NSK Optymalizacja uszczelnień łożysk przeznaczonych do zastosowań rolniczych

Fabryka Neuweg w Munderkingen (Niemcy) jest częścią grupy NSK. Została założona w 1954 r. przez producenta maszyn rolniczych w celu wytwarzania łożysk tocznych zgodnych z własnymi standardami. NSK przejęła fabrykę w 1990 r., a dzisiejsze piasty Agro stanowią jej specjalność na światowym rynku. Te gotowe do instalacji zespoły łożyskowe są zwykle montowane w maszynach uprawowych, takich jak kompaktowe brony talerzowe.

Brony talerzowe spulchniają glebę, wykorzystując oddzielnie montowane talerze z mechanizmem sprężynowym. Narzędzia te muszą się obracać i płynnie poruszać bez względu na rodzaj gleby i głębokość roboczą. Prędkość robocza dochodzi do 18 km/h na nierównym gruncie, a maszyny muszą być odporne na uderzenia kamieni ukrytych w glebie. Ponieważ narzędzia są umieszczone pod kątem w stosunku do kierunku ruchu, łożyska toczne są narażone na wysokie obciążenia osiowe, a także inne potencjalne zagrożenia obejmujące zapylenie, wilgoć, brud i żrące nawozy. Wszystkie te czynniki stawiają wysokie wymagania co do jakości łożysk i uszczelnień.

Gdy prace wykonywane za pomocą brony talerzowej zostaną ukończone, maszyna jest zwykle poddawana myciu za pomocą strumienia wody o wysokim ciśnieniu i pozostawiana bezczynnie przez kilka miesięcy aż do początku następnego sezonu prac. Stanowi to kolejne zagrożenie dla łożyska, którego uszczelnienie musi zapobiegać wnikaniu wody.

Mając na uwadze wszystkie powyższe aspekty, zespół projektowy NSK w Europejskim Centrum Technologii (ETC) w Ratingen (Niemcy) rozpoczął tworzenie odpowiedniego, wysokosprawnego systemu uszczelnień, zoptymalizowanego pod kątem zastosowań rolniczych. Zespół prowadził prace konstrukcyjne pod kątem zgodności ze standardem wykorzystywanym przez wiodącego producenta maszyn rolniczych do oceny łożysk tocznych nabywanych od dostawców zewnętrznych.

Producent ten stosuje stanowisko do prób przyspieszonych, na którym łożysko obraca się z prędkością 5000 obr./min. przy obciążeniu 900N. Test trwa 500 godzin i symuluje zużycie łożyska w czasie trwania jednego sezonu prac. Następnie na drugim stanowisku prób odtwarzane jest mycie wysokociśnieniowe - łożyska są spryskiwane z odległości 200 mm strumieniem wody o ciśnieniu 11 barów i temperaturze 90°C. Przed ponownym 500-godzinnym testem na pierwszym stanowisku przeprowadzanych jest łącznie 220 takich cykli testowych.

Stanowiska do prób, które zostały odtworzone w ośrodku ETC NSK w Newark (Wielka Brytania) precyzyjnie symulują ekstremalne warunki rolnicze w trakcie dwuletniego okresu użytkowania. Po zakończeniu procesu testowania łożyska są ważone z dokładnością do 1μg w celu wykrycia nawet najmniejszej utraty smaru. Następnie są one oceniane wizualnie, a efektywność uszczelnienia i zużycie są rejestrowane.

Równolegle z projektowaniem stanowisk do prób inżynierowie NSK ukończyli opracowywanie nowego uszczelnienia. Aplikacje rolnicze wymagają wysokiej sprawności uszczelnienia w ekstremalnych warunkach, a najlepszym sposobem osiągnięcia tego celu jest zastosowanie uszczelki, która ściśle przylega do otaczającej ją konstrukcji. Niemniej jednak taka konfiguracja pociąga za sobą niepożądane efekty w postaci wyższego tarcia i zwiększonego generowania ciepła, które prowadzą do zmniejszenia sprawności energetycznej i mniejszej trwałości serwisowej.

Aby sprostać temu wyzwaniu, nowe trójwargowe uszczelnienie o oznaczeniu DG/DDG różni się od istniejących produktów tym, że posiada podwójną wargę wykonaną z gumy butadienowo-akrylonitrylowej ze stalowym wzmocnieniem. Dodatkowo, na wewnętrznej stronie głębszego U-kształtnego rowka posiada kolejną wargę, która również tworzy barierę smaru.

Łożyska poprzeczne z uszczelkami DG/DDG były poddawane intensywnym testom porównawczym. Po zakończeniu prób okazało się, że wykazują się znacząco lepszym poziomem uszczelnienia, zarówno w porównaniu do łożysk NSK z uszczelkami DU, jak i produktów konkurencyjnych.

Nowe łożyska w pełni spełniają surowe wymagania użytkowników rolniczych w zakresie szczelności/sprawności uszczelnienia i niskiego tarcia. W rezultacie popyt na nie ze strony producentów maszyn rolniczych jest bardzo wysoki, a  NSK rozpoczęła obecnie produkcję łożysk poprzecznych kulkowych z nowymi uszczelkami DG i DDG (uszczelnienie jednostronne/dwustronne).

 Na specjalnie zbudowanych stanowiskach do prób łożyska toczne poddawano obciążeniom symulującym warunki użytkowania maszyn rolniczych w ciągu całego sezonu.

Nawet po 200 godzinach testów strumieniem wody nie wykryto penetracji wody w łożyskach