Wszędzie tam, gdzie występuje tarcie, konieczne jest użycie odpowiedniego smaru lub oleju, które zmniejszą zużycie metalu i wytwarzane ciepło. Niezależnie od rodzaju materiału, z jakiego wykonane są łożyska, wrzeciona czy sprzęgła, wzajemne ścieranie się powierzchni i energia powstająca w czasie tarcia bardzo szybko prowadzą do powstawania zarysowań, rowków czy nawet głębokich bruzd, a w konsekwencji – do przedwczesnego zniszczenia i zatarcia tych strategicznych części urządzeń.

Powiązane firmy

Brak smaru skraca życie

Szacuje się, że ok. 1/3 przedwcześnie uszkodzonych łożysk mogłoby wciąż sprawnie pełnić swoje funkcje, gdyby były w odpowiedni sposób pielęgnowane. Trudno przecenić więc kluczową rolę odpowiedniego smarowania w pracy łożysk tocznych i komponentów liniowych. Wprowadzenie między pierścienie, elementy toczne i kosz – czyli główne elementy łożyska – warstwy oleju lub smaru zmniejsza tarcie i ścieranie stykających się powierzchni. Ograniczenie strat energii to jednak tylko jedna z wielu korzyści pielęgnacji łożysk. Ciecze smarne skutecznie chronią też powierzchnie metali przed korozją, chłodzą części i odprowadzają ciepło spomiędzy współpracujących elementów, przyspieszają proces docierania, zwiększają żywotność zmęczeniową materiału, zmniejszają hałas pracy i wibracje. Odpowiednia pielęgnacja łożysk jest szczególnie ważna, gdy pracują one w trudnych warunkach towarzyszących procesom przemysłowym: w ekstremalnie wysokich lub niskich temperaturach, przy silnym obciążeniu i wysokich prędkościach obrotowych, w środowisku zanieczyszczonym (np. zapylonym) lub narażonym na silnie działające substancje chemiczne, a także w otoczeniu wody lub pary wodnej.

Do zadań ekstremalnych

Produkowane dziś oleje i smary plastyczne są substancjami bardzo złożonymi. Różnorodność składu chemicznego takich cieczy pozwala optymalnie dostosować je do warunków, w jakich pracują łożyska. Najważniejszymi parametrami uwzględnianymi podczas projektowania składu substancji smarnych są: wielkość i rodzaj łożyska, temperatura pracy, prędkości i obciążenia, a także niezbędna, ściśle określona trwałość eksploatacyjna. Temperatura pracy łożysk w rafineriach ropy naftowej sięga niejednokrotnie 170°C, a bywa, że dochodzi nawet do 1500°C, np. w piecach do obróbki cieplnej w hutach stali. To właśnie warunki towarzyszące przemysłowi hutniczemu i wytwórstwu metali są dla łożysk najtrudniejsze. Łożyska toczne, a co za tym idzie – również materiały smarne służące do zapewnienia im maksymalnej żywotności są tu poddawane ciężkim próbom: temperaturze o zmiennej amplitudzie, znacznym zanieczyszczeniom, prędkości taśm przenośników do 2 tys. na minutę, sporym obciążeniom udarowym i drganiom. Już w latach 70. XX wieku firma NSK, jeden z producentów łożysk i środków smarnych do „zadań specjalnych”, dzięki swojemu innowacyjnemu podejściu wytworzyła pierwszy w historii profesjonalny smar do takich zastosowań. Oprócz wytwórstwa łożysk pracujących w trudnych warunkach hutniczych koncern specjalizuje się w produkcji łożysk do turbin wiatrowych działających na lądzie i na morzu, gdzie specyficzne warunki środowiskowe wymagają od wykorzystywanych w turbinach łożysk tocznych wyjątkowej trwałości użytkowej, niezawodności i wytrzymałości mechanicznej.

Olej doskonały

Wysokie wymogi stawiane pracy łożysk, a także zakres zmiennych, które trzeba wziąć pod uwagę, poddając te części mechaniczne właściwej konserwacji smarnej, sprawiają, że produkcja specjalistycznych olejów i smarów jest skomplikowanym procesem technologicznym. Świetnie wie o tym np. firma Fuchs, jeden z producentów środków smarnych do wszystkich zastosowań, opracowujący ich receptury od ponad 85 lat. Sercem zakładu jest 15 mieszalników (o pojemności od 500 do 20 tys. litrów), do których systemem rur z kilkudziesięciu zbiorników doprowadzane są surowce, np. oleje bazowe i dodatki uszlachetniające w odpowiednio dobranych proporcjach. Efektywność smarowania zależy nie tylko od jakości użytych produktów, ale też od właściwego wyboru cieczy smarującej. Najlepszym rozwiązaniem dla łożysk pracujących w wymagających warunkach przemysłowych jest smarowanie olejem. W zastosowaniach przy dużych prędkościach granicznych i obciążeniach, a także przy wysokiej temperaturze znakomicie sprawdzają się wysoko rafinowane oleje mineralne i syntetyczne z dodatkami lub bez – wytworzony za ich pomocą film olejowy cechuje się wystarczającą wytrzymałością oraz wysoką odpornością na utlenianie i korozję. Należy pamiętać, że oleje maszynowe współpracujące z łożyskami, wrzecionami i sprzęgłami muszą mieć odpowiednią lepkość – olej powinien odpowiadać tej klasie lepkościowej ISO VG, której wymaga konstrukcja danej maszyny. Kolejne niezbędne cechy cieczy smarnych to doskonałe właściwości ochronne i przeciwkorozyjne oraz odpowiednie parametry przeciwzużyciowe i przeciwzatarciowe, zależne od względnej prędkości współpracujących powierzchni i przenoszonych obciążeń. Konieczne jest również, by olej nie był toksyczny, nie miał skłonności do utleniania i nadmiernego wydzielania osadów i był biodegradowalny. Znaczenie ma również właściwa temperatura zapłonu, czyli najwyższa temperatura, do której można podgrzać olej w normalnych warunkach eksploatacji. Optymalne dobranie oleju do pracy konkretnego łożyska może powodować pewne trudności – precyzyjne dane dotyczące wymogów technicznych, jakie powinien spełniać środek smarny, podawane są w instrukcji obsługi lub dokumentacji ruchowej maszyny, można je również znaleźć w katalogach liczących się producentów łożysk i środków smarnych.

Olej czy smar?

Jak twierdzą praktycy utrzymania ruchu, olej jest bardzo dobrym środkiem smarującym, jednak zastosowanie smaru – który jest gęstszy – pozwala osiągnąć twardszą strukturę wokół łożysk. Smary plastyczne to roztwory oleju bazowego (mineralnego, syntetycznego, roślinnego lub ich mieszanin) oraz zagęszczacza, który tworzą mydła metali, polimery, stałe węglowodory, a także substancje nieorganiczne, np. żele krzemionkowe. Właściwości konkretnych smarów zależą przede wszystkim od parametrów bazowych olejów. Wykorzystanie smaru plastycznego ma wiele zalet: wykazuje on lepsze niż olej właściwości uszczelniające i większą przyczepność, skuteczniej chroni przed zanieczyszczeniami zewnętrznymi, np. kurzem, efektywniej eliminuje wycieki, znakomicie sprawdza się w wilgotnych warunkach, zapobiegając korozji części. Uniwersalność, oszczędność i prostota użycia – to słowa najlepiej oddające specyfikę pielęgnacji łożysk za pomocą smarów stałych. Środki te można bowiem stosować w większym zakresie temperatur niż oleje, zdecydowanie

rzadziej jest też potrzebna wymiana smaru, co pozwala na długie okresy bezobsługowe maszyn między konserwacjami. Bywa, że jedno smarowanie wystarcza na całe życie maszyny, a to oznacza spore oszczędności. Warto jednak mieć na uwadze, że smary plastyczne mają mniejsze niż oleje właściwości chłodzące, trudniej jest również usuwać cząsteczki zanieczyszczeń zesmaru. Aby osiągnąć wysoką efektywność pracy łożysk, niezbędne jest użycie odpowiedniej ilości środka smarnego – zależy ona od konstrukcji obudowy, wolnej przestrzeni, charakterystyki danego smaru i otoczenia zewnętrznego. Warto też pamiętać, że mniejsza ilość smaru oznacza większą dbałość o środowisko i własną kieszeń.

W rosie i w mgle

Równie ważna jak wybór właściwej cieczy smarnej jest decyzja o sposobie jej dostarczenia do maszyny. Dla łożysk pracujących w niskich i średnich prędkościach najlepsze będą kąpiele olejowe, w przypadku zaś tych, które pracują z bardzo dużą prędkością (np. we wrzecionach obrabiarek), najlepiej sprawdzą się technologie mgły lub rosy olejowej. Metoda ta polega na podawaniu małych i stałych ilości oleju do przewodów smarujących, którymi przepływa ze stałą prędkością sprężone powietrze. Smarowanie może przebiegać w sposób ręczny lub automatyczny – obie metody mają swoich zwolenników. W tradycyjnym sposobie aplikacji wykorzystuje się smarownice mechaniczne, pneumatyczne i elektryczne, które zapewniają precyzyjne dawkowanie środka smarnego. Stan nasmarowania kontrolowany jest przez ultradźwięki. Metoda ręczna to rozwiązanie skuteczne i przede wszystkim tanie. Gdy jednak liczba punktów smarowniczych jest duża i znajdują się one w miejscach trudno dostępnych i niebezpiecznych, lepszym rozwiązaniem jest jedno- lub wielopunktowe smarowanie automatyczne. W technologii tej układy centralnego smarowania dystrybuują odpowiedni środek w sposób ciągły do wszystkich punktów, których liczba może dochodzić nawet do 800. W tego typu zabudowane układy, pozwalające na podanie dokładnie odmierzonej ilości cieczy smarnej, wyposażonych jest wiele nowoczesnych maszyn, np. obrabiarki. Jedną z firm oferujących obecnie smarownice automatyczne jest Margo, producent szerokiej gamy łożysk i przekładni. Wytwarzane przez firmę automatyczne smarownice pozwalają na swobodną aplikację oleju nawet w trudno dostępnych punktach i w obszarach zagrożeń, dzięki czemu technologia ta świetnie sprawdza się w łożyskach pracujących w silnikach samolotowych, transporterach, przenośnikach czy pompach. Z tego typu rozwiązań intensywnie korzysta m.in. przemysł drzewny, motoryzacyjny i budowlany. Z kolei układy smarowania K1, opatentowane w skali globalnej przez firmę NSK, pozwalają uzyskać, w zależności od zastosowania, bezobsługową pracę łożyska dochodzącą nawet do 50 tys. km przebiegu.

Praca na sucho

Bardzo ciekawym rozwiązaniem, które podbija rynek i znajduje coraz więcej obszarów zastosowań, są łożyska bezsmarowe. Sprawdzają się głównie w tych branżach przemysłu, które wymagają zachowania szczególnych warunków czystości, np. w przemyśle spożywczym. Ekologiczne łożyskowanie wykorzystuje się też w maszynach używanych w elektrowniach wodnych, gdzie – zgodnie z zaostrzonymi przepisami dotyczącymi ochrony środowiska – przedostanie się oleju lub smaru do wody jest niedopuszczalne. Przykładem zastosowania bezsmarowych technologii są łożyska liniowe firmy igus. W odróżnieniu od powszechnych łożysk kulkowych działają one na wkładkach ślizgowych, dzięki czemu są zabezpieczone przed zanieczyszczeniem smarem i olejami. Zaprojektowane do pracy „na sucho” łożyska świetnie sprawdzają się w warunkach dużych zabrudzeń, np. znacznych ilości

piachu. Przednia część wkładki ślizgowej działa wtedy jak wycieraczka, której ruchy sprawiają, że cząstki są usuwane samoistnie, a powierzchnia styku pozostaje czysta.

MM Info: Smary z natury

O tym, że brak odpowiednich środków smarnych skraca czas życia łożyska, a co za tym idzie – wszelkich pojazdów kołowych, wiedzieli już starożytni. Pozostałości smarów znajdowano na odkrywanych przez archeologów w starożytnych grobowcach osiach rydwanów dawnych władców. Pierwotnie do zmniejszenia pochłaniającego masę energii tarcia wykorzystywano oleje roślinne i tłuszcze zwierzęce, które wzbogacano mineralnymi zagęszczaczami, a do smarowania osi wozów stosowano również różnego rodzaju mazie otrzymywane ze smoły drzewnej.

KOMENTARZ

Dr inż. Bogdan Miśta, główny specjalista ds. przemysłowych:

Nieprawidłowe smarowanie lub jego brak to przyczyny ponad połowy przedwczesnych awarii łożysk tocznych. Aby zagwarantować długotrwałą i niezawodną pracę łożysk, konieczne jest zwrócenie uwagi na dobór odpowiedniego środka smarnego i jego ilości, prawidłowy sposób smarowania, a także okresowe badania stanu nasmarowania łożyska. Stosuje się tu oleje bądź smary plastyczne, a sam rodzaj smarowania wynika z konstrukcji maszyny, szczególnie jej węzłów łożyskowych, oraz warunków działania łożysk, takich jak temperatura, przenoszone obciążenia i prędkość obrotowa. Olej znajduje zastosowanie m.in. wówczas, gdy smary plastyczne nie spełniają wymagań stawianych środkowi smarującemu. Do konserwacji łożysk tocznych zaleca się oleje mineralne niezawierające rozpuszczalników i o małej zawartości węglowodorów aromatycznych. Charakterystyczna dla tego typu olejów jest niska lepkość rzędu 11 cSt, zapewniająca doskonałą zwilżalność i krótki czas obciekania, co umożliwia szybkie pakowanie gotowych łożysk. Utworzony film ochronny jest kompatybilny ze smarami na bazie olejów mineralnych i z reguły nie musi być usuwany przed ich końcowym napełnieniem smarem. Dodatkową zaletą olejów antykorozyjnych do łożysk jest znakomita zdolność wypierania wody i ochrona przed korozją wywołaną przez ślady potu ludzkiego.