Łożyska wielkogabarytowe znajdują zastosowanie w maszynach hutniczych, a w szczególności w klatkach walcowniczych, maszynach ciągłego odlewania stali oraz w konwertorach. Często uwzględnia się je również w maszynach górniczych, takich jak kombajny węglowe, przenośniki węgla czy maszyny wyciągowe.
Łożyska wielkogabarytowe stosowane są również w przemyśle cementowym, a przede wszystkim w młynach cementu i wapna oraz w kruszarkach.
Nie ma wątpliwości, że termin „łożysko wielkogabarytowe” jest umowny. Przypuszczalnie każdy z producentów, bazując na swojej ofercie, będzie inaczej definiował łożysko wielkogabarytowe, od jakich rozmiarów łożysko można nazwać wielkogabarytowym? Na przykład według firmy SKF z łożyskiem wielkogabarytowym mamy do czynienia w przypadku, gdy jego średnica wewnętrzna przekracza 240 mm.
Co je wyróżnia
Łożyska wielkogabarytowe cechują się specjalną konstrukcją. Oprócz większych sił przenoszą również znaczne momenty poprzeczne. Co zatem odróżnia łożyska wielkogabarytowe od standardowych? Przede wszystkim różnią się geometrią oraz sposobem zabudowy. W szczególności łożyska wielkogabarytowe cechują się wielokrotnie większymi rozmiarami. Istotna jest również duża liczba elementów tocznych. Inny jest rodzaj i wzajemne relacje przenoszonych obciążeń zewnętrznych. Przede wszystkim są to siły osiowe, promieniowe oraz znaczne momenty wywracające. Różnice dotyczą także gatunków używanych materiałów i ich obróbki cieplnej. Nie zawsze podczas pracy łożysk wielkogabarytowych używany jest ich pełny obrót.
Łożyska wieńcowe
Łożyska wieńcowe stanowią dobry przykład łożysk wielkogabarytowych. Ich średnica osiąga powyżej 30,3 m. Elementy tego typu charakteryzują się tym, że pierścienie łożyskowe są tak ukształtowane, iż możliwe jest ich mocowanie za pomocą śrub bezpośrednio do dwóch części nośnych maszyny. Bardzo często jeden z pierścieni stanowi wieniec zębaty (stąd pochodzi nazwa tego łożyska). Gdzie zatem znajdują zastosowanie łożyska wieńcowe? Przede wszystkim są używane do łożyskowania wolnoobrotowych, wysoko obciążonych części wielkogabarytowych maszyn roboczych. Jako największą zaletę łożysk tego typu wymienia się zwartą budowę, co jest szczególnie istotne w łożyskowaniu maszyn mobilnych. Do zalet łożysk wieńcowych należy zaliczyć także prosty montaż i demontaż. Nie bez znaczenia pozostaje zmniejszenie oporów ruchu, a także możliwość przenoszenia (obok obciążeń osiowych i promieniowych) momentów działających w płaszczyznach przechodzących przez oś wzdłużną łożyska. Łożyska wieńcowe cechuje bardzo duża obciążalność i niskie robocze prędkości obrotowe (od 5 do 15 obr./min), a co za tym idzie oblicza się je jedynie na obciążenia statyczne.
Łożyska wieńcowe są zróżnicowane pod względem budowy. Stąd też o rodzaju łożyska decyduje kilka ważnych czynników. Jest to forma wieńca zębatego, konstrukcja bieżni, rodzaj elementów tocznych, a także liczba rzędów elementów tocznych, szeregów elementów tocznych w rzędzie oraz bieżni współpracujących z elementem tocznym.
Jak wybrać
Dobierając łożysko wielkogabarytowe wieńcowe, w pierwszej kolejności powinny być uwzględnione wymagane wymiary (głównie średnica), rodzaj uzębienia oraz możliwości w zakresie przenoszenia obciążeń zewnętrznych, które działają na łożysko. Oprócz tego należy wziąć pod uwagę sztywność łożyska i wartość luzu osiowego lub momentu obrotowego (oporowego) od sił tarcia łożyska nieobciążonego. Nie bez znaczenia pozostaje położenie uzębienia. Warto zwrócić uwagę na możliwości przeniesienia obciążeń na bieżnie i śruby montażowe na podstawie nomogramów, które najczęściej są opracowywane dla obciążeń statycznych łożyska, minimalnej twardości bieżni, a także dla maksymalnego luzu osiowego dla nowego łożyska i dla siły poziomej.
Istotną rolę odgrywa również odpowiedni dobór śrub montażowych. Również i w tym przypadku wybór można przeprowadzić na podstawie nomogramów oraz rzeczywistych obciążeń, które działają na łożysko. Na nomogramach łożysk znajdują się proste równoległe do siebie. Każdej z tych prostych odpowiada jedna ściśle określona klasa. Chcąc dobrać odpowiednią klasę, należy na nomogram danego łożyska nanieść punkt obciążeń. Istotne jest, aby punkt ten znajdował się pod prostą odpowiadającą dobranej klasie własności mechanicznych śrub montażowych.
Nie bez znaczenia jest również ustalenie momentu obrotowego, działającego na uzębienie. Ważne jest, aby uwzględnić wartość momentów obrotowych pochodzących od przyspieszeń lub opóźnień. Należy przewidzieć możliwość wystąpienia niedokładności przy wypoziomowaniu maszyny lub urządzenia oraz wpływ sił pochodzących od podmuchów wiatru tam, gdzie są one prawdopodobne.
Przy wyborze łożyska wieńcowego bierze się również pod uwagę jego sztywność, stanowiącą odporność łożyska na odkształcenia kątowe, które spowodowane są działającymi obciążeniami zewnętrznymi. Odpowiednia sztywność powinna być uwzględniona, jeżeli wymagana jest z jednej strony precyzja działania (np. roboty, manipulatory, obrabiarki), a z drugiej dokładność pomiarów. Co zatem wpływa na sztywność łożysk wieńcowych? Przede wszystkim są to czynniki w postaci wartości obciążeń i luzów, liczby rzędów elementów tocznych oraz kształtu elementu tocznego i związanego z nim rodzaju styku z bieżnią.
Użytkowanie i konserwacja
Nie ma wątpliwości co do tego, że na trwałość łożyska wpływają warunki eksploatacyjne. Przede wszystkim chodzi o wielkość obciążeń oraz o jakość i sposób smarowania. Obciążenie elementów tocznych łożyska w dużej mierze wynika z rodzaju realizowanych procesów technologicznych, ruchów roboczych oraz warunków pracy.
Jeżeli do układu bieżnia-element toczny dostanie się zanieczyszczenie, to może być ono przyczyną wcześniejszego zużycia łożyska. W szczególności do jego degradacji przyczynić się mogą twarde zanieczyszczenia. Stąd też podczas czynności konserwacyjnych należy sprawdzić stan osłon. W razie potrzeby bieżnię trzeba oczyścić.
Istotne jest, aby łożyska wielkogabarytowe były użytkowane w zakresie dopuszczalnych obciążeń. Kluczową rolę odgrywa odpowiednie smarowanie, które w dużej mierze przyczynia się do trwałości łożyska. Smarowanie zapewnia przede wszystkim zmniejszenie tarcia, uszczelnia, a zarazem chroni przed korozją. Podczas smarowania należy zapewnić usuwanie z wnętrza zanieczyszczeń: kurzu, pyłu oraz wody rozpylonej lub skondensowanej. Podczas smarowania bieżnia łożyska powinna być wolno obracana po to, aby zapewnić równomierne rozprowadzanie smaru na całym obwodzie. Jak często zatem przeprowadzać smarowanie łożyska wielkogabarytowego? W dużej mierze decydują o tym warunki eksploatacyjne. Na przykład łożyska pracujące w maszynach budowlanych, górniczych i hutniczych będą wymagały częstszego smarowania. Rzecz jasna smarowanie powinno być przeprowadzone przed i po długich okresach przestojów maszyn i urządzeń.
Podczas okresowej kontroli warto sprawdzić moment dokręcenia śrub montażowych, luz osiowy oraz stan uszczelek gumowych. Do sprawdzania momentu dokręcenia śrub montażowych najlepiej użyć klucza dynamometrycznego. Jeżeli łożyska znalazły zastosowanie w maszynach, gdzie występują silne wibracje, należy częściej sprawdzać dokręcenie śrub. Istotne jest, aby podczas tej czynności śruby nie były poddane dodatkowym naprężeniom rozciągającym, które pochodzą od sił zewnętrznych.
Metoda wtrysku oleju
Przy montażu łożysk wielkogabarytowych przydatna może się okazać metoda wtrysku olejowego. Dzięki niej zyskuje się zdecydowanie łatwiejsze osadzenie łożyska na wale. W metodzie tej olej jest wtryskiwany pod wysokim ciśnieniem pomiędzy łożysko i czop łożyska. Tym sposobem wytworzony jest film olejowy, który oddziela współpracujące ze sobą powierzchnie. Efektem jest zatem zmniejszenie tarcia. Metoda bezpośredniego wtrysku oleju najczęściej znajduje zastosowanie podczas montażu łożyska bezpośrednio na czopach stożkowych. Sposób ten często jest używany podczas montażu tulei wciąganych i wciskanych. Rzecz jasna montowane elementy muszą być dostosowane do metody wtrysku oleju. Ciśnienie oleju o określonej wartości wytwarzane jest przez pompę lub dyszę wtryskiwacza oleju. Olej wtłaczany jest pomiędzy elementy za pomocą kanałów i rowków, które powinny być uwzględnione już na etapie projektowania układu łożyskowego.
Pompy hydrauliczne z napędem pneumatycznym THAP są dostępne w trzech różnych wersjach ciśnienia roboczego. Używa się ich do montażu i demontażu dużych elementów łączonych metodą ciśnieniową, takich jak łożyska, koła zamachowe, koła wagonów kolejowych i w wielu innych zastosowaniach. Kompletne urządzenie składa się z wysokociśnieniowej pompy hydraulicznej, napędzanej tłokiem poruszanym za pomocą sprężonego powietrza. Pompy są dostarczane w metalowych walizkach zawierających także przewody olejowe (ssący i powrotny), wyposażone w szybkozłączki.
Autor: Damian Żabicki
