Prawidłowa praca każdej maszyny wymaga prowadzenia odpowiednich czynności diagnostyczno-serwisowych dotyczących łożysk. W zakres tych działań wchodzi właściwe przechowywanie tych elementów, a także zastosowanie odpowiednich narzędzi do diagnostyki i monitorowania ich pracy.
Spektrum zastosowania łożysk jest bardzo szerokie, co wynika z tego, że praktycznie nie ma maszyny, w której konstrukcji nie byłoby elementów łożyskowanych. Dostępne są więc łożyska wykonane z różnych materiałów, preferowane do określonych zastosowań.
Przed wyborem – nowoczesne technologie
Analizując ofertę rynkową tych elementów, należy zwrócić uwagę na łożyska ceramiczne, a w szczególności na łożyska z ceramicznymi elementami tocznymi (hybrydowe) oraz modele całoceramiczne. Jako zalety rozwiązań tego typu wymienia się lepsze zachowanie kinematyczne oraz niższe temperatury robocze. Szacuje się, że trwałość łożysk ceramicznych jest o ok. 3 razy większa w porównaniu z modelami stalowymi.
Elementy toczne łożysk ceramicznych najczęściej wykonuje się z azotku krzemu. Jednak należy pamiętać, że właściwości fizyczne tego materiału znacznie różnią się od ceramiki, która jest powszechnie używana. W ceramice do zastosowań przemysłowych azotek krzemu cechuje się wysoką jakością.
Ceramika tego typu jest twarda, wytrzymała i odporna na działanie czynników mechanicznych. Łożyska ceramiczne osiągają większe prędkości obrotowe przy niższym tarciu, co uzyskano dzięki masie azotku krzemu wynoszącej tylko 40% ciężaru kulek stalowych. Siła odśrodkowa jest więc mniejsza. Nie bez znaczenia pozostaje przy tym wspomniane już zmniejszone tarcie i niższa temperatura pracy. Tym sposobem uzyskano większe prędkości obrotowe. W łożyskach hybrydowych jest możliwe gwałtowne przyspieszanie i zwalnianie. Ceramika w porównaniu do stali ma o ok. 30% mniejszą rozszerzalność cieplną oraz przenosi ciepło, nie wymagając smarowania nawet w najtrudniejszych warunkach pracy.
W aplikacjach, gdzie konwencjonalne smarowanie nie powinno albo nie może być stosowane, przydatne będą łożyska bezsmarowe. Chodzi przede wszystkim o maszyny i technologie, które wymagają szczególnej czystości, a także o takie aplikacje, w których za stosowaniem łożysk bezsmarowych przemawiają wymagania w zakresie odporności na działanie agresywnych cieczy i gazów. Dotyczy to także maszyn, w których po prostu tradycyjne smarowanie jest znacznie utrudnione. Doskonałym przykładem i obszarem zastosowań łożysk bezsmarowych będzie zatem np. przemysł lotniczy. Łożyska tego właśnie typu niejednokrotnie są używane w wyposażeniu samolotów, szczególnie w miejscach o trudnym dostępie oraz narażonych na działanie niskiej temperatury i zanieczyszczeń powietrza.
Przechowywanie łożysk
Odpowiednich warunków przechowywania wymagają przede wszystkim łożyska wielkogabarytowe. Dla zapewnienia ich ochrony używana jest specjalna taśma tekstylna. Zwraca się uwagę, aby łożysk tego typu nie przechowywać w pozycji pionowej. W przypadku gdy łożysko zostanie zabrudzone, trzeba je umyć, po czym zabezpieczyć przed korozją smarem lub olejem. Istotne jest, że w wielu łożyskach przewiduje się ograniczony okres przechowywania.
W miejscu, gdzie przechowywane są łożyska, nie mogą występować wstrząsy. Ważne jest oddalenie miejsca przechowywania łożysk od agresywnych środków chemicznych, takich jak chociażby nawozy sztuczne, wapna chlorowane, amoniaki czy też kwasy. Należy zapewnić temperaturę mieszczącą się pomiędzy 5-25°C, przy wilgotności nie większej niż 70%. Trzeba zadbać o to, aby łożysko było w oryginalnym opakowaniu, które przewiduje odpowiedni środek smarny.
Wykrywanie usterek w łożyskach
Bardziej zaawansowane metody diagnostyczne łożysk bazują na analizie drgań. Zaletą takiej metody jest pozyskanie informacji na temat przyczyn awarii.
Podczas prac związanych z wykrywaniem usterek w łożyskach serwisanci działów utrzymania ruchu niejednokrotnie używają stetoskopów elektronicznych. To właśnie urządzenia tego typu pozwalają na określenie stanu węzła łożyskowego. W tym przypadku uwzględniana jest metoda subiektywna lub obiektywna, która pozwala na określenie prawdopodobnego terminu awarii w oparciu o analizę trendu zmian wielkości drgań.
Rzecz jasna, podczas diagnostyki łożysk z pewnością nie zabraknie tradycyjnych urządzeń i elementów, jak chociażby mierniki temperatury, w tym, pirometry, pióra wibrometryczne, szczelinomierze, czy też sprawdziany stożków trzpieni.
Monitorowanie pracy
Na rynku dostępne są systemy, które pozwalają na ciągłe monitorowanie stanu maszyn, w tym łożysk, dzięki wykrywaniu zmian temperatury i drgań. Nowoczesne systemy tego typu bazują na bezprzewodowej technologii wymiany danych, a pomiar temperatury oraz drgań przeprowadzany jest w dwóch osiach. Montaż odpowiednich czujników odbywa się na dwa sposoby, czyli za pomocą magnesu lub gwintu. Specjalne oprogramowanie pozwala na konfigurowanie poziomów alarmowych temperatury i drgań. Do zwiększenia uniwersalności systemu z pewnością przyczyni się możliwość wielu konfiguracji połączeń.
Korzyści wynikających ze stosowania tego typu urządzeń jest wiele. Jeżeli łożyska, koła zębate czy inne ważne punkty maszyny wykazują oznaki nadmiernego zużycia, dochodzi do wzrostu drgań i temperatury wybranych podzespołów. System monitorujący nie tylko wykrywa, lecz także alarmuje o przekroczeniu krytycznych wartości.
Systemy tego typu zapewniają też wczesne ostrzeganie o potencjalnych awariach w maszynach. Dzięki temu systemy monitorowania maszyn dobrze sprawdzają się przy diagnostyce silników, wentylatorów, skrzyń biegów, przekładni, łożysk, pomp itp. Zapewniają one możliwość wczesnego zainicjowania działań korygujących i zapobiegawczych, co pozwala zapobiegać nagłemu uszkodzeniu podzespołu. Dzięki temu zmniejszeniu ulega liczba awarii, drogich napraw oraz wydłużonych przestojów.
Urządzenia i systemy tego typu sprawdzają się w trudnych warunkach, nawet w przypadku najbardziej wymagających aplikacji. Ich zaletą jest ponadto łatwa instalacja i obsługa urządzenia, która nie musi być poprzedzona specjalistycznym szkoleniem z zakresu analizy drgań.
Jak zatem wygląda typowa architektura systemu monitorowania? Składa się ona z wielu nadajników oraz przynajmniej jednego odbiornika/przekaźnika. Każdy z nadajników stanowi w pełni niezależne urządzenie, w którym przewidziano własne zasilanie, a także układ elektroniczny i czujniki. Ważne jest, aby nadajnik przylegał bezpośrednio do maszyny. Dane dotyczące wielkości drgań oraz temperatury są przesyłane do odbiornika/przekaźnika, koncentratora danych pomiarowych drogą radiową. Kluczową rolę odgrywa również sam odbiornik/przekaźnik. Typowe urządzenie tego typu jest w stanie współpracować maksymalnie z 99 nadajnikami. Odbiornik podłącza się do komputera, a za pomocą specjalistycznego oprogramowania można wyświetlać pomiary w czasie rzeczywistym. Do funkcjonalności aplikacji komputerowej zalicza się również uruchamianie alarmów z chwilą przekroczenia wartości progowych. Z pewnością przydatne rozwiązanie, w warunkach przemysłowych, stanowi możliwość przesyłania do wybranych osób wiadomości pocztowych lub SMS-ów. W bardziej rozproszonych systemach odbiornik jest w stanie realizować funkcję przekaźnika. Odpowiedzialny jest więc za przedłużanie zasięgu bazującej na technologii bezprzewodowej sieci wymiany danych.
Przykładowy system – Status Check z oferty firmy Timken – przesyła dane w paśmie 2,4 GHz ISM przy zasięgu do 1 km (w otwartej przestrzeni). Częstotliwość wysyłania pomiarów może być parametryzowana z uwzględnieniem pięciu ustawień użytkownika. Poszczególne urządzenia systemu są w stanie pracować w temperaturze od -40° do 230°C. Obudowa wykonana jest z tworzywa sztucznego o stopniu ochrony IP 67. Połączenie z komputerem bazuje na standardach RS-232, USB lub Ethernet.
Autor: Damian Żabicki – dziennikarz, redaktor, autor tekstów, specjalizujący się w tematyce technicznej i przemysłowej. Specjalista public relations firm z branży technicznej.
Fot. AFMC
