Технологични тенденции при лагерите

Начало > Механични системи > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 9/2022 > 04.01.2023

  • Може да се твърди, че лагерът е сред най-великите технологични разработки на всички времена, но историята му далеч не е приключила

  • Нуждата от намалено триене, висока товароподемност, по-дълъг експлоатационен живот и редуциране на размерите води до използването на нови материали, прилагането на усъвършенствани техники за мазане и инструменти за компютърен анализ

  • Производителите на лагери непрекъснато работят по създаването на интелигентни лагери, оборудвани със сензори

 

Лагерите са компоненти от критично значение за всяка машина. Те не само намаляват триенето, но и поддържат натоварването и съосността и предават мощност, като по този начин дават възможност за ефективна работа на оборудването. През 2020 г. глобалният пазар на лагери е оценен на стойност от около 40 млрд. щатски долара, а до 2026 г. се очаква той да достигне 53 млрд. щатски долара при годишен темп на растеж от 3,6%.

Може да се твърди, че лагерът е сред най-великите технологични разработки на всички времена, но историята му далеч не е приключила. През последните няколко години дизайнът на лагерите се изменя в значителна степен. Нуждата от намалено триене, висока товароподемност, по-дълъг експлоатационен живот и редуциране на размерите води до използването на нови материали, прилагането на усъвършенствани техники за мазане и инструменти за компютърен анализ.

 

Персонализиране

В индустрията (особено в автомобило- и самолетостроенето) се наблюдава нарастваща тенденция за интегрирани лагери, което означава, че околните компоненти стават неразделна част от самия лагер. Тези видове лагери се разработват, за да се сведе до минимум броят на лагерните компоненти в крайния асемблиран продукт. В резултат концепцията за интегрирани лагери намалява цената на оборудването, увеличава надеждността, предоставя лекота при инсталация и удължава експлоатационния живот.

Търсенето за специфични за конкретно приложение решения набира скорост в световен мащаб и поддържа интереса на клиентите. Индустрията за производство на лагери преминава към разработването на нови типове лагери с параметри, определени в зависимост от дадено приложение. Тоест доставчиците на лагери вече предлагат специализирани продукти, отговарящи на специфичните изисквания за приложения като селскостопанска техника, тъкачни станове в текстилния сектор и газотурбинни нагнетатели в автомобилния сектор.

 

Прогнозиране на експлоатационния живот и следене на състоянието

Проектантите на лагери използват усъвършенствани софтуерни инструменти за симулация с цел крайните продукти да съответстват в максимална степен на работните условия. Тези инструменти за проектиране и анализ могат да прогнозират с приемлива инженерна сигурност експлоатационните параметри, сервизния живот и надеждността на лагерите отвъд границите на постижимото преди десет години, без да се налага предприемането на скъпи и времеемки лабораторни или полеви тестове.

С поставянето на все по-високи изисквания към вече функциониращите активи по отношение на производителност и ефективност, необходимостта от това да се разбере кога състоянието на нещо започва да се влошава става все по-важна. Неочакваните откази на оборудването могат да бъдат скъпи и потенциално катастрофални, тъй като водят до непланирани производствени прекъсвания, скъпоструваща подмяна на части и проблеми, свързани с безопасността и околната среда.

Мониторинг на състоянието на лагерите се прилага за динамично следене на различни параметри на оборудването, спомагайки за откриването на неизправности преди да е възникнала сериозна повреда. Производителите на лагери непрекъснато работят по създаването на интелигентни лагери, оборудвани със сензори. Технологията позволява на лагерите да предават своите работни параметри в непрекъснат режим благодарение на вътрешно захранвани сензори и електронни компоненти за събиране на данни.

 

Материали и покрития

Много от механичните компоненти, предназначени за силово предаване, са подложени на тежки трибологични условия – търкалящите лагери и предавателни механизми трябва да могат да поемат и да издържат на мощност с по-висока плътност, на по-високи температури, динамични натоварвания, замърсяване с частици и тънък или недостатъчен смазочен филм. Това е в съответствие с тенденцията на настоящите икономически ограничения и по-строгите политики за опазване на околната среда.

Съвременните инженери често могат да се затруднят при проектирането на предавателни механизми, които консумират по-малко енергия, издържат по-дълго и надеждно и не използват излишни количества смазочни вещества. Хибридните контакти (силициев нитрид със стомана) са отлично решение за тези условия, особено за търкалящи лагери, тъй като в исторически план (през последните няколко десетилетия) те се произвеждат по надежден начин. Разходите също се понижават благодарение на подобренията в производствените техники и материалите.

Разработени са нови стомани от клас 400, които подобряват нивата на шум на лагерите, както и стомани с високо съдържание на азот за по-добра корозионна устойчивост. За силно корозивни среди или при екстремни температури клиентите вече могат да избират от гама лагери от неръждаема стомана клас 316, изцяло керамични лагери или пластмасови лагери, изработени от ацетална смола, PEEK, PVDF или PTFE. 3D печатът става все по-популярен и следователно по-рентабилен, което дава все по-големи възможности за производство на нестандартни детайли в малки количества, което би било полезно при изисквания за изработката на малък обем специализирани лагери.

Характерните за съвремието високи скорости или/и ускорения водят до големи топлинни натоварвания върху повърхностите, които могат да доведат до адхезивно износване и блокиране. Затова върху търкалящите елементи се използват специални покрития, например водоустойчиви, съдържащи метал хидрогенирани аморфни въглеродни покрития. Алтернативни решения в зависимост от условията могат да бъдат оксидни покрития и такива от манганов фосфат. Ако не се използва покритие, се предпочитат стомани с висока топлинна проводимост, тъй като те отвеждат топлината от повърхността бързо и ефективно.

 

Иновации при мазането

Тъй като 21% от неизправностите при лагерите възникват вследствие на проникване на чужди тела, а други 13% вследствие на проблеми със смазването, във фокуса на производителите през последните години са разработките в областта на триенето при лагерите, мазането и износването.
Някои от най-важните иновации са реализирани при предварителното мазане, например при използването на полимерни материали и термопластични смоли с цел редуциране на изискванията за поддръжка. При този подход смазочното вещество изцяло запълва лагера, покривайки всички търкалящи елементи и канали с равномерен филм. Задържайки до 4 пъти повече масло в сравнение с традиционните запълнени лагери, полимерният материал изпуска масло постепенно около движещите се части, поддържайки постоянното покритие.

Тъй като маслото запазва позицията си в лагера, и твърдите, и течните замърсители остават отвън. В допълнение се поддържа устойчивост на химикали, които могат да увредят уплътненията или с които да навлязат чужди тела. Тези лагери са идеални за приложения в недостъпни и отдалечени локации, където повторното мазане и поддръжката са трудни.

Иновации има и при прилагането на смазочни вещества при лагери, използвани за линейно движение, например в медицинско оборудване, измервателна техника, палетизиращи машини и манипулатори. Тук сачмените еднорелсови направляващи системи са особено ефективна характеристика на новите лагери, излизащи на пазара. Те представляват линейни рециркулиращи лагери с вградени резервоари в близост до каналите, които могат в значителна степен на редуцират необходимостта от поддръжка.

 

Тежки условия

Когато експлоатационната среда се характеризира с тежки условия, включително силна замърсеност, идеално решение са лазерните възли. Те съществуват от много време, но на пазара непрекъснато излизат нови модели.

За тежки и предизвикателни приложения, например в производството на енергия и металообработващата индустрия, лагерите в корпуси от солидна стомана са изключително подходящи. Пример може да бъде даден с нови лагери с вътрешно оксидно покритие и вентил за освобождаване, които се предлагат предварително асемблирани и смазани, за да се намали рискът от замърсяване и да се понижи потреблението на смазочно вещество.

Друга относително скорошна иновация са първите търкалящи лагери с метални екрани, предоставящи защита от навлизане на твърди замърсители и предлагащи по-добро задържане на грес. Товароподемността е увеличена чрез оптимизиране на контактните повърхности и качеството на стоманените клетки, които са обработени така, че да се увеличи издръжливостта им и да се осигури по-добър контакт с търкалящите елементи. Това позволява и по-високи работни скорости.

Лагерните възли за хранително-вкусовата промишленост и за фармацевтичната индустрия също претърпяват някои ключови промени в развитието си. Редица производители предлагат одобрени от FDA пластмасови лагери, които позволяват контакт с хранителни и фармацевтични продукти. Благодарение на комбинацията от иновативна уплътнителна система с високоефективна грес за лагери с приложение в хранително-вкусовата индустрия, най-новите модели предлагат не само по-добри експлоатационни параметри, но и спомагат да се елиминира рискът от замърсяване и да се ограничи разпространението на бактерии. Тъй като те са смазани за целия си експлоатационен живот и са проектирани да издържат на често миене, новите лагерни възли решават и много от проблемите, свързани с традиционните практики по поддръжка в тези сектори.


Вижте още от Механични системи


Ключови думи: лагери, търкалящи лагери, мазане, мониторинг, смазване



Редактор на статията:

Диляна Йорданова

Диляна Йорданова

Отговорен редактор

  • Завършва специалност "Инженерна екология" в Химикотехнологичен и металургичен университет;

  • Заема длъжността "Отговорен редактор" в издателство TLL Media от 2020 г.;

  • Разполага с над 10 години опит в създаването на съдържание и писането на научни статии.

    Диляна Йорданова в LinkedIn

Top