یکی از مواردی که روزمره صاحبان صنایع و مدیران نگهداری و تعمیرات با آن سر و کار دارند، خرابی روزمره بلبرینگ های ماشین آلات صنعتی است. بلبرینگ ها یکی از حیاتی ترین قسمت های هر دستگاه صنعتی هستند که عدم کارکرد مناسب آن می تواند کارکرد کل دستگاه را مختل کند. با آگاهی از اهمیت مسئله و حساسیت نسبت به کاهش هزینه ها می توان به دنبال راه کارهای مناسب برای کاهش خرابی و افزایش عمر این قطعات ارزشمند، باشیم. همانگونه که گفته شد، خرابی بلبرینگ های ماشین آلات صنعتی می تواند هزینه های بسیاری را به صاحبان صنایع وارد کند. هزینه خرید بلبرینگ های ماشین آلات صنعتی، توقف خط تولید و هزینه های نیروی انسانی، که این هزینه ها به صورت روزمره و تصاعدی در حال بالا رفتن است. بارها اتفاق افتاده است که یک خط تولیدی با ده ها پرسنل به دلیل خرابی یکی از بلبرینگ ها، از کار افتاده است و خط چندین روز از مدار تولید خارج شده است. این سئوال همواره مطرح می شود که آیا می توان این هزینه ها را به حداقل کاهش داد؟ آیا می شود راهی برای کاهش این گونه توقفات خط پیدا کرد؟
بلبرینگ های دستگاه های صنعتی همانند سایر قطعات مکانیکی دارای عمر مخصوصی هستند. این عمر مفید کارکرد متناسب با شرایط نصب و بارگذاری می تواند کاهش یابد. عمر بلبرینگ ها در صورت رعایت شرایط نصب و به استاندارد، کاملا قابل محاسبه است و می توان آن را بر حسب میزان دور بلبرینگ و یا ساعت کارکرد محاسبه کرد. با آگاهی به این موضوع زمان تعویض بلبرینگ را می توان محاسبه کرد . این مساله تاثیر بسیاری در برنامه نگهداری وتعمیرات دارد. می توان با برنامه ریزی مناسب این کار را در برنامه کاری نیروهای نگهداری و تعمیرات قرار داد و از وارد آمدن خسارت به واحد تولیدی جلوگیری کرد. تاثیر دما بر کاهش عمر مفید بلبرینگ تا چه میزان است؟ دماهای بالا باعث تخریب روانکار، کاهش سختی فولاد و افزایش سایش میشود. این اثر زمانی تشدید می شود که با انتخاب نامناسب روانکار همراه گردد. تغییرات حرارتی شدیدمنجر به انبساط/انقباض ناهمگون و افزایش تنش‌های داخلی میشود. افزایش دما همچنین می تواند باعث انبساط ساچمه های داخلی بلبرینگ شده و باعث قفل شدن آن در کنس ها گردد. افزایش دمای مخرب از دو طریق می تواند اعمال گردد. یکی تماس سایشی اجزای داخلی بلبرینگ که ناشی از اصطکاک است و دیگر افزایش دمای محیط اطراف محل نصب بلبرینگ. در در ادامه این مشکل عمده صنایع را موشکافی کرده و راهکارهایی در جهت کاهش و حذف این هزینه ها ارائه می دهیم. خرابی بلبرینگ ها دستگا های صنعتی را می توان در سه سطح تقسیم کرد:
سطح اول : انتخاب بلبرینگ
سطح دوم : اعمال روش نصب
سطح سوم : نگهداری و سرویس
در ادامه هر یک از این سه سطح توضیح داده می شود.
انواع بسیاری از بلبرینگ های ماشین آلات صنعتی وجود دارد که هر کدام از آنها مخصوص شرایط محیطی و اعمال بار خاصی است. قبل از انتخاب و خرید بلبرینگ های دستگا های صنعتی نیاز است با نظر مهندس مکانیک با تجربه، شرایط محیطی، جهت و میزان نیروهای وارده مورد بررسی قرار گرفته و محاسبات لازم صورت گیرد. منظور از شرایط محیطی، دمای اطراف بلبرینگ، میزان آلودگی محیطی، میزان رطوبت، مواد خورنده و شیمیایی در تماس با بلبرینگ، فشار هوا و سایر عوامل تاثیر گذار مشابه می باشد. با در نظر گرفتن هر یک از این عوامل می توان از جداول مربوطه، بلبرینگ مناسب را انتخاب کرد. در طراحی و ساخت بلبرینگ ها برای جلوگیری از تاثیر گذاری هر یک از عوامل محیطی راهکارهایی اتخاذ شده است . از جمله این راه کارها می توان استفاده از لاستیک بین دو کنس بلبرینگ که به Z شناخته می شود، نام برد. اکثر بلبرینگ ها را می توان با یک Z و یا دو Z در جدول مربوطه پیدا کرد و یا در محیط های با رطوبت بالا می توان از بلبرینگ هایی با جنس فولاد ضد زنگ استفاده کرد. در چنین مواردی استفاده از آب بند مناسب قبل از نصب بلبرینگ نیز بسیار کارایی دارد. طراحی آب بند مناسب در طراحی یاتاقان بندی چه تاثیری در عمر بلبرینگ دارد؟ طراحی آب بند مناسب در کاهش اثرات نامناسب شرایط محیطی نقش کلیدی در کاهش خرابی و افزایش عمر بلبرینگها بازی می کند. انتخاب و طراحی آب بندی مبحث طولانی است که در یک مقاله جداگانه به آن پرداخته خواهد شد. سایر شرایط تاثیرگذار ناشی از شرایط فیزیکی و تاثیر آن در خرابی بلبرینگ ها به شرح زیر است.
قبل از راه اندازی دستگاه های صنعتی، می بایستی روش رساندن روانکار به بلبرینگ را مشخص کرد. عدم وجود روانکار کافی باعث افزایش اصطکاک و سایش میشود. این سایش باعث افزایش دما شده و علاوه بر اینکه موجب خرابی و قفل شدن بلبرینگ می شود، ممکن است به بریدن شافت نیز منجر شود که در این صورت میزان خسارت بسیار بالاتر می رود. استفاده از روانکار نامناسب نیز دیگر عامل تعیین کننده است. روغن یا گریسی که برای شرایط کاری (دما، بار، سرعت) مناسب نباشد، با افزایش دما از بین رفته و باعث تخریب میشود. پس قبل از انتخاب روانکار شرایط فیزیکی بخصوص دما و سرعت کاری حتما باید مورد توجه قرار گیرد. شرایط دمایی مطلوب روانکارها در جداول شرکت های سازنده عنوان شده است. یکی از نکات مهم در استفاده از روانکارها، آماده کردن محیط فیزیکی بلبرینگ برای جلوگیری از آلودگی روانکار است.
• آلودگی روانکاربه معنی ورود ذرات جامد، رطوبت یا مواد شیمیایی باعث تخریب سطح تماس میشود. همانگونه که قبلا نیز گفته شد طراحی آب بندی مناسب می تواند این اثر را به حداقل برساند. در یک قانون کلی، در صورتی که امکان حذف آلودگی از محیط بلبرینگ وجود ندارد، بهتر است از روغن بجای گریس در روانکاری بلبرینگ ها استفاده کرد. زیرا روغن بخصوص اگر از سیستم پمپ برای تزریق در محل استفاده کند، می تواند آلودگی زا شسته و از سطح تماسی بلبرینگ دور نماید. در استفاده از گریس ها نیز باید دقت شود که ویسکوزیته یا گرانروی گریس متناسب با شرایط کاری باشد. یکی از مشکلات عدم آگاهی به این موضوع، استفاده از گریس های با ویسکوزیته بالا دز بلبرینگ هایی است که سرعت بالایی دارند. در این موارد خود گریس به عنوان عامل ایجاد حرارت عمل می کند و باعث قفل شدن بلبرینگ می شود. اگر گریس بیش از اندازه نیز روان باشد، می تواند در سرعت های بالا جریان پیدا کرده و از سطح تماسی بلبرینگ خارج می شود. در این صورت بلبرینگ خشک شده و مستعد قفل شدن می شود.
از دو طریق می توان روانکار مناسب را تعیین کرد. راهکار اول مراجعه به کاتالوگ سازنده بلبرینگ است که در آن روانکارهای مناسب هر کدام از انواع بلبرینگ را در شرایط کاری گوناگون مشخص کرده است. البته این اطلاعات در سایت سازنده نیز در دسترس است. راه دیگر استفاده از بروشور شرکت های تولید کننده روانکار است. در این کاتالوگ ها می توان دما و شرایط کارکردی را مشخص کرد و متناسب با شرایط کاری هر تجهیز، روانکار مناسب را انتخاب نماییم. همانگونه که قبلا هم گفته شد، روانکار مناسب می تواند از انواع روغن ها و با گریس ها انتخاب شود. پارامترهای انتخاب نیز می تواند دما، دور گردش محور، شرایط آلودگی و شرایط بارگذاری باشد. انتخاب روانکار مناسب به پایان کار نیست و پس از آن باید برنامه زمان بندی تمدید روانکاری را نیز تعیین نماییم. این برنامه می تواند بر اساس محاسبات و تجربه نیروی متخصص در این زمینه صورت گیرد.
نصب بلبرینگ ماشین آلات صنعتی، یکی از مهمترین کارهای نیروهای فنی است که می بایستی برای این کار آموزشهای لازم را گذرانده باشند. به دلیل اینکه بلبرینگ جزو قطعات حساس دسته بندی می شوند، حمل و نقل، انبارش و در نهایت نصب آن می بایستی با دانش و مهارت کافی صورت گیرد. روش وارد کردن نیرو در نصب و استفاده از ابزار مناسب و محیط نصب از عوامل تاثیرگذار است. دز صورتی که این عوامل رعایت نگردد، بلبرینگ قبل از شروع به کار دستگاه خرابی آن آغاز شده است. این بدین معنی است که قبل از استارت دستگاه از عمر مفید بلبرینگ به میزان قابل توجهی کاسته شده است. وارد کردن نیروهای بیش از حد در هنگام نصب (ضربه زدن یا پرس نادرست) باعث تغییر شکل یا ترک خوردن حلقه‌ها و ساچمه‌ها میشود. یکی از بدترین روشهای نصب بلبرینگ، استفاده از چکش نامناسب و زدن ضربه به صورت مستقیم روی بلبرینگ است. که متاسفانه در ایران به دلیل ناآگاهی از اثرات مخرب آن بسیار رایج است. ضربه های پیاپی به بوسیله چکش بر بدنه بلبرینگ، باعث تغییر موقعیت نسبی کنس های داخلی و خارجی نسبت به هم می شود. که در صورت شروع به کار بلبرینگ، از همان ابتدا بار سایشی و اصطکاکی به بلبرینگ و محور وارد می کند و عمر بلبرینگ را تا حد بسیاری کاهش می دهد. یکی دیگر از عواملی که باعث نیاز به اعمال فشار بیش از حد در این گونه موارد می شود، عدم رعایت تلرانس های مناسب در شافت یا نشیمن بلبرینگ است. در صورتی که تلرانس شافت بیشتراز استاندارد باشد، منجر به فشار اضافی در هنگام نصب می شود. این یعنی از همان ابتدا و قبل از شروع به کار بلبرینگ، تنش اضافی به کنس و ساچمه ها وارد می شود. که به پیش تنش معروف است. در صورتی که این پیش تنش بیش از اندازه باشد، از همان ابتدا بلبرینگ قفل کرده و یا با اصطکاک بالا و حرارت اضافی شروع به کار می کند. و همانگونه که قبلا گفته شد این حرارت اضافی باعث از بین رفتن روانکار و در نهایت قفل شدن بلبرینگ می گردد. به صورت برعکس نیز این اتفاق می تواند با لقی بیش از اندازه رخ دهد. در این حالت، بلبرینگ از همان ابتدا با لقی روی محور قرار می گیرد. این مسئله باعث سایش کنس و محور شده و علاوه بر ایجاد سایش و جا اندازی روی محور،به دلیل مکانیزم سایشی، ایجاد حرارت کرده و خرابی بلبرینگ ماشین آلات صنعتی را به دنبال دارد. روانکار (گریس یا روغن) در بلبرینگها وظایف اصلی زیر را دارد: • کاهش اصطکاک بین اجزای متحرک • جلوگیری از تماس فلز با فلز • ممانعت از خوردگی • خنک‌کاری (پخش حرارت) اگر روانکاری به درستی انجام نشود، مشکلات زیر به وجود می‌آید: ۱. عدم وجود روانکار کافی (Under-lubrication) علت: کم بودن مقدار گریس یا روغن، یا خشک شدن روانکار نتیجه: • تماس مستقیم فلز با فلز → افزایش اصطکاک • افزایش سایش و خراشیدگی سطح ساچمه‌ها و شیارها • بالا رفتن دما → تخریب سریع‌تر روانکار باقی‌مانده • در نهایت قفل شدن بلبرینگ یا شکست سطحی ۲. زیادی روانکار (Over-lubrication) علت: پر کردن بیش از حد بلبرینگ با گریس نتیجه: • افزایش مقاومت چرخش → دمای بالا • اکسیداسیون و تخریب سریع‌تر گریس • نشت روانکار به بیرون → آلودگی محیط و کاهش کارایی ۳. استفاده از نوع نامناسب روانکار علت: روانکاری با گریس یا روغن نامناسب برای شرایط بار، سرعت یا دما نتیجه: • فیلم روانکار کافی شکل نمی‌گیرد → تماس فلز با فلز • تغییر حالت روانکار (سفت یا رقیق شدن بیش از حد) • خوردگی، زنگ‌زدگی یا شستگی سطوح ۴. آلودگی روانکار علت: ورود گرد و غبار، رطوبت، ذرات فلزی یا مواد شیمیایی به روانکار نتیجه: • ذرات سخت → خراش و ایجاد گودال روی سطوح • رطوبت → زنگ‌زدگی داخلی • تخریب شیمیایی روانکار → کاهش خاصیت روانکاری ۵. تخریب یا کهنه‌شدن روانکار (Oxidation / Degradation) علت: کارکرد طولانی، دمای بالا یا اکسیداسیون روانکار نتیجه: • افزایش چسبندگی یا خشک‌شدن گریس،تغییر خواص روانکاری ،سایش و دمای بالا تشکیل رسوب، لجن یا لاک روی سطوح بلبرینگ نتیجه نهایی روانکاری نامناسب ✅ افزایش اصطکاک ✅ افزایش سایش ✅ افزایش دما ✅ خستگی زودرس و ترک خوردن سطوح ✅ کاهش عمر بلبرینگ
یکی دیگر از عوامل تاثیر گذار در عمر و دوام کارکرد بلبرینگ ها، بارگذاری نامناسب و به عبارت دیگر عدم انتخاب متناسب بلبرینگ با بار اعمالی به آن است. همانگونه که قبلا گفته شد، بلبرینگ ها انواع گوناگونی دارند که متناسب با نوع با اعمالی دسته بندی می شوند. بارگذاری بیش از حد مجاز، بار دینامیکی یا استاتیکی بالاتر از حد طراحی‌شده موجب خستگی زودرس مواد میشود. در این شرایط بسیار مهم است که بلبرینگ متناسب از بار اعمالی انتخاب شود. بارهای ضربه‌ای یا شوک یکی از زیانبار ترین و مخرب ترین عوامل در تجهیزات است که علاوه بر بلبرینگها سایر اجزا ماشین مانند شافت، چرخ دنده ها و ... را نیز تحت تاثیر قرار می دهد. تنش ناگهانی روی اجزای بلبرینگ ایجاد ترکهای ریز می‌کند. این ترکهای ریز در زمان نامشخص و به صورت ناگهانی و در کسری از ثانیه باعث شکستگی بلبرینگ میشود. بارگذاری نامتقارن یا خارج از مرکزکه باعث سایش نامساوی و ناپایداری عملکرد میشود. اعمال بارهای نامتقارن یا ناهمراستایی علاوه بر خرابی بلبرینگ می تواند باعث بریدگی ناگهانی شافت نیز گردد. در صورت عدم امکان رفع این ناهمراستایی نیاز است از بلبرینگ های مخصوصی که قدرت تحمل این بار را دارند استفاده کرد. ۴. آلودگی و خوردگی : ورود ذرات خارجی (گرد و غبار) به داخل بلبرینگ و جایگیری آن در میان ساچمه ها، منجر به خراش، و خوردگی میشود. بسته به میزان آلودگی و نوع آن این سایش می تواند متفاوت باشد. بد ترین نوع آلودگی محیطی ، ذرات فلزی و خورنده در محیط است . در این گونه موارد میزان خوردگی بسیار بالاتر رفته و افزایش دمای ناشی از اصطکاک نیز به شدت افرایش می یابد. درصورت استفاده از گریس به عنوان روانکار در بلبرینگ، این خوردگی بالاتر نیز می رود . رطوبت یا مواد خورنده نیز می تواند باعث زنگ‌زدگی و خرابی سطح تماس گردد. رطوبت به تنهایی یکی از اساسی ترین عوامل خرابی بلبرینگها است که هر ساله ملیون ها دلار خسارت به صنایع وارد می کند. برای جلوگیری از رطوبت به فضای بلبرینگ نیاز است سیستم آب بندی به درستی طراحی و اجرا شده باشد. استفاده از آب بند های متناسب با نوع کار و با گذاری بسیار مهم است. ۵. تاثیر ارتعاش و ناهمراستایی (Misalignment) در خرابی بلبرینگ ها: عدم تراز شفت و نشیمنگاه موجب بارگذاری نابرابر و سایش یکطرفه میشود. این ارتعاش در نهایت باعث خستگی در بلبرینگ و یا شافت می گردد. یکی از روشهای کاهش این پدیده بالانس قسمت چرخنده یا روتوراست. این یکی از الزامات نصب بارهای دورانی است. عدم بالانس می تواند به شدت خطر ناک باشد . تنش های ناشی از عدم بالانس بخصوص در دورهای بالا به قدری زیاد است که می تواند برش ناگهانی محور گردنده و پرتاب ناگهانی روتور را به دنبال داشته باشد. بالانس روتورها روشها و دستگاههای مخصوص دارد و یکی از الزامات نصب است.