Tìm lỗi: xác định nguyên nhân thực sự của sự cố vòng bi

Erik Vegter, Nhà khoa học cấp cao về mô hình hóa và kiểm tra độ bền của SKF cho biết, sự cố vòng bi sớm thường bị đổ lỗi cho ‘vết nứt ‘, nhưng tìm hiểu sâu hơn về nguyên nhân thực sự tiềm ẩn sẽ dẫn đến một giải pháp hiệu quả hơn.


Thực hành sản xuất hiện đại và các kỹ thuật như bảo trì dự đoán, đã giúp biến thất bại sớm xảy ra hiếm gặp. Tuy nhiên, nó vẫn có thể xảy ra và khi nó xảy ra có thể gây ra hậu quả thảm khốc. Điều đáng lo ngại nhất là một số sự cố vòng bi không ở gần hết tuổi thọ được tính toán của chúng và có thể chỉ hoạt động được 5-10% trong vòng đời được đánh giá. Đây là một nguồn chi phí lớn và gây phiền nhiễu cho khách hàng, những người hy vọng vòng bi của họ sẽ tồn tại trong suốt cuộc đời được tính toán và hơn thế nữa.

Một số ứng dụng, chẳng hạn như hộp số tua bin gió đã cho thấy dễ bị hỏng vòng bi, bạc đạn sớm hơn những ứng dụng khác. Điều quan trọng đối với khách hàng là chẩn đoán sự thất bại và sửa chữa nó. Tuy nhiên, đã có rất nhiều tranh luận về nguyên nhân chính xác của sự thất bại sớm.

Một đặc điểm chung của các hư hỏng sớm là một mạng lưới các vết nứt nhỏ được trang trí màu trắng bên dưới bề mặt của ổ trục, được gọi là “vết nứt khắc trắng” (WECs) hoặc vết nứt trục nhỏ có thể nhìn thấy ở bề mặt mương. Ngay từ cái nhìn đầu tiên, sẽ hợp lý khi cho rằng đây là nguyên nhân của vấn đề, vì chúng được nhìn thấy trong hầu hết các trường hợp thất bại sớm.

Tuy nhiên, một dự án nghiên cứu kéo dài bốn năm do SKF thực hiện đã chỉ ra rằng trên thực tế, các vết nứt này xảy ra ở cuối chuỗi thất bại và là hậu quả tự nhiên của mạng lưới vết nứt trong vòng bi bị hỏng sớm. Các chuyên gia của công ty kết luận rằng WEC chỉ là một triệu chứng rõ ràng của sự thất bại, và không phải là một phần của nguyên nhân cơ bản.

SKF cho đến nay đã xác định được 7 cơ chế gây ra sự cố vòng bi sớm, dẫn đến một kết quả chung: tuổi thọ vòng bi ngắn hơn cũng như sự xuất hiện của WEC. Do đó, SKF đã phát triển một kế hoạch phân loại các hỏng hóc sớm, để giúp các kỹ sư ứng dụng làm việc cùng với khách hàng để tìm ra nguyên nhân gốc thực sự của các lỗi và do đó, là giải pháp phù hợp nhất.

Bất chấp cái nhìn sâu sắc mới này, một số thất bại sớm vẫn được gán cho WEC và được giải quyết trên cơ sở đó (thường bằng cách thay thế ổ trục bị hỏng bằng một cái giống hệt nhau). Tuy nhiên, thay vì không cần lặp lại cách tiếp cận này, điều quan trọng là đi sâu vào vấn đề và xác định lý do cơ bản cho sự thất bại. Nghiên cứu SKF đã xác định một loạt các nguyên nhân cơ bản, cho phép tìm ra các giải pháp chính xác hơn trong từng trường hợp.

Chi tiết dự án
Dự án liên quan đến việc tái tạo các điều kiện chính xác được thấy trong các vòng bi bị hỏng trong lĩnh vực này và khiến chúng phải chịu các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm mở rộng (bao gồm kính hiển vi điện tử quét và quang học, và siêu âm). Làm cho vòng bi bị hỏng trong các điều kiện được kiểm soát, đã giúp SKF xác định chính xác các cơ chế hỏng hóc, cho phép tìm ra giải pháp chính xác và nhắm mục tiêu hơn cho từng vấn đề.

Đối với mỗi nguyên nhân gốc, SKF tái tạo một cách có hệ thống các điều kiện vận hành quan trọng trên thiết bị thử nghiệm. Điều này cho phép họ biết chắc chắn điều kiện cụ thể nào đã gây ra WEC và cho phép liên kết giữa các vết nứt và, ví dụ, các ứng suất cấu trúc được chứng minh. Dự án đã cho phép SKF làm rõ vai trò của WEC.

WEC thường được gây ra bởi căng thẳng theo chu kỳ và tải. Tuy nhiên, sự xuất hiện rộng rãi hơn của WEC được nhìn thấy trong sự mệt mỏi tăng tốc, có thể được gán một cách khác nhau cho các ứng suất cao hơn, cường độ vật liệu thấp hơn và / hoặc hỗn hợp các hiệu ứng ma sát và bôi trơn.

WEC là các vết nứt trong cấu trúc vi mô của thép chịu lực. Chúng được đặt tên như vậy vì sự xuất hiện màu trắng của cấu trúc vi mô thay đổi của một mẫu thép được đánh bóng và khắc. Các khu vực bị ảnh hưởng kết hợp ferrite siêu mịn, tinh thể nano, không chứa cacbua hoặc ferrite với sự phân bố rất mịn của các hạt cacbua. Các khu vực khắc trắng (WEAs) được hình thành do sự vô định hình do ma sát ở các mặt nứt trong quá trình lăn. Những khu vực này xuất hiện màu trắng dưới kính hiển vi quang học, do phản ứng ăn mòn thấp của chúng đối với etchant. Các khu vực khắc trắng xung quanh vết nứt cứng hơn 10-50% so với cấu trúc vi mô xung quanh (và không bị ảnh hưởng).

Sơ đồ phân loại
SKF đã phát triển một sơ đồ để phân loại các hỏng hóc vòng bi bằng cách sử dụng phương pháp mới của nó. Điều này giúp đề xuất một giải pháp cụ thể, dựa trên chẩn đoán chính xác hơn. Ví dụ, nếu sự cố được gây ra bởi các vấn đề bôi trơn hoặc hiệu ứng hóa học, SKF có thể khuyên bạn nên chuyển sang vòng bi được phủ oxit màu đen. Các chế độ thất bại khác, khi được xác định, có thể dẫn đến các giải pháp đề xuất từ ​​thép không gỉ cường độ cao đến vòng bi lai.

Nhìn chung, nghiên cứu đã được đón nhận, chỉ có sự bất đồng nhỏ về một số chi tiết. Chắc chắn không có tranh luận về lực đẩy chính của cuộc tranh luận, rằng các vết nứt khắc trắng xuất hiện thông qua các chế độ thất bại khác nhau. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều việc phải làm: SKF vẫn chưa sao chép các điều kiện trong đó vòng bi bị hỏng do dòng điện, ví dụ, và vì vậy những thí nghiệm này đang diễn ra trong phòng thí nghiệm của công ty.

Giải pháp
Việc tập trung vào tìm kiếm các chế độ thất bại mới hiện đã chuyển sang phát triển các giải pháp tốt hơn. Thông qua nghiên cứu và phát triển gia tăng, SKF đang tìm kiếm các vật liệu tốt nhất và kết hợp xử lý nhiệt có thể đối phó tốt hơn với từng nguyên nhân gốc rễ thất bại.

Cùng với việc phát triển một danh sách các nguyên nhân cơ bản cho sự thất bại, SKF đã đưa ra một loạt các khuyến nghị chung, dựa trên việc phân loại các trình điều khiển suy yếu thành ‘căng thẳng cao hơn’ và ‘sức mạnh vật chất thấp hơn’. Các khuyến nghị phân biệt giữa các khuyến nghị cho chính ứng dụng, chẳng hạn như hệ thống ổ trục hoặc quy trình thiết kế, và về các khả năng để tăng thêm độ bền của ổ trục. Tùy chọn có hiệu quả nhất trong việc ngăn ngừa sự thất bại sớm sẽ phụ thuộc vào các trường hợp cụ thể của ứng dụng.

Trong hộp số tua bin gió, vòng bi SKF bị oxit đen, trong khi đó đã được chứng minh là một giải pháp mạnh mẽ trong ứng dụng đầy thách thức này. Vòng bi oxit đen được phân phối với khối lượng lớn cho thị trường gió trong hơn một thập kỷ, trên các vị trí chịu lực quan trọng nhất đối với tất cả các nhà sản xuất hộp số lớn và tỷ lệ thất bại rất thấp đã được báo cáo (<50ppm, dựa trên hơn 260 000 vòng bi trên đồng ruộng).

Sự gia tăng mạnh mẽ của oxit đen có thể được giải thích bằng sự kết hợp các tính chất độc đáo chống lại các điều kiện vận hành khắc nghiệt nhất trong hộp số. Các xét nghiệm trong phòng thí nghiệm đã cho thấy hiệu suất tốt hơn trong các tình huống bôi trơn kém và điều kiện trượt cao bởi vì phương pháp điều trị mang lại độ bám dính bôi trơn được cải thiện và khả năng chống nhòe được tăng cường. Những rủi ro của việc làm phiền, micropits và vết nứt có thể được hạn chế. Chống ăn mòn và hóa chất, vòng bi oxit đen làm giảm tác động của độ ẩm và các thành phần dầu mạnh mẽ. Chúng cũng giúp cải thiện hành vi ma sát và giảm hao mòn, đặc biệt là trong các điều kiện ma sát hỗn hợp có trong hộp số gió. Khi chạy trong điều kiện bôi trơn thích hợp, các ví dụ trường đã cho thấy lớp oxit đen trông gần như nguyên vẹn sau vài năm hoạt động,

Mỗi sự cố của vòng bi sớm là duy nhất và có nhiều lý do tiềm năng cho sự nứt nẻ sớm. Không có nguyên nhân gốc duy nhất và mỗi trường hợp thất bại phải được xem xét theo các điều kiện hoạt động có liên quan. Hiểu điều này và tránh xa chẩn đoán lỗi khắc trắng sẽ giúp đảm bảo chẩn đoán chính xác hơn cho vấn đề và giải pháp nhanh hơn.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

error: Content is protected !!