Výrobci ložisek si již dlouho uvědomují vztah mezi teplem a životností ložisek a navrhli vzorce pro přesný výpočet bezpečných provozních teplot. Výsledky ukazují teplotní pásmo, ve kterém budou ložiska i maziva pracovat při špičkovém výkonu s nejmenším namáháním.
Jakmile jsou mimo ideální teplotní rozsah, budou degradovat zrychleným tempem. Jak tedy interpretujete naměřené hodnoty teploty a jak by měly ovlivnit vaše postupy údržby? Tento článek popisuje některé teplotně orientované metody pro stanovení zdraví ložisek a očekávané životnosti, a to jak v závodě, tak na poli.
Obrázek 1. Teplotní rozsahy ložisek 1
Obrázek 1 ukazuje teplotní rozsah typického valivého ložiska. Všimněte si, že teplota kovu ložiska je často vyšší (10 až 25 stupňů Celsia) než teplota oleje v ložisku v systému cirkulace oleje. Zelená zóna představuje sweet spot pro teplotu ložiska a mazání; provoz ve žluté zóně snižuje životnost maziva a ložisek; a pokud jsou vaše ložiska v červené zóně, očekávejte rychlé zničení ložiska i maziva.
Existují různá teplotní pásma pro různé kombinace ložisek a maziva, ale budou mít stejný obecný trend ohledně nejlepší provozní teploty a jejího vlivu na zrychlené opotřebení a selhání. U většiny standardních maziv je při každých 15°C1 zvýšení teploty nad 70°C životnost maziva více než poloviční a má negativní vliv na životnost ložisek. Jakýkoli minerální olej pracující při teplotě nad 80 °C nebo 90 °C bude mít značně sníženou životnost. Teplota ložiska by v žádném případě neměla překročit maximální jmenovitou hodnotu ložiska nebo maziva.
Monitorování stavu ložisek
Ložiska strojů jsou obecně monitorována pomocí vibrační analýzy, analýzy oleje a/nebo ultrazvukových technik. Prostřednictvím nich je možné porovnat aktuální data s historickými daty a přesně posoudit životnost ložisek. Zvýšení teploty v důsledku zvýšeného tření není v mnoha textech analýzy ložisek 2 dokonce považováno za příznak selhání ložiska, dokud nedojde k selhání ložiska 3. stupně.
Pokud je teplota spolehlivou metodou předpovědi životnosti ložiska, proč je ignorována, dokud není příliš pozdě? Sledování teplot pomocí termografie bylo považováno za nespolehlivé, protože tolik proměnných, jako je okolní teplota, rychlost, zatížení a doba chodu, mají výrazný vliv na teplotu ložisek.
Tento článek porovnává identická nebo téměř identická ložiska na stejném hřídeli, což ruší účinky těchto proměnných, protože jsou společné pro obě ložiska. Zbývající teplotní rozdíly mezi dvěma ložisky na společné hřídeli se stejným zatížením mohou být pouze výsledkem tření, což je indikátor problémů s ložisky.
Možná jsou jemné změny skryté, protože existuje tolik proměnných, které mohou potenciálně přispívat k teplotě ložiska. Kromě tření mohou ke kolísání teploty přispívat i další faktory, jako je zatížení, rychlost, teplota okolního prostředí a doba provozu. Pokud by bylo možné tyto podmínky přesně předvídat a zohlednit, pak by zvýšení teploty spolehlivě indikovalo problémy s ložiskem.
Ve většině případů jsou analýza vibrací a analýza oleje stále nejlepšími způsoby, jak určit stav ložisek. Bohužel není vždy možné nebo dostupné použití těchto metod v nepřátelských produkčních prostředích. Prostředí, kde personál nebo technici nemají snadný přístup ke stroji, aniž by jej odpojili, nebo kde nemají přístup ke stroji kvůli nebezpečným podmínkám nebo nevhodným místům, činí analýzu vibrací nebo oleje v nejlepším případě nákladnou nebo dokonce nemožnou.
Existuje mnoho průmyslových odvětví a výrobních prostředí, kde selhání ložisek představuje katastrofální ztrátu, ale analýza vibrací není praktická. Výroba fotografického filmu a papíru, chemické zpracování a kovoobráběcí závody jsou několika příklady průmyslových odvětví, která na ložiskách do značné míry závisí, ale dostupnost ložisek může představovat velký problém. Většina výrobců má alespoň nějaké životně důležité vybavení v oblastech, které nejsou snadno dostupné.
Infračervené senzory
Mimo zpracovatelský průmysl jsou podobně postižena i další průmyslová odvětví. Ložiska kol na železničních vozech jsou specifickým případem: jsou pod vlaky, což nejsou pohostinná místa pro provádění těchto zkoušek za jízdy. Za druhé, neexistuje žádná praktická metoda, jak včas zkontrolovat všechna taková ložiska kol, protože se jich používá už jen hodně.
V současnosti je v železničním průmyslu jedinou praktickou metodou pro detekci hrozícího selhání ložisek použití tzv. hotbox detektorů. Jedná se o infračervené senzory umístěné podél vlakových kolejí, které detekují vysoké teploty v ložiscích kol při průjezdu vlaku. Ty jsou extrémně omezené a mohou detekovat ložiska pouze při selhání 4. stupně, kdy hrozí katastrofické selhání (spálení kola). Alarm vyžaduje okamžitou nouzovou akci, narušuje jízdní řády vlaků a je extrémně nákladný.
Když tyto detektory minou špatná ložiska nebo se alarm okamžitě nespustí, výsledné spálení kola může vést k vykolejení vlaku, rozsáhlému úniku nebezpečných chemikálií, ztrátě nebo vážnému poškození zboží zákazníka nebo ztrátě lidských životů. Protože následky jsou tak hrozné, každý falešně pozitivní výsledek má za následek zpoždění a kontroly, které mohou negativně ovlivnit celé odvětví.
Studium teplot
Pokud by bylo možné izolovat změny teploty ložiska v důsledku problémů souvisejících s údržbou od všech ostatních faktorů, které přispívají k zahřívání ložiska, správně navržené monitorovací zařízení by mohlo detekovat selhání ložiska na úrovni 2. stupně.
Vyhodnocuje se nově patentovaná technika, která by mohla mít významný přínos pro průmyslová odvětví, která potřebují analyzovat životnost ložisek a mazání v těžko přístupných oblastech, jako jsou například pod vlaky. Srdcem patentu je technika, která ruší všechny tepelné proměnné kromě zvýšení teploty ložiska v důsledku opotřebení nebo selhání mazání.
Postup bere údaje o teple z každého ložiska na společném hřídeli a porovnává údaje. Protože zatížení, otáčky, okolní teplota a doba chodu jsou společné pro všechna ložiska společná pro hřídel, jejich vliv na teplotu je zrušen.
Jakákoli zaznamenaná změna teploty je výsledkem nechtěných podmínek souvisejících s údržbou nebo opravou, jako je přemazání nebo nedostatečné mazání, poškození ložisek, nesouosost nebo stav uvolněné patky. Pokud je jedno ložisko na stejném hřídeli o více než 15 °C vyšší než jiné ložisko, je stav ložiska sporný a je nutné určit hlavní příčinu zvýšené teploty ložiska. Porovnání ložisek se provádí pomocí elektronických teplotních senzorů a komparátorů napájených samostatným napájecím zdrojem, který dobíjí baterii pohybem zařízení.
Metodika zahrnuje následující:
- Snímače teploty jsou připevněny v těsné blízkosti všech ložisek na společné hřídeli nebo nápravě.
- Senzory přivádějí vstup do snímací jednotky, která je samostatná a má bezdrátovou technologii pro komunikaci s výstražnými zařízeními.
- Teplotní údaje každé jednotky jsou analyzovány a elektronicky porovnávány.
- Pokud se teplota některého ložiska změní o více než 15 °C, je vyslán alarm a rozsvítí se LED indikátor.
- Systém je napájen z malého napájecího zdroje, který je ovládán pohybem zařízení.
- Existuje maximální povolená teplota pro případ, že jsou všechna ložiska mimo normální provozní rozsah.
Tato technika nebude nikdy tak přesná jako analýza oleje nebo vibrací, ale na odlehlých nebo nebezpečných místech, kde tyto nástroje nejsou možné, poskytne zvýšenou úroveň monitorování stavu, která v minulosti nebyla k dispozici.
1. Návod na ložiska SKF.
2. Analýza vibrací Entek IRD Volume I, str. 6-48.
Čtyři fáze selhání ložiska
Stupeň 1. Nejčasnější detekovatelná indikace selhání ložiska pomocí analýzy vibrací. Signály se objevují v ultrazvukových frekvenčních pásmech kolem 250 kHz až 350 kHz. V tomto okamžiku zbývá přibližně 10 až 20 procent zbývající životnosti ložiska.
Stupeň 2. Porucha ložiska začne «zvonit» na své vlastní frekvenci (500 až 2,000 Hz) signál se objeví na první harmonické frekvenci ložiska. Pět až 10 procent zbývající životnosti ložisek.
Stupeň 3. Harmonické harmonické při selhání ložiska základní frekvence jsou nyní zřejmé. Vady ve vnitřním a vnějším kroužku jsou nyní zřejmé a viditelné při vibrační analýze signálu hluku. Nárůst teploty je nyní patrný. Jedno až pět procent zbývající životnosti ložiska.
Stupeň 4. Porucha ložiska je indikována vysokými vibracemi. Základní a harmonické začnou ve skutečnosti klesat, náhodný ultrazvukový šum se výrazně zvýší, teploty se rychle zvýší. Zbývající životnost jedna hodina až jedno procento.
