Właściwe ustawienie wałów maszyn to bardzo istotny element utrzymania odpowiednich ustawień i parametrów pracy sprzęgła mechanicznego. Chociaż większość sprzęgieł toleruje niewielkie odchylenia poprawnej pozycji wałów, to jednak pracują one wydajniej i dłużej wówczas, gdy wszystkie podstawowe nastawy i zabezpieczenia połączenia wykonane są prawidłowo i dokładnie. Jednym z potencjalnych źródeł możliwych niedokładności ustawień – dość prostym do ustalenia i uwzględnienia przez projektanta – jest efekt temperaturowej rozszerzalności elementów w takich układach mechanicznych. Ciepło powstające w wyniku tarcia o siebie poruszających się części może spowodować ich rozszerzanie, które w ostateczności niekorzystnie wpływa na właściwe, wzajemne ustawienie sprzęganych wałów.
Rysunek 1. Rozszerzalność termiczna elementów w zespole mechanicznym pompa-silnik
Wartość ewentualnych przesunięć elementów w wyniku cieplnego ich rozszerzania się może być wstępnie przewidziana przy uwzględnieniu następujących czynników:
-
rodzaju materiału, z jakiego wykonane są elementy mechanizmu,
-
zmian temperatury w układzie,
-
odległości pomiędzy podkładkami ustalającymi a osią środkową wału.
Wartość przesunięcia termicznego może być obliczona według wzoru:
G = TLC
gdzie:
G – wartość przesunięcia w milimetrach, T – zmiana temperatury w stopniach, L – odległość pomiędzy podkładkami ustalającymi a osią środkową wału w centymetrach, C – współczynnik rozszerzalności liniowej.
Współczynnik rozszerzalności liniowej popularnych materiałów stosowanych w tego typu mechanizmach wynosi odpowiednio:
-
aluminium = 0,0023
-
brąz = 0,0018
-
żeliwo = 0,0010
-
stal nierdzewna = 0,0016
-
stal miękka = 0,0013
Dla przykładu rozważymy prosty zespół pompa−silnik, pokazany na rysunku 1. Oba elementy zespołu są zbudowane ze stali miękkiej, więc ciepło właściwe wynosi w tym przypadku 0,0013. Przy zmianach temperatury wynoszących 40 stopni oraz odległości od osi środkowej L = 35 cm przesunięcie termiczne wyniesie odpowiednio:
G = 40x35x0,0013 = 1,82 mm
Większość maszyn musi więc mieć nieprawidłowe ustawienie wstępne wałów, gdy są one chłodne, tak by pracowały współosiowo w normalny
ch warunkach pracy (rozgrzane). W powyższym przykładzie pompa pozostaje nieruchoma, zaś położenie silnika zmienia się o 1,82 mm.
Rysunek 2. Podstawa maszyny z zamontowanymi śrubami dociskowymi
Ustawianie pozycji mechanizmu
Istnieje wiele sposobów kontrolowanego, zmierzonego i precyzyjnego przemieszczania całych maszyn lub ich wybranych elementów. Każda z nich jednakże staje się bezużyteczna, bez względu na to, jak dokładne będą pomiary błędów ustawienia, jeżeli wcześniej nie zostaną uwzględnione odpowiednie zabezpieczenia i procedury postępowania. W gronie specjalistów toczy się ciągła dyskusja, czy pierwszeństwo mają przesunięcia poziome, czy pionowe. Zazwyczaj w procesie ustawiania i regulacji pozycji na pierwszym miejscu uwzględnia się możliwość wystąpienia przesunięć pionowych, zakładając, że niewielkie przesunięcia w poziomie nie zmienią właściwej pozycji układu w pionie. Takie podejście gwarantuje możliwość pełnej obsługi ustawień układu w pionie. W razie pojawienia się przesunięcia w osi pionowej musi być zrealizowane niewielkie przesunięcie korekcyjne w osi poziomej, tak by wyeliminować ewentualne błędy ustawień układu sprzężenia mechanicznego. Niektóre procesy ustawienia właściwej pozycji układu mogą wymagać przeprowadzenia kilku zmian położenia elementów mechanicznych, zarówno w osi pionowej, jak i poziomej, aż do momentu uzyskania ostatecznego, właściwego położenia maszyny.
Rysunek 3. Przesuwanie maszyn w poziomie bez wykorzystania śrub dociskowych
Przemieszczenia pionowe. Do wykrycia zmian położenia w pionie nie zawsze potrzebne są wskaźniki zegarowe, jednakże są one bardzo pomocne w razie wystąpienia efektów sprężynowania lub tzw. miękkiego usadowienia (ang. soft foot), powstających w trakcie przemieszczania maszyny. Nie powinno się również montować podkładek ustalających, bez wcześniejszego sprawdzenia ich grubości za pomocą mikrometru. Niezależnie od tego, jakie informacje wydrukowane czy wyryte są na podkładach, konieczne jest użycie mikrometru, tak by jeszcze raz ustalić ich rzeczywistą grubość. W trakcie ustawiania maszyny w pionie nigdy nie należy poluzowywać wszystkich mocujących śrub jednocześnie, gdyż może to spowodować zmianę ustawienia całej stopy mocującej w momencie podnoszenia maszyny. Wystarczy poluzować maksymalnie dwie śruby. Jest to szczególnie istotne, gdyż wiele maszyn ma mechanizmy korekcji efektu soft foot za pomocą zwężanych lub stopniowanych podkładek ustalających. Pozostawienie jedynie dwóch niedokręconych śrub zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia niekontrolowanych ruchów maszyny, które są wysoce niepożądane, gdyż mogą zmienić ustaloną już wcześniej pozycję maszyny praktycznie we wszystkich kierunkach.
Właściwe postępowanie wygląda następująco: Należy poluzować śruby po lewej lub prawej stronie maszyny. Następnie podnieść tę stronę tak, by można było dokonać zmiany położenia podkładki ustalającej. Zbyt wysokie uniesienie wybranej strony maszyny może spowodować zgięcie stóp mocujących tam, gdzie wciąż pozostały one przykręcone. Jeżeli maszyna została uniesiona tak, że możliwe są zmiany podkładek ustalających, należy je wyciągnąć spod spodu każdej stopy i zwiększyć lub zmniejszyć liczbę podkładek, wymaganą do prawidłowego zrównoważenia przesunięcia na skutek rozszerzenia termicznego.
Zwykle praktykuje się stosowanie jak najmniejszej liczby podkładek ustalających. W przypadku użycia zbyt wielu podkładek bardziej prawdopodobne jest pojawienie się efektów sprężynowania lub wspomnianego już wcześniej tzw. soft foot. Jeżeli jest to tylko możliwe, należy wykorzystywać pojedyncze elementy podkładek (można je wykonać samemu), o grubości koniecznej dla danej stopy mocującej. Jeżeli niestety nie jest to możliwe, podkładek powinno być nie więcej niż cztery, tak by dać stopie solidne oparcie i ograniczyć możliwość dostania się ciał obcych pomiędzy poszczególne podkładki.
Na końcu, po dokonaniu niezbędnych zmian podkładek ustalających, przykręcamy śruby z dostosowanym do nich momentem obrotowym. Następnie opisaną wyżej procedurę powtarzamy dla innych stron maszyny. Zawsze należy pamiętać o przykręcaniu śrub właściwym momentem obrotowym, szczególnie przy pierwszym ich przykręcaniu, tak by uniknąć jakichkolwiek ruchów i przesunięć na innych stronach maszyny.
Przy dokonywaniu zmian ustawień maszyny w pionie nowe podkładki ustalające powinny być umieszczane poniżej już zamontowanych, korygując efekt soft foot. Postępowanie odwrotne, czyli umieszczenie nowych podkładek na elementach już zamocowanych, przyczynia się do spotęgowania tego efektu. Wszystkie podkładki należy umieścić w odpowiednim miejscu, aż do końca śruby. Następnie, przed dokręceniem śruby, wysuwa się je nieco (ok. 0,5 – 0,6 cm). Jeżeli podkładki ustalające pozostaną na swoich miejscach bez uprzedniego wysunięcia, dokręcana śruba może je częściowo przycisnąć, co wpływa na dokładność realizowanej właśnie korekty położenia.
Po zakończeniu zmian wszystkich podkładek i ostatecznym dokręceniu śrub należy dokonać kolejnej serii odczytów i obliczeń, uwzględniającej nowe parametry układu. Jeżeli przewidywany ruch maszyny mieści się w granicach określonej tolerancji, można kontynuować ustawienia dla ruchów poziomych maszyny. Jeżeli konieczne jest uwzględnienie jeszcze innych ruchów w pionie, należy na tym etapie dokonać odpowiedniej korekty ustawień.
Rysunek 4. Prawidłowe rozmieszczenie wskaźników zegarowych do śledzenia ruchów maszyny
Przemieszczenia poziome. Podstawy z płyt przykręcanych do podłoża odpowiednimi śrubami mocującymi są najłatwiejsze do przesunięcia. W wielu sytuacjach lepszym rozwiązaniem jest wykorzystanie dodatkowych śrub dociskowych (ang. jack bolt) już w momencie procedury ustawiania maszyny, niż późniejsze podejmowanie prób jej przesuwania czy innych, znacznie bardziej skomplikowanych i czasochłonnych metod.
Jeżeli nie dysponujemy śrubami dociskowymi, do przesuwania maszyny zaleca się stosować niewielkie lewarki hydrauliczne, zwłaszcza jeżeli ma ona oparcie w mocnej konstrukcji, takiej jak belka, mocna ściana, sąsiedni podest czy podstawa innej maszyny. Maszyna taka musi być zabezpieczona przez jakąś solidną, nieruchomą konstrukcję.
Inną skuteczną metodą jest też wykorzystanie zacisków śrubowych lub też zacisków rurowych połączonych tak, by delikatnie i łagodnie przesuwać maszynę w pożądanym kierunku, jak to pokazano na rysunku 3.
Wszystkie śruby dociskowe muszą być poluzowane przed poluzowaniem śrub przytwierdzających maszynę do podłoża. Nie jest tu konieczne całkowite poluzowanie czy wyjęcie śrub przytwierdzających, ponieważ ich niewielki nacisk jest konieczny do tego, by śruby dociskowe przesunęły maszynę tylko w poziomie.
Często w celu ustalenia pozycji niewłaściwie ustawionego wału warto stworzyć odpowiedni wykres, który pokaże dokładnie, w jakim kierunku należy przesunąć maszynę w celu dokonania korekty ustawienia. Innym sposobem uniknięcia pomyłki jest spojrzenie na elementy poruszające się w układzie mechanicznym z nieruchomego, trwale przytwierdzonego punktu obserwacyjnego. Przy czym obowiązuje zasada, że wszystkie ruchy w prawo – zgodne z kierunkiem ruchu wskazówek zegara – to tzw. kierunek pozytywny, ruchy przeciwne – to kierunek negatywny.
Do szczególnie polecanych i najdokładniejszych metod pomiaru przemieszczeń poziomych maszyn należy umieszczenie wskaźników zegarowych wokół całej maszyny, na płaszczyznach stóp mocujących. Ważne jest, by były one umieszczone w miejscach, dla których prowadzone są bieżące obliczenia poprawnych ustawień maszyny w układzie mechanicznym. Zazwyczaj chodzi tu o środek śrub mocujących maszynę do podłoża oraz o miejsca zlokalizowane na wysokości wału maszyny. Prawidłowe przesunięcia maszyny w celach korekcyjnych powinny przebiegać następująco:
-
Montaż zegarowych wskaźników przemieszczenia na płaszczyznach stóp mocujących oraz w miejscach, dla których prowadzone są bieżące obliczenia poprawnych ustawień maszyny w układzie mechanicznym.
-
Ustawienie wskaźników na pozycję zerową.
-
Przesunięcie maszyny we właściwym kierunku o wymaganą wartość przesunięcia oraz upewnienie się co do prawidłowości przesunięcia przez śledzenie wskazań wskaźników zegarowych.
Gdy wszystkie przesunięcia poziome zostaną wykonane, należy odczytać i zweryfikować odczyty ze wszystkich wskaźników zegarowych, zarówno dla kierunków w osi poziomej, jak i pionowej. Czasem przesunięcie maszyny w płaszczyźnie poziomej może spowodować jej niewielkie przemieszczenie w osi pionowej. Jeżeli konieczne są jeszcze dodatkowe przesunięcia poziome, po ich dokonaniu zawsze należy dodatkowo zweryfikować położenie maszyny w pionie.
Najważniejszym czynnikiem w trakcie prowadzenia wszystkich zabiegów jest zachowanie przez cały czas ich trwania pełnej kontroli nad pozycją maszyny w układzie mechanicznym. Jeżeli bowiem wybierze się złą metodę postępowania, nawet najdokładniejsze i precyzyjne pomiary mogą być utracone lub całkowicie bezużyteczne.
UR
Artykuł pod redakcją Andrzeja Ożadowicza
Autor:
Artykuł pod redakcją Andrzeja Ożadowicza
