Ložiska, ložiska, ložiska... celý svět se pohybuje na ložiscích

Ložiska pohánějí svět a přenášejí zatížení na jednotlivé procesy. Ačkoli v různých pracovních prostředích se používají různé typy ložisek, přibližně 90 % tvoří ložiska kuličková a válečková. Hnacím motorem je především automobilový průmysl; v průmyslu se tato ložiska – jakožto v sekundárním odvětví spotřeby – používají pro elektromotory, čerpadla, převodovky, kompresory atd. Ložiska představují základní výrobní prvek a pro mnoho pracovníků údržby v provozech jsou i nadále vysoce zatěžovaným místem.

I když se náklady na ložiska liší, finanční důsledky poruchy ložiska mohou být 10- až 40krát vyšší než jejich pořizovací cena. Klíčem k výběru ložisek je pochopení všech fází konstrukce a údržby zařízení s tím, že ignorování poznatků může mít za následek finančně nákladná selhání zařízení.

Výběr typu ložiska

Existuje velké množství různých typů ložisek, která obvykle dělíme do dvou hlavních skupin, a to kluzná a valivá. U valivých ložisek se používají valivé rotační elementy (z toho jsou pak následně odvozeny jejich názvy, např. kuličková, válečková, soudečková nebo kuželíková ložiska apod.). Každý typ je určen k zajištění maximálního rozložení zátěže při definovaných otáčkách stanovených v aplikaci.

Mezi dva hlavní parametry, které je třeba při výběru ložiska zohlednit, patří rychlost otáčení a maximální zatížení. Při volbě ložisek si lze vybrat z různých variant ochrany ložisek proti vniknutí vnějších nečistot. K dispozici jsou nekrytá čili neutěsněná ložiska anebo hermeticky zapouzdřená ložiska. Z výše uvedeného vyplývá, že zapouzdřená ložiska jsou ideální pro aplikace s vysokou mírou znečištění a obtížným přístupem; jsou však spojena s vyšší počáteční investicí. Otevřená (neutěsněná) ložiska jsou cenově výhodnější a obvykle jsou provozována za nižších teplot, ale je u nich větší riziko vniknutí nečistot a nadměrného promazání pracovníkem údržby. Zapouzdřená ložiska umožňují určitou míru regulace znečištění a objemu maziva, avšak nadměrné použití maziva může i v jejich případě poškodit ochranný štít ložiska a způsobit jeho opotřebení, což vede k následnému navýšení provozní teploty. Každé z jednotlivých typů ložisek má své výhody ale i související náklady, které závisí na odvětví a celkových cílech údržby.

Je třeba si uvědomit, že k nadměrnému mazání ložisek dochází často a obvykle se dá napravit pomocí řádného zaškolení obsluhy a použití vhodného nářadí. Pokud však v brzké době nedojde k nápravě, dochází k prasknutí těsnění, nárůstu provozních teplot a pronikání maziva do míst, kam by se dostat nemělo (např. do vinutí elektromotoru), což může vyvolat opotřebení a selhání jednotlivých komponent.

Zdravotní stav ložisek

Ložiska selhávají v důsledku stáří, opotřebení nebo lidského zásahu. Z různých studií vyplývá, že 84 % všech vzájemných interakcí je zaviněno lidským faktorem; jedná se o jakoukoli činnost ovlivňující samotné ložisko, od instalace přes obecné postupy údržby až po montáž. Například studie zabývající se problematikou elektromotorů ukazují, že hlavní příčinou poruch jsou specifické provozní postupy a postupy běžné údržby.

Bylo zjištěno, že nesprávně seřízené a demontované motory způsobují 27 % poruch, poruchy související s mazáním se rovnají 58 % a zbývající poruchy byly směsicí nadměrného přetížení, koroze a dalších jiných poruch. Ze všech elektromotorů jich 50 % selhává v důsledku problémů souvisejících s ložisky a 95 % z nich selhává předčasně, takže pro všechny existuje významná příležitost k dosahování doby životnosti ložisek L-10. Doba životnosti L-10 je počet provozních hodin, které vydrží 90 % ložisek.

Kontrolní mechanismy ložisek

Správný způsob skladování, instalace a uvedení do provozu, adekvátní mazání, praktiky zaměřené na zmírnění znečištění a sledování stavu ložisek zlepší jejich celkovou výkonnost a životnost. Pět kontrolních opatření, jež jsou rozvedena níže, prodlouží výrazným způsobem životnost ložisek v celém provozu a povzbudí zúčastněné strany, aby pověřily místní týmy k používání jednotlivých technik. Viděl jsem, že bez těchto kontrolních opatření může být životnost ložisek namísto 8 až 12 let jen jeden až tři měsíce.

1. Způsob skladování

Správné techniky skladování mají zásadní význam pro prodloužení životnosti ložisek. Ložiska by měla být skladována při pokojové teplotě a chráněna mazivem zabraňujícím korozi. Měla by se také používat podle zásady „první do skladu, první ze skladu“ (FIFO). Pokud máte ve skladu náhradních dílů nějaké náhradní zařízení, které obsahuje ložiska, měli byste toto zařízení střídat v provoze, aby se vyloučily mechanismy předčasného selhání, jako je například falešné brinelování (otisknutí valivých prvků do dráhy). Další úvahy mohou záviset na výrobním procesu a prostředí, kterému je sklad náhradních dílů vystaven, jako je vysoká vlhkost, působení chemických látek apod.

2. Souosost hřídele

Ložiska jsou choulostivá a mohou se snadno zničit, pokud není správně provedeno vycentrování hřídelů. K nesprávnému seřízení může dojít během chybně provedených montážních postupů, dokonce i při něčem tak jednoduchém, jako je chyba při nanášení lepidla na pero v drážce elektromotoru, jednoduše řečeno když se na to zapomene. Náklady na odstranění poruchy mohou dosahovat 10- až 40násobku původní ceny ložiska.

3. Správný způsob mazání plastickým mazivem nebo olejem

Dvě kritéria, která jsou zásadní pro přežití všech ložisek, se týkají výběru maziva a četnosti mazání. Na výběr vhodného maziva má vliv mnoho faktorů, včetně rychlosti otáčení, míry zatížení, provozní teploty a stupně znečištění. Jakmile je vybráno odpovídající mazivo, je třeba vzít v úvahu velikost, typ a rychlost otáčení ložiska, aby bylo zajištěno přiměřené množství a adekvátní frekvence mazání.

U ložiska mazaného plastickým mazivem se podle jeho velikosti vypočítá množství maziva, které by mělo obsahovat, a podle typu a otáček se určí, jak často by se mělo domazávat. Zatímco tyto parametry jsou standardní praxí, nejpřesnější způsob, jak určit, kolik maziva ložisko v definovaném čase potřebuje, je pomocí ultrazvukových nástrojů. Proč? Viz následující příklad:

Pro vedoucího provozu a údržby je cílem udržet závod stále v chodu, dokonce i v jednu hodinu ráno. Provozní personál noční směny identifikuje hlučné ložisko a zavolá mechanika, aby ho prozkoumal. Ten usoudí, že je třeba ho promazat, a tak použije mazivo, aby hluk odstranil, a problém je vyřešen. Následující den dostane denní směna plán preventivní údržby (PM) pro toto nedávno promazané ložisko. Denní směně však nikdo nezanechal žádnou dokumentaci a předpokládá se, že ložisko potřebuje takové množství maziva, jež určuje plán PM. Ložisko je tedy na ranní směně znovu domazáno, jenže mazivo začne postupně vytékat z protiprachového těsnění, což následující den povede k jeho úplnému selhání.

Uvedená situace je častou příčinou předčasného selhání ložiska.

OBRÁZEK 2: Z obrázků je patrno, že nadměrné promazávání přispívá k dodatečnému vývinu tepla, což následně vede k selhání zařízení. Ložisko a hřídel motoru jsou celé potřísněné mazivem; koncový ložiskový kryt motoru taktéž překypuje mazivem

4. Metody pro zmírnění následků kontaminace oleje

U ložisek mazaných olejem je třeba zavést strategii kontroly kontaminace. Většina těchto ložisek je používána při vysokém zatížení, vysokých teplotách, vysokých otáčkách nebo ve velmi velkých ložiskových aplikacích, např. ložiska pastorku kulového mlýna, ložiska drtiče, ložiskové pánve atd., kvalita oleje je tudíž rozhodujícím faktorem pro životnost ložiska.

Pro začátek stanovte měřítko kvality a čistoty oleje. Tyto parametry se nejčastěji zajišťují po konzultaci s důvěryhodným specialistou na mazání. Poté podnikněte kroky k udržení stanovených cílů; zaveďte např. praktiky pro vyloučení kontaminace, tzn. nainstalujte vysoušecí odvzdušňovače nebo aplikujte procedury pro odstranění kontaminace, jako jsou vylepšená in-line filtrace, filtrace pomocí tzv. ledvinové smyčky apod. Následně odebírejte vzorky oleje v intervalech, které jsou vhodné pro danou aplikaci a celkovou strategii aplikace. U kritických aplikací odebírejte vzorky oleje alespoň jednou za čtvrt roku.

5. Monitorování aktuálního stavu

Mezi další kontrolní prvky, které zmírňují problémy související s mazáním, patří průběžné monitorování vibrací a teploty, průběžné monitorování stavu oleje a jeho případného znečištění. Na základě mezí špičkových hodnot, časových průběhů a spekter s rychlou Fourierovou transformací (FFT) je nutno provádět příslušná opatření. Předpokládejme například, že na výše zmíněném ložisku se nachází snímač vibrací a teploty. Ve výše uvedeném příkladu by pracovníci údržby na noční směně mohli identifikovat problém související s mazáním a ložisko řádně promazat. Pak by jej už personál údržby na denní směně nebyl nucen zbytečně domazávat a nemuselo by dojít k popisovanému selhání. Aktuální stav oleje, provozní teplota oleje, teplota okolního prostředí, úroveň znečištění a další faktory podporují provádění předepsaných opatření týkajících se systémů mazaných olejem.

Úspěchu lze dosáhnout na základě udržitelného a prediktivního přístupu

Každé rozhodnutí přináší nějaké finanční důsledky a při výběru ložiska je třeba brát v potaz mnoho faktorů, například rychlost otáčení, míru zatížení a vliv okolního prostředí. Ložiska se vyskytují v mnoha tvarech a velikostech, ale jedno mají společné – hrozí jejich selhání, pokud nejsou vybrána speciálně pro danou aplikaci nebo nejsou správně udržována. S výběrem vhodných ložisek a jejich správnou údržbou jsou uživatelé seznamováni v různých lehce dostupných zdrojích. Profesionálové v oboru chápou, že nejvíce příležitostí přináší odstranění nedbalých servisních návyků, a proto mohou pro podporu celkových cílů programu údržby a spolehlivosti využívat příslušné zdroje, důvěryhodné partnery a systém pro řízení podnikových rizik.

Autorem článku je Ed Duda, působí ve společnosti Motion jako specialista na aplikace Průmyslu 4.0. Disponuje multidisciplinární zkušeností v oblasti zlepšování provozních procesů a údržby, včetně výkonu několika klíčových funkcí pro společnosti DTE Energy, Freeport-McMoRan Inc. a Des-Case Corporation. Ed Duda má rozsáhlé zkušenosti s realizací strategie provozu a údržby, s vývojem a zaváděním programů týkajících se strojního mazání a s aplikací technologií Průmyslu 4.0 ve výrobních závodech.