Łożyska baryłkowe serii TL firmy NSK są wykorzystywane na całym świecie w wielu instalacjach maszyn papierniczych. W porównaniu z łożyskami baryłkowymi ze standardową obróbką cieplną te zaawansowane produkty zyskują na popularności ze względu na szereg wyraźnych korzyści dla użytkowników, takich jak zwiększona wytrzymałość pierścienia wewnętrznego, dłuższa żywotność i stabilność wymiarowa w wysokich temperaturach roboczych.
Łożyska TL (Tough and Long life / wytrzymałość i długa żywotność) opracowano pierwotnie w celu rozwiązania konkretnego problemu pękania pierścieni wewnętrznych łożysk baryłkowych z otworami stożkowymi, szczególnie w przypadku pasowania o stosunkowo dużym wcisku. Ten problem może wystąpić w walcach suszarek (w tym walcach suszarek Yankee) i walcach kalandrujących, gdzie przegrzana para przechodzi przez wydrążone czopy walców suszarki i środek łożysk. Wynikająca z tego różnica temperatur sprawia, że pasowanie staje się ciaśniejsze, powodując ogromny wzrost naprężeń obwodowych (siły wywieranej obwodowo) na pierścieniu wewnętrznym, co zwiększa ryzyko pęknięć.
Firma NSK wiedziała, że kluczem do uzyskania skutecznego rozwiązania jest opracowanie łożyska, które byłoby w stanie lepiej wytrzymać naprężenia obwodowe. Dlatego przystąpiono do stworzenia specyfikacji TL w oparciu o stal do nawęglania, ale przy użyciu specjalnej metody obróbki cieplnej.
Z metalurgicznego punktu widzenia bieżnie takich łożysk są twardsze niż w przypadku użycia standardowej stali łożyskowej, ale rdzeń pozostaje stosunkowo miękki. Ten kontrast zapewnia odporność udarową, niezbędną do zapobiegania pęknięciom i jednocześnie niezbędną twardość powierzchni dla długiej żywotności łożyska.
Testy porównawcze
Odporność pierścieni wewnętrznych łożysk spełniających specyfikację TL jest wyższa niż odporność pierścieni wewnętrznych wykonanych ze stali bainitycznej lub standardowej stali łożyskowej, co wykazano w serii porównawczych testów wytrzymałości na pękanie. Badania polegały na poddaniu pierścieni wewnętrznych obciążeniu promieniowemu 2000 kg przy prędkości obrotowej 1800 obr/min, przy jednoczesnym przyłożeniu zmierzonej wartości naprężenia obwodowego.
Warto zauważyć, że pierścienie wykonane ze stali łożyskowej (niektóre poddane standardowej obróbce cieplnej, a inne obróbce bainitycznej) pękały przy naprężeniu obwodowym o wartości 400 MPa odpowiednio po 1 x 107 obrotach i 7 x 107 obrotach (średnio). W przeciwieństwie do tego stal o specyfikacji TL nie pękała pod naprężeniem obwodowym wynoszącym 430 MPa, nawet po 3 x 108 obrotach (zdjęcie 2). Pierścienie TL również nieznacznie przewyższały pierścienie wykonane ze stali nawęglanej z obróbką poprawiającą stabilność wymiarową.
Jednym z powodów tak wysokich osiągów była obecność naprężenia szczątkowego (po obróbce cieplnej) w pierścieniach wewnętrznych poddanych testom na pękanie wykonanych ze stali o specyfikacji TL. Naprężenia szczątkowe były znacznie wyższe w próbkach ze stali TL w porównaniu z próbkami wykonanymi ze stali łożyskowej poddanej standardowej obróbce cieplnej lub obróbce bainitycznej. Naprężenie szczątkowe działa w kierunku przeciwnym do naprężenia obwodowego, tłumiąc w ten sposób tę niepożądaną siłę.
W testach trwałości zmęczeniowej wszystkie łożyska serii TL wykazały znacznie lepszą wydajność w porównaniu z innymi typami materiałów łożyskowych, o czym świadczy porównanie wartości na wykresach Weibulla uzyskanych w wynikach testów (zdjęcie 3).
Kolejną istotną cechą specyfikacji TL jest wyższa twardość powierzchni bieżni w porównaniu do łożysk wykonanych ze stali bainitycznej lub stali nawęglanej. Pomiary stali w specyfikacji TL wykazały twardość 710-720 HV (60,5-61,0 HRc). Wartość ta jest wyższa w porównaniu ze stalą łożyskową poddaną obróbce poprawiającej stabilność wymiarową (690-700 HV, 59,5-60,0 HRc), stalą łożyskową z obróbką bainityczną (670-680 HV, 58,5-59,3 HRc) i stalą nawęglaną z obróbką poprawiającą stabilność wymiarową (680-700). WN, 59-60 HRc).
Opatentowana przez NSK technologia obróbki cieplnej materiałów służy również optymalizacji stabilności wymiarowej w wysokich temperaturach, co wykazały dalsze testy. Łożyska wykonane ze stali w specyfikacji TL (w temperaturze łożyska 150°C) wykazały znikomą wartość zmian wymiarów (ok. 0,002 %) po 10.000 godzin – mniej niż stal łożyskowa z obróbką poprawiającą stabilność wymiarową (w 130°C) i znacznie mniej niż stal łożyskowa poddana standardowej obróbce cieplnej.
Sprawdzone zalety
Ostatecznie stal łożyskowa o specyfikacji NSK TL zapewnia o 60 % większą odporność na naprężenia obwodowe i pięciokrotnie większą trwałość zmęczeniową niż stal łożyskowa z obróbką bainityczną, a także o 180 % większą odporność na naprężenie obwodowe i dwukrotnie większą trwałość zmęczeniową w porównaniu do stali łożyskowej poddanej standardowej obróbce cieplnej. Taka charakterystyka wydajności przekłada się na wyższą produktywność i rzeczywistą przewagę konkurencyjną dla użytkowników.
Popularność łożysk serii TL rośnie w całej Europie. Na przykład znana rosyjska firma z branży papierniczej, która chciała zmodernizować swoją maszynę do produkcji tektury, niedawno odebrała dostawę łożysk baryłkowych serii TL do 108 walców suszących (dla strony napędzanej i nie napędzanej). Doskonała wydajność i charakterystyka produktu były głównymi powodami podjęcia decyzji o zakupie. Wiele łożysk serii TL jest również wykorzystywanych w sekcjach suszących maszyn do produkcji papieru i tektury w innych zakładach w Rosji, w tym do produkcji filcu w rolce.
W związku z rosnącą liczbą producentów maszyn i papierni dążących do maksymalizacji żywotności i czasu dostępności, firma NSK produkuje obecnie ponad 100 różnych rozmiarów/typów łożysk TL, pomagając szerokiemu gronu klientów osiągać wyższą wydajność i opłacalność.
Wyniki testu odporności na pękanie pierścienia wewnętrznego wskazują na wzrost wydajności oferowany przez łożyska serii NSK TL
Seria testów porównawczych wyraźnie uwidoczniła dłuższą żywotność oferowaną przez łożyska baryłkowe NSK TL
