Care este cauza numărul unu a defecțiunii lagărului?

Cauza numărul unu a Rulment Defecțiunea este legată de lubrifiere

Daca vrei un raspuns direct: lubrifierea inadecvată sau necorespunzătoare este cauza principală a defecțiunii lagărelor, responsabilă pentru aproximativ 36% până la 54% din toate defecțiunile premature ale rulmentului , în funcție de industrie și aplicație. Unele studii efectuate de marii producători de rulmenți – inclusiv SKF și NSK – plasează cifra și mai mare atunci când luați în considerare cazurile de contaminare care sunt ele înrădăcinate în defecțiunile managementului lubrifierii.

Rulmenții sunt componente proiectate cu precizie. Elementele de rulare, canalele de rulare și cuștile funcționează sub un stres enorm, adesea la viteze și temperaturi ridicate. Fără filmul de lubrifiant corect care separă suprafețele metalice, are loc un contact direct, ceea ce duce la uzură rapidă, generare de căldură, oboseală a suprafeței și, în cele din urmă, defecțiuni catastrofale. Fizica este simplă: metal pe metal cu viteză generează căldură, căldura degradează materialul, iar materialul degradat eșuează.

Acestea fiind spuse, defectarea rulmentului este rareori cauzată de un singur factor izolat. Problemele de lubrifiere declanșează sau accelerează adesea alte moduri de defecțiune. Înțelegerea întregului spectru de cauze – și a modului în care acestea interacționează – este esențială pentru oricine care gestionează echipamente rotative, fie într-o fabrică de producție, o turbină eoliană, o transmisie auto sau o linie de procesare a alimentelor.

De ce eșecul de lubrifiere domină statisticile de deteriorare a rulmenților

Eșecul lubrifierii nu este doar o chestiune de a rămâne fără grăsime sau ulei. Acesta cuprinde o gamă largă de condiții care împiedică lubrifiantul să-și facă treaba. Fiecare dintre aceste condiții produce modele distincte de deteriorare pe suprafețele lagărelor.

Volum insuficient de lubrifiere

Când un rulment nu primește suficient lubrifiant, pelicula elastohidrodinamică care separă elementele de rulare de căile de rulare devine prea subțire pentru a preveni contactul metal-metal. Acest lucru duce la uzura adezivului, pete și vârfuri de căldură localizate. La motoarele electrice care funcționează la 1.500 RPM sau mai mult, suprafețele metalice pot atinge temperaturi distructive în câteva minute de la lipsa de lubrifiant.

Tip sau vâscozitate greșită de lubrifiant

Utilizarea unui lubrifiant cu un grad de vâscozitate greșit pentru viteza și temperatura de aplicare este una dintre cele mai frecvente erori de întreținere. Un lubrifiant prea subțire nu poate menține o peliculă adecvată sub sarcină; unul care este prea gros generează căldură excesivă prin agitare și tragere. Pentru rulmenții cu ax de mare viteză, de exemplu, utilizarea unei unsori standard NLGI 2 în loc de ulei cu vâscozitate scăzută sau unsoare NLGI 1 crește dramatic temperatura de funcționare și scurtează durata de viață a rulmentului.

Ungere excesivă

În mod contraintuitiv, prea mult lubrifiant este, de asemenea, o problemă semnificativă. Rulmenții supra-unsați se confruntă cu temperaturi interne ridicate din cauza agitației, care descompune uleiul de bază de grăsime și agentul de îngroșare, ducând la scurgeri și întărire. Ungerea excesivă reprezintă o parte substanțială a defecțiunilor lagărelor la motoarele electrice , unde tehnicienii aplică adesea unsoare fără a curăța materialul vechi, agravând problema în timp.

Degradarea lubrifiantului

Unsoarea și uleiul au durate de viață limitate. Ciclul termic, oxidarea, pătrunderea apei și forfecarea mecanică degradează performanța lubrifiantului în timp. O grăsime care a fost testată perfect la punerea în funcțiune poate să-și fi pierdut cea mai mare parte din capacitatea de protecție după 4.000 până la 8.000 de ore de funcționare, în funcție de condițiile de funcționare. Multe intervale de întreținere sunt stabilite în funcție de timpul calendaristic, mai degrabă decât de starea reală, ceea ce duce la funcționarea rulmenților cu lubrifiant uzat de mult timp după durata de viață efectivă.

Defalcarea completă: cauzele majore ale defecțiunii lagărului în procente

Surse diferite clasifică cauzele defecțiunilor rulmentului în moduri ușor diferite, dar factorii majori care contribuie sunt consecvenți în studiile industriale. Tabelul de mai jos reflectă datele compilate din cercetările publicate de producătorii de rulmenți și organizațiile de inginerie a fiabilității.

Aceste cifre variază în funcție de sector. În fabricile de oțel și minerit, contaminarea joacă un rol mai important din cauza expunerii dure la mediu. În procesarea farmaceutică și a alimentelor, pătrunderea apei și procesele de curățare agresive sunt mai proeminente. În turbinele eoliene, trecerea curentului electric prin rulmenți - un mod de defecțiune unic pentru acționările cu viteză variabilă - este din ce în ce mai semnificativă. Înțelegerea cauzelor specifice de defecțiune pentru aplicația dvs. contează mai mult decât urmați orbește îndrumările medii din industrie.

Contaminare: a doua cea mai distructivă forță care acționează asupra rulmenților

Contaminarea este prezența oricărui material străin - particule solide, apă, substanțe chimice de proces - în interiorul rulmentului. Chiar și particulele invizibile cu ochiul liber pot provoca daune semnificative. O particulă de oțel cu dimensiunea de doar 10 microni (mai mică decât un păr uman la ~70 microni) este suficient de mare pentru a crea o creștere a tensiunii pe suprafața unei căi de rulare atunci când este răsturnată de o bilă sau o rolă.

Contaminare cu particule solide

Murdăria, resturile metalice și particulele de prelucrare care intră în carcasa rulmentului provoacă uzură abrazivă și zâmburi la suprafață. În sistemele hidraulice, menținerea curățeniei uleiului conform ISO 4406 Cod 16/14/11 sau mai bine poate prelungi durata de viață a rulmenților și componentelor de câteva ori, comparativ cu funcționarea la Codul 20/18/15. Diferența dintre un sistem de lubrifiere curat și unul contaminat este adesea diferența dintre o durată de viață de 20.000 de ore și una de 5.000 de ore.

Contaminarea apei

Apa este deosebit de distructivă. Conținutul de apă de doar 0,1% dintr-un lubrifiant pentru rulmenți poate reduce durata de viață a rulmentului la oboseală cu până la 48%, conform cercetărilor publicate în literatura de specialitate tribologie. Apa provoacă fragilizarea prin hidrogen a oțelului pentru rulmenți, favorizează coroziunea pe căile de rulare și pe elementele de rulare și degradează capacitatea de formare a peliculei a lubrifiantului. Condensul în timpul ciclului termic - echipament care se încălzește în timpul funcționării și se răcește peste noapte - este o cale frecventă pentru pătrunderea umidității în rulmenții etanșați.

Contaminare chimică

În fabricile de procesare a produselor alimentare și chimice, agenții de curățare agresivi și fluidele de proces pot ocoli garniturile și pot ataca direct oțelul pentru rulmenți. Chiar și acizii ușori sau compușii alcalini modifică chimia de suprafață a căilor de rulare, creând micro-pitting care progresează spre desfacere. Selectarea rulmenților cu design adecvat de etanșare și lubrifianți compatibili chimic este critică în aceste medii.

Instalare necorespunzătoare: o cauză a defecțiunii lagărului care este complet prevenită

Erorile de montare reprezintă o proporție semnificativă a defecțiunilor premature ale rulmentului - estimările o situează între 16% și 21% din toate cazurile. Ceea ce face acest lucru deosebit de frustrant este faptul că deteriorarea instalației se produce înainte ca rulmentul să facă o singură revoluție în funcționare. Un rulment instalat corect cu lubrifiantul potrivit, care funcționează într-un sistem bine aliniat, va atinge sau depăși durata de viață nominală L10. Un rulment care a fost antrenat cu ciocanul pe un arbore nu va.

Forța aplicată prin inelul greșit

Una dintre cele mai frecvente greșeli de instalare este aplicarea forței de prindere prin inelul de rulment greșit. Când apăsați un rulment adânc cu bile pe un arbore, forța trebuie aplicată numai inelului interior - inelul fiind montat prin presare. Forța de antrenare prin bile și inelul exterior cauzează brineling: crestături permanente în canalele de rulare la fiecare poziție a bilei. Rulmentul poate părea nedeteriorat în exterior, dar suprafețele sale de rulare sunt deja marcate și va genera zgomot și va defecta prematur de la prima rotație.

Potriviri incorecte ale arborelui și carcasei

Rulmenții sunt proiectați pentru a fi montați cu potriviri de interferență specifice pe arbori și în carcase. Un arbore care este subdimensionat permite inelului interior al rulmentului să se deplaseze sau să se rotească - inelul se rotește în raport cu arborele, generând căldură de frecare intensă și în cele din urmă sudură sau gripare. Un orificiu de carcasă prea strâns poate distorsiona inelul exterior, reducând jocul interior și determinând rulmentul să fie fierbinte și preîncărcat chiar și la temperatura camerei.

Alinierea greșită în timpul montării

Nealinierea unghiulară dintre linia centrală a arborelui și alezajul rulmentului - chiar și cu câteva zecimi de grad peste toleranța de dezaliniere proiectată a rulmentului - creează o distribuție neuniformă a sarcinii între elementele de rulare. Rulmenții cu role cilindrice și conice sunt deosebit de sensibili la nealiniere. Executarea unui rulment cu role cilindrice cu doar 0,05° de dezaliniere peste toleranța sa poate reduce durata de viață calculată cu 50% sau mai mult.

Oboseala prin contact de rulare: sfârșitul natural al duratei de viață a rulmentului

Oboseala contactului de rulare este singurul mod de defectare a rulmentului care nu este cauzat de o eroare de întreținere sau de proiectare - este mecanismul de sfârșit de viață așteptat pentru un rulment care a fost corect instalat, lubrifiat corespunzător și operat în limitele parametrilor de sarcină nominală și de viteză. Măsura standard a duratei de viață a rulmenților - durata de viață L10 - este definită ca numărul de rotații (sau de ore de funcționare la o viteză dată) pe care 90% dintr-un grup de rulmenți identici le vor parcurge înainte de a dezvolta ruperea prin oboseală.

Deteriorarea prin oboseală începe ca fisuri subterane inițiate de solicitările ciclice de forfecare sub zona de contact. De-a lungul a milioane de cicluri de stres, aceste fisuri se propagă spre suprafață și în cele din urmă provoacă desprinderea materialului - un proces numit ruptură. Căile de rulare rupte au un aspect caracteristic aspru, fulgi, cu margini clar definite. Un rulment întreținut corespunzător, care ajunge la oboseala de ruptură, este de fapt un succes de întreținere — înseamnă că rulmentul și-a atins durata de viață, mai degrabă decât să se defecteze din cauza unor cauze care pot fi evitate.

În practică, proporția de rulmenți care ating adevărata viață la oboseală este relativ mică. Cele mai multe sunt înlocuite din cauza zgomotului, vibrațiilor, creșterii temperaturii sau a intervalelor de întreținere planificate înainte de debutul spargerii. Atunci când defectarea la oboseală apare prematur - înainte de durata de viață calculată a L10 - este adesea un semn de supraîncărcare, defecte ale materialelor sau efectul cumulativ al condițiilor de lubrifiere marginale în timp.

Eroziunea electrică a rulmenților: o problemă în creștere în echipamentele moderne

Eroziunea electrică – numită și deteriorare prin electroeroziune sau prelucrare cu descărcare electrică (EDM) – a crescut semnificativ ca o cauză a defecțiunilor odată cu adoptarea pe scară largă a variatoarelor de frecvență (VFD) în motoarele electrice. VFD-urile introduc impulsuri de tensiune de înaltă frecvență care pot induce curenți de arbore. Atunci când acești curenți se descarcă prin rulment, ei creează cratere de arc microscopice pe calea de rulare și pe suprafețele elementelor de rulare.

Modelul de deteriorare este distinctiv: canalele dezvoltă un aspect înghețat sau canelat, cu ondulații regulate care rulează circumferențial în jurul inelului. Acest model de caneluri este un indicator de diagnostic fiabil al eroziunii electrice. La motoarele acționate de VFD fără împământare adecvată a arborelui sau rulmenți izolați, eroziunea electrică poate distruge un rulment în mai puțin de 3 până la 6 luni. , chiar dacă lubrifierea și instalarea sunt perfecte.

Soluțiile includ inele de împământare a arborelui, carcase izolate de rulmenți sau inele interioare sau rulmenți hibridi ceramici cu elemente de rulare din nitrură de siliciu care sunt neconductoare electric. Alegerea contramăsurii adecvate depinde de dimensiunea motorului, configurația VFD și aranjamentele de împământare a sistemului.

Cum să identificați o cauză a defecțiunii lagărului după fapt

Rulmenții eșuați poartă dovezi de diagnostic pe suprafața lor dacă sunt examinați cu atenție înainte de a fi aruncați. Analiza defecțiunii lagărelor - numită uneori fractografie atunci când se examinează suprafețele de fractură metalică - este un proces structurat de potrivire a tiparelor de deteriorare observate cu modurile de defectare cunoscute. Majoritatea producătorilor de rulmenți oferă ghiduri de analiză a defecțiunilor și servicii de laborator în acest scop.

• Lustruire, uzură netedă a elementelor de rulare și a canalelor de rulare cu pete: lipsa de lubrifiant sau vâscozitate greșită
• Crestături uniform distanțate la distanța pasului dintre bile sau role: brineling de la instalarea necorespunzătoare sau încărcarea cu șoc
• Suprafață aspră, cu sâmburi, cu particule încorporate: contaminare abrazivă
• Decolorare roșu-maro și zâmburi de coroziune: pătrunderea apei sau contaminarea corozivă
• Caneluri circumferenţiale pe calea de rulare: eroziunea electrică de la curenții de arbore
• Despicare cu suprafață aspră, fulgi și margini clare: oboseală de contact de rulare (poate fi la sfârşitul duratei de viaţă normală sau indusă de suprasarcină)
• Model de încărcare unilaterală pe canalele de rulare: dezaliniere sau sarcină axială într-un rulment radial

Păstrarea rulmenților defecte în pungi de plastic sigilate imediat după îndepărtare - înainte de curățare - păstrează starea lubrifiantului și dovezile reziduurilor care se pot pierde dacă rulmentul este șters sau spălat. Fotografierea poziției rulmentului instalat, a marcajelor arborelui și a stării alezajului carcasei înainte de îndepărtare adaugă un context valoros pentru analiză.

Pași practici pentru a preveni defecțiunea prematură a rulmentului

Având în vedere că majoritatea defecțiunilor lagărelor pot fi prevenite, o abordare structurată de prevenire vizează cele mai comune moduri de defecțiune în ordinea probabilității lor statistice.

Stabiliți un program de management al lubrifierii

Selectați lubrifianții în funcție de tipul rulmentului, factorul de viteză (n × dm), intervalul de temperatură de funcționare și expunerea la mediu - nu pe baza a ceea ce este deja în depozit. Documentați tipul corect de lubrifiant, cantitatea și intervalul de relubrifiere pentru fiecare punct de lubrifiere din instalație. Utilizați pistoale de unsoare calibrate în loc să distribuiți prin simțire; un pistol cu ​​cartuș de grăsime standard furnizează aproximativ 1,3 grame pe cursă, ceea ce reprezintă o bază utilă pentru calcularea volumelor. Implementați intervale de relubrifiere bazate pe condiție, acolo unde este posibil, utilizând monitorizarea cu ultrasunete sau prelevarea de grăsimi pentru a detecta degradarea înainte de apariția defecțiunii.

Îmbunătățiți practicile de instalare

Eliminați instalarea cu ciocan a rulmenților pe arbori. Utilizați instrumente de montare adecvate: încălzitoare cu inducție pentru inelele interioare cu fixare prin interferență (încălzirea la 80°C–100°C este de obicei suficientă și nu afectează metalurgia oțelului rulmentului), prese hidraulice cu adaptoare care aplică forță numai inelului care este montat și scule de montare mecanică pentru rulmenți de dimensiuni medii. Verificați dimensiunile arborelui și carcasei cu un micrometru calibrat înainte de instalare - un pas de măsurare de 10 minute previne luni de investigare a defecțiunilor premature.

Controlează contaminarea la sursă

Păstrați rulmenții de schimb în ambalajul lor original într-o zonă curată și uscată, departe de temperaturi extreme. Nu deschideți niciodată pachetele de rulmenți până în momentul instalării. Păstrați recipientele de lubrifiant sigilate și filtrate atunci când distribuiți. Inspectați și înlocuiți etanșările carcasei în mod obișnuit - o etanșare cu buze uzate, care costă 2 USD pentru înlocuire, poate permite contaminarea care distruge un rulment de 500 USD în câteva luni. În mediile cu expunere mare la particule, luați în considerare trecerea de la etanșări cu o singură buză la etanșări cu două buze sau trecerea la unități de rulmenți cu etanșări labirint pentru o excludere superioară.

Implementați monitorizarea stării

Analiza vibrațiilor, monitorizarea temperaturii, analiza uleiului și monitorizarea emisiilor de ultrasunete oferă fiecare ferestre diferite în starea rulmentului. Un program de vibrații bine implementat, folosind analiza învelișului sau tehnici de rezonanță de înaltă frecvență, poate detecta defecte ale rulmentului cu 4 până la 8 săptămâni înainte ca defecțiunea să devină critică, permițând înlocuirea planificată în timpul unei ferestre de întreținere programată, mai degrabă decât o oprire de urgență. Creșterea temperaturii peste nivelurile normale de funcționare este un semn de avertizare în faza târzie - în momentul în care un rulment rulează cu 10 °C până la 15 °C peste valoarea sa de bază istorică, pot fi deja prezente daune semnificative.

Verificați alinierea după instalare

Alinierea arborelui trebuie verificată cu un instrument de aliniere cu laser după fiecare înlocuire a rulmentului pe echipamentul cuplat. Metodele de indicator cu cadran sunt acceptabile pentru mașinile mai mici. Se țintă toleranțe de aliniere care sunt mai strânse decât capacitatea nominală de dezaliniere a cuplajului - cuplajul găzduiește dezalinierea reziduală în condiții de creștere termică de funcționare, nu dezalinierea de rutină din instalarea imprecisă. Un set motor-pompă aliniat la un decalaj paralel de 0,05 mm și o angularitate de 0,05 mm/100 mm va rezista în mod constant celui aliniat cu 0,2 mm.

Erori de selectare a rulmentului care scurtează durata de viață înainte ca rulmentul să fie instalat

Uneori, defecțiunea rulmentului nu este o problemă de întreținere - este o problemă de proiectare sau de selecție. Specificarea tipului de rulment greșit pentru condițiile de încărcare sau subdimensionarea rulmentului pentru sarcinile aplicate creează condiții de defecțiune pe care nicio practică de întreținere bună nu le poate depăși.

• Rulmenți adânci cu bile sunt optimizate pentru sarcini radiale cu componente axiale moderate. Folosirea lor în aplicații cu sarcini de tracțiune axiale mari duce la supraîncărcare cu bile și oboseală rapidă.
• Rulmenți cu role cilindrice suportă sarcini radiale mari în mod eficient, dar nu poate suporta sarcini axiale semnificative fără un inel cu flanșă proiectat în acest scop.
• Rulmenți cu bile cu contact unghiular sunt proiectate pentru sarcini radiale și axiale combinate și trebuie montate în perechi sau seturi potrivite pentru a funcționa corect - un singur rulment de contact unghiular pe un arbore care vede sarcina axială în ambele direcții va eșua.
• Rulmenți cu role conice necesită preîncărcare axială corectă pentru a funcționa corect — prea puțin și rolele derapează; prea mult și rulmentul se încinge și se obosește devreme.

Procesul de selecție a rulmentului ar trebui să includă calculul sarcinii dinamice echivalente, verificarea factorului de viteză în raport cu viteza nominală a rulmentului și confirmarea faptului că durata de viață L10 îndeplinește intervalul de service necesar al aplicației cu o marjă de siguranță adecvată - de obicei un factor de 3 până la 5 pentru echipamentele critice.

Costul real al defecțiunii rulmentului în operațiunile industriale

Costul de înlocuire al unui rulment nu este aproape niciodată costul real al unei defecțiuni a rulmentului. Într-o fabrică de proces continuu - o fabrică de hârtie, o fabrică chimică, o linie de producție alimentară - o defecțiune neplanificată a rulmentului care cauzează chiar și o oră de oprire poate costa cu ușurință între 10.000 USD și 100.000 USD sau mai mult în pierderea producției, în funcție de valoarea debitului echipamentului. Deteriorarea secundară a componentelor adiacente - garnituri, arbori, carcase, cuplaje - adaugă frecvent costuri care micșorează rulmentul în sine.

Studiile efectuate de organismele de inginerie de întreținere arată în mod constant că întreținerea reactivă costă de 3 până la 9 ori mai mult pe eveniment de reparație decât întreținerea planificată, bazată pe stare. Un rulment de 200 USD care eșuează în mod neașteptat și oprește o linie de producție timp de 4 ore are un cost total al evenimentului pe care nicio valoare de optimizare a prețului rulmentului nu îl poate compensa. Acest caz economic este fundamentul mișcărilor de întreținere centrată pe fiabilitate (RCM) și întreținere predictivă (PdM) - scopul nu este de a cumpăra rulmenți mai ieftini, ci de a asigura că fiecare rulment își atinge durata de viață.

Pentru managerii de întreținere care construiesc un caz de afaceri pentru programe îmbunătățite de lubrifiere, control al contaminării sau echipamente de monitorizare a vibrațiilor, calculul rentabilității investiției este de obicei simplu: o defecțiune critică evitată plătește adesea echipamentul de monitorizare și costurile de implementare a programului de multe ori.

Rezumat: Abordarea defecțiunii lagărului începe cu lubrifiere, apoi cu orice altceva

Cauza numărul unu a defecțiunii rulmentului - problemele de lubrifiere - este, de asemenea, cea mai controlabilă. Selectarea corectă a lubrifiantului, cantitatea adecvată, intervalele adecvate de relubrifiere și prevenirea contaminării elimină cea mai mare categorie de defecțiuni prevenibile ale rulmenților. După lubrifiere, atenția acordată practicilor de instalare, excluderea contaminării, verificarea alinierii și monitorizarea stării abordează modurile de defecțiune majore rămase în ordinea descrescătoare a impactului statistic.

Rulmenții nu sunt consumabile care pur și simplu se uzează - sunt componente de precizie care, în condițiile de funcționare potrivite, își vor atinge în mod fiabil durata de viață nominală. Când eșuează devreme și în mod repetat, cauza este aproape întotdeauna urmăribilă la o întreținere sau un decalaj specific, identificabil și corectabil. Procesul de analiză a defecțiunilor - examinarea sistematică a fiecărui rulment defect înainte de a fi aruncat - este cel mai subutilizat instrument din setul de instrumente de întreținere industrială și cel care, în timp, închide cel mai fiabil bucla dintre apariția defecțiunii și eliminarea cauzei principale.