در تجهیزاتی که انواع چرخ دنده بکار رفته مانند گیربکس ها و در توربین هایی که از گیربکس استفاده شده است، نیاز به روغنی است که بار روی چرخ دنده ها را نیز تحمل کند. در چنین مواقعی بدلیل افزایش فشار، شرایط روانکاری مرزی ایجاد شده و نیاز به روغنی حاوی ادتیو EP روغن است. در روغنهای حاوی ادتیو EP بدلیل افزایش دمای روغن، ادتیوهای EP روغن فعال شده و در اثر واکنش با سطوح تماس، یک لایه مقاوم را روی سطح ایجاد کرده و از تماس مستقیم فلز به فلز جلوگیری میکند. در این مقاله تاثیر عدم افزودنی EP در روغن بر روی تجهیزاتی مانند گیربکس شرح داده شده است.
تعریف افزودنی EP روغن Extreme Pressure (EP) Additives
افزودنی های EP روغن شامل ترکیبات مولکولی هستند که با سطوح فلزی در شرایط اصطکاک زیاد واکنش نشان میدهد. و تولید یک فیلم حفاظتی مینماید که مانع جوش خوردگی و آسیب سطوح فلزی درگیر بهم میشود. در اثر درگیری و ضربه مداوم قطعات به هم در حین کار، دما بالا میرود که باعث فعال شدن این افزودنی ها میشود و اگر درست و صحیح بکار برده شوند، توانایی سیال روانکاری را برای دفع ضربات بهبود بخشیده و در نتیجه عمر قطعات بیشتر میشود.
تاریخچه استفاده ترکیبات EP روغن
در گذشته افزودنی های EP از پایه های سرب، گوگرد فعال و بعدها از ترکیبات کلردار تشکیل میشد. از اواسط دهه ۱۹۵۰ میلادی کاربرد صابون های محتوی سرب در دستگاهی محدود و به جای آن افزودنی های حاوی روی و فسفر جایگزین شدند. افزودنی های فعلی حاوی ترکیبات گوگرد – فسفر، بورات ها و ترکیب گوگرد – روی هستند که در برابر گرما پایدار بوده و موجب خوردگی سایر فلزات غیر آهنی و آلیاژهای مسی نمیشوند.
افزودنی های EP روغن چگونه کار میکند
هر افزودنی موجود در روغن بوسیله فشار و دمای خاصی فعال میشود . روان کننده های حاوی EP غالبا شامل افزودنی های دیگر نیز می باشد که قبل از اینکه دما و فشار به نقطه ای که در آن مواد افزودنی کلر و فسفر و سولفور فعال شوند کار میکنند.
نقش و نحوه عملکرد افزودنیهای EP روغن
افزودنی های EP روغن از جوش خوردگی موضعی سطوح فلزی با یکدیگر در اثر بار زیاد و در شرایط روانکاری لایه مرزی جلوگیری میکنند. هنگامی که تماس بین دو فلز برقرار میشود، دمای موضعی بالا میرود و این افزودنی ها در این حالت به سطح فلز متصل شده و با ایجاد فیلمی که تا حدی مقاوم است، از جوش خوردگی بین سطوح ناصاف فلز جلوگیری کرده و مانع ساییده شدن دندانه میشود. این پیوند میان افزودنیهای EP با سطوح فاز به دو صورت فیزیکی و یا شیمیایی بوجود می آید. این لایه به هنگام تماس، از فلز جدا شده و مانع از جوش خوردن، ساییدگی و خراشیدگی سطوح دندانه ها در نقطه تماس میشود. بدین ترتیب، افزودنی های EP از تخریب سطح فلز که به ویژه در هنگام روشن و خاموش نمودن و بارهای ناگهانی جلوگیری کرده و مقاومت خوبی از خود نشان میدهد.
تاثیر افزودنیهای EP روغن بر روی دندههای گیربکس همزن
ادتیوهای EP روغن خواص ضد سایش و تحمل فشار بسیار خوبی در محدوده وسیعی از شرایط ایجاد میکنند. (شکل ۱) مربوط به چرخ دنده ای میباشد که روغن موجود در گیربکس فاقد افزودنی EP بوده است که باعث فرسایش دنده ها شده است.
یکی از مهمترین خصوصیات عملکرد یک روان کننده، ظرفیت تحمل بار آن و یا به عبارت دیگر توانایی آن جهت جلوگیری و یا به حداقل رساندن سائیدگی چرخ دنده هاست. این ظرفیت تحمل بار بیشتر با استفاده از مواد افزودنی در روانکار تأمین میشود. به این نوع روان کننده ها، روانکارهای بالا برنده تحمل فشار یا EP گفته میشود.
شکل 1: فرسایش چرخ دنده
انواع افزودنیهای EP روغن
افزودنی های روغن در چرخ دنده ها با بار زیاد شامل افزودنی های کلر، فسفر، و سولفور میباشد. که در واکنش با سطح فلز به ترتیب کلراید، فسفات و سولفورهای آهن تشکیل میدهند. این نمک های فلزی یک فیلم شیمیایی تولید کرده و به عنوان یک حایل یا سد عمل میکند و اصطکاک و سایش و خراشیدگی را کم می نماید. نوع چهارم این افزودنی ها به طریقه متفاوتی عمل میکند و در هنگام واکنش با آهن، فیلمی تشکیل میدهد که مانعی بین سطوح میباشد و در مقایسه با افزودنی های پایه کلر، فسفر، و سولفور به درجه حرارت وابسته نمیباشد. شکل ۲ محدوده کاربرد افزودنیهای EP را نشان میدهد.
شکل ۲: کاربرد افزودنیهای EP
افزودنی های EP روغن شامل این عناصر است:
گوگرد (Sulfur)
ترکیبات گوگرد با سطوح فلزی در دما و فشارهای بالا واکنش نشان میدهد و فیلم روغن حاصل شده و در شرایط فشار و دمای بیشتر دوام میآورد.
فسفر (Phosphorus)
ترکیبات فسفر با سطوح فلز تحت فشار و دمای نرمال واکنش میدهند، و در نتیجه یک فیلم روغن با خصوصیات ضد سایش و تحمل فشار زیادتر برای روان کننده بوجود می آورد و دامنه تولیدات این افزودنی بر پایه خصوصیات یا ویژگی های فسفر از ترکیبات حلال در آب تا سیستم های روغن بر پایه مشخصات مهندسی میباشد.
کلر (Chlorine)
ترکیبات کلر با سطوح فلزی تحت فشار و دمای متعادل واکنش نشان داده و باعث دوام موقتی روغن میشود و اغلب سیستم های روان کننده کاربرد دارد.
سولفانات (Sulfanate)
ترکیبات این افزودنی، بطور قوی جذب سطوح فلز میشود و فیلم ایجاد شده خاصیت ضد جوش خوردگی به وجود می آورد. این گروه از محصولات، اثر زمانی که با افزودنی های پایه سولفور بکار برده میشوند قوی تر میگردد.
روغن چرخ دندهها با افزودنیهای EP
چرخ دنده ها در شرایط سختی در حضور روان کننده کار میکند و در عملکردهای گوناگون مورد استفاده قرار میگیرند. از جمله کاهش سرعت، ظرفیت بالای انتقال گشتاور واکنش این افزودنی ها با سطوح در محدوده فشار و دمای تعریف شده اجازه میدهد که این سطوح بر روی هم به آسانی بلغزد و سایش قطعات را به حداقل برساند و برای هر محدوده دما و فشار باید روغن هایی با افزودنی های متناسب بکار رود.
مطالعه موردی: روغن گیربکس هوازن واحد بازیافت
آزمایشات انجام شده بر روی عملکرد روغن چرخ دنده گیربکس هوازن ها با دور موتور ۱۴۷۰ و دور خروجی گیربکس ۷۲۰ انجام شد، که نتایج زیر از ۴ نمونه روغن آزمایش شده بدست آمد.
مرحله اول
نتیجه آزمایش نمونه ۱و ۲ نشان از فرسایش شدید قطعات بوده که علت فرسایش استفاده از روغن بدون افزودنی EP میباشد . ( شکل 3)
شکل 3 : سیاه شدن رنگ روغن و افزایش ضریب شدت فرسایش و عنصر آهن
مرحله دوم
بعد از نتیجه آزمایش، تعویض روغن و شستشوی هوزینگ بیرینگ و استفاده از روغن حاوی افزودنی EP در دستور کار قرار گرفت.
مرحله سوم
نتیجه آزمایش نمونه ۳ و ۴ نشان از رضایت بخشی وضعیت فرسایش میباشد، که علت عمده فرسایش این تجهیزات استفاده نکردن از روغن های حاوی افزودنی های EP بوده است. در این آزمایش مقدار فرسایش آهن از 602PPM به 14PPM و همچنین سنجش ذرات فرسایشی از 136PPM به 26PPM کاهش یافته است (شکل 4)
شکل 4: شفاف شدن رنگ روغن و کاهش ضریب شدت فرسایش و عنصر آهن
نتیجه گیری
افزودنی های EP روغن در دما و فشار معینی تشکیل و فعال میشود و در فرآیندهایی که با کوبش قطعات همراه است از سایش جلوگیری میکند. بکار بردن افزودنی های EP باید متناسب با شرایط دستگاه و محیط کارکرد بکار گرفته شود و استفاده از آنها، باعث طولانی تر شدن عمر قطعات گیربکس ها و سالم ماندن دندانه ها و تحمل بار وارده در دوره عمر اقتصادی ماشین آلات شده و نیاز به تعویض روغن و قطعات را کاهش داده و کاهش هزینه های نگهداری و تعمیرات را در پی دارد.
منبع: حسین فرجی، داریوش احمدی، مهرداد یزدانفر، ” تاثیر مواد افزودنی (EP) موجود در روغن بر روی چرخ دنده ها با استفاده از آزمایشات آنالیز روغن” ششمین کنفرانس تخصصی پایش وضعیت و عیب‌یابی ماشین آلات ایران، تهران، دانشگاه صنعتی شریف، اسفند ۱۳۹۰
