Tribotechnické listy

 

 

Použití diagnostických metod SPM pro kontrolu a optimalizaci mazání ložisek

Kontrola stavu a kvality mazání valivých ložisek bývá zejména v případě velkých výrobních společností v rukou specialisty - tribotechnika. Zde zmíněný pohled je poněkud jiný, popisuje přístup k této důležité oblasti jako součást základního tzv. „Frontline" sledování stavu rotačních strojů. Použití metod SPM pro ohodnocení mazání ložisek nevyžaduje drahé zařízení ani velezkušený personál a přesto přináší ucelenou informaci o zdravotním stavu stroje a mnohdy až překvapivý potenciál pro dosažení úspor a zisků.

 

Teorie měření tloušťky olejového filmu


Metoda rázových pulsů SPM
Metoda rázových pulsů SPM (The Shock Pulse Method) se používá k měření rázových pulsů generovaných valivými ložisky za účelem stanovení provozního stavu valivých ložisek. Byla vyvinuta společností SPM v 60-tých letech. V současné době disponuje SPM čtyřmi měřícími technikami - novější měřící technika nazvaná LR/HR byla uvedena na trh v roce 1984 jako doplněk k technice dBm/dBc primárně používané pro včasnou detekci vad ložisek. V roce 2002 pak byla doplněna metodou SPM Spectrum a v letošním roce uvádí SPM na trh  novou měřící metodu SPM HD, zejména určenou pro monitoring pomaloběž- ných  strojů.

Typ ložiska - rozdíl mezi bodovým a čárovým kontaktem

Různé typy ložisek emitují různé vzorky rázových pulsů. Jedním z důvodů je tvar stykové oblasti mezi valivými elementy   a drahami. Kulička se dráhy dotýká v jediném bodě (bodový kontakt), zatímco váleček se dotýká po celé své délce. Dalším důvodem je různý počet valivých elementů, které přenášejí zátěž.
V důsledku výše zmíněného rozdílu jsou rázové pulsy kuličkového ložiska slabší, než pulsy emitované válečkovým ložiskem za obdobných podmínek. To ovlivňuje zejména koberec rázů a následné hodnocení tloušťky olejového filmu. Pro hodnocení vady ložiska je tato skutečnost mnohem méně důležitá. Pro všechny typy ložisek platí, že mohutnost rázových pulsů emitovaných zdravým ložiskem sleduje normální distribuční křivku, avšak tvar a pozice křivky se liší typ od typu. Z tohto důvodu technika LR/HR vyžaduje více vstupních údajů. Vedle velikosti ložiska a rotační rychlosti  musí být zadán i typ ložiska.


Parametry pro hodnocení tloušťky olejového filmu
Tradičně se pro tloušťku olejového filmu používalo řecké písmeno Lambda. (λ).λ = 1 znamená, že tloušťka olejového filmu je rovna kombinované drsnosti povrchu (RA) valivých elementů a drah a tedy, že olejový film obě plochy odděluje. Jakákoliv hodnota nižší, než λ= 1 znamená kovový kontakt.
Dnes se pro vyjádření tloušťky olejového filmu používá jako jednotka řecké písmeno kappa (κ). To určuje viskozitu oleje v provozních podmínkách, čehož následkem je olejový film s tloušťkou λ.

Prakticky tedy κ = 1 popisuje to samé, jako λ = 1, tedy oddělující olejový film. Výrobci udávají životnost svých ložisek L10 za podmínky κ ≥ 1.2. Oba dva parametry λ i k udávají relativní tloušťku olejového filmu (ve vztahu k hrubosti povrchů). Lubrikační číslo LUB zobrazené analyzátorem rázových pulsů měří absolutní tloušťku olejového filmu. Jedna jednotka je cca 0,03 μm (1 mikro palec). Čárový styk válečkového ložiska vyžaduje pro oddělení ploch vyšší vrstvu maziva, než kuličkové ložisko s bodovým stykem. Standardní LUB číslo pro dosažení životnosti dle katalogového parametru L10 v praxi je tedy 3 pro kuličková a 6 pro válečková ložiska.

 

Doba trvání elektrického kontaktu versus lambda
Měřením tloušťky hydrodynamického olejového filmu se zabýval zejména T. E. Tallin. Přímé měření tloušťky není prakticky možné. T. E. Tallin používal měření průchodu elektrického proudu přes ložisko, aby zjistil stupeň oddělení (el. izolace) mezi valivými elementy a drahami. Jeho závěry byly potvrzeny měřením na testovací stolici v laboratořích SPM, kdy byly použity kuličkové ložiska s nylonovou klecí. (6300TN, 6302TN, 6305TN, 6308TN).
Níže uvedený graf demonstruje závěr měření - na svislé ose je v procentech uveden čas bez průchodu elektrického proudu přes ložisko ve vztahu k lambda na vodorovné ose (vzorec pro výpočet lambda dle T. E. Tallina.
Pro lambda >3 je zřejmé, že valivé elementy a dráhy jsou kompletně odděleny vrstvou maziva a nedochází k elektrickému kontaktu. Při lambda = 1 je pak elektrický „obvod" přerušen v celkové délce přibližně 5 % z celkového času zkoušky.


Na dalších dvou grafech je zobrazen závěr z následných měření v SPM. Levý graf představuje závislost doby bez elektrického kontaktu na rozdílu mohutnosti rázových pulsů měřených metodou SPM (rozdíl v dB mezi hodnotou naměřenou za suchého běhu, tj. 100 % času s el. kontaktem a hodnotou s měřenou úrovní mazání). Vpravo je pak naměřená hodnota dB matematicky přepočtena na hodnotu lubrikačního čísla LUB.

 

 

Výsledné křivky velmi dobře korespondují s původní křivkou lambda měřenou dle metodiky T.E.Tallina. To ukazuje, že SPM je velmi citlivá a koherentní metoda pro měření tloušťky olejového filmu valivých ložisek.

 

Měření stavu mazání ložisek v praxi

Co znamená  „kvalitní  olejový  film"?
Životnost ložiska je velmi závislá na podmínkách, ve kterých je po dobu své životnosti provozováno. Kvalitní olejový film ložiska neznamená pouze mít dostatek maziva v ložisku. Tloušťka olejového filmu totiž reprezentuje široký záběr faktorů, a pokud jeden z nich nevyhovuje, pak se s katalogovou životností můžeme rozloučit - viz obr. 5.

 

Samostatnou poznámku bych věnoval množství maziva. Ve většině případů totiž ložiska netrpí jeho nedostatkem, ale spíše přebytkem. Dále v textu popsaný mazací test názorně ukazuje rozdíly mezi potřebným množstvím maziva a obecně stanoveným mazacím plánem.
V neposlední řadě bych zdůraznil dva faktory, které tloušťku olejového filmu promění ve skutečnou kvalitu mazání. Jsou to je čistota maziva a kvalita povrchu ložiska. Pouze při zohlednění všech výše uvedených skutečností lze říci, že jsme udělali maximum pro dosažení maximální možné životnosti ložisek.

 

Mazací test
Mazací test se primárně používá pro zjištění reakce ložiska na dodávku čerstvého maziva. Provádí se měřením mohutnosti rázových pulsů metodou SPM během a dle potřeby určitou dobu po skončení domazávání ložiska. Pokud hodnoty rázových pulsů po domazání poklesnou, ale po určité době zase vzrůstají, bývá příčinou buď vada ložiska. Pokud zůstanou na nízké úrovni, byl problém pouze v nedostatku maziva v ložisku. Pokud je reakce ložis-ka na domazání ložiska nulová, pak se buď mazivo vůbec do ložiska nedostalo, nebo zdrojem vysokým rázových pulsů není ložisko, ale nějaký zdroj rušení.
Velkou předností metody SPM je, že předem víme, v jaké výši se hodnoty rázových pulsů zdravého ložiska mají pohybovat. Před měření se zadávají vstupní údaje, pomocí kterých lze měření „normalizovat" a výsledky měření jsou díky tomu okamžitě ohodnoceny systémem zelená - žlutá -  červená. To je velmi důležité pro ohodnocení kvality mazání, neboť se nespokojíme pouze s konstatováním, že ložisko po domazání dosáhlo určité hodnoty, ale pro dosažení požadované životnosti se musí dostat do zeleného pole (příp. u techniky LR/HR - LUB číslo musí odpovídat hodnotě očekávané pro daný typ ložiska).

 

 

Pokud chceme mazací test použít pro zjištění vhodnosti stávajícího způsobu mazání, příp. Ke stanovení optimálního množství maziva, provádíme měření rázových pulsů opakovaně během domazávání.

 

 

Na obr. 7 je graficky znázorněna správná reakce ložiska pracujícího ve vhodných provozních podmínkách (NU220, ventilátor, mazáno tukem). Po doplnění určitého množství maziva (~10 dávek z mazacího lisu) se hodnoty rázových pulsů dostaly do zeleného pole a dosáhly minima. V tuto chvíli by mohlo domazávání skončit, neboť ložisko se dostalo do optimálních podmínek. Další domazání sice způsobilo pokles kobercové hodnoty (spodní modrá křivka) tzn. nárůst tloušťky olejového filmu, avšak byl již současně zaznamenán nárůst maximální hodnoty. To lze vysvětlit tak, že přemíra maziva v ložisku zabraňuje přirozenému odvalování a způsobuje prokluzování valivých elementů. Nárůst tření pak zvýší teplotu ložiska, což následně znamená ztrátu viskozity a odtečení přebytečného maziva z ložiska.

 

 

V dalším příkladu je na obr. 8 uvedeno ložisko (NU220, ventilátor, mazáno tukem), které během mazacího testu nebylo schopno dosáhnout zeleného pole. Tato informace sice neříká, co je důvodem (v tomto případě se pravděpodobně jednalo o instalační chybu), ale upozorňuje, že není možné počítat s dosažením plné životnosti. I tato informace však může být velmi užitečná, neboť je možné plánovat revizi či opravu s velkou časovou rezervou a dalším průběžným sledováním předejít zbytečné havárii. S trochou nadsázky lze říct, že v tomto případě byla objevena vada ještě před tím, než skutečně vznikla, což je skutečná predikce.

 

 

Na obr. 9. je zachycena další zajímavá situace (generátor dynamolinky, ložisko FAG 6310). Během mazacího testu nedošlo k žádné reakci ložiska, což naznačuje buď to, že měřené rázové pulsy nepocházejí z ložiska (rušení např. drhnutí spojky o kryt apod.), a nebo že se mazivo vůbec nedostalo do ložiska. Jiným způsobem bylo rušení vyloučeno a naopak potvrzeno, že měřený signál z ložiska pochází. Při následné kontrole bylo zjištěno poškození maznice a suchý chod ložiska. Provozní personál následně potvrdil 3x opakovanou výměnu ložiska  vždy  po  cca  5-ti měsících.

Automatické mazací systémy
Pokud provozovatel stroje využívá nějakou formu automatického domazávání ložisek, nevěnuje často této problematice pravidelnou pozornost, neboť žije v domnění, že je o jeho ložiska perfektně postaráno. Jsou tu však dvě věci, které je třeba vzít na zřetel:
1) Množství maziva, které je dávkováno automatickým systémem do ložiska, je závislé na aplikaci. Z praxe víme, že je vhodnější provádět kontrolu vhodného nastavení množství dávkovaného maziva pomocí měření mohutnosti rázových pulsů, nežli spoléhat na obecně stanovený předpis výrobce. Lze tak uspořit nemalé množství maziva a navíc prodloužit životnost ložisek. Pravidelná preventivní (přesněji prediktivní) kontrola mohutnosti rázových pulsů by měla následovat a to i s ohledem na následující bod.
2) Průchodnost mazacích cest není samozřejmostí a je třeba ji pravidelně kontrolovat. Pokud např. neexistuje kontrola průtoku maziva jedním kanálem, ale je společná např. pro 10 mazacích míst, pak ucpání jedné cesty nemusí být indikováno a přitom může vést k havárii ložiska. Kontrola měřením mohutnosti rázových pulsů je velmi rychlá a pro tyto účely i dostatečně přesná.

Nouzové provozování defektních strojů do odstávky
V některých situacích je provozovatel díky diagnostice obeznámen s defektem ložiska ve fázi, kdy se doporučuje odstávka a oprava. Pokud provozní situace však takovou odstávku neumožňuje, může pomoci výrazně častější domazávání velmi malým množstvím maziva. Je velmi výhodné přitom měřit hodnoty rázových pulsů, při nárůstu provést lehké domáznutí a při poklesu na akceptovatelnou úroveň s mazáním přestat. Pokud je vada ložiska již rozvinutá, udrží se mazací film v ložisku pouze několik hodin a poté je třeba jej obnovit. Je to sice práce vyžadující takřka trvalý dohled, avšak ve výjimečných situacích může zachránit výrobu a umožnit dojetí do zastávky. Pravidelné prediktivní měření však pomůže vyhnout se většině takovýchto situací, neboť měření rázových pulsů ložiska umožňuje zaznamenat vadu s dostatečným předstihem. Náhlé zhoršení stavu může způsobit např. průnik vody či chemikálie do maziva či destrukce geometrie stroje (prasknutí základu apod.). Neocenitelnou pomoc poskytuje v takovýchto případech on-line (trvalé) monitorování rázových pulsů ložiska.
Na dalším příkladu je uveden případ z praxe chemického podniku. V roce 2002 došlo během povodní k zaplavení strojů vodou. I přes veškerou snahu údržby se tato skutečnost projevila na dalším provozování. U zde uvedeného ventilátoru docházelo k opakovanému selhávání ložisek a i přes pečlivou výměnu vč. kontroly ustavení a vyvážení ventilátor vykazoval proměnlivě zvýšené vibrace. Životnost ložisek v té době byla cca 3 měsíce. Po přechodu z mazání dle mazacího plánu na kontrolované mazání dle skutečného stavu bylo zjištěno, že ventilátor je velmi citlivý na množství maziva. Oproti mazacímu plánu bylo dodáváno cca 10 % maziva a to v intervalu 1-2 týdny. Pouze díky takovéto zvýšené starostlivosti se dařilo ventilátor dlouhodobě provozovat.

 

 

Závěrem
Z pohledu životnosti a spolehlivosti je způsob mazání rozhodujícím faktorem. Jeden náš zákazník     s mnohaletou zkušeností prohlásil: „O spolehlivosti zařízení rozhoduje mazač". A nejen to. Lidé zodpovědní za tuto oblast rozhodují o tom, kolik maziva se zbytečně spotřebuje (s plným vlivem na životní prostředí a ekonomiku provozu).
Žádný ekonom nedokáže prodloužit životnost strojního zařízení o desítky procent. To dokáže pouze mazač.

 

 

Text: Ing. Petr Uřídil

SPM Instrument s.r.o.

office@spminstrument.cz

www.spminstrument.cz

 

 

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
2 + 8 =
Odoslanie formulára

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd