Βελτιώσεις στην προληπτική συντήρηση μηχανολογικού εξοπλισμού

Abstract

In this research, we investigate the impact of particle contaminants in the lubrication grease on the operational life of bearings. For this purpose a test rig was developed where rolling bearings were tested. The bearings were filled with pre-contaminated grease using particles of different sizes and hardness. Two types of particles were used, steel particles with 700HV hardness and corundum/alumina (AL2O3) particle with hardness of 2.000HV, in four different particle sizes with average sizes 68μm, 81μm, 96μm και 141μm respectively. In order to monitor the condition of the bearings, a vibration monitoring and measuring rig was developed consisted by two triaxial accelerometers and the necessary electronic equipment (amplifiers, data acquisition machines, PCs). The results from the measurements were collected, processed and plotted in the time domain and in the frequency domain. At the end, the final results were verified with visual inspection using a stereoscope. In the cases were the measuring results indicated the presence of a failure (due to excess vibration levels), these faults were correlated with the visual findings. The results showed a different behavior for the examined contaminants. In the experiments with the harder corundum particles the useful operational life is much shorter than the expected, counting only to 1/10th of it. Vibration levels were higher, above the accepted limits, due to high wear and deformation of the raceways. Wear seems to be independent from the initial size of the contaminants and it is determined from the ultimate fragmentation size of them as they are crushed down to smaller particles. In the case of the softer contaminants from steel, wear is lower and the useful life of the bearings approaches the theoretically calculated. Wear mechanism is different as the ductile contaminants are deformed plastically in order to fit in the load zone. Depending on their initial size, this deformation can be enough to pass through this zone due to the bearing clearance. In the case where larger particles (with average size of 141μm) were used, adhering phenomena and high temperatures were observed due to insufficient lubrication. The current calculation methodology overestimates the nominal life bearings operating with contaminated lubricant and factors such as the size and the hardness of particle contaminants should be taken into account.

Στην παρούσα εργασία διερευνήθηκε η επίπτωση που έχει στην διάρκεια ζωής των εδράνων κύλισης η παρουσία σωματιδιακών ρύπων στο λιπαντικό γράσο. Για τον σκοπό αυτό κατασκευάστηκε μια πειραματική διάταξη όπου δοκιμάστηκαν έδρανα κύλισης στα οποία χρησιμοποιήθηκαν δείγματα από λιπαντικό γράσο τα οποία περιείχαν προκαθορισμένη ποσότητα σωματιδιακών ρύπων. Χρησιμοποιήθηκαν δύο τύποι ρύπων, σίδηρος με σκληρότητα 700HV και κορούνδιο (AL2O3) με σκληρότητα 2,000HV, σε τέσσερεις ομάδες με μέσο μέγεθος κόκκων 68μm, 81μm, 96μm και 141μm αντίστοιχα. Για την συνεχή παρακολούθηση της κατάστασης των εδράνων κατασκευάστηκε και παραμετροποιήθηκε μια διάταξη ανάλυσης ταλαντώσεων αποτελούμενη από δύο τριαξονικά επιταχυνσιόμετρα και τον απαραίτητο ηλεκτρονικό εξοπλισμό (ενισχυτές, μηχανή συλλογής δεδομένων, Η/Υ). Τα αποτελέσματα των μετρήσεων επεξεργάστηκαν στα πεδία του χρόνου και των συχνοτήτων και δημιουργήθηκαν αντίστοιχα συγκριτικά διαγράμματα. Μετά το τέλος των πειραμάτων τα αποτελέσματα των μετρήσεων συγκρίθηκαν με τα ευρήματα του οπτικού ελέγχου των δοκιμίων που διενεργήθηκε με χρήση στερεοσκοπίου. Στις περιπτώσεις όπου στην ανάλυση των δεδομένων υπήρχαν ενδείξεις για την ύπαρξη κάποιας βλάβης (λόγω υπέρβασης των καθορισμένων ορίων ταλαντώσεων), οι βλάβες αυτές συσχετίσθηκαν με τα οπτικά ευρήματα. Τα τελικά αποτελέσματα έδειξαν μια διαφορετική συμπεριφορά για τα δύο είδη των ρύπων που εξετάστηκαν. Στα πειράματα με τα σκληρά σωματίδια κορουνδίου η διάρκεια ζωής των εδράνων ήταν σημαντικά μικρότερη από την αναμενόμενη, πλησιάζοντας μόνο το 1/10 αυτής. Οι προκαλούμενες ταλαντώσεις ήταν αρκετά υψηλές, ξεπερνώντας τα αποδεκτά όρια, εξαιτίας της υψηλής φθοράς και της παραμόρφωσης των διαδρόμων κύλισης μέσω απομάκρυνσης υλικού. Η φθορά φαίνεται να είναι ανεξάρτητη από το αρχικό μέγεθος των ρύπων από κορούνδιο και καθορίζεται από το τελικό μέγεθος των σωματιδίων που προκύπτουν μετά από την θραυσματοποίηση των αρχικών ρύπων. Στα πειράματα με τους μαλακότερους ρύπους από σίδηρο, η φθορά είναι γενικά μικρότερη και η διάρκεια ζωής των εδράνων φαίνεται να πλησιάζει την αναμενόμενη. Ο μηχανισμός βλαβών είναι διαφορετικός, καθώς τα ελατά σωματίδια από σίδηρο παραμορφώνονται πλαστικά προκειμένου να εισέλθουν στην ζώνη φόρτισης. Ανάλογα με το αρχικό τους μέγεθος αυτή η παραμόρφωση μπορεί να είναι αρκετή προκειμένου να καταφέρουν να περάσουν την ζώνη φόρτισης βοηθούμενα από το διάκενο (ακτινική χάρη) του εδράνου. Στην περίπτωση όμως των μεγαλύτερων σωματιδίων (μέσου μεγέθους 141μm) παρατηρήθηκαν φαινόμενα μικροσυγκολλήσεων, ανάπτυξης υψηλών θερμοκρασιών και ανεπαρκούς λίπανσης. Προέκυψε ότι ο υπάρχον τρόπος υπολογισμού της διάρκειας ζωής των εδράνων κάτω από συνθήκες ρύπανσης υπερεκτιμά την διάρκεια ζωής τους και πρέπει να λαμβάνονται υπόψη και παράγοντες όπως το μέγεθος και η σκληρότητα των σωματιδιακών ρύπων.