Ogni anno vengono prodotti circa dieci miliardi di cuscinetti e, date le gravose condizioni a cui spesso sono esposti, sono incredibilmente affidabili. Il 90% circa di questi cuscinetti dura infatti più a lungo delle attrezzature in cui sono installati. Solo lo 0,5% dei cuscinetti si guasta durante il funzionamento, ma ciò significa che, ogni anno, 50 milioni di cuscinetti vengono comunque sostituiti a causa di danni o guasti e ciascuno di questi cedimenti avrà, probabilmente, conseguenze economiche per gli operatori in termini di perdite di produzione, danni ai componenti adiacenti e costi di riparazione.
Esistono molti motivi per cui i cuscinetti si guastano o vengono danneggiati. In generale, circa un terzo dei cedimenti è determinato dalla fatica, mentre un altro terzo da problemi di lubrificazione. La contaminazione è responsabile di un sesto dei guasti dei cuscinetti e i restanti cedimenti sono da attribuirsi ad altri fattori, quali movimentazione e montaggio non corretti, carichi più pesanti o diversi da quelli previsti e accoppiamenti inadeguati.
Per tentare di prevedere in che modo, e forse anche più importante quando, un cuscinetto si guasterà, è necessario valutare un enorme numero di variabili, compresi l’applicazione in cui verrà utilizzato, l’ambiente in cui opererà, i lubrificanti utilizzati e i carichi a cui sarà sottoposto, per citarne alcuni. Pertanto, quando si progettano nuovi cuscinetti, verificarne le prestazioni e stabilirne la durata può rivelarsi un processo lento, costoso e complesso.
Bearing Rigs for Accelerated Verification Experiments (BRAVE)
SKF sta cercando di risolvere il problema presso il proprio centro Research and Technology Development (RTD) a Houten, Paesi Bassi. L’azienda ha iniziato a costruire presso il centro una struttura per test sperimentali che utilizzerà per ampliare le sue conoscenze sui meccanismi che causano i cedimenti dei cuscinetti. La struttura, chiamata Bearing Rigs for Accelerated Verification Experiments (BRAVE), sarà utilizzata anche per sviluppare metodi per prevedere, in maniera rapida, precisa e ripetibile, la durata utile residua di questi componenti critici.
Una struttura flessibile per effettuare i test
Urszula Sachadel, Team Leader di Bearing Steels, e Edwin Tummers, Team Leader di Experimental Verification in SKF, sono i responsabili di questo progetto. “Avevamo bisogno di una struttura flessibile per effettuare i test, dove poter simulare condizioni applicative differenti e osservare le prestazioni di un sistema di cuscinetti, compresi i materiali e il metodo di lubrificazione, in varie condizioni di carico e a velocità differenti. La struttura doveva anche consentirci di eseguire ispezioni sul sistema, per determinare in che modo si generano i difetti, come si evolvono e per quanto tempo un cuscinetto può durare prima che sia necessario eseguire la manutenzione”, spiega Tummers.
Banchi prova specificamente progettati
Una volta completato, BRAVE sarà dotato di una serie di banchi prova specificamente progettati e personalizzati per soddisfare le specifiche di SKF e sarà utilizzato dai ricercatori per sviluppare e testare a livello sperimentale i modelli di cedimento dei cuscinetti. Le funzioni di questi banchi saranno categorizzate come ‘contaminare’, ‘innescare’ e ‘propagare’ e verrano spesso utilizzati in sequenza. Sachadel spiega: “Il banco per la contaminazione, ad esempio, ci consente di creare, in vari modi, difetti nei cuscinetti, come indentature, abrasione, danni da passaggio di correnti elettriche e da corrosione. Possiamo anche utilizzare lubrificanti differenti. Nel banco dedicato all’innesco possiamo esporre i cuscinetti a determinate condizioni durante il funzionamento per creare alcuni danni iniziali. Infine, con il banco per la propagazione possiamo determinare in che modo condizioni di carico e velocità differenti influenzino la velocità di propagazione dei danni”. Questi tre banchi si possono utilizzare separatamente o combinati, consentendo di eseguire una vasta gamma di test.
In questo modo, dice Sachadel, i ricercatori di SKF possono valutare molte varianti di cuscinetti differenti in maniera molto rapida e determinare la soluzione ideale per una determinata applicazione.
Le procedure di test verranno sviluppate, controllate e monitorate rigorosamente e tutti i dati relativi, ad esempio, allo storico vibrazioni, temperatura e carichi verranno registrati. Questi dati possono quindi essere analizzati in dettaglio durante o dopo i test sperimentali.
Sachadel aggiunge: “Grazie a BRAVE, potremo valutare rapidamente potenziali soluzioni di cuscinetti, selezionarle e capire l’impatto dei processi di produzione sulle loro prestazioni. Inoltre, in futuro, potremo usare i dati acquisiti per supportare lo sviluppo interno di tecniche basate su intelligenza artificiale e apprendimento automatico, al fine di prevedere o migliorare le prestazioni dei nostri cuscinetti”.
Utile al business Rotating Equipment Performance
BRAVE sarà particolarmente utile al business Rotating Equipment Performance (REP) di SKF e le sue attività di ricondizionamento. Sachadel spiega: “Abbiamo in programma di esaminare i cuscinetti dopo diverse fasi di ricondizionamento, per determinare in che modo il processo influisce sulle loro prestazioni e come migliorarle”.
Attualmente, si prevede che i lavori per la struttura saranno completati all’inizio del 2021. Sachadel conclude: “Grazie a BRAVE, apprenderemo molte nuove conoscenze che potremo condividere con i nostri clienti”.
