Цялостни решения за машинно смазване

Инструменти, материалиСп. Инженеринг ревю - брой 6/2020 • 09.09.2020

Добрата грижа за маслото означава добра грижа и за оборудването. В производството на пластмасови изделия например, където се използва хидравлично оборудване с особено висока критичност, като шприц машини, чистотата на маслата е от решаващо значение за намаляване на забавянията, спазване на планираните експлоатационни цикли и елиминиране на брака. Безпроблемната работа на машините зависи пряко от чистия флуид.

Погрешно е схващането, че прецизното машинно смазване се изчерпва с използването на по-качествени масла. Внедряването на цялостно решение за машинно смазване започва с подготовката на персонала за правилно боравене и познаване на спецификата на смазочните продукти и въвеждане на добри практики на управление, доставка, съхранение, маркиране, филтрация, мониторинг на качество и следене на състоянието през целия му жизнен цикъл. На свой ред прилагането на правилните процедури допринася за поддържането на съоръженията в готовност и висока надеждност, съкращава разхода на масла и резервни части и намалява престоя поради ремонти.

Функцията на маслото е да намали триенето между две подвижни една спрямо друга метални повърхности. За да се забави износването и сведат повредите до минимум, маслото, с което работи една машина, трябва да съответства на работния й режим. Опитът показва, че около 0,5% от бюджета на поддръжката се изразходва за масла, а внедряването на добри практики за правилното поддържане на маслата и правилното машинно смазване може да намали бюджета за поддръжка с до 30%. От всички повреди по съоръженията 15% се дължат на инциденти и неправилна работа, а 70% – на износване на компоненти на машината.

Половината от тези 70% са вследствие на механично износване и са свързани предимно с контактуващите повърхности на подвижни части и работни органи, т.е. зоните, които се нуждаят от смазване, за да се ограничи триенето. Правилната поддръжка на маслата свежда триенето до минимум и удължава живота на оборудването.

 

Класификация на маслата и избор на подходящо масло

Познаването на материята е първата стъпка към успешното прилагане на цялостно решение за машинно смазване в едно производство. Както е известно, науката трибология изучава в детайли начина на контактуване на повърхностите, видовете масла, технологията на производство и състава им. Маслата се състоят от базов компонент и специфични добавки, които придават различни свойства според специфичното предназначение т.е. специализирането на едно масло като турбинно или хидравлично зависи от вида на добавките.

Според начина на генериране маслата се делят на няколко групи. Първата група включва масла, получени чрез рафиниране на петрол. Нови методи, използвани в рафинериите – т.нар. хидрокрекинг (разбиване на въглеводородите в петрола), доведе до обособяване на втората група масла, които са много по-стабилни на топлинни флуктуации и устойчиви на окисляване в сравнение с първата група. От друга страна, маслата от 1-ва група притежават по-добра способност за абсорбция на замърсявания. Третата група е съставена от синтетичните масла и четвъртата обхваща всички останали смазки, като специални хидравлични флуиди, гликоли и т.н.

Честа грешка в практиката е видът на гресите да се определя по вида на сгъстителя, например литиева или молибденова. Всъщност най-важната характеристика на маслата и гресите е техният вискозитет. Вискозитетът е мярка за вътрешното триене на смазочното вещество. Той определя капацитета на натоварване на масления филм под действието на еласто-хидродинамичните условия на приложение. За избора на подходяща смазка първостепенна роля играе правилното определяне на вискозитета за даденото приложение, след това необходимите добавки и на последно място определянето на сгъстителя. Неговата роля е да задържа смазката върху самото приложение.

След познаването на класификацията на маслата най-съществената стъпка е да се заложат целите, които ползвателят иска да постигне, т.е. да се определи какви целеви нива на чистота на маслата ще бъдат преследвани и поддържани в дадено съоръжение. Стандартът ISO 4406:1999 Хидравлично задвижване. Флуиди. Метод за кодиране нивото на замърсяване с твърди частици. е основният стандарт, прилаган в Европа, който определя нивото на замърсяване на даден флуид с твърди частици. Замърсяването се кодира с поредица от три числа. Първото число от кода съответства на класа на замърсяване с частици і4 mm; 2-ото обозначава класа на частици і6 mm и 3-ото – частици і14 mm. Самите числа не обозначават фактическия брой частици, а техния количествен диапазон. Съгласно стандарта например кодът 16/14/11 означава, че частиците с размер і4 mm са между 32 000 и 64 000; тези с размер і6 mm са в порядъка между 8000 и 16 000, а частиците і14 mm – между 1000 и 2000 в 100 ml флуид. Важно е да се отбележи, че стъпката на количествено увеличение между два последователни диапазона удвоява броя на частиците, т.е. разликата в замърсяването между два съседни класа е значителна.

Следващата изключително важна стъпка за внедряването на добри практики за смазочните материали е да се определят целевите класове на чистота за съответното оборудване. Освен спецификацията на производителя на оборудването трябва да се вземат предвид допуските (хлабината) между движещите се части. При сервоклапаните например допускът е между 1 и 4 mm, докато при пропорционалните клапани e между 1 и 6 mm. Производителите обикновено посочват вида масло, което трябва да се поддържа в машината, но класът на неговата чистота е конкретизиран само когато тя е критичен фактор за изправността на машината и засяга гаранционните условия. Въз основа на хлабината между подвижните повърхности се определя целевият клас на чистота на маслото. Най-опасните за оборудването частици в маслото са тези, които са с размер близък до допуска. Когато частиците са по-големи, те не преминават между частите, ако са по-малки, те остават в масления филм. Когато обаче са с размер, граничещ с този на допуска, те имат изключително абразивно въздействие, като нараняват и остъргват частици от метала. Получава се набраздяване на движещите се повърхности, което генерира още повече частици.

 

Уплътняване на системата и филтрация на замърсителите

Замърсителите могат да бъдат външни и вътрешни за системата. Външните, като запрашаване и влага, постъпват от околната среда през неуплътнени отвори на резервоара, като стандартни отдушници и цедки. Влага може да проникне от течове в охладителната система например. Замърсяване може да навлезе и с нефилтрирано ново масло. Външните замърсители деградират маслата, компрометират качеството им и допринасят за образуване на вътрешно вторично замърсяване вследствие на абразивното им действие. Влагата освен деструктивна за повърхностите е преди всичко мощен окислител на маслото, отключващ автокаталитичен процес на деградация на добавките, които трябва да го запазят. Когато добавките са компрометирани, те губят своята предпазваща функция и маслото става податливо на окисляване. Между водата и добавките възникват химични процеси, те се оксидират и получените киселини на свой ред реагират химически с въглеводородните молекули на маслото, образувайки свободни радикали и усилвайки процеса. Видим признак за протичащи окислителни реакции е образуването на меки наслагвания. Превенцията се състои в добро уплътняване на системата и минимизиране на навлизането на външни замърсители.

Специалистите препоръчват инсталиране на средства за уплътняване както към съдовете за съхранение, така и на самата машина в експлоатация. Един вариант за изолиране от външната среда е адаптирането на транспортния съд или съда за съхранение чрез монтаж на специализирани адаптерни комплекти. Преди наливане в съоръжението полученото масло трябва да бъде пречистено чрез филтрация. След това трябва да се вземат мерки, за да се предпази маслото, което вече е в експлоатация в машината. Стандартните цедки за наливане и отдушници на резервоара на машината се заменят с влагоабсробиращи филтър-дихатели.

 

Видове мазителен филм и добавки

Въз основа на вида филм при различните приложения се използват масла с различни добавки. Според приложението мазителният филм бива няколко вида.
Граничен мазителен филм (boundary) се наблюдава, когато има лек непостоянен контакт на двете повърхности, например при зъбните предавки. В маслата и гресите за зъбни предавки се прилагат т.нар. EP добавки (extreme pressure). EP маслата имат по-висок вискозитет и са подходящи за изключително високи налягания. Те спомагат за намаляване на триенето и износването и елиминират слепването на повърхности при много голямо натоварване. Обикновено тези добавки са на основата на сяра, която не позволява залепване (заваряване).

Хидродинамичен филм има при пълно разделение между двете повърхности, каквито са турбинните приложения. Тъй като при него няма контакт, се използват само потискащи добавки, например против окисляването.

Смесеният филм е средно положение между гранично и хидродинамично мазане – контактът е изключително малък. Такъв филм възниква при хидравличните приложения, например цилиндри. При тези приложения се използват AW (antiwear) добавки, които най-често са на цинкова основа. Цинкът изпълнява мазителна функция и не позволява слепване и блокиране.

Еласто-хидродинамичен филм се наблюдава при лагери, т.е. ролкови контакти, при които има триене при търкаляне. При еласто-хидродинамичното мазане се извършва отделяне на двете контактни повърхности – търкалящото тяло спрямо гривната, като маслото обира цялото напрежение от натоварването върху лагера в една малка точка. Там маслото е подложено на изключително високо налягане. Това налягане сгъстява и многократно повишава вискозитета на маслото, като не допуска контакт между двете повърхности, но ги подлага на еластична деформация.

 

Филтрация и съхранение на маслата

Маслата могат да се складират в специално предназначени съдове или съдът, в който идва маслото, може да се приспособи за съхранение, като се изолират всички отвори. Отворът се оборудва с филтър-дихател, за да не се допусне достъп на замърсители от околния въздух. Изолиращите адаптерни комплекти са приложими за уплътнение както на съда, така и на резервоара на машината. След получаването на новото непречистено масло то трябва да бъде филтрирано и запазено. С помощта на бързите връзки, монтирани към контейнера, може да бъде включен филтриращ агрегат. За наливане на чисто масло в редуктори например към отдушника се монтира адаптер с бърза връзка за достъп за наливане и филтър-дихател, който пречиства постъпващия въздух, а на дренажа се поставя друг адаптер. По-този начин с минимални средства се постига пълно изолиране и се дава достъп за включване на филтрация, наливане и източване.

Принципът на филтрация се състои в това потокът на флуида да се прокара през филтрираща среда, която улавя и отвежда частиците. Филтрирането може да бъде интегрирано в хидравличната система и да се извършва паралелно с циркулацията на маслото в машината или то да се отведе към допълнително съоръжение за пречистване и след това да се върне отново в резервоара. Филтрирането на смукателния поток предотвратява проникването на частици с размер 150 – 200 mm от резервоара в хидравличната система и представлява най-основна форма на филтрация. Смукателните филтри обикновено се монтират между помпата и тръбата, подаваща налягането. Напорната филтрация има праг на филтриране на частици с размер между 3 mm и 20 mm и може да се използва, за да се защити цялата система, отделни части от системата или само определен компонент. В практиката най-често се прилага филтриране на обратния поток, като филтърът може да се инсталира към възвратната линия, директно във или към резервоара за хидравлично масло непосредствено преди входа за възвратен поток.

За прецизно пречистване освен основната филтрация на хидравличната система на съоръжението се прилагат и методи за допълнителна филтрация. При байпасната филтрация малка част от масления поток се източва от системата, филтрира се и се връща в резервоара. Количеството е такова, че процесът не влияе върху операциите на машината. Влагат се филтърни компоненти с различна пропускателна способност, за да се постигне висок клас на пречистване. Офлайн филтрацията е друг вариант за допълнително улавяне на частици. За да се изведе маслото от системата, се използва външна помпа, което позволява филтрация и при неработеща машина.

Друг важен компонент на пречистването е монтажът на филтър-дихатели, за да се осигури постъпване на сух и пречистен въздух в резервоара при работа на машината. Тази мярка има огромно значение за предпазването на маслото от окисляване. Те представляват комплексни изделия, осигуряващи филтрация на твърдите замърсители и дехидратация на постъпващия въздух. В зависимост от работния режим на машината нивото на маслото се променя. При всмукването на въздух в системата многослойният 3-микронен филтър улавя твърдите частици, а влагоабсорбиращият агент задържа влагата. Предлагат се филтър-дихатели с възможност за подмяна на влагозадържащия гел след сатурирането му с вода и индикатор за степента на запушване на филтъра, който сигнализира кога е необходима подмяна на филтъра. Тази сигнализация може да бъде свързана със SCADA за централизирано следене на състоянието на филтър-дихателя. Филтър-дихателите с Bluetooth връзка са подходящи за приложение на по-трудно достъпни места. Те позволяват следене на промяната в състоянието на самия филтър-дихател (процент на сатурация с вода, посока на сатурация), което дава информация за различни проблеми с въздушната възглавница между маслото и резервоара, наличие на влага и т.н. Устройството също може да бъде свързано със SCADA.

 

Пробовземане и анализ

Визуалният анализ е първичната и най-лесна за изпълнение мярка за мониторинг на състоянието на маслото. Чрез него се следят нивото на маслото, видът и консистенцията. Ако например се установи емулгирана вода или меки наслагвания, това е сигнал за окислителен процес. Предлагат се различни нови средства, подобряващи визуалния анализ. 3D визьорите например позволяват по-отчетлива оценка на бистротата и нивото в сравнение с плоските визьори. Възможно е на дренажната точка да се постави допълнителен визьор за наблюдение, който да показва наличието на свободна вода.

Правилното пробовземане се извършва от средата на съда и винаги от една и съща точка. Изключително полезно приспособление са дренажните комплекти, снабдени със сонда за опробване, чиято дължина може да се регулира, така че да се контролира точката на пробовземане и да се осигури консистентност на пробите. Комплектите дават възможност за включване на индикатор за ниво и магнитен клапан за дрениране на водата. Чрез този клапан се проследява наличието на метални частици – сигнал за износване. Анализът на металните частици показва кои компоненти са засегнати и в каква степен.

Анализът може да бъде опростен или задълбочен (в лаборатории) и има две предназначения. Целта му може да бъде прогнозна т.е. да се определи състоянието на оборудването – има ли износване, от какво естество е, има ли наличие на метални частици. Въз основа на състава им могат да се правят заключения кой компонент се износва и до каква степен. Проактивната роля на вземането и анализа на проби се състои в проследяване и придържане към заложените целеви стойности на чистота.

При проактивната грижа се съблюдава спазването на целевите класове на пречистване от твърди частици съгласно ISO 4406:1999, съдържанието на вода и дали маслото съответства на оборудването (вискозитет и тип приложение). Окисляването се следи във връзка с качеството и пригодността на маслото да изпълнява своята функция. Когато киселинността е повишена, следва да се направят редица други анализи, като анализ на добавките. Заедно с киселинното число това ще даде пълноценна информация дали маслото е деградирало и трябва да се смени.

Изключително функционален и ефективен способ за навременно проследяване и анализ е използването на сензори за качеството на маслото (oil quality sеnsor). Например потопяемите сензори за качество правят съпоставка между текущото състояние на маслото спрямо еталонна проба от ново масло. Сравнението се извършва въз основа на промяната в диелектричността на флуида. Всяко изменение, било то окисляване или поява на частици, се отразява върху неговата проводимост.

Извършването на анализ постоянно или на чести интервали позволява наблюдение на кривата на промяна и навременна реакция при възникване на инцидентно събитие. В машината може да се вгради и сензор за броене на частиците, който също извършва анализа на място и е калибриран съгласно ISO 4406. Със сензори се следи и относителната наситеност с влага спрямо капацитета за задържане на вода на съответния флуид. Още по-точна информация дават сензорите, които са предназначени за определяне на абсолютното съдържание на влага. Всички сензори могат да бъдат комбинирани в комплексен център за следене на състоянието на маслото.

Внедряването на програма за прецизно машинно смазване представлява проактивна грижа за оборудването, т.е. поддръжката се фокусира върху това да отстрани причините, които биха довели до проблеми преди тяхното възникване. Проактивните мерки за уплътняване на приложението, правилното съхранение, филтрирането на новите масла и контролът на качеството позволяват с минимална инвестиция значително да се подобри състоянието на съоръженията. Степента на нововъведени модификации зависи от критичността на дадено оборудване и доколко това оправдава инвестицията.

 

Top