Τα ρουλεμάν αποτελούν απαραίτητα στοιχεία των βιομηχανικών μονάδων, και λόγω της εντατικής χρήσης τους φθείρονται εάν δεν γίνεται η απαιτούμενη τακτική συντήρησή τους.
Του κ. Άρη Κωνσταντινίδη*
Τα έδρανα κύλισης, γνωστά και ως ρουλεμάν, αποτελούν ευρέως χρησιμοποιούμενα στοιχεία μηχανών σε εφαρμογές όπου απαιτείται έδραση περιστρεφόμενων (ή σπανιότερα γραμμικά μετατοπιζόμενων) εξαρτημάτων. Η λειτουργία τους στηρίζεται σε στοιχεία κύλισης που κινούνται πάνω σε οδηγούς και παρεμβάλλονται μεταξύ δύο παράλληλων επιφανειών, επιτρέποντας απρόσκοπτη μετακίνηση της μίας ως προς την άλλη.
Τα περισσότερα έδρανα κύλισης διαθέτουν κλωβό για τη συγκράτηση και την αποτροπή των επαφών μεταξύ των στοιχείων κύλισης, γεγονός που περιορίζει τις τριβές και τη φθορά τους. Με αυτό τον τρόπο εξασφαλίζεται ελάχιστη αντίσταση λόγω τριβής και εξαιρετική ακρίβεια κίνησης στην επιθυμητή διεύθυνση, και ταυτόχρονα παραλαβή των φορτίων και περιορισμός της κίνησης στις υπόλοιπες διευθύνσεις.
Ωστόσο, ανάλογα με το είδος του φορτίου που παραλαμβάνουν και εξαιτίας πιθανών λαθών στην εγκατάσταση, αλλά και απλώς με την πάροδο του χρόνου, τα έδρανα αστοχούν. Στο παρόν άρθρο θα παρουσιάσουμε τους κυριότερους τύπους βλαβών που εμφανίζονται στα έδρανα κύλισης, καθώς και τους μηχανισμούς που τις προκαλούν, ενώ θα αναφέρουμε και ενδεικτικούς τρόπους αντιμετώπισής τους.
Ανεπαρκής λίπανση
Η κυριότερη αιτία βλαβών στα ρουλεμάν είναι η ανεπαρκής λίπανση, η οποία μπορεί να οφείλεται:
α) Στην ελλιπή ποσότητα λιπαντικού (εξαρχής από την εγκατάστασή του ή λόγω σταδιακής εξάντλησης κατά τη χρήση).
β) Στην ακαταλληλότητα του λιπαντικού.
γ) Στην απώλεια των λιπαντικών ιδιοτήτων του εξαιτίας των συνθηκών λειτουργίας.
δ) Στη λανθασμένη επιλογή λιπαντικού για την ταχύτητα και το φορτίο που δέχεται το ρουλεμάν.
ε) Στη λανθασμένη επιλογή συστήματος λίπανσης.
Στις παραπάνω περιπτώσεις, δεν διατηρείται μεμβράνη λιπαντικού μεταξύ των δακτυλίων και των στοιχείων κύλισης, με αποτέλεσμα η θερμοκρασία να αυξάνεται και να προκαλεί λείανση των επιφανειών, θερμικό αποχρωματισμό (μπλε και καφέ όψη) και μικρορωγμές.
Προκειμένου να αποφευχθούν βλάβες που οφείλονται σε ανεπαρκή λίπανση, είναι απαραίτητος ο έλεγχος τόσο της ποσότητας όσο και των ιδιοτήτων του λιπαντικού στο έδρανο, καθώς και η επαναλίπανση σε τακτά χρονικά διαστήματα.
Κόπωση
Η κόπωση είναι ένας μηχανισμός που προκαλεί σημαντικό αριθμό βλαβών. Μετά από επαναλαμβανόμενους κύκλους φόρτισης, τα ρουλεμάν οδηγούνται σταδιακά σε αστοχία, στην οποία συμβάλλουν παράγοντες όπως τα μεγάλα φορτία λειτουργίας, η μεγάλη προφόρτιση του εδράνου, η σφιχτή συναρμογή του εσωτερικού δακτυλίου με τον περιστρεφόμενο άξονα (άρα μείωση της έκτασης της ζώνης φόρτισης) και η υπέρβαση της προβλεπόμενης διάρκειας ζωής.
Η φθορά λόγω κόπωσης εκδηλώνεται με έντονους κραδασμούς και συχνά παρατηρούνται ρωγμές και θραύση των επιφανειών, βλάβες ανεπανόρθωτες που απαιτούν αντικατάσταση του εδράνου.
Ολίσθηση
Η ολίσθηση των στοιχείων κύλισης ανάμεσα στους δακτυλίους των ρουλεμάν είναι ανεπιθύμητη, καθώς η τριβή που αναπτύσσεται αυξάνει την αντίσταση και μειώνει την ακρίβεια περιστροφής, ενώ ταυτόχρονα προκαλεί φθορές στις επιφάνειες.
Ολίσθηση παρατηρείται σε τρεις περιπτώσεις:
α) Όταν το φορτίο λειτουργίας είναι μικρό και η λίπανση ανεπαρκής.
β) Όταν η ζώνη φόρτισης έχει μικρή έκταση και εντός της επιταχύνονται τα στοιχεία κύλισης .
γ) Όταν η ταχύτητα περιστροφής εναλλάσσεται πολύ γρήγορα.
Σε βάθος χρόνου, η ολίσθηση αυξάνει την τραχύτητα των επιφανειών και μπορεί να προκαλέσει επιφανειακές κηλίδες. Για να ελαχιστοποιήσουμε την ολίσθηση, καταφεύγουμε σε μέτρα όπως είναι η μείωση του διακένου μεταξύ των στοιχείων κύλισης και των δακτυλίων, η επιβολή προφόρτισης, η επιλογή εδράνων κύλισης σχεδιασμένων να παραλαμβάνουν μικρά φορτία και η επιλογή κατάλληλου λιπαντικού.
Κακή ευθυγράμμιση
Η κακή ευθυγράμμιση των δακτυλίων μεταφράζεται σε ανομοιόμορφη φόρτιση και προκαλείται από πληθώρα αιτίων, όπως είναι:
α) Η λανθασμένη ευθυγράμμιση των βάσεων στήριξης των εδράνων.
β) Η λοξή τοποθέτηση των δακτυλίων κατά την εγκατάσταση.
γ) Οι λυγισμένοι άξονες.
δ) Η ύπαρξη ακαθαρσιών στους άξονες.
Σε έδρανα με σφαιρικά στοιχεία κύλισης οι φθορές γίνονται ορατές ως απολέπιση με διαγώνιους σχηματισμούς σε αντιδιαμετρικές περιοχές των δακτυλίων, ενώ σε έδρανα με κυλινδρικά στοιχεία κύλισης η απολέπιση εμφανίζεται στα άκρα των δακτυλίων.
Για τον περιορισμό των βλαβών λόγω κακής ευθυγράμμισης είναι απαραίτητος ο έλεγχος και η επιδιόρθωση των απευθυγραμμισμένων εδράσεων ή η χρήση κατάλληλων εργαλείων εγκατάστασης, τα οποία εξασφαλίζουν την ευθυγράμμιση κατά την τοποθέτηση.
Διάβρωση
Η διάβρωση στα έδρανα κύλισης οφείλεται σε κακή στεγάνωση, με αποτέλεσμα να εισέρχεται υγρασία στο εσωτερικό τους. Με την πάροδο του χρόνου οι επιφάνειες των δακτυλίων σκουριάζουν και συχνά παρατηρούνται ρωγμές και απολέπιση. Οι βλάβες από διάβρωση μπορούν να αποφευχθούν με την αναβάθμιση των στεγανωτικών δακτυλίων και τη χρήση λιπαντικών με αντισκωριακές ιδιότητες.
Ηλεκτρικές εκκενώσεις
Σε έδρανα τα οποία λειτουργούν κοντά σε παροχή ηλεκτρικού ρεύματος, υπάρχει πιθανότητα φθοράς λόγω ηλεκτρικών εκκενώσεων. Αυτό συμβαίνει με τη δημιουργία ηλεκτρικού τόξου μεταξύ των ηλεκτροφόρων αγωγών και του ρουλεμάν, και μπορεί να οφείλεται σε ακατάλληλη γείωση, φθαρμένα καλώδια και φθαρμένη μόνωση, ή –σε περίπτωση ηλεκτρικών κινητήρων– σε χαλαρά τυλίγματα του δρομέα.
Οι φθορές που παρατηρούνται είναι σκουρόχρωμες αυλακώσεις στους δακτυλίους σε διάφορους σχηματισμούς, τοπικά καψίματα στους δακτυλίους και στα στοιχεία κύλισης, καθώς και λακκούβες από απομάκρυνση υλικού.
Η προστασία από τις ηλεκτρικές εκκενώσεις μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση ειδικών ρουλεμάν με μόνωση, με κατάλληλη γείωση και με πρόβλεψη για παράκαμψη των ηλεκτροφόρων αγωγών από τις θέσεις των εδράνων.
Απρόσεκτη εγκατάσταση
Τέλος, βλάβες μπορούν να προκαλέσουν και οι απρόσεκτοι χειρισμοί κατά την εγκατάσταση, προτού τα έδρανα ξεκινήσουν τη λειτουργία τους. Συνήθως οι βλάβες αυτές προέρχονται από απευθείας χτυπήματα με σφυρί, τα οποία μπορεί να παραμορφώσουν τον κλωβό, ή να προκαλέσουν ρωγμές και απολέπιση στις επιφάνειες των δακτυλίων. Με τη χρήση κατάλληλου εργαλείου εγκατάστασης (impact sleeve, impact ring), κατανέμεται σωστότερα η δύναμη που ασκείται στο έδρανο κατά την εγκατάσταση, ενώ μειώνεται και ο απαιτούμενος χρόνος για την ολοκλήρωση της διαδικασίας.
*Ο κ. Άρης Κωνσταντινίδης είναι μέλος του Εργαστηρίου Στοιχείων Μηχανών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου.
