Разбиране на отчупването в търкалящите лагери
Спаллинг — наричано още отчупване, лющене или образуване на дупчици, когато е в малки размери — представлява локализирано лющене, отчупване или счупване на материал от повърхността на пътеките или търкалящите се елементи на лагера, причинено от умора при търкалящ контакт. Отчупването се проявява като кратер или дупчица на мястото, където се е откъснала люспа от закалена стомана, оставяйки грапава вдлъбнатина с остри ръбове. Всеки път, когато топка или ролка се търкаля върху този кратер, тя оказва малък механичен удар, а тези повтарящи се удари се разпространяват вибрация at predictable честоти на дефектите в лагерите — признакът, който позволява на анализатора да открие повредата много преди лагера да се заклещи.
Отслагването е най-често срещаното и, в известен смисъл, най- normal режим на отказ на лагера: това представлява естествения край на умората на лагера. Той се различава от износване (постепенна, разпространена загуба на материал) и вследствие на корозия хлъзгане. Най-важното е, че отчупването може да се установи чрез анализ на вибрациите месеци преди лагерът да се повреди напълно, което го превръща в основна цел на всеки прогнозна поддръжка programme.
1. Физичният механизъм на отчупването
Умора при ролков контакт
Отслагването не е внезапно явление, а видимата кулминация на дълъг процес на умора:
- Циклично натоварване: при всяко преминаване на търкалящ се елемент върху пътеката се упражнява херцово контактно напрежение, обикновено 1000–3000 MPa, концентрирани в контактна повърхност, по-малка от зрънце ориз.
- Напрежение на срязване в подпочвения слой: максималното променливо напрежение на срязване възниква не на повърхността, а малко под нея, обикновено 0.2–0.5 mm deep.
- Започване на пукнатина: след милиони — а често и милиарди — цикли на напрежение, в мястото на концентрация на напрежение под повърхността, често в неметална включване в стоманата, се образува микроскопична пукнатина.
- Разпространение на пукнатината: пукнатината се разширява успоредно на повърхността, след което се разклонява както към повърхността, така и по-навътре в материала.
- Разделяне на материалите: в крайна сметка мрежата от пукнатини изолира парче стомана.
- Образуване на отломки: този изолиран материал се откъсва, оставяйки характерния кратер.
Тъй като увреждането започва под повърхността, лагерът може да е на прага на появата на видимо отчупване само след няколко дни, докато с голи очи пътеките му все още изглеждат блестящи като огледало — и именно затова умората на материала под повърхността е невидима при визуален оглед, но се улавя от датчика за вибрации.
Типични характеристики на отчупването
- Размер: първоначално с диаметър 1–5 мм, като достига 10–20 мм или повече.
- Дълбочина: 0,2–2 мм в закалената повърхност.
- Форма: неправилен кратер с неравно дъно и назъбени ръбове.
- местоположение: най-често върху външния пръстен в зоната на натоварване.
- Външен вид: първоначално ярък, с остри контури и метален, който потъмнява с продължаването на операцията.
2. Причини и съпътстващи фактори
Нормален ресурс на износване
- Всеки лагер има ограничен ресурс на износване — L10 life, точката, при която се очаква 90 % от населението да оцелее.
- Отпадането на покритието е очакваният начин на износване в края на експлоатационния срок; достигането на този етап в края на изчисления експлоатационен срок L10 или след него не представлява дефект, а е доказателство за успешен проект.
- Правилният избор на лагери гарантира, че експлоатационният срок L10 значително надвишава изисквания срок на експлоатация. Можете да определите този срок в зависимост от натоварването и скоростта с помощта на нашия Калкулатор за живот на лагер L10 (ISO 281).
Преждевременно отслагване
Когато се появят отчупвания много преди изтичането на експлоатационния срок L10, почти винаги е налице външна причина:
- Претоварване: експлоатационният срок намалява пропорционално на куба на натоварването (експлоатационен срок ∝ 1/(натоварване)³), така че дори и леко претоварване значително съкращава експлоатационния срок.
- Недостатъчно смазване: неподходящ филм позволява на неравностите да се допират, което води до напрежение в повърхността.
- Замърсяване: твърдите частици нанасят вдлъбнатини по повърхността на пътя и създават точки на напрежение, които предизвикват появата на пукнатини.
- Несъответствие: Натоварването по ръба концентрира напрежението в единия край на контактната повърхност.
- Неправилен монтаж: Натрупващите се повреди водят до преждевременни повреди.
- Корозия: повърхностните вдлъбнатини служат като готови места за образуване на пукнатини.
- Материални дефекти: включения в стоманата на лагера.
Често пренебрегван фактор, ускоряващ процеса, е динамичното натоварване, причинено от лошото балансиране на ротора: остатъчно дисбаланс добавя въртяща сила към статичното натоварване на лагера и благодарение на тази кубична зависимост дори малко увеличение на динамичното натоварване може драстично да съкрати срока на износване. Поддържането на доброто балансиране на роторите е следователно истинска мярка за удължаване на експлоатационния живот на лагерите, а не само за намаляване на вибрациите.
3. Откриване на вибрации според степента на сериозност
Голямата полза от отлющването от диагностична гледна точка е, че то се проявява на ранен етап и се развива по разпознаваема последователност. Откриването му зависи до голяма степен от анализ на обвивката, който демодулира високочестотните ударови пръстени, за да определи честотата на дефектите.
Ранен етап (микроотчупване)
- Отломки с диаметър под 1–2 мм.
- Малки пикове при честотите на разлома в спектър на обвивката.
- Често остава незабелязано в стандартния вариант FFT спектър.
- Амплитуда на обхвата: приблизително 0,5–2 g.
- Остатъчен срок на годност: обикновено 6–18 месеца.
Moderate stage
- Отломки с диаметър 2–10 мм.
- Ясно изразени пикове на честотата на грешките както във FFT спектъра, така и в спектъра на амплитудната крива.
- Two to three хармоници на честотата на дефектите, която се наблюдава.
- Onset of странична лента образувания около върховете.
- Амплитуда: приблизително 2–10 g.
- Оставащ срок на годност: 2–6 месеца.
Advanced stage
- Отчупване с размер над 10 мм, вероятно няколко отчупвания.
- Върхове с много висока амплитуда в честотния спектър на разлома.
- Многобройни хармоници – от четири до осем или повече.
- Сложна структура на страничните ленти.
- Повишен фонов шум.
- Амплитуда: над 10 g.
- Оставащ живот: от дни до седмици.
Тежко / критично състояние
- Обширно отлющване с множество дефекти.
- Широколентовият шум започва да доминира в спектъра.
- Честотите на отделните неизправности се заглушават от този шум.
- Много силни вибрации, чуваем шум от лагерите и повишаване на температурата.
- Очаква се повреда — необходима е незабавна подмяна.
За да приложите това на практика, трябва да знаете точните честоти, които да търсите. Те зависят от геометрията на лагера и скоростта на вала, затова ги изчислете предварително с помощта на Калкулатор за честота на дефекти на лагери — получената БПФО, БПФИ, ЧСФ и чуждестранен тероризъм тези стойности ви показват точно къде в спектъра ще се появи отблясъкът от всеки компонент.
4. Прогресиране и вторични увреждания
Spall growth
След като се образува отломка, тя постепенно нараства, като растежът е по-скоро експоненциален, отколкото линеен:
- Ударното натоварване по краищата на отчупените части води до локално високо напрежение.
- Допълнителният материал се износва по-бързо от новия водач.
- С всяко завъртане отломката се разширява навън и навътре.
- Една малка отломка може да се превърне в голяма в рамките на няколко седмици, след като процесът започне да се самоподхранва.
Съпътстващи щети
Отпадането на парчета също така създава отломки, които предизвикват верижна реакция на повреди:
- Образуване на отпадъци: метални частици от отчупения материал циркулират в смазочното средство.
- Абразия с три тела: тези отломки действат като абразивен материал, като надраскват иначе непокътнати повърхности.
- Вторични отчупвания: вградените частици нанасят вдлъбнатини по новата повърхност и предизвикват образуването на нови отчупвания на други места.
- Бързо влошаване: когато се появят няколко отчупвания, разрушаването се ускорява значително.
- Пълен провал: в крайна сметка лагерът напълно губи носещата си способност.
5. Реакция и коригиращи мерки
Upon detection
- Потвърдете диагнозата: уверете се, че измерената честота на повредата съответства на геометрията на лагера — а не е просто съвпадение или хармоничен на нещо друго.
- Оценка на тежестта: Определете мястото на повредата на скалата на сцената по-горе, като използвате амплитудата и броя на хармониците.
- Засилване на мониторинга: съкратете интервала от месечен на седмичен или ежедневен, ако състоянието се влоши.
- График за подмяна: да планирате подмяната на подходящ изключване window.
- Закупете лагера: Поръчайте подходящия модел и проверете техническите му характеристики преди прекъсването на електрозахранването.
Индикатори за аварийни ситуации
Необходимо е незабавно изключване, ако се появи някое от следните състояния:
- Удвояване на амплитудата на вибрациите за по-малко от седмица.
- Температурата на лагера се повишава бързо — с повече от около 5 °C за една смяна.
- Чуемо скърцане, скърцане или грапавост от лагера
- Налице са няколко честоти на лагера едновременно, което сочи за наличието на няколко дефекта.
- Загуба на смазочно средство или видимо замърсяване.
6. Превенция чрез проектиране и поддръжка
Фаза на проектиране
- Изберете лагери с подходящ номинален ресурс (L10, който е значително по-голям от необходимия експлоатационен срок).
- Осигурете подходяща смазочна система и ефективно уплътнение.
- Осигурете подходящо охлаждане, съобразено с работните условия.
Етап на инсталиране
- Използвайте правилни методи за монтаж и подходящи инструменти, за да избегнете повреда при монтажа.
- Проверете дали е правилно хлабина на лагера.
- Постигане на прецизност подравняване за да се избегне натрупване по краищата.
Фаза на работата
- Изпълнете програма за мониторинг на вибрациите, която включва анализ на амплитудния профил.
- Спазвайте строга програма за смазване — съблюдавайте правилните интервали, количества и клас.
- Следете температурата.
- Поддържайте роторите добре балансирани, за да сведете до минимум динамичните натоварвания, които съкращават срока на експлоатация. Преносим двуканален анализатор, като например Balanset-1A позволява на техника както да проследи спектра на обхвата на проблемния лагер, така и – когато основната причина е дисбаланс на ротора – да го коригира на място в самите лагери на машината, като по този начин премахне именно динамичното натоварване, което е довело до преждевременното износване на лагера.
Отслагването е неизбежният краен резултат от умората на лагерите, но това не трябва да е изненада. Чрез правилен подбор на лагерите, правилен монтаж, стриктно смазване и мониторинг на състоянието, експлоатационният срок се удължава, а повредите се откриват достатъчно рано, за да се предотвратят вторични щети и да се превърне непланираната повреда в планирана подмяна с ниски разходи.
