Details

Introdução
Em um motor aeronáutico moderno, o eixo de baixa pressão (LP) é um dos componentes mais solicitados e críticos de todo o conjunto. Ele deve transmitir enormes níveis de torque, suportar transientes rápidos e resistir a milhões de ciclos de carga em temperaturas elevadas — muitas vezes por milhares de horas — sem que uma única trinca evolua até a falha. Se esse eixo falhar em serviço, não se trata de um pequeno inconveniente; trata-se de um evento grave de segurança e de uma frota inteira em solo.

A Máquina de Ensaio de Fadiga por Torção do Eixo LP foi desenvolvida especificamente para evitar esse cenário. Trata-se de um banco de ensaio de resistência em escala real que torce, traciona e aquece o eixo LP de forma muito próxima à realidade do motor, porém sob condições controladas de laboratório. Ao combinar carregamento torsional, tração axial e um forte gradiente térmico, o equipamento submete o eixo a um ambiente mais severo do que o de serviço, fazendo com que as fragilidades apareçam no banco de testes — e não em voo.

Em vez de depender apenas de cálculos e ensaios em corpos de prova reduzidos, esta máquina permite que os engenheiros executem programas de fadiga de longa duração e alta frequência diretamente na geometria real do eixo. Cada ciclo de torque, cada grau de torção e cada nível de temperatura são medidos, registrados e rastreáveis, permitindo que alterações de projeto e escolhas de material sejam sustentadas por dados reais e concretos.

Principais capacidades funcionais
Carregamento combinado em eixo LP de comprimento total
  • Carregamento torsional programável desde zero até o torque principal requerido, com a sobreposição de um ciclo secundário.
  • Carregamento axial em vários níveis discretos de força, até a carga axial máxima especificada.

Simulação de gradiente térmico
  • Gradiente de temperatura controlado ao longo do eixo, tipicamente de cerca de 100 °C a 350 °C, mantido durante toda a duração do ensaio.

Operação em fadiga de alto número de ciclos
  • Ciclos de torque secundários aplicados em faixa de alta frequência (classe de 10 Hz), com cada ciclo principal composto por muitos ciclos secundários e com o ensaio total atingindo contagens de ciclos muito elevadas.

Monitoramento e controle em tempo real
  • Medição contínua de torque, força axial, ângulo de torção, deslocamento, temperatura, pressão, vibração e contagem de ciclos, com controle em malha fechada de válvulas servo e aquecedores.

Arquitetura do sistema – Visão geral
A máquina é construída em torno de quatro subsistemas principais:
Banco de ensaio mecânico
  • Estrutura de base pesada em aço MS, com blocos de mancais integrados e braço de torção.
  • Suportes de mancais ajustáveis para acomodar diferentes comprimentos de eixo LP e posições de rolamentos.
  • Capota isolada em todo o comprimento, envolvendo o eixo e os aquecedores, com portas de acesso para montagem e inspeção.

Atuação hidráulica
  • Unidade de potência hidráulica com tanque em aço inoxidável e motor elétrico acionando uma bomba de palhetas dupla, fornecendo circuitos de alta e baixa pressão para atuação dinâmica e funções auxiliares.
  • Um cilindro de torção acoplado ao eixo por meio de um braço de torção, além de dois cilindros axiais que aplicam carga de tração a partir de ambas as extremidades.
  • Válvula servo digital para controle torsional e válvulas direcionais/proporcionais para os circuitos axiais, com filtração e resfriamento dimensionados para ensaios de longa duração.

Sistema de simulação térmica
  • Múltiplos aquecedores tipo cinta, dispostos em zonas ao longo do eixo para gerar e manter o gradiente térmico desejado.
  • Escudos de isolamento e cobertura externa para minimizar perdas de calor e proteger a estrutura ao redor.

Controle, SCADA e aquisição de dados
  • PLC industrial com painel de controle dedicado e console do operador de 27".
  • PC SCADA registrando todos os canais em intervalos rápidos de amostragem, com conectividade Ethernet para monitoramento remoto na rede local.

Especificações técnicas

  

    
Categoria
    
Parâmetro
    
Valor / Capacidade típica
  

  

    
Unidade em teste
    
Tipo de eixo
    
Conjunto de eixo de motor aeronáutico de baixa pressão
  

  

    

    
Comprimento total do eixo
    
Cerca de 1,6–2,0 m (posições de suporte ajustáveis)
  

  

    
Cargas mecânicas
    
Faixa de torque principal
    
Programável na faixa de múltiplos kNm para ensaios em escala real
  

  

    

    
Capacidade máxima de torque
    
Dimensionada acima do torque de ensaio requerido para resistência em alto número de ciclos
  

  

    

    
Níveis de carga axial
    
Múltiplos níveis de carga de tração, até várias dezenas de kN
  

  

    

    
Frequência de ciclos secundários
    
Ciclos secundários de alta frequência (~10 Hz)
  

  

    
Condições térmicas
    
Gradiente de temperatura
    
Aprox. 100–350 °C ao longo do comprimento do eixo (controle por zonas)
  

  

    

    
Arranjo de aquecimento
    
Múltiplos aquecedores tipo cinta (vários kW) com controle independente por zona
  

  

    
Unidade de potência hidráulica
    
Volume do tanque
    
~250 L (construção em aço inoxidável com defletores)
  

  

    

    
Potência do motor
    
~7,5 kW, acionando conjunto de bombas de palhetas duplas
  

  

    

    
Bomba 1 (alta pressão)
    
Seção de alta pressão ~200 bar
  

  

    

    
Bomba 2 (baixa pressão)
    
Seção de baixa pressão para circuitos de reposição/auxiliares
  

  

    

    
Filtração
    
Filtração em múltiplos estágios nas linhas de pressão e retorno
  

  

    

    
Resfriamento
    
Trocador de calor óleo-água
  

  

    
Atuadores hidráulicos
    
Cilindro de torção
    
Cilindro de dupla ação aplicando torque por meio de braço de torção
  

  

    

    
Cilindros axiais
    
Dois cilindros de dupla ação aplicando tração axial a partir de ambas as extremidades
  

  

    
Servo e válvulas
    
Válvula servo
    
Válvula servo-proporcional digital com comando ±10 V
  

  

    

    
Válvulas de controle de pressão
    
Válvulas proporcionais de alívio e controle de pressão
  

  

    
Instrumentação
    
Sensor de torque
    
Transdutor de torque de reação de alta precisão
  

  

    

    
Célula de carga axial
    
Célula de tração/compressão, localizada fora da zona quente
  

  

    

    
Medição de temperatura
    
Múltiplos termopares/RTDs ao longo do eixo e da estrutura
  

  

    

    
Pressão e vibração
    
Transmissores de pressão e acelerômetros
  

  

    
Controle e DAQ
    
Sistema PLC
    
PLC industrial com intertravamentos completos e controle em malha fechada
  

  

    

    
Console do operador
    
Console de 27″ com sinalizadores, chaves, USB e Ethernet
  

  

    

    
Taxa de registro de dados
    
Amostragem rápida (dezenas de milissegundos)
  

  

    
Dimensões gerais do banco
    
Comprimento aproximado do banco
    
~4,0–4,2 m no total (com capota e estrutura)
  

  

    

    
Altura / largura
    
~1,5–1,7 m de altura, ~1,0 m de largura
  



Fluxo operacional – Visão geral
1. Montagem e alinhamento do eixo
  • Instalar o eixo LP utilizando adaptadores dedicados em ambas as extremidades.
  • Ajustar os suportes de mancais ao longo da base para corresponder à geometria do eixo e travá-los na posição correta.

2. Verificações do sistema
  • Abastecer e desaerar o circuito hidráulico, verificar o nível do tanque, filtros e água de resfriamento.
  • Verificar o funcionamento dos aquecedores, termopares, transmissores de pressão, sensor de torque, células de carga e canais de vibração.

3. Configuração do perfil
  • Definir torque principal, amplitude do ciclo secundário, nível de carga axial, frequência de ensaio, número de ciclos e pontos de ajuste de temperatura através da interface SCADA.
  • Definir limites de abortamento para torque máximo, força, temperatura e vibração.

4. Execução do ensaio
  • Aquecer o eixo até a distribuição de temperatura requerida e estabilizar o gradiente.
  • Aplicar a carga axial e, em seguida, elevar gradualmente o torque principal.
  • Sobrepor ciclos de torque secundários na frequência definida para cada ciclo principal.

5. Monitoramento e registro
  • Observar gráficos em tempo real de torque, torção, força, deslocamento, temperatura e vibração no console de 27".
  • Todos os canais são registrados continuamente durante toda a duração do ensaio para pós-processamento e avaliação da vida em fadiga.

6. Desligamento e inspeção
  • Ao final de cada bloco de ciclos, o banco descarrega e resfria de forma controlada.
  • O eixo pode ser inspecionado quanto ao início e crescimento de trincas antes do próximo incremento de ensaio.

Destaques de segurança e proteção
Intertravamentos de segurança em múltiplas camadas
  • Botões de parada de emergência no console e próximos ao banco.
  • Proteções ao redor de partes rotativas e aquecidas, com intertravamentos quando aplicável.

Proteções hidráulicas e elétricas
  • Proteção contra sobrepressão com válvulas de alívio e válvulas proporcionais de alívio de pressão.
  • Proteções padrão de motor e potência: sobrecorrente, curto-circuito, falha de fase e relés de sobrecarga.

Lógica de abortamento baseada em condição
  • Abortamento automático do ensaio em caso de excesso de torque, força, temperatura ou vibração excessiva, com eventos registrados no SCADA para rastreabilidade.

Configuração servo à prova de falhas
  • Válvula servo e circuitos hidráulicos projetados para assumir um estado seguro em caso de perda de energia ou de sinal.

Resumo
Na prática, este banco é o local onde um eixo LP comprova sua integridade ou falha sob condições controladas. Ele fornece fadiga torsional, axial e térmica em escala real em um único conjunto integrado, com a precisão e a repetibilidade necessárias para trabalhos de certificação de motores aeronáuticos. Para qualquer profissional responsável pela integridade de eixos — projeto, materiais, ensaios ou certificação — esta máquina é a espinha dorsal de um programa sério de validação de fadiga.