Разбиране на точковата кора в лагери и зъбни колела
Кости е образуването на малки вдлъбнатини, кратери или депресии по работната повърхност на плъзгащите се повърхности на лагерите, търкалящите се елементи или зъбите на зъбните колела. То се дължи на два съвсем различни механизма: умора на материала, ранният етап на умората при контакт с търкаляне, и корозия, резултат от електрохимично въздействие, което отстранява материал от повърхността. При лагерите с търкалящи се елементи питингът обикновено се счита за ранен или лек вариант на лющене; при зъбните предавки това се признава за самостоятелен вид повреда, различен от счупването на зъбите или общото износване на предавките.
Независимо от причината, появата на питинг води до неравномерност на повърхността и концентрации на напрежение, които предизвикват вибрация и шум. Ако не се предприемат мерки, всяка отделна ямка се превръща в място за образуване на пукнатини, ямките се сливат в по-големи отчупвания и компонентът се приближава към повреда. Целта на мониторинга е именно да се открие проблемът навреме — докато повредата все още е малка и тенденцията е плавна.
1. Видове точкова корозия
Умора на материала (механична)
Умората на материала се дължи на повтарящия се контакт при валцуване и на цикличното напрежения в дълбоките слоеве което налага. То се проявява в два мащаба:
- Микропитиране: много малки вдлъбнатини с диаметър около 10–50 микрометра, които придават матова сива текстура на повърхността и са едва забележими с невъоръжено око. Този феномен се наблюдава предимно в зони, подложени на силно натоварване, и е често срещан при зъбни колела, работещи с тънък смазочен слой, както и при високоскоростни лагери. В зависимост от условията той може да се стабилизира или да прерасне в макропитинг.
- Макропитинг (първоначално образуване на питинг): ясно видими кратери с диаметър около 1–5 мм и дълбочина 0,1–0,5 мм, образувани когато подповърхностна умора на материала се разпространи към повърхността и откъсне парченце. Обикновено това се превръща в по-големи отчупвания и може да отнеме месеци или години, докато се стигне до разрушаване – именно този период се използва при мониторинга на състоянието.
Точкова корозия (химична)
Точковата корозия се дължи по-скоро на електрохимично въздействие, отколкото на натоварване. Влагата, киселините или технологичните химикали, които влизат в контакт с повърхността, изяждат плитки, ръждивооцветени дупчици, често изпълнени с продукти на корозията. За разлика от уморените дупчици, тя обикновено е широко разпространена, а не ограничена до зоната на натоварване, и макар че обикновено започва по-плитко от уморената дупчица, всяка кухина действа като усилвател на напрежението, който поставя началото на последващо уморно напукване. Ефективното уплътняване и смазочните материали с инхибитори на корозията са първата линия на защита.
Електрохимична корозия
Електрическият питинг се причинява от ток, преминаващ през лагера, и от електрическа дъга през масления филм, която стопява миниатюрни кратери. Класическият признак са гъсто разположени кратери, подредени в редовни ивици — шарка тип „перална дъска“ или набразден “флутинг”. Той е често срещан при двигатели, захранвани от VFD, с недостатъчно заземяване на вала, което е същата основна причина за много електрически неизправностии обикновено се разпознава по характерния си редовен мотив при оглед.
2. Методи за откриване
Анализ на вибрациите
Питингът води до характерна промяна във вибрациите. В ранния етап се наблюдава леко увеличение на вибрациите с висока честота; с нарастването на дефектите се появяват отделни честоти на дефектите в лагерите да се появят - БПФО, БПФИ или ЧСФ в зависимост от това коя повърхност е повредена — като амплитудата и броят на хармониците им нарастват. Анализ на обвивката е най-ефективният инструмент за откриване на питинг в ранен стадий, тъй като той отделя слабите повтарящи се удари от широколентовия фон много преди те да преобладават в обичайния спектър.
Визуален оглед
Директният оглед изисква разглобяване или достъп с бороскоп. Инспекторът търси сиви матови участъци (микропитинг) или видими кратери (макропитинг), преброява и измерва питите, за да оцени степента на увреждане, и ги фотографира с цел документиране и проследяване на тенденциите при бъдещи инспекции.
Анализ на маслото
Частици от износвания метал в маслена проба показва активното отнемане на материал. Ферографията позволява да се разграничи морфологията на частиците при питинг от тази при обикновено износване, а нарастващата концентрация на частиците потвърждава, че повредата прогресира, а не е в стабилно състояние.
Ултразвуково изпитване
Неравностите по повърхността, причинени от питинг, водят до ултразвук емисии, а преносимите детектори могат да ги отчитат неинвазивно. Ултразвукът често сигнализира за проблеми, преди симптомите на вибрациите да станат очевидни, което го прави полезно допълнение към спектралния мониторинг.
3. Причини и профилактика
Питинг от умора
- Подходяща носеща способност: изберете лагер, чийто ресурс L10 значително надвишава изисквания срок на експлоатация.
- Правилно смазване: да се поддържа подходяща дебелина на слоя (съотношение на дължината на вълната, по-голямо от около 3), така че неравностите да не се допират.
- Чистота: да се предотврати замърсяването, което набраздява повърхността и води до образуване на зони на напрежение.
- Подравняване: избягвайте натрупването на тежест по краищата, причинено от несъосност.
- Контрол на натоварването: устойчивост на претоварване — експлоатационният срок на ролковите лагери намалява приблизително пропорционално на куба на натоварването.
Точкова корозия
- Ефективно уплътняване: не допускайте влага в кухината на лагера.
- Подходяща смазка: използвайте препарати с инхибитори на корозията.
- Устойчиви на корозия материали: изберете лагери от неръждаема стомана за работа във влажна среда.
- Защита на паметта: предпазете резервните лагери от влага.
- Предотвратяване на кондензацията: избягвайте термичните цикли, които водят до образуване на конденз вътре в корпуса.
Електрохимична корозия
Превенцията се състои в предотвратяването на проникването на ток в лагера: правилно заземяване на вала при двигатели с честотно регулируеми преобразуватели, изолиран лагер в единия край на машината, керамични (непроводящи) търкалящи се елементи, както и общи мерки за премахване или намаляване до минимум носещи токове.
4. Пъпчета по зъбните колела
При зъбите на зъбните колела питингът има свои характерни особености. Той възниква по фланците на зъбите в зоната на контакт, като се концентрира в близост до линията на стъпката, където комбинацията от въртене и плъзгане води до максимално напрежение в зоната на контакт. Увреждането се проявява като повишени вибрации при честота на зацепване на зъбното колело, често придружен от странични ленти разположени при работната скорост на вала, заедно с чуваеми промени в тона и видими вдлъбнатини по фланците. Умерено количество от така наречените „начални“ вдлъбнатини може да бъде приемливо при някои конструкции и дори може да се стабилизира с приспособяването на повърхностите, но прекомерното образуване на вдлъбнатини намалява носещата площ и в крайна сметка води до счупване на зъбите. Наблюдението на честотата на зацепване и нейните странични ленти, заедно с периодичната проверка на фланците, представлява практическата процедура за откриване при по-широкото семейство от дефекти на зъбните колела.
5. Оценка на тежестта и решения
При лагерите степента на сериозност обикновено се определя според това колко голяма част от зоната на натоварване е засегната:
- Начално: няколко разпръснати микродупки, заемащи около 5 % от зоната на натоварване.
- Светлина: видими вдлъбнатини върху около 5–25 % от площта на зоната на натоварване.
- Умерено: широко разпространени питинг по 25–50 % от повърхността, които започват да се сливат.
- Тежко: повече от 50 % от повърхността е засегната от дупки, които се сливат в отчупвания — незабавна подмяна.
Тези степени съответстват на конкретни мерки. При начален до лек питинг изделието може да продължи да се използва при подходящо наблюдение; умереният питинг налага планирана подмяна в срок от един до три месеца; при силен питинг изделието трябва да се подмени при първа възможност; а бързото влошаване, съпроводено с високи вибрации или температура, налага аварийно изключване. Настройка на разумна аларма и нива на пътуване в сравнение с тези етапи и проследяването на тенденция с течение на времето превръща суровите измервателни данни в решение за поддръжка.
6. Кога е подходящо използването на питинг и как балансирането помага
Питтингът е важен междинен етап в процеса на износване на компонентите — той е по-сериозен от обикновеното повърхностно износване, но често може да бъде овладян, ако се открие навреме. Освен това той рядко се проявява самостоятелно: натоварването по краищата, причинено от несъосност или възбуждане резонанс ускорява износването, както и повишеното динамично натоварване на лагерите, причинено от ротора дисбаланс. Поддържането на доброто балансиране на ротора е следователно част от превенцията на преждевременното образуване на питинг, а преносим двуканален анализатор като Balanset-1A заслужава мястото си двойно: работи плик и спектрална диагностика за ранното откриване на питинг по лагерите и зъбните колела в експлоатационни условия, като освен това извършва балансиране на място което намалява напреженията при търкаляне, водещи до увреждане. В съчетание с подходящо смазване, уплътняване и центриране, тази комбинация позволява на екипа да открие питинг на ранен етап и да се намеси по свой график, доста преди да се стигне до катастрофално отчупване.
