Înțelegerea exfolierii la rulmenții cu elemente de rostogolire
Definiție: Ce este Spalling-ul?
Exfoliere (numită și exfoliere, exfoliere sau coroziune atunci când este mică) este exfolierea, ciobirea sau fractura localizată a materialului de pe suprafața rulmenților sau a elementelor de rulare din cauza oboselii de contact prin rostogolire. O exfoliere apare ca un crater, o groapă sau o așchie în care o bucată de material s-a desprins de suprafață, lăsând în urmă o zonă rugoasă și deteriorată. Atunci când elementele de rulare trec peste o exfoliere, acestea generează forțe de impact care creează caracteristici vibrații la specific frecvențele defectelor lagărelor.
Exfolierea este cel mai comun și normal mod de defectare a rulmentului, reprezentând sfârșitul duratei de viață la oboseală a unui rulment. Este distinctă de purta (îndepărtare treptată a materialului) sau gropi (deteriorare a suprafeței indusă de coroziune). Exfolierea este detectabilă prin analiza vibrațiilor luni înainte ca rulmentul să se deterioreze complet, ceea ce îl face o țintă cheie pentru programele de mentenanță predictivă.
Mecanismul fizic al exfolierii
Procesul de oboseală prin contact prin rostogolire
Exfolierea se dezvoltă printr-un proces progresiv de oboseală:
- Încărcare ciclică: De fiecare dată când un element rulant trece printr-un punct de pe calea de rulare, acesta creează o tensiune de contact hertziană (de obicei 1000-3000 MPa)
- Tensiune de forfecare subterană: Tensiunea maximă de forfecare apare puțin sub suprafață (de obicei la o adâncime de 0,2-0,5 mm)
- Inițierea fisurilor: După milioane sau miliarde de cicluri, fisura microscopică se inițiază la concentrația de stres subteran
- Propagarea fisurilor: Fisura crește paralel cu suprafața, apoi se ramifică spre suprafață și se adâncește în material
- Separarea materialelor: Rețeaua de fisuri izolează o bucată de material
- Formarea de deschizături: Materialul izolat se desprinde, lăsând în urmă un crater sau o groapă
Caracteristici tipice ale exfolierii
- Dimensiune: Inițial cu diametrul de 1-5 mm, poate crește până la 10-20 mm sau mai mult
- Adâncime: 0,2-2 mm adâncime în carcasa întărită
- Formă: Crater neregulat cu fund și margini rugoase
- Locaţie: Cel mai adesea pe calea de rulare exterioară din zona de sarcină
- Aspect: Suprafață metalică, strălucitoare, cu margini ascuțite inițial; se întunecă odată cu funcționarea continuă
Cauze și factori care contribuie
Viață normală la oboseală
- Toți rulmenții au o durată de viață finită la oboseală (durata de viață L10 – 90% supraviețuiește până în acest punct)
- Exfolierea este modul de defecțiune așteptat la sfârșitul duratei de viață
- Alegerea corectă a rulmentului asigură o durată de viață adecvată pentru aplicație
- Nu este un defect dacă apare la sau după durata de viață calculată L10
Cauzele exfolierii premature
- Supraîncărcare: Sarcinile care depășesc capacitatea nominală a rulmentului reduc drastic durata de viață (Durata de viață ∝ 1/Sarcină³)
- Lubrifiere slabă: Grosimea inadecvată a peliculei crește tensiunea superficială
- Contaminare: Particule care creează factori de creștere a tensiunii care inițiază fisuri
- Nealiniere: Încărcarea laterală creând solicitări locale ridicate
- Instalare incorectă: Deteriorarea în timpul montării inițiază defecțiuni timpurii
- Coroziune: Gropi de suprafață care acționează ca locuri de inițiere a fisurilor
- Defecte materiale: Incluziuni în oțelul pentru rulmenți
Detectarea vibrațiilor pentru exfoliere
Stadiu incipient (micro-exfoliere)
- Spall < 1-2 mm diametru
- Vârfuri mici la frecvențele defectelor lagărelor în spectrul anvelopei
- Este posibil să nu fie vizibil în format standard FFT spectru
- Amplitudine în anvelopă: 0,5-2 g
- Durată de viață rămasă: de obicei 6-18 luni
Stadiul moderat
- Diametrul 2-10 mm al ciobiturii
- Vârfuri clare de frecvență a defectelor atât în spectrul FFT, cât și în cel al anvelopei
- 2-3 armonice vizibil
- Începutul bandă laterală formare
- Amplitudine: 2-10 g
- Durată de viață rămasă: 2-6 luni
Stadiu avansat
- Exfoliere > 10 mm, pot fi exfolieri multiple
- Vârfuri de frecvență a defectelor cu amplitudine foarte mare
- Numeroase armonice (4-8 sau mai multe)
- Structură complexă a benzii laterale
- Nivel de zgomot ridicat
- Amplitudine: > 10 g
- Durata de viață rămasă: Zile până la săptămâni
Stadiu sever/critic
- Exfoliere extinsă, defecte multiple
- Zgomot de bandă largă dominant
- Frecvențele individuale ale defectelor pot fi ascunse
- Vibrații generale foarte ridicate
- Zgomot audibil de la rulment
- Temperatură ridicată
- Defecțiune iminentă – înlocuire imediată necesară
Progresie și daune secundare
Creșterea Spall-ului
Odată inițiate, exfolierile cresc progresiv:
- Încărcarea cu impact la marginile despicării creează o tensiune ridicată
- Materialul adiacent obosește mai rapid
- Spall crește spre exterior și mai adânc
- Rată de creștere exponențială – exfolierea mică poate deveni mare în câteva săptămâni
Daune secundare
Exfolierea creează resturi care provoacă daune în cascadă:
- Generarea de resturi: Particulele metalice din așchii circulă în rulment
- Abraziune cu trei corpuri: Resturile acționează ca un compus de suprapunere
- Ciopături secundare: Particulele de resturi inițiază noi exfolieri în alte zone
- Deteriorare rapidă: Odată ce apar mai multe ciobituri, defectarea se accelerează
- Eșec complet: În cele din urmă, rulmentul își pierde toată capacitatea portantă
Răspuns și acțiuni corective
La detectare
- Confirmați diagnosticul: Verificați dacă frecvența defectelor corespunde cu geometria rulmentului
- Evaluați severitatea: Determinarea etapei pe baza amplitudinii și a armonicelor
- Creșterea monitorizării: Schimbare de la lunar la săptămânal sau zilnic în funcție de severitate
- Programați înlocuirea: Planificați schimbarea rulmenților în timpul perioadei de nefuncționare adecvate
- Achiziționare rulment: Comandați înlocuirea (verificați modelul și specificațiile corecte)
Indicatori de urgență
Oprirea imediată este recomandată dacă:
- Amplitudinea vibrațiilor se dublează în mai puțin de o săptămână
- Temperatura rulmenților crește rapid (> 5°C într-o singură tură)
- Scrâșnet, scârțâit sau rugozitate audibilă din partea rulmentului
- Sunt prezente mai multe frecvențe ale rulmentului (defecte multiple)
- Pierdere de lubrifiant sau contaminare vizibilă
Prevenire prin proiectare și întreținere
Faza de proiectare
- Selectați rulmenți cu o durată de viață adecvată (L10 > durata de viață necesară)
- Asigurați un sistem de lubrifiere adecvat
- Proiectare etanșare eficientă
- Asigurați o răcire adecvată pentru condițiile de funcționare
Faza de instalare
- Practici de instalare curate
- Unelte de montare adecvate (pentru a preveni deteriorarea instalării)
- Verificați jocul corect al rulmentului
- Aliniere precisă
Faza de operare
- Program de monitorizare a vibrațiilor cu analiză a anvelopei
- Program de lubrifiere (intervale, cantități, calitate)
- Monitorizarea temperaturii
- Calitate bună a echilibrării pentru a minimiza încărcările dinamice
Exfolierea este punctul final inevitabil al duratei de viață la oboseală a rulmenților, dar prin selectarea, instalarea, lubrifierea și monitorizarea stării corecte a rulmenților, durata de viață a rulmenților poate fi maximizată, iar defecțiunile pot fi detectate suficient de devreme pentru a preveni deteriorarea secundară și a permite o întreținere planificată și eficientă din punct de vedere al costurilor.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 