Диагностика на търкалящи лагери
Начало > Механични системи > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 9, 2007
Част II: анализ на състоянието на демонтирани търкалящи лагери
Независимо от обстоятелството, че не всяка повреда на търкалящ лагер налага спешен ремонт или замяна, при всички случаи означава понижена ефективност и влошени работни характеристики на лагерния възел в частност или машината като цяло. Въпросът за избор на точния момент за извършване на ремонтни работи при наличие на определени симптоми, свидетелстващи за нарушения в нормалното експлоатационно поведение, е основен за специалистите по поддръжката. В миналия брой на списание Инженеринг ревю разгледахме методи за диагностика на търкалящи лагери в процеса на работа на базата на експертна оценка, както и чрез използването на различни технически средства за оценка на състоянието им. Обект на разглеждане в настоящата статия са методи за диагностика, основаващи се на анализ на състоянието на демонтирани търкалящи лагери.
Голям дял от повредите - поради некачествено мазане
Базово изискване за постигане на оптимално експлоатационно поведение на един лагерен възел е коректен и координиран избор, монтаж и поддръжка на всичките му съставни елементи, включително лагерите, уплътненията, мазилното вещество, свързващите елементи. В повечето случаи причината за повреда на лагерния възел е извън самия него. Аварийни ситуации, дължащи се на некоректен избор на лагер, например, са доста рядък случай в практиката. На фиг. 1 е показано процентното разпределение на основните причини за повреди на търкалящи лагери, базирани на анализ на натрупана статистическа информация. Според резултатите, 20% от повредите се дължат на неподходяща смазка, 15% на недостатъчно количество смазка, 20% на остаряло мазилно вещество. Данните от същото изследване показват, че причина за 20% от повредите на търкалящи лагери е наличието на твърди замърсявания в лагерния възел. Наличието на течни замърсявания е причина за 5% от повредите на търкалящи лагери.
Най-малък е делът на производствените дефекти
Едва 10% от повредите на лагерите се дължат на некоректния им избор - като конструкция, типоразмер, характеристики. Само 5% от повредите на търкалящите лагери са резултат от неправилно монтиране. Също 5% от търкалящите лагери се повреждат като резултат от "излизане от строя" на други елементи на лагерния възел. Най-нисък - по-малък от 1%, е относителният дял на повреди, дължащи се на производствени дефекти на лагерите. Според данните от направеното проучване не повече от 0.35% от търкалящите лагери на водещи производители не достигат проектния си експлоатационен живот.
Така обобщените данни за повреди на търкалящи лагери са в значителна степен условни, тъй като не отчитат всички възможни източници. Например, някои видове повреди са характерни само за точно определен тип търкалящи лагери, а други възникват единствено при характерни експлоатационни условия. Въпреки това, изследването показва сравнително точно причините, водещи до най-сериозните като процентно отношение повреди на търкалящите лагери. Диагностиката се затруднява също и когато симптомите за отклонения от нормалното експлоатационно поведение на един търкалящ лагер могат да се приемат като свидетелство за няколко, дори взаимно изключващи се повреди. В подобни случаи е доста трудно да се определи основният източник на проблема и използването на наличната систематизирана информация е единственият път за рационалното му решаване.
Методика за диагностика на демонтирани лагери
Преди да се пристъпи към демонтиране на лагерния възел, е необходимо да се направи актуална към момента спецификация на всички, включени в състава му елементи. За да се осигурят необходимите предпоставки за точен последващ анализ, е рационално точното местоположение на всеки елемент във възела да се скицира, както и да се опишат всички монтажни особености към момента на провеждане на диагностиката. Важна част от мероприятията, които следва да се изпълнят, преди да се пристъпи към демонтаж на възела, е да се състави якостна схема с действащите върху лагерите сили.
Наблюдава се работата на лагерния възел, включително особеностите на генерирания шум, инспектира се радиалната/аксиалната хлабина, радиалното/аксиалното биене, както и триещият момент.
Едва след извършването на описаните операции се пристъпва към
Разглобяване на възела
В процеса на демонтиране на възела се спазват всички известни на специалистите по поддръжката изисквания. Първата стъпка включва отстраняване на предпазните капачки и уплътненията, по възможно най-внимателния начин с оглед избягване на деформирането им. След това се проверява и документира количеството на наличното в лагерния възел мазилно вещество. Също така се прави проверка на състоянието на системата за мазане на лагерите. Източва се течното мазилно вещество или се отстранява твърдата смазка. Взема се една или няколко, в зависимост от конкретните работни условия, проби за анализ от мазилното вещество.
В случай че безразрушителният демонтаж не е възможен, се разрушават тези елементи на възела, за които съществуват сериозни предпоставки да се счита, че нямат отношение към повредата на лагера. В подобни случаи, предприетите действия надлежно се описват.
Анализ на елементите на лагера
Както вече бе подчертано, с оглед постигане на достоверност на резултатите от анализа е необходимо първоначално да се “огледа добре” състоянието на лагера като експлоатационни и монтажни характеристики. За целта в повечето случаи не е необходимо използването на специални технически средства. В редица приложения е необходимо да се направи микроскопски анализ на елементите на лагера.
Процедурата за анализ на лагерните части обикновено включва:
- Изследване и оценяване състоянието на опорните повърхности на лагера, включително вътрешния диаметър на по-малката лагерна гривна и външния диаметър на по-голямата лагерна гривна, както и страничните външни лагерни повърхности.
-Анализ на каналите в пръстените на търкалящия лагер.
-Оценяване на контактните повърхности на лагерния възел с уплътненията.
- Анализ на търкалящите тела, включително външния диаметър и основите при ролкови търкалящи лагери.
- Изследване и оценка на кожуха на лагерния възел и
- уплътненията.
Наред с описаната процедура за диагностика на демонтирани търкалящи лагери често се налага извършването и на други операции. Често въпросът, на който следва да се отговори, е дали изследваният лагер трябва да се замени незабавно или би могъл да се използва още определено време. При сериозна повреда отговорът е еднозначен и целта на анализа е да се определи с какво конструкцията на възела, монтажните и експлоатационните условия биха могли да се подобрят с оглед удължаване на живота на следващия лагер. Често, обаче, отговорът на зададения въпрос не е толкова еднозначен. В подобни случаи, прецизната диагностика на търкалящите лагери е пътят за откриване на повреди в начален стадий и предотвратяване на аварийни ситуации в бъдеще.
Корозия при триене
Различни изводи могат да бъдат направени от състоянието на контактните повърхности между пръстените на търкалящите лагери и вала, респективно корпуса на възела. Известно е, че хоризонталното преместване на лагерните гривни спрямо вала/корпуса води до появата на шум, свидетелстващ за нарушения в нормалната работа на лагера. Това е и основна причина за появата на т.нар. корозия при триене и износване, което от своя страна причинява замърсяване на използваното мазилно вещество с абразивни и корозивни частици. Допълнително, корозията при триене би могла да доведе до трудно, а понякога и невъзможно безразрушително демонтиране.
Симптом за появата корозия при триене е образуването на тъмни петна върху присъединителните повърхности на лагера към вала и корпуса, както и наличието им в мазилното вещество. Възможни последствия от появата на корозия при триене са износване на присъединителните повърхнини на лагера, повреди, вследствие умора на материала на въртящите се части, нарушения в нормалната работа на самонагаждащи се лагери и др. Типичен пример на корозия при триене на вътрешната присъединителна повърхност на търкалящ лагер е показана на фигура 2.
Причина за поява на корозията при триене
Чрез анализ на състоянието на лагерни повърхности с белези на корозия при триене може да се определи местоположението и размера на натоварената зона, както и наличието на приплъзване на пръстените. Тъмните петна върху външната присъединителна повърхност на стационарната външна гривна на търкалящ лагер, свидетелстващи за корозия при триене, на фигура 3 показват достатъчно еднозначно натоварената зона.
Причина на появата на корозия при триене е наличието на микропреместване между сглобените части, резултат от използването на сглобка с прекалено голяма предвид действащите сили хлабина, без наличие на приплъзване между гривните. Друга причина за възникването на корозия при триене е провисването на вала или деформацията на корпуса.
Ремонтните дейности при установяване наличието на корозия при триене включват:
- Избор на оптимални за действащите натоварвания сглобки на присъединителните лагерни повърхности.
-При възможност използването на вал, респективно корпус с висока коравина.
- Избор на лагер, подходящ за работа при висока работна температура, което би предотвратило загуба на сглобката, вследствие на разширението на пръстен поради промени в структурата на стоманата във времето и др.
Дефекти от задиране или износване от приплъзване
Симптоми за изброените проблеми, съпътстващи работата на търкалящите лагери, са наблюдаването на студено заваряване в присъединителните повърхности на лагерните гривни и вала, респективно корпуса. Свидетелство за проблемите е също така излъскването на определени участъци от контактните повърхности, които при сглобяването на лагера са били с необходимата грапавост. Студено заваряване би могло също така да се наблюдава и между страничните контактни повърхности на лагера с останалите елементи на лагерния възел. На фигура 4 са показани следи от задиране на вътрешната гривна на търкалящ лагер вследствие на приплъзването й върху вала. На фигура 5 са показани дефекти от задиране върху присъединителната повърхност на външната гривна, като резултат от приплъзването й в корпуса. От своя страна, на фиг. 6 могат да се видят следи от износване върху страничната повърхност на вътрешната гривна на търкалящ лагер.
Източници на проблемите и пътища за решаването им
Основна причина за възникването им е приплъзване между лагерна гривна и присъединения към нея вал или корпус. Загуба на сглобката се наблюдава, както при статично натоварване, така и при периферно натоварване и дебаланс. Сред причините за появата на приплъзване би могла да бъде и конструкторска грешка, изразяваща се в недостатъчно аксиално осигуряване на лагера. Друга причина за възникването на проблемите е бавна реакция на самонагаждащ лагер на промените в натоварването.
Сред препоръчваните ремонтни мероприятия при наблюдаване на описаните проблеми са избор на подходящи за конкретните работни условия сглобки, стабилно странично осигуряване на лагера, поддържане на присъединителните повърхности на лагера и вала, респективно корпуса сухи и др.
Неравномерна работа на лагера
Свидетелство за неравномерна работа на лагера е появата на следи от износване в определени места по присъединителни повърхности на лагерните гривни, различни от очакваната натоварена зона. На фигури 7 и 8 се виждат петна от разрушена повърхностна обработка на търкалящи лагери , докато в други участъци отсъстват въобще следи от допир. Реални следствия от неравномерно разпределение на товара по цялата работна повърхност на лагерните гривни са повреди вследствие на умора на материала. Просването на вала също би довело до наблюдаването на описания проблем.
Причините за неравномерното разпределение на товара обикновено са неподходяща конструкция на лагерния възел, както и неточна обработка на присъединителните повърхнини на лагера и вала/корпуса.
Препоръчителните ремонтни мероприятия включват оптимизиране на конструкцията на лагерния възел, включително изборът на подходящ материал и осигуряване на необходимо качество на повърхностната обработка на вала и корпуса. Ако съществуват достатъчно основания е възможно да се пристъпи и към използването на други лагери.
Полиране на страничните лагерни повърхности
Наличието на следи от износване върху страничните лагерни повърхности е друг проблем, който би могъл да се наблюдава в процеса на анализ на търкалящите лагери. На фигура 9 е показано периферно набраздяване и студено заваряване на страничната повърхност на лагерна гривна, а на фигура 10 - повреда на лагерно уплътнение.
Причини за появата на проблема са например некачествен монтаж на лагера върху вала или корпуса, натрупването на повърхностни замърсявания във въздушната междина между лагера и допирните повърхности на вала/корпуса, прекалено голяма аксиална хлабина и др.
Ремонтните дейности при установяване на описания проблем обхващат коректен монтаж на лагерния възел, поддържане необходимата чистота на използваното мазилно вещество, проверка на аксиалната хлабина и установяването й в проектните граници.
Продължава в следващ брой
на сп. Инженеринг ревю
Вижте още от Механични системи
Новият брой 5/2024
