Łożyska do zadań specjalnych

igus_m

Tribopolimery zawierają w swojej strukturze cząstki smarów stałych, umożliwiające bezsmarową pracę na sucho. Źródło: igus


Wyjątkowo trudne bądź specyficzne warunki pracy wymagają użycia łożysk specjalnych, przeznaczonych do nietypowych aplikacji. Zastosowanie nowatorskich rozwiązań konstrukcyjnych oraz wykorzystanie odpowiednich materiałów umożliwia optymalne działanie łożysk w przypadku maszyn i urządzeń pracujących w ekstremalnych warunkach temperaturowych, przy ogromnych obciążeniach, a także narażonych na działanie chemikaliów oraz innych niekorzystnych czynników, takich jak np. zanieczyszczenia, wilgoć czy silne drgania.

 

W artykule zostaną omówione rozwiązania łożysk do zastosowań specjalnych, ze szczególnym uwzględnieniem warunków, w których pracują, oraz wpływu i charakteru otoczenia na ich działanie. Z uwagi na szeroki zakres tematu skupimy się głównie na łożyskach wysokotemperaturowych, a także przeznaczonych dla tak wymagającego odbiorcy, jak np. przemysł spożywczy, oraz dla wybranych sektorów przemysłu ciężkiego. W tych obszarach bowiem muszą one sprostać wielu wymaganiom, wynikającym z oddziaływania niebotycznych obciążeń, wahań temperatury czy podatności na korozję.

 

Bogata oferta rynkowa

Łożyska do zastosowań specjalnych znajdują się w ofercie zarówno wielu dostawców operujących na polskim rynku, jak również rodzimych producentów.

Omawiając temat związany z łożyskami do zastosowań specjalnych, nie sposób nie wspomnieć o firmie SKF, uznawanej za światowego lidera w produkcji łożysk. W asortymencie firmy można znaleźć wszystkie typy łożysk tocznych możliwych do zastosowania w każdych warunkach technicznych i środowiskach pracy.

Firma Schaeffler, posiadająca w swojej ofercie produkty marek LUK, INA oraza FAG, jest znana na całym świecie z szerokiego programu zarówno łożysk standardowych jak i wysoko precyzyjnych łożysk dla przemysłu motoryzacyjnego, maszynowego oraz lotniczego i kosmicznego. Producent ten dysponuję paletą produktów, która należy do jednych z najszerszych na rynku łożyskowym i daje możliwość zastosowania w prawie wszystkich aplikacjach. Spektrum rozwiązań łożyskowych uwzględnia zagadnienia z zakresu smarowania łożysk od tocznych przez liniowe, aż do integracji czujników w technice przeniesienia napędu. Klienci z 60 różnych sektorów przemysłu stosują łożyska toczne, łożyska ślizgowe, produkty liniowe i napędy bezpośrednie marek INA i FAG.

 

Schaeffler_m

Łożyska baryłkowe wzdłużne znajdują zastosowanie m.in. w walcowniach. Źródło: Schaeffler

 

Bogatą ofertą łożysk tocznych może również poszczycić się utworzona prawie 100 lat temu firma NSK, która ewoluowała z regionalnego dostawcy łożysk kulkowych w specjalistę od łożysk tocznych.

Z kolei firma igus to jeden z czołowych producentów m.in. polimerowych łożysk ślizgowych i tocznych oraz przegubowych łożysk polimerowych (główki cięgien).

Znaczącym producentem łożysk tocznych jest też firma NACHI, która produkuje łożyska o wszystkich wymiarach dla przemysłu motoryzacyjnego, elektrotechnicznego i maszynowego.

Również firma Timken ma wiele do zaoferowania swoim klientom. Oferta firmy obejmuje łożyska: toczne, stożkowe, walcowe, baryłkowe, igiełkowe, kulkowe itd.

Wiele typów łożysk, w tym również łożyska specjalne, znajduje się także w ofercie firmy FŁT-Kraśnik, która jest największym polskim producentem łożysk tocznych. Produkuje łożyska dla wielu gałęzi przemysłu. Od początku istnienia firma wyprodukowała ponad miliard sztuk łożysk, głównie na potrzeby: motoryzacji, energetyki, hutnictwa, górnictwa, rolnictwa, przemysłu stoczniowego oraz przemysłu zbrojeniowego.

Na skutek restrukturyzacji fabryki FŁT Kraśnik powstał Zakład Łożysk Wielkogabarytowych. Głównym asortymentem ZŁW-Kraśnik są łożyska wielkogabarytowe w zakresach średnic 100–1600 mm.

 

Łożysko specjalne stosowane w urządzeniach do dializy.Źródło Trelleborg Sealing Solutions_m

Łożysko specjalne stosowane w urządzeniach do dializy. Źródło: Trelleborg Sealing Solutions

 

Mówiąc o łożyskach, warto wymienić również firmę Trelleborg Sealing Solutions – oferującą łożyska z materiałów kompozytowych i termoplastycznych dla szerokiej gamy zastosowań, a także firmę Tsubaki Hoover Polska, produkującą szeroki zakres precyzyjnych elementów tocznych (kulki, wałeczki). Oferta firmy obejmuje elementy wykonywane ze stali łożyskowej i nierdzewnej oraz metali kolorowych.

Specjalistyczne łożyska (np. dla przemysłu obróbki metalu, zastosowań przemysłowych) produkuje również firma Unitec, a wyłącznym importerem produktów oferowanych przez firmę jest Step Group Industry.

Warto też wspomnieć o firmie Cooper, która produkuje specjalistyczne dzielone łożyska walcowe, łożyska stożkowe i łożyska specjalne np. płaskie łożyska wzdłużne, łożyska podwójne, łożyska z pełną liczbą wałeczków (bez koszyka), łożyska chłodzone wodą i inne łożyska specjalne.

 

Miroslaw_Jaroszka, NSK_mMirosław Jaroszka, Menedżer Wsparcia Technicznego Europy Środkowo-Wschodniej w NSK Polska

Łożysko odpowiednio dobrane do aplikacji

Produkty i usługi oferowane przez producentów łożysk są dokładnie dopasowane do konkretnych sektorów przemysłowych. Niezwykle istotne jest użycie odpowiedniego materiału, który sprawdzi się w docelowym środowisku. Niestety trudno mówić o jedynym najlepszym rozwiązaniu, które można zastosować w każdej sytuacji. W jednym środowisku np. łożyska stalowe będą pracowały bezproblemowo, natomiast w drugim trzeba będzie sięgnąć po inne rozwiązanie, np. ceramiczne czy hybrydowe łożyska, które mają wiele znakomitych cech, takich jak: odporność na wysoką temperaturę i korozję, zwiększoną trwałość, mały ciężar, mniejszą rozszerzalność cieplną czy brak przewodności elektrycznej.

Poprawna praca łożysk to wynik zastosowania przemyślanych rozwiązań. Przykładem jest użycie blaszek oraz uszczelek ochronnych w łożyskach kulkowych poprzecznych, dzięki czemu możliwe jest bezproblemowe działanie przez lata. Opatentowana konstrukcja labiryntowa zapewnia najwyższy poziom uszczelnienia, a niski moment obrotowy – również minimalną stratę mocy.

Standardowym materiałem do produkcji uszczelek jest przyjazny dla środowiska kauczuk nitrylowy. Jeszcze innym przykładem są łożyska charakteryzujące się zastosowaniem specjalnej żywicy fluorowej używanej do zewnętrznych i wewnętrznych pierścieni, kulek i koszyków, aby sprostać wymogom zastosowań z lekkim obciążeniem w środowiskach wodnych, zasadowych i mocno kwasowych.

Jak widać, zarówno dobór nowych materiałów, jak i sposobów obróbki jest bardzo istotny w produkcji łożysk. Gwarantem sukcesu jest znalezienie kompromisu i umiejętność wyselekcjonowania najlepszych cech stosowanych materiałów oraz odpowiednia ich obróbka.

 

Prawidłowy dobór łożyska

Chcąc prawidłowo dobrać łożysko, należy wziąć pod uwagę szereg różnorodnych czynników. Oprócz uwzględnienia typu łożysk oraz ich konfiguracji, wymaganej wielkości łożyska, tolerancji wymiarów czopów i wałów, a także rodzaju zabudowy łożyska oraz rodzaju uszczelnienia i smarowania, niezwykle istotna jest ocena warunków pracy łożyska oraz wpływu i charakteru otoczenia.

Prawidłowy dobór łożyska polega przede wszystkim na wnikliwym przeanalizowaniu takich danych, jak:

– konstrukcja elementów maszyn, w których osadzone będzie łożysko,

– miejsce usytuowania łożyska,

– obciążenie łożyska pod względem wielkości i kierunku działania,

– prędkość obrotowa łożyska,

– przewidywany czas pracy łożyska,

– występowanie wibracji i chwilowych przeciążeń,

– temperatura łożyskowania oraz wzrost temperatury w wyniku siły tarcia,

– wpływ otoczenia: zanieczyszczenie, stopień narażenia na korozję itp.

 

Łukasz Pasierbek, Zakład Ceramiki Specjalnej CERAMIT

Łożyska ceramiczne – gdy liczy się odporność na korozję

Łożyska ceramiczne najlepiej sprawdzają się w miejscach, gdzie mamy styczność z korozją (np. łożysko pracuje zanurzone w wodzie). Wówczas woda staje się elementem smarującym łożysko – są to warunki sprzyjające pracy.

Z uwagi na różne materiały wykorzystywane do produkcji łożysk ceramicznych, różna jest też ich odporność chemiczna. Może więc takie łożysko pracować również np. w kwasie, lecz o wyborze konkretnego materiału decydują rodzaj, stężenie i temperatura tego kwasu.

Materiały na łożyska dobiera się nie tylko z uwagi na korozyjność środowiska pracy, ale również na temperaturę aplikacji. Są wiec materiały wytrzymujące temperaturę 400, 800 i 1200°C – łożyska ceramiczne bez koszyków. Łożyska ceramiczne, które wyposażone są w koszyk lub osłonę, mają dodatkowe ograniczenia temperaturowe.
Czynnikiem ograniczającym temperaturę pracy jest materiał, z którego wykonany jest koszyk
czy osłona łożyska. Najczęściej stosuje się PTFE do 250°C lub PEEK do 295°C.
Jeżeli mamy do czynienia z medium zawierającym cząstki stałe, wówczas łożyska toczne należy zastąpić łożyskami ślizgowymi. Ceramiczne łożyska ślizgowe wykonuje się z bardzo małymi szczelinami, ok. 0,003 um. Zapobiega to dostawaniu się np. piasku pomiędzy elementy współpracujące – czop i panewkę, ale pozwala na wytworzenie filmu, który umożliwia pracę łożyska.
Aby prawidłowo dobrać odpowiednie łożysko, niezbędna jest dokładna analiza warunków fizycznych i chemicznych konkretnej aplikacji.
Łożyska ceramiczne nie są najlepsze – najlepsze są łożyska dobrze dobrane do zastosowania.

 

Uwaga na temperaturę

Jednym z najważniejszych czynników wpływających na trwałość łożyska jest niewątpliwie temperatura pracy. Stąd też niezwykle istotne jest określenie warunków termicznych węzła łożyskowego. Należy mieć świadomość, że wszelkie zmiany temperatury związane z ogrzewaniem lub chłodzeniem łożyska mają znacząco wpływają na podstawowe parametry łożyska, w głównej mierze za sprawą materiału użytego do jego produkcji. Trudne warunki termiczne wymagają użycia odpowiednio obrobionego cieplnie materiału, zapewniającego właściwą plastyczność i rozszerzalność liniową, a tym samym warunkującego optymalną pracę łożyska.

Elementy powszechnie stosowanych łożysk poddawane są obróbce cieplnej gwarantującej

stabilność wymiarów i poprawną pracę do temperatury 120°C. W celu właściwego doboru węzła łożyskowego konieczna jest więc znajomość temperatury pracy łożyska. Warto mieć na uwadze, że na skutek przekroczenia temperatury 150°C dochodzi do obniżenia twardości bieżni, a w konsekwencji – spadku nośności łożyska. Żeby do tego nie dopuścić, należy pamiętać o tym, że praca w wysokiej temperaturze wymaga zastosowania łożyska poddanego specjalnej obróbce cieplnej zapewniającej jego metalurgiczną stabilność.

Łożyska przystosowane do pracy w temperaturze do ok. 180°C mają uszczelki z tworzywa sztucznego bądź uszczelki blaszane. Dzięki zastosowaniu luzu poprzecznego C3 możliwa jest sprawna praca w wysokich temperaturach i przy zmianach objętości łożyska. Tego rodzaju łożyska pozwalają osiągnąć wysoką prędkość obrotową przy zwiększonych temperaturach pracy. Spektrum ich zastosowań jest stosunkowo szerokie i obejmuje: przemysł spożywczy, farmaceutyczny, tekstylny, a także produkcję stalowego drutu, piece przemysłowe, fotokopiarki, silniki elektryczne, kondensatory, wentylatory itd.

Łożyska pracujące w temperaturze do ok. +200°C mogą mieć uszczelki z tworzywa sztucznego lub prasowanych, stalowych blaszek. Co istotne, zwiększony luz C4 kompensuje zmiany objętości materiału pod wpływem temperatury. Znajdują one zastosowanie w następujących obszarach: walcownie stali, przemysł ceramiczny, przetwórstwo spożywcze, walcownie papieru, silniki elektryczne, przekładnie oraz wentylatory.

Kolejna grupa łożysk wysokotemperaturowych przeznaczona jest do pracy w temperaturach pomiędzy +200°C a +350°C, przy jednocześnie stosunkowo niewielkim obciążeniu i prędkościach obrotowych poniżej 50 obr./min. Używane są przede wszystkim w przemyśle ceramicznym, w hutach szkła, a także przy produkcja cegieł i stali. Łożyska te mogą występować w dwóch wersjach – otwartej lub krytej blaszkami. Cechami charakterystycznymi tych łożysk jest stalowy koszyk oraz duży luz poprzeczny.

Gdy wymóg pracy w wysokich temperaturach jest czynnikiem nadrzędnym, konieczny jest wybór łożyska z dużym luzem poprzecznym. Kompensuje on zmiany objętości materiału pod wpływem temperatury. Dodatkowo stosuje się specjalną obróbką cieplną, np. hartowanie bainityczne, które zapewnia większą stabilność wymiarową, dzięki czemu łożyska wysokotemperaturowe przystosowane są do pracy w temperaturach pomiędzy +200°C a +350°C – tłumaczy Agnieszka Konopka-Lulek, specjalista ds. sprzedaży i marketingu w firmie Albeco, będącej dostawcą łożysk wielu znanych marek.

 

Łożysko DryLube. Źródło SKF_m

Łożysko DryLube. Źródło: SKF

 

Do pracy ciągłej w temperaturach przekraczających 250°C warto stosować łożyska z blaszkami ochronnymi z obu stron lub zastosować metalowe uszczelnienie zewnętrzne, zwane pierścieniem Nilosa, dzięki czemu możliwe jest utrzymanie środka smarnego w łożysku. Innym rozwiązaniem jest stosowanie łożyska wypełnionych suchym środkiem smarnym znajdującym się między pierścieniem wewnętrznym łożyska a koszykiem. Przykładem są oferowane przez firmę SKF łożyska DryLube, w których głównymi składnikami środka smarnego są grafit i dwusiarczek molibdenu oraz spoiwo żywiczne. W przypadku łożysk przeznaczonych do ekstremalnych temperatur wszystkie powierzchnie oraz blaszki ochronne są fosforanowane manganowo, na skutek czego suchy środek smarny lepiej przylega do metalu oraz zwiększa się ochrona przez korozją. Łożyska te świetnie sprawdzają się np. na liniach powlekania proszkowego, w hutnictwie metali czy piecach przemysłowych.

Natomiast łożyska niskotemperaturowe mogą być stosowane w szerokim zakresie temperatur – od –40°C do +110°C. Są one wyposażone w prasowany, stalowy koszyk i dostępne zarówno w wersji krytej tworzywem sztucznym (uszczelki nitrylowe), jak i stalowymi blaszkami. Przykładowe zastosowania tych łożysk to: urządzenia mrożące w przemyśle spożywczym, produkcja gazu czy wózki widłowe pracujące w komorach chłodniczych.

 

Brammer_mZbigniew Cebula, inżynier ds technicznych i serwisu, Brammer

Wady i zalety łożysk polimerowych

Łożyska kulkowe z polimeru stosuje się zazwyczaj tam, gdzie niezbędna jest odporność na wilgoć, agresywne środowisko chemiczne, gdzie nie mogą być stosowane łożyska stalowe. Polimerowe łożyska kulkowe mogą pracować bez smarowania. Dlatego też mogą być stosowane wówczas, kiedy nie można używać smarów.

Polimerowe łożyska kulkowe składają się z pierścieni wykonanych z polimeru, elementów tocznych wykonanych ze stali nierdzewnej, szkła, polimeru lub innych materiałów oraz koszyka polimerowego.

Należy pamiętać o tym, że obciążenia i maksymalne prędkości łożysk z polimeru są znacznie mniejsze niż konwencjonalnych łożysk ze stali łożyskowej. Wysoka wytrzymałość w stosunku do wagi jest cenną właściwością polimeru. Łożyska polimerowe szczególnie mają zastosowanie wtedy, gdy waga jest ważnym czynnikiem.

Najczęściej polimery wykazują dobrą odporność chemiczną. Polipropylen jest odporny na kwasy, zasady, sole i roztwory soli, alkohole, oleje, smary, wosk i wiele rozpuszczalników. Narażony na aromatyczne związki, chlorowce, węglowodory powoduje pęcznienie. Polipropylen nie oprze się silnym środkom utleniającym (kwas azotowy, chromiany). Z kolei polioksymetylen jest odporny na słabe kwasy, słabe i silne zasady i organiczne rozpuszczalniki jak benzyna, benzen, olej i alkohole, a poliamid 66 – na prawie wszystkie rozpuszczalniki organiczne i niektóre słabe kwasy i zasady.

Łożyska z polimerów stosuje się m.in. w takich branżach, jak: żywność i napoje, medycyna, farmaceutyka, sprzęt pomiarowy, maszyny magazynowe i transport.

Z myślą o przemyśle spożywczym

Wahania temperatur to jeden z wielu niekorzystnych czynników wpływających na pracę łożysk. Innymi takimi czynnikami mogą być np. ciągła praca w wysokich prędkościach, zanieczyszczenia, a także wilgoć. Z tymi wszystkimi trudnymi warunkami muszą poradzić sobie łożyska stosowane np. przemyśle spożywczym. Dodatkowo łożyska te muszą spełniać wymagania związane z bezpieczeństwem i zachowaniem higieny na najwyższym poziomie. Należy mieć na uwadze, że w wyniku intensywnego kontaktu z wilgocią, wodą i środkami czyszczącymi, łożyska mogą szybko korodować. Na skutek korozji może dojść nie tylko do przedwczesnych awarii łożysk, ale również do namnażania bakterii. Szczególne niebezpieczeństwo zachodzi, jeśli takie miejsce narażone jest na bezpośredni kontakt z produkowanym wyrobem.

 

Łożyska NSK325  Molded Oil. Źródło NSK_m

Łożyska NSK325 Molded Oil. Źródło: NSK

 

Przemysł spożywczy wymaga zastosowania czystych i nietoksycznych smarów łożyskowych, przeznaczonych do kontaktu z żywnością, takich jak np. smar na bazie oleju wazelinowego medycznego z zagęszczaczem w postaci mydła kompleksu glinu.

W ofercie rynkowej można znaleźć wiele rozwiązań, które z powodzeniem wykorzystywane są w branży spożywczej. Na przykład w asortymencie firmy NSK znajdują się łożyska wyprodukowane z odpornej na korozję stali nierdzewnej oraz odpowiednio nasmarowane. Z myślą o zastosowaniach wymagających wysokiego poziomu higieny, np. w przemyśle spożywczym czy napojów, firma NSK opracowała specjalną technologię smarowania Molded-Oil. W technologii tej olej jest stopniowo uwalniany z substancji, która jest jego nośnikiem. Wskutek tego łożysko otrzymuje długotrwałe smarowanie w odpowiedniej ilości. Jednocześnie zredukowane jest ryzyko wycieku oleju, co przekłada się na wyjątkowo płynną pracę łożysk.

 

Radomir Ochocki igus_mRadomir Ochocki, product manager, igus

Łożyska ślizgowe

W przemyśle istnieją bardzo różne środowiska i warunki pracy maszyn. Z perspektywy łożysk ślizgowych każda aplikacja jest inna i ma inne wymagania, dlatego powinno się przeprowadzić indywidualny dobór do każdego zastosowania oddzielnie. Przykładowo w ofercie naszej firmy jest ponad 40 różnych materiałów o różnych właściwościach mechanicznych, temperaturowych, o różnej odporności chemicznej i innych parametrach. Są to materiały polimerowe, np. do dużych obciążeń, do pracy pod wodą, przewodzące prąd, dla przemysłu kolejowego, z dopuszczeniem do kontaktu z żywnością oraz inne. Każdego roku prezentujemy nowe materiały, dające nam możliwość rozwiązywania nowych problemów inżynierskich.

Dobór odpowiedniego materiału można dokonać na kilka sposobów. Można bazować na katalogu, gdzie prezentowany jest szereg właściwości różnych materiałów, lub też można skorzystać z systemu eksperckiego znajdującego się na stronie internetowej i wyliczyć trwałość łożysk w aplikacji klienta. Oczywiście zawsze można skontaktować się z producentem w celu indywidualnego doboru.

 

 

Tradycyjnego smarowania nie wymagają również łożyska, w których została użyta specjalna żywica fluorowa – zarówno do zewnętrznego, jak i wewnętrznego pierścienia oraz do koszyków. Łożyska te można zastosować nie tylko w przemyśle spożywczym, ale również nadają się do wszelkich innych zastosowań wymagających pracy w warunkach występowania wody, zasad i kwasów (np. branża chemiczna).

Również w ofercie firmy SKF nie brakuje ciekawych propozycji, które można wykorzystać w zakładach produkcji spożywczej. Jedną z nich są łożyska z wypełnieniem Solid Oil, które nie wymagają ponownego smarowania i utrzymują zanieczyszczenia na zewnątrz. Solid Oil stanowi matrycę polimerową nasyconą olejem smarnym, całkowicie wypełniającą wewnętrzną przestrzeń łożyska i hermetyzującą koszyk i elementy toczne. Matryca ta zawiera dwa do czterech razy więcej oleju smarnego niż równoważne uszczelnione i wypełnione smarem łożysko.

 

Łożyska Solid Oil. Źródło SKF_m

Łożyska Solid Oil. Źródło: SKF

 

Interesujące są również zespoły łożyskowe Y linii SKF dla przemysłu spożywczego, wyposażone w uszczelnienia 2RF o konstrukcji wielowargowej, zatrzymujące detergenty, wodę i inne zanieczyszczenia na zewnątrz łożyska, a środek smarny w jego wnętrzu. W konsekwencji można wyeliminować problemy z korozją, przedwczesnym zużyciem i szkodliwym wpływem na środowisko naturalne spowodowanych zmywaniem urządzenia.

Ciekawą propozycją są również łożyska do frytkownic – specjalna konstrukcja umożliwia przedostawanie się oleju spożywczego do łożyska, w którym działa on jako środek smarny. Ta wyjątkowa konstrukcja łożyska polega na połączeniu koszyka wykonanego ze specjalnego tworzywa sztucznego wytrzymującego wysokie temperatury z osłoną i odrzutnikiem oleju ze stali nierdzewnej umieszczonych w odpornej na korozję oprawie.

Warto wspomnieć też o łożyskach SNR Topline LT & LT ZZ, które sprawdzają się w urządzeniach mrożących w przemyśle przetwórstwa spożywczego oraz w wyposażeniu komór chłodniczych. Zespoły łożyskowe z oprawami z tworzywa sztucznego są odporne na korozję oraz mają właściwości magnetyczne. Stosowane są z powodzeniem w przetwórstwie spożywczym, produkcji opakowań oraz przy butelkowaniu i puszkowaniu.

Na użytek m.in. przemysłu spożywczego, chemicznego czy farmaceutycznego można zastosować polimerowe łożyska kulkowe. Są one zazwyczaj stosowane w łożyskowaniach, które muszą być odporne na wilgoć lub środki chemiczne, a łożyska wykonane w całości ze stali nie mogą zostać użyte lub ich stosowanie jest ograniczone.

Duże obciążenia – wielkie wyzwanie

Szczególnie trudnym wyzwaniem dla łożysk są te obszary przemysłu, w których poddawane są one ogromnym obciążeniem. Wyjątkowo dużą wytrzymałością eksploatacyjną muszą cechować się łożyska stosowane np. w przemyśle wydobywczym, cementowym czy metalurgicznym.

W branży wydobywczej maszyny i urządzenia muszą pracować w bardzo trudnych warunkach, na które – oprócz ekstremalnych obciążeń – składają się wysokie prędkości graniczne, kurz oraz błoto. Zastosowane łożyska powinny być przede wszystkim trwałe i niezawodne, zwłaszcza jeśli mowa jest o sprzęcie kopalnianym wykorzystywanym do pracy w odległych miejscach, jak góry i pustynie, gdzie awaria jednego elementu może wpłynąć na działalność całej kopalni. Takimi łożyskami są np. oferowane przez firmę NSK łożyska baryłkowe CA/CAM-VS, zaprojektowane specjalnie, aby sprostać surowym warunkom pracy w przemyśle wydobywczym oraz w zastosowaniach, w których występują silne drgania. Łożyska serii CA cechuje jednoczęściowy koszyk mosiężny obrabiany maszynowo oraz zdolność kompensowania niewspółosiowości w różnym stopniu. Łożyska CAM-VS zaprojektowane z myślą o odporności na zatarcia i zużycie pochodzące od pracy w warunkach drgań, niewspółosiowości i obciążeń udarowych.

Trudnym sprawdzianem wytrzymałości łożysk jest także przemysł cementowy oraz branże pokrewne, gdzie podczas procesu przeróbki występują takie czynniki jak: woda, pył, zanieczyszczenia mechaniczne, skrajne temperatury, drgania i oczywiście ogromne obciążenia. Podobnie jak w innych branżach przetwórczych i wydobywczych, maszyny do obróbki cementu muszą nieprzerwanie działać w takich wymagających warunkach. Żeby sprostać temu zadaniu łożyska muszą być niezwykle trwałe, niezawodne i odporne. Przykładem są dzielone łożyska Cooper lub łożyska baryłkowe NSK – Seria HPS, które charakteryzują się wysoką nośnością oraz prędkością graniczną, a także niskim poziomem szumu i wibracji.

 

AlbecoAgnieszka Konopka-Lulek, specjalista ds. sprzedaży i marketingu w firmie Albeco

Łożyska w przemyśle ciężkim

Stosowane w przemyśle ciężkim łożyska walcowe muszą spełnić szereg wymagań wynikających z niezwykle trudnego środowiska pracy – wymagania dotyczą wymiarów łożyska, możliwego obciążenia, dopuszczalnej temperatury pracy i odporności na zanieczyszczenia. Ważna jest zatem zarówno sama konstrukcja łożysk, materiał, z jakiego są wykonane, obróbka cieplna, a także zastosowane uszczelnienie.

W przemyśle ciężkim stosuje się m. in. łożyska walcowe z pełną liczbą wałeczków (seria NCF), które posiadają masywne pierścienie wewnętrzne i zewnętrzne. Dzięki zastosowaniu największej możliwej liczby wałeczków przy stosunkowo niewielkich rozmiarach uzyskuje się maksymalne obciążenia promieniowe. Jednocześnie łożyska te charakteryzują się niską dopuszczalną prędkością obrotową oraz niezbyt wysoką dopuszczalną temperaturą pracy od –30°C do +120°C.

 

 

Omawiając paletę łożysk do zadań specjalnych w branży wydobywczej, warto wspomnieć również o dzielonych łożyskach baryłkowych dostępnych w ofercie firmy Schaeffler, z dopasowanymi oprawami i elementami wyposażenia. Elementy te są dostosowane do szczególnych wymagań – np. dużych przyspieszeń, wysokiej temperatury oraz agresywnych mediów. Jeżeli występuje taka konieczność, są projektowane i tworzone wersje przystosowane specjalnie do szczególnych zastosowań.

Bardzo trudne warunki panują też niewątpliwie w hutach stali i innych zakładach metalurgicznych. Odpowiednie działanie łożysk w tym obszarze przemysłu jest nie lada wyzwaniem.

Środowisko pracy tych łożysk jest specyficzne dla przemysłu stalowego i obejmuje zanieczyszczenie cząstkami stałymi i wodą oraz zmiany temperatur. Ponadto łożyska mogą być narażone na ciężkie lub udarowe obciążenia i drgania, a prędkości pracy wahają się od bardzo niskich po bardzo wysokie, przy towarzyszącym im ruchom wahadłowym i uderzeniom. Jednocześnie występuje gwałtowne przyspieszanie i zwalnianie. Wszystko to tworzy wymagające środowisko pracy, którego nie doświadcza się w innych branżach. Należy jednak pamiętać, że każdy dział huty zajmującej się przetwórstwem metali charakteryzuje się swoimi własnymi uwarunkowaniami i potrzebuje łożysk specjalnie dobranych do warunków pracy tak, aby zapewnić jak największą niezawodność i szybkość pracy – wyjaśnia Mirosław Jaroszka, menedżer wsparcia technicznego Europy Środkowo-Wschodniej w NSK Polska.

W przemyśle metalurgicznym łożyska można znaleźć we wszystkich zakładach i wielu urządzeniach, wykorzystywanych zarówno w procesach poprzedzających przerób materiału, jak i następujących po nim: począwszy od składowisk surowców, a skończywszy na wytapianiu, walcowaniu i rafinacji stali.

Przykładem ciekawego rozwiązania odpowiedniego do zastosowania m.in. w przemyśle stalowym są zespoły łożyskowe FAG „Czarna Seria”, które składają się z oprawy oraz dopasowanego samonastawnego łożyska kulkowego. Natomiast do wózków linii spiekalniczych nadają się świetnie łożyska NSK Sealed–Clean (uszczelnione–czyste). Odmiennie niż do tej pory, zamiast łożyska ślizgowego dla rolki wewnętrznej, zastosowano łożysko walcowe ze specjalnym uszczelnieniem. Jak tłumaczy Mirosław Jaroszka, nowoopracowana zamknięta konstrukcja skutecznie zapobiega penetracji zanieczyszczeń do łożyska. Smar o wysokiej jakości charakteryzuje się również znakomitą odpornością na wysoką temperaturę i obciążenia. Ponowne smarowanie zespołów łożyskowych nie jest konieczne, co pozwala na zachowanie w czystości otoczenia maszyny.

Łożyska uszczelnione–czyste są wyposażone w sprężynowe uszczelki z kauczuku nitrylowego, z zawiniętym obrzeżem chroniącym przed odłączeniem się od łożyska w skomplikowanych aplikacjach, dla których zostały przeznaczone. Oprócz zapobiegania zanieczyszczeniu łożyska, spełniają one równie ważną funkcję zatrzymywania smaru wewnątrz.

Natomiast, jak zauważa przedstawiciel NSK, do wykorzystania w maszynach ciągłego odlewania można zastosować specjalne łożyska baryłkowe stosowane w rolkach prowadzących odlewania ciągłego stali. Wykonane są ze stali odpornej na zużycie. Skład chemiczny zastosowanej stali, opatentowany sposób obróbki cieplnej oraz kontrolowana optymalna zawartość austenitu szczątkowego czynią te łożyska wyjątkowo odpornymi na zużycie. Zmniejszone tarcie na pierścieniu zewnętrznym zwiększa odporność na łuszczenie.

W maszynach ciągłego odlewania można też zastosować łożyska trójpierścieniowe na bazie łożyska stożkowego z samonastawnym pierścieniem zewnętrznym. Mają one zdolność do przyjmowania obciążeń wzdłużnych, a także zapobiegają zużyciu dzięki brakom występowania poślizgu różnicowego typowego dla łożysk baryłkowych.

Rozwiązania ze specjalnego dedykowanego programu produktów Schaeffler dla instalacji odlewania ciągłego CoCaB (Continuous Caster Bearing) stosowane są z powodzeniem m.in. przez firmę ThyssenKrupp Steel Europe AG. Istotnym elementem instalacji ciągłego odlewania stali jest obrotnica kadzi. Służy jako zamocowanie kadzi (masa do 300 t). Za pomocą obrotnicy kadzie są przemieszczane na zmianę do pozycji wylewowej lub załadunkowej. Dzięki tej funkcji jest możliwa stała praca instalacji ciągłego odlewania. W trakcie wylewania zawartości jednej z kadzi, druga strona jest zastępowana kadzią pełną. Łożyska obrotnicy kadzi, mimo ogromnych sił i wysokich momentów, osiągają okresy eksploatacji przekraczające 10 lat. Stosowane są łożyska walcowe i łożyska baryłkowe wzdłużne marki FAG o średnicy przekraczającej 1000 mm, a także łożyska przegubowe Elges.

Każda walcarka to prawdziwe wyzwanie dla zastosowanych w niej łożysk. Praca z bardzo zróżnicowanymi prędkościami, przy jednoczesnych dużych obciążeniach związanych z walcowaniem sprawia, że w tym urządzeniu muszą zostać zastosowane łożyska najwyższej klasy. Muszą być także odporne na oscylacje, obciążenia udarowe i wysokie temperatury, a nawet wnikanie zgorzeliny i wody. Warunki pracy sprawiają, że łożyska w walcarkach są często zanieczyszczane przez ciała obce i wilgoć. Na rynku oferowane są specjalne łożyska do walcarek gwarantujące wyższą niezawodność i dłuższy okres eksploatacji. Odpowiednie uszczelnienie łożysk minimalizuje wpływ środowiska i pomaga zmniejszyć zużycie smaru. Użycie stali o ultrawysokiej czystości, która zawiera minimum wtrąceń niemetalicznych , poddanej optymalnej obróbce cieplnej – zamiast stosowanej wcześniej bardzo drogiej stali lotniczej – zapobiega pękaniu i przedwczesnemu uszkodzeniu bieżni.

 

Wojciech Świątkiewicz, Inżynier ds. sprzedaży, Schaeffler Polska

Łożyska w przemyśle obrabiarkowym

Zakres produktów wykorzystywanych w obrabiarkach obejmuje systemy łożyskowe stołów obrotowych, wrzecion głównych i systemy liniowe. Oprócz samych produktów, niezwykle istotne dla producentów obrabiarek jest również wsparcie na etapie projektowania maszyny. Dzięki zaangażowaniu naszych specjalistów, możemy zaproponować dostosowane do danego zastosowania kompleksowe rozwiązania w zakresie ruchów obrotowych i liniowych. Producent maszyn i producent podsystemów zyskuje w ten sposób zupełnie nowe możliwości techniczne.

Standardowe narzędzia obliczeniowe stosują zwykle bardzo uproszczone metody obliczeniowe. W znacznym stopniu ignorują one przekoszenie łożyska spowodowane ugięciem wału oraz zróżnicowaną sztywność poszczególnych grup konstrukcyjnych łożysk. Również rozkład obciążeń wewnętrznych w łożyskach – mający wpływ na jego trwałość zmęczeniową – określa się najczęściej jedynie w przybliżeniu. Uwzględniając ugięcia wału oraz sztywność łożysk tocznych unikalny system BEARINX-online umożliwia ustalenie faktycznej wartości obciążenia. Oczywiście dokładnie obliczany jest również rozkład wewnętrznych obciążeń w łożysku.

 

Inne ciekawe rozwiązania

Wartym odnotowania rozwiązaniem są łożyska hybrydowe, w których pierścienie wykonane są ze stali łożyskowej, a elementy toczne z azotku krzemu – doskonałego izolatora elektrycznego. Z uwagi na tę cechę łożyska te mogą być użyte w celu odizolowania oprawy od wału w silnikach elektrycznych prądu zmiennego i stałego oraz w generatorach. Na dodatek łożyska hybrydowe mogą pracować z wyższymi prędkościami obrotowymi. W porównaniu z odpowiadającymi im wymiarowo łożyskami wykonanymi w całości ze stali cechuje je większa trwałość eksploatacyjna. Poza tym świetnie sprawdzają się w warunkach występowania drgań i ruchów oscylacyjnych.

Do wymagających zastosowań elektrycznych, bez konieczności spełnienia dodatkowych wymogów konstrukcyjnych, doskonale nadają się łożyska mające powłokę izolacyjną z tlenku glinu na zewnętrznych powierzchniach pierścienia wewnętrznego lub zewnętrznego (np. łożyska SKF z powłoką INSOCOAT). To stosunkowo ekonomiczne rozwiązanie izolacyjne zabezpieczające łożyska przed przepływem prądu elektrycznego. Na skutek zintegrowania własności izolacji elektrycznej z łożyskiem, łożyska te mogą zwiększyć niezawodność i czas sprawności maszyn dzięki wyeliminowaniu problemów związanych z erozją elektryczną.

Do trudnych warunków roboczych przeznaczone są także oferowane przez SKF łożyska z odporną na zużycie powłoką węglową NoWear. Powierzchnie łożyska pokryte tą powłoką zachowują odporność materiału rdzenia, ale jednocześnie charakteryzują się twardością, niskim współczynnikiem tarcia i odpornością na ścieranie nałożonej powłoki.

Wyjątkową odpornością na utlenianie i korozję cechują się łożyska kulkowe NSK o niskim momencie obrotowym i przedłużonej trwałości, w których smar EA3 jest wstępnie dozowany do blaszkowanych/uszczelkowanych łożysk kulkowych stosowanych w wielu silnikach elektrycznych. A wszystko po to, żeby zmaksymalizować trwałość i ochronę, a zarazem zminimalizować hałas i stratę mocy, w porównaniu z łożyskami smarowanymi standardowymi smarami.

Do produktów specjalnych można zaliczyć także energooszczędne łożyska, przyczyniające się do zmniejszenia zużycia energii na skutek obniżenia tarcia. Mniejsze straty wynikające z tarcia oznaczają, że łożyska pracują w niższych temperaturach, co przekłada się na zredukowanie zużycia środka smarnego i wydłużenie okresu eksploatacji urządzeń.

Oferta producentów i dostawców łożysk operujących na rynku polskim obfituje w wiele innowacyjnych, specjalistycznych rozwiązań, których nie sposób tu wszystkich wymienić. Z pewnością warto sięgać po produkty przeznaczone do zastosowań specjalnych, optymalnie dopasowanych do warunków pracy łożysk, co ma bezpośrednie przełożenie na niezawodność ich działania oraz trwałość.

 

Autor: Marta Gajewska

 

Artykuł pochodzi z czasopisma Główny Mechanik 3/2015

GM3 okladka do maila

Authors
Tagi

Related posts

Góra
English