Η μεγάλη διάρκεια ζωής και το χαμηλό κόστος συντήρησης των ελαστομερών συνδέσμων σύμπλεξης, από τους Tyler Coffey, Matt Bamford and Justin Machel της Timken Company

Οι σύνδεσμοι σύμπλεξης, υπό σκληρές περιβαλλοντικές συνθήκες, υποβάλλονται σε ακραίες τάσεις. Τα συμβατικά προϊόντα σύντομα φθάνουν στα όριά τους, προκαλώντας μεγάλο κόστος συντήρησης και επισκευής. Το ακόλουθο κείμενο περιγράφει τα πλεονεκτήματα των ελαστομερών συνδέσμων (coupling) σε σύγκριση με τους συμβατικούς συνδέσμους σύμπλεξης, και ειδικά τον γραναζωτό σύνδεσμο από χάλυβα, και παρουσιάζει τον σύνδεσμο Timken® Quick-Flex®

Σχήμα 1
Ανάλογα με τις απαιτήσεις της κάθε
εφαρμογής, ο ελαστομερής σύνδε-
σμος σύμπλεξης Quick-Flex είναι δια-
θέσιμος με διάφορα καλύμματα και
παρεμβύσματα πολυουρεθάνης

Τα ελαστομερή υλικά χρησιμοποιούνται για χρόνια σαν υλικά κατασκευής μεγάλης ποικιλίας βιομηχανικών προϊόντων που απαιτείται να είναι και ανθεκτικά και παραμορφώσιμα με ανάκτηση της αρχικής τους μορφής. Ένα από αυτά τα προϊόντα είναι ο ελαστομερής σύνδεσμος σύμπλεξης που προσφέρεται για εφαρμογές που υποβάλλονται σε πολλές ταλαντώσεις και κρουστικά φορτία. Εν τούτοις οι σύνδεσμοι σύμπλεξης δεν κυριαρχούν ακόμη, όπως θα υπέθετε κάποιος δεδομένων των τόσων πλεονεκτημάτων τους, ιδιαίτερα υπό δυσμενείς συνθήκες. Τα πλεονεκτήματα αυτά καταδεικνύονται κατά την σύγκριση με τον συμβατικό γραναζωτό σύνδεσμο από χάλυβα.

Γραναζωτός σύνδεσμος σύμπλεξης

Αυτός ο σύνδεσμος σύμπλεξης που λιπαίνεται με γράσο αποτελεί αποδεδειγμένη λύση για την μετάδοση δυνάμεων μεταξύ δυο αξόνων. Ωστόσο, για την επιλογή ενός συνδέσμου σύμπλεξης θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψιν τα ακόλουθα:

Φθορά

Αργά ή γρήγορα αρκετά δόντια του γραναζωτού συνδέσμου σύμπλεξης φθείρονται με το χρόνο ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας, τις αποκλίσεις ευθυγράμμισης ή τα κρουστικά φορτία. Η επαφή των μεταλλικών επιφανειών συμβάλλει στη μεταφορά κρούσεων και ταλαντώσεων μέσω των ατράκτων και
μπορεί να προκαλέσει δυσλειτουργία άλλων μερών του συστήματος. Για να εκτιμηθεί η εναπομένουσα ζωή ενός γραναζωτού συνδέσμου σύμπλεξης πρέπει αυτός να αποσυναρμολογηθεί – μια διαδικασία που κοστίζει πολύ και απαιτεί αρκετό χρόνο με αποτέλεσμα αρνητική επίπτωση στην παραγωγικότητα.

Λίπανση

Ένας γραναζωτός σύνδεσμος σύμπλεξης πρέπει να λιπαίνεται. Αν δεν λιπαίνεται όπως πρέπει, σύντομα θα χαλάσει. Η τακτική συντήρηση και λίπανση αυξάνει το κόστος όπως και τις διακοπές λειτουργίας για συντήρηση. Στο κόστος αυτό προστίθεται και το κόστος απόρριψης του παλιού γράσου, που είναι
πενταπλάσιο του κόστους αγοράς.

Αντικατάσταση

Όταν φθείρονται μεμονωμένα δόντια ενός γραναζωτού συνδέσμου σύμπλεξης δεν μπορούν να αντικατασταθούν. Αντ' αυτού όλος ο σύνδεσμος σύμπλεξης πρέπει να αντικατασταθεί. Η αντικατάσταση είναι σύνθετη και χρονοβόρα, γιατί για να αποκτήσει κάποιος πρόσβαση στις φωλιές του συνδέσμου σύμπλεξης
όλα τα κοντινά κομμάτια όπως ο κινητήρας και/ή τα γρανάζια πρέπει να αποσυναρμολογηθούν και να αποθηκευθούν χωριστά ώστε να δημιουργηθεί χώρος εργασίας. Μετά την τοποθέτηση του νέου συνδέσμου σύμπλεξης πρέπει όλα τα κομμάτια να συναρμολογηθούν πάλι και να ευθυγραμμισθούν. Η όλη διαδικασία μπορεί να κρατήσει οκτώ με δέκα ώρες.

Ελαστομερείς σύνδεσμοι σύμπλεξης

Τα παρακάτω χαρακτηριστικά αφορούν βασικά όλους τους ελαστομερείς συνδέσμους σύμπλεξης, αλλά εδώ αφορούν τους συνδέσμους σύμπλεξης Timken Quick-Flex.
Για να ικανοποιούν τις απαιτήσεις διαφόρων εφαρμογών, διατίθενται σε διάφορους συνδυασμούς που εύκολα αποσυναρμολογούν
ται για λόγους συντήρησης. (σχ.1) Επίσης υπάρχουν διάφοροι τύποι παρεμβσυσμάτων πολυουρεθάνης για εφαρμογές κλασικές, υψηλής θερμοκρασίας, υψηλής και πολύ υψηλής ροπής.

Σχήμα 2
Ο ελαστομερής Quick-Flex τοποθε-
τείται εύκολα και δεν χρειάζεται λί-
πανση. Με τη μεγάλη διάρκεια
ζωής του συνεισφέρει στη διατή-
ρηση χαμηλού κόστους

Φθορά

Με τους ελαστομερείς συνδέσμους σύμπλεξης δεν υπάρχει επαφή μεταλλικών επιφανειών κατά τη λειτουργία – τα δόντια εμπλέκονται με τα παρεμβύσματα πολυουρεθάνης (το μόνο κομμάτι του συνδέσμου που φθείρεται με τον χρόνο) και αποσβένονται ταυτόχρονα κραδασμοί και κρούσεις. Αφού δεν υπάρχει εμπλοκή μορφών, ο σύνδεσμος σύμπλεξης μπορεί να κοπεί κατά την εφαρμογή υπερβολικής ροπής πέρα από το όριο αντοχής του, προφυλάσσοντας τα παρελκόμενα μέρη της εφαρμογής.

Λίπανση

Οι ελαστομερείς σύνδεσμοι σύμπλεξης δεν χρειάζονται λίπανση και συνεπώς απαιτούν περιορισμένη συντήρηση, είναι πολύ φιλικοί περιβαλλοντικά και δεν απαιτούν κόστος για λίπανση (σχ.2)

Αντικατάσταση

Αφού τοποθετηθούν στη θέση τους, οι φωλιές ενός ελαστομερούς συνδέσμου δεν χρειάζεται ποτέ να αντικατασταθούν αφού ποτέ δεν έρχονται σε επαφή. Αυτό σημαίνει ότι ο κινητήρας και / ή τα γρανάζια ή άλλα μέρη της εφαρμογής ποτέ δεν χρειάζεται να μετακινηθούν μετά την αρχική τους τοποθέτηση. Οι φωλιές χρειάζονται αποσυναρμολόγηση μόνον όταν ο κινητήρας ή το κιβώτιο ταχυτήτων χρειάζεται αντικατάσταση. Το παρέμβυσμα πολυουρεθάνης μπορεί να αντικατασταθεί σε λίγα μόνον λεπτά χωρίς να αφαιρεθούν οι φωλιές (σχ.3). Αφαιρείται απλά το κάλυμμα, αφαιρείται εν συνεχεία το παρέμβσυμα
και από τις δύο φωλιές και αντικαθίσταται από νέο. Η όλη διαδικασία απαιτεί ελάχιστο χρόνο και σημαντικά λιγότερο κόστος από την αντικατάσταση γραναζωτού συνδέσμου σύμπλεξης.

Σχήμα 3
Το παρέμβυσμα από πολυουρεθάνη
μπορεί να αλλαχθεί εύκολα χωρίς απο-
συναρμολόγηση

Σύγκριση απόδοσης

Αν κάποιος συγκρίνει την απόδοση σε ροπή των γραναζωτών και ελαστομερών συνδέσμων σύμπλεξης, θα δει εντυπωσιακές διαφορές. Ένας γραναζωτός σύνδεσμος σύμπλεξης, ανάλογα με το μέγεθος και τον αριθμό των δοντιών, πετυχαίνει μια μέγιστη τιμή ροπής. Από την άλλη, ένας ελαστομερής σύνδεσμος σύμπλεξης ίδιου μεγέθους μπορεί να σχεδιαστεί για διάφορες μέγιστες τιμές ροπής επιλέγοντας πολυμερή σύνδεσμο σύμπλεξης με διαφορετικές τιμές σκληρότητας.
Αυτό οδηγεί σε μεγάλη ευελιξία αφού μια συγκεκριμένη τιμή επιτυγχάνεται με διάφορα μεγέθη συνδέσμων σύμπλεξης. Επιτρέπει την χρήση ελαστομερούς συνδέσμου σύμπλεξης με μικρό διάκενο (χάρη) εγκατάστασης γιατί είναι σχεδιασμένο για ίδια ροπή με ένα γραναζωτό σύνδεσμο με μεγαλύτερο διάκενο.

 

Τα δεδομένα αφορούν ελαστομερείς συνδέσμους σύμπλεξης
Timken Quick-Flex με μαύρο ένθετο για μεγάλες ροπές και διαιρού-
μενο κάλυμμα
Πίνακας: Σύγκριση μέγιστης ροπής γραναζωτών συνδέσμων σύμ-
πλεξης και ελαστομερών συνδέσμων σύμπλεξης Timken Quick-
Flex (QF)

Ο πίνακας συγκρίνει τις μέγιστες ροπές κοινών γραναζωτών συνδέσμων σύμπλεξης μέχρι τα μεγαλύτερα μεγέθη που χρησιμοποιεί η βιομηχανία με ελαστομερείς συνδέσμους σύμπλεξης παρόμοιων διαστάσεων. Αντίθετα με την κοινή πεποίθηση, η σύγκριση δείχνει ότι, βάσει της απόδοσής τους, οι ελαστομερείς σύνδεσμοι σύμπλεξης δεν πρέπει να περιορίζονται σε εφαρμογές με εγκατεστημένους συνδέσμους μικρού μεγέθους. Γι αυτό το λόγο, αυτός ο τύπος συνδέσμου σύμπλεξης σταδιακά αντικαθιστά τον κλασσικό γραναζωτό σύνδεσμο, ακόμα και σε εφαρμογές όπως σπαστήρες, ιμάντες μεταφοράς, σφυρόμυλους, διαχωριστές και άλλα βιομηχανικά συστήματα.

 

 

Case study

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω οι ελαστομερείς σύνδεσμοι σύμπλεξης μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μια ποικιλία βιομηχανικών εφαρμογών. Μια εφαρμογή που δεν έρχεται εύκολα στο νου είναι η οδήγηση του κάδου (χούφτα) ενός ηλεκτρικού εκσκαφέα από αυτούς που συχνά απαντώνται στα ορυχεία
άνθρακα. Ένας συμβατικός γραναζωτός σύνδεσμος σύμπλεξης χρησιμοποιείται για την άμεση οδήγηση του άξονα μεταξύ του ηλεκτρικού κινητήρα και του κιβωτίου ταχυτήτων που ελέγχει την κίνηση του κάδου (με μέγιστη απόδοση ισχύος 3000 kW).
Εξ’ αιτίας της μεγάλης ροπής, συνήθως χρησιμοποιείται ένας γραναζωτός σύνδεσμος σύμπλεξης. Αυτό συνέβαινε και στην περίπτωση που περιγράφεται παρακάτω.
Το πρόβλημα: οι ακραίες συνθήκες λειτουργίας απαιτούσαν τακτικούς ελέγχους του γραναζωτού συνδέσμου σύμπλεξης. Έπρεπε να ελέγχεται η κατάσταση των δοντιών που συχνά βρισκόντουσαν φθαρμένα ή σπασμένα. (σχ.4) Ο σύνδεσμος σύμπλεξης όφειλε να ξαναλιπανθεί ή να αντικατασταθεί εάν έσπαγε λόγω απόκλισης ευθυγράμμισης με τον κάδο του ηλεκτρικού εκσκαφέα. Η συχνή συντήρηση είχε σαν αποτέλεσμα συχνές διακοπές και απώλεια παραγωγικότητας.

Σχήμα 4
Γραναζωτός σύνδεσμος σύμπλεξης με
σπασμένα δόντια

Λύση

Προκειμένου να ελέγξει άλλο τύπο συνδέσμου, ο υπεύθυνος αποφάσισε να δοκιμάσει έναν ελαστομερή σύνδεσμο. Παρά τον αρχικό σκεπτικισμό για την απόδοση του νέου συνδέσμου σύμπλεξης σε σχέση με τον γραναζωτό, αποφασίστηκε να δοκιμαστεί ένας σύνδεσμος σύμπλεξης Timken Quick-Flex
στην απαιτούμενη ροπή. Η αρχική εγκατάσταση του συνδέσμου σύμπλεξης με τη βοήθεια ενός τεχνικού της Timken έγινε γρήγορα χωρίς προβλήματα και άφησε θετικές εντυπώσεις.

Αποτελέσματα

Ο ελαστομερής σύνδεσμος σύμπλεξης τοποθετήθηκε τον Μάρτιο του 2012 και ακόμη λειτουργεί. Το πιο εντυπωσιακό είναι ότι μετά την αστοχία του κιβωτίου ταχυτήτων τον Σεπτέμβριο του 2012 – τα μέρη του συνδέσμου δεν καταστράφηκαν – και ο σύνδεσμος εξακολουθεί να είναι πλήρως λειτουργικός.
Ο υπεύθυνος συντήρησης είναι πεπεισμένος ότι αν συνέβαινε αυτό με γραναζωτό σύνδεσμο, έπρεπε να αντικατασταθεί όλη η μονάδα. Αφού πέτυχε η δοκιμή και ξεπέρασε όλες τις προσδοκίες, όλοι οι γραναζωτοί σύνδεσμοι σύμπλεξης των εκσκαφέων σταδιακά αντικαθίστανται από συνδέσμους σύμπλεξης
Timken Quick-Flex couplings