1. Inleiding
Betrouwbaarheid van roterend uitrusting op ondernemingen van zware industrie in Oekraïne hangt direct af van de toestand van rollelementen. De exploitatieomstandigheden op staalwerkerijen, mijnbouw-en verrijkingscomplexen en energiebedrijven zijn gekenmerkt door hoge belastingen, vervuiling en trillingen. Vroegtijdige storing van rollelementen leidt tot noodstoppen en aanzienlijke financiële verliezen.
Volgens de statistiek van technisch onderhoud veroorzaakt ongeveer 34% van de vroegtijdige falen van elektrische motoren en remmen problemen met de lagers. De hoofdzaak van de betrouwbaarheidsingenieur is niet alleen het vervangen van het beschadigde onderdeel, maar het uitvoeren van een nauwkeurige oorzaaksonderzoek (RCA – Root Cause Analysis) met behulp van visueel en microscopisch onderzoek van de rolbanen en de rollichamen. Vroegtijdig ontdekken van defecten en naleven van het technisch onderhoudsprogramma leiden tot een gemiddeld tijdinterval tot falen (MTBF) van meer dan 50 000 uren voor zware industriële ventilatoren en pompen.
2. Fundamentele principes
De werking van een rollelementlager berust op het omzetten van het wrijvingsverlies van schuifwrijving naar rolwrijving. De belangrijkste spanningen ontstaan in de contactzones tussen de rollelementen (bollen of rollen) en de raceways van de ringen. De contactspanningen volgens de methode van Hertz (Hertziaanse contactspanning) in deze zones zijn een kritisch parameters en worden bepaald volgens de formule:
p_max = (3 * F) / (2 * pi * a * b)
De:F — radiaal of axiaal belasting,a, b — halve assen van de Herz-contactellips.
Bij normale bedrijfsomstandigheden zijn de maximale spanningen niet geconcentreerd op de oppervlakte van het metaal, maar op een diepte van ongeveer 0,1–0,4 mm onder de oppervlakte (afhankelijk van de grootte van de lager en het belastingniveau). Precies in deze zone van maximale schuifspanning beginnen microstructuurveranderingen in het materiaal (vorming van donkere slijtagestructuren), die met de tijd leiden tot het ontstaan van vermoeiingskraakjes die naar de oppervlakte uitgroeien. Het begrijpen van deze mechanica is sleutel tot het differentiëren van oppervlakteafwijkingen (verkeerd gemonteerd of beschadigd van buitenaf) van interne vermoeiingsvervuilingen.
3. Technische specificaties en standaarden
Analyse van faalwezen van lagers wordt gereguleerd door internationale en nationale normen, die de terminologie, metingenmethoden en acceptatiecriteria van de toestand van onderdelen bepalen:
- ISO 15243:2017 — Rollende onderdelen. Woordenboek. Schade en uitval van rollende onderdelen. Classificatie van defecten volgens zes hoofdgroepen.
- ISO 281:2007 — Rollende onderdelen. Dynamische draagkracht en nominale levensduur.
- DSTU ISO 10816 / ISO 10816-3 — Vibrationstoets van de toestand van machines op basis van vibratie metingen op onaangeraakte onderdelen.
- DIN 51825 — Smerenmaterialen. Vloeibare smeren K… voor rol- en gleuvelops.
- CE / UkrSEPRO — Normen voor conformiteit van industriële apparatuur en onderdelen die op de Ukrainese markt worden geleverd.
- Controle oppervlakken: Controleer de toleransen van de assen (volgens de standaarden ISO h5, h6, j6) en de lichamen (ISO H7, J7) met micrometers en kegelschroeven. Afwijkingen van de vorm (afplatting, kegellijnigheid) mogen niet meer dan 50% van de tolerantiegrens bedragen.
- Verwarmingsmethoden: Het gebruik van open vuur of tinbadlampen is verboden. Gebruik inductieverwarmers met temperatuurcontrole (maximaal +110 °C voor standaard lagers met thermofixatie).
- Montagekracht: Geef nooit montagekracht via de rollelementen door. De montagekracht moet uitsluitend worden toegepast op het ringdeel dat met spanning wordt gemonteerd (presfit).
- Schoonheid van de werkzone: Verontreiniging door slijpstuif (vooral op cementfabrieken en GZK) tijdens montage vermindert de levensduur van de lagers met 70%.
- Vibratieanalyse (spectrale analyse): Detectie van kenmerkende frequenties van defecten (BPFO - frequentie van defect op het buitencirkel, BPFI - frequentie van defect op het binnenkirkel, BSF - rol-elementen, FTF - separator).
- Methode van slagimpulsen (SPM / Spike Energy): Effectief voor het detecteren van hoge frequentie slagen, veroorzaakt door de initiële fase van verfijning en slijtage van het smeringslaag.
- Thermografie: Temperatuurcontrole van de lagerschijven. Een scherpe temperatuurstijging boven +80 °C wijst op problemen met het smeren of overbelasting.
- Oliënanalyse (olie en vloeibare smeringen): Spectroscopie en ferografie voor het detecteren van slijtageproducten (ijzerdeeltjes, koper) en het beoordelen van de mate van degradatie van de basisolie.
- ISO 15243:2017. Rollenonderdelen — Vocabulaire — Schade en storingen.
- ISO 281:2007. Rollenonderdelen — Dynamische belastingen en levensduur.
- SKF Algemene Categorie. Richtlijnen voor het analyseren van schade en falen van lagers.
- FAG Industriële Lageronderhoudshandleiding. Publicatie WL 82 210/2 EA.
- IEEE Std 841-2009. IEEE Standaard voor de olie- en chemische industrie — Premium Efficiency Severe Duty Squirrel Cage InductieMotoren.
4. Handleiding voor keuze en aanpassing
Correcte keuze van een lagersysteem en bijbehorende onderdelen is gebaseerd op het berekenen van het equivalent belasting en het nominale vermogen volgens de norm ISO 281. In de onderstaande tabel zijn de keuzecriteria en toegestane parameters voor industriële omstandigheden weergegeven.
| Parameter | Standaardvoorwaarden | Zware omstandigheden (Metaalbewerking/Gezondheidszorg) | Hoogtemperatuurmodus |
|---|---|---|---|
| Maximale temperatuur (T) | Tot +90 °C | Tot +120 °C | Tot +250 °C (stabilisatie S1/S2) |
| Viscositeit van het smeringsoil (ISO VG bij 40 °C) | ISO VG 46 - 68 | ISO VG 150 - 320 | Speciale hoge temperatuur pasten/olieën |
| Maximale radiale speling | CN (Normaal) | C3 of C4 | C4 of speciaal zichtbaarheidsgat |
| Klasse van nauwkeurigheid (ISO 492) | P0 (Normaal) | P6 of P5 | P5 |
| Berekenbaar vermogen (L10h) | 20 000 uur | 50 000 uur | 15 000 uur |
5. Beste montage- en inbedrijfstellingsprijzen
Ongeveer 16% van de vroegtijdige storingen worden veroorzaakt door fouten tijdens de montage. Montageingenieurs in bedrijven in Oekraïne moeten de volgende regels naleven:
6. Modus van falen en Root Cause Analysis (RCA)
Volgens ISO 15243, de belangrijkste defecten hebben duidelijke visuele en microscopische kenmerken:
6.1. Verfabeling (Spalling / Fatigue Flaking)
Visuele indicatoren: Oppervlakkige uitgravingen en kavities op de rolweg of op de rollichamen, veroorzaakt door materiaalafschilfering onder invloed van cyclische contactspanningen.
Worteloorzaak: Vermoeiingsuitputting van het materiaal (bereik van het berekende levensduur L10), of vroegtijdige vermoeiing door overbelasting, onvoldoende viscositeit van het smering (kappa-waarde kappa < 1) of verontreiniging door deeltjes.
6.2. Brinelling (Brinelling)
Visuele indicatoren: Inbeddingen op de rolwegens, geplaatst met een stap die precies overeenkomt met de afstand tussen de rol elementen. Dit kan een echte (mechanische) of valse (vibratie) bronneling zijn.
Oorzaak: Een echte bronneling ontstaat door impactbelastingen of statische overbelastingen die de materieelgrens overschrijden (bijvoorbeeld hamerslagen tijdens montage). Een valse bronneling (echte vibratieveroudering) ontstaat op statisch apparaat onder invloed van externe vibraties van aangrenzende aggregaten, wanneer de smeringsschil verloren gaat.
6.3. Fretting-corrosie (Fretting Corrosion)
Visuele indicatoren: Roodbruine of zwarte verbruiksprodukten (ijzerzuur) op de aansluitingsvlakken (binnenste diameter van de ring en as, of buitenste diameter en lichaam), vergezeld van lokale microkratereën.
Worteloorzaak: Microverschuiving tussen de aangesloten oppervlakken (slijtage van de ring) door een te zwakke aansluiting of aanwezigheid van trillingen in het aansluiting.
6.4. Elektrische erosie (Electrical Erosion)
Visuele indicatoren: Microkrateren (pitting) bedekken de rolwanden en de rollichamen dicht, vaak vormend een mat-schijfachtige oppervlakte of een kenmerkend "golvend" patroon (brug). In ernstige gevallen verdampen metalen in microdoses.
Oorzaak: Stroom door de lagers (vaak van omvormers (VFD) via capacitieve stroom van de as). Om dit te voorkomen worden hybride lagers (keramische ballen) of geïsoleerde lagers (met oxidatief coating van de ring) gebruikt.
7. Voorspelbaar technisch onderhoud en toestandsschermingsmonitoring
Om incidentele falen op industriële objecten te voorkomen wordt een geïntegreerd monitoren toegepast:
8. Vergelijkende schadetype matrix
| Type defect | Buitenzijde | Hoofdoorzaak | Methode van voorkoming |
|---|---|---|---|
| Verfegeling (Spalling) | Kaverningen, metaalafschilfering | Overbelasting, slechte smering | Berekening van de levensduur op basis van ISO 281, viscositeit controleren |
| Echte brinelening | Inbedding met stapsnelheid van rollelementen | Statische of impactbelastingen, slagen bij montage | Volgen van de montagevoorschriften, uitsluiten van schokbelastingen |
| Fretting-corrosie | IJzeren vlekken, rode stof op de aanslag | Losse fitting, microbewegingen op de as | Aanpassing van toleransen van passendheid (vergroting van de spanning) |
| Elektrische erosie | Dikke microkristallen, vouwen (brij) | Lopende stromen, ongefilterde stromen van frequentieomvormers | Gebruik van hybride of geïsoleerde lagers |
9. Conclusie
Detail analyse van faalwezen van lagers is een fundamentele praktijk voor het verhogen van de efficiëntie van het industriële productieproces in Oekraïne. Een systematische aanpak bij het identificeren van defecten - van het detecteren van de eerste tekenen van trilling tot microscopisch onderzoek van oppervlakken - maakt het mogelijk om herhalende incidenten te voorkomen en de kosten van het technisch onderhoud te optimaliseren.
De onderneming UNITEC-D GmbH levert een breed spectrum van industriële onderdelen, gekeurd volgens de normen CE en UkrSEPRO, waaronder hoge kwaliteit lagers, gespecialiseerde smeringen en montagegereedschap.
Ознайомтеся з повним асортиментом продукції та підберіть необхідні компоненти для вашого обладнання в нашому електронному каталозі UNITEC-D.
