Kiedy następuje przedwczesne uszkodzenie łożyska pracującego w krytycznym elemencie danego urządzenia, specjalista z działu konserwacji wie, że usterka ta oznacza coś więcej niż tylko to, co widać gołym okiem. Dla niewprawnego obserwatora jest to po prostu uszkodzone łożysko. Jednak przedwczesne uszkodzenie łożyska jest sygnałem istnienia innych problemów, które – pozostawione bez działań naprawczych – spowodują powtórne wystąpienie tego samego uszkodzenia.
Zrozumienie istoty uszkodzenia łożyska
Rozsądną praktyką po pojawieniu się przedwczesnego uszkodzenia łożyska jest przekazanie uszkodzonego łożyska do analizy w celu określenia przyczyn powstałego defektu. Analizy tego typu mogą pomóc służbom utrzymania ruchu w wykryciu podstawowej przyczyny usterki łożyska oraz określeniu działań zmierzających do eliminacji takich zjawisk w przyszłości.
Niejednokrotnie łożysko pracujące w niewłaściwych warunkach wykazuje oznaki nieprawidłowości w zakresie smarowania (fot. 1). Przyczyną może być tu sam środek smarny, lecz u podstaw uszkodzenia może leżeć niewłaściwe dosyłanie smaru, sposób konserwacji lub niewłaściwy rodzaj smarowania.
Fot. 1. Łożysko narażone na niesprzyjające warunki pracy często sygnalizuje uszkodzenia wynikające z niewłaściwego smarowania.
Fot. 2. Łuszczenie się bieżni łożyska jest ostatnim stopniem zniszczenia łożyska przed awarią.
Aby zrozumieć konieczność przeprowadzenia dodatkowej analizy, musimy zdawać sobie sprawę, że nieprawidłowe warunki pracy powodują często powstawanie nadmiernego ciepła w łożysku. Nagromadzenie ciepła powoduje zmniejszenie lepkości środka smarnego, przez co zmniejsza się grubość warstwy płynu oddzielającej powierzchnie robocze łożyska. Skutkiem tego dochodzi do bezpośredniego kontaktu części metalowych i uszkodzenia łożyska.
Uszkodzona powierzchnia a także zwiększone tarcie wynikające z bezpośredniego kontaktu części metalowych przyczyniają się do dalszego podniesienia temperatury roboczej łożyska, zmniejszając przez to jeszcze bardziej lepkość środka smarnego oraz grubość warstwy płynu. Dalsza eksploatacja w takich warunkach naraża łożysko na poważne niebezpieczeństwo i prowadzi do jego uszkodzenia. W takich wypadkach łatwo o niewłaściwą diagnozę wskazującą na smarowanie jako źródło problemu.
Po uszkodzeniu łożyska następuje określona sekwencja zdarzeń. Wyszkolony pracownik dokonujący analizy jest w stanie odczytać owe zdarzenia. Często proces dochodzenia do głównej przyczyny uszkodzenia danego łożyska jest czynnością stosunkowo prostą.
Ale nie każda analiza jest prosta. Czasem trudno określić rodzaj lub rodzaje usterek na podstawie poważnie uszkodzonego łożyska. Im większą ilość informacji na temat danego łożyska, sposobu jego wykorzystania oraz historii ma do dyspozycji przeprowadzający analizę, tym większe są szanse na wykrycie przyczyny usterki. Historia łożyska w formie danych dotyczących monitorowania warunków pracy stanowi cenny dokument i przyśpiesza proces analizy.
Będąc wyposażonym w możliwie dużą ilość dostępnych informacji archiwalnych, doświadczony analityk może systematycznie realizować zadanie określenia przyczyny uszkodzenia, na podstawie możliwej do zaobserwowania charakterystyki uszkodzonego łożyska. Po określeniu przez osobę przeprowadzającą analizę przyczyny uszkodzenia, dział służb utrzymania ruchu jest w znacznie lepszej sytuacji, jeśli idzie o wprowadzenie zmian w celu zwiększenia okresu trwałości użytkowej świeżo wymienionego łożyska.
Fot. 3. Predictive maintenance tools include portable data logger/analyzers.
Właściwie zinterpretowane dane pochodzące z monitorowania warunków pracy, które ułatwiają analitykowi dochodzenie do przyczyny uszkodzenia łożyska, mogą być również wykorzystane do zapobiegania powstawaniu defektów, zanim dojdzie do ich rzeczywistego występowania. Dane te mogą też być uważane za sygnał świadczący o konieczności wymiany danego łożyska zanim nastąpi jego całkowita awaria (fot. 2), której rozmiary spowodują prawdopodobnie zatarcie ważnych śladów niezbędnych do określenia głównej przyczyny nadciągającego defektu.
Prognozowanie ewentualnego uszkodzenia
Istnieje wiele technik prognozowania usterek, o różnych poziomach zaawansowania, umożliwiających zlokalizowanie zwyrodnienia w obrębie danego łożyska, zanim nastąpi jego trwałe uszkodzenie. Poniżej omówiono w zarysie najbardziej popularne techniki.
Analiza drgań może być stosowana do określania oraz analizowania stanu różnych łożysk zawierających elementy toczne. Na podstawie analizy charakterystycznych cech drgań łożyska specjalista może precyzyjnie określić przyczynę uszkodzenia łożyska w czasie jego pracy. Wszelkie nietypowe charakterystyki wytwarzane w zakresie jednej z podejrzanych częstotliwości winny skłaniać do natychmiastowego podjęcia stosownych działań.
Współczesne instrumenty do analizy drgań obejmują przenośne rejestratory lub analizatory danych posiadające funkcje wykrywania, analizy oraz korekcji nieprawidłowości występujących w urządzeniach mechanicznych (rys. 3). Analiza częstotliwości umożliwia nakładanie na uzyskane widma częstotliwości łożyska świadczących o wadliwej pracy – w celu ułatwienia określenia defektu urządzenia lub części składowej.
Komputery przenośne stanowią wsparcie dla obsługi konserwacyjnej prowadzonej przez operatorów. Systemy o dostępie bezpośrednim umożliwiają stałe monitorowanie łożysk i innych części składowych. Oprogramowanie analityczne o wysokim stopniu zaawansowania zapewnia właściwe zarządzanie, operowanie i analizę danych dotyczących stanu urządzeń.
Analiza środka smarnego może ujawnić – na podstawie ilości obecnych w oleju zanieczyszczeń – stan łożyska smarowanego w układzie ze statyczną miską olejową albo przez obieg oleju. Poza udzieleniem wskazówki na temat stanu części składowych łożyska, wyniki analizy stanowią również wskaźnik dotyczący ewentualnej degradacji oleju w systemie smarowania. Informacje te mogą być wykorzystywane do podjęcia decyzji o wymianie oleju w układzie, intensyfikacji obsługi w zakresie smarowania albo wymianie łożyska.
Monitorowanie temperatury – choć umożliwia przewidywanie grożących problemów związanych z łożyskiem – nie oddaje rzeczywistego stanu komponentów łożyska tak dokładnie, jak monitorowanie drgań czy analiza środka smarnego.
Zwiększona temperatura łożyska oddziałuje na lepkość środka smarnego i może prowadzić do uszkodzenia łożyska. Z tego względu fachowiec od konserwacji – zdając sobie sprawę z faktu, że łożyska działają w określonym zespole, nie zaś w izolacji – powinien podjąć działania na rzecz określenia przyczyny przegrzewania się łożysk oraz spróbować naprawić zaistniałą sytuację.
Przyczyny uszkodzeń łożysk
Istnieją cztery powszechnie występujące przyczyny przedwczesnych uszkodzeń łożysk: niedostateczne smarowanie, zmęczenie materiału, wadliwy montaż oraz zanieczyszczenie.
Niedostateczne smarowanie, wraz z błędami w określaniu specyfikacji łożysk do zakupu, przyczyniają się do 36% przedwczesnych uszkodzeń łożysk. O ile o łożyskach uszczelnionych na cały okres użytkowania można zapomnieć po ich zainstalowaniu, każde inne łożysko pozbawione odpowiedniego smarowania ulegnie uszkodzeniu przed końcem okresu swej trwałości użytkowej. Zważywszy, iż łożyska należą często do elementów urządzenia o najtrudniejszym dostępie, zaniedbania w zakresie smarowania przyczyniają się niejednokrotnie do pogorszenia wspomnianego problemu.
Tam, gdzie niemożliwa jest konserwacja ręczna, można instalować w pełni zautomatyzowane systemy smarowania zapewniające dosyłanie do łożyska środka smarnego we właściwej ilości z zachowaniem prawidłowych przedziałów konserwacyjnych. Uszkodzenie może być tu spowodowane zastosowaniem niewłaściwego środka smarnego, mieszaniem smarów, wprowadzeniem niewłaściwej ilości oleju po wymianie bądź użyciem niewłaściwych dodatków.
Zmęczenie materiału jest przyczyną powstawania 34% wczesnych uszkodzeń łożysk. W sytuacji, gdy urządzenia pracują w warunkach obciążenia, niewyważenia lub niewłaściwego ustawienia geometrii układu, konsekwencje tego ponoszą łożyska. Owe nieprawidłowe warunki powodują nieprzewidziane obciążenia łożysk, które mogą szybko przyczynić się do dramatycznego skrócenia okresu żywotności.
Może się okazać, że przedwczesne uszkodzenia wynikające ze zmęczenia materiału są rezultatem problemów związanych ze smarowaniem. Większość problemów związanych z warunkami można wykryć na długo przed wystąpieniem uszkodzenia przy zastosowaniu technik związanych z przewidywaniem lub monitorowaniem warunków. Często daje się przeprowadzić dokładną analizę oraz działania naprawcze przed wystąpieniem awarii, uszkodzenia urządzenia i dużych strat produkcyjnych.
Wadliwy montaż jest przyczyną ok. 16% wszystkich przedwczesnych uszkodzeń łożysk. Personel serwisu powinien być przeszkolony w zakresie doboru i używania właściwych narzędzi. Dla przykładu – zamontowanie łożyska może się wiązać z koniecznością zastosowania metod mechanicznych, hydraulicznych bądź termicznych, w celu zapewnienia prawidłowego montażu lub demontażu.
Do użytkowników łożysk należy wybór dotyczący zorganizowania szkolenia dla własnego personelu bądź zlecania montażu firmom zewnętrznym. I w jednym, i w drugim przypadku dobra jakość montażu łożysk przy użyciu specjalistycznych narzędzi i technik stanowi właściwy krok w kierunku uzyskania maksymalnie długiego czasu sprawności urządzenia. Niewłaściwie dobrana technika montażu może doprowadzić do uszkodzeń wynikających z braku równowagi obciążeń, złego osiowania bądź niewłaściwego rozkładu obciążeń wewnątrz łożyska.
Zanieczyszczenie ma wpływ na 14% przedwczesnych uszkodzeń łożysk. Użytkownicy mają do dyspozycji rozwiązania w zakresie uszczelnień, które można dostosować na zamówienie do zastosowań w najcięższych warunkach pracy. Typowe uszkodzenia mogą wynikać tu z nadmiernego zużycia, nieprawidłowych obciążeń powierzchniowych (spowodowanych przez wgniecenia powstałe skutkiem działania odłamków ciał stałych) bądź korozji wywołanej zanieczyszczeniem przez płyny takie jak np. woda.
Podejście systemowe
Służby utrzymania ruchu winny spojrzeć na sprzęt i urządzenia w swych zakładach jako na systemy działające w specyficznych środowiskach i wymagające wsparcia przez specjalistyczne praktyki operacyjne. Spojrzenie to powinno być szersze, wykraczające poza obręb samych łożysk. Należy wprowadzić praktyki monitorowania warunków pracy oraz konserwacji zapobiegawczej, jak również programy konserwacji naprawczej – ustawiania geometrii urządzeń, precyzyjnego wyważania, zarządzania smarowaniem oraz analizy łożysk, by wymienić kilka z nich – nastawione na eliminację głównych przyczyn uszkodzeń łożysk. W firmach, gdzie istnieją ograniczenia w zakresie zasobów lub szkolenia, zlecanie tego typu usług firmom zewnętrznym w celu uzupełnienia specjalizacji wewnętrznych może pomóc w przyśpieszeniu realizacji programu ukierunkowanego na niezawodność.
Więcej informacji
Aby uzyskać więcej informacji na temat uszkodzeń łożysk, monitorowania oraz szkolenia w zakresie kontroli, prosimy o kontakt z SKF Reliability Maintenance Institute (Instytut Konserwacji i Niezawodnego Działania SKF) pod adresem skfusa.com/rmi/.
Autor: Joe Conyers, instruktor ds. konserwacji i niezawodnego działania łożysk
