Tribotechnické listy

 

 

Priemyselný výskum v oblasti skúšobníctva valivých ložísk

S rozvojom vývoja a výroby vlastných ložísk súvisí aj potreba hľadať zvýšenie hospodárnosti skúšok z nákladového i časového hľadiska a tiež zníženia negatívnych vplyvov na životné prostredie. Realizáciou priemyselného výskumu nových postupov pre stanovenie parametrov valivých ložísk získa spoločnosť nové poznatky a zručnosti, ktoré po ukončení výskumu budú využité na zavedenie nových postupov umožňujúcich efektívne realizovať experimentálny vývoj a následne výrobu ložísk pod vlastnou značkou.


Stručný popis východiskovej situácie a dôvodov pre realizáciu priemyselného výskumu v oblasti  virtuálneho skúšobníctva

Spoločnosť IMET-AKE s.r.o. založená v roku 1993 a patriaca od roku 2005 do skupiny prepojených podnikov pod názvom IMET Group od svojho vzniku pôsobí na trhu valivých a klzných ložísk. Od roku 2008 sa rozhodlo vedenie spoločnosti sústrediť na rozvoj výroby ložísk následne distribuovaných pod vlastnou značkou AKE. Vzhľadom k veľkej konkurencii v sortimente štandardných ložísk spoločnosť postupne rozširuje komoditu o segment špeciálnych ložísk, čo umožňuje neustále zvyšovať konkurencieschopnosť a vytvárať vyššiu pridanú hodnotu. V segmente špeciálnych ložísk spoločnosť IMET-AKE s.r.o. postupne zavádza na trh inovované produkty a produktové rady vyrábané pod vlastnou značkou.Spoločnosť disponuje vysokokvalifikovanými výskumno-vývojovými pracovníkmi, ktorí sa neustále podieľajú na vlastných i spoločných projektoch v rámci kooperácie s kľúčovými zákazníkmi, súvisiacich s inováciou existujúcich výrobkov a vývojom nových výrobkov podľa špeciálnych požiadaviek zákazníkov.

 


Nutnou podmienkou na zavedenie nového alebo inovovaného produktu, či produktového radu je deklarovanie parametrov predovšetkým životnosti. Všeobecný trend pri špecifikácii valivých ložísk je, že zákazníci požadujú dlhšiu prevádzkovú životnosť a dlhšie intervaly údržby s nulovým počtom chýb. Výroba s nulovým počtom chýb znamená výrobky, ktoré trvalo spĺňajú spoľahlivé opakované vysoké výrobné normy s nízkym spektrom rozmerov, ktoré eliminuje extrémne hodnoty, čím sa zníži vzostup skorých porúch, ktoré môžu nepriaznivo ovplyvniť konštrukčný návrh. Pokiaľ ide o prevádzkovú životnosť, tradične sa životnosť ložísk predikuje podľa základnej trvanlivosti L10. Býva pravidlom, že výber ložiska s vyššou výkonnosťou spočiatku vyžaduje väčšie obstarávacie náklady, v dlhodobom horizonte môžu byť nákladovo efektívne, a to najmä keď sa berú do úvahy celkové náklady na prevádzku. Všeobecne platí, že produkty s vyšším výkonom ponúkajú úspory pri montáži po celkovú dobu životnosti zariadenia a pomáhajú zabrániť skorým poruchám, ktoré môžu byť nákladné. Taktiež ložiská s vyššo kvalitou dávajú viac možností pri navrhovaní, napríklad,  na  zmenšenie  celkových  rozmerov.

 

 

V súčasnosti spoločnosť IMET-AKE s.r.o. realizuje výskum parametrov ložísk klasickým spôsobom, a to fyzickými skúškami na reálnych telesách.S rozvojom vývoja a výroby vlastných ložísk súvisí aj potreba realizovať priemyselný výskum nových postupov pre stanovenie parametrov. V júni 2012 začala spoločnosť realizovať výskumný projekt s finančnou podporou štrukturálnych fondov. Zrealizovaním projektu priemyselného výskumu spoločnosť získa nové poznatky a zručnosti, ktoré po ukončení projektu využije na zavedenie nových postupov umožňujúcich hospodárne realizovať experimentálny vývoj a následne výrobu ložísk pod vlastnou značkou AKE.


Posúdenie hospodárnosti skúšok a vplyvu na životné prostredie v prípade aplikácie nových postupov stanovovania parametrov valivých ložísk
Pri vývoji nových typov ložísk je stanovenie ich parametrov (statická a dynamická únosnosť, maximálne prevádzkové otáčky, tuhosť atď.), nevyhnutnou súčasťou vývojového postupu. Štandardne používaná metodika pre stanovenie parametrov sa skladá z výpočtovej časti, kde sú parametre ložísk vypočítané pomocou empirických a analytických vzťahov na základe ich fyzikálnych a materiálových parametrov, ktoré sú dané konštrukčným návrhom, alebo sa použije obrátený postup, kedy sa fyzikálne a materiálové parametre stanovia na základe požadovaných parametrov ložísk. Po vyrobení fyzických prototypov nasleduje skúšanie ložísk, kedy sa verifikujú vypočítané parametre. V prípade úspešného absolvovania skúšok je možné ukončiť vývoj ložiska. V opačnom prípade je potrebné sa vo vývojom procese vrátiť do etapy návrhu a so zmenenými fyzikálnymi a/alebo materiálovými parametrami opakovať príslušné vývojové etapy až do úspešného absolvovania skúšok. Toto sa pri zavádzaní významnejších inovácií môže opakovať 3-5 krát.



Opakovanie tohto cyklu je spojené s výrobou určitého počtu prototypov ložísk a ich následným skúšaním. Z časového hľadiska sú najnáročnejšie skúšky trvanlivosti, kde sa zisťuje doba do vzniku pittingu na skúšanej skupine ložísk. Jedným z hlavných cieľov nových postupov pre stanovenie parametrov valivých ložísk je zníženie počtu vývojových cyklov návrh - výpočet - výroba prototypu - skúšky na jeden, v niektorých prípadoch úplná eliminácia etapy skúšok. Výroba prototypov a ich skúšanie sú činnosti, ktoré prinášajú náklady a zaťažujú životné prostredie. Nakoľko náklady a negatívne vplyvy na životné prostredie sa podľa typov výrazne odlišujú, nie je možné spraviť kvantifikáciu obecne, ani pre hypotetické, alebo priemerné ložisko. Z tohto dôvodu bol za účelom porovnávania vybraný jeden konkrétny predstaviteľ ložiska štandardnej kategórie ložísk. Tento výber poskytuje názorný prehľad o nákladoch a vplyvoch na životné prostredie pri stanovení parametrov valivých ložísk súčasnými postupmi a tiež názorný prehľad o nákladových úsporách a znížení dopadov na životné prostredie, ktoré je možné dosiahnuť aplikáciou nových postupov.


Výber predstaviteľov ložísk

Predstaviteľ č. 1:

Valčekové ložisko s d = 130 mm, D = 240 mm, B = 80 mm, plastová klietka


Skúšobné zariadenia

Skúšobné zariadenia pre skúšky trvanlivosti ložísk sa využívajú pre skúšky sériovej produkcie, kde slúžia na priebežné overovanie kvality ložísk najmä pri štandardných výrobkoch. V závislosti od objemu výroby a typu ložísk je pre skúšky trvanlivosti ložísk potrebný určitý počet skúšobných zariadení, ktoré zvyčajne pracujú v nepretržitej prevádzke. Pre posudzovanie nákladov bolo vybrané konkrétne skúšobné zariadenie, ktorého parametre, poznatky zo skúšok, cenové relácie a prevádzkové náklady sú zhotoviteľovi štúdie známe.

 



Kvantifikácia nákladov pri stanovovaní parametrov ložísk súčasnými postupmi

Pod súčasným postupom je uvažovaná časť vývojového cyklu ložísk:

- výroba prototypu/ov ložíska

- skúšky prototypu/ov ložiska

Za výrobné náklady prototypu ložiska je možné považovať 10-násobok nákladovej ceny sériovo vyrábanej dávky ložiska pre skúšky. Kvantifikácia nákladov je vykonaná v štandardnej štruktúre nákladov - materiál, mzdy a réžia.Pri stanovovaní parametrov súčasnými postupmi je bežné, že vývojový cyklus je pre úspešné ukončenie vývoja potrebné opakovať niekoľkokrát, minimálne 2-krát.


Kvantifikácia nákladov pri stanovovaní parametrov ložísk novými postupmi

Pri stanovovaní parametrov novými postupmi sa vývojový cyklus opakuje len raz. Skúšky slúžia len na verifikáciu parametrov a pri správnom aplikovaní postupov by mali potvrdiť stanovené parametre v rámci požadovaného rozptylu hodnôt.


Kvantifikácia úspor

Porovnaním nákladov je možné vyčísliť úspory získané aplikáciou nových postupov pri stanovovaní parametrov ložísk počas vývojového cyklu.Je potrebné si uvedomiť, že uvedené úspory vzniknú už pri jednom vývojovom cykle na viac oproti novým postupom. Pri opakovaní vývojového cyklu 3- alebo 4-krát, čo nie je nič nezvyčajné, veľkosť úspor dosiahne takmer 2- resp. 3-násobok.Okrem týchto vyčíslených úspor je potrebné zohľadniť aj časový faktor. Opakovanie skúšok odďaľuje ukončenie vývoja rádovo o mesiace. Toto môže byť rozhodujúce pri schopnosti získať zákazku, alebo uviesť na trh výrobok skôr ako konkurencia. Potom vstupuje do výpočtu úspor aj ušlý zisk, ktorý je však možné vyčísliť len pre konkrétny prípad. Jeho hodnota však býva spravidla podstatne vyššia, ako tu vyčíslené úspory.Pri vyčísľovaní úspor je potrebné zohľadniť aj možné úspory v infraštruktúre. Pre potreby skúšok prototypov je potrebné vyčleniť časť skúšobných kapacít. V prípade zníženia počtu vývojových cyklov sa zníži objem blokovaných kapacít pre vývoj, čo umožní zvýšiť kapacity pre skúšky sériovej výroby alebo znížiť počet skúšobných zariadení, čo znamená úsporu investícií.


Spôsob realizácie projektu priemyselného výskumu nových postupov pre stanovenie parametrov valivých ložísk
Výskumný projekt pozostáva z troch častí:

- štúdia technickej realizovateľnosti

- výskumu parametrov ložiskových materiálov a ich aplikácia vo virtuálnych modeloch

- kritický prieskum metodiky výpočtu životnosti ložísk


Štúdia technickej realizovateľnosti

V rámci štúdie bude vykonaný prieskum súčasných postupov pre stanovenie parametrov valivých ložísk, prieskum najnovších trendov v oblasti vedy a techniky, opis nových skúšobných postupov s využitím virtuálneho prostredia, posúdenie vplyvu na životné prostredie a hospodárnosť skúšok a prieskum dostupných ložiskových materiálov.


Výskum parametrov ložiskových materiálov a ich aplikácie vo virtuálnych modeloch

Pre výskum parametrov ložiskových materiálov budú vybraté 4 druhy materiálov. Na vyrobených materiálových vzorkách bude realizovaný:

- laboratórny výskum sklzu a medze pevnosti (zaťaženie na trhacom zariadení na ťah)

- laboratórny výskum únavy materiálu na krut (zaťaženie na jednoúčelovom zariadení na krut)
- kontrola lomu (za pomoci ultrazvukového prístroja)

- štruktúra lomu (pomocou mikroskopického prísroja)

- kontrola chemického zloženia materiálov (pomocou spektrálnej analýzy)

 


Výskumom získané parametre ložiskových materiálov budú aplikované vo virtuálnom modeli ložiska s využitím HighTech výpočtovej techniky a software (napr. ANSYS). Virtuálny model ložiska bude zaťažený definovanými silami, čím získame priebehy napätí, deformácie a teplôt, ktoré budú následne porovnávané s hodnotami týchto parametrov nameraných na reálnych komponentoch. Na vyrobených materiálových vzorkách komponentov bude realizovaný:

- laboratórny výskum priebehu napätí, deformácií a teplôt (zaťaženie na jednoúčelovom zariadení   definovanými silami)

- priebeh napätí na reálnych komponentoch (pomocou rőngenovej difraktometrie)

- priebeh teplôt a deformácií (pomocou meracích senzorov a vyhodnocovacích zariadení so špeciálnym

softvérom)Na základe vyhodnotených odchýlok výskumu parametrov vo virtuálnom prostredí a na reálnych telesách bude korigovaný virtuálny model až pokiaľ nebude odchýlka v prípustnej tolerancii.


Kritický prieskum metodiky výpočtu životnosti ložísk

S využitím výsledkov z vyššie definovaného výskumu bude spravovaná metodika stanovenia životnosti ložiska. Výpočtová životnosť ložiska bude porovnaná so životnosťou ložiska získanou výskumom na reálnom ložisku - 20 ks vzoriek ložiska bude na jednoúčelovom zariadení pomocou prípravkov zaťažené definovanými silami.Vyhodnotením odchýlok výpočtovej a reálnej životnosti ložiska bude korigovaný výpočtový algoritmus tak, aby odchýlka bola v prípustnej tolerancii.

 

 

Text: Ing. Marta Fartelová, IMET-AKE s.r.o.Ing. Miroslav Mikita, Ústav konkurencieschopnosti a inovácií Žilinská univerzita

 

 

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
6 + 1 =
Odoslanie formulára

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd