روغنهاي دنده مصنوعي را چگونه انتخاب كنيم ؟

[محمــد 4,415]

مترجم: مسعود رفيعي

 

●مرجع: may 2001 Machinery Lubrication

 

هر وقت محدوديت هايي براي استفاده از روغن دنده پايه معدني باشد روغن هاي دنده پايه مصنوعي مورد استفاده قرارگرفته و يا براي كاربرد طولاني مدت مدنظر قرار مي گيرند. براي مثال كاربرد اين نوع روغن دنده ها در دماهاي خيلي پايين يا خيلي بالا و يا فشارهاي خيلي بالا و يا وضعيت هاي فوق العاده خاص است.

يادآوري مي شود ادتيوهاي روغن معدني تا حدودي خواسته هاي ما را جبران مي كنند ولي نمي توانند تمام خواسته هاي ما را برآورده ساخته، و تمام محدوده را پوشش دهند.

خصوصيات فيزيكي برتر روغن دنده هاي مصنوعي عبارتست از:

 

- مقاومت گرمايي

- دماهاي پايين (سياليت، نقطه ريزش)

- نقطه احتراق

- تبخير خيلي كم

 

روغن پايه مصنوعي، تا حدودي سود ما را تثبيت مي كند. هر چند كه روغن هاي معدني نيز مفيد بوده ولي در شرايط مساوي روغن پايه مصنوعي نسبت به معدني برتري دارد.

 

سود روغن هاي پايه مصنوعي (بسته به پايه روغن) شامل موارد زير مي شود:

- بهبود در مقابل گرما و اكسيداسيون

- بهبود رفتار (تغييرات ويسكوزيته - درجه حرارت، شاخص گرانروي بالا (در بيشتر موارد)

- بهبود وضعيت در درجه حرارت هاي پايين

- پايين آمدن تبخير

- كم كردن قابليت اشتعال (در بعضي موارد)

- بهبود خاصيت روانكاري (در بعضي موارد)

- تمايل به كاهش پسماند

- بهبود مقاومت در برابر عوامل خارجي

موارد مصرفي كه ممكن است در نگاه اول زيان به نظر برسد

- قيمت خيلي بالا

- واكنش در حضور آب (هيدروليز، خوردگي)

- مسئله واكنش دادن با مواد (رنگ، آبندها و فلزات)

- محدوديت در برابر مخلوط شدن با روغن هاي پايه معدني

با نگاه دقيق به فوايد و مضرات روغن پايه مصنوعي به خوبي به اين نتيجه مي رسيم كه فوايد براشكالات غالب بوده، خصوصاً روانكاري گيربكس در وضعيت هاي بحراني.

بيشترين روغن هاي پايه مصنوعي تشكيل شده از هيدروكربورهاي مصنوعي (SHC)، پلي گليكول (PAG) و استرها (E)

 

 

روانكارهاي پايه هيدروكربورهاي مصنوعي

هيدروكربورهاي مصنوعي از نظر ساختمان شيميايي خيلي شبيه هيدروكربورهاي معدني هستند. آنها تقريباً خواص برابر دارند، قابليت اختلاط با روغن هاي معدني را دارند. از فوايد خيلي بارز نسبت به معدني مي توان به رفتار روغن در دماهاي خيلي پايين اشاره كرد. در صنايع غذايي و دارويي از روغن مصنوعي پايه SHC با ادتيوهاي ويژه استفاده مي شود و روانكارهاي پايه گليكول

 

 

عمده موارد مصرف

براي اطمينان از روانكاري با ضريب سايش خيلي پايين، مناسب براي گيربكس هاي با درصد درگيري بالا (لغزش) مثل (دنده هاي مارپيچ، دنده هيپونيدي)، با كاربرد ادتيوهاي خاص خواص عالي ضدسايش خصوصاً در گيربكس هاي استيل / برنز را شاهد هستيم و همچنين گيربكس در مقابل فشارهاي بالا از خود قابليت هاي خوبي بروز مي دهد. روغن پايه

پلي گليكول بدون ادتيو هم خاصيت مقاومت در برابر فشار، (EP) كمي از خود نشان مي دهد.

روغن پايه پلي گليكول اثرات منفي روي مواد آبند از خود نشان مي دهد و با بعضي از آبندها سازگار نيست مثلاً رنگ را در خود حل مي كند. آبندهاي سازگار با اين روغن از تركيبات فلئور يا PTFE مي باشند.

قابليت مخلوط شدن به مقدار كم را با روغن هاي پايه معدني دارد. ولي بطور كل اين اختلاط صحيح نيست.

پلي گليكول با تركيبات آهن دار و بعضي از فلزات واكنش نمي دهد. اگر در سيستم تحت بار از آلومينيم يا آلياژهاي آلومينيم (قفسه هاي بيرينگ ها از جنس آلومينيم باشد)، احتمال بالا رفتن سايش و فشار ديناميكي زياد مي شود (حركت لغزشي و بار بالا)

اگر در گيربكس هاي مارپيچي از آلياژهاي آلومينيم- برنز استفاده شده باشد نبايد از روغن پلي گليكول استفاده شود زيرا در نقطه فشار آن سايش زيادي را شاهد خواهيم بود.

 

 

روانكارهاي پايه استر

روغن پايه استر نتيجه واكنش يك اسيد با الكل در حضور آب است. از خصوصيات بارز آن استحكام شيميايي و فيزيكي اين روغن است. بدليل اين خصوصيات عالي از اين روانكار در تكنولوژي هاي هوانوردي استفاده مي شود، همچنين در موتورهاي هواپيما و توربين هاي گازي نيز مورد استفاده قرار مي گيرد.

روغن هاي پايه استر مقاومت گرمايي بسيار عالي دارند، همچنين در دماي بسيار پايين نيز به خوبي خصوصيات خود را حفظ مي كند. در صنعت استفاده از روغن پايه استر رشد بسيار سريعي را داشته حتي نسبت به هر روغن پايه گليكول موفقيت خوبي را كسب نمود و آن بدليل بازده بسيار عالي آن مي باشد. روغن پايه استر تحت تاثير تجزيه به وسيله آب نمايش ضعيفي از خود نشان مي دهد. در اين حالت تبديل مي شود به اسيد و الكل در حضور آب. البته روغن پايه استر اگر در سيستم هايي كه فاقد رطوبت باشند استفاده شود نيازي به پايداري در برابر هيدروليز شدن ندارد.

بيشترين مشكل جدي كه براي اين روغن گزارش مي شود همان هيدروليز شدن روغن است و آن هم بستگي دارد به موارد زير:

- به تيپ استر استفاده شده

- به تيپ ادتيو استفاده شده

- استر بدست آمده از چه پروسه (روشي) بدست آمده

- كاربرد آن

 

 

فوايد كاربرد روانكارهاي پايه مصنوعي

مقايسه فوايد كاربرد روانكارهاي پايه مصنوعي با روانكارهاي

پايه معدني

- بهبود بازده سيستم

- پايين آوردن اصطكاك سيستم

- در شرايط دمايي يكسان فواصل تعويض روغن3 تا5 برابر زماني است كه از روغن پايه معدني استفاده شود.

- زماني كه سيستم تحت فشارهاي زياد كار كند، سيستم نيازي به خنك كننده ندارد.

 

 

كاهش خسارت هاي وارده به دنده هاي ماشين و بهبود بازده

بدليل ساختار مولكولي خاص روغن هاي پايه آلفين (تيپ SHC) و پلي گليكول اصطكاك سيستم نسبت به زماني كه از روغن پايه معدني استفاده شده بيشتر از30 درصد مي باشد.

به عنوان مثال ديگر استفاه از روغن پايه مصنوعي بازده درصد لغزشي بالا در گيربكس هاي مارپيچي و هيپوييد را بيشتر از15درصد نسبت به روغن هاي معدني افزايش مي دهد. حتي در جعبه دنده هاي مستقيم، ستاره اي، مارپيچي (با بازده بالا) ممكن است بهبود تا1 درصد بالا برده شود. اين شايد مثل حالت اول زياد به نظر نرسد ولي نتايج نشان داده كه در كاهش هزينه بسيار مؤثر است.

 

جدول1: وضعت بهبود و كاهش خسارت هاي وارده به گيربكس را نشان مي دهد

 

 

صرفه جويي در كاهش اصطكاك در صورت استفاده از روغن پايه مصنوعي

 

افزايش بازده در گيربكس

- استفاده از گيربكس كوچكتر و موتور كوچكتر براي نيروي مشخص

- دست يافتن به نيروي بيشتر با اعمال نيروي كم

 

 

درجه حرارت هاي روغن گيربكس ها

- اضافه شدن عمر روغن بدليل عدم اكسيداسيون (بالا رفتن عمر اكسيداسيون روغن به طوري كه5 برابر زمان اكسيداسيون نسبت به پايه معدني ديرتر اتفاق مي افتد)

- بالا رفتن عمركاري (دست يافتن به سايش و اصطكاك كمتر)

- نياز به خنك كاري سيستم نيست

 

 

مصرف انرژي در گيربكس

- پايين آمدن هزينه هاي گيربكس از طريق كاهش مصرف برق به طوري كه براي گيربكس هاي دنده مارپيچي30 درصد حتي بيشتر را شاهد هستيم.

- بطور كلي، طبق گزارشات هزينه برق مصرفي10 درصد حتي بيشتر كاهش يافته.

بهبود بازده و كاهش سايش در گيربكس زماني كه از روغن هاي پايه مصنوعي استفاده مي شود آزمايش ها نشان داده بازده گيربكس زماني كه از روغن هاي پايه مصنوعي استفاده شود بيشتر از معدني است. مطالعات نشان داده روغن پايه گليكول رتبه نخست بالاترين بازده را در اين آزمايش ها داراست بطوري كه 18 درصد بيشتر از زماني است كه از روغن معدني استفاده شود، همچنين روغن SHC در اين تست حدود 8 الي9 درصد بازده بيشتري دارد كه اين روش در صنايع غذايي و گيربكس هاي سيستم غذايي كاربرد فراواني دارد كه به تاييدUSDA-H1 نيز رسيده است. خصوصاً در صنايع غذايي رونكارها با يكديگر مقايسه شده و تفاوت مشاهده شده است.

روغن هاي پايه مصنوعي خصوصيت ضدسايش عالي دارند. به خصوص زماني كه ادتيو ضدسايش نيز به آنها افزوده شود كمترين سايش را در اين روغن ها زماني شاهد هستيم كه از روغن PAG در گيربكس استفاده شود.

 

 

بالا بودن عمركاري روغن هاي پايه مصنوعي و زمان طولاني تر براي تعويض آنها

روغن هاي پايه مصنوعي در برابر از دست دادن خصوصيات خود و كاركرد در دماهاي بالا و عمركاري و تعويض روغن مقاومت بهتري نسبت به معدني از خود نشان مي دهند. البته اين به پايه آنها نيز بستگي دارد (PAG يا SHC)

فاصله زماني تعويض روغن3 تا5 برابر زماني است كه از روغن پايه معدني در درجه حرارت يكسان استفاده شود.

زمان تعويض روغن گيربكسي كه در دماي80 درجه سانتيگراد كاركرده به قرار زير است:

- براي روغن معدني بعد از5000 ساعت كار

- براي روغن SHC بعد از15 هزار ساعت كار(3 برابر معدني)

- براي روغن PAG بعد از25 هزار ساعت كار(5 برابر معدني)

روغن پايه مصنوعي نسبت به پايه معدني ضريب اصطكاك را كاهش داده و همچنين از شاخص گرانروي بالاتري برخوردار هستند. لذا اين امكان را براي ما بوجود آورده كه از ويسكوزيته با درجه پايين تر نسبت به روغن معدني در گيربكس استفاده كنيم لذا اين مورد عمركاري روغن را افزايش داده و ديرتر نياز به تعويض پيدا مي كنيد تمام آزمايش ها در دماي يكسان براي روغن معدني و مصنوعي بوده است. در ادامه مقايسه روغن ها در يك گيربكس دنده مارپيچي آمده است. نتايج درجه حرارت مخزن روغن اين گيربكس بعد از300 ساعت كاركرد اندازه گيري شد.

روغن پايه معدني: (230F)110c

روغن (194F)90c : SHC

روغن (16F) 75c : PAG

با توجه به آزمايشات زمان اضافي براي ديرتر تعويض كردن روغن به قرار زير است:

روغن معدني=1

روغن 9.5=SHC برابر بيشتر

روغن 31=PAG برابر بيشتر

روغن پايه مصنوعي به نگهداري و تعميرات تجهيزات و همينطور كاهش هزينه ها كمك شاياني مي كند با نگاهي به زمان تعويض روغن مصنوعي نسبت به معدني كه برابر5 افزايش يافته و همچنين تحمل گرمايي بالاي اين روغن ها و از طرفي قيمت بالاي اين روغن ها نسبت به معدني اين ذهنيت را بوجود مي آورد كه استفاده از آن به صرفه هست يا نه ولي با توجه به بالا رفتن زمان تعويض و همچنان تداوم كار گيربكس بدون توقف جهت تعويض روغن نشان از جبران هزينه ها دارد. مقايسه هزينه روغن معدني با پايه مصنوعي اين حقيقت را آشكار مي سازد كه هزينه هاي نگهداري و تعميرات بهبودي چشمگيري را داشته همچنين سود حاصل از استفاده از روغن كمتر آلودگي محيط زيست را هم كاهش مي دهد.

 

 

انتخاب نوع روغن دنده

براي انتخاب يك تيپ روغن دنده جهت گيربكس مورد نظر نياز است اطلاعات كاملي از طريق كارگيربكس، دنده هاي آن، دور آن داشته باشيم. در اين رابطه فاكتور (KA) تيپ بزرگي فشار (بار) گيربكس را بايد با آزمايش بدست آورد.

ويسكوزيته يكي از خصوصيات فيزيكي مهم در روانكاري است. زير ويسكوزيته با درجه حرارت تغيير مي كند. نرخ تغييرات بستگي به شناختن شاخص گرانروي روغن دارد. (VI) بيشتر روغن هاي معدني شاخص گرانروي حدود95 دارند. VI تغييرات ويسكوزيته در اثر تغييرات درجه حرارت مي باشد به گونه اي كه هر چه VI پايين تر باشد تغييرات يا دامنه تغييرات درجه حرارت بيشتر است و در حالت ديگر شاخصي گرانروي بالا نشان دهنده تغييرات كم ويسكوزيته در دماهاي مختلف است. VI بالاتر سودمندتر ازVI پايين است. روغن با VI پايين ماندگاري كمتري دارد. وقتي در يك گيربكس از روغني استفاده شود كه ضريب تغيير ويسكوزيته آن كم باشد مشاهده مي شود فيلم روانكاري مناسبي در گيربكس بين دنده تشكيل مي گردد كه باعث سايش كم در گيربكس و بدنبال آن تعميرات و نگهداري كمتر گيربكس را خواهيم داشت.

 

 

انتخاب ويسكوزيته

اولين مسئله انتخاب مناسب ويسكوزيته براي گيربكس مي باشد. سازنده و طراح گيربكس ويسكوزيته مناسب را پيشنهاد مي دهد و مي بايستي از اين پيشنهاد جهت حفظ گيربكس پيروي كرد. اگر طراح ويسكوزيته پيشنهاد نداده بود مي بايستي طبق نظريه روانكاري با محاسبه ويسكوزيته مناسب را بدست آورد و آن از طريق محاسبات و نمودار مربوطه امكان پذير است. از روي نمودارهاي ويسكوزيته- درجه حرارت و ويسكوزيته- فشار مي توان رفتار روغن سنتيك را بررسي و با مقايسه با روغن معدني بهترين را انتخاب كرد.

انتخاب درست ويسكوزيته شايد مهمترين بخش كار براي حفظ گيربكس باشد، كه با تجزيه و تحليل، آن هم در چندين مرحله محاسبه مي شود. ويسكوزيته اي كه درست انتخاب شود دماي كاركرد گيربكس را در حدي كه انتظار داريم نگه مي دارد، همچنين دماي خود روغن و مخزن روغن مورد قبول مي گردد. درجه حرارت مورد نظر از طريق تلفات گرمايي گيربكس، محاسبه كاهش اصطكاك يا اندازه گيري حرارت موجود در مخزن گيربكس محاسبه مي شود.

 

مي بايستي انتخاب ما پوشش دهد حداقل ويسكوزيته مورد نظر را زير:

- به روانكاري صحيح و درست و مطمئن نياز داريم

- در زمان سرد بودن و استارت اوليه مشكلي براي گيربكس پيش نيايد.

اين موضع خيلي مهم است بنابراين بايد درجه حرارت روغن در زمان استارت حتماً كنترل شود همچنين در حين بهره برداري و دوران نيز كنترل گردد.

به عنوان نمونه روش محاسبه و تصميم براي انتخاب ويسكوزيته لازم جهت گيربكس هاي مستقيم و مارپيچ با دانستن دو فاكتور نيرو و سرعت امكان پذير است. با دانستن VI مورد نظر و درجه حرارت استاندارد روغن (ISO VG) مي توان نزديك ترين ويسكوزيته به ويسكوزيته محاسبه شده را پيدا كرد.

نكته پاياني اين كمك ابتدايي در جهت شناخت مشخصات فني و خاص در رابطه با تحمل فشار در روانكارها، هزينه هاي ساخت روغن و در نهايت انتخاب روانكار مناسب، همچنين اطلاعات مفيدي در جهت استفاده از روانكار مناسب براي مصرف بهينه انرژي، عمر بيشتر تجهيزات، خرابي كمتر به واسطه روغن است. با توجه به مطالب گفته شده مي توانيد با انتخاب خود، از روغن پايه معدني يا مصنوعي استفاده كنيد.

 

منبع:ماهنامه نفت پارس