Увеличение срока службы подшипников за счет эффективной смазки консистентной смазкой

Исследования и разработки SKF направлены на поддержку разработки продуктов в подшипниках и уплотнениях, для которых понимание консистентной смазки имеет решающее значение, поскольку большинство отказов подшипников вызвано неправильной смазкой.

SKF обладает собственными знаниями в области анализа смазочных материалов и влияния смазки на характеристики подшипников с помощью широкого спектра сложного химического, измерительного и испытательного оборудования.

Система смазки и смазки часто интегрируется в систему подшипников, где выбираются специальные пластичные смазки, предназначенные для конкретного применения. SKF не производит смазку, но в партнерстве с предпочтительными поставщиками разработала ряд пластичных смазок как для первичной заливки, так и для послепродажного обслуживания.

Знания в области смазки также распространяются на автоматические лубрикаторы, многоточечные и одноточечные лубрикаторы, централизованные системы смазки, а также централизованные системы смазки с полной потерей и циркуляцией.

SKF также проводит обучение по выбору смазочных материалов, обращению с ними, осмотру, утилизации и техническому обслуживанию. Отдельное бизнес-подразделение SKF - Инженерные и консультационные услуги - помогает разрабатывать продукты, относящиеся к вращающимся валам или подшипникам. Очевидно, здесь очень важна смазка (особенно консистентная смазка). Разработка приложений, консультационные услуги, обучение, управление смазкой, мониторинг состояния, обслуживание надежности, техническая поддержка, инструменты, продукты и системы вместе составляют полное решение SKF по смазке.

Консистентная смазка для подшипников
Идеальный подшипник не требует смазки. Однако смазка необходима для отделения тел качения от дорожек качения, чтобы предотвратить повреждение из-за (микро) скольжения. Идеальной разделяющей средой является жидкость, которая способна выдерживать сдвиг с низкими потерями на трение и может восполнять несущие поверхности (самовосстановление).

Смазка широко используется из-за ее консистенции, что делает ее удобной в использовании; он не будет легко вытекать и обеспечивает некоторое уплотняющее действие. Консистентная смазка защищает от коррозии и снижает коэффициент трения по сравнению с масляной смазкой при условии использования смазки хорошего качества и степени заполнения.

Консистентная смазка имеет конечный срок службы [2,3], который обычно короче усталостной долговечности подшипников [1]. Существуют усовершенствованные модели срока службы подшипников, и, поскольку срок службы пластичной смазки часто преобладает над сроком службы подшипников, весьма желательна модель срока службы пластичной смазки. К сожалению, сложность смазывания пластичной смазкой [2] означает, что в настоящее время отсутствуют физические модели для прогнозирования срока службы пластичной смазки. SKF разработала эмпирическую модель, в которой срок службы смазки (или интервал повторного смазывания) можно рассчитать для «смазки хорошего качества».

Рисунок 1.

Для радиальных шарикоподшипников SKF разработала концепцию коэффициента эффективности смазки (GPF) [3] (рис.1) для прогнозирования срока службы хорошо известных пластичных смазок, если имеются данные. GPF =1 соответствует характеристикам «смазки хорошего качества». Многие типы смазки превосходят стандартное «хорошее качество» и имеют GPF больше 1. На рис. 1 показан срок службы смазки в зависимости от температуры, скорости (ндм) и качества смазки [3].

SKF рекомендует пределы температурных характеристик в пределах стандартизованных температурных пределов (рис. 2). Между рекомендованными пределами производительности, «зеленой зоной» концепции светофора SKF, смазка будет работать надежно, и можно определить срок службы смазки (и интервал повторного смазывания) [8].

Рисунок 2.

Температуры в янтарной зоне по обе стороны от зеленой зоны должны наблюдаться только в течение очень коротких периодов времени. Со временем, температурой, механической обработкой, старением и возможным попаданием загрязнений смазка в подшипнике ухудшается и теряет свои смазочные свойства. После первоначальной заливки смазки во время установки дополнительная смазка может обеспечить желаемый срок службы. Для достижения надежности важны три фактора для повторного смазывания:тип смазки, количество смазки и частота применения. Поставляемое количество и частота смазки зависят от условий эксплуатации и способа подачи:вручную, с помощью автоматического лубрикатора или системы смазки. Эти знания воплощены в экспертных системах:LubeSelect, LuBase и DialSet, доступных через Интернет.

Физика консистентной смазки
Понимание физики и химии консистентной смазки имеет решающее значение для прогнозирования характеристик пластичной смазки в подшипнике. Испытание на срок службы смазки в условиях применения обычно невозможно, поскольку приложение будет рассчитано на очень длительный срок службы, что приведет к недопустимо долгому времени испытаний. На практике условия испытаний выбираются более жесткими (например, более высокая температура и / или более высокие скорости), чем в приложении. Кроме того, испытательные стенды на срок службы пластичной смазки иногда работают со стандартными подшипниками, которые отличаются от области применения.

Эффективность консистентной смазки зависит не только от свойств смазки, но и от внутренней геометрии конкретного типа подшипника. Даже внутри подшипников характеристики зависят от внутренней геометрии, где наиболее важными являются внутренние размеры, уплотняющее решение, конфигурация клетки и материал клетки.

Зная физику и химию консистентных смазок, результаты испытаний можно «экстраполировать» на условия, для которых данные испытаний недоступны. Кроме того, данные испытаний на срок службы пластичной смазки используются для проверки физических моделей, разработанных для смазывания пластичной смазкой. Инженерно-исследовательский центр SKF разработал новейшие знания и модели в области трибологии / смазки и физики / химии, которые поддерживают понимание консистентной смазки. Научные области, поддерживающие разработку моделей прогнозирования смазки, включают реологию, гидродинамику, химию, эластогидродинамическую смазку и статистику.

На начальном этапе работы подшипника смазка потечет. Большая часть смазки оказывается рядом с дорожками качения, а часть остается внутри «рабочей зоны». Внутреннее распределение смазки внутри подшипника во время и после этого этапа требует понимания динамики жидкости и реологических свойств смазки. Применить теорию гидродинамики к потоку смазки непросто; в конце концов, консистентная смазка на самом деле не жидкость. Смазка стареет из-за механических и термических работ, которые являются серьезными для подшипника, что усложняет проблему. Теория гидродинамики / реологии также используется для прогнозирования свойств пластичной смазки по улавливанию масла. Понимание химического состава консистентной смазки важно для прогнозирования окисления базового масла и загустителя [4]. Кроме того, химический состав пластичной смазки определяет граничные смазочные свойства.

Консистентная смазка должна образовывать разделительную пленку, которая может быть пограничной пленкой или может образовываться в результате гидродинамического воздействия. В подшипниках качения упругая деформация контактирующих тел создает благоприятную геометрию впуска для образования пленки, и это явление называется «эластогидродинамической смазкой» (EHL). Эта теория хорошо разработана для масляной смазки, но еще не для смазки консистентной смазкой, где толщина пленки определяется наличием смазки на ходовых дорожках (обычно называемых «нехваткой EHL» [5]) и «частицами» загустителя. На рис. 3 показана интерферометрическая картина контакта с консистентной смазкой. Пленка не гладкая из-за попадания частиц загустителя в контакт.

Наконец, процесс смазывания консистентной смазкой не является детерминированным. Существует статистическое распределение отказов, что еще больше усложняет прогноз. SKF хорошо разбирается в статистике Вейбулла, которая используется для оценки срока службы подшипников и данных испытаний смазки [6].

Тестирование смазки
Для прогнозирования срока службы пластичной смазки в подшипнике SKF разработала испытательные машины, которые используются во всей отрасли. Традиционно это были испытательные стенды R0F (шариковые подшипники) и R2F (сферические роликоподшипники). Испытательные стенды R0F были модернизированы (R0F +), что сделало их очень гибкими с точки зрения скорости, нагрузки и температуры. Большое количество R0F и R0F + можно найти в инженерно-исследовательском центре SKF, что позволяет проводить 140 испытаний одновременно (рис. 4).

Рисунок 4.

Помимо испытания на срок службы смазки, проводятся функциональные испытания пускового момента, трения, коррозионной стойкости, вибрации (V2F), шума от смазки (BeQuiet +) и т. Д. Хорошо оборудованная химическая лаборатория поддерживает оценку результатов испытаний.

Разработка продуктов и консистентная смазка
Несколько примеров демонстрируют, как понимание консистентной смазки повлияло на разработку новых продуктов, включая новое поколение энергоэффективных подшипников SKF. На Рис. 5 показан радиальный шарикоподшипник SKF Energy Efficient (E2). Радиальные шарикоподшипники SKF E2 имеют потери на трение, которые по крайней мере на 30 процентов ниже по сравнению со стандартными подшипниками SKF того же размера. Подшипники SKF E2, разработанные для систем с консистентной смазкой, также потребляют меньше смазки.

Рисунок 5.

Сравнение срока службы смазки стандартного радиального шарикоподшипника и радиального шарикоподшипника SKF E2 (рис. 6) показывает, что срок службы смазки увеличен вдвое, что фактически увеличивает срок службы подшипника вдвое. Уменьшение трения можно объяснить улучшенной смазкой, то есть уникальной консистентной смазкой в ​​сочетании с улучшенной внутренней геометрией и новой конструкцией сепаратора. Это хороший пример того, как разработка пластичных смазок была интегрирована в конструкцию подшипников.

Рисунок 6.

Новая консистентная смазка с превосходными противозачаточными свойствами для подшипников лопастей ветряных турбин и подшипников рыскания появилась, когда SKF разработала собственный испытательный стенд и метод ложного бринеллирования. На рис. 7 показаны результаты испытаний со стандартной смазкой и новой консистентной смазкой для лопастей и подшипников качения, где трение отслеживается как функция количества колебаний. Если трение постоянно увеличивается с течением времени, то вот-вот случится сбой. Синие линии представляют собой измерения для коммерческой смазки. Зеленые линии - это результаты измерений со смазкой SKF LGBB 2, которая образует защитный трибослой и показывает очень низкие значения трения в течение многих циклов и обеспечивает долгий срок службы подшипников.

Рисунок 7.

На рисунке 8 показано рабочее окно для различных пластичных смазок в условиях, аналогичных лопастным подшипникам. В случае частичного проскальзывания колебания настолько малы, что центр контакта Герца будет прилипать, а проскальзывание происходит только на краях контакта. Большое скольжение происходит, когда колебания настолько сильны, что скользит даже центр контакта. Растирание обычно происходит между поверхностями, предназначенными для фиксации, но подверженных небольшим колебаниям и характеризуется образованием частиц износа, которые остаются в зоне контакта. Смазка SKF LGBB 2 обладает отличными противозадирными свойствами, а также может использоваться при больших колебаниях. Смазка хорошо работает при низких температурах и обладает хорошими антикоррозийными свойствами, что делает ее очень подходящей для лопастей ветряных турбин и подшипников рыскания.

Рисунок 8.

Для целлюлозно-бумажных фабрик SKF разработала «загущенную полимером смазку SKF» или полимерную консистентную смазку, заменяющую традиционный мыльный загуститель на полимер [7]. Полимер неполярен, то есть мыло не конкурирует с поверхностью металла за привлечение добавок. Обычная консистентная смазка содержит от 10 до 20 процентов мыльного загустителя на металлической основе (полярного) и от 80 до 90 процентов базового масла, включая пакет присадок. Смазка с полимерным загустителем содержит от 10 до 13 процентов полипропилена (ПП), неполярного материала, и от 87 до 90 процентов масла, включая пакет присадок. Уникальный процесс образования загущенной полимером смазки - это инновационная операция нагрева и закалки полимера, растворенного в масле. В результате получается трехмерная сетчатая структура, которая действует как «обычная» смазка с загущением из металлического мыла. Смазка обеспечивает долгий срок службы на испытательном стенде R0F даже в отсутствие присадок, что делает ее более экологически чистой с увеличенными интервалами замены смазки. Это приведет к снижению расхода смазки. Новая полимерная смазка обладает превосходными низкотемпературными характеристиками, и при ее производстве требуется меньше энергии.

Требования к консистентной смазке для подшипников главного вала ветряных турбин связаны с суровыми условиями эксплуатации, когда смазка должна обеспечивать высокую надежность при большой контактной нагрузке, низких скоростях, колебаниях и остановках. Дополнительные проблемы возникают при установке ветряных турбин в морских условиях и в холодном климате. SKF разработала три различных смазки для главных валов ветряных турбин. В таблице 1 приведены свойства пластичных смазок. Все три смазки широко используются и одобрены различными производителями ветряных турбин. Выбор смазки зависит от типа уплотнения, условий эксплуатации и окружающей среды.

Таблица 1.

SKF предлагает клиентам комплексные решения для основных валов, включая пластичные смазки, корпуса, уплотнения, конфигурации подшипников, системы смазки, контргайки, услуги по монтажу, смазочные материалы, анализы и мониторинг состояния.

Выводы
SKF вносит свой вклад в обеспечение устойчивости и поддерживает экологически безопасные решения путем дальнейшего развития и применения своих знаний в области консистентной смазки, тем самым продлевая срок службы подшипниковых систем и уменьшая трение, что ведет к снижению энергопотребления. Увеличенный срок службы и интервалы замены смазки сокращают потребность в техническом обслуживании и сокращают количество отходов. Это достигается за счет использования знаний, полученных в результате фундаментальных исследований и разработок и разработки моделей, в сочетании с разработкой продукта.

Ссылки

[1] Э. Иоаннидес, Г. Берглинг, А. Габелли. Аналитическая формулировка срока службы подшипников качения. Acta Polytechnica Scandinavia, Серия машиностроения, Финская технологическая академия, (137), 1999.

[2] П.М. Lugt. Обзор консистентной смазки подшипников качения. Tribology Transactions, 52 (4):470-480, 2009.

[3] Б. Хуйскамп. Срок службы смазки в радиальных шарикоподшипниках с пожизненной смазкой. Evolution, 2:26–28, 2004.

[4] А. ван ден Коммер и Дж. Амей. Прогнозирование оставшегося срока службы смазки - новый подход и метод с помощью линейной вольтамперометрии. Proceedings Esslingen Conference, страницы 891–896, 2001.

[5] М. van Zoelen, C.H. Веннер, П. Lugt. Прогнозирование уменьшения толщины пленки в контактах с недостаточной эластогидродинамической смазкой с использованием модели тонкопленочного слоя. Труды института инженеров-механиков. Часть J, Журнал инженерной трибологии, 223 (3):541-552, 2009.

[6] Т. Андерссон. Теоретические испытания на выносливость. Ball Bearing Journal, 217:14–23, 1983.

[7] Д. Мейер, Д. Консистентная смазка с полимерным загустителем. Европейская заявка на патент (EP 0 700 986 A3), 1996 г.

[8] Общий каталог SKF, 6000/1 (2008 г.)