Διαχείριση βαρέων φορτίων – Τραπεζοειδείς κοχλίες υψηλής αντοχής για ανυψωτικά συστήματα
Ο σχεδιασμός των τραπεζοειδών κοχλιών υψηλής αντοχής αποτελεί τη βάση για την ασφαλή και ομαλή λειτουργία των ανυψωτικών συστημάτων και θέτει υψηλές απαιτήσεις στους σχεδιαστές.
Η εταιρεία Bornemann Gewindetechnik, γνωστή στους ειδικούς, κατασκευάζει εδώ και περισσότερα από 25 χρόνια κοχλίες και παξιμάδια για πολλούς κλάδους της βιομηχανίας. Ένας από τους κύριους τομείς της παραγωγής είναι η κατασκευή έτοιμων προς εγκατάσταση τραπεζοειδών κοχλιωτών μηχανισμών, που αποτελούνται από κοχλίες και σετ παξιμαδιών, για ανυψωτικά συστήματα βαρέως τύπου. Για να αναφέρουμε μερικά παραδείγματα: ανυψωτικά συστήματα για σιδηροδρομικά οχήματα, συστήματα σε θέατρα, σκηνικά και ειδικές κατασκευές μηχανημάτων. Ο σχεδιασμός και η κατασκευή αυτών των μηχανισμών είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την ασφαλή και ομαλή λειτουργία των συστημάτων και θέτουν υψηλές απαιτήσεις στους σχεδιαστές.
Αλλά τι πρέπει να προσέξετε στις βίδες σπειροειδούς κίνησης για βαριά φορτία; Για τους κοχλίες ανύψωσης που υπό φορτίο φτάνουν σε επιφανειακή πίεση > 20 N/mm2 και λειτουργούν με πολύ χαμηλές περιφερειακές ταχύτητες, είναι απολύτως απαραίτητη η συνεχής λίπανση των πλευρών στήριξης των σπειρωμάτων. Η ανεπαρκής λίπανση μπορεί να οδηγήσει σε αυξημένη φθορά, υπερβολική ανάπτυξη θερμότητας και επίσης στο γνωστό φαινόμενο stick-slip.
Το λιπαντικό είναι το παν
Το φαινόμενο Stick-Slip, το οποίο ονομάζεται επίσης φαινόμενο πρόσφυσης-ολίσθησης, περιγράφει την απότομη ολίσθηση στερεών σωμάτων που κινούνται το ένα έναντι του άλλου. Το φαινόμενο μπορεί να εμφανιστεί όποτε η τριβή πρόσφυσης είναι μεγαλύτερη από την τριβή ολίσθησης. Ανάλογα με το τριβολογικό σύστημα, αυτό οδηγεί σε διέγερση ταλαντώσεων, οι οποίες εκπέμπονται ως θόρυβος από μια επιφάνεια με ικανότητα συντονισμού (τρίξιμο και σφύριγμα αξόνων).
Το φαινόμενο εξαφανίζεται συνήθως μόλις τα τριβόμενα μέρη διαχωριστούν με ένα ενδιάμεσο υλικό ή λιπαντικό. Το φαινόμενο stick-slip είναι συχνά ανεπιθύμητο σε τεχνικές εφαρμογές. Αρνητικές επιδράσεις από το φαινόμενο stick-slip μπορούν να παρατηρηθούν, μεταξύ άλλων, σε ρουλεμάν, οδηγούς στη γραμμική τεχνολογία ή σε σπειροειδείς άξονες στην ανυψωτική τεχνολογία. Θόρυβοι όπως το τρίξιμο μιας πόρτας, το τσούξιμο των σιδηροδρόμων στις στροφές και το κροτάλισμα των υαλοκαθαριστήρων στα παρμπρίζ των αυτοκινήτων είναι οι γενικά γνωστές συνέπειες αυτού του φαινομένου.
Όταν εμφανίζεται αυτό το φαινόμενο, μπορεί να οφείλεται στην επιλογή του λιπαντικού (λίπος). Ο Ralph Wuertele, Διευθυντής Εφαρμοσμένης Μηχανικής στην Klüber Lubrication, εξηγεί: «Ιδιαίτερα σε εγκαταστάσεις βαρέως τύπου ανυψωτικής τεχνολογίας, τα ακατάλληλα λιπαντικά μπορούν εύκολα να οδηγήσουν σε καταστάσεις ανεπαρκούς λίπανσης, οι οποίες προκαλούν αυξημένη φθορά και, ως εκ τούτου, πρόωρη βλάβη της εγκατάστασης».
Συχνά, αυτό το φαινόμενο οφείλεται και στον σχεδιασμό των αξόνων. Η απουσία θυλάκων λίπανσης στην πλευρική επιφάνεια του προφίλ σπειρώματος εμποδίζει την παραμονή του λιπαντικού όταν τα προφίλ των παξιμαδιών γλιστρούν πάνω στον άξονα με υψηλή επιφανειακή καταπόνηση. Είτε το λιπαντικό πιέζεται από την πλευρική επιφάνεια είτε ωθείται μπροστά από το παξιμάδι. Σε κάθε περίπτωση, προκαλείται ρήξη του λιπαντικού φιλμ, η οποία αρχικά προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας και stick-slip με εν μέρει εκκωφαντικούς θορύβους και στη συνέχεια οδηγεί στην καταστροφή του σπειροειδούς μηχανισμού.
Σε περιφερειακές ταχύτητες λίγων cm/s, η παρουσία λιπαντικού ή η ύπαρξη θυλάκων λίπανσης στους κοχλίες σπειρώματος είναι απολύτως απαραίτητη για την αποφυγή αυτού του φαινομένου stick-slip. Οι θήκες λίπανσης εμποδίζουν το λιπαντικό να απομακρυνθεί λόγω υπερβολικής πίεσης στα άκρα και γενικά υψηλής ειδικής πίεσης επιφάνειας. Το λιπαντικό θα πρέπει ιδανικά να είναι γράσο με σύσταση 0 ή 00 και πρέπει να εισχωρεί σχεδόν στο διάκενο λίπανσης.
Πώς μπορεί να αντιμετωπιστεί αυτό το πρόβλημα; Ήδη από τις απαιτήσεις των σχεδιαστών για την κατασκευή των σπειρωμάτων, τίθενται οι βάσεις για την εξάλειψη των προβλημάτων λίπανσης και των συνακόλουθων προβλημάτων. Οι σπειροειδείς μηχανισμοί μπορούν να κατασκευαστούν με διάφορες μεθόδους: Το σπειροτόμηση και η φρεζάρισμα σπειρωμάτων είναι μέθοδοι που, για οικονομικούς λόγους, σχεδόν δεν χρησιμοποιούνται πλέον για τους προαναφερθέντες σπειροειδείς μηχανισμούς. Κατά την έλαση σπειρωμάτων (ή κυλίνδρωση), οι σπειροειδείς άξονες κατασκευάζονται με ψυχρή διαμόρφωση χωρίς ρινίσματα. Αυτή η μέθοδος κατασκευής είναι αρκετά οικονομική, αλλά λόγω των πολύ υψηλών δαπανών για εργαλεία και εξοπλισμό, εφαρμόζεται συνήθως μόνο σε μεγάλες σειρές.
Απαλό κόψιμο με λεία επιφάνεια
Επιπλέον, οι κυλινδρικοί κοχλίες ευνοούν τη διάσπαση του λιπαντικού φιλμ λόγω της απολύτως λείας επιφάνειας των πλευρών του σπειρώματος. Το τραπεζοειδές σπείρωμα που παράγεται με κυλίνδρωση έχει, λόγω της διαδικασίας παραμόρφωσης κατά τη σφυρηλάτηση/σφυρηλάτηση με πίεση, υπερβολικά υψηλή ποιότητα επιφάνειας πλευρών, στην οποία λείπουν οι θήκες λίπανσης. Ως αποτέλεσμα, μπορεί να προκληθεί το φοβερό φαινόμενο stick-slip ή η διάσπαση του λιπαντικού φιλμ μεταξύ του κοχλία και του παξιμαδιού. Το λιπαντικό εκτοξεύεται από τα σπειρώματα λόγω της υπερβολικά υψηλής πίεσης στα άκρα και της γενικά υψηλής ειδικής πίεσης στην επιφάνεια.
Αυτή η εξώθηση είναι δυνατή όταν τα υλικά του ζεύγους ολισθαίνων εδράνων δεν διαθέτουν θήκες λίπανσης στις οποίες μπορεί να αποθηκευτεί το λιπαντικό. Το αποτέλεσμα είναι σοβαρές δευτερογενείς βλάβες στις επηρεαζόμενες εγκαταστάσεις, όπως στρογγυλά άξονες και παξιμάδια που τριβούν, έως και πλήρη θερμική συγκόλληση ολόκληρων συστημάτων ανύψωσης.
Το συχνά αναφερόμενο επιχείρημα της μεγαλύτερης διάρκειας ζωής των κυλινδρικών σπειροειδών αξόνων δεν μπορεί να επιβεβαιωθεί χωρίς εξαίρεση. Η εταιρεία Wirths-Werres μπόρεσε να το αποδείξει σε μια δοκιμή αντοχής σε συνεχή καταπόνηση. «Οι σπειροειδείς άξονες παρουσίασαν ελάχιστα σημάδια φθοράς ακόμη και μετά από πολλές ώρες λειτουργίας», τονίζει ο μηχανικός Christian Zahn. Σύμφωνα με τον Zahn, οι τάσεις που δημιουργούνται στο υλικό από τη διαδικασία κυλίνδρισης συχνά οδηγούν σε δαπανηρές επιπλέον εργασίες. Σε άμεση σύγκριση, η Wirths-Werres επέλεξε άξονες υψηλής ποιότητας σε κυλινδρική έκδοση, καθώς η διαφορά τιμής μεταξύ κυλινδρικών και κυλινδρικών αξόνων είναι πλέον αμελητέα για πολλούς διαμέτρους.
Η Bornemann Gewindetechnik κατασκευάζει σπειροειδείς άξονες με τη μέθοδο της σπειροτόμησης. Το εργαλείο σπειροτόμησης για την κατασκευή σπειροειδών αξόνων αποτελείται από έναν κινητήριο σπειροειδή δακτύλιο με ένα σετ προφίλ εργαλείων και λειτουργεί με τη λεγόμενη μέθοδο περιελίξεως, καθώς το τεμάχιο περιστρέφεται εντός αυτού του δακτυλίου εργαλείου κατά τη διάρκεια της κατεργασίας. Δεδομένου ότι η κοπή περιβλήματος ξεκινά στην εξωτερική διάμετρο με πάχος (και βάθος) 0 και αυξάνεται συνεχώς στο υπολογισμένο πάχος (και βάθος ή βάθος σπειρώματος), για να εξέλθει και πάλι από το τεμάχιο εργασίας με 0, δημιουργείται μια πολύ απαλή κοπή με μια πολύ λεία επιφάνεια.
Δεδομένου ότι ένα σετ εργαλείων αποτελείται από πολλά μεμονωμένα κοπτικά, τα οποία λειτουργούν διαδοχικά με διακοπτόμενη κοπή, μεταξύ των μεμονωμένων κοπών δημιουργούνται μικροσκοπικές διακοπές στην επιφάνεια του τεμαχίου, οι οποίες παράγουν πολυγωνικές, κοίλες όψεις της τάξης των μ (θύλακες λίπανσης). Αυτές οι θήκες λίπανσης είναι το μυστικό των καλών ιδιοτήτων του φιλμ λίπανσης των σπειροειδών κοχλιών.
Η σύγκριση των διαφόρων μεθόδων κατασκευής σπειρωμάτων καταλήγει στο ακόλουθο συμπέρασμα: Η κύλιση και η λείανση των προφίλ σπειρωμάτων είναι σύγχρονες μέθοδοι κατασκευής που συνιστώνται για πολλές εφαρμογές, ωστόσο για τη χρήση τραπεζοειδών σπειρωμάτων σε συστήματα ανυψωτικών αξόνων θα πρέπει να προτιμάται η μέθοδος στροβιλισμού που εφαρμόζει η Bornemann Gewindetechnik.