Analýza plastického maziva v provozních podmínkách: Přispívá ke zlepšení mazání Bílá kniha Autor: Alain Noordover Datum: Únor 2010
Úvod Jestliže selže mazání, selže i ložisko. Důležitost mazání je všeobecně uznávaná. Tak proč tedy dochází v 50% případů k předčasnému selhání ložisek kvůli nesprávným postupům při mazání? K čemu je dobré vynakládat čas, námahu a peníze na vysoce kvalitní přesná ložiska a důmyslné montážní nářadí, které má prodloužit trvanlivost ložisek, když se současně zanedbává mazání? Nesprávné postupy při mazání nemusejí nutně způsobit selhání ložiska, ale mohou být i příčinou zhoršeného mazání. Jestliže např. budete domazávat ložisko desetkrát častěji než je nutné, projeví se to vysokou spotřebou plastického maziva. Tato práce představuje některé nesprávné postupy, které se běžně používají v praxi, a ukazuje, že sledování průběhu degradace plastického maziva může přispět k celkovému zlepšení účinnosti mazání. Typické nesprávné postupy při mazání Nevhodné skladovací podmínky: Pokud je plastické mazivo nesprávně skladováno (např. překročení skladovací doby, znečištěné prostředí, vysoká okolní teplota), může dojít ke změně mechanických a chemických vlastností plastického maziva (např. ztvrdnutí, změknutí, nadměrné uvolňování oleje, oxidace) a následnému zhoršení účinnosti mazání. Obr 1: Příliš dlouho skladované plastické mazivo (separace oleje) Obr 2: Příliš dlouho skladované plastické mazivo (ztvrdnutí plastického maziva) 2
- Nesprávná manipulace a průnik nečistot: Znečištěné zařízení a nářadí, jako např. mazací lisy či víko nádoby pro čerpadlo plastického maziva a nedostatečné utěsnění může usnadnit průnik nečistot do ložiska. Obr. 3: Znečištěné víko nádoby pro čerpadlo plastického maziva. Obr. 4: Nevhodné skladovací podmínky. Obr. 5: a 6: Ztracená krytka a průnik nečistot vyvolaly selhání ložiska. Obr. 7: a 8: Těsnění vyrobené uživatelem z hliníkového plechu. Upozorňujeme na spáru mezi těsněním a hřídelí. 3
- Volba nesprávného plastického maziva: Nesprávně zvolené plastické mazivo pro určitou aplikaci může způsobit nejen předčasné selhání ložisek, ale i nedostatečné mazání. Hlavní parametry, které mají vliv na volbu plastického maziva, jsou stručně uvedeny dále: Plastická maziva používaná mimo příslušný rozsah provozních teplot: Provozní a okolní teploty mají velký vliv na volbu plastického maziva a jeho degradaci. Vysoké teploty podporují oxidaci plastického maziva a ztrátu základní olejové složky, zatímco nízké teploty mohou vyvolat ztuhnutí plastického maziva a přispívají k nedostatečnému mazání (viz obr. 9 a 10 níže). Nízká Teplota Vysoká Proces selhání plastického maziva Nedostatečné mazání Degradace Omezené/nedostatečné uvolňování oleje Příliš vysoká konzistence Uvolňování nadměrného množství oleje Oxidace Odpařování Snížení konzistence Obr. 9: Mechanismus degradace plastického maziva v závislosti na teplotě. Obr. 10: Selhání ložiska způsobené volbou nesprávného plastického maziva (vlevo: Nedostatečné mazání; vpravo: Tepelná degradace plastického maziva k selhání ložiska došlo po 48 hodinách. Ložisko má ztvrdlé zčernalé mazivo a poškozenou klec). 4
Plastická maziva používaná mimo přípustné otáčky: Viskozita základní olejové složky představuje důležitý parametr. Vytvořený mazivový film nemusí mít při nízkých otáčkách (za podmínek mezného mazání) dostatečnou tloušťku, aby oddělil povrchy a zabránil styku kov na kov. Na druhé straně však může být mazivový film rovněž příliš tlustý při vysokých otáčkách a viskózních silách, jakož i při zvýšeném tření (horní mez hydrodynamického mazání). Lze to ukázat na křivce uvedené níže: µ Stupeň styku vrcholků nerovností Nízké otáčky Vysoká zatížení Minimální tření Vysoké otáčky Nízká zatížení Mezné mazání Smíšené mazání Hydrodynamické mazání H. U # η P Obr. 11: Stribeckova křivka: m označuje tření, H tloušťku mazivového filmu, h viskozitu, U otáčky a P zatížení. Vzhledem k tomu, že základní olejové složka se může měnit v průběhu používání nebo dochází k úbytku oleje z důvodů degradace plastického maziva, mazání může přecházet z jednoho režimu do druhého. Některé aplikace mohou pracovat v širokém rozsahu otáček, což znamená, že mazivo musí zajistit mazání za různých provozních podmínek (např. v převodovce). 5
Plastická maziva bez přísad EP/AW (Extreme-Pressure/Anti-Wear) při působení vysokých zatížení/nízkých otáček: Při vysokém zatížení a nízkých otáčkách může být mazivový film příliš tenký, což má za následek vznik styku kov na kov. Pohled na Stribeckovu křivku ukazuje, že viskozita základní olejové složky vzrůstá, dokud se nevytvoří dostatečný mazivový film, avšak vysoká viskozita základní olejové složky může způsobit jiné problémy (např. při rozběhu za nízkých teplot). V podmínkách mezného mazání jsou nutné přísady pro velmi vysoké tlaky a proti opotřebení, které zajistí spolehlivé mazání. Nesprávný domazávací interval a množství plastického maziva: Přemazání a nedostatečné mazání se vyskytují zcela běžně a představuje příčinu mnoha problémů. Hlavní problémy vyvolané přemazáním: Hnětení (vnitřní tření v plastickém mazivu), zvýšená teplota urychlující degradaci plastického maziva a jeho měknutí mohou vyvolat únik maziva, migraci plastického maziva do vinutí elektromotoru a vysokou spotřebu maziva. Hlavní problémy vyvolané nedostatečným mazáním: Výrazný nedostatek maziva, běh na sucho, zvýšení teploty a degradace plastického maziva. Obr. 12: a 13: Nadměrné množství plastického maziva v tělese. Plastické mazivo není odváděno. 6
Obr. 14: Nedostatečné množství maziva: Ložisko běželo téměř nasucho, což se projevilo zvýšením teploty, která způsobila zrychlenou degradaci maziva, dokud nedošlo k selhání ložiska. - Vzájemná neslučitelnost plastických maziv: Často je nutné vyměnit plastické mazivo v uložení. Důvodem může být ukončení výroby maziva, nízký výkon, závady či konstrukční úpravy stroje. Před výměnou maziva je nejprve nutno zkontrolovat slučitelnost plastických maziv. Jestliže maziva nejsou slučitelná, směs maziv může změknout nebo ztvrdnout, základní olejová složka se může rychle vyloučit anebo aditiva nemusejí být vzájemně slučitelná. Jak lze zjistit selhání maziva? Z výše uvedených příkladů zcela jasně vyplývá, že nesprávné postupy při mazání mohou způsobit selhání mazání. Změny vlastností maziva mohou nepříznivě ovlivnit správnou funkci maziva, které změkne, ztvrdne anebo příliš rychle uvolní základní olejovou složku či způsobí vzájemnou kontaminaci. Tak proč se tedy nekontrolují vlastnosti plastického maziva a jejich postupná změna? Analýzu plastického maziva provádějí specializované laboratoře, které tím pomáhají zabránit selhání ložisek. K analýze maziva přímo na místě (podobně jako v případě analýzy oleje) není zpravidla k dispozici potřebné vybavení ani odborné znalosti. V důsledku toho není zajištěna rychlá podpora, a proto laboratorní analýza nepatří právě k preferovaným řešením. 7
Souprava na testování plastického maziva TKGT 1 Společnost SKF vyvinula postup a testovací soupravu k analýze plastického maziva přímo na místě. Analýza se skládá z následujících kroků: 1) shromáždění informací o uložení, 2) ověření vhodnosti maziva, domazávacích intervalů a množství maziva podle SKF LubeSelect a SKF LuBase, 3) odběr vzorků, 4) provedení testů a 5) vypracování zprávy. Testy se provádějí snadno a rychle a nejsou nákladné. Umožňují zjistit vlastnosti maziva, jako např. změnu konzistence, uvolňování oleje a znečištění. Jakmile jsou testy provedeny, dále uvedený diagram může pomoci s interpretací výsledků. Umožňuje určit závažnost problému a lépe porozumět podmínkám mazání. Obr. 15: Souprava na testování plastického maziva TKGT 1 8
Změna uvolňování oleje - % rozdíl - 50% Vzorek po 6 měsících - 25% Vzorek po 4 měsících - 1.5 Vzorek po 2 měsících - 1 + 1 + 1.5 Čerstvý vzorek Změna konzistence + 25% Čerstvé Po 1 měs. Po 2 měs. Po 4 měs. Po 6 měs. + 50% Obr. 16: Vyhodnocení změn vlastnosti plastického maziva používaného v elektromotoru v průběhu doby (po 0, 2, 4 a 6 měsících). Vzorek odebraný po 6 měsících vykazuje pokročilou degradaci maziva (a tedy změny jeho vlastnosti). Závěr Postup degradace plastického maziva za provozu lze sledovat přímo na místě, a tedy je možné zjistit vlastnosti používaného maziva. Proaktivní shromažďování informací o funkci maziva umožňuje ověřit, zda nejsou používány nesprávné postupy při mazání. Volba špatného plastického maziva, nevhodné systémy pro dopravu maziva, průnik nečistot, nesprávné skladování a manipulace s plastickými mazivy patří nadále k prvotním příčinám selhání ložisek. Souprava pro testování plastického maziva SKF představuje důležitý první krok ke zlepšení stavu přímo v provozech. Doplňující informace Podrobnější informace o soupravě na testování plastického maziva SKF naleznete na webových stránkách na adrese: www.mapro.skf.com/mp3000e.htm Další informace o LubeSelect, LuBase a mnoha jiných řešeních SKF získáte na internetové adrese: www.skf.com/lubrication 9
SKF je registrovaná obchodní značka SKF Group. SKF Group 2010 Obsah této publikace je chráněn autorským právem vydavatele a nesmí být reprodukován (ani výňatky) bez jeho předchozího písemného souhlasu. Přestože kontrole správnosti údajů uvedených v této tiskovině byla věnována nejvyšší péče, nelze přijmout odpovědnost za ztráty či škody, ať už přímé, nepřímé nebo následné, které byly způsobeny použitím informací uvedených v této publikaci. MP/PDS CS Únor 2010 www.mapro.skf.com skf.com/mount skf.com/lubrication