Metode experimentale și analitice pentru evaluarea performanțelor rulmenților în condițiile în care lubrifiantul este contaminat cu particule străine


Contaminarea cu particule străine în lubrifianţi a fost identificată ca fiind o cauză majoră de defectare prematură a rulmentului şi a angrenajului, la care se adaugă costurile în care echipamentele au timpi de nefuncţionare, de garanţie şi de productivitate pierdută. Diverse metode experimentale şi predictive au fost dezvoltate pentru a asista inginerul de design în analiza şi dezvoltarea de echipamente, care sunt mai puţin sensibile la astfel de contaminare. Această lucrare oferă o privire de ansamblu şi noi date care arată rezultatele testelor de viaţă şi metode de analiză predictivă pentru diverşi rulmenţi cu role conice care funcţionează în condiţii de contaminare cu resturi. Studiile recente au perfecţionat o metodă analitică care foloseşte o tehnică de caracterizare a suprafeţei. Corelată cu testele de durată de viaţă ale rulmenţilor care funcţionează în condiţii de contaminare, a arătat modificările de design şi de producție care trebuiesc făcute asupra rulmenţilor pentru a creşte durata de viaţă în medii contaminate. 

Caracterizarea contaminării
    Inginerii care se ocupă de designul echipamentului au multe instrumente pentru analiza lubrifiantului  contaminat, care îi ajută să evalueze efectele negative şi uzura utilajelor produsă de particulele străine, astfel ei pot monitoriza pierderile de performanţă [1, 2, 3, 4]. 
   Alte metode se axează pe înţelegerea compoziţiei materialului şi a caracteristicilor lubrifiantului contaminat [5]. 
    Multe din metodele enumerate, sunt folosite la înţelegerea şi monitorizarea ratei de defectare a echipamentelor, de asemenea, cu ajutorul lor se monitorizează nivelul de contaminanţi din lubrifiant, pentru ca mentenanţa să fie predictivă şi preventivă. Aceste metode nu ajută foarte mult la evaluarea impactului pe care îl au contaminanţii când intră în contact cu suprafeţe finisate ale roţilor dinţate şi ale rulmenţilor.
 Metoda de caracterizare a suprafeţei
   Nixon şi Cogdell au dezvoltat o metodă de evaluare a efectului negativ provocat de particule străine care contaminează mediile de ungere [6], denumită corespunzător “Debris Signature AnalysisSM” (Analiza urmelor create de particule străine). Următorul studiu pe teren, realizat în colaborare cu un producător de echipamente, este un exemplu care relevă utilitatea metodei de caracterizare a suprafeţei în evaluarea sistemelor echipamentului. 
Metoda standard pentru determinarea distribuţiei granulometrice şi a procentelor de concentrare a fost folosită pentru a monitoriza nivelurile de contaminare într-o aplicaţie reală. 
     Rulmenţii aflaţi în echipamentele de pe teren, au fost demontaţi după o perioadă extinsă şi examinaţi vizual, cât şi prin metoda de caracterizare a suprafeţei în scopul de a cuantifica nivelurile de daune. Tabelul 1 prezintă câteva distribuţii granulometrice tipice şi concentraţiile observate în perioada de serviciu a echipamentului. Figura 1 prezintă aspectul tipic vizual al unei suprafeţe de lucru a rulmentului după aceeaşi perioadă de utilizare.
     
Figura 1 – Micrografie a suprafeţei de lucru tipice cu  o adâncitură extrem de mare
     
     A fost destul de evident, că doar din aceste comparaţii vizuale, analiza lubrifiantului nu a putut ilustra nivelul de degradare de suprafeţei care era preconizat. 
    Printr-o comparaţie a datelor din Tabelul 1, cu degradarea evidentă care este vizibilă, arată cu siguranţă că eşantioanele de ulei nu anticipau particule mai mari de 300 um în dimensiune. Cu toate acestea, compararea vizuală a indentaţiilor, unele de ordinul a 6 mm în diametru, indică prezenţa unor particule de 100 de ori mai mari decât dimensiunea particulei de 300um din eşantionul de lubrifant. 
     Metoda de analiză a urmelor create de particule străine (Debris Signature AnalysisSM) a fost folosită pentru a determina cu o mai mare acurateţe deteriorările suprafeţei şi s-a anticipat o reducere a duratei de viaţă cu 42%.
 
 Compararea performanţelor produselor
    Ca parte a procesului de evaluare pentru estimarea şi predicţia performanţei rulmentului în condiţii de contaminare cu particule străine, numeroase teste de durată de viaţă au fost făcute şi s-a folosit o metodă standardizată de aplicare  a daunelor provocate de particule străine[7]. 
     Rulmenţii testaţi au fost pre-ştirbiţi şi nu s-au adăugat particule străine în timpul acestor teste. În figura 2 sunt afişate performanțele a cinci mari producători de rulmenţi cu role conice.  
   Această testare a fost raportată anterior [8] şi a fost efectuată asupra produselor standard, fabricate printr-un procedeu convenţional, comun pentru fiecare producător. 
Rezultatele din acest grup au variat cu un factor de aproximativ trei, Rlm A având cea mai mare performanţă relativă. Rlm B şi Rlm E au fost fabricaţi în totalitate din oţel călit în profunzime, ceilalţi rulmenţi Rlm C şi Rlm D au fost fabricaţi în parte sau în totalitate din oţel cementat la suprafaţă.
 Figura 2 – comparație testare viață, rulmentul având diametrul exterior de 73 mm

     Pentru scopurile testării statistice, rezultatele testelor de durată de viaţă sunt prezentate în paranteze cu benzile care arată 65% acuritate. 
    Grosimea acestor benzi se calculează în funcţie de mărimea mostrei şi de frecvenţa cu care defecţiunile apar şi este o funcţie a curbei Weibull. 
   Când astfel de benzi se suprapun între blocuri de testare, nici o diferenţă statistică semnificativă  asupra performanței nu poate fi susținută la un nivel de acuritate de 90%.
 
Testarea rulmenţilor convenţionali contra rulmenţilor speciali rezistenţi la contaminare 
    Testarea a fost, de asemenea, realizată cu un produs convenţional de la un producător (Rlm A) şi alte produse speciale "rezistente la contaminare" de la alţi doi producători. Aici, produsele speciale, rezistente la contaminare, garantează că au o durată de viaţă de până la zece ori mai mare în timpul proceselor convenţionale.
    Figura 3 prezintă rezultatele normalizate ale testării la contaminare facută în condiţii identice ca în figura 2. În această testare, Rlm A a avut rezultate care au depăşit uşor performanţele rulmentului special.
Figura 3 – Comparaţia testelor durată de viaţă; rulment convenţional contra rulment special “rezistent la contaminare” (diametru exterior 83 mm)
 
     Figura 4 prezintă rezultatele normalizate ale testelor de durată de viaţă efectuate în condiţii similare ca în figura 2, exceptând mediul contaminant care a fost schimbat. Astfel, au fost produse doar pagube minore datorate contaminanţilor. Aici, metoda de analiză a urmelor create de particule străine, a fost aplicată rulmentului convenţional A şi a prezis o scădere a duratei de viaţă sub limita maximă admisă. În aceste condiţii, Rlm A a avut performanţe care au fost egale cu ale unui rulment special.
Figura 4- Comparaţie a testelor de durată de viaţă a rulmentului convenţional contra rulmentului special “rezistent la contaminare” (diametru exterior 68 mm)

     Figura 5 prezintă rezultatele normalizate ale unui rulment mare, cu diametrul exterior de 318 mm. 
     A fost aplicat un set diferit de condiţii de testare de durată de viaţă (cauzat parţial de utilizarea rulmentului de test mai mare), precum şi noi contaminanţi  şi o nouă metodă de a aplicare a contaminanţilor. 
     Acest lucru a dus la deteriorarea rulmentului de la moderată  până la severă datorată contaminanţilor. 
    Metoda de analiză a urmelor create de particule străine, a fost aplicată rulmentului convenţional A şi a prezis o scădere a duratei de viaţă de până la trei ori. 
     În aceste condiţii, la testele de durată de viaţă, Rlm A a avut rezultate care le întrec pe cele ale unui rulment special.
Figura 5 - Comparaţie a testelor de durată de viaţă a rulmentului convenţional contra rulmentului special “rezistent la contaminare” (diametru exterior 68 mm)

Autor: Harvey Nixon, Thomas Springer, 
Michael Hoeprich, Douglas Clouse, 
COMPANIA TIMKEN


www.news-bearings.com
 
Sponsori şi Parteneri
Târguri şi expoziţii
Copyright © 2010 IMPACT IN SOCIETATE, Pitesti, Arges. Toate drepturile rezervate.     Web Design:WeDoWeb