Osiowanie wałów z uwzględnieniem dopuszczalnych granic tolerancji odgrywa istotną rolę w prawidłowej pracy maszyn przemysłowych. Stąd też działania w tym zakresie powinny być przeprowadzone szybko, a co najważniejsze, skutecznie.
Inżynierowie są zgodni co do tego, że niewłaściwie wyosiowane wały są uznawane za przyczynę większości problemów z działaniem maszyn. Mówi się nawet, że błędnie wyosiowany wał jest powodem około 50% wszystkich awarii. W dużej mierze wynika to z tego, że rozosiowanie powoduje znaczne obciążenie wałów w efekcie reakcji na siły powstające wewnątrz sprzęgła. Na przykład awarie i nieplanowane przestoje układów elektromaszynowych z silnikami indukcyjnymi wynikają przede wszystkim ze stanu łożysk, usterek w izolacji uzwojeń, niewłaściwego wyważenia, nieosiowości i luzów związanych z ruchem wirnika oraz niesymetrii szczeliny pomiędzy stojanem a wirnikiem. W następnej kolejności wymienia się skrzywienie wałów silników, stan fundamentów oraz usterki konstrukcji wsporczych i mocowania.
Symptomy i skutki
Na niewłaściwe wyosiowanie wału wskazuje przynajmniej kilka zjawisk. Stąd też sprawdzenie maszyn pod kątem prawidłowej pracy osi powinno być podstawą bieżących przeglądów. Warto więc zwrócić uwagę na podwyższone drgania, przedwczesne uszkodzenie łożysk, wytarcia uszczelnień, uszkodzenia sprzęgieł, wzrost mimośrodowości wirników oraz pogorszenie sprawności niektórych maszyn w efekcie powiększania się luzów. Istotne są również przedwczesne awarie uszczelnień i sprzęgieł. Łożyska mogą mieć przy tym podwyższoną temperaturę. O niewłaściwym wyosiowaniu świadczyć może również poluzowanie śrub mocujących oraz podwyższone zużycie energii elektrycznej. Mówiąc o energii, warto również wspomnieć, że prawidłowe wyosiowanie eliminuje tarcie.
Dzięki prawidłowej osi wałów częstotliwość napraw uszczelnień zmniejsza się o ok. 65%. Pomiędzy rozosiowaniem promieniowym a trwałością uszczelnień specjaliści zauważyli związek, że im większe rozcentrowanie promieniowe, tym krótsza jest trwałość uszczelki.
Błędy przy osiowaniu
Nowoczesnymi urządzeniami, które są używane do osiowania wałów, najczęściej są przyrządy laserowe. W wielu fabrykach zastosowanie znajdują jeszcze przyrządy tradycyjne, czyli zegarowe. W przypadku tych urządzeń ryzyko popełnienia błędu podczas regulacji jest większe. Pamiętać należy, że pomiar za pomocą tradycyjnych mierników wymaga od użytkowników doświadczenia. Istotne jest, aby ugięcie uchwytu czujnika, niezależnie od jego sztywności, było zawsze zmierzone przed wykonaniem pomiarów.
Zwraca się uwagę, że na wynik pomiarów może mieć wpływ osiowy luz wału. Kluczową rolę odgrywa właściwe zamontowanie czujnika zegarowego. Powinien być on bowiem zainstalowany prostopadle do osi. W przeciwnym wypadku wskazania mogą być niedokładne. Nie bez znaczenia przy pomiarze pozostaje również czynnik ludzki. Przykładów w tym zakresie jest wiele. Najistotniejszy z nich to odczyt wyników z pomiarów przy niewłaściwym oświetleniu lub w trudnych warunkach. Zwraca się uwagę na niską dokładność przyrządów zegarowych. Błąd ich odczytu może wynieść do 0,005 mm. W kalkulacji końcowej błąd osiąga nawet 0,04 mm. Problem podczas diagnostyki stanowi również zakleszczenie albo skok wskazówki. Niejednokrotnie zdarza się również, że niewielka niedokładność jest niezauważana. Często wynika ona z luzu w połączeniu mechanicznym zegara.
Cechy przyrządów
Cechą nowoczesnych przyrządów do osiowania wałów jest prowadzenie krok po kroku użytkownika przez proces pomiaru. Zyskuje się nie tylko stwierdzenie rozosiowania w maszynie, ale również wskazówki co do liczby podkładek regulacyjnych i miejsc ich montażu. Urządzenie automatycznie obliczy, ile należy usunąć lub dodać podkładek regulacyjnych tak, aby maszyna została wyosiowana w kierunku pionowym. W momencie gdy wał zostanie obrócony do osiowania poziomego, system w sposób automatyczny przejdzie do wyświetlania wartości rzeczywistych.
W budowie niektórych laserowych przyrządów do osiowania wałów najczęściej uwzględnia się dwie głowice pomiarowe, dwie liniowe wiązki laserowe zamiast punktowych oraz odbiorniki CCD o długości 30 mm. Tym sposobem nie ma potrzeby przeprowadzania zgrubnego osiowania. W technologiach bazujących na jednej wiązce lasera niezbędne jest zgrubne osiowanie oraz ponowna regulacja po każdej procedurze wyrównywania.
Na uwagę zasługuje wysoki poziom dokładności głowic pomiarowych. Odczyty przeprowadza się w trzech pozycjach przy zachowaniu minimalnego obrotu wynoszącego 45°. W niektórych urządzeniach przewidziano możliwość próbkowania do 40 odczytów dla każdej pozycji, co daje 120 punktów do obliczeń rozosiowania maszyny. Istotne są również czujniki CCD z kontrolą jakości sygnału cyfrowego. Tym sposobem zyskuje się zwiększenie poziomu dokładności przy pomiarze.
Komfort pracy na obiektach z pewnością poprawi system zarządzania zasilaniem. Przyrząd w sposób automatyczny zapisuje wszystkie krytyczne dane, przechodząc w tryb oszczędzania energii. Działanie jest wznawiane od tego momentu, w którym doszło do zapisu danych przed wyłączeniem systemu.
Co na rynku
Decydując się na nabycie laserowego przyrządu do osiowania wałów, warto zwrócić uwagę na możliwość wyboru urządzenia, które jest ściśle dostosowane do potrzeb użytkowników. Na przykład firma Pruftechnik laserowe przyrządy oferuje z uwzględnieniem czterech poziomów osiowania. Pierwszy poziom obejmuje podstawowe osiowanie wałów. Pamiętać należy, że wraz z rosnącymi potrzebami pomiarowymi system wyposaża się w dodatkowe funkcje. Przy wyborze można również uwzględnić zaawansowany laserowy system pomiarowy, cechujący się budową modułową. Dodatkowo istnieje możliwość wzbogacenia urządzenia o pomiary geometryczne. Firma Pruftechnik oferuje również eksperckie oraz zaawansowane systemy laserowego osiowania. Oferowane są też urządzenia przeznaczone do pracy w strefie zagrożonej wybuchem.
Dużym uznaniem cieszy się przyrząd o symbolu TKSA 40 z oferty firmy SKF. Funkcjonalność urządzenia pozwala na łatwe osiowanie wstępne. Jest ono istotne w przypadku maszyn, gdzie występuje duża niewspółosiowość. Oczywiście w przyrządzie przewidziano sprawdzenie tzw. miękkiej stopy. Kluczowe pozostaje bowiem stwierdzenie, czy maszyna stoi równomiernie na wszystkich punktach podparcia. Pamiętać należy, że równomierne ustawienie maszyny jest niezbędne do prawidłowego wyosiowania. Ważna pozostaje możliwość szybkiego pozycjonowania jednostki pomiarowej, dzięki wbudowanym poziomnicom spirytusowym.
Firma Elos Fixturlaser AB oferuje z kolei lekkie, przenośne urządzenie do osiowania wałów, które jest mocowane na przedramieniu użytkownika. Tym sposobem operator ma wolne ręce podczas pracy. Jednak pomimo niewielkich rozmiarów przyrząd cechują rozbudowane możliwości pomiarowe. Jego cechy użytkowe to przede wszystkim prosta obsługa, animowany interfejs graficzny oraz radiowa transmisja danych. Nie bez znaczenia pozostaje również automatyczna rejestracja punktów pomiarowych.
W urządzeniu do osiowania wałów Easy Laser D450 z oferty firmy AS Instrument Polska przewidziano podział na bloki funkcjonalne. Stąd też jest możliwe przede wszystkim osiowanie w układzie poziomym metodą 9-12-3. Odpowiedni program sprawdzi, czy maszyna spoczywa na wszystkich stopach. Tym samym użytkownik jest informowany o punktach podparcia, które muszą być skorygowane. Przydatne jest sprawdzenie wartości kątowej i przesunięcia w zależności od wybranej tolerancji. W sposób graficzny przyrząd informuje, kiedy osiowanie mieści się w określonym przedziale. Podczas prac w otoczeniu maszyn warto skorzystać z zaawansowanego filtra elektronicznego. To właśnie dzięki niemu zyska się dokładne wyniki nawet podczas silnych drgań.
Podczas osiowania warto zadbać o odpowiednie podkładki. To właśnie dzięki nim zyska się dokładne ustawienie węzłów łożyskowych, silników i maszyn. Najczęściej są one wykonywane z materiałów nierdzewnych. Warto zwrócić uwagę na możliwość zastosowania gotowych podkładek oraz elementów o nietypowych wymiarach, które są dostępne na zamówienie. Wbrew pozorom zarówno czas, jak i koszt dorabiania podkładek z odpowiedniego materiału jest wyższy w porównaniu do ceny nabycia elementów gotowych. Zastosowanie podkładek o niskiej jakości może pogorszyć efekty precyzyjnego osiowania.
Osiowanie na zlecenie
Fabryki, szczególnie te o mniej rozbudowanych działach utrzymania ruchu, bardzo często zlecają osiowanie wałów za pomocą specjalistycznych przyrządów firmom zewnętrznym. Przy wyborze firmy tego typu warto sprawdzić jej doświadczenie w określonej branży. Usługa powinna bowiem poprawić efektywność, dokładność, jakość oraz zmniejszyć koszty eksploatacji i produkcji. Na przykład firma Motormonitor, przeprowadzając stałą analizę stanu dynamicznego maszyny, jest w stanie prognozować i planować najbardziej korzystny dla fabryki moment zatrzymania produkcji. Na potrzeby działów utrzymania ruchu firma ta może przeprowadzić szkolenie z zakresu osiowania sprzęgieł i przekładni. Standardowe szkolenie obejmuje zagadnienia związane z podstawowymi typami sprzęgieł oraz ich cechami. Nie mniej istotne w tematyce szkolenia pozostają skutki braku współosiowości. Są również omawiane metody pomiarowe, a także narzędzia i procedury stosowane podczas osiowania wałów.
Oferowane na rynku usługi w zakresie obsługi maszyn obejmują również szereg innych działań, które bezpośrednio towarzyszą osiowaniu wałów. Przede wszystkim chodzi o klinowanie i zabezpieczanie silników wysokoprężnych, turbin, skrzyń przekładniowych, generatorów, silników elektrycznych, pomp, łożysk i wciągarek. Przy klinowaniu niejednokrotnie używa się uniwersalnych, nastawialnych podstawek lub podkładek, które są odlewane z tworzywa sztucznego. Warto również zwrócić uwagę na pomiary geometryczne. Chodzi przede wszystkim o właściwości, takie jak prostoliniowość, poziomowanie, współosiowość otworów, a także prostopadłość i równoległość.
Autor: Damian Żabicki
