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Aandrijvingen
Dimensioneren, opstellen en onderhouden
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Elke machine is een samenbouw van door de machinebouwer ontworpen
componenten en standaardstukken. Time-to-market speelt een steeds
belangrijkere rol en stilstanden of andere pannes kan men missen als
kiespijn. Het ontwerp van een machine steunt in principe dan ook op de
juiste keuze in aandrijfelementen en op een harmonisch samengaan van alle
aandrijfcomponenten. Aandrijvingen zijn dus een onmisbaar gegeven in de
industrie: zij leveren de energie die de machine doet draaien en dat ook
nog eens op exact het juiste toerental. Voor een aandrijving is de
dimensionering, de opstelling, en de inbedrijfname minstens zo belangrijk
als het onderhoud.
Tandwielkasten, gebouwd volgens de nieuwe technologieën van vandaag, zijn
veel compacter gebouwd dan de vorige generaties tandwielkasten. Dit kan
dank zij het toepassen van nieuwe materialen en vertandingstechnieken nl.
hardings- en slijptechnieken .
Enkele cijfers: een standaard tandwielkast van vandaag weegt 70 % minder
en is 40 % compacter dan een tandwielkast van 40 jaar geleden voor
hetzelfde koppel ( in ons voorbeeld 21 kNm). Het lagergewicht is echter
25% meer . Het spreekt voor zich dat de eisen gesteld aan lagers en
smering veel hoger zijn . Deze trend bepaalt mee de benadering van het
onderhoud en is dus ook niet dezelfde als bij vorige generaties
tandwielkasten. Bij preventief onderhoud dient met deze trend rekening
gehouden te worden en is de benadering anders. In tegenstelling tot de
lagers worden industriële tandwielen en assen berekend op een oneindige
levensduur. Als de tandwielkast goed wordt onderhouden dan is het
vernieuwen van tandwielen niet nodig. Daar wringt hem nu juist het
schoentje. Tijdig vernieuwen van de lagers is niet eenvoudig te
beoordelen. Door de nieuwe technologieën van vertanding is het zo dat de
tandwielen geslepen worden om bij vollast zoveel mogelijk te dragen, dus
rekening houdend met de doorbuiging van de as. Wanneer de lagers door
slijtage niet correct dragen ontstaat verhoogde plaatselijke tandbelasting
en door het gebruik van geharde tandwielen kan tandbreuk een gevolg zijn
en dit betekent uiteraard zeer hoge kosten. Dat een tandwielkast niet goed
werkt, is niet altijd de schuld van de gebruiker. De oorzaak kan ook bij
de fabrikant liggen. Als de storing al na korte tijd optreedt, kan het
zijn dat de tandwielkast niet juist bemeten is of dat de
bedrijfsomstandigheden onderschat werden. Het kan ook dat omwille van
concurrentiedruk een te krappe tandwielkast gebruikt werd. In dat geval is
een revisie van een tandwielkast zinloos.
Maar laat ons eerst de verschillende stappen in een cyclus van de
aandrijving bekijken:
We hebben 6 basisstappen in de cyclus van de aandrijving:
• Selectie
• Levering en opberging
• Montage / Installatie
• Inbedrijfstelling
• Gebruik en onderhoud
• Vervanging, revisie of herstelling.
Selectie van de tandwielkast
Hier spelen verschillende aspecten een rol. Een selectie van een
tandwielkast is het evenwicht zoeken tussen wat de toepassing vereist en
wat een tandwielkast aankan. Voor dit laatste baseren we ons hoofdzakelijk
op de internationale berekeningsnormen en de know-how van de
tandwielkastfabrikant en de machineconstructeur. Van het lastwerktuig is
het belangrijk de aard van de machine, de bedrijfsduur, het afgenomen
vermogen en het toerental te kennen. Daarnaast dient ook rekening gehouden
te worden met het aantal aanlopen per uur, de inschakelduur, het
aanloopkoppel, de aanlooptijd en het massatraagheidsmoment. Belastingen op
aseinden (radiaal/axiaal) door riemtransmissies, kettingtransmissies of
andere dient gecontroleerd te worden.
Van de drijvende machine of motor is het belangrijk het soort motor te
kennen en het toerental. Dit kan een elektrische motor zijn met directe
aanloop, met variabel toerental, met een soft start of dit kan een
verbrandingsmotor zijn. Tal van mogelijkheden dus. Op basis van voornoemde
gegevens kan een bedrijfsfactor of service factor (SF) bepaald worden.
Deze bedrijfsfactoren zijn in lijsten terug te vinden voor de
classificatie van de meest voorkomende lastwerktuigen. Ze zijn gebaseerd
op de ervaring volgens AGMA, ISO, Din en ervaringen van de
tandwielkastfabrikanten. Het product van het overgebracht vermogen met de
bedrijfsfactor moet steeds kleiner zijn dan het nominaal vermogen van de
tandwielkast. Om ons nu toe te laten de juiste tandwielkast te
determineren is het nog belangrijk dat we de volgende keuzes maken:
- Verhouding, eventueel de maximaal aanvaardbare afwijking.
- Configuratie, zoals daar zijn: evenwijdige assen of haakse assen, volle
of holle langzaam draaiende assen, horizontaal of verticaal, enz…
Wat we zeker niet mogen vergeten voor het bepalen van opties zijn de
omgevingsfactoren. Hier worden regelmatig fouten tegen gemaakt. In een
stofrijke omgeving dient men bijzondere aandacht te besteden aan
dichtingen ( bijv. labyrintdichting) en ontluchting. In een vochtrijke
omgeving besteden wij bijzondere aandacht aan verf, ontluchting, enz….
Daarnaast hebben we nog de omgevingstemperatuur, zonneafscherming enz..
Omgevingstemperatuur bepaalt ook mee of er bijkomende koeling noodzakelijk
zal zijn zoals: ventilatoren, water/olie koeling, lucht/olie koeling,
koelslang. Koeling is zeer belangrijk omwille van de trend dat
tandwielkasten steeds compacter worden en daardoor ook minder oppervlakte
hebben om te koelen.
Levering en opberging.
De volgend stap in de cyclus van de tandwielkast is de levering en
opberging. Met betrekking tot onderhoud is het belangrijk met volgende
punten rekening te houden want hier wordt regelmatig tegen gezondigd:
• til de tandwielkast nooit op bij haar assen.
• stockeer een tandwielkast in een gesloten ruimte. (vocht- en stofvrij)
• berg de tandwielkast/motor nooit in de buurt van trillende machines.
Zoniet treedt trillingschade aan de lagers op.
Montage/ installatie
Bij de montage en installatie is het aan te raden om de gebruiksaanwijzing
van de fabrikant aandachtig te lezen en uitleg te vragen wanneer iets niet
helemaal duidelijk is. Gebruik ook hijsogen en monteer de tandwielkast in
de juiste (horizontale) positie. Lijn vervolgens de tandwielkast uit op 3
steunpunten. Na uitlijning moet men de andere steunpunten ondervullen tot
0,1 à 0,2 mm. Fouten die veel voorkomen zijn o.a. slecht uitgelijnde
koppelingen. Dit kan reeds veroorzaakt worden bij de inbedrijfstelling
maar ook door een te zwak gebouwde fundatie. Monteer de tandwielkast
daarom op een stijve en stevige basis of fundering zodat er ook geen
trillingen kunnen optreden.
De maximaal toelaatbare uitlijnfout van de koppeling hangt af van het
koppelingsorgaan. Indien geen gegevens beschikbaar zijn kunnen volgende
richtwaarden worden gebruikt:
S hoek = 0,0005 X diameter D
K radiaal = 0,0005 X diameter D
Inbedrijfstelling
Ongelooflijk maar waar: het komt in de praktijk meermaals voor dat een
tandwielkast zonder olie in bedrijf wordt gesteld . Gebruik ook olie en/of
vet zoals aangegeven door de leverancier, en controleer vóór het starten
de olieniveau’s en ga na of alle smeerpunten gesmeerd zijn.
Let op! peilstangen met schroefdraad.
Te laag olieniveau geeft schade aan tandwielen en lagers
Te hoog olieniveau veroorzaakt lekken en te hoge bedrijfstemperatuur.
Vervang of filter de eerste olie na 100 / 800 bedrijfsuren om
onzuiverheden in carter te verwijderen.
Afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden, de montagepositie van de
tandwielkast en de omtreksnelheden worden verschillende smeersystemen
toegepast:
- spatsmering
- smering door indompeling van tandwielen
- opspattende olie wordt opgevangen en via kanalen naar de lagers
gebracht
- pompsmering door middel van aangebouwde of moto-pomp
Bij pompsmeringen is het aangewezen een debiet of drukdetektie toe te
passen!!!
Controleer ontluchtingsstoppen; een slecht werkende ontluchting
veroorzaakt olielekken.
Bij gebruik van een teruglooprem is controle van de draaizin een must om
schade, die zich op langere termijn kan manifesteren, te vermijden.
Voorzie de installatie van de nodige beschermkappen!
Gebruik en onderhoud
Basisonderhoud beperkt zich meestal tot de controle van het olieniveau,
het regelmatig verversen van de olie, het nasmeren met vet en het reinigen
van de ontluchting en van de mogelijke filters.
Daarnaast is het raadzaam periodiek (halfjaarlijks) het volgende te
inspecteren:
- inspectie van de koppeling(en) mbt. de uitlijning en de staat van
elastische elementen
- oliebadtemperatuur en lagertemperatuur.
- staat van afdichtingen; een lekkende dichting kan duiden op een te grote
lagerspeling!
- lagerspeling (indien mogelijk)
- draagbeeld en toestand van tandflanken. (indien mogelijk) nl. pitting,
slijtage, materiaalbreuk
- geluid en trillingen (steeds op dezelfde plaats en in dezelfde
omstandigheden!!!!)
- ventilatie en koelvoorzieningen
- smering
- controle bevestigingsbouten
- roestvorming
- Het is eveneens raadzaam om na elke 4000 bedrijfsuren een oliemonster te
ontleden, zeker indien de bedrijfstemperatuur hoger dan 80°C is of de
tandwielkast opgesteld staat in een stoffige en vochtige omgeving.
De visuele aspecten nl; zuiverheid, kleur, zwevende delen, reuk (bvb.
verbrande reuk) vertellen ons al veel over de toestand van de olie. Een
labo-analyse is aangewezen voor analyse van viskositeit, oxydatie, water (max
0.05%) en andere vreemde stoffen. Het is uiterst belangrijk een opvolging
te doen van voorgenoemde inspecties. Indien de parameters wijzigen of er
een trendwijziging is, dient er ingegrepen te worden. Meestal duidt dit op
vergrote lagerspeling. Een vergrote lagerspeling veroorzaakt slechte
ingrijping van de tandwielen met als mogelijk gevolg tandbreuk. Tandbreuk
is absoluut te vermijden want de gevolgschade van een tandbreuk herstellen
is soms onbetaalbaar of economisch niet meer verantwoord en de aanschaf
van een volledig nieuwe tandwielkast betekent een behoorlijke meerkost.
Vervanging, revisie of herstelling
Trendwijzigingen dienen absoluut opgevolgd te worden, want meestal duidt
dit (bij ongewijzigde belasting) op lagerinstellingsprobleem of
lagerschade. Bij tijdige interventie kan tandwielschade vermeden worden.
Wanneer de tandwielkast niet meer goed functioneert, kan er gereviseerd
worden . In veel gevallen is een revisie nog de moeite waard. Soms kan het
echter beter zijn de tandwielkast te vervangen. De prijs van een nieuwe
tandwielkast tov. een revisie is hier bepalend. De prijs van een nieuwe
tandwielkast is inclusief aanpassingen van het chassis indien noodzakelijk
wanneer het model niet meer beschikbaar is.
Een revisie kan gebeuren door de gebruiker zelf, door de fabrikant of door
een gespecialiseerd servicebedrijf.
Een revisie door de gebruiker zelf gebeurt minder vaak dan in het
verleden. De meeste bedrijven richten zich op hun hoofdactiviteit en
bouwen eigen onderhoudsdiensten af.
Een revisie kan dus ook gebeuren door de fabrikant, maar in sommige
gevallen is dit niet altijd mogelijk of erg moeilijk, omdat de fabrikant
niet meer bestaat of geen revisies uitvoert of omdat de transportkosten te
hoog oplopen. Rest ons dus nog enkel het gespecialiseerde servicebedrijf.
De huidige generatie tandwielkasten zijn berekend en gebouwd voor een
oneindige levensduur, althans wat betreft de tandwielen en de assen.
Wanneer U nu ook de lagerslijtage tijdig kan detecteren (of laten
detecteren) en de lagers op tijd kan vervangen en oordeelkundig monteren
(of laten vervangen en monteren) dan… draait de boel zonder zorgen!
Met dank aan de heer
Geert Heyvaert van MGH 2002
Entraînements
Dimensionnement, installation et maintenance
Chaque machine est un assemblage de composants et de pièces standard
conçus par le constructeur de machines. Le temps de mise sur le marché
joue un rôle toujours plus important et les arrêts ou autres pannes sont à
éviter comme la peste. Le concept d’une machine s’appuie en principe sur
le choix judicieux des éléments d’entraînement et sur un mariage
harmonieux de tous les composants de cet entraînement. Les entraînements
sont donc une donnée indispensable dans l’industrie: ils fournissent
l’énergie qui fait tourner la machine et, de plus, à la vitesse exacte. Le
dimensionnement, l’installation et la mise en service d’un entraînement
sont tout aussi importants que la maintenance.
Les réducteurs, construits selon les technologies actuelles, sont
nettement plus compacts que les anciennes générations de réducteurs. Le
recours à de nouveaux matériaux et techniques de denture, à savoir les
techniques de durcissement et de rectification, a rendu cette compacité
possible. Citons quelques chiffres: pour un même couple, un réducteur
standard actuel pèse 70% de moins et est 40% plus compact qu’un réducteur
fabriqué voici quarante ans (dans notre exemple 21 kNm). Le poids du
roulement pèse toutefois 25% de plus. Il va de soi que les exigences
posées aux roulements et en matière de lubrification sont nettement plus
élevées. Cette tendance contribue à déterminer une politique d’entretien
qui diffère, très logiquement, de celle des anciennes générations de
réducteurs. L’entretien préventif doit tenir compte de cette tendance et
adapter sa politique en conséquence.
Contrairement aux roulements, les engrenages et axes industriels sont
dimensionnés pour bénéficier d’une durée de vie infinie. Si le réducteur
est bien entretenu, il ne sera pas nécessaire de remplacer les engrenages.
Mais c’est là que le bât blesse. Le moment opportun du remplacement des
roulements n’est pas chose facile à évaluer. Avec les nouvelles
technologies de denture, les engrenages sont rectifiés pour supporter un
maximum d’effort à pleine charge, en tenant compte de la flexion de l’axe.
Si les roulements n’assurent pas correctement leur travail en raison d’une
usure, la charge locale sur l’engrenage s’accroît. L’utilisation d’engrenages
durcis peut alors provoquer une rupture de l’engrenage, engendrant des
frais énormes. Le mauvais fonctionnement d’un réducteur ne doit pas
toujours être imputé à l’utilisateur. Le constructeur peut également être
à l’origine de cette défaillance. Si la panne survient rapidement, il se
peut que le réducteur n’ait pas été dimensionné correctement ou que les
conditions d’utilisation aient été sous-estimées. La pression exercée par
la concurrence a également pu inciter à l’utilisation d’un réducteur trop
juste. Dans ce cas, la révision du réducteur n’a aucun sens. Mais
regardons d’abord les différentes étapes du cycle de vie de l’entraînement.
Nous distinguons 6 étapes de base dans le cycle de vie de l’entraînement:
* la sélection
* la livraison et le stockage
* le montage et l’installation
* la mise en service
* l’utilisation et la maintenance
* le remplacement, la révision ou la réparation
Sélection du réducteur
Différents aspects interviennent dans cette étape. Sélectionner un
réducteur consiste à rechercher un équilibre entre les exigences de l’application
et les possibilités du réducteur. Pour connaître ses possibilités, nous
nous basons principalement sur les normes de calcul internationales et le
savoir-faire du fabricant de réducteurs et du constructeur de machines. En
ce qui concerne la charge à entraîner, il est important de connaître la
nature de la machine, la durée de service, la puissance nécessaire et la
vitesse. Il faut également tenir compte du nombre de démarrages par heure,
de la durée d’enclenchement, de la durée de démarrage et du moment
d’inertie de la masse. En outre, les charges (radiales/axiales) exercées
sur les extrémités des axes par des transmissions par courroie, par chaîne
ou autres doivent être contrôlés. Il est important de connaître le type de
moteur et la vitesse de la machine ou du moteur d’entraînement. Il peut s’agir
d’un moteur électrique à démarrage direct, à vitesse variable avec
démarrage progressif ou d’un moteur thermique. De nombreuses possibilités
donc. Sur la base des données récoltées ci-dessus, un facteur de service
(service factor ou SF) peut être déterminé. Ces facteurs de service sont
repris dans des listes de classification des charges à entraîner les plus
fréquentes. Ils se basent sur l’expérience reprise dans AGMA, ISO et Din
et sur les expériences des fabricants de réducteurs. Le produit de la
puissance transférée et du facteur de service doit toujours être inférieur
à la puissance nominale du réducteur. Pour nous permettre maintenant de
déterminer le bon réducteur, il est important d’effectuer les choix
suivants:
- Rapport, éventuellement l’écart maximal acceptable
- Configurations possibles: axes parallèles ou perpendiculaires, arbres
pleins ou creux à rotation lente, horizontaux ou verticaux...
Nous ne pouvons surtout pas oublier les facteurs environnementaux afin de
déterminer les options. De fréquentes erreurs sont commises à ce niveau.
Dans un environnement très poussiéreux, il faut attacher une importance
particulière aux joints (par ex. joint labyrinthe…) et à la ventilation.
Dans un environnement très humide, il faut faire attention à la peinture,
à la ventilation… Ensuite, il y a aussi la température ambiante, la
protection solaire… La température ambiante détermine aussi la nécessité
d’un refroidissement supplémentaire comme: ventilateurs, refroidissement à
eau / huile, refroidissement à air / huile, serpentin de réfrigération. La
compacité, et par conséquent la réduction de l’espace de refroidissement
sans cesse croissante des réducteurs, rend de plus en plus importants des
aspects tels que le refroidissement.
Livraison et stockage
La livraison et le stockage sont les prochaines étapes du cycle de vie du
réducteur. En termes de maintenance, il est important de tenir compte des
points suivants contre lesquels on pèche régulièrement:
* ne jamais soulever le réducteur par les axes
* stocker le réducteur dans un espace clos (à l’abri de la poussière et de
l’humidité)
* ne jamais ranger le réducteur/moteur à proximité de machines vibrantes
car les vibrations risquent de provoquer des dégâts aux roulements.
Montage / installation
Il est conseillé de lire attentivement le mode d’emploi du fabricant lors
du montage et de l’installation et de demander des explications en cas de
doute. Utilisez des anneaux de levage et montez le réducteur en bonne
position (horizontalement). Alignez ensuite le réducteur sur 3 points d’appui.
Après l’alignement, les autres points d’appui doivent être corrects à 0,1
ou 0,2 mm prêt. Les accouplements mal alignés figurent parmi les erreurs
fréquentes. Ils peuvent découler de la mise en service ou d’une fondation
trop faible. Montez toujours le réducteur sur une base solide ou une
fondation rigide afin d’éviter toute vibration. L’erreur d’alignement
maximale admise pour l’accouplement dépend de l’organe d’accouplement. Si
vous ne disposez d’aucune donnée, vous pouvez utiliser les valeurs
indicatives suivantes :
- angle S = 0,0005 X diamètre D
- radial K = 0,0005 X diamètre D
Mise en service
Incroyable mais vrai: il arrive fréquemment dans la pratique que l’on
oublie de mettre de l’huile dans le réducteur avant sa mise en service.
Utilisez l’huile et/ou la graisse renseignée par le fournisseur. Avant de
démarrer, contrôlez les niveaux d’huile et vérifiez la bonne lubrification
de tous les points de graissage. Attention aux jauges filetées ! Un niveau
d’huile trop faible endommage les engrenages et les roulements. Un niveau
d’huile trop élevé provoque des fuites et une augmentation importante de
la température de service. Remplacez ou filtrez la première huile après
100 à 800 heures de service afin d’éliminer toutes les impuretés du
carter. En fonction des conditions de service, de la position de montage
du réducteur et des vitesses tangentielles, différents systèmes de
lubrification sont appliqués:
- un graissage par barbotage
- une lubrification par immersion des engrenages
- les éclaboussures d’huile sont recueillies et envoyées vers les
roulements au travers de canaux
- lubrification de la pompe au moyen d’une moto-pompe ou d’une pompe
accolée
Il est conseillé d’appliquer un débit ou une détection de pression pour
les lubrifications de pompes !!!
Contrôlez l’éventuelle obstruction des ouies de ventilation: une mauvaise
ventilation provoque des fuites d’huile.
Si vous utilisez un dispositif antiretour, il faut absolument vérifier le
sens de rotation afin d’éviter tout dégât pouvant se manifester à plus
long terme.
Dotez l’installation des capots de protection nécessaires !
Utilisation et maintenance
La maintenance de base se réduit généralement au contrôle du niveau de l’huile,
au remplacement régulier de l’huile, à la post-lubrification à l’aide de
graisse et au nettoyage des ouies de ventilation et des éventuels filtres.
Il est également conseillé d’inspecter périodiquement (tous les six à
douze mois) les points suivants:
- inspection de l’alignement et de l’état des éléments élastiques des
accouplements
- température du bain d’huile et température du roulement
- état des joints ; un joint qui fuit peut indiquer un trop grand jeu dans
le roulement !
- jeu dans le roulement (si possible)
- état de la denture (si possible), à savoir arrachement, usure, bris de
matériau
- son et vibrations (toujours au même endroit et dans les mêmes conditions
!!!)
- ventilation et équipement de refroidissement
- lubrification
- contrôle des boulons de fixation
- corrosion
- il est également conseillé d’analyser un échantillon d’huile toutes les
4000 heures de service, surtout si la température de service est
supérieure à 80°C ou si le réducteur est installé dans un environnement
poussiéreux et humide.
Les aspects visuels, à savoir la pureté, la couleur, les parties volatiles,
l’odeur (odeur de brûlé par exemple) nous en disent déjà long sur l’état
de l’huile. Une analyse en laboratoire est indiquée pour l’analyse de la
viscosité, de l’oxydation, de la présence d’eau (max. 0,05%) et d’autres
substances étrangères. Il est primordial d’assurer un suivi des
inspections citées ci-dessus. Si les paramètres varient ou s’ils marquent
un changement de tendance, il faut intervenir. Cela indique généralement
un accroissement du jeu dans le roulement. Un plus grand jeu dans le
roulement engendre un mauvais engrènement des dents des engrenages, ce qui
peut provoquer un bri d’engrenage. Il faut absolument éviter la cassure d’une
dent car les dégâts qui s’ensuivent sont parfois impayables ou peu
raisonnables sur le plan économique et l’acquisition d’un tout nouveau
réducteur implique un sérieux surcoût.
Remplacement, révision ou réparation
Les changements de tendance doivent absolument être suivis car ils
indiquent généralement (en cas de non modification de la charge) un
problème de réglage ou de dégât de roulement. En intervenant à temps, les
dégâts aux engrenages peuvent être évités. Si le réducteur ne fonctionne
plus bien, il peut être révisé. La révision vaut souvent la peine. Parfois,
il vaut toutefois mieux remplacer le réducteur. Le prix d’un nouveau
réducteur par rapport au coût d’une révision sera dans ce cas déterminant.
Ne pas oublier dans le calcul les éventuelles adaptations du châssis si le
modèle n’est plus disponible. La révision peut être réalisée par l’utilisateur,
par le fabricant ou par une société de service spécialisée. Les révisions
sont de moins en moins réalisées par l’utilisateur. La plupart des
sociétés se concentrent sur leur activité de base et se défont de leurs
services de maintenance internes. La révision peut également être confiée
au fabricant. Cette solution n’est parfois pas possible ou très difficile
parce que le fabricant n’existe plus, parce qu’il n’effectue pas de
révision ou encore, parce que les frais de transport s’avèrent trop élevés.
Reste alors la société de service spécialisée. Les réducteurs actuels sont
calculés et conçus pour une durée de vie infinie, du moins en ce qui
concerne les engrenages et les axes. Si vous pouvez détecter (ou faire
détecter) à temps l’usure des roulements et les remplacer en temps voulu
tout en les montant intelligemment (ou les faire remplacer et monter) …
alors, vous n’avez aucun souci à vous faire !
Avec tous nos remerciements à Geert Heyvaert de MGH 2002
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