Mimo upływu lat pasy wciąż są najpopularniejszym sposobem przenoszenia napędu w aplikacjach przemysłowych. Spośród innych rozwiązań o tym przeznaczeniu wyróżniają się one bardzo wysoką sprawnością i minimalnymi potrzebami serwisowymi.

Historia pasów napędowych sięga czasów starożytnych: uważa się, że ich prototyp powstał ok. XV w. p.n.e. w Chinach i służył do napędzania nawijarki do nici. W funkcji tej przetrwał kolejne stulecia, aby ok. I w. n.e. znaleźć zastosowanie także w pierwszych swego rodzaju elektrowniach wodnych, zasilających prowizoryczne jeszcze miechy. Znane nam współcześnie pasy napędowe upowszechniły się jednak dopiero w XIX w., gdy zastosowano je do przenoszenia napędu w kwitnącym wówczas przemyśle, rolnictwie, górnictwie, przy wycince drzew, a także w przenośnikach taśmowych, pompach czy generatorach. I choć od tego czasu upłynęło już ponad sto lat, zasada ich działania praktycznie nie uległa zmianie. Nie zmienił się także popyt na napędy pasowe, które – mimo wprowadzenia na rynek wielu konkurencyjnych rozwiązań – nadal cieszą się ogromnym zaufaniem.

Prostota konstrukcji i bogactwo wyboru

Źródeł niesłabnącej popularności pasów napędowych należy upatrywać w prostej konstrukcji, która przekłada się na wysoką sprawność i bezobsługowość pasów. W gruncie rzeczy są one przecież niczym innym jak rodzajem cięgna nawiniętego na dwa koła pasowe (napędzające oraz napędzane) połączone z przekładnią pasową. Koła są najczęściej ustawione względem siebie równolegle, choć nie jest to regułą. Zastosowanie kilku kół pasowych daje możliwość sterowania momentem obrotowym (różna średnica kół) oraz kierunkiem ruchu pasa (w przypadku pasów dwustronnych).

Bogaty wybór rodzajów i wymiarów pasów sprawia, że są one stosowane zarówno do przenoszenia napędu w maszynach i na liniach produkcyjnych, jak i w sposób bezpośredni – jako element przenośników (taśma). Mogą też z powodzeniem rywalizować z napędami łańcuchowymi i zębatymi, które – choć pozwalają przenosić większe siły – są znacznie głośniejsze, a przy tym nie amortyzują drgań układu, co wpływa negatywnie na żywotność silnika i łożysk. Wymagają także więcej uwagi niż pasy, które – raz zamontowane – mogą pracować w temperaturach od −35 do +85ºC bez konieczności smarowania.

Nie oznacza to jednak, że pas należy serwisować tylko wtedy, gdy zaobserwuje się nieprawidłowości w jego działaniu. Podobnie jak w przypadku każdego innego napędu jego żywotność i bezobsługowość zależą przede wszystkim od odpowiedniej eksploatacji i konserwacji.

Przede wszystkim czystość

Właściwa eksploatacja fabrycznie zamontowanego pasa napędowego ogranicza się do przestrzegania podstawowych zasad czystości. Wolna od zabrudzeń powinna być powierzchnia samego koła pasowego (nowe koła pasowe są często pokryte środkami chemicznymi zwiększającymi poślizg pasa), a także pasa i przekładni pasowej. Stwierdzone zanieczyszczenia należy usuwać mieszaniną gliceryny i spirytusu (w proporcjach 1:10), nakładając ją miękką szmatką. W żadnym wypadku nie wolno czyścić pasów papierem ściernym, szczotką drucianą czy innymi szorstkimi bądź ostrymi przedmiotami.

Ważne jest także zapewnienie odpowiedniej ochrony przed brudem: o ile niewielkie, suche drobinki zanieczyszczeń na ogół nie wyrządzają pasom większych szkód, o tyle już większe cząstki zawieszone w powietrzu w dużym stężeniu działają na nie jak papier ścierny, przyspieszając zużycie pasów i kół pasowych. Najbardziej niebezpieczny jest dla nich jednak gruz, który – jeśli dostanie się do napędu – może go skutecznie unieruchomić.

Także kontakt pasa z wodą lub olejem nie wpływa korzystnie na jego pracę. Co prawda okazjonalne spłukanie (np. podczas czyszczenia) nie powinno ograniczyć funkcjonalności napędu, ale już stały kontakt z wodą w formie aerozolu lub pod ciśnieniem zmniejsza jego wytrzymałość na rozciąganie, a tym samym przyspiesza rozciągnięcie pasa. Podobne skutki w przypadku pasów zębatych wywołuje stały kontakt z olejami i środkami smarnymi. Sprzyja on bowiem odkształceniu i utracie elastyczności gumy. Zaś w napędach z pasami płaskimi zwiększa dodatkowo poślizg, ograniczając sprawność całego układu.

Niebezpieczne dla pasów może być także zbyt duże stężenie ozonu. Powoduje on bowiem degradację gumowych elementów pasa, które – choć zwykle wzbogacone o dodatki zwiększające odporność na oddziaływanie ozonu – przy jego dużej koncentracji twardnieją i pękają. Rezultat jest podobny jak w przypadku ekspozycji na zbyt wysokie temperatury.

Guma nie będzie także najszczęśliwszym wyborem w cleanroomach, a to ze względu na fakt, że sama się łuszczy, a jednocześnie przyciąga drobinki kurzu. Dlatego lepiej w jej miejsce zastosować pas uretanowy, który – choć bardziej higieniczny – może przenosić znacznie mniejsze siły. Należy to uwzględnić podczas doboru jego obciążenia.

Pas musi pasować

Pas powinien być odpowiednio dobrany do pozostałych komponentów układu: koła napędzającego, koła napędzanego, napinacza (jeśli występuje), a także typu przekładni. Należy dokładnie określić średnicę i szerokość wszystkich kół, typ ich okładziny oraz liczbę i kierunek obrotów koła napędzającego. Jeśli zlecamy dobór pasa jego producentowi, warto skorzystać ze specjalnego formularza zawierającego zestaw pytań dotyczących najważniejszych parametrów aplikacji – począwszy od środowiska pracy, przez obroty i moc napędu, po liczbę przełożeń i moment rozruchowy.

Lepiej zapobiegać, niż leczyć

Mimo przestrzegania podstawowych zasad eksploatacji warto regularnie sprawdzać stan pasa napędowego. Podstawowym zabiegiem jest w tym przypadku diagnostyka organoleptyczna przy użyciu wszystkich czterech zmysłów: słuchu, wzroku, dotyku i węchu. Pierwszy z nich posłuży do identyfikacji nietypowych odgłosów pracy napędu, drugi pomoże wykryć uszkodzenia i zabrudzenia osłony. Poprzez dotyk można kontrolować sztywność mocowania, zaś węch pomoże zdiagnozować nietypowe zapachy jak np. swąd nadpalonej gumy.

Nawet jeśli wyniki regularnych oględzin nie budzą zastrzeżeń, warto co 3–6 miesięcy przeprowadzić bardziej szczegółową diagnostykę przy rozłączonym napędzie. Po co? Takie inspekcje ograniczają konieczność serwisowania, zmniejszają ryzyko przestojów maszyn, zwiększają ich produktywność oraz redukują zużycie energii (wysokie np. w przypadku ślizgania się pasa). Są one szczególnie ważne w instalacjach o krytycznym znaczeniu dla zachowania ciągłości produkcji, dużych prędkości napędowych, słabej dostępności części zamiennych oraz trudnych warunków pracy układu (w tym wysokich temperatur).

Taka pogłębiona diagnostyka powinna obejmować cztery podstawowe czynności: ocenę zużycia lub uszkodzenia pasa napędowego, monitoring stanu koła pasowego, sprawdzenie naciągu i współosiowości pasa oraz ocenę stanu pozostałych komponentów urządzenia (łożysk, zębatek). W przypadku pasa należy sprawdzić, czy nie jest on wytarty lub postrzępiony, a także czy nie nosi niepokojących śladów pęknięć albo rozdarć. W pasach zębatych bardzo ważny jest także stan zębów (ich kompletność).

Niezależnie od typu pasa jego wygląd nie powinien w żadnym razie wskazywać na to, że został wystawiony na działanie zbyt wysokich temperatur. Najlepszym objawem tego będą oznaki parcienia gumy. Aby mieć pewność, że temperatura pracy pasa nie przekracza dopuszczalnych wartości, można bezpośrednio po zatrzymaniu maszyny zbadać jego powierzchnię przy użyciu termometru na podczerwień. Ostatnim krokiem będzie analiza współosiowości i naciągu pasa. Współosiowość można sprawdzić np. przy użyciu liniału lub linki albo miernika laserowego. Naciąg pasa mierzy się wagą sprężynową (pomiar odchylenia) lub sonicznym miernikiem napięcia (pomiar drgań).

Z instrukcją w ręku

W przypadku stwierdzenia odchyłek od zadanych wartości naciągu należy go wyregulować. Zbyt mocno napięty pas napędowy powoduje szybkie zużywanie się łożysk. Zbyt mały naciąg sprzyja z kolei ześlizgiwaniu się pasa z koła pasowego, a w przypadku pasów zębatych – przeskakiwaniu i szybkiemu zużywaniu się zębów. Regulacji wymaga także współosiowość pasa i łożysk.

Jeśli po zdjęciu pasa zostanie stwierdzone, że koła pasowe i/lub łożyska noszą znaczne ślady zużycia, warto od razu je wymienić. Jeśli ich stan nie budzi zastrzeżeń, wystarczy przetrzeć je szmatką nasączoną gliceryną ze spirytusem. Wymieniając elementy układu napędowego, należy zawsze dobierać je w oparciu o specyfikację dostarczoną przez producenta. Dotyczy to zwłaszcza średnicy, szerokości i struktury powierzchni kół pasowych, które powinny być ściśle dostosowane do typu pasa i aplikacji.

A co, jeśli wymiany wymaga sam pas? Najprostszym sposobem jest skorzystanie z instrukcji serwisowej i dobór pasa ściśle według podanych tam wartości (typu, ząbkowania, sposobu zespolenia, materiału wykonania i długości). Problem pojawia się wówczas, jeśli chcemy zmienić rodzaj pasa lub dobrać go do nowego lub już istniejącego napędu, nie dysponując gotowym zestawem parametrów.

NOWOŚCI RYNKOWE

Do pracy z olejami

Podczas targów Automec w kwietniu tego roku firma Dayco zaprezentowała nowy rodzaj pasa zębatego BIO (Belt-in-Oil) stworzonego z myślą o pracy w ekstremalnych warunkach (m.in. w wysokich temperaturach). Pas pokryty jest specjalną powłoką zabezpieczającą przed oddziaływaniem oleju, dzięki czemu może pracować w kąpieli olejowej. A ponieważ obie jego strony zostały pokryte okładziną, jest on w stanie napędzać wiele różnych komponentów równocześnie, co pozwala na ich bliższe ulokowanie i ograniczenie całkowitych wymiarów napędu.

---

Ekstremalnie wytrzymały

Firma Continental przekonuje, że gumowe pasy napędowe mogą pracować nawet pod dużym obciążeniem. Opracowany przez nią pas zębaty Synchroforce Carbon jest wykonany ze specjalnej mieszanki gumy z włóknami węglowymi i szklanymi, dzięki czemu zachowuje dużą żywotność nawet w ekstremalnych warunkach pracy. Może być stosowany np. w obrabiarkach, robotach i przenośnikach taśmowych, a także w małych i lekkich napędach o niewielkiej przestrzeni montażowej. Jest odporny na oddziaływanie ozonu, oleju i wysokich temperatur, a jednocześnie zapewnia cichą pracę bez konieczności smarowania czy regularnej korekty naciągu.

---

Kompletny zestaw naprawczy

Firma Gates wprowadziła na rynek zestaw naprawczy składający się z pasa wieloklinowego Micro-V typu otwartego oraz napinaczy DriveAlign. Jak wyjaśnia producent, napinacze zużywają się z reguły w podobnym tempie jak sam pas. Wymieniając je na nowe przy okazji wymiany pasa, zapewniamy mu odpowiedni naciąg, co znacznie wydłuża żywotność poszczególnych komponentów układu. W razie potrzeby zestaw może zostać uzupełniony dodatkowo o koła pasowe.

 

Najważniejsza jest aplikacja

Jeśli przedsiębiorstwo nie zatrudnia specjalisty ds. pasów napędowych, najbezpieczniejszą opcją będzie powierzenie tego zadania producentowi pasa, który nie tylko doradzi w kwestii jego rodzaju i materiału wykonania, ale także odpowiednio dopasuje jego długość, tak by zapewnić mu właściwy naciąg.

Przy samodzielnym doborze pasa należy odpowiedzieć sobie przede wszystkim na pytanie: „w jakiej aplikacji będzie on stosowany?” To aplikacja bowiem determinuje rodzaj pasa napędowego. Do wyboru są cztery podstawowe rodzaje: pasy płaskie, klinowe, wielorowkowe i wariatorowe, przy czym te ostatnie są stosowane wyłącznie w przekładniach bezstopniowych w aplikacjach wymagających szybkiej i płynnej zmiany prędkości obrotowej.

Pierwszy z wymienionych typów – pas płaski – jest najstarszym stosowanym do dziś rodzajem pasa napędowego. Składa się przeważnie z trzech warstw: środkowej – przenoszącej siłę rozciągającą i zbudowanej najczęściej z tworzywa sztucznego (aramidu, poliamidu, NBR), gładkiej i elastycznej warstwy zewnętrznej (pokrycia) oraz okładziny ciernej, która ma za zadanie zwiększać tarcie i zapobiegać ślizganiu się pasa. Okładzina przeważnie występuje tylko po jednej stronie pasa, choć na rynku można znaleźć również wersje dwustronne, stosowane w przypadku zmiany kierunku ruchu pasa. Taka konstrukcja zapewnia pasom płaskim dużą odporność na zużycie, ale umożliwia przenoszenie stosunkowo małych sił. Co prawda teoretycznie pasy tego rodzaju mogą przenosić nawet 373 kW energii z prędkością 3060 m/min, ale wymagają do tego bardzo dużych kół pasowych, co znacznie zwiększa gabaryty układu napędowego i zużycie energii. Dlatego pasy płaskie są przeważnie stosowane do przenoszenia średnich mocy w takich aplikacjach, jak maszyny włókiennicze, wentylatory, prasy, szlifierki, wiertarki, małe elektrownie wodne, maszyny do obróbki drewna oraz napędy przenośników taśmowych i rolkowych.

Największym konkurentem pasów płaskich są pasy klinowe, które dzięki charakterystycznemu kształtowi litery „V” dopasowanemu do profilu koła pasowego nie tracą współosiowości, a w przypadku przenoszenia dużych obciążeń klinują się w kole. Z tego względu uważa się, że są wręcz stworzone do pracy pod obciążeniem przy dużych prędkościach obrotowych (300–2130 m/min). Co więcej, można je ze sobą łączyć, tworząc pasy wieloklinowe, zdolne do przenoszenia bardzo dużych sił. Pod względem budowy pasy klinowe nie różnią się zasadniczo od pasów płaskich – z tym że są dostępne w bardzo różnych szerokościach.

Zalety obu wcześniej wymienionych typów łączy w sobie pas wielorowkowy, którego powierzchnia składa się ze wzdłużnych rowków dopasowanych do kształtu koła pasowego. Dzięki takiej budowie pas nie ślizga się na kole, zachowując wysoką przyczepność, a jednocześnie pozwala na przenoszenie znacznych obciążeń i efektywną amortyzację drgań. Stosuje się go w wymagających napędach przemysłowych o mocy do 600 kW i dużej liczbie przełożeń (1:60 w porównaniu z 1:20 dla pasów klinowych), w tym do obsługi samochodów ciężarowych, sprzętu AGD (pralek, mikserów), maszyn rolniczych i sprężarek.

Pasy płaskie i klinowe dostępne są dodatkowo w wersji bez zębów oraz z zębami. Pasy zębate stosowane są wszędzie tam, gdzie energia przenoszona jest ze stałą prędkością, a podstawowe znaczenie ma cicha praca układu. Nie wymagają dużego naciągu, a mimo to wykazują się najwyższą sprawnością ze wszystkich typów pasów. Nie są jednak pozbawione wad. Do największych należy bez wątpienia słaba amortyzacja drgań i przeciążeń, co negatywnie wpływa na żywotność silnika, a także brak możliwości ich łączenia w dłuższe zespoły.

Możliwość taką oferują pozostałe typy pasów: można je kupić zarówno w wersji zamkniętej, jak i otwartej (w rolce) do samodzielnego docięcia. Takie pasy łączy się na różne sposoby, w zależności od materiału wykonania. W razie wątpliwości czynność tę można zlecić specjalistom. Kompleksowe łączenie pasów ma w swojej ofercie m.in. firma Enitra.

Podsumowanie

Już choćby pobieżny przegląd oferty rynkowej dowodzi, że dobór pasa napędowego nie jest zadaniem łatwym. Nie znając parametrów oryginalnego wyposażenia, łatwo popełnić błąd już na etapie wyboru typu pasa i ząbkowania, a do tego dochodzą jeszcze kwestie szerokości, długości, naciągu i materiału wykonania. Dlatego najlepiej w takiej sytuacji skorzystać z porady producenta, który już na podstawie typu maszyny jest często w stanie dobrać do niej odpowiedni pas napędowy.

Agata Świderska jest autorką tekstów i tłumaczką języka niemieckiego specjalizującą się w szeroko pojętej tematyce przemysłowej. Na rynku prasy specjalistycznej aktywnie działa od 2015 r.