal ao longo de todo o ano, a vida útil do redutor é reduzida de forma ainda mais acentuada.
Muitas pessoas enfrentam a seguinte dúvida: devo reparar ou substituir minha caixa de engrenagens?
Nossa experiência é que, se houver apenas um ligeiro aumento na folga, um estalo ocasional ou se as vedações de óleo começarem a vazar, em alguns casos é possível tentar repará-las tratando os rolamentos, as vedações de óleo e readjustando a pré-carga. No entanto, se a precisão tiver sido seriamente comprometida, se as engrenagens internas tiverem sofrido deformação, se as vibrações forem tão intensas a ponto de todo o braço tremer, se houver operação contínua em altas temperaturas ou, após a desmontagem, for constatado que o interior está repleto de limalha de ferro, então, na maioria das vezes, é mais econômico substituir diretamente o redutor por um novo. Isso porque, caso o robô pare subitamente devido à falha do redutor, as perdas são calculadas por hora — ou até mesmo por minuto — e, comparadas ao custo da interrupção da linha de produção, o próprio custo do redutor é realmente insignificante.
Apenas porque compreendemos lentamente esse raciocínio, cada vez mais fábricas deixaram de esperar até que ocorra uma falha para então realizar a manutenção, passando, em vez disso, a adotar proativamente a manutenção preditiva. Medem regularmente as vibrações, utilizam câmeras térmicas para observar a distribuição de temperatura, empregam instrumentos para verificar alterações na folga, acompanham a tendência da precisão de trajetória e monitoram novas frequências de ruído durante a operação. Gradualmente percebemos que o redutor de robôs da ABB Robotics, antes de sofrer uma falha total, fornece, de fato, avisos suficientes — apenas que, anteriormente, ninguém os analisava de forma sistemática. Ao detectar problemas precocemente, reduzimos os custos de manutenção, evitamos paradas não programadas, impedimos desconexões súbitas no meio da noite e também evitamos danos secundários ao motor e ao encoder causados pelo arraste. É por isso que muitas linhas de automação de alto nível atualmente incluem o estado do redutor dos robôs em seus planos regulares de inspeção e monitoramento.
