Tuleje samosmarujące do zastosowań bezobsługowych i pod dużym obciążeniem

Tuleje samosmarujące to bezobsługowe łożyska ślizgowe ze zbiornikami stałego smaru osadzonymi bezpośrednio w materiale łożyska — eliminując potrzebę stosowania zewnętrznego smaru, przewodów olejowych lub planowych okresów smarowania. W maszynach przemysłowych, do których dostęp jest ograniczony, istnieje ryzyko zanieczyszczenia lub przestoje po prostu nie wchodzą w grę, tuleje samosmarujące stanowią zasadniczą zmianę w sposobie zarządzania trwałością łożysk.

Tuleje samosmarujące Nośność: obciążenie statyczne, dynamiczne i krawędziowe

Nośność tulei samosmarujących jest definiowana w trzech warunkach pracy: obciążenie statyczne (utrzymujące się ciśnienie bez ruchu), obciążenie dynamiczne (obciążenie w wyniku ciągłego obrotu lub oscylacji) i obciążenie krawędziowe (skoncentrowany nacisk na obręczy tulei z powodu niewspółosiowości wału). Każdy warunek powoduje inny tryb awarii i każdy materiał reaguje na nie inaczej.

Kompozytowe tuleje samosmarujące — na podłożu stalowym z warstwą spieku z PTFE/brązu bezołowiowego — są przystosowane do obciążeń dynamicznych do 140 MPa przy ciągłym obrocie i obciążeń statycznych przekraczających 250 MPa. Tuleje z litego brązu z grafitowymi wtyczkami wytrzymują podobne wartości dynamiczne, ale przewyższają typy kompozytowe w warunkach obciążenia krawędziowego, gdzie twardsze podłoże jest odporne na odkształcenia na krawędziach stykowych podczas pracy z niewspółosiowym wałkiem.

Twardość wału jest krytyczną zmienną parowania dla nośności. Tuleje samosmarujące pracujące pod dużymi obciążeniami dynamicznymi wymagają twardości powierzchni wału wynoszącej minimum HRC 45 — bardziej miękkie wały przyspieszają zużycie tulei, przenosząc ścieranie z powierzchni tulei na wał, tworząc spiralną pętlę degradacji, która zmniejsza efektywną nośność znacznie poniżej specyfikacji znamionowej tulei.

Tuleje samosmarujące Odporność na zużycie: jak osadzony smar zmniejsza tarcie

Odporność na zużycie tulei samosmarujących działa poprzez mechanizm folii transferowej. Gdy wał obraca się względem powierzchni tulei, osadzone w nim cząstki PTFE, grafitu lub MoS₂ są stopniowo uwalniane na powierzchnię wału, tworząc cienką, związaną warstwę smarującą. Warstwa ta zmniejsza współczynnik tarcia na styku — zwykle do 0,04–0,12 w zależności od materiału — i jest stale uzupełniana ze zbiornika smaru tulei w miarę jego wyczerpywania.

Folia transferowa jest samoregulująca: przy większym obciążeniu i prędkości uwalnia się więcej smaru; w lżejszych warunkach uwalnianie jest wolniejsze. To adaptacyjne zachowanie odróżnia tuleje samosmarujące od układów smarowanych zewnętrznie, w których smar jest nakładany w stałych odstępach czasu, niezależnie od rzeczywistych warunków połączenia, co powoduje albo nadmierne smarowanie (ryzyko zanieczyszczenia), albo niedostateczne smarowanie (przedwczesne zużycie).

Żywotność tulei samosmarujących: od czego zależy trwałość w terenie

Żywotność tulei samosmarujących zależy od wartości granicznej PV — iloczynu ciśnienia łożyska (P w MPa) i prędkości poślizgu (V w m/s). Każdy materiał tulei ma maksymalną wartość PV, powyżej której warstwa przenosząca smar nie może regenerować się wystarczająco szybko, aby zapobiec bezpośredniemu kontaktowi metalu z metalem. Praca w zakresie 70–80% znamionowego limitu PV jest najskuteczniejszym środkiem maksymalizacji żywotności w zastosowaniach wymagających pracy ciągłej.

W kontrolowanych próbach terenowych porównujących bezobsługowe tuleje kompozytowe z tulejami z brązu smarowanymi smarem stałym w maszynach pakujących, zespoły samosmarujące zarejestrowały 22 000 godzin pracy przed wymianą w porównaniu z 7000 godzin w przypadku odpowiednika smarowanego smarem plastycznym – 3-krotna korzyść w zakresie trwałości użytkowej, którą można w całości przypisać stałemu smarowaniu powierzchni stykowej i eliminacji skoków zużycia związanych z zanieczyszczeniami, które występują podczas cykli ponownego smarowania.

Opcje materiałowe tulei samosmarujących: Dopasowanie mieszanki do stanu

Opcje materiałowe tulei samosmarujących dzielą się na cztery główne kategorie, z których każda została zaprojektowana dla innego środowiska pracy. Decyzja o wyborze jest podejmowana na podstawie wielkości obciążenia, temperatury roboczej, narażenia chemicznego oraz tego, czy zastosowanie pozwala na jakiekolwiek kondycjonowanie powierzchni wału.

Tuleje samosmarujące do maszyn przemysłowych: wymagania specyficzne dla zastosowania

Tuleje samosmarujące do maszyn przemysłowych muszą uwzględniać warunki zastosowania, których nie uwzględniają standardowe tabele doboru łożysk: wnikanie pyłu do sprzętu do przetwarzania kruszywa, zmywanie chemiczne na liniach produkcyjnych żywności, cykle termiczne w zespołach zaciskowych do formowania wtryskowego lub warunki próżni w sprzęcie do obsługi półprzewodników, gdzie odgazowanie z materiału tulei mogłoby zanieczyścić środowisko procesowe.

W każdym przypadku materiał tulei musi być wybrany nie tylko ze względu na charakterystykę tarcia i obciążenia, ale także ze względu na jego kompatybilność z otaczającym środowiskiem. Tuleje z kompozytu PTFE są zgodne z wymogami FDA i odporne na większość środków czyszczących – właściwy wybór do maszyn spożywczych i farmaceutycznych. Tuleje z brązu grafitowego są obojętne na większość płynów przemysłowych, ale reagują z niektórymi chlorowanymi rozpuszczalnikami — przed specyfikacją sprzętu do przetwarzania chemicznego obowiązkowa jest kontrola kompatybilności.

Tuleje samosmarujące a tuleje z brązu: równanie kosztów konserwacji

Porównanie tulei samosmarujących z tulejami z brązu rozwiązuje kwestię kosztów cyklu życia po zdefiniowaniu środowiska zastosowania. Zwykłe tuleje z brązu — CuSn8, CuZn31Si1 lub podobne stopy — zapewniają doskonałą wytrzymałość na ściskanie i niezawodne działanie, jeśli są prawidłowo nasmarowane. Stan operacyjny jest prawidłowo nasmarowany : tuleje z brązu zależą całkowicie od zewnętrznego smaru lub oleju, aby utrzymać warstwę hydrodynamiczną, która zapobiega kontaktowi metalu z metalem. W przypadku braku tej warstwy — z powodu przekroczenia okresów smarowania, zanieczyszczenia lub niedostępnych punktów smarowania — tuleje z brązu szybko ulegają uszkodzeniu.

W udokumentowanym badaniu konserwacji 48-jednostkowego systemu przenośników, przejście ze smarowanych smarem tulei z brązu na tuleje samosmarujące ograniczono prace konserwacyjne o 74% rocznie, wyeliminowano sześć nieplanowanych przestojów rocznie spowodowanych awariami punktów smarowania i wydłużono średnie okresy wymiany tulei z 14 miesięcy do 42 miesięcy. Opłata początkowa za zespoły samosmarujące została odzyskana w ciągu pierwszego roku eksploatacji.