محاسبه مقدار گریس و فرکانس آن

با درود و مزید احترام

در این پست قصد بر آن است که نحوه محاسبه مقدار مورد نیاز برای تزریق گریس در یک برینگ و فاصله زمانی این تزریق ها، آشنایی مختصری ایجاد شود

همانطور که قبلا در پستی جداگانه به عرض رسیده بود، در محاسبه مقدار روغن یا گریس مورد نیاز برای هر بار تزریق درون یک برینگ، دانستن ابعاد برینگ (اعم از قطر های داخلی و خارجی یا عرض و طول ناحیه روغنکاری که در پست های قبلی با شکل نشان داده شده بود) نکته ای کلیدی است. بدین ترتیب، با معلوم بودن این دو مشخصه ابعادی و ضرب کردن مضرب آنها (برحسب اینچ) در 0.114، مقدار گریس لازم برحسب اونس را بدست آورد. در مقیاس متریک نیز، با ضرب کردن دو بُعد فوق در مقیاس سانتیمتر، و سپس ضرب کردن حاصل در عدد 0.005، مقدار گریس لازم برحسب گرم بدست خواهد آمد. این فرمول برای تمامی انواع برینگ ها معتبر است

اما، پس از اینکه مقدار گریس لازم را بدست آوردیم، باید بدانیم که این مقدار از گریس در چه فاصله زمانی باید به برینگ تزریق شود؟ پاسخ به این سوال، محاسبه پیچیده ای را می طلبد. این فاصله زمانی که به فرکانس گریس کاری مجدد یا Regreasing Frequency معروف است، علاوه بر شرایط ابعادی و فیزیکی برینگ، تابع شرایط محیطی محل کار برینگ نیز هست. این عوامل بشکل ضرایبی از اعداد که بخشی از یک فرمول محاسباتی را تشکیل می دهند که در شکل 1 نشان داده شده است، هر یک براساس شرایط مستقل تعیین شده و تاثیر خود را در فرمول می گذارند

شکل 1: فرمول محاسبه دوره زمانی باقیمانده تا گریسکاری بعدی برینگ (برحسب ساعت)

اولین و مهمترین عامل در تعیین فاصله زمانی تزریق یک گریس، دمای محیط عملکردی برینگ است. هرچه محیط داغتر باشد، فاصله زمانی بین دو تزریق گریس کوتاهتر خواهد شد. میزان گرد و غبار در محیط و در عین حال، رطوبت نسبی محیط کار نیز، کم و بیش، همین اثر را دارند. بنابراین، هرچه محیط کاری برینگ پرگرد و غبارتر و پررطوبت تر باشد، فاصله زمانی بین دو گریسکاری نیز کوتاهتر خواهد شد. مواردی مانند شرایط ابعادی برینگ و شرایط محل نصب و عملکرد آن (اعم از ارتعاش، بارگذاری، سرعت چرخش، و...) نیز بر مدت بین دو گریسکاری تاثیر مستقیم دارند. بعنوان مثال، اگر برینگ روی یک شفت عمودی نصب شده باشد، طبیعی است که گریس متمایل به «دویدگی» و بیرون زدن از هوزینگ را خواهد داشت. بنابراین، هوزینگ زودتر از گریس خالی شده و زودتر نیاز به گریسکاری خواهد داشت. ارتعاش نیز همین اثر مخرب را دارد. بطوریکه در اثر ارتعاش، روغن گریس تمایل به جداشدن از تیکنر را پیدا کرده و گریس خیلی زود خواص خود را از دست می دهد. آخرین ضریب تاثیر نیز به شکل و هندسه برینگ اختصاص دارد. مسلما، شکل هندسی المان های تشکیل دهنده برینگ، اعم از بال (ساچمه)، رولر (استوانه)، و نحوه قرار گیری آنها در کیج برینگ (زاویه دار، افقی، و...)، شدیدا روی میزان تنش وارده از طرف آنها به ماتریس گریس (روغن+تغلیظ گر) تاثیرگذار خواهد بود. بعنوان مثال، در بلبرینگ ها، گریس تمایل بیشتری به ماسیدن، نسبت به رولربرینگ ها دارد که همین می تواند باعث افزایش ضریب اصطکاک و زودتر داغ شدن برینگ شود.

فرمولی که در شکل 1 نشان داده شد، فرمول پایه برای محاسبه دوره زمانی است که بین هر بار گریسکاری برینگ ها باید در نظر گرفته شود. اما، اخیرا، مطابق تجربیاتی که در برخی واحد های عملیاتی بدست آمده است، این فرمول با ضرب عدد 20 در طرف راست معادله اصلاح شده و بصورت زیر در آمده است (شکل 2 را ببینید):

شکل 2: فرمول اصلاح شده محاسبه دوره زمانی باقیمانده تا گریسکاری بعدی برینگ (برحسب ساعت)

فرمول اصلاح شده شکل 2 در مواقعی کاربرد دارد که اعدادی مانند F_10Real (Adjusted Frequency، تعریف شده در استاندارد DIN 51825, part 2) و داده های محاسبات عمر گریس (معروف به FE9) در دسترس نبوده (معمولا این اطلاعات در بروشور های تامین کننده گریس ذکر نمی شوند) و تکنسین های نگهداری و تعمیرات می توانند با توسل به فرمول اصلاح شده، به تقریب خوبی برای تعیین فاصله بین دو گریسکاری برینگ ها دست یابند.

اصلاح فرمول اصلی (شکل 1) با این فرض است که مقدار بارگذاری واقعی روی برینگ درصد اندکی از ظرفیت بارگذاری طراحی شده برای برینگ را در بر گرفته و در عین حال، برینگ ها در محدوده سرعت دورانی کمتری نسبت به محدوده اسمی تعیین شده برای آنها (یعنی کوچکتر/مساوی 300K برای بال و رولربرینگ ها، و 140K برای برینگ های کروهی و تراست برینگ ها) کار می کنند.

بنابراین، در صورتیکه برینگ مورد نظر شما از شرایط تعریف شده در بالا برخوردار نباشد، بهتر است از فرمول اصلی (شکل 1) استفاده کنید. در غیر اینصورت، و در صورت احراز شرایط عملکردی فوق، استفاده از فرمول اصلاح شده (شکل 2) نتایج عاقلانه تری را بدست می دهد.

با تشکر از آقای مهندس مهرداد قنواتیان از خوزستان که در اصلاح و ویرایش این پست نویسنده را یاری فرمودند.

جایگزینی روغن

با درود فراوان

هدف از این پست، پاسخ به سوال یکی از مخاطبان محترم در خصوص انتخاب و جایگزینی روغن است.

شرح سوال: آیا می توان بجای یکی از روغن های Omala HD 220/Mobil gear SHC XMP 220/Spartan Ep 220

یکی از روغن های زیر را استفاده کردOmala S4 WE 220/Omala S4 GX 220/Energol SE 220؟

پاسخ: علیرغم اینکه مواردی چون حداکثر سرعت چرخش، رده بارگذاری تجهیز، نوع مکانیزم، نوع تجهیز، بازه دمایی عملکردی، شرایط محیطی محل نصب، و... در متن سوال ذکر نشده است، پاسخ به این سوال در سه بخش اصلی ارائه می شود: بررسی روغن های قدیم، بررسی روغن های جدید، و نتیجه گیری

1.        بررسی روغن های قدیم

در نگاه اول به کد تجاری محصولات قدیم می توان حدس زد که یکی محصول کمپانی شل، و دو تای دیگر محصول موبیل هستند. گرید ویسکوزیته سینماتیک هر سه محصول نیز یکی و معادل ISO VG 220 بوده و نوع لوبریکانت ها نیز روغن چرخدنده یا Gear Oil است.

1.1.      روغن Shell Omala HD 220:

بطورکلی روغن های سری Omala HD کمپانی شل جز روغن های سینتتیک بشمار رفته و از نقاط قوت آنها می توان به حضور ادتیو هایی در سیستم روغن بمنظور محافظت چرخدنده از Micropitting اشاره کرد. از دیدگاه استاندارد های AGMA، رده عملکردی این روغن 5EP است. عملکرد حرارتی این روغن با پنج معیار ویسکوزیته سینماتیک در دمای 40°C، ویسکوزیته سینماتیک در دمای 100°C، شاخص تغییرات ویسکوزیته یا Viscosity Index، نقطه خود اشتعالی یا Flash Point، و نقطه ریزش یا Pour Point تعیین می شود که در جدول 1 مشهود است.

جدول 1: عملکرد حرارتی روغن Shell Omala HD 220

220	cSt	Vis40
25.8	cSt	Vis100
148	-	VI
240	°C	Flash Point (FP)
-48	°C	Pour Point (PP)

1.2.     روغن Mobil gear SHC XMP 220:

روغن های سری SHC XMP کمپانی موبیل نیز کاملا سینتتیک بوده و از ادتیو های محافظ در برابر Micropitting برخوردارند. از دیدگاه AGMA، گرید این دسته از روغن ها نیز 5EP است. عملکرد حرارتی این روغن در جدول 2 نشان داده شده است.

جدول 2: عملکرد حرارتی روغن Mobil gear SHC XMP 220

220	cSt	Vis40
28.3	cSt	Vis100
166	-	VI
240	°C	Flash Point (FP)
-45	°C	Pour Point (PP)

1.3.     روغن Mobil Spartan EP 220:

این روغن نیز در براساس اعلام وبسایت موبیل (mobil.com)، یک روغن چرخدنده سینتتیک بوده و برای عملکرد زیر دمای 90°C مناسب است (در مورد گیربکس های چرخ حلزونی: حداکثر 70) و برای بیش از این دما باید از سری SHC = Synthetic Hydrocarbon استفاده کرد. گرید AGMA این روغن نیز 5EP بوده و عملکرد حرارتی آن در جدول 3 نشان داده شده است.

جدول 3: عملکرد حرارتی روغن Mobil Spartan EP 220

220	cSt	Vis40
18.6	cSt	Vis100
93	-	VI
240	°C	Flash Point (FP)
-15	°C	Pour Point (PP)

1.4.    نتیجه مقایسه روغن های قدیم

همانطور که از نمودار عملکرد حرارتی شکل 1 پیداست، ویسکوزیته سینماتیک در دمای 100°C برای روغن چرخدنده Mobil gear SHC XMP 220 بیش از دو روغن قدیم دیگر است و همین رفتار را می توان در بحث شاخص تغییرات ویسکوزیته نیز بخوبی مشاهده کرد که بمعنای پایداری بهتر (18 درصد عملکرد بهتر نسبت به محصول کمپانی شل) است. اما، در زمینه عملکرد برودتی، وضعیت روغن Shell Omala HD 220 اندکی مناسبتر می نماید (حدود 3 درصد بهتر) که البته کاملا قابل اغماض است. مگر اینکه تجهیز نسبت به سرما حساس باشد.

عملکرد حرارتی روغن Mobil Spartan EP 220، چه در سرما و چه در گرما، اصلا قابل قیاس با دو روغن دیگر نیست.

از دیدگاه عملکرد مکانیکی و شیمیایی، هر سه روغن از یک گرید AGMA-5EP برخوردار بوده و هر سه از روغن پایه PAO (Polyalpha olefin) به همراه ادتیو های محافظ در برابر خوردگی و Micropitting تشکیل شده اند. بنابراین، رفتار هر سه روغن در دمای محیط قابل مقایسه با یکدیگر است. اما، استفاده از روغن Spartan در دما های بیش از 70 و کمتر از 5 درجه سلسیوس توصیه نمی شود.

2.      بررسی روغن های جدید

از ظاهر امر برمی آید که از بین سه روغن Omala S4 WE 220، Omala S4 GX 220، و Energol SE 220، دو تای اول محصول Shell و سومی محصول BP است. گرچه، برای کد محصول سوم چیزی با این عنوان پیدا نکردم و حدس می زنم که عنوان صحیح آن BP Biogear SE 220 باشد که روغنی زیست تخریب پذیر یا Biodegradable بوده و از محصولات شاخص کمپانی بریتیش پترولیوم می باشد که معادلی در سبد محصولات Shell و Mobil برای آن نیست! از این روغن، متاسفانه، دیتاشیتی بدست نیاوردم. اما، بطورکلی می توان گفت که روغن های زیست تخریب پذیر نسبت به انحلال آب و شوک حرارتی حساس بوده و برای کاربری در دما های بالاتر از 60 درجه سلسیوس مناسب نیستند. در عین حال، از آنجا که روغن های زیست تخریب پذیر بشدت نسبت به فساد ناشی از اکسیداسیون حساسند، بنابراین در کنترل ویسکوزیته و عدد شاخص اسیدیته کل آنها باید دقت عمل زیادی بعمل آید.

جدول 4 جزییات بیشتری در این مورد نشان می دهد.

جدول 4: محدودیات پیشنهادی برای پایش وضعیت روغن های زیست تخریب پذیر

نوع تست	روغن نباتی	PAO ها	PAG ها	دی اِستِر ها
تغییر در ویسکوزیته سینماتیک:
حداکثر افزایش در دمای 40°C (%)	20	20	20	20
حداکثر کاهش در دمای 40°C (%)	10	10	10	10
حداکثر افزایش در دمای 100°C (%)	10	10	10	10
حداکثر مقدار آب آزاد (ppm)	300~500	1000	300~500	1000
حداکثر عدد شاخص اسیدیته کل (mg KOH/g)	1.5	1.5	1.5	1.5
حداکثر سطح ورود آلودگی (براساس استاندارد ISO 4406)	16/13	16/13	16/13	16/13

از سوی دیگر، از بررسی اولیه روغن های جدید برمی آید که روغن های قدیم برپایه PAO بودند. حال آنکه روغن های جدید کمپانی شل که قصد استفاده از آنها را دارید کاملا برپایه PAG هستند که از لحاظ عملکرد و ساختار شیمیایی کاملا متفاوت است. گرچه، هر دو روغن سینتتیک هستند.

2.1.    روغن Shell Omala S4 WE 220

روغن چرخدنده مناسب برای دنده های مارپیچی که از مقاومت به Micropitting خوبی برخوردار است. این روغن بنا به اعلام وبسایت Shell، برای قطعات ساخته شده از آلومینیوم و آلیاژ های آن مناسب نیست و برای چرخدنده های خورشیدی و چرخ های دندانه دار نیز توصیه نمی شود. این روغن از دیدگاه شیمیایی خورنده محسوب شده و ممکن است با رنگ های پلی اورتان، آلکید رزین ها، و... واکنش دهد. برای رنگ آمیزی قطعاتی که با این روغن در تماسند باید از رنگ های پایه اپوکسی استفاده کرد (برای اطلاعات بیشتر در این حوزه، مراجعه به کتاب رنگ ها و پوشش های خودرویی، جلد اول، فصل هفتم، از همین نویسنده، توصیه می شود). از سوی دیگر، این روغن برای درزگیر های ساخته شده از لاستیک های نیتریلی نیز توصیه نمی شود و بهتر است برای چنین روغنی از درزگیر های ویتونی استفاده شود. عملکرد مکانیکی این روغن AGMA-5EP است. عملکرد حرارتی این روغن در جدول 5 نشان داده شده است.

جدول 5: عملکرد حرارتی روغن Shell Omala S4 WE 220

220	cSt	Vis40
34.4	cSt	Vis100
203	-	VI
278	°C	Flash Point (FP)
-39	°C	Pour Point (PP)

2.2.   روغن Shell Omala S4 GX 220

روغنی بر پایه PAG و مناسب برای انواع چرخدنده و گیربکس که تا محدوده 120 درجه سلسیوس را براحتی تحمل می کند. عملکرد مکانیکی AGMA-5EP است. این روغن برای چرخدنده های مارپیچ با بارگذاری سنگین مناسب نیست. عملکرد حرارتی در جدول 6 نشان داده شده است.

جدول 6: عملکرد حرارتی روغن Shell Omala S4 GX 220

220	cSt	Vis40
30	cSt	Vis100
160	-	VI
250	°C	Flash Point (FP)
-45	°C	Pour Point (PP)

3.      نتیجه گیری

با توجه به نمودار شکل 1، در صورتیکه تجهیز شما گیربکسی است که از چرخدنده های مارپیچی فولادی تشکیل شده باشد، براحتی می توانید از روغن Shell Omala S4 WE 220 بعنوان جایگزین استفاده کنید. اما، اگر گیربکسی دارید که اجزای آلومینیومی داشته، در آن از رنگ های غیراپوکسی استفاده شده، و/یا مکانیزم آن مشتمل بر چرخ های دندانه دار، چرخ حلزون، یا چرخدنده های خورشیدی است، روغن Shell Omala S4 GX 220 با توجه به عملکرد حرارتی یگانه و بی مانند خود در این لیست، انتخاب بهتری است.

شکل 1: نمودار عملکرد حرارتی پنج روغن (سه تا قدیم و دو تا جدید)

با سلام به تمامی بازدیدکنندگان گرامی!

بزودی مطالبی درخصوص تکنیک های آنالیز روغن بصورت دسته بندی شده روی وبلاگ آپلود خواهد شد.