Znaczenie prawidłowego smarowania w pracy maszyn przemysłowych

Odpowiednie smarowanie jest jedną z najważniejszych czynności obsługowych dla zdecydowanej większości maszyn i urządzeń wykorzystywanych w przemyśle. Zaniedbana w zakresie dostarczania środków smarnych odbijają się na obniżeniu efektywności działania przez zwiększenie oporów oraz powstającego hałasu, są również największym zagrożeniem dla trwałości poszczególnych podzespołów.

Dlaczego odpowiednie smarowanie jest niezbędne?

Maszyny i urządzenia wykorzystywane w zastosowaniach przemysłowych są wyposażane w wiele elementów ruchomych, które są niezbędne do realizacji zadań, do jakich jest przeznaczona konkretna konstrukcja. Podzespoły te wykonują najczęściej ruch obrotowy związany z przekazywaniem napędu czy przemieszczaniem części, lecz także ruch posuwisty lub posuwisto-zwrotny. We wszystkich takich sytuacjach niezależnie od rodzaju wykorzystanego materiału między powierzchniami przemieszczających się elementó zachodzi zjawisko tarcia, którego efekty wpływają na znacznie obniżenie żywotności podzespołów, powodując konieczność częstej wymiany poszczególnych elementów. Dla przedłużenia czasu eksploatacji niemal wszystkie części ruchome muszą być właściwie smarowane, co pozwoli na zmniejszenie ich zużycia i poprawi parametry eksploatacyjne. Najczęściej odpowiedniego smarowania wymagają łożyska toczne i ślizgowe, wałki, sworznie, koła zębate i prowadnice. Smarowanie będzie też konieczne w układach pneumatycznych i hydraulicznych, zwłaszcza używanych w nich siłownikach i silnikach. Bez zastosowania właściwego środka smarnego nie będą mogły funkcjonować silniki spalinowe, wszelkiego rodzaju przekładnie mechaniczne i układy przeniesienia napędu – wylicza przedstawiciel firmy Walor, specjalizującej się w rozwiązaniach z zakresu łożysk i technik smarowania.

Stosowanie odpowiednich środków smarnych jest niezbędne ze względu na efekty wynikające z pojawiania się tarcia. W urządzeniach mechanicznych mamy na ogół do czynienia z tarciem kinetycznym związanym z przemieszczaniem się względem siebie dwóch elementów, które pojawia się między materiałami o większej sztywności, w przypadku materiałów elastycznych w grę może wchodzić też powstające niekiedy tarcie wewnętrzne. Zjawisko tarcia kinetycznego zewnętrznego wiąże się z tym, że żaden materiał nie ma doskonale jednolitej powierzchni – zawsze składa się ona z pewnych nierówności rozłożonych dość nierównomiernie. W dużym powiększeniu przypominają one serię wzniesień i obniżeń o różnej wysokości. Im różnice te są większe, tym silniejsze będzie się pojawiało tarcie, a zarazem jego skutki uboczne. Siła tarcia zależy więc od rozmiaru nierównomierności – ich średniej wartości, a także poziomu maksymalnych rozbieżności między nimi.

Tarcie powstające między dwoma powierzchniami będzie więc wiązało się ze ścieraniem powierzchni, a zatem wyrównywaniem istniejących chropowatości. Niestety przebiega ono nierównomiernie, zależąc od ich losowego rozkładu. Dłuższe występowanie tarcia oznacza zmianę wymiarów powierzchni, a w wyniku odrywania się drobin materiału dostających się między przesuwające elementy także znacznie zużycie, przejawiające się tworzeniem się rys i bruzd. Z czasem podzespoły, które są eksploatowane w takich warunkach, będą więc stawały się niezdatne do użytku. Ścieranie materiału oznacza także generowanie znacznych ilości ciepła, które prowadzi do zmiany właściwości i struktury powierzchni. Problemem będzie rozszerzalność cieplna wywołująca zmianę rozmiarów elementu, jak również ograniczenie wytrzymałości przez obniżenie granicy plastyczności, które może wywołać trwałe odkształcenia, a przy intensywnym dopływie energii cieplnej wywołać stopnienie i zespolenie dwóch powierzchni. Wzrost temperatury przyspiesza także zmęczenie materiału i łatwo przenosi się za sprawą wysokiej przewodności cieplnej najczęściej używanych rodzajów metali na odległe elementy, wpływając niekorzystnie na ich działanie.

Co warto wiedzieć o środkach smarnych?

Sposobem na ograniczenie tarcia oraz zmniejszenie zmian dokonujących się pod wpływem wysokich temperatur jest zastosowanie odpowiedniego środka smarnego. Właściwy smar lub olej wprowadzony między oddziałujące na siebie podczas ruchu powierzchnie pozwala na wypełnienie znajdujących się na nich pustek i stworzenie na poszczególnych elementach filmu olejowego o takiej grubości, by zminimalizować ryzyko wzajemnego trafiania na siebie różnych chropowatości. Takie rozwiązanie z zakresu techniki smarowania pozwala na uniknięcie zarówno problemów związanych z tarciem ślizgowym, a zatem przemieszczaniem się elementów względem siebie, jak i tarciem tocznym wynikającym ze styku powierzchni bieżni i toczącego się po niej bez poślizgu elementu. Tarcie ślizgowe pojawia się m.in. przy pracy kół zębatych, łożysk ślizgowych czy części osadzonych na sworzniach. Z tarciem tocznym mamy do czynienia w łożyskach tocznych niezależnie od geometrii użytych w nich elementów – wałeczków, kulek, baryłek czy stożków.

Efekty uzyskiwane za sprawą smarowania zależą od właściwości użytego środka smarnego oraz sposobu jego aplikacji. Zmniejszenie tarcia będzie możliwe wówczas, gdy środek smarny będzie dobrze przylegał do smarowanej powierzchni, a także wtedy, jeżeli wytworzy swego rodzaju poduszkę między dwoma elementami. W takiej sytuacji zamiast tzw. tarcie suchego pojawi się tarcie płynne zachodzące między cząsteczkami środka smarnego. Dla osiągnięcia najlepszych rezultatów konieczne jest więc dopasowanie lepkości środka smarnego, a zatem jego zdolności do rozpływania się i utrzymywania się na elemencie, a także chropowatości powierzchni, grubości powstającego filmu olejowego, jak również prędkości, z jaką przemieszczają się względem siebie poszczególne części oraz obciążenia, z którym mamy w konkretnym przypadku do czynienia.

Do środków smarnych mogą być zaliczane zarówno substancje mineralne, jak i syntetyczne, a nawet o pochodzeniu roślinnym czy zwierzęcym. Występują one w postaci cieczy bądź emulsji, zwłaszcza wówczas, kiedy są jednocześnie wykorzystywane do odprowadzania ciepła, ale także smarów plastycznych, a w niektórych zastosowaniach także ciał stałych. Do środków smarnych wprowadzane są rozmaite dodatki, których obecność ma poprawiać właściwości w rozmaitych obszarach. Wykorzystywane są inhibitory korozji, które chronią powierzchnię przed utlenianiem, zagęszczacze wpływające na lepkość środka smarnego, a także depresatory zapobiegające nadmiernemu gęstnieniu w obniżonych temperaturach. Używane są także dodatki przeciwzatarciowe i przeciwzużyciowe tworzące warstwę zabezpieczającą na smarowanych elementach.

W jaki sposób odbywa się smarowanie ręczne?

Właściwe smarowanie wymaga stałego dostarczania środków smarnych między współpracujące ze sobą powierzchnie. Będzie to konieczne we wszystkich układach, w których przewidziano konieczność dosmarowywania. Najprostszym sposobem na odpowiednie smarowanie jest wykonywanie w poszczególnych elementach otworów, przez które można dostarczać smar lub olej albo montaż specjalnych smarowniczek, tzw. kalamitek, pełniących funkcję zaworu, przez który wprowadza się środek smarny. Częstotliwość smarowania poszczególnych punktów jest wyznaczana przez konstruktora urządzenia i podawana przez producenta w dołączonej dokumentacji. W przypadku smarowania ręcznego w wyznaczonych terminach do poszczególnych węzłów należy podawać właściwą ilość smaru plastycznego o dopasowanych do potrzeb parametrach.

Do uzupełniania poziomu środka smarnego w zaworach służą urządzenia zwane smarownicami. Ich konstrukcja umożliwia odblokowanie zaworu – najczęściej jest to blokada w postaci kulki osadzona na sprężynie, która zatyka otwór – oraz wprowadzenie do środka smaru. Smarowniczki są dostępne w różnych rodzajach, jeśli chodzi o pozwalający na łatwy montaż gwint oraz główkę. Popularnością cieszą się smarowniczki proste i kątowe, z płaskimi lub kulistymi główkami, a także stożkowymi, nadające się idealnie do smarowania ciśnieniowego. Do najprostszych urządzeń służących do uzupełniania środków smarnych za pomocą smarowania ręcznego należą smarownice tłokowe, w których smar jest wprowadzany do zaworu pod wpływem wytwarzanego za pomocą dźwigni ciśnienia. Urządzenia tego rodzaju mogą się charakteryzować różnym wydatkiem smaru, powinny więc być dobrze dopasowane do potrzeb konkretnych węzłów smarowania. Smarownice są zwykle wyposażone w elastyczne wężyki, zakończone złączem zakładanym na kalamitkę, dzięki czemu można za ich pomocą bez przeszkód obsługiwać także punkty trudniej dostępne.

Technika smarowania ręcznego sprawdza się znakomicie w przypadku urządzeń o mniejszych rozmiarach i z niezbyt dużą ilością punktów smarowania. Jej zaletą są niewielkie koszty smarowniczek i potrzebnych smarownic, a także możliwość dopasowania częstotliwości smarowania do potrzeb konkretnego elementu. Plusem jest również fakt, że w przeciwieństwie do smarownic automatycznych czy centralnych układów smarowania takie rozwiązanie nie wiąże się z koniecznością zapewnienia dużej ilości miejsca dla poszczególnych elementów, będzie więc szczególnie dobrze sprawdzać się np. w rozwiązaniach mobilnych oraz takich gdzie ważne jest uniknięcie zwiększania masy maszyny lub urządzenia np. we wszelkiego rodzaju pojazdach.