Дополнительная информация

Снижение износа систем линейного перемещения

Загрязнения и недостаток смазки сокращают срок службы систем линейного перемещения. Ниже рассмотрены пути борьбы с обеими этими проблемами.

Для того, чтобы система линейного перемещения имела больший ресурс, её важно поддерживать в чистом и хорошо смазанном состоянии. Данный совет обусловлен здравым смыслом, и на первый взгляд прост в реализации. Тем не менее, круглосуточно работая с высокой частотой циклов в условиях реального промышленного производства, тела качения нередко страдают и от высокой загрязнённости, и от недостатка смазки. При этом любой из этих проблем по отдельности уже достаточно для того, чтобы элементы линейной направляющей начали изнашиваться с повышенной интенсивностью. В наименее благоприятных случаях, вследствие загрязнений и дефицита смазки, в паре «элемент качения подшипника - поверхность качения направляющей» может возникать сухое трение металла по металлу. Вследствие могут быть вызваны такие дефекты металлических поверхностей, как вмятины, коррозия или задиры. То, что загрязнения опасны, а смазывание важно, известно всем, имеющим хоть какое-то отношение к проектированию или эксплуатации промышленного оборудования. При интеграции линейных направляющих в оборудование, используемое в медицине, в упаковочной или полупроводниковой промышленности, либо используемое для иных ответственных задач, проектировщиками этого оборудования зачастую предусматриваются просто-таки экстраординарные меры защиты направляющих как от попадания в них загрязнений, так и от потери ими смазочных веществ. В качестве подобных мер может применяться дорогостоящая закрывающая направляющие гофрозащита, или же выбор делается в пользу также недешёвых систем автоматического смазывания. При этом, в своём устремлении обеспечить надёжность и бесперебойность работы систем линейного перемещения, проектировщики промышленного оборудования нередко забывают об иных, вполне эффективных и менее дорогостоящих, технических решениях решающих проблемы с загрязнениями и смазкой.

 

Борьба с загрязнениями

Загрязнения бывают самые разные, причём некоторые из видов загрязнений отличаются от остальных своей повышенной агрессивностью. Так, одним из наиболее опасных с точки зрения вызываемого ими повышенного износа типов загрязнений признана металлическая стружка, образующаяся в процессе машинной обработки заготовок. Также достаточно агрессивной по отношению к поверхностям линейных подшипников является кремниевая пыль, образующаяся в процессе производства полупроводников. Но и помимо этого список абразивных и вызывающих повышенный износ загрязнителей, образующихся при современных техпроцессах, весьма велик. Менее агрессивные загрязнители тоже могут создавать проблемы. Даже мягкие (пластичные) загрязнения - характерные, например, для пищевой промышленности - способны забивать собою тела качения. Хотя подобные загрязнения и не во всех случаях приводят к существенному увеличению интенсивности износа, однако и они способны помешать системе линейного перемещения работать нормально. В частности, из-за них может снизиться точность позиционирования, а с нею - и качество выпускаемой продукции. Чрезмерное заполнение системы линейного перемещения пластичными загрязнениями способно повлечь за собой остановку оборудования, вследствие чего предприятие понесёт затраты, связанные с простоем и внеплановым техобслуживанием. При этом проблема загрязнений имеет и ещё одну сторону. Хотя в большинстве случаев имеет место ситуация, когда загрязнения, образующиеся на стороне технологической линии, создают помехи для нормальной работы систем линейного перемещения, в некоторых случаях проектировщикам оборудования более критично, наоборот, не допустить попадания на производимую продукцию загрязнений, источником которых является сам линейный подшипник - например, частиц смазки или продуктов износа механических деталей. Это характерно для отраслей промышленности, где действуют повышенные требования к чистоте - например, для фармацевтики, полупроводниковой промышленности, и производства электронного оборудования и компонентов. Для борьбы с загрязнениями проектировщиками оборудования нередко предусматриваются, в дополнение к штатным уплотнениям систем линейного перемещения, дополнительные защитные меры - такие, как гофрозащита, крышки и кожухи. Несмотря на то, что применение подобных дополнительных мер нередко существенно удорожает оборудование, а также усложняет его техническое обслуживание, необходимость в таких мерах действительно присутствует. В так называемых «чистых комнатах», например, может быть необходим физический барьер между продукцией и элементами технологического оборудования. Также и в металлообрабатывающих центрах критично обеспечить защиту всех систем перемещения от попадания в них металлической стружки. Однако в промышленности существуют и ситуации, в которых проблема загрязнений не стоит столь остро. В таких случаях достаточным явился бы выбор проектировщиками компонентов, конструктивно менее чувствительных к внешним загрязнениям и менее склонным к загрязнению окружающей среды продуктами собственного износа. К такой категории относятся, например, каретки с роликами большого диаметра с интегрированными уплотнительными элементами. Зазоры в обычных линейных направляющих с системами рециркуляции шариков внутри каретки минимальны.

Соответственно, попадание в такие зазоры даже мелких частиц загрязнений способно помешать нормальной работе этих систем. Подшипники же с роликами большого диаметра, напротив, способны перекатиться даже через сравнительно большие частицы загрязнений. Тут уместна следующая аналогия: через «лежачего полицейского» гораздо проще перевалить на джипе с большими колёсами, чем на скейтборде. Системы семейства «Compact Rail» от компании «Rollon», например, отличаются использованием в их конструкции роликов диаметром в целый дюйм. Подобные системы линейного перемещения являются малочувствительными даже к загрязнениям, способным приводить к полному отказу и заклиниванию систем с элементами качения меньших диаметров - например, к металлической стружке, частицам пластика, бумажной пыли, и другим. Ролики большого диаметра также обладают гораздо более высокой стойкостью к отказу в условиях прогрессирующих дефектов, чем элементы качения небольших размеров. Иными словами, даже если каким-либо загрязнениям и удастся повредить поверхность такого ролика, или поверхности направляющей, по которой этот ролик обкатывается, это повреждение в большинстве случаев не приведёт к отказу системы. 

 

 

 

Обеспечение оптимального количества смазки

Проблемы со смазыванием часто обозначают общим термином «недостаток смазки», причём под смазкой понимаются любые смазочные материалы - будь то консистентные смазочные материалы или жидкие масла. Причины подобных проблем нередко связаны с тем, что изначально достаточно смазанные компоненты со временем теряют смазку - например, помещённые в систему линейного перемещения смазочные материалы со временем вытесняются за пределы рабочего хода, в результате чего в местах контакта тел качения и направляющей возникает сухое трение металла по металлу, и, как следствие, повышенный износ. Однако у проблем со смазкой имеется и своя «обратная сторона». Так, при техническом обслуживании оборудования рабочие, вооружившись маслёнками пистолетного типа, зачастую закачивают в каретки недопустимо большое количество смазки, что в некоторых случаях приводит к выдавливанию уплотнений, и к попаданию смазочных материалов в окружающую среду. Нельзя забывать, что смазочные материалы также квалифицируются как загрязнители. Таким образом, заправка кареток избыточным количеством смазки способна лишь усугубить проблемы с загрязнениями - или же вынудить проектировщиков оборудования предусматривать дополнительные защитные меры типа гофрозащиты или крышек / кожухов. Регулярная, осуществляемая с правильными временными интервалами, заправка линейного подшипника точно выверенным количеством смазочного средства - непростая задача, поскольку её параметры существенно зависят от специфики условий реальной эксплуатации, включая рабочий цикл, а также от типа подшипника.

Важна также степень опасности масляных загрязнений для технологической среды вне системы линейного перемещения - на тех производствах, где степень этой опасности высока, целесообразно применять системы линейного перемещения, требующие как можно более редкого смазывания. Существуют различные способы, позволяющие обеспечить работу линейных подшипников в течение длительного времени в условиях достаточности смазки, и тем самым минимизирующие необходимость их регулярного технического обслуживания. Некоторые из этих способов - например, применение автоматических систем смазывания - являются достаточно дорогостоящими. Подобные системы впервые начали активно использоваться во встроенных системах линейного перемещения компонентов обрабатывающих станков. Автоматическими системами смазывания обеспечивалось постоянное наличие масляной плёнки в парах трения подшипников таких систем. В дальнейшем такие дорогостоящие автоматические системы смазывания стали использоваться и с современными линейными направляющими, где они подтвердили свою способность обеспечивать достаточное смазывание и уменьшать потребность в техобслуживании. Однако, даже если отвлечься от высокой стоимости таких систем, автоматические системы смазывания способны создавать неприемлемую интенсивность загрязнения производственной среды смазочными материалами - что делает неоптимальным применение подобных систем в «чистых комнатах» и в иных случаях, когда заказчиками выдвигаются высокие требования к отсутствию подобных загрязнений. При этом у подобных систем существует и менее дорогостоящая, и при этом представляющая собою меньший источник загрязнений, альтернатива - специальные имеющие функцию автоматического смазывания направляющих грязесъёмники, интегрированные в конструкцию каретки линейного подшипника. Имеющие такую функцию автоматического смазывания грязесъёмники предлагаются, например, компанией «Rollon» в качестве опции к системам «Compact Rail».

До замены они способны обеспечить системе адекватное смазывание на протяжении двух миллионов рабочих циклов - и это по цене, составляющей малую часть от стоимости автоматических систем смазывания, работающих под управлением программируемого контроллера. Однако и само по себе представление о том, что без каких-либо средств автоматического дополнительного смазывания обеспечить работу систем линейного перемещения в условиях достаточности смазки невозможно, в настоящее время несколько устарело. Действительно, некоторые линейные направляющие - например, основанные на системах рециркуляции шариков - в любом случае требуют для своей нормальной работы регулярного смазывания. Однако существуют и иные системы линейного перемещения - например, имеющие в своей конструкции снабжённые уплотнениями элементы качения - которым для нормальной работы во многих случаях либо совсем не требуется регулярного дополнительного смазывания, либо объёмы такого необходимого смазывания минимальны. Так, например, у изделий серии «Compact Rail» сам ролик представляет собою подшипник с уплотнением. У изделий данной серии и шарикоподшипники, и дорожки качения, и необходимое количество смазочного материала заключены внутри наружного корпуса ролика. В таких условиях добавление смазки в пару «ролик - профильная направляющая» становится существенно менее критичным, а при эксплуатации изделий с небольшой нагрузкой / в относительно благоприятных условиях - и необязательным. Данное техническое преимущество может оказаться решающим для выбора изделий именно данной серии для их применения на производствах, где предъявляются повышенные требования к отсутствию дополнительных загрязнений, источниками которых могло бы являться само оборудование. Для выполнения этого требования в конструкции изделий, не имеющих описанного преимущества, пришлось бы дополнительно предусматривать дорогостоящую гофрозащиту или дополнительные кожухи, призванные не допустить попадания частиц смазочных материалов из систем перемещения в воздух производственного помещения, оборудование, и на выпускаемую продукцию. В отличие от направляющих с системами рециркуляции шариков, в изделиях серии «Compact Rail» от «Rollon» применены ролики большого диаметра, способные перекатываться через практически любые попадающие на направляющие загрязнения. Шарикоподшипники, использованные в изделиях данной серии, заправлены смазкой, рассчитанной на весь срок службы, и расположены внутри роликов, корпус которых не допускает проникновения загрязнений снаружи. В конструкции каретки изделий «Rollon» предусмотрен встроенный грязесъёмник, которым обеспечивается в том числе и автоматическое смазывание направляющих в оптимальном для их нормальной работы объёмах.