Rozwój wydajnych silników elektrycznych wciąż jest regulowany przepisami prawnymi. Dlatego ważne jest, aby wszystkie komponenty silników, w tym łożyska, wykonywane były zgodnie z najnowszymi specyfikacjami. Tony Syncott, kierownik ds. technicznych NSK Europe w Wielkiej Brytanii wyjaśnia, w jaki sposób konstrukcja łożysk wpływa na osiągi i niezawodność silników elektrycznych oraz możliwość spełnienia wyśrubowanych norm.
Łożyska w silnikach elektrycznych są projektowane tak, aby podtrzymywały wirnik i zapewniały stałą szczelinę powietrzną pomiędzy wirnikiem i stojanem, jak również aby przenosiły obciążenia z wału na ramę silnika. Dobór właściwego łożyska zapewnia zachowanie projektowanej sprawności silnika dzięki minimalnemu tarciu i minimalnych stratach mocy.
Awaria nieopłacalna w naprawie
W przypadku małego silnika elektrycznego uszkodzenie łożyska i będąca jego wynikiem awaria może być nieopłacalna w naprawie, w związku z czym pożądane jest instalowanie łożysk o wysokiej jakości, które zostały zaprojektowane tak, aby wytrzymać obciążenia ze środowiska. W większych silnikach, uszkodzenie łożyska może spowodować znaczący przestój, w związku z czym kluczowe znaczenie ma dopasowanie budowy do zastosowania.
– Jeżeli silnik zaprojektowany do pracy w szeregowym układzie napędowym zostanie zastosowany w napędzie pasowym, łożyska z dużym prawdopodobieństwem zostaną narażone na niewłaściwe obciążenia i nie będą działały tak, jak należałoby oczekiwać. W pierwotnym, wskazanym zastosowaniu silnik wyposażono by w łożyska kulkowe poprzeczne, ale łożyska tego rodzaju zostaną przeciążone w przypadku zwiększonego obciążenia promieniowego powodowanego przez pas napędowy – mówi Tony Syncott.
Innowacje w zakresie budowy łożysk
W ostatnich latach istotne innowacje pojawiły się w obszarze technologii materiałowej, jak również w zakresie precyzji obróbki i w procesach produkcyjnych. Poprawiając wykończenie powierzchni elementów tocznych i bieżni łożyska zmniejszono poziomy tarcia, co z kolei zmniejszyło zużycie energii i obniżyło szum. Gdy ulepszenia te połączono z nowymi sposobami smarowania, uzyskano znaczące zwiększenie trwałości eksploatacyjnej.
– Jednym z przykładów są najnowsze silniki trakcyjne prądu przemiennego stosowane w najnowszej generacji superszybkich pociągów, od których oczekuje się wyższych prędkości i dłuższych przebiegów pomiędzy przeglądami. Łożyska zastosowane w tych silnikach mają zapewnić wyjątkowe osiągi w trudnych warunkach eksploatacji, obejmujących duże obciążenia promieniowe, ciężkie obciążenia udarowe i wysokie prędkości – mówi Tony Syncott.
Erozja elektryczna przeszkodą w osiągnięciu wydłużonych interwałów przeglądowych
Erozja taka pojawia się, gdy „błądzący” prąd elektryczny przepływa przez łożyska silnika do ziemi. Rezultatem jest uszkodzenie łożyska, a zakres tego uszkodzenia zależy od wielkości prądu i długości czasu przepływu prądu. Uszkodzenie, zwane uszkodzeniem przez łuk elektryczny, przyjmuje zazwyczaj postać niewielkich wżerów i mikrospawów na powierzchni bieżni łożyska i elementów tocznych, których skutkiem jest przedwczesne uszkodzenie łożyska.
– Jednym ze sposobów na eliminację uszkodzeń powodowanych przez łuk elektryczny jest zastosowanie w łożysku ceramicznych powłok lub ceramicznych elementów tocznych, zapewniających izolację elektryczną od wału. Powłoki ceramiczne są często nakładane przy pomocy natrysku plazmowego. Powłoka ceramiczna jest wykańczana przy pomocy żywicy akrylowej, uszczelniającej powierzchnię i zapobiegającej wnikaniu wilgoci. Powłoka taka zapewnia także ochronę przed silnymi zasadami i wysokimi temperaturami, występującymi podczas mycia taboru kolejowego – zdradza Tony Syncott.
Trwałość łożyska, przy założeniu, że zostało ono poprawnie dobrane do zastosowania, jest często determinowana przez reżim smarowania i to, jak budowa łożyska zapewnia wystarczający dopływ środka smarnego do wszystkich elementów tocznych. Do poprawy wytrzymałości łożyska i przepływu środka smarnego, które to parametry muszą być uważnie dobrane do każdego zastosowania łożyska, można wykorzystać analizę elementów skończonych i obliczeniową mechanikę płynów.
Trwałość dzięki odpowiedniej konserwacji
Program konserwacji powinien uwzględniać środowisko pracy oraz możliwości dostępu do urządzeń. Poprawiając uszczelnienie i optymalizując technikę smarowania można wydłużyć okres konserwacji tak, aby zgrać go z przeglądami innych komponentów, takich jak łożyska kół. Umożliwia to uzyskanie przez klientów znaczących oszczędności związanych z kosztami utrzymania i przerwami w produkcji.
Kluczem do optymalizacji budowy łożysk jest zrozumienie zastosowania i środowiska, przy jednoczesnym dysponowaniu zdolnością do wykorzystania wiodących materiałów i kontroli jakości. NSK opracowała swoją unikatową stal o dużej trwałości – stal Z – która znacząco zwiększa trwałość łożysk w porównaniu do łożysk ze stali standardowej. Stal tę połączono z poprawionym smarowaniem związanym ze zmienioną konstrukcją koszyków i poprawionym uszczelnieniem, jak również powłokami ceramicznymi i żywicznymi. Końcowym rezultatem są łożyska o wysokiej jakości, wytwarzane do silników elektrycznych stosowanych we wszystkich środowiskach i aplikacjach.
Fot.: NSK
