Łożysko (mechaniczne)

Wiele łożysk wymaga okresowej konserwacji, aby zapobiec przedwczesnej awarii, ale wiele innych wymaga niewielkiej konserwacji. Te ostatnie obejmują różne rodzaje łożysk polimerowych, płynnych i magnetycznych, a także łożyska z elementami tocznymi, które są opisywane za pomocą terminów takich jak łożysko uszczelnione i uszczelnione na całe życie. Zawierają one uszczelki utrzymujące brud na zewnątrz i smar wewnątrz. Sprawdzają się one w wielu zastosowaniach, zapewniając bezobsługową pracę. W niektórych zastosowaniach nie można ich skutecznie wykorzystać.

Łożyska uszczelnione często mają smarowniczkę do okresowego smarowania za pomocą smarowniczki lub miseczkę olejową do okresowego napełniania olejem. Przed latami 70. łożyska uszczelnione nie były spotykane w większości maszyn, a oliwienie i smarowanie było czynnością bardziej powszechną niż obecnie. Na przykład, podwozia samochodowe wymagały „smarowania” prawie tak często jak wymiany oleju silnikowego, ale dzisiejsze podwozia samochodowe są w większości uszczelnione na całe życie. Od końca 1700 do połowy 1900, przemysł polegał na wielu pracowników zwanych olejarzy do smarowania maszyn często z puszek oleju.

Factory maszyny dzisiaj zazwyczaj mają systemy smarowania, w którym centralna pompa służy okresowe ładunki oleju lub smaru ze zbiornika przez lube linii do różnych punktów smarowania w maszynie powierzchni łożysk, czopów łożyskowych, bloki poduszkowe, i tak dalej. Czas i liczba takich cykli smarowania jest kontrolowana przez komputer sterujący maszyny, taki jak PLC lub CNC, jak również przez ręczne funkcje wymuszające, gdy jest to sporadycznie potrzebne. Ten zautomatyzowany proces jest sposobem smarowania wszystkich nowoczesnych obrabiarek CNC i wielu innych nowoczesnych maszyn fabrycznych. Podobne systemy smarowania są również stosowane w maszynach niezautomatyzowanych, w tym przypadku jest to ręczna pompka, którą operator maszyny powinien pompować raz dziennie (w przypadku maszyn w ciągłym użyciu) lub raz w tygodniu. Są one nazywane systemami „one-shot” ze względu na ich główny punkt sprzedaży: jedno pociągnięcie za jeden uchwyt do nasmarowania całej maszyny, zamiast tuzina pomp z pistoletu alemitycznego lub puszki oleju w tuzinie różnych pozycji wokół maszyny.

System olejenia wewnątrz nowoczesnego silnika samochodowego lub ciężarowego jest podobny w koncepcji do systemów smarowania wymienionych powyżej, z wyjątkiem tego, że olej jest pompowany w sposób ciągły. Duża część tego oleju przepływa przez kanały wywiercone lub odlane w bloku silnika i głowicach cylindrów, wydostając się przez porty bezpośrednio na łożyska i tryskając w innych miejscach, aby zapewnić kąpiel olejową. Pompa olejowa po prostu stale pompuje, a nadmiar przepompowanego oleju stale wydostaje się przez zawór nadmiarowy z powrotem do miski olejowej.

Wiele łożysk w wysokoobrotowych operacjach przemysłowych wymaga okresowego smarowania i czyszczenia, a wiele wymaga okazjonalnej regulacji, takiej jak regulacja napięcia wstępnego, aby zminimalizować skutki zużycia.

Żywotność łożyska jest często znacznie lepsza, gdy łożysko jest czyste i dobrze nasmarowane. Jednak wiele zastosowań utrudnia dobrą konserwację. Jednym z przykładów są łożyska w przenośniku kruszarki skał, które są nieustannie narażone na działanie twardych cząstek ściernych. Czyszczenie jest mało przydatne, ponieważ jest drogie, a łożysko jest ponownie zanieczyszczone, gdy tylko przenośnik wznawia pracę. Dlatego dobry program konserwacji może często smarować łożyska, ale nie obejmować żadnego demontażu w celu czyszczenia. Częste smarowanie, ze swej natury, zapewnia ograniczony rodzaj działania czyszczącego, poprzez wypieranie starszego (wypełnionego ziarnem) oleju lub smaru świeżym ładunkiem, który sam zbiera ziarno, zanim zostanie wyparty przez następny cykl. Innym przykładem są łożyska w turbinach wiatrowych, co utrudnia konserwację, ponieważ gondola jest umieszczona wysoko w powietrzu w obszarach silnego wiatru. Ponadto turbina nie zawsze pracuje i jest poddawana różnym zachowaniom operacyjnym w różnych warunkach pogodowych, co sprawia, że właściwe smarowanie staje się wyzwaniem.

Wykrywanie usterek bieżni zewnętrznej łożyska tocznegoEdit

Łożyska toczne są obecnie szeroko stosowane w przemyśle, a zatem konserwacja tych łożysk staje się ważnym zadaniem dla specjalistów ds. konserwacji. Łożyska toczne łatwo się zużywają ze względu na kontakt metal-metal, który powoduje usterki w bieżni zewnętrznej, wewnętrznej i kulce. Jest to również najbardziej narażony na uszkodzenia element maszyny, ponieważ często pracuje w warunkach wysokiego obciążenia i wysokiej prędkości obrotowej. Regularna diagnostyka usterek łożysk tocznych ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa przemysłowego i eksploatacji maszyn, a także dla obniżenia kosztów konserwacji lub uniknięcia czasu przestoju. Wśród bieżni zewnętrznej, wewnętrznej i kuli, bieżnia zewnętrzna jest bardziej podatna na usterki i wady.

Nadal jest miejsce na dyskusję, czy element toczny wzbudza częstotliwości drgań własnych komponentu łożyska, gdy przechodzi usterkę na bieżni zewnętrznej. W związku z tym musimy zidentyfikować częstotliwość naturalną bieżni zewnętrznej łożyska i jej harmoniczne. Usterki łożysk tworzą impulsy i powodują powstawanie silnych harmonicznych częstotliwości usterki w widmie sygnałów drganiowych. Te częstotliwości uszkodzeń są czasami maskowane przez sąsiednie częstotliwości w widmie z powodu ich małej energii. Dlatego często potrzebna jest bardzo wysoka rozdzielczość spektralna, aby zidentyfikować te częstotliwości podczas analizy FFT. Częstotliwości drgań własnych łożyska tocznego z wolnymi warunkami brzegowymi wynoszą 3 kHz. Dlatego, aby wykorzystać metodę szerokości pasma rezonansu składowej łożyska do wykrycia usterki łożyska na wstępnym etapie, należy zastosować akcelerometr o wysokim zakresie częstotliwości i pozyskać dane z długiego okresu czasu. Częstotliwość charakterystyczna usterki może być zidentyfikowana tylko wtedy, gdy zakres usterki jest poważny, np. w przypadku obecności otworu w bieżni zewnętrznej. Harmoniczne częstotliwości awarii są bardziej czułym wskaźnikiem uszkodzenia bieżni zewnętrznej łożyska. W przypadku poważniejszego wykrywania uszkodzeń łożysk techniki kształtu fali, widma i obwiedni pomogą ujawnić te usterki. Jeśli jednak w analizie obwiedni zastosuje się demodulację wysokiej częstotliwości w celu wykrycia charakterystycznych częstotliwości uszkodzeń łożysk, specjaliści od konserwacji muszą być bardziej ostrożni w analizie z powodu rezonansu, ponieważ może ona zawierać lub nie składniki o częstotliwości uszkodzeń.

Stosowanie analizy spektralnej jako narzędzia do identyfikacji uszkodzeń łożysk stanowi wyzwanie ze względu na takie problemy jak niska energia, rozmazanie sygnału, cyklostacjonarność itp. Wysoka rozdzielczość jest często pożądana, aby odróżnić składowe częstotliwości usterki od innych sąsiednich częstotliwości o wysokiej amplitudzie. Dlatego też, gdy sygnał jest próbkowany w celu analizy FFT, długość próbki powinna być wystarczająco duża, aby zapewnić odpowiednią rozdzielczość częstotliwości w widmie. Ponadto, utrzymanie czasu obliczeń i pamięci w granicach limitów oraz unikanie niepożądanych aliasingów może być wymagające. Jednak minimalną wymaganą rozdzielczość częstotliwościową można uzyskać poprzez oszacowanie częstotliwości błędu łożyska i innych składowych częstotliwości drgań oraz ich harmonicznych wynikających z prędkości obrotowej wału, niewspółosiowości, częstotliwości linii, przekładni itp.

PakowanieEdit

Niektóre łożyska wykorzystują do smarowania gęsty smar, który jest wpychany w szczeliny między powierzchniami łożyska, zwane również uszczelnieniem. Smar jest utrzymywany w miejscu przez plastikową, skórzaną lub gumową uszczelkę (zwaną również dławnicą), która pokrywa wewnętrzne i zewnętrzne krawędzie bieżni łożyska, aby smar nie wydostawał się na zewnątrz.

Łożyska mogą być również wypełnione innymi materiałami. W przeszłości w kołach wagonów kolejowych stosowano łożyska tulejowe wypełnione odpadami lub luźnymi skrawkami bawełny lub włókien wełny nasączonymi olejem, a później stosowano stałe wkładki bawełniane.

Olejarka pierścieniowaEdit

Łożyska mogą być smarowane przez metalowy pierścień, który jeździ luźno na centralnym obracającym się wale łożyska. Pierścień zwisa w dół do komory zawierającej olej smarujący. Gdy łożysko się obraca, lepka adhezja ciągnie olej w górę pierścienia i na wał, gdzie olej migruje do łożyska, aby je nasmarować. Nadmiar oleju jest wyrzucany i ponownie gromadzi się w basenie.

Smarowanie rozpryskoweEdit

Pierwotną formą smarowania jest smarowanie rozpryskowe. Niektóre maszyny zawierają basen smaru w dnie, z przekładni częściowo zanurzone w cieczy, lub korbowody, które mogą kołysać się w dół do basenu, jak urządzenie działa. Obracające się koła wyrzucają olej w powietrze wokół nich, podczas gdy korbowody uderzają o powierzchnię oleju, rozbryzgując go losowo na wewnętrzne powierzchnie silnika. Niektóre małe silniki spalinowe zawierają specjalne plastikowe kółka, które losowo rozpraszają olej po wnętrzu mechanizmu.

Smarowanie ciśnienioweEdit

W przypadku maszyn o dużej prędkości i mocy utrata środka smarnego może spowodować szybkie nagrzewanie się łożysk i ich uszkodzenie w wyniku tarcia. Również w środowiskach zanieczyszczonych olej może zostać zanieczyszczony pyłem lub zanieczyszczeniami, które zwiększają tarcie. W takich zastosowaniach świeży środek smarny może być stale dostarczany do łożyska i wszystkich innych powierzchni styku, a jego nadmiar może być zbierany do filtracji, chłodzenia i ewentualnie ponownego użycia. Olejenie ciśnieniowe jest powszechnie stosowane w dużych i złożonych silnikach spalinowych w częściach silnika, do których nie może dotrzeć olej rozpryskiwany bezpośrednio, np. w zespołach zaworów górnych. Wysokoobrotowe turbosprężarki również zazwyczaj wymagają systemu oleju pod ciśnieniem, aby chłodzić łożyska i nie dopuścić do ich spalenia z powodu ciepła turbiny.

Łożyska kompozytoweEdit

Łożyska kompozytowe są zaprojektowane z samosmarującą się wkładką z politetrafluoroetylenu (PTFE) z laminowanym metalowym podkładem. Wykładzina PTFE zapewnia stałe, kontrolowane tarcie oraz trwałość, podczas gdy metalowy podkład sprawia, że łożysko kompozytowe jest wytrzymałe i zdolne do znoszenia dużych obciążeń i naprężeń przez cały okres użytkowania. Dzięki swojej konstrukcji jest ono również lekkie – jedna dziesiąta wagi tradycyjnego łożyska tocznego.