MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
BRNO 2009
Jan Reif
Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Mazání strojů, péče o mazací soustavy Bakalářská práce
Vedoucí práce: doc. Ing. Vlastimil Chrást, CSc. Brno 2009
Vypracoval: Jan Reif
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Mazání strojů, péče o mazací soustavy strojů vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana AF MZLU v Brně.
dne………………………….. podpis ……………………….
Děkuji doc. Ing. Vlastimilu Chrástovi, CSc. za odborné vedení a cenné rady při řešení bakalářské práce, které mi vždy ochotně poskytl.
Abstrakt Tato práce se od začátku soustředí na vysvětlení pojmu tribologie, proč tento obor vznikl a jaká je jeho důležitost. V první části práce jsou nastíněny ekonomické aspekty tohoto oboru a z jakého důvodu klademe důraz na problematiku tření. Dále je zde okrajově popsán účel mazání a jeho druhy. U formy opotřebení jsou nastíněny příčiny a důsledky tření. Opotřebení lze sledovat pomocí tribodiagnostiky, která je zaměřena na analýzu opotřebení ze vzorku oleje. Analýzy jsou v této práci také ve zjednodušené podobě uvedeny.
Abstract This thesis focuses on the term “tribology”, why this field of study came into being and what is its impact. In the first part, the economical aspects of the field of study are outlined and the reasons for emphasising the problematic of friction. In addition, the purpose and methods of lubrication are briefly discussed. The causes and effects of wear are also outlined. Wear can be studied with tribodiagnostics, which focuses on analysing the wear from oil samples. Simplified analyses are also a part of the thesis.
OBSAH 1.
ÚVOD....................................................................................................................... 8
2.
Cíl práce.................................................................................................................... 9
3.
Náplň tribologie: tření, opotřebení, mazání .............................................................. 9
4.
3.1.
Ekonomický význam ...................................................................................... 10
3.2.
Úlohy a výhledy.............................................................................................. 11
ÚČEL MAZÁNÍ ..................................................................................................... 11 4.1.
Druhy tření ...................................................................................................... 12
4.1.1. 4.1.1.1.
Smykové tření ................................................................................. 12
4.1.1.2.
Valivé tření ..................................................................................... 13
4.1.2.
5.
Mazání .................................................................................................... 13
4.1.2.1.
Suché tření ...................................................................................... 14
4.1.2.2.
Mazné tření a mazání ...................................................................... 14
4.1.2.3.
Kapalinové tření a mazání .............................................................. 15
ZTRÁTY OPOTŘEBENÍM ................................................................................... 16 5.1.
6.
Pohyb na třecích plochách ...................................................................... 12
Opotřebování .................................................................................................. 16
5.1.1.
Rozdělení opotřebování podle velikosti ................................................. 16
5.1.2.
Formy opotřebení.................................................................................... 17
5.1.2.1.
Adhezivní opotřebení (oděr)........................................................... 18
5.1.2.2.
Abrazivní opotřebení ...................................................................... 18
5.1.2.3.
Erozivní opotřebení......................................................................... 19
5.1.2.4.
Kavitační opotřebení....................................................................... 20
5.1.2.5.
Korozní opotřebení ......................................................................... 20
5.1.2.6.
Plastický tok.................................................................................... 21
5.1.2.7.
Únava materiálu .............................................................................. 21
5.1.2.8.
Lom ................................................................................................. 21
DRUHY MAZÁNÍ ................................................................................................. 22 6.1.
Ruční mazací lis.............................................................................................. 22
6.2.
Pneumatické a elektrické ruční mazací lisy.................................................... 23
6.3.
Motorové mazací lisy...................................................................................... 23
6.4.
Automatické dávkovače.................................................................................. 24
6.5.
Centrální mazací systémy ............................................................................... 24
6.6. 7.
Další způsoby mazání ..................................................................................... 25
PÉČE O MAZACÍ SOUSTAVY............................................................................ 26 7.1.
Mechanické filtry............................................................................................ 26
7.2.
Magnetické odlučovače .................................................................................. 27
7.3.
Elektrostatické jímání nečistot........................................................................ 27
7.4.
Odstraňování vody z olejů (dehydrátory) ....................................................... 28
8.
TRIBOTECHNICKÁ DIAGNOSTIKA................................................................. 28 8.1.
Náročnost a rozsah zkoušek............................................................................ 29
8.2.
Změny technického stavu strojních olejů ....................................................... 29
8.3.
Nečistoty obsažené v mazivu.......................................................................... 30
9.
8.3.1.
Měkké nečistoty...................................................................................... 30
8.3.2.
Tvrdé nečistoty ....................................................................................... 31
8.3.3.
Voda v mazivu ........................................................................................ 31
8.3.4.
Palivo v mazivu ...................................................................................... 31
ZKOUŠKY PRO POSOUZENÍ TECHNICKÉHO STAVU OLEJE..................... 31 9.1.
Stanovení bodu vzplanutí a bodu hoření......................................................... 31
9.2.
Kapičková zkouška ......................................................................................... 32
9.3.
Atomová absorpční spektrometrie („AAS“)................................................... 33
9.4.
Ferografická analýza....................................................................................... 34
9.5.
Stanovení vody v oleji .................................................................................... 34
10.
ZÁVĚR ............................................................................................................... 36
11.
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ................................................................ 37
12.
SEZNAM POUŽITÝCH OBRÁZKŮ ................................................................ 37
13.
SEZNAM OBRÁZKŮ........................................................................................ 39
1. ÚVOD Tribologie je nauka, jež se zabývá chováním dotýkajících se povrchů ve vzájemném pohybu anebo při pokusu o vzájemný pohyb. Pohyb může být kluzný, valivý, rotační, nárazový nebo kmitavý. Současně se mohou uplatňovat dva i více druhů pohybu. K interakci může docházet mezi dvěma tuhými povrchy (kovy, polymery, horninami) nebo mezi tuhým povrchem a kapalinou, plynem, parou nebo fluidizovánými částicemi. Účelem interakce je přenos (ložiska aj.), dále rozvedeno, nebo zastavení pohybu (brzdy). (Štěpina, 1985) Ve snaze maximalizovat účinnost stroje vznikly látky dnes známé jako maziva. Ty slouží k minimalizaci tření. Ve snaze urychlení a ulehčení mazání jsou vyvíjeny, ať už jednoduché či složité přístroje, které nám tuto činnost značně ulehčují. Jsou určeny k zásobování třecích ploch dostatečným množstvím maziva. Dále je během životnosti stroje požadováno, aby kvalita maziva byla stejná nebo alespoň podobná, jako když byl stroj nový. K prodloužení výměn olejových náplní nám slouží zařízení známá jako filtry. Účelem filtrů je prodloužit dobu výměny olejové náplně a udržovat olej v podobném stavu jako byl aplikován. Protože je výměna maziva ekonomicky náročná, je všeobecnou snaho tyto výměny co nejvíce oddálit. Důsledkem toho by mohlo vzniknout na stroji poškození, proto vznikl obor zvaný tribodiagnostika. Ta se zabývá analýzou maziv a vyhodnocováním, jsou-li olejové náplně schopny plnit svou funkci, nebo musí být vyměněny.
8
2. Cíl práce Cílem bakalářské práce je vysvětlit proces opotřebení funkčních ploch strojních součástí, zpracovat přehled současného stavu péče o mazací systémy, popsat využití tribodiagnostiky v provozních podmínkách a možnosti rozvoje v této oblasti.
3. Náplň tribologie: tření, opotřebení, mazání Při vzájemném působení povrchů v pohybu dochází k odporu proti pohybu k tření. Důsledkem tření je opotřebení. Tření je spojeno se ztrátou energie, opotřebení se ztrátou materiálu a druhotně často se ztrátou energie na výrobu opotřebované části. Z inženýrského hlediska možno rozlišit tři kategorie případů: Tření a opotřebení má být nízké, např. v ložiskách, kluznicích, převodech, vačkách, což je nejčastější případ. Tření má být přiměřeně vysoké, ale opotřebení malé, např. tam, kde jde o umožnění, omezení nebo zastavení pohybu (vznášení, chůze a valení na cestách a kolejnicích, řemenové pohony, ucpávky apod.). Tření a opotřebení jednoho třecího prvku má být nízké, zatím co opotřebení druhého prvku je nedůležité nebo i žádoucí, např. při tváření a obrábění kovů, při záběhu třecích ploch, drcení a mletí, samočinném ostření brusných materiálů apod. V podstatě se rozlišují tyto druhy tření: vnitřní (v objemu tělesa, tuhé látky, tekutiny) a vnější (na rozhraní fází), suché (ve styku tuhých povrchů) a tekutinové (ve styku tuhého povrchu s tekutinou, tj. kapalinou nebo plynem), statické (při pokusu o pohyb) a kinetické (v pohybu) a podle druhu pohybu smykové a valivé. Opotřebení při styku tuhých povrchů může být adhezivní, abrazivní, vibrační, únavové nebo plastickou deformací (tokem), při styku tuhého povrchu s kapalinou korozní, erozivní nebo kavitační, při styku s plynem nebo parou korozní nebo erozivní. Tření a opotřebení se zmenšuje mazáním. Mazivem může být látka jakéhokoliv skupenství. Kromě hlavního úkolu zmenšovat tření a opotřebení má mazivo též: Zabezpečit odvod tepla. Působit jako těsnicí činitel. 9
Zbavovat třecí plochy nečistot. Chránit kovové plochy před korozí. Ve zvláštních případech se může na mazivu požadovat, aby působilo i jako elektroizolační činitel, vykonávalo funkci prostředníka pro přenos síly, tlumilo rázy aj. Maziva se rozlišují druhově i vlastnostmi podle toho, jak dalece jsou schopna uvedené funkce vykonávat. Z předcházejících vývodů vyplývá, že hlavním předmětem tribologie je studium tření, opotřebení a mazání. Zřejmá je její interdisciplinární a multidisciplinární povaha a účelnost komplexního přístupu, zohledňujícího fyziku vč. mechaniky (tribofyzika), chemii (tribochemie), metalurgii a obecně nauku o materiálech, někdy i geologii (geotribologie) a biologii (biotribologie). Aplikací tribologických zásad se zabývá tribotechnika. (Štěpina, 1985)
3.1.
Ekonomický význam
Tření je spojeno se spotřebou energie, opotřebování se znehodnocováním materiálů vyžadujících zvýšenou údržbu, zvýšenou výrobu náhradních dílů s další spotřebou energie a škodami vyplývajícími z výpadku výroby. Odhaduje se, že ztráty způsobené nesprávnou aplikací tribologických zásad činí v průmyslově vyspělých zemích okolo 30% vyrobené energie, ale v důsledku nedostatečných statistických šetření je jen odhadované. Ekonomický význam tribologie vyplývá z těchto dalších skutečností: 80 až 90 % strojů se vyřazuje kvůli škodám z opotřebování, přičemž se opotřebovávají jen tenké povrchové vrstvy. Podíl ložisek na ztrátách byl vyčíslen na 38 % u parních a plynových turbín, 62 % u kompresorů a 50 % u klimatizačních zařízen a dopravních prostředků. Příčiny jsou z 20 až 40 % koncepčního, výrobního a montážního rázu, zbytek připadá na provozní chyby. Selhání valivých ložisek v moderní letecké technice vězí z 85 % v selhání tribotechniky. Na údržbu a opravu aut a traktorů se spotřebuje někdy 5 až 8krát více pracovního času než na jejich výrobu, v případě rýpadel až 10krát více. V hutnickém průmyslu pracuje každý čtvrtý dělník na opravách zařízení. Raznice pro beztřískové tváření kovů vydrží méně, než je čas potřebný na jejich zhotovení, 10 až 10
30% se jich vyřazuje pro předčasné opotřebení. Mnohým z těchto škod by bylo možno zabránit anebo je zmenšit správným mazáním, jež si vyžaduje jen asi 2 až 5 % z nákladu na komplexní péči o výrobní zařízení. (Štěpina, 1985)
3.2.
Úlohy a výhledy
Hlavní úlohou tribologie je zajistit, aby vzájemný pohyb povrchů v přítomnosti i nepřítomnosti maziva se děl s nejmenší ztrátou energie a materiálů. Tato úloha nabývá zvýšenou aktualitu v posledních letech, kdy ceny energie a materiálu rostou. Obecně se přechází na tribologicky náročnější zařízení s menší hmotností, ale pracující s větším zatížením, při větších rychlostech, na vyšší teplotní hladině a často při vyšších tlacích. Rozšiřuje se oblast, v níž převládá EHD režim. Vznikají nové požadavky na třecí prvky a materiály. Rozšiřuje se oblast nekovových třecích prvků. V mazivech se přechází na menší viskozity olejů, některé nové problémy si vyžádají nové typy syntetických maziv i na jiné, než ropné bázi a nové typy zušlechťujících přísad. Roste význam tuhých a plynných maziv. Otevírá se nová problematika tribologie v jaderné technologii a kosmonautice. (Štěpina, 1985)
4. ÚČEL MAZÁNÍ Účelem mazání je změnit tření mezi pohybujícími se strojními součástkami a snížit tak jejich opotřebení a zvýšit hospodárnost provozu stroje. Mazáním se snižuje součinitel tření, který je dán poměrem tečné síly bránící vzájemnému klouzání styčných ploch k síle kolmé na povrch. Dříve se předpokládalo, že tření je způsobováno pouze nerovnostmi pohybujících se kovových povrchů, ale novější práce ukázaly, že nerovnosti nejsou jediným činitelem. Zejména při vyších tlacích na stroji, kdy nastane přiblížení kovových ploch na nepatrné vzdálenosti, se projeví i vnitřní přitažlivé mezimolekulární síly, které tření zvyšují. Závislost tření v ložisku na různých proměnách, např. na viskozitě, tlaku apod., stanovil v r. 1883 ruský badatel Petrov a určil, že každé ložisko vyžaduje olej s jinou optimální viskozitou. 11
Ložiska přenášejí největší část síly běžícího stroje. Stojí-li stroj, dosedá hřídel na ložiskovou pánev a dochází ke styku holých kovů. Rozbíhá-li se stroj, hřídel se začne vychylovat z osy ve směru pohybu hřídele a zvedat se a olej v ložisku úplně oddělí hřídel od pánve (při rozbíhání vzniká nejdříve tření polosuché, které při dostatečném počtu otáček přejde ve tření kapalinné). REYNOLDS v r. 1886 změřil tlaky v ložisku a vypracoval teorii o nosnosti olejové vrstvy a odvodil rovnici o tlaku oleje v ložisku. (Štěpina, 1985; Novotný, 1985)
4.1.
Druhy tření
Při vzájemném kluzném pohybu dvou těles stýkajících se na hladké ploše, vzniká na styčné ploše tečná síla, která má opačný směr než pohybující se těleso. Tato síla, které říkáme tření, se může v praxi projevit jako žádoucí, pak mluvíme o tření užitečném (tření pneumatik po vozovce, kola vagonů po kolejích, mechanické spojky, brzdy apod.). U většiny strojů a jejich částí, které se vzájemně pohybují, je tření nežádoucí, jedná se o tření škodlivé. Škodlivé proto, že je k jeho překonání třeba síly a také proto, že způsobuje u vzájemně se dotýkajících součástí odírání jejich povrchů, čili jejich opotřebení. Tření vzniká i tehdy, pokud jsou tělesa v klidovém stavu. Toto tření zde však zkoumat nebudeme. Tření můžeme dělit podle pohybu na třecích plochách, tím rozumíme smýkání či odvalování nebo velikosti či rovnoměrnosti olejového filmu na styčných plochách. (Štěpina, 1985; Novotný, 1985)
4.1.1. Pohyb na třecích plochách 4.1.1.1. Smykové tření Vzniká mezi dvěma tělesy klouzajícími po sobě, přičemž vzájemný styk se děje na velké, často celé kluzné ploše. Třecí síla je značně velká. (Novotný, 1985)
12
4.1.1.2. Valivé tření Vzniká při vzájemném pohybu rotujících těles, odvalujících se po sobě. Měrný tlak v místě styku je značně velký, ale styk je jen bodový a dotyk trvá velmi krátkou dobu. Třecí síla je malá a následky tření jsou nepatrné. Valivé tření je dáno působením molekulárních sil styčných míst povrchu. V praxi při valivém tření dochází při zatížení k deformaci ploch, kterou je třeba překonávat. O přítomnosti třecích sil u valení svědčí pozorování, že rychlost valícího se tělesa o poloměru r, uvedeného do pohybu na rovné ploše se postupně zmenšuje až zastaví. Hodnota valivého tření je však malá, jeho koeficient vztahujeme k poloměru valivého tělesa. Koeficient valivého tření závisí na pružnosti materiálu, jakosti povrchu, tvaru ploch, na velikosti tlaku, rychlosti valení a dalších. Olej by tedy teoreticky měl chránil ložiska proti korozi, konzervovat je a chladit. V praxi však je každé ložisko provázeno přídavným kluzným třením, takže se uplatní i mazací schopnost oleje. Chladící účinek oleje hraje velkou roli. Cirkulace oleje brání tepelnému rozkladu oleje, jeho stárnutí, lépe odvádí tepelnou energii vzniklou třením. Smykové i valivé tření může probíhat za sucha nebo za mazání. (Novotný, 1985)
4.1.2. Mazání Tření může probíhat za mnoha podmínek v závislosti na množství přivedeného maziva. Nejčastěji hovoříme o třením suchém, které se koná bez přítomnosti maziva na kontaktních plochách, dále o polosuchém a kapalinném, kde je již toto mazivo přítomno. Polosuché či kapalinné nastává tehdy, jestliže mezi třecí se plochy zavedeme látku, která nedovolí jejich bezprostřední styk a podstatně zmenší třecí síly. Taková látka musí mít dobrou smáčivost materálů, nesmí je mechanicky ani chemicky poškozovat, musí mít mechanickou únosnost a chemickou stálost a také být ekonomicky dostupná. Látky s takovými vlastnostmi se nazývají maziva. (Štěpina, 1985; Novotný, 1985; Pošta, 2002)
13
4.1.2.1. Suché tření Tření za sucha vzniká při bezprostředním styku dvou po sobě se pohybujících těles. Třecí síla je zde dána: Strukturou povrchu a vlastností materiálů obou těles. Nerovností povrchu jednoho tělesa se zadírají do povrchu tělesa druhého, při jejich vzájemném pohybu. Čím je drsnost povrchu větší, tím je větší i třecí síla. Vzájemná vazba jednotlivých výčnělků, které se vzájemně přibližují natolik, že so mohou uplatnit mezimolekulární Van der Waalsovy síly. Tyto síly působí jen na velmi krátkou vzdálenost a zvětšují se s rostoucí hladkostí povrchu. Suché tření tedy bude pro pohyb kluzný řádově mnohem větší než pro pohyb valivý. Síly potřebné k překonání suchého tření je dána u rovných ploch podle COULOMBOVA zákona, u kterého závisí na součiniteli tření třecích ploch a na kolmém zatížení. (Novotný, 1985)
4.1.2.2. Mazné tření a mazání Jestliže mezi třecími povrchy již existuje tenká vrstvička (film) absorbovaných molekul plynu nebo kapaliny nebo látky vytvořené chemickou reakcí povrchů, mluvíme o mazném tření nebo mezném mazání, též mazání meznou vrstvou. Jedná se o takové mazání, které mezi dvěma povrchy v relativním pohybu je určováno jejich vlastnostmi a vlastnostmi maziva jinými, než je jeho viskozita. K meznému mazání může dojít i u záměrně mazaných povrchů, není-li přívod maziva dostatečný nebo vrstva maziva dost únosná, přiblíží se třecí plochy k sobě natolik, že jejich bezprostřednímu styku brání již jen mezná vrstva maziva, tj. film polárních molekul maziva s velkou přilnavostí k povrchu. V technické praxi vzniká mezné tření v případech, kdy při malých stykových plochách jsou třecí povrchy zatěžovány velkými tlaky, při malých smykových rychlostech a mezi drsnými povrchy. Mezné filmy zmenšují sice podstatně třecí sílu při relativním pohybu dvou těles a zabraňují tvorbě studených svarů, avšak nedokáží zcela oddělit třecí povrchy a zneškodnit vliv drsnosti povrchů. (Štěpina, 1985)
14
4.1.2.3. Kapalinové tření a mazání Dokonalého oddělení třecích ploch se dociluje při kapalinovém tření (mazání), kdy se vytváří mezi třecími povrchy souvislá vrstva maziva, která zcela vyrovnává drsnost povrchů a svým vlastním tlakem ruší účinek kolmého zatížení na povrchy těles. Třecí síla je tedy v podmínkách kapalinového tření závislá jen na velikosti vnitřního tření v mazací vrstvě. Za tohoto stavu nedochází k opotřebení. Aby mazací vrstva byla schopna přenášet zatížení, musí se v ní vytvořit příslušný protitlak. K tomuto stavu může dojít hned několika způsoby: Hydrostatickým mazáním - mazací místo je pod stálým tlakem oleje, to je značnou výhodou, protože již při rozběhu dosahujeme kapalinového mazání a tím prodlužujeme životnost místa styku. Naopak nevýhodou je potřeba hydrogenerátoru a rozvodu tlakového oleje na mazací místa. Hydrodynamické mazání - je-li povrch jednoho tělesa nakloněn proti druhému ve směru pohybu, vzniká klínová vrstva, v níž se vlivem rozdílu rychlostí vytvoří tlak, který působí vztlakem na klouzající desku. Vztlak je závislý na zešikmení desky, na kluzné rychlosti a na viskozitě kapaliny. Jestli jsou tyto veličiny vhodně voleny, může být vzniklý tlak v dokonalé rovnováze a tlakem plynoucím ze zatížení tělesa. Klínová vrstva u kluzných ložisek je způsobena ložiskovou vůlí. Nevýhodou je, že musíme co nejdříve dosáhnou otáček, které budou dostatečné pro vztlak čepu a dosažení kapalinového mazání. Elastohydrodynamické (EHD) tření a mazání - mazání se mění za velkých zatížení v důsledku elastického přetváření povrchů zakřivených těles jejich přímkový (bodový) styk na styk plošný ve formě elipsy (s delší poloosou kolmou ke směru pohybu), vytváří se kontaktní zóna ve formě paralelní spáry, do níž je valivým pohybem povrchů vtahován mazací olej, který se zatížením značně zvětšuje svou viskozitu, čímž se zvětšuje tloušťka a únosnost mazací vrstvy s poloeliptickým rozdělením tlaků oleje. Se zatížením třecích ploch se maximální tlak v mazacím klínu zvětšuje a kontaktní zóna se rozšiřuje. (Štěpina, 1985; Novotný, 1985)
15
5. ZTRÁTY OPOTŘEBENÍM Při přenosu mechanické energie dochází k nežádoucím ztrátám, proto se tyto ztráty energie snažíme eliminovat. Hlavním projevem těchto ztrát je opotřebení třecích povrchů a maziv. Negativně také působí třecí teplo, vibrace a tribochemické přeměny. Tyto faktory přispívají k tomu, že se časem účinnost stroje postupně zhoršuje.
5.1.
Opotřebování
Opotřebení je trvalá nežádoucí změna povrchu nebo rozměrů tuhých těles, vyvolaná vzájemným působením funkčních povrchů nebo funkčního povrchu a média, které opotřebení vyvolává. Opotřebení se projevuje jako odstraňování nebo přemísťování částic hmoty z funkčního povrchu mechanickými účinky, doprovázenými někdy i jinými vlivy, např. chemickými nebo elektrochemickými. (Pošta, 2002) Běžně je nežádoucí. Jsou však i žádoucí případy, např. při obrábění kovů, při záběhu třecích povrchů, při drcení a mletí materiálu aj. Opotřebení, lépe znehodnocení maziv je vždy nežádoucí, i když mohou nastat některé příznivé změny (např. zvýšení mazivosti). V klasifikaci druhů opotřebení panuje dosud nejednotnost, jdoucí někdy až do názvoslovných rozporů. (Štěpina, 1985)
5.1.1. Rozdělení opotřebování podle velikosti Někteří dělí opotřebení na lehké a těžké. K lehkému opotřebení dochází v mírném režimu při nevelkém zatížení. Povrchy zůstávají hladké, povrchové filmy neporušené. Zplodinou opotřebení je submikroskopický otěr velikosti několika nm. K lehkému opotřebení dochází i v přítomnosti maziva, povrch je oxidován kyslíkem rozpuštěným v mazivu. Jsou i tací, kteří do lehkého opotřebení zahrnují i adhezivní a únavové opotřebení, které už vede k značnému poškození povrchů. Dalším stupněm už je zadírání. K těžkému opotřebení dochází v ostrém režimu při stoupajícím zatížení. Ochranná povrchová vrstva se rozrušuje rychleji, než se tvoří. Dochází k bezprostřednímu styku 16
povrchu s povrchem, ty jsou narušeny do hloubky. Zplodinou opotřebení je oděr velikosti 10 až 100 µm. Hlavním původcem těžkého opotřebení je adheze povrchů a též únava materiálů. Roste součinitel tření, teplota povrchu. Proces je destrukční, může vést k selhání (zadření). Lehké opotřebení se může rychle zvrhnout v těžké a až v zadření, jestliže smykové napětí v místě styku přesáhne jednu šestinu tvrdosti měkčího partnera.
Jiní navrhují rozlišovat tři stupně poškození: Opotřebení v užším slova smyslu ("wear" — odírání), charakterizované postupným a trvalým otíráním nebo odíráním třecích povrchů abrazí, korozí nebo rytím ("ploughing"), které může probíhat zanedbatelnou až velkou rychlostí. Zadírání ("scuffing"), které představuje hrubé poškození povrchových filmů. Přechod od odírání k zadírání může být náhlý a dramatický a může vést až k zadření ("seizure"). V souladu s tímto rozdělením se rozlišují i protioděrové ("antiwear") a protizáděrové ("extréme pressure", EP) přísady. Únava ("fatigue") se vyznačuje tvořením důlků ("pitting") v důsledku opakovaného kontaktního napětí povrchu. Tato forma je závažná zejména pro oblast elastohydrodynamického režimu. Je projevem "dožívání" materiálu. (Štěpina, 1985)
5.1.2. Formy opotřebení Nejčastěji se rozlišují tyto formy opotřebení: adhezivní, abrazivní, erozivní, kavitační a únavové. Toto rozdělení představuje jen základní, zjednodušené případy. V technické praxi se obvykle jednotlivé druhy kombinují tak, že jeden druh přechází v jiný. Kombinací různých druhů vzniká řada variant. Např. částečky vznikající adhezivním opotřebením se oxidují. Jsou-li zplodiny oxidace tvrdé, vyvolávají abrazivní opotřebení. Jsou-li měkké, mohou působit jako tuhé mazivo a opotřebení se zmenší. Při opotřebení dochází nejen k uvolňování a případně odplavování v přítomnosti oleje, ale i k přenosu jak původních, tak neoxidovaných nebo jinak pozměněných částeček z prvního třecího povrchu na druhý a naopak. (Štěpina, 1985; Pošta, 2002)
17
5.1.2.1. Adhezivní opotřebení (oděr) Toto opotřebení vzniká, dojde-li z jakýchkoliv důvodů k bezprostřednímu styku kovu s kovem. I když jeho mechanismus není ještě dokonale objasněn, je představa, že je důsledkem tvorby mikrosvarů mezi vrcholky nerovností obou třecích povrchů působením na nich koncentrované energie a jejich opětným trháním. Uvolněným teplem dochází k tavení povrchových vrstev materiálů. Je-li pevnost bodových svarů stejná nebo menší než pevnost materiálů třecí dvojice, odtrhne se svar ve své ploše. Je-li větší, vytrhávají se částice z povrchů materiálů (hlavně měkčího partnera). Ty se buď vtisknou zpět do jednoho z obou povrchů nebo zůstávají volné, a mohou být zdrojem opotřebení abrazivního. (Štěpina, 1985)
Obr. 1 Adhezivní opotřebení (http://www.oerlikonbalzerscoating.com/bcz/cze/02-applications/01-weartribology/indexW3DnavidW263.php)
5.1.2.2. Abrazivní opotřebení K jeho tvorbě dochází plastickou deformací nerovností měkčích třecích povrchů způsobenou tlakem tvrdých volných částic vyskytujících se v mezeře mezi nimi. K abrazivnímu oděru však nedochází ihned v celém rozsahu. Částice se může zpočátku odvalovat, dokud nezapadne do nerovnosti povrchu. Je-li její zachycení dostatečně pevné, může klouzat po druhém povrchu. Celý průběh valení a skluzu záleží na velikosti mezery, resp. výšky abrazivní částice a mechanických vlastnostech obou povrchů. Když je mezera jen o málo užší než výška částice, kompenzuje se tento rozdíl pružnou deformací povrchů. Při větších rozdílech rostou deformace na površích a v místech, kde elastická deformace nestačí tyto deformace vyrovnat, dojde k plastické deformaci. 18
Na abrazivní opotřebení připadá asi 50 % škod z opotřebení. (Štěpina, 1985)
Obr. 2 Abrazivní opotřebení (http://www.oerlikonbalzerscoating.com/bcz/cze/02-applications/01-weartribology/indexW3DnavidW263.php)
5.1.2.3. Erozivní opotřebení Objevuje se typicky v tekutinovém režimu tření za povrchovými překážkami (hranami, vlnami), za nimiž proudící tekutina intenzívně víří. Projevuje se nerovnoměrným zvrásněním a zvlněním povrchů, případně i tvorbou mělkých prohlubní. Obsahuje-li mazivo i jemné tuhé nečistoty, je opotřebení intenzivnější. Pro erozivní opotřebení je charakteristické, že nerovnosti povrchů se zvětšují a také při něm ubývá materiálu na nejnižších místech povrchů, zatímco u adhezivního a abrazivního oděru naopak na místech nejvyšších. Opatření proti adhezivnímu a abrazivnímu opotřebení zmírňují i erozi. Naopak ji zhoršují tekutiny s příliš malou viskozitou a oleje s menšími viskozitními indexy. Erozivní opotřebení nesmí být zaměňováno se zvlněním povrchu, které je jednou z modifikací plastického toku. (Štěpina, 1985)
Obr. 3 Erozivní opotřebení 19
5.1.2.4. Kavitační opotřebení Jestliže mezera, kterou proudí mazací olej, změní náhle svůj průřez (např. při vibracích a chvění strojních částí) a klesne tím tlak v mazací vrstvě natolik, že je menší než tlak nasycených par oleje, vznikne dutina (bublina, kavita) vyplněná parami nebo plyny. Kavity vznikají a zanikají velmi rychle, přičemž probíhají složité fyzikální děje. Při zániku vzrůstají značně tlaky a teploty, které narušují materiály třecích povrchů a vytvářejí velká pnutí v povrchových vrstvách. (Štěpina, 1985)
Obr. 4 Kavitační opotřebení
5.1.2.5. Korozní opotřebení Korozní opotřebení může být zaviněno korozí dvojího druhu: chemickou a vibrační (tribokorozí). Příčinou chemické koroze jsou nežádoucí reakce kyselin, zásad, vody a chemicky velmi aktivních zplodin rozkladu maziva (anorganických i organických kyselin) a materiály povrchů třecích dvojic. Vibrační koroze (tribokoroze) se pozoruje při smykovém tření hlavně železných povrchů v místech, kde dochází k jejich opakovanému napětí v důsledku vibrace. (Štěpina, 1985)
Obr. 5 Korozní opotřebení (http://www.oerlikonbalzerscoating.com/bcz/cze/02-applications/01-weartribology/indexW3DnavidW263.php) 20
5.1.2.6. Plastický tok V důsledku velkého namáhání materiálů třecích ploch nad meze jejich průtažnosti dochází k plastickému toku. Projevuje se trvalou plastickou deformací, jako by byly změklé povrchy pěchovány nebo valeny. Ačkoliv příčiny tohoto poškození jsou v materiálu a konstrukci, použití viskóznějších olejů může pomoci k jeho zmenšení nebo i zamezení. (Štěpina, 1985)
5.1.2.7. Únava materiálu Opotřebení únavou se projevuje na povrchu třecích prvků vydrolováním za vzniku důlků s charakteristickým lasturovým lomem ("pitting"). Proto se někde, zejména v Evropě, používá pro opotřebení únavou výrazu "pitting". Únava však může vzniknout i z povrchové trhliny, mající původ ve vadě materiálu, chybném technologickém zpracování způsobujícím velké pnutí apod.(Štěpina, 1985)
Obr. 6 Únava materiálu (http://www.oerlikonbalzerscoating.com/bcz/cze/02-applications/01-weartribology/indexW3DnavidW263.php)
5.1.2.8. Lom Při překročení meze pevnosti materiálu dochází k jeho lomu, který se projeví buď úplným odlomením kusu součásti (např. zubu převodu) nebo hlubokou trhlinou v jejím povrchu. (Štěpina, 1985)
Obr. 7 Lom 21
6. DRUHY MAZÁNÍ Technologie mazání jsou velmi jednoduché. Vždy je třeba dbát na úzkostlivou čistotu jak samotného maziva, tak všech používaných pomůcek, i samotných mazacích míst a okolí. Pomůcky či přípravky, které nám ulehčují a zkracují dobu samotného mazání jsou vyráběny v mnoha provedeních. Od jednoduchých ručních zařízení, přes jednotlivé přístroje s motorovým pohonem až ke komplexně vybaveným pracovištím včetně přilehlého skladu maziv a výdejní stěny pro vydávání, měření a evidenci spotřeby maziv pro jednotlivé stroje. Způsoby mazání se dají rozdělit do dvou skupin. Pasivním mazáním rozumíme ponoření mechanizmu nebo jeho části do olejové vany. Olej se může přenášet i pomocí částečně ponořeného kola, které mazivo přenáší dále. Tyto způsoby se používají nejčastěji u převodovek. Další možností je zapojení elementu, který slouží k rozstřikování oleje po celé převodové skříni. Aktivním mazáním nazýváme takové, u kterého na mazací místo přivádíme tlakový olej.
6.1.
Ruční mazací lis
Tyto lisy patří mezi nejjednodušší a nejlevnější. Kapacita zásobníku se pohybuje okolo cca 0,4 kg, cca 0,6 l. Maximální dosahovaný tlak je 40 MPa. Díky výměnné hlavici lze užívat hned u několika typu maznic. Nevýhodou těchto lisů je časté „zavzdušňování“ po naplnění a někdy i během provozu.
Obr. 8 Ruční mazací lis
22
6.2.
Pneumatické a elektrické ruční mazací lisy
Jsou konstrukčně podobné jako ruční lisy. Přední část s pumpou lze vyměnit za pneumaticky nebo elektricky poháněnou. Díky jinému pohonu než ručnímu je mazání rychlejší a méně fyzicky namáhavé, naopak nedosáhneme tak velkých tlaků jako pomocí pístu. Maximální tlak u takto poháněných lisů se pohybuje okolo 20 MPa, což je postačující.
Obr. 9 Pneumatické a elektrické ruční mazací lisy
6.3.
Motorové mazací lisy
Tyto lisy mají zásobník na mazivo mnohonásobně větší než dosud zmiňované. Nádrže se vyrábějí v mnoha objemech cca 8 – 60 l. Pohon bývá uskutečněn elektromotorem, který buď pohání hydrogenerátor a nebo kompresor. V soustavě bývá také topná deska, která zvyšuje viskozitu maziva, aby ulehčila práci hydrogenerátoru.
Obr. 10 Motorové mazací lisy 23
6.4.
Automatické dávkovače
Tyto dávkovače dodávají pod stálým tlakem mazivo na mazací místa, kde jsou extrémní podmínky pro mazání (prach, vlhko, stísněné podmínky). Tlak je vyvozován pružinou nebo stlačeným plynem na píst, který mazivo tlačí na mazací místo. Plyn se začne vytvářet po vpravení reaktivní složky do elektrolytu. Podle otočení startovacího šroubu dojde k vyprázdnění za 1 - 12 měsíců. Tak je zaručen trvalý přísun maziva, který může postačit na poměrně dlouhou dobu podle odběru a velikosti zásobníku.
Obr. 11 Automatické dávkovače a nastavení intenzity dávkování
6.5.
Centrální mazací systémy
Centrální mazací systémy jsou vhodné jak pro mobilní, tak pro stacionární stroje. V principu je centrální mazací systém tvořen zdrojem tlakového maziva, rozvodem maziva, zařízením pro dávkování a rozdělování maziva, zařízením pro případnou 24
úpravu maziva, kontrolním a řídicím systémem. Jako mazivo může být použit olej nebo běžný mazací tuk. Centrální mazací systém může pracovat periodicky nebo kontinuálně, v automatickém nebo ručním režimu. Režim se volí podle charakteru a podmínek provozu. Hlavní předností je, že mazivo je přiváděno na mazané plochy při činnosti stroje, čímž se bezpečně a rychle dostává na třecí plochy. Mazivo je tak lépe využíváno a snižuje se jeho spotřeba, tím se snižují jeho úniky do prostředí a snižují se také subjektivní vlivy obsluhy. Systémy mazacích rozvodů lze rozdělit na čtyři části. Jednopotrubní systém je vhodný pro malá a středně velká zařízení. Dvoupotrubní systém je vhodný pro všechny případy použití, zejména pro těžké provozní podmínky a velký počet mazacích míst. Vícepotrubní systém je vhodný zejména pro kompaktní a méně rozměrná zařízení. Progresivní systém je vhodný zejména pro malá a středně velká zařízení. Od čerpadla vede jedno potrubí k rozdělovači s několika vývody. Každý vývod tohoto rozdělovače může dostávat jiné množství maziva. Na každý vývod může být zapojen opět další progresivní rozdělovač (nebo mazací místo). Tak může vzniknout téměř neomezeně rozvětvený systém, který lze velmi jednoduše kontrolovat a řídit. (Pošta, 2002)
Obr. 12 Centrální mazací systémy
6.6.
Další způsoby mazání
Olejovou mlhou se nejčastěji maží vysoce tepelně zatížené ložiska, řezné nástroje v obráběcích centrech a řetězy nebo lana. Rozprašováním jsou mazány ozubená soukolí a okolky kolejových vozidel. Preparace povrchu plní i funkci konzervační. 25
7. PÉČE O MAZACÍ SOUSTAVY Moderní oleje mají poměrně dlouhou lhůtu pro výměnu a jsou aditivovány přísadami, které zabraňují usazování nečistot v oleji. Z těchto důvodů bývá nutno provést výměnu nebo vyčištění filtrů dříve než je vyměňován olej. U moderních olejů, jak motorových, tak převodových i jiných, přichází v úvahu i taková situace, že olej v provozu překročí některý z kvalitativních ukazatelů. To za normální situace znamená jeho výměnu. U moderních olejů však mohou být ostatní kvalitativní ukazatele oleje ještě tak vysoké, že stojí za úvahu zlepšit onu "vyčerpanou" vlastnost tak, aby olej mohl být bez rizika dále používán. Nejčastěji tak přichází v úvahu odstranění otěrových částic a dalších nečistot z oleje, který jinak ještě má dostatečné rezervy v ostatních ukazatelích. To lze udělat vnější filtrací olejové náplně. K tomu účelu jsou vyráběny filtrační zařízení, která se skládají ze soustavy jemných filtrů, popř. odstřeďováním aj. Tyto zařízení odstraňují nečistoty z oleje a tím oddálí nutnost jeho výměny. (Pošta, 2002) Účinnost filtrace je dána materiálem a uspořádáním filtrační vložky. Filtrační koeficient vyjadřuje poměr počtu částic před filtrem k počtu částic za filtrem. Jímavost filtru hodnotí hmotnost zachycených nečistot.
7.1.
Mechanické filtry
Jejich účelem je mechanicky zachytit nečistoty obsažené v oleji. Filtr tvoří porézní materiál různého původu. Filtry se liší svou velikostí a konstrukcí. Průmyslové filtry zachycují částice nečistot o velikosti až 3 µm. Standardní je filtrace částic o velikosti nad 10 µm.
Obr. 13 Mechanické filtry 26
7.2.
Magnetické odlučovače
Nečistoty se zachytávají pomocí permanentních magnetů ve tvaru lamel. Lze zachytit feromagnetické a paramagnetické částice (měď, bronz,…) již o velikosti 0,07 µm. Nečistoty se usazují mezi lamelami a tudíž nedochází k zanášení průtočných kanálů. Filtr o hmotnosti 1,1kg zachytí 190g nečistot. Tyto odlučovače nejsou natolik rozšířeny. Uplatnění nachází u čištění chladících emulzí při obrábění kovů a čištění mazacího oleje v automobilovém průmyslu.
Obr. 14 Magnetické odlučovače
7.3.
Elektrostatické jímání nečistot
Pohlížíme-li na nečistoty v oleji z elektrického hlediska můžeme definovat pouze tři druhy následujících nečistot. Nečistoty pozitivně nebo negativně nabité a nečistoty, kde došlo vlivem „přitažlivosti" kladných a záporných nábojů k vytvoření náboje neutrálního. Nečistoty s definovaným elektrickým nábojem jsou v oblasti působení dostatečně silného elektrického pole přitahovány a zachycovány elektrodou s opačným nábojem (elektroforéza). Nečistoty s neutrálním nábojem jsou zachycovány v místech s největší intenzitou elektrického pole (dielektroforéza). Proměnná intenzita vzniká vložením dielektrika do elektrického pole. Pomocí dielektroforézy a elektroforézy může být z olejů odloučen každý druh a každá velikost znečištění. Vyjádřeno řečí čísel je možné metodou ELC, jako jedinou, odstraňovat nečistoty ve velikostech od 0,01µm, tedy ve velikostech produktu oxidace oleje. (Soukup, 2007)
27
Obr. 15 Elektrostatické jímání nečistot
7.4.
Odstraňování vody z olejů (dehydrátory)
Odlučovače jsou určeny k odstranění vody, ať už se jedná o volnou, vázanou nebo kontaminovanou emulzemi. Nejčastěji jsou používány mobilní přístroje. Tyto přístroje se nazývají dehydrátory (DH) a tribodryery (TD). Voda v oleji je nechtěnou přísadou většiny průmyslových olejů. Urychluje „stárnutí" oleje, zeslabuje účinek přísad a působí korozivně na části strojů. Dehydrátory pracují na principu konvenční filtrace. Odstraňují vodu volnou, vázanou i kontaminovanou emulzemi. Tribodryery jsou chlazené sušičky vzduchu. Vlhký vzduch, nad olejovou náplní, je ochlazován v chladicím vinutí a ve formě kondenzátu je odlučován. Snižování obsahu vody probíhá prakticky bez nákladů na spotřební materiál. (Soukup, 2007)
8. TRIBOTECHNICKÁ DIAGNOSTIKA Tribotechnická diagnostika („TTD“) je jednou z metod bezdemontážní technické diagnostiky, využívající maziva jako média pro získání informací o dějích a mechanických změnách v technických systémech, u nichž jsou maziva aplikována. Jejím posláním je zjišťovat, vyhodnocovat a oznamovat výskyt kovových částic v mazivu jak z hlediska kvalitativního, tak i kvantitativního. Vhodná interpretace výsledků z provedených zkoušek umožňuje nejen včas upozornit na příznaky vznikajících poruch, ale v mnoha případech pomáhá lokalizovat místo vzniku mechanické závady. 28
Nedílnou složkou sledovaní maziv v rámci TTD je i zjišťování projevů a následků procesu znehodnocování maziv v průběhu jejich provozního nasazení. Obě uvedené činnosti spolu úzce souvisejí a nemohou být proto posuzovány odděleně. Význam TTD spočívá nejen v účinném a objektivním sledování procesu opotřebení mechanických systémů, ale záleží i na hospodárném využití maziv. TTD se aplikuje především tam, kde je soustředěna nákladná strojní technika, jejichž provozní výpadky by měly za následek vysoké finanční ztráty.
8.1.
Náročnost a rozsah zkoušek
V technické praxi je známo mnoho metod, kterými jsme schopni provádět analýzu. Lze je rozdělit do několika skupin podle náročnosti a spektra zkoumaných poruch. Jednoduché zkoušky pro rychlou provozní kontrolu maziv. Standardní zkoušky pro přesné stanovení kvality maziv, většinou se provádí podle norem. Speciální metody pro celkovou diagnostiku maziv a strojního zařízení soustředěné hlavně v tribotechnických centrech.
Podle systémového hlediska lze TTD třídit do dvou skupin. Provozní, kterou lze provádět přímo u jednotlivých provozovatelů strojních zařízení bez nároků na nákladné laboratorní vybavení a vysokou kvalifikaci pracovníků. Na úrovni střediska, což znamená laboratoř vybavenou potřebnou přístrojovou technikou a s dostatečně kvalifikovaným personálem. (Marek)
8.2.
Změny technického stavu strojních olejů
Strojní oleje různých druhů mají široké použití v provozu strojů a následkem periodicky se opakující postupné změny kvality po každé jejich výměně se stávají významným nositelem diagnostických signálů. Tento signál může charakterizovat 2 rozdílné opotřebení: Technický stav samotného oleje a určující potřebu jeho výměny. 29
Opotřebení strojních prvků, se kterými olej přichází do styku a jejichž zplodiny opotřebení v sobě absorbuje. Chápeme-li olej jako jeden z konstrukčních prvků mechanismů, není z tohoto hlediska ve způsobu využití zmíněných signálů zásadní rozdíl. Z funkčního hlediska působí olej nejčastěji jako mazivo (spalovací motor, převody) nebo jako prvek přenosu energie (hydraulické zařízení), popřípadě má funkci těsnící a filtrační. Ve všech těchto případech lze provozní změnu kvality oleje diagnosticky plně využít. (Pošta, 1995)
8.3.
Nečistoty obsažené v mazivu
Změna kvality oleje během provozu ve strojních mechanismech se projevuje zejména obsahem nečistot a přimíšenin. (Pošta, 1995)
Obr. 16 Koncentrace otěrových částic v oleji (Pošta, 1995)
8.3.1. Měkké nečistoty Jsou převážně tvořeny ropnými pryskyřicemi a tzv. studenými kaly obsahujícími produkty oxidace oleje a paliva ve formě velmi jemné suspenze. Charakteristické pro měkké nečistoty je jejich převážně organický původ a rozpustnost v benzenu. (Pošta, 1995) 30
8.3.2. Tvrdé nečistoty Jsou převážně tvořeny kovovým otěrem z třecích ploch stroje (Fe, Al, Cu, Sn, Pb a jiné kovy), prachovými částicemi křemíkaté povahy a tvrdým karbonem. Tvrdé nečistoty nejsou rozpustné v benzenu a jejich převážná část je anorganického původu. (Pošta, 1995)
8.3.3. Voda v mazivu Často v mazivu bývá přítomna voda nebo chladící kapalina, která se dostává do oleje netěsnostmi a kondenzací v mazací soustavě. (Pošta, 1995)
8.3.4. Palivo v mazivu Následkem netěsností se do motorového oleje dostávají nafta a benzín.
9. ZKOUŠKY PRO POSOUZENÍ TECHNICKÉHO STAVU OLEJE Každé mazivo v soustavě je po dobu své činnost více či méně znečištěno. Metody pro posouzení technického stavu oleje slouží k tomu, abychom analyzovali velikost tohoto znehodnocení a mohli provést patřičná opatření. Dříve se preventivně měnily olejové náplně podle délky provozu, ale dnes lze bez rizik výměnu těchto náplní prodloužit, jelikož existují metody, které určí, jestli je již olej degradovaný nebo jeho znečištění není natolik velké, aby musel být vyměněn.
9.1.
Stanovení bodu vzplanutí a bodu hoření
Bod vzplanutí je nejnižší teplota, při které zahříváním v předepsaném přístroji za podmínek zkoušky přechází z oleje do vzduchu nad hladinou oleje již tolik par, že vzniklá směs přiblížením plaménku vzplane a opět zhasne. Bod hoření je nejnižší teplota, při níž se zahříváním oleje vyvíjí tolik par, že přiblížením plaménku vzplanou a hoří bez přerušení alespoň 5 sekund. Měrnou jednotkou je stupeň Celsiovy stupnice (°C). 31
Účelem zkoušky je posouzení oleje z hlediska provozní bezpečnosti. Zkouška je určena pro oleje bodu vzplanutí v otevřeném kelímku nad 80°C. Podstatou zkoušky je zahřívání oleje v otevřeném kelímku předepsaným způsobem přímým plamenem a zjištění nejnižší teploty, při které přiblížením plaménku nastane vzplanutí olejových par. Výsledky zkoušky jsou důležité pro výrobu, kontrolu, roztřídění a identifikaci olejů. Zkouška je zvláště důležitá k posouzení olejů používaných při tepelném zušlechťování kovů. Z bodu vzplanutí lze částečně usuzovat odparnost oleje. Zředění mazacího oleje palivem se projeví snížením bodu vzplanutí a zvětšením rozdílu mezi bodem vzplanutí a hoření. Například u dobrého motorového oleje je bod vzplanutí přibližně 200°C a více a hodnota bodu vzplanutí 150°C je udávána jako nejnižší přípustná hodnota, kdy kvalita zředěného oleje následkem nesprávné činnosti palivové soustavy již nezaručuje vyhovující mazání. (Malingerová, 1977)
Obr. 17 Stanovení bodu vzplanutí a bodu hoření
9.2.
Kapičková zkouška
Jedná se o jednoduchou metodu, která však není příliš přesná. Její nesporná výhoda spočívá v rychlosti a jednoduchosti. Tato metoda se používá jako orientační. Jednoduchou zakládání dokumentací se dá zjišťovat postupné znehodnocování oleje, to přispívá k zjištění technického stavu celého stroje a především oleje. 32
Princip spočívá v nanesení kapky vzorku prověřovaného oleje na filtrační papír a ve vizuálním posouzení vytvořené skvrny pomocí etalonů. Podle tvaru, velikosti a zabarvení skvrny se stanoví obsah celkových nečistot a vody v oleji. Vzniklá olejová skvrna má tři typická pásma. V okrajovém pásmu se usazuje převážná část nečistot a do difúzního pásma pronikají rozpustné složky. Přítomnost vody se vyznačuje charakteristickým vroubkovaným ohraničením okrajového pásma. Etalonové skvrny jsou vyhotoveny pro jednotlivé základní druhy olejů. Zejména je nutno rozlišovat oleje různým způsobem aditivované. (Pošta, 1995)
Obr. 18 Kapičková zkouška motorového oleje (AutoEXPERT,
9.3.
2008)
Atomová absorpční spektrometrie („AAS“)
Jedná se o metodu sloužící k určování množství a druhu kovu v mazivech. Postupný nárůst kovu v mazivu je běžným jevem, který se projevuje po dobu životnosti olejové
33
náplně. Pokud dojde k nadměrnému zvýšení tohoto nárůstu kovu, lze usoudit, že ve stroji dochází k poruše. Princip metody je založen na skutečnosti, že každá látka absorbuje nejvíce to záření, které sama emituje. Vzorek je tedy zmlžen a vzniklý aerosol je zaveden do plamene nebo grafického atomizátoru, kde se roztok odpaří. Dále plamenem prochází paprsek z duté katodové lampy, ten je absorbován a jeho původní intenzita se snižuje. Podle úbytku velikosti záření lze zjistit daný prvek. AAS má největší význam při sledování velkých sérií vzorků, kdy vynikne jednoduchost a rychlost metody. Nevýhodou AAS je ten, že nemůžeme stanovit tvar ani velikost částic ve vzorku. K dalšímu zkoumání se používá např. Ferografická analýza. (Marek)
9.4.
Ferografická analýza
Ferografie je technika separace feromagnetických látek z kapalin (olejů) s následným mikroskopickým vyšetřováním a analýzou. Byla původně vyvinuta pro magnetické usazování ferootěru v mazacích olejích, ale dnes se používají modifikace této metody pro nemagnetické částice v oleji i dalších kapalinách. Tato metoda jako jediná zkoumá tvar a velikost otěrových částic, a proto se často používá kombinace Atomové absorpční spektrometrie a Ferografické analýzy.
9.5.
Stanovení vody v oleji
Voda je v minerálních olejích i v jiných výrobcích z ropy většinou nežádoucí a mnohdy škodlivá. Může způsobovat koroze, podporuje tvorbu kalů a jejich usazování. Porušuje souvislost mazací vrstvy oleje nebo i brání jejímu vytvoření. Při mazání knotovém přítomná voda nepříznivě ovlivňuje sání oleje knotem a při běžném mazání zhoršuje průchodnost filtru. Větší množství vody je většinou příčinou zákalů olejů a zhoršuje jejich tekutost při nízkých teplotách. (Malingerová, 1977) Nejjednodušší metoda spočívá v nanesení vzorku na horkou destičku a sledováním, zda v oleji vznikají bublinky (mohou i praskat). Podle množství těchto bublinek 34
posoudíme množství vody ve vzorku oleje. Proto se tato zkouška také nazývá prskací nebo žehličková. Přesnější používanou metodou pro stanovení vody je tzv. Fischerova metoda, kdy se malé množství vzorku titruje speciálním činidlem např. pomocí coulometrického titrátoru, který sleduje vodivost vzorku. Tímto způsobem lze stanovit i tisíciny procenta vody v oleji.
35
10. ZÁVĚR Tribologie dnes nabízí prostředky k vyššímu využití energie a potlačení selhání strojů, a tím přispívá také k ochraně životního prostředí. V budoucnu umožní tribotechnické zásady a nové druhy olejů konstruktérům vytvářet více strojů, u kterých dojde k prodloužení výměnných intervalů oleje. Již dochází a bude i nadále docházet k tomu, že jedna olejová náplň pokryje celou životnost stroje. Této situaci nejvíce napomáhají moderní olejové filtry. Dnešní mazací dávkovače spolu s centrálními mazacími systémy umožňují po dlouhou dobu zásobit mazací místa dostatkem maziva bez vlivu lidského faktoru. Nespornou výhodou je vyloučení možnosti absence maziva na mazacích místech, a tak snížení vzniku havárie. Tribodiagnostika umožní prodloužení výměny olejových náplní bez rizika degradace stroje a jeho částí. Nové diagnostické přístroje usnadní analýzy a ušetří drahocenný čas. Výhledově bude tribotechnika a tribodiagnostika stejně, ne-li více, důležitá jako doposud, proto by se neměla v žádném případě podceňovat!
36
11. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY AutoEXPERT. červenec, srpen 2008. 56 s.
MALINGEROVÁ, Natálie - NOVOTNÝ, František. CHEMIE, PALIVA, MAZIVA. NÁVODY DO CVIČENÍ. Vysoká škola zemědělská v Brně. 1. vydání. Brno. 1977. 137 s.
MAREK, V., PRAŽÁK, P., NOVÁČEK, V. TRIBOTECHNICKÁ DIAGNOSTIKA. Výzkumný ústav ČKD Praha. 23 s.
SOUKUP, M., MM Průmyslové spektrum. září 2007. č 9. 56-58 s. ISSN 1212-2572
NOVOTNÝ, František, CHEMIE, PALIVA, MAZIVA. Vysoká škola zemědělská v Brně. 2. vydání. Brno. 1985. 171 s.
POŠTA, Josef. PROVOZUSCHOPNOST STROJŮ. Česká zemědělská univerzita v Praze. 1.vydání. Praha. 2002. 95 s. ISBN 80-213-0966-0
POŠTA, Josef. TECHNOLOGIE ÚDRŽBY A OPRAV STROJŮ. Česká zemědělská univerzita v Praze. 1.vydání. Praha. 1995. 192 s. ISBN 80-213-0248-8
ŠTĚPINA, Václav - VESELÝ, Václav. MAZIVA V TRIBOLOGII. vydavatelstvo Slovenské akademie věd. 1985. 395 s.
12.POUŽITÉ OBRÁZKY Oerlikon
Balzers
[online],
http://www.oerlikonbalzerscoating.com/bcz/cze/02-
applications/01-wear-tribology/indexW3DnavidW263.php. [cit. 2009-04-20]
AUTOEXPERT. červenec, srpen 2008. 43 s. 37
Ostatní obrázky převzaty z materiálů firem: Avetop, Nářadí – Nástroje Jaromír Hála, Hennlich Industrietechnik, LubTec, Reo Trade.
38
13. SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Adhezivní opotřebení.......................................................................................... 18 Obr. 2 Abrazivní opotřebení .......................................................................................... 19 Obr. 3 Erozivní opotřebení ............................................................................................ 19 Obr. 4 Kavitační opotřebení .......................................................................................... 20 Obr. 5 Korozní opotřebení............................................................................................. 20 Obr. 6 Únava materiálu................................................................................................. 21 Obr. 7 Lom..................................................................................................................... 21 Obr. 8 Ruční mazací lis.................................................................................................. 22 Obr. 9 Pneumatické a elektrické ruční mazací lisy ....................................................... 23 Obr. 10 Motorové mazací lisy........................................................................................ 23 Obr. 11 Automatické dávkovače a nastavení intenzity dávkování................................. 24 Obr. 12 Centrální mazací systémy................................................................................. 25 Obr. 13 Mechanické filtry.............................................................................................. 26 Obr. 14 Magnetické odlučovače .................................................................................... 27 Obr. 15 Elektrostatické jímání nečistot ......................................................................... 28 Obr. 16 Koncentrace otěrových částic v oleji................................................................ 30 Obr. 17 Stanovení bodu vzplanutí a bodu hoření .......................................................... 32 Obr. 18 Kapičková zkouška motorového oleje .............................................................. 33
39
