روغن دنده صنعتی: تعریف، نحوه انتخاب، زمان تعویض
روغن دنده صنعتی به عنوان رگ حیات بسیاری از فرآیندهای صنعتی عمل میکنند و از اثرات نامطلوب اصطکاک، گرما و سایش محافظت به عمل میآورند. اهمیت آنها نه تنها در افزایش کارایی ماشینآلات بلکه در کمک به صرفهجویی در هزینه از طریق کاهش زمان خرابی، تعمیر، نگهداری و هزینههای ناشی از جایگزین کردن تجهیزات است. همانطور که صنایع همچنان در حال تکامل هستند، اهمیت استفاده از روغنهای دنده صنعتی با کیفیت بالا و انتخاب مناسب برای اطمینان از طول عمر و عملکرد بهینه سیستمهای دنده صنعتی بسیار مهم است. با ما همراه باشید تا مروری بر اجزای سازنده روغن دنده صنعتی بیندازیم و به این سوالات پر تکرار پاسخ دهیم: چگونه روغن دنده صنعتی مناسب تجهیزاتم را بیابم و چند وقت یکبار باید آنها را تعویض کنم؟
روغن دنده چیست؟
به عنوان یک قاعده، روغنهای دنده صنعتی از یک سیال پایه که معمولاً به عنوان روغن پایه شناخته میشود و مواد شیمیایی که به عنوان افزودنی شناخته میشوند، تشکیل میشوند. کیفیت و عملکرد روغن دنده به کیفیت سیال پایه و ترکیب مواد افزودنی یا سیستمهای افزودنی بستگی دارد. طبقهبندی و عملکرد روغن دنده در نهایت بر اساس نوع سیال پایه و مواد افزودنی مورد استفاده همراه با جنبه های فنی و اکولوژیکی تعیین میشود. روغنهای دنده صنعتی عمدتاً 85 تا 95 درصد از روغنهای پایه با ویسکوزیتههای مختلف تشکیل شدهاند. بسته به نوع روغن دنده، افزودنیها بین 5 تا 15 درصد را شامل میشوند (روغنهای مخصوص به میزان قابل توجهی بیشتر هستند). روغنهای دنده عمدتا از پایههای معدنی مبتنی بر پارافین، پلی آلکیلن گلیکولهای مصنوعی، استرهای مصنوعی و پلی آلفائولفینهای مصنوعی تولید میشوند.
- روغنهای دنده بر پایه روغن معدنی: نفت خام تحت فرآیندهای مختلف از جمله تقطیر و تصفیه قرار میگیرد تا روغنهای پایه مورد نیاز برای تولید روانکنندهها استخراج شود. ترکیب روغنهای معدنی همیشه مخلوطی از انواع مختلف هیدروکربنها است. این ترکیبات حلالیت و پاسخ خوبی به مواد افزودنی دارند و با چندین دهه تجربه و تلاش برای بی ضرر بودن برای مهر و موم، مواد پوششی و سایر مواد استاندارد مورد استفاده در ساخت چرخدنده توسعه یافتهاند. روغنهای معدنی مخلوطی از ترکیبات هیدروکربنی مختلف هستند. بسته به تعداد ترکیبات پارافینی (XP)، معطر (XA) و نفتنیک (XN)، روغنها بین دو گروه اصلی نفتنیک و پارافینیک تقسیم میشوند. اگر اکثر اتمهای کربن در ترکیبات نفتنی باشد، به این روغنها پایه نفتنیک گفته میشود. بیشترین درصد روغنهای پایه دنده صنعتی پارافینیک است. آنها رفتار دمایی ویسکوزیته خوبی را ارائه میدهند (شاخص ویسکوزیته بیش از 90 است). علاوه بر عملکرد کلی، افزودنیها به راحتی در آنها حل میشوند. چنین روغنهای معدنی همچنین سازگار هستند و هیچ مشکلی برای مهر و موم و ماشین ایجاد نمیکنند. به طور کلی روغنهای دنده مبتنی بر روغن معدنی به عنوان روانکنندههای استاندارد برای دههها مورد استفاده قرار گرفتهاند.
- پلی آلفائولفینها (PAO) روغنهای پایه مصنوعی: در حال حاضر، مهمترین گروه روانکنندههای مصنوعی، گروه هیدروکربن های مصنوعی، به ویژه پلی آلفائولفینها (PAO) هستند. این روغنهای پایه پارافین مانند هستند که از پلیمریزاسیون الفینها به دست میآیند. طول زنجیرهای از پیش تعریف شده (درجه پلیمریزاسیون) در آنها امکان تولید ویسکوزیتههای مختلف، شاخص ویسکوزیته طبیعی بالا و نقطه ریزش کم را فراهم میکند. پلی آلفائولفینها حاوی هیچ گونه ترکیبات گوگردی یا نیتروژن نیستند. شاخص ویسکوزیته طبیعی بالا (VI > 135) باعث میشود ویسکوزیته این روغنها نسبت به روغنهای معدنی بسیار کمتر به دما وابسته باشد. مزایای اساسی استفاده از روغنهای پایه مبتنی بر PAO در روانکنندهها همراه با افزودنیهای مناسب، پایداری بالا در برابر اکسیداسیون و خواص بسیار خوب در دمای پایین است. حتی در دماهای بالا، پلی آلفائولفینها خواص اکسیداسیون و پیری کمتری را در نتیجه ساختار تعریف شده از خود نشان میدهند. مطالعات انجام شده روی پلی آلفائولفینها و ترکیبات اشباع شده از طریق تستهای اکسیداسیون ویژه ( ASTM D 2272) نشان داده است که عمر پلی آلفائولفینها تا چهار برابر روغن دنده مبتنی بر روغن معدنی است. پلی آلفائولفینها یا به اصطلاح هیدروکربنهای مصنوعی، در اصل محصولات پتروشیمی هستند که با روغنهای معدنی در همه نسبتها قابل اختلاط هستند. PAO ها دارای نقطه اشتعال بالا و نقطه ریزش فوقالعاده کم هستند. سازگاری آنها با رنگ و پلاستیک با روغنهای معدنی قابل مقایسه است و بنابراین مشکلی ایجاد نمیکنند. آنها اغلب در گیربکسهای صنعتی با فشار زیاد یا در گیربکسها به کار رفته در صنایع غذایی استفاده میشوند. این پایهها را همچنین میتوان در دماهای بالا و در شرایط اکسیداسیون شدید استفاده کرد و در نهایت عمر بسیار طولانیتری نسبت به روغنهای معدنی دارد.
استانداردهای ASTM چیست و انواع آن در روانکارهای صنعتی شما را در درک این تست یاری میکند.
استانداردهای ASTM استانداردهای فنی هستند که توسط ASTM International (که قبلاً به عنوان انجمن آزمایش و مواد آمریکا شناخته میشد) توسعه و منتشر شده است. این مجموعه یک سازمان شناخته شده و جهانی است که استانداردهایی را برای طیف وسیعی از صنایع و کاربردها توسعه و منتشر میکند.
- پلی آلکیلن گلیکولها (PAG): روغنهای پایه مصنوعی پلی آلکیلن گلیکولها پلیمرهای اتیلن اکسید (EO) یا پروپیلن اکسید (PO) یا مخلوطی از این اجزا هستند. بسته به نسبت اختلاط EO/PO، خواص کلیدی مانند حلالیت در آب ایجاد میشود. پلی گلیکولهای محلول در آب بیشتر بر اساس EO یا EO/PO ساخته میشوند. پلی گلیکولهای غیر محلول در آب با پلیمریزاسیون PO بدست میآیند. در مقایسه با روغنهای معدنی، نمودار ویسکوزیته-دمای پلی گلیکولها بسیار هموارتر است. شاخص گرانروی طبیعی و پایدار پلی گلیکولها نیز بین 180 تا 250 است. این یعنی که روانکنندههای مبتنی بر پلی گلیکول رفتار ویسکوزیته-دما بسیار خوبی دارند. روانکنندههای مبتنی بر پلی گلیکول به دلیل قطبیت و ظرفیت باربری بالا روانکاری فوق العادهای دارند. این روانکنندهها دارای ضرایب اصطکاک بسیار پایینی هستند، بنابراین در کاربردهایی با سطوح بالای اصطکاک لغزشی و در تماسهای فولادی/برنزی به کار برده میشوند. این پایهها همچنین در چرخدندههای حلزونی در شرایط اصطکاک نامساعد و در دماهای بسیار بالا استفاده میشوند. چنین روغنهایی برای کاربردهای شدید توصیه میگردد، به عنوان مثال، غلتکهای برجسته و روغن ماشینهای کاغذسازی. معمولاً در تجزیه حرارتی پلی گلیکولها رسوبات جامد و بقایایی تولید نخواهد شد. یک عیب بزرگ پلی گلیکولها، سازگاری محدود آنها با رنگ، الاستومرها و آلیاژهای آلومینیوم است. روغنهای دنده مبتنی بر پلیگلیکول را فقط میتوان با مواد و اجزای خاصی استفاده کرد. با وجود این، سازگاری باید قبل از هر برنامه آزمایش شود. یکی دیگر از معایب پلی گلیکولها ناسازگاری آنها با روغنهای معدنی است. سیستمهایی که قبلاً روی روغنهای معدنی یا هیدروکربن ها کار میکردند باید کاملاً تمیز و شسته شوند تا بتوان از روغنهای پلی گلیکول در آنها استفاده کرد. اگر پلی گلیکولها در حین استفاده بیش از حد آب جذب کنند، ناسازگاری، خوردگی و مشکلات فلزی ممکن است رخ دهد. برخی از پلی گلیکول ها را میتوان به طور مداوم در دمای بین 20 تا 100 درجه سانتیگراد و حتی تا 110 تا 120 درجه سانتتیگراد برای دوره های کوتاه استفاده کرد.
- استرهای مصنوعی (CLP-E): استرهای مصنوعی شامل طیف وسیعی از محصولات با تنوع ساختاری زیاد است. استرها در اثر واکنش شیمیایی الکل ها و اسیدها تولید میشوند. هر دو الکل و اسید را میتوان برای رسیدن به ویژگیهای محصول نهایی دستکاری کرد. مواد خام برای استرهای مصنوعی از مواد پتروشیمی و همچنین از مواد طبیعی و محصولات اصلاح شده شیمیایی نشئت میگیرد. به دلیل تنوع زیاد مواد اولیه مورد استفاده و کنترل متفاوت فرآیند تولید، گروه موادی که میتوان در تولید استرها به دست آورد، تنوع ساختاری زیادی دارد. گستردهترین استرهای مصنوعی، استرهای دی کربوکسیلیک اسید، استرهای پلیول و استرهای پیچیده هستند. استرها رفتار ویسکوزیته-دمای خوبی دارند (شاخص ویسکوزیته 160-180). سیالیت بسیار خوب در دماهای پایین، نقطه ریزش کم و تمایل به تبخیر اندک از دیگر ویژگیهای مطلوب این محصولات به شمار میرود. با توجه به خطر هیدرولیز (واکنش معکوس استری)، رطوبت یا آب بیشترین خطر را برای روانکنندههای مبتنی بر استرهای مصنوعی دارد. این معایب را میتوان با انتخاب مناسب استرهای درجه بالا و اشباع شده، همچنین افزودنیهای ویژه جبران کرد. استرها با روغنهای معدنی و پلی آلفائولفینها نیز مخلوط میشوند زیرا با این ترکیبات سازگار هستند. علاوه براین استرها تجزیهپذیر نیز هستند و میتوان آنها را در دسته روانکارهای سازگار با محیطزیست در نظر گرفت. به دلیل سازگاری با محیطزیست، روغن دندههای حاوی استر مصنوعی را میتوان در مناطقی که حساسیت به محیطزیست مطرح است مورد استفاده قرار داد ( به عنوان مثال، در مهندسی آب و یا در نیروگاههای بادی). این ترکیبات همچنین تمایل دارند الاستومرها را متورم کنند و سطوح رنگ را از بین برند. در نتیجه هنگام استفاده از این محصولات باید رنگ، الاستومر و پلاستیک سازگار با استر انتخاب شوند. به خاطر داشته باشید استرها روانکاری عالی را به ویژه در شرایط اصطکاک مرزی ارائه میدهند.
به هنگام انتخاب روغندنده صنعتی به چه نکاتی باید توجه کنیم؟
چگونه میدانید کدام روانکننده برای یک کاربرد خاص مناسبتر است؟ به طور معمول، جستجو در دفترچه راهنمای تعمیر و نگهداری محصول سادهترین راه است، اما متاسفانه، این راه حل ممکن است همیشه روانکاری بهینه را برای یک مجموعه دنده ارائه نکند. افرادی که مسئولیت انتخاب روانکارها را بر عهده دارند مهم است که درک اساسی از نحوه تعیین روانکارها برای چرخدنده داشته باشند.
برای انتخاب بهترین روانکننده برای یک مجموعه دنده، معیارهای زیر باید رعایت شود:
- ویسکوزیته: اغلب به عنوان مهمترین خاصیت روغن روانکننده شناخته میشود.
- مواد افزودنی: افزودنی مورد استفاده در روانکننده، دسته کلی روانکننده را تعیین میکند و بر ویژگیهای عملکردی تحت شرایط عملیاتی تاثیر میگذارد.
- نوع روغن پایه: نوع روغن پایه مورد استفاده باید با توجه به شرایط عملیاتی، نوع دنده و سایر عوامل تعیین شود. پیشتر در مورد انواع پایه در روغن دنده صنعتی توضیح دادیم.
اکنون به توضیح جزییات مربوط به ویسکوزیته و مواد افزودنی میپردازیم.
ویسکوزیته
انتخاب درجه ویسکوزیته مناسب معمولاً به سادگی با جستجو در دفترچه راهنمای تعمیر و نگهداری یک قطعه پیدا میشود، اما متأسفانه، دفترچه راهنما همیشه وجود ندارد یا دستگاه خارج از شرایط توصیه و تعریف شده کار میکند. بنابراین، درک روشهای انتخاب ویسکوزیته و عواملی که بر این نیاز تأثیر میگذارند مهم است.
ویسکوزیته روغن روانکننده" را در این مورد مطالعه بفرمایید.
ویسکوزیته به عنوان مقاومت سیال در برابر جریان تعریف میشود. هنگامی که یک سیال در جریان است، مولکولهای تشکیلدهنده آن به دلیل برهمکنش مولکولی که بین آنها وجود دارد، نوعی اصطکاک را تجربه میکنند.
یکی از متداولترین روشها برای تعیین ویسکوزیته استاندارد ANSI (موسسه استاندارد ملی آمریکا) و AGMA (انجمن سازندگان چرخدنده آمریکا) است. در این روش، مفروضاتی در رابطه با بار، شاخص ویسکوزیته و ضریب فشار- ویسکوزیته روانکار مطرح میشود.
برای استفاده از این روش باید نوع دنده، هندسه دنده، دمای کارکرد و سرعت دنده کُند مشخص شود. پس از محاسبه سرعت گام-خط (pitch-line) در کندترین چرخدنده در واحد، درجه ویسکوزیته مورد نیاز را میتوان با استفاده از بالاترین دمای عملیاتی احتمالی واحد از جداول مرجع به دست آورد. سرعت pitch-line تابعی از قطر گام چرخدنده و سرعت چرخش آن است.
توجه به این نکته ضروری است که در این روشها شاخص ویسکوزیته برابر با 90 در نظر گرفته شده است. اگر شاخص روانکار از این مقدار منحرف شود، باید موارد دیگری را لحاظ کرد.
مواد افزودنی
پس از انتخاب درجه ویسکوزیته، باید نوع مواد افزودنی انتخاب شود. نوع روانکننده دنده که به بهترین وجه با یک کاربرد معین مطابقت داشته باشد، با توجه به شرایط عملیاتی تعیین میشود. از آنجایی که هیچ دستورالعمل استانداردی برای کمک به تعیین افزودنی وجود ندارد، انتخاب تا حدودی ذهنی و تجربی است. بسیاری از تولیدکنندگان تجهیزات، ویسکوزیته مورد نیاز را مشخص کرده و تصمیم در این مورد را به کاربر نهایی واگذار میکنند. برخی دیگر نیز محافظهکارانه عمل کرده و روانکنندههای EP را برای کاربردها مشخص میکنند. متداولترین روغن دندهها بر اساس مواد افزودنی عبارت است از:
- روانکنندههای دنده حاوی مواد افزودنی شامل ضد زنگ و ضد اکسیداسیون (R&O): عموماً پایداری شیمیایی مناسب دارند و در جلوگیری از خوردگی و سرکوب کف به خوبی عمل میکنند. این محصولات برای استفاده در چرخدندههایی که تحت سرعتهای نسبتاً بالا، بارهای کم با بارگذاری یکنواخت (بدون بارگذاری ضربهای) قرار دارند، طراحی شدهاند. این محصولات در شرایط روانکاری مرزی که باید از سایش جلوگیری شود انتخاب مناسبی نیستند.
- روانکنندههای دنده فشار شدید: این روانکنندهها دارای برخی از قابلیتهای عملکردی هستند که بیشتر از روغنهای R&O است. علاوه بر خواص ذکر شده برای روانکنندههای R&O، این روانکنندهها استحکام فیلم یا توانایی حمل بار را افزایش میدهند. رایجترین افزودنیهای EP گوگرد-فسفر است که شیمی سطوح ماشین را تغییر میدهند تا از سایش چسبنده در شرایط روانکاری مرزی جلوگیری کنند. علاوه بر سولفور فسفر و دی آلکیل دی تیوفسفات روی (ZDDP)، چندین ماده جامد رایج به عنوان افزودنیهای ضد سایش در فرمولاسیون این محصولات به کار میرود که میتوان به مولیبدن-دی سولفید (مولی)، گرافیت و بوراتها اشاره کرد. یکی از مزایای این افزودنیها این است که برای فعال شدن به دما وابسته نیستند.
- روانکنندههای دنده کامپاند: به طور کلی در تهیه این نوع روانکنندهها از یک اسید چرب سنتتیک استفاده میشود تا روانکنندگی و استحکام فیلم افزایش یابد. رایجترین کاربرد برای این روانکنندههای دنده، چرخدندههای حلزونی است. به دلیل تماس لغزشی و اثرات منفی عوامل EP، روانکنندههای کامپاند به طور کلی بهترین انتخاب محسوب میشود. این روغنها به عنوان روغن سیلندر نیز شناخته میشوند زیرا در ابتدا برای کاربردهای سیلندر بخار فرموله شده بودند.
روغن دنده صنعتی را چند وقت یکبار باید تعویض کنیم؟
با گذشت زمان، روغن دنده میتواند خراب و کثیف شود که این امر منجر به افزایش اصطکاک و گرما در داخل گیربکس میشود. این فرسودگی روغن در نهایت باعث خرابی یا اخلال در اتصال قطعات میشود که خرابی و تعمیرات پرهزینهای در پی دارد. بنابراین با تعویض منظم روغن، میتوانید به جلوگیری از این مشکلات کمک کنید و تجهیزات خود را روان نگه دارید.
با این حال، اینکه چند وقت یکبار باید روغن دنده خود را تعویض کنید به نوع ماشینآلات، تعداد دفعات استفاده از آنها و محیطی که در آن کار می کنید بستگی دارد. به عنوان مثال، اگر یک ماشین برای کاربردهای سنگین در یک محیط کثیف که گیربکس در معرض دمای کار بالا قرار دارد استفاده میشود، روغن باید اغلب تعویض شود. با این حال، اگر دستگاهی به دفعات مورد استفاده قرار نگیرد و در یک محیط تمیز نگهداری شود، روغن آن را میتوان کمتر تعویض کرد. در شرایط عملیاتی معمولی، فواصل تعویض روغن دنده معمولاً بین 3000 تا 8000 ساعت کارکرد است. با این حال، این بازه میتواند به طور گستردهای بر اساس عواملی که قبلا ذکر شد متفاوت باشد. برای تعیین اینکه چند وقت یکبار باید روغن دنده صنعتی خود را تعویض کنید، به دفترچه راهنمای ماشینآلات مراجعه و یا با یک مکانیک حرفهای مشورت کنید. توجه به نکات زیر نیز میتواند کمککننده باشد:
- تجزیه و تحلیل روغن: تجزیه و تحلیل دورهای روغن میتواند به تعیین وضعیت روغن دنده و شناسایی مشکلات احتمالی قبل از اینکه منجر به خرابی تجهیزات شود، کمک کند. از این تجزیه و تحلیل میتوان برای ارزیابی عواملی مانند ویسکوزیته روغن، سطوح آلودگی و کاهش مواد افزودنی استفاده کرد.
- بازرسی بصری: به طور منظم روغن دنده را از نظر علائم آلودگی، تغییر رنگ یا بوهای غیر معمول بررسی کنید. هر گونه تغییر قابل توجه در ظاهر روغن ممکن است نشاندهنده نیاز به تعویض باشد.
- نظارت بر تجهیزات: برخی از تجهیزات مدرن صنعتی مجهز به سیستمهای نظارت بر وضعیت هستند که به طور مداوم سلامت روغن دنده و وضعیت کلی تجهیزات را ارزیابی میکنند. توصیههای ارائه شده توسط این سیستمها را دنبال کنید.
کلام آخر
هدف اولیه روغنهای دنده صنعتی به حداقل رساندن اصطکاک بین چرخدندهها، تسهیل حرکت صاف و همزمان دفع گرمای تولید شده در حین کار است. بنابراین این روغنها به طور قابل توجهی به جلوگیری از سایش، خوردگی، افزایش طول عمر چرخدندهها و اجزای مرتبط کمک میکنند. علاوه بر این، روغنهای دنده صنعتی ویسکوزیته مناسب را در طیف وسیعی از دماها حفظ میکنند تا عملکرد ثابت و قابل اعتماد را در محیطهای عملیاتی متنوع تضمین کنند. انتخاب صحیح روغن دنده صنعتی نکتهای حیاتی است. انتخاب این روانکار به عوامل مختلفی از جمله نوع دنده، شرایط کارکرد و مشخصات سازنده بستگی دارد. نظارت منظم، تجزیه و تحلیل روغن و رعایت برنامههای نگهداری توصیه شده برای به حداکثر رساندن اثربخشی این روانکنندهها و افزایش عمر تجهیزات ضروری است.
منابع
- Böck, W. (2014). Industrial Gear oils. In Springer eBooks (pp. 977–994). https://doi.org/10.1007/978-3-642-22647-2_282
- Corporation, N. (2019, June 21). What you need to know when selecting gear oils. Machinery Lubrication. https://www.machinerylubrication.com/Read/926/gear-oils
سوالات متداول
خیر. برخی از روغنهای دنده صنعتی ممکن است کاربردهای خاصی داشته باشند، مانند سیستمهای دنده بسته، یاتاقانهای صنعتی یا سیستمهای هیدرولیک خاص. با این حال، بررسی سازگاری و مشورت با کارشناسان روغن کاری بسیار مهم است.
روغن دنده را در جای خشک و خنک، دور از نور مستقیم خورشید و دمای شدید نگهداری کنید. روشهای صحیح جابجایی را دنبال کنید و در صورت عدم استفاده، درب آنها را بسته نگاه دارید تا از آلودگی جلوگیری کنید.
روغنهای دنده EP حاوی مواد افزودنی هستند که در شرایط پرفشار محافظت بهتری را فراهم میکنند که در کاربردهای دندههای صنعتی معمول است. این افزودنیها به جلوگیری از سایش و آسیب به چرخدندههایی که تحت بارهای سنگین کار میکنند کمک میکند.
