METODY TRIBOTECHNICKÉ DIAGNOSTIKY

METODY TRIBOTECHNICKÉ DIAGNOSTIKY Ing. Marie Sejkorová

Ostrava 2012|2014

Tyto studijní materiály vznikly za finanční podpory Evropského sociálního fondu a rozpočtu České republiky v rámci řešení projektu OP VK CZ.1.07/2.2.00/15.0462 „Virtuální vzdělávání v dopravě“.

Metody tribotechnické diagnostiky

Název:


Autor textu:

Ing. Marie Sejkorová

Autoři videí:

Ing. Marie Sejkorová, Jiří Laštůvka, Karel Jelínek

Vydání:

první, 2013

Počet stran:

111

Náklad:

50

Studijní materiály pro studijní obor Provozní spolehlivost dopravních prostředků a infrastruktury a studijní obor Dopravní prostředky na Dopravní fakultě Jana Pernera, Univerzity Pardubice. Studijní materiály také poslouží studentům na Technické univerzitě – VŠB Ostrava, popř. studentům ostatních univerzit v ČR. Jazyková korektura: nebyla provedena.

Tyto studijní materiály vznikly za finanční podpory Evropského sociálního fondu a rozpočtu České republiky v rámci řešení projektu Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost. Název: Virtuální vzdělávání v dopravě Číslo: CZ.1.07/2.2.00/15.0462 Realizace: Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava/Univerzita Pardubice

© Text: Ing. Marie Sejkorová © Videa: Ing. Marie Sejkorová, Jiří Laštůvka, Karel Jelínek © Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Univerzita Pardubice ISBN: 978-80-248-3280-7

VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

2


POKYNY KE STUDIU


Pro studium problematiky tribotechnické diagnostiky jste obdrželi studijní balík obsahující: • integrované skriptum pro distanční studium obsahující i pokyny ke studiu, • instruktážní videa k vybraným částem kapitol, které jsou praktickými návody k vybraným laboratorním úlohám.

Cíl učebního modulu Cílem je seznámení se základními pojmy z oblasti tribotechnické diagnostiky. Po prostudování modulu by měl být student seznámen s vlastnostmi maziv používaných v dopravě a jejich vybranými metodami zkoušení. Měl by být schopen samostatně dle předloženého návodu laboratorní zkoušky provést a získané výsledky interpretovat.

Pro koho je modul určen Modul je zařazen do bakalářského a magisterského studia oboru Provozní spolehlivost dopravních prostředků a infrastruktury – zaměření ochrana životního prostředí a oboru Dopravní prostředky – silniční vozidla, ale může jej studovat i zájemce z kteréhokoliv jiného oboru. Skriptum se dělí na části, kapitoly, které odpovídají logickému dělení studované látky, ale nejsou stejně obsáhlé. Předpokládaná doba ke studiu kapitoly se může výrazně lišit, proto jsou velké kapitoly děleny dále na číslované podkapitoly a těm odpovídá níže popsaná struktura.


3


Při studiu každé kapitoly doporučujeme následující postup: Čas ke studiu: xx hodin Na úvod kapitoly je uveden čas potřebný k prostudování látky. Čas je orientační a může vám sloužit jako hrubé vodítko pro rozvržení studia celého předmětu či kapitoly. Někomu se čas může zdát příliš dlouhý, někomu naopak. Jsou studenti, kteří se s touto problematikou ještě nikdy nesetkali a naopak takoví, kteří již v tomto oboru mají bohaté zkušenosti.

Cíl: Po prostudování tohoto odstavce budete umět Popsat … Definovat … Vyřešit …

Ihned potom jsou uvedeny cíle, kterých máte dosáhnout po prostudování této kapitoly – konkrétní dovednosti, znalosti.

Výklad Následuje vlastní výklad studované látky, zavedení nových pojmů, jejich vysvětlení, vše doprovázeno obrázky, tabulkami, řešenými příklady, odkazy na animace.

Zajímavost k tématu Text, ve kterém se seznámíte s různými doplňkovými informacemi, které více či méně souvisí s tématem.

Pojmy k zapamatování Pojem je souhrnná myšlenková představa pro celou třídu obdobných jevů a skutečností, předmětů i abstraktních témat.

Otázky Pro ověření, že jste dobře a úplně látku kapitoly zvládli, máte k dispozici několik teoretických otázek.


4


Úlohy k řešení Protože většina teoretických pojmů tohoto předmětu má bezprostřední význam a využití v praxi, jsou Vám nakonec předkládány i praktické úlohy k řešení. V nich je hlavním významem předmětu schopnost aplikovat čerstvě nabyté znalosti pro řešení reálných situací.

Další zdroje Seznam další literatury, www odkazů apod., pro zájemce o rozšíření a dobrovolné rozšíření znalostí popisované problematiky.

Úspěšné a příjemné studium s tímto učebním textem Vám přeje Marie Sejkorová.

Ing. Marie Sejkorová


5


OBSAH 1

ÚVOD ............................................................................................................................. 8

2

TRIBOLOGIE A TRIBOTECHNICKÉ DIAGNOSTIKY ...................................... 9 2.1

Tribotechnika a tribotechnická diagnostika .......................................................... 9

2.2

Opotřebení třecích povrchů .................................................................................. 12

2.3

3

2.2.1

Adhezivní opotřebení .......................................................................................... 12

2.2.2

Abrazivní opotřebení........................................................................................... 14

2.2.3

Erosivní opotřebení ............................................................................................. 14

2.2.4

Kavitační opotřebení ........................................................................................... 15

2.2.5

Únavové opotřebení ............................................................................................. 16

2.2.6

Vibrační opotřebení............................................................................................. 16

Částice vzniklé v důsledku opotřebení ................................................................. 18 2.3.1

Adhezivní částice ................................................................................................. 18

2.3.2

Abrazivní částice.................................................................................................. 18

2.3.3

Sférické částice ..................................................................................................... 19

2.3.4

Laminární částice ................................................................................................ 19

2.3.5

Únavové částice .................................................................................................... 19

2.3.6

Abnormální částice .............................................................................................. 19

2.3.7

Neželezné částice .................................................................................................. 19

2.3.8

Oxidy železa ......................................................................................................... 19

2.3.9

Prachové částice ................................................................................................... 20

2.3.10

Tribopolymery ..................................................................................................... 20

2.3.11

Vlákna................................................................................................................... 20

MAZACÍ OLEJE ........................................................................................................ 21 3.1

3.2

Motorové oleje ........................................................................................................ 21 3.1.1

Funkce maziva ..................................................................................................... 22

3.1.2

Způsoby mazání ................................................................................................... 23

3.1.3

Viskozita motorového oleje ................................................................................. 24

3.1.4

Aditiva .................................................................................................................. 25

3.1.5

Druhy aditiv ......................................................................................................... 26

Převodové oleje ....................................................................................................... 28 3.2.1

Viskozita převodového oleje ............................................................................... 29


6

Metody tribotechnické diagnostiky 4

5

6

OPOTŘEBENÍ OLEJŮ V PROVOZU ..................................................................... 30 4.1

Kontaminace ........................................................................................................... 30

4.2

Průběh degradace motorového oleje během exploatace ..................................... 31

4.3

Hodnocení parametrů motorového oleje.............................................................. 32

4.4

Hlavní zásady odběru vzorků olejů ...................................................................... 34

METODY ZKOUŠENÍ MOTOROVÝCH OLEJŮ ................................................. 35 5.1

Základní zkoušky motorových olejů .................................................................... 35

5.2

Provozní zkoušky motorových olejů ..................................................................... 41

5.3

Pokročilé instrumentální analytické metody používané v analýze olejů .......... 42

HODNOCENÍ MAZIVOSTI OLEJŮ ....................................................................... 60 6.1

7

8

9

Stanovení mazivosti ................................................................................................ 60

ÚLOHA – ZÁKLADY TRIBOTECHNICKÉ DIAGNOSTIKY I ........................ 67 7.1

Stanovení teploty vzplanutí v otevřeném kelímku .............................................. 67

7.2

Kapková zkouška ................................................................................................... 69

ÚLOHA - ZÁKLADY TRIBOTECHNICKÉ DIAGNOSTIKY II ....................... 72 8.1

Stanovení obsahu nečistot v oleji přístrojem ÖGP ............................................. 72

8.2

Stanovení obsahu nečistot v oleji denzimetrem REO 31 .................................... 73

DYNAMICKÁ A KINEMATICKÁ VISKOZITA .................................................. 75 9.1

Stanovení dynamické viskozity Höpplerovým viskozimetrem........................... 75 9.1.2

10

9.2

Stanovení dynamické viskozity rotačním viskozimetrem................................... 86

9.3

Stanovení kinematické viskozity kapilárním viskozimetrem ............................. 88

9.4

Stanovení viskozity Stabingerovým viskozimetrem ............................................ 90

FERROGRAFIE ......................................................................................................... 93 10.1

11

Ferrografická analýza oleje ................................................................................ 93

FTIR SPEKTROMETRIE ......................................................................................... 98 11.1

12

Viskozita a třídění olejů ...................................................................................... 79

Stanovení opotřebení oleje FTIR spektrometrií ............................................... 98

ANALÝZA ČÁSTIC LASEROVÝM ANALYZÁTOREM .................................. 104 12.1

Analýza částic opotřebení.................................................................................. 104


7


ÚVOD Se zvyšováním spolehlivosti a hospodárnosti provozu dopravních prostředků je úzce spjato sledování technického stavu strojních součástí i stavu používaných maziv. Tyto úkoly řeší tribotechnická diagnostika, která jako nedestruktivní a bezdemontážní metoda využívá mazivo jako zdroj informací o dějích a změnách v mechanických systémech, v nichž je aplikováno. Účelné využití tribotechnické diagnostiky přináší i přes nemalé pořizovací náklady na vybavení možnost efektivního hospodaření s mazivy. Nedochází pak k případům, že je vyměňován olej, který ještě mohl plnit svou funkci a jeho výměna je tedy nevýhodná nejen z ekonomického, ale i environmentálního hlediska, nebo že při striktním dodržování výměnných lhůt může být vyměňován olej nadměrně opotřebený, který svými vlastnostmi nesplňuje požadavky na něj kladené a dochází tak k poškozování strojního zařízení. Náklady na opravy pak mnohdy přesahují investice vložené do preventivní péče zahrnující pravidelné sledování stavu zařízení metodami tribotechnické diagnostiky. Monitorování chemických a fyzikálních změn, ke kterým v provozu dochází, poskytuje poměrně přesnou představu o aktuálním stavu maziva a o možnostech jeho dalšího používání. Východiskem pro hodnocení dynamiky změn jednotlivých parametrů jsou jejich hodnoty pro nepoužitý olej. Mezi četné metody, které jsou pro tento účel využívány, patří infračervená spektrometrie či elektrochemické metody. Průběh a velikost opotřebení součástí, které jsou příslušným mazivem mazány, umožňuje sledovat skupina dalších metod, vhodných jak pro identifikaci prvkového složení částic opotřebení (metody atomové spektrometrie), tak pro popis morfologie a rozdělení částic tvořených kovovým otěrem, vlákny z filtračních materiálů, kontaminanty z vnějšího prostředí aj. (jedná se zejména analýzu částic laserovým analyzátorem a o ferrografii s následnou obrazovou analýzou). V této studijní opoře se studenti seznámí se základy tribotechnické diagnostiky. Získají přehled o principech jak základních analytických metod, tak pokročilých instrumentálních metod tribotechnické diagnostiky. Součástí studijní opory jsou rovněž návody k provedení vybraných laboratorních zkoušek analýzy maziv, které se běžně provádějí v laboratořích zaměřených na tribotechnickou diagnostiku.


8


1

TRIBOLOGIE A TRIBOTECHNICKÁ DIAGNOSTIKA

Doba životnosti, spolehlivost náplní a mechanických součástí, je nejen závislá na chování obsluhujícího personálu k dopravnímu prostředku, ale také na dodržování výměnných intervalů a kvalitě použitých provozních náplní. Omezení mazacích schopností oleje vede k nežádoucímu zhoršení prostředí, ve kterém se mechanické součásti pohybují, což může vést až k degradaci jednotlivých povrchů a následně i k poruše celého mechanismu. Analýzou maziva lze získá přehled o technickém stavu mechanického systému, opotřebení funkčních částí stroje, o znehodnocení a stárnutí maziva, o lokalizaci nadměrného opotřebení, které bývá příčinou vzniku poruch a havárie systému. Tak lze citlivě postřehnout rychlost opotřebení soustavy v závislosti na čase, popř. v reálném čase a kontrolovat např. stav filtračních soustav, těsnost chladících systému apod.

1.1 Tribotechnika a tribotechnická diagnostika Čas ke studiu: 0,5 hodiny Cíl: Po prostudování tohoto odstavce budete umět definovat pojem tribologie definovat pojem tribotechnická diagnostika

Výklad Tribologie (z řeckého trios – tření) je mezioborová věda zabývající se chováním dotýkajících se povrchů ve vzájemném pohybu nebo při pokusu o vzájemný pohyb. Při vzájemném působení povrchů se projevuje odpor proti pohybu − tření. Důsledkem tření je opotřebení pohybujících se povrchů. Tření a opotřebení se snižuje mazáním, přitom mazivem může být látka jakéhokoliv skupenství. V současnosti se používají zařízení s menší hmotností, ale pracující s větším zatížením, při větších rychlostech, při vyšších teplotách a často při vyšších tlacích než dříve. Aplikací tribologických zásad v praxi se zabývá tribotechnika. Tribotechnika je dílčí oblast techniky, zaměřující se na technické a ekonomické ovládání tření a opotřebení třecích míst pomocí vědecky odůvodněných opatřeních při jejich dimenzování, výrobě, provozu a údržbě. Tribotechnika se věnuje problematice maziv a jejich zkoušení, výpočtů, konstrukci a optimalizaci třecích dvojic, způsobům mazání a mazacím zařízením, kontrolním metodám, technologickým postupům vedoucích ke zvýšení odolnosti proti opotřebení, organizace techniky mazání v provozu. VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

9

Metody tribotechnické diagnostiky Tribologický systém je složen ze čtyř prvků, a to ze dvou třecích povrchů (tvořených většinou kovy nebo jejich slitinami, polymery, elastomery nebo keramickými materiály), z maziva a z okolního prostředí, které zasahuje do systému svojí teplotou, vlhkostí a chemickým složením. Celý tribologický systém pracuje za konkrétních provozních podmínek, z nichž největší význam mají zatížení, tj. měrný tlak (jeho velikost a průběh zatížení), charakteristika vzájemného pohybu mezi součástmi (jeho rychlosti a průběhy), povrchy třecích součástí (jeho charakteristiky drsnosti, tvrdosti), medium mezi součástmi (jeho parametry, stupeň degradace), množství a charakter částic přítomných mezi součástmi. Tribotechnická diagnostika (TTD) je diagnostika opotřebení součástí pohybujících se mechanismů stroje při použití vhodného maziva. Právě mazivo je zde kromě svých technických funkcí využito jako zdroj informací o technickém stavu strojního mechanismu. Je to souhrn diagnostických metod a prostředků se specifickými požadavky na aplikační podmínky. Její zavádění předpokládá splnění hlavních podmínek, které limitují úspěšnost využití jednotlivých metod i systému jako celku. Východiskem pro realizaci tribodiagnostického systému je požadavek provádění údržby strojního zařízení, na základě jeho okamžitého technického stavu. Do vědního oboru TTD patří níže uvedené oblasti:  výběr a způsoby aplikace maziv  materiály pro třecí dvojice  maziva a jejich testování  výpočet, konstrukce a optimalizace třecích dvojic  způsob mazání a mazací zařízení  vědecké základy pro tření a opotřebení  měřící a kontrolní metody pro tribotechnické pochody  spolehlivost a diagnostika (v tomto případě tzv. tribodiagnostika) konstrukčních součástí a skupin  speciální technologické postupy vedoucí ke zvýšení odolnosti proti opotřebení.

Tribotechnické metody diagnostiky využívají mazacího média jako zdroje komplexních informací o dějích, změnách a režimu opotřebení, probíhajících v mechanických soustavách. Tribotechnická diagnostika řeší dva velké okruhy problémů:  zjišťování stavu, prodlužování použitelnosti a prognózování degradace mazacích olejů,  zjišťování režimu, místa a trendu opotřebení mechanického systému (vozidlový spalovací motor, převodovka, hydraulická soustava aj.) cestou VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

10

Metody tribotechnické diagnostiky vyhodnocení výskytu cizích látek v mazivu, a to jak z hlediska kvantitativního, tak kvalitativního. Sledování provozní degradace olejů se provádí jednoduchými provozními metodami, tzv. rychlometodami, klasickými chemickými (analytickými) metodami normovanými státní normou a speciálními tribodiagnostickými metodami. Zjišťování opotřebení mechanických systémů mazaných olejem je založeno na poznatku, že olej po určité době provozu odráží přesně jejich stav a podmínky provozu (vykazuje určité procento příměsí). Je to především kovový otěr (částice opotřebení), který je rozptýlen v oleji a který po kvantifikaci některou vhodnou metodou (např. laserovou analýzou částic, ferrografií) umožní nepřímé sledování mechanických změn v systému, ve kterém je olej použit. Ze zjištěného množství kovového otěru, intenzity nárůstu, tvaru, velikosti a materiálového složení je možné vyvodit určité závěry – shoduje-li se nárůst otěrů a další parametry s nominálními hodnotami stanovenými pro daný mechanický systém (stanovenými výpočtem nebo dlouhodobým sledováním), lze usuzovat na normální průběh opotřebení bez zvýšeného rizika selhání systému. Abnormální, resp. náhlý nárůst počtu kovových částic aj., signalizuje mimořádný děj. Z velikosti a tvaru částic, rychlosti jejich nárůstu a dalších parametrů lze usuzovat na závažnost poruchy a naléhavost nápravných opatření. Významnou diagnostickou okolností je možnost lokalizovat místo vzniku zvýšeného otěru. Podle druhu kovového otěru je možné, známe-li materiál částí soustavy mazané a oplachované olejem, stanovit třecí dvojici, v níž dochází k prudkému zvýšení degradačního opotřebení. Pokud nelze lokalizovat místo zvýšeného otěru tímto způsobem, je zjištění nadměrného otěru signálem pro aplikaci některé z dalších metod technické diagnostiky, vhodné k lokalizaci poruchy.

Pojmy k zapamatování Tribologie – je nauka o tření, opotřebení a mazání. Tribotechnická diagnostika – je bezdemonážní diagnostika technického stavu a provozního režimu interagujících strojních součástí na základě analýzy oleje.

Otázky 1.1. 1. Jaké problémy řeší tribologie? 2. Jaké okruhy problémů řeší tribotechnická diagnostika?


11


1.2 Opotřebení třecích povrchů Jak již bylo uvedeno v předcházející kapitole, tak tribotechnická diagnostika využívá mazacího média jako zdroje komplexních informací o dějích, změnách a režimu opotřebení, probíhajících v interagujících dvojicích strojních součástí. Pro pochopení problematiky účinného mazání se seznamte s principem vzniku opotřebení.

Čas ke studiu: 1,5 hodiny Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět vysvětlit principy vzniku jednotlivých druhů opotřebení

Výklad Opotřebením se v tribologii rozumí odstraňování částic třecích povrchů materiálů v přímém styku při vzájemném pohybu různými formami mechanického účinku. Ve většině případů je opotřebení nežádoucí, avšak existují i žádoucí případy, např. při obrábění kovů, při záběhu třecích povrchů, při drcení a mletí materiálů aj. Na procesu opotřebení se podílejí i různé chemické a elektrochemické procesy, které přispívají k nežádoucím změnám povrchu funkčních ploch. Základní druhy mechanického opotřebení jsou  adhezivní  abrazivní  erozivní  kavitační  únavové  vibrační opotřebení. Uvedené druhy opotřebení představují základní případy. V technické praxi se obvykle jednotlivé druhy kombinují, jeden druh přechází v jiný, uplatňují se další vlivy, takže vzniká řada variant. V praxi nejběžnější je adhezivní opotřebení. 1.2.1 Adhezivní opotřebení Při tomto procesu dochází ke ztrátě užitné hodnoty pohybem dvou relativně hladkých ploch nebo pouhým stykem dvou částí, které k sobě jsou přitlačovány normálovou silou viz obr. 1. Adhezivní opotřebení je vyvoláno tím, že povrchy tuhých těles nejsou nikdy dokonale hladké, nýbrž (v závislosti na technologii opracování) jsou na nich makro-, mikro- a submikronerovnosti. Ke styku povrchu dvou částí proto nedochází v celé ploše, ale pouze ve velkém počtu dotykových plošek, kde se vlivem adhezivních sil tvoří mikrospoje.


12

Metody tribotechnické diagnostiky Při porušení mikrospoje dochází k přenosu materiálu. Intenzita adhezivního opotřebení se v provozu mění od formy mírné (normální opotřebení) až po intenzivní (zadírání). Při mírném opotřebení je tvorba ochranných oxidických vrstev v rovnováze s jejich narušováním. Intenzivní opotřebení způsobuje hluboké rozrušování funkčního povrchu a velké zvýšení odporu proti pohybu. Intenzivně opotřebovávané povrchy jsou rýhované, rozbrázděné. Na jenom či obou funkčních površích lze spatřit vměstnané částice. Vzrůstá odpor proti pohybu a může dojít až k úplnému zablokování spolupůsobících strojních součástí. Příčiny tohoto stavu mohou mít různý původ, ale velmi často jde o následek selhání mazání.

Obr. 1: Schéma mechanismu adhezívního opotřebení [1] Na vznik a průběh adhezivního opotřebení mají vliv zejména tyto faktory:  hloubka vnikání a poloměr zakřivení povrchových mikronerovností,  velikost zatížení a rychlost relativního pohybu,  schopnost materiálu vytvářet adhezní spoje. Na intenzitu opotřebení má vliv úroveň jednotlivých výše uvedených faktorů. Intenzitu adhezivního opotřebení navíc velmi výrazně ovlivňuje přítomnost maziva mezi funkčními povrchy.


13

Metody tribotechnické diagnostiky 1.2.2 Abrazivní opotřebení K abrazivnímu opotřebení dochází působením tvrdého a drsného povrchu jednoho z těles na druhé, nebo účinkem cizích abrazivních částic, které se dostanou mezi stykové funkční plochy. Tento způsob opotřebení se projevuje rýhováním a seřezáváním povrchu viz obr. 2. Typickým příkladem je vnikání mechanických nečistot mezi funkční povrchy pohybových mechanismů.

Obr. 2: Schéma mechanismu abrazivního opotřebení [1] 1.2.3 Erosivní opotřebení Erozivní opotřebení, narušování povrchů částicemi nesenými proudem média se projevuje nerovnoměrným porušením funkčního povrchu a často jeho výrazným zvlněním způsobeným turbulencí proudícího média. Poškození může zasahovat do značné hloubky viz obr. 3. S tímto typem opotřebením se lze setkat např. u čerpadel a potrubí na znečištěné kapaliny.

Obr. 3: Schéma mechanismu erozivního opotřebení [1] Na vznik a průběh erosivního opotřebení mají vliv zejména tyto faktory:  relativní rychlostí opotřebovávajících částic,


14

Metody tribotechnické diagnostiky  teplota a chemické vlastnosti nosného média,  druh, velikostí a tvar částic,  vlastnosti opotřebovávaného materiálu. Všechny výše uvedené faktory se projevují v různé míře, ale současně. Jedná se tedy o komplikované, variabilní děje, které lze jen s obtížemi kvantifikovat.

1.2.4 Kavitační opotřebení Kavitační opotřebení vzniká oddělováním částic a poškozováním povrchu součástí v místech zániku kavitačních dutin, jejichž zánik vyvolává hydrodynamické rázy. Kavitační dutiny vznikají v místech, kde se sníží tlak pod hodnotu tlaku nasycených par kapaliny při dané teplotě (např. v místě proudění zúženým průtočným průřezem atd.). Páry kapaliny vytvoří dutiny o objemu, který může kolísat ve velkém rozsahu, řádově od krychlových milimetrů do krychlových metrů. V oblasti vyššího tlaku pak tyto dutiny implozivně zanikají; dochází k hydrodynamickým rázům, které poškozují povrchy materiálu viz obr 4. Pokud se v kapalině při normálním tlaku vyskytují bubliny vzduchu či jiného plynu, tak se kavitační dutiny tvoří při snížení tlaku expanzí těchto bublin, vylučováním vzduchu z kapaliny nebo spojováním menších bublin. Pro kavitační opotřebení je typický drsný, jakoby vytrhaný povrch.

Obr. 4: Schéma mechanismu kavitačního opotřebení [1] Na vznik a průběh kavitačního opotřebení mají vliv zejména tyto faktory:  obsah plynů v kapalině,  teplota a tlakové poměry,  povrchové napětí a viskozita kapaliny.


15

Metody tribotechnické diagnostiky 1.2.5 Únavové opotřebení Únavové opotřebení vzniká postupným narůstáním poruch v povrchové vrstvě materiálu vlivem opakovaných stykových napětí v určitých částech funkčních povrchů viz obr. 5.

Obr. 5 Schéma mechanismu únavového opotřebení [1] Častým typem únavového poškození je tvoření důlků (pitting). Na jejich vzniku se význačně podílí mazivo, které účinkem kontaktních tlaků vniká do povrchových trhlin, v důsledku dalšího pohybu součástí je v nich uzavíráno, a tak se jeho tlak účinkem kontaktního namáhání zvyšuje. To přispívá k dalším šíření trhlinek a vede až ke vzniku důlků. Při vysokém smykovém namáhání v povrchové vrstvě křehkých a málo plastických materiálů může dojít ke vzniku podpovrchových trhlin a oddělování částic mechanismem křehkého lomu. Na vznik únavového opotřebení mají rozhodující vliv provozní podmínky. Dalšími významnými faktory jsou také:  nečistoty a vměstky,  tvrdost povrchové vrstvy,  drsnost povrchu. Často dochází k únavovému opotřebení u valivých ložisek, zdvihátek ventilů a ozubených kol.

1.2.6 Vibrační opotřebení Vibrační opotřebení se projevuje oddělováním částic a poškozováním povrchu materiálu vzájemnými kmitavými tangenciálními posuny funkčních povrchů při působení normálového zatížení. Amplitudy vibrací se pohybují do 100 µm. Dochází k němu u různých pohyblivých uložení, do nichž se přenáší vlastní nebo cize buzené kmity, např. valivá ložiska a čepy hřídelů.


16

Metody tribotechnické diagnostiky Klasifikace druhů opotřebení podle velikosti otěrových částic: - otěr velikosti do 3 µm

normální nenormální

- těžký

- otěr velikosti do 10 µm

- destrukční

- otěr velikosti nad 100 µm.

Toto dělení je užíváno zejména pro hodnocení opotřebení motorů. K těžkému opotřebení dochází při nenormálním zatížení, které často souvisí s poruchou mazání (absence maziva, nízká viskozita oleje naředěného palivem, příliš vysoká teplota apod.). Ochranná povrchová vrstva maziva se v těchto případech rozrušuje rychleji, než se tvoří. Dochází k bezprostřednímu styku třecích povrchů, ty jsou narušeny do hloubky. Zplodinou opotřebení je otěr velikosti 10 až 100 µm. Proces je destrukční a může vést k selhání (zadření motoru).

Otázky 1.2. 1. vysvětlete princip adhezivního opotřebení. 2. Jaký rozdíl mezi normálním adhezivním opotřebením a zadíráním? 3. Jak se na povrchu materiálu projeví abrazivní opotřebení? 4. V jakých případech se projevuje erosivní opotřebení? 5. Jaké faktory mají vliv na vnik a průběh kavitačního opotřebení? 6. Vysvětli vznik únavového opotřebení. 7. Na kterých součástech se nejčastěji projeví vibrační opotřebení?


17


1.3 Částice vzniklé v důsledku opotřebení Čas ke studiu: 1,5 hodiny Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět rozdělit částice podle jejich původu vzniku definovat částice na základě morfologie a tvarových znaků

Výklad Částice lze podle jejich původu rozdělit do dvou kategorií: Primární částice jsou generovány přímo třecími dvojicemi. Charakterizují režim opotřebení v souladu s obecně známými poznatky. Sekundární částice vznikají přetvořením primárních částic při opakovaném průchodu těchto částic soustavou. Vzájemný poměr výskytu primárních a sekundárních částic je závislý na několika faktorech [2], např. na:  velikosti olejové náplně,  počtu a účinnosti olejových čističů v soustavě,  účinnosti ostatních procesů odlučování částic ze soustavy,  reálné velikosti tepelného a mechanického zatížení motoru,  počtu tribologických jednotek,  použitém druhu mazacího oleje aj. 1.3.1 Adhezivní částice Původ mají v Beilbyho vrstvičce, z níž se postupně odlupují a jsou mazivem odplavovány. Jsou to částice, jejichž délka a šířka je přibližně stejná (5 – 15 μm), jejich tloušťka je však velmi malá (0,25 – 0,75 μm). Tyto částice jsou charakteristické pro opotřebení ocelových součástí, proto mají velmi dobré magnetické vlastnosti. Při ferrografické analýze je lze téměř vždy identifikovat. Jejich počet a zejména velikost charakterizuje intenzitu adhezívního opotřebení. 1.3.2 Abrazivní částice Mají tvar srpečků nebo mečíků s ostrými výčnělky na koncích. Celkově se velikost abrazivních částic pohybuje v rozmezí 50 – 300 μm při velmi malé tloušťce 0,25 μm.


18

Metody tribotechnické diagnostiky 1.3.3 Sférické částice Patří mezi hlavní typy částic vznikajících v důsledku únavového opotřebení valivého charakteru. Zpravidla vznikají v důsledku únavy Beilbyho vrstvičky na povrchu vnitřních nebo vnějších povrchů ložisek. Sféroidy jsou relativně malé (o průměru 2 – 5 μm). V objektivu mikroskopu se jeví jako malé černé body, při větším zvětšení je patrný vyleštěný povrch. Výskyt těchto částic na ferrogramu signalizuje nastupující poruchu valivých ložisek 1.3.4 Laminární částice Nejčastěji vznikají v důsledku opakovaného průchodu oleje a tím i částic soustavou. To má za následek plastickou deformaci částic (např. mezi valivým elementem a dráhou kroužku). Rozválcováním sféroidů i jiných třírozměrných částic vznikají tenké ploché lupínky malé tloušťky. Jejich délka se pohybuje od 40 do 250 μm a šířka od 10 do 50 μm. Částice mají hladký povrch a nepravidelné okraje. Výskyt těchto částic je zpravidla doprovázen výskytem sféroidů; v těchto případech nastal proces postupné poruchy valivého ložiska. 1.3.5 Únavové částice Charakterizují často se vyskytující poškození ozubených kol. Jedná se o trojrozměrné částice se srovnatelnou délkou, šířkou i tloušťkou. Povrch částic je nepravidelný, rýhovaný s nepravidelně členěnými okraji. Rozměry těchto částic se pohybují od 10 do 150 μm. 1.3.6 Abnormální částice Částice mezního a havarijního opotřebení, které vznikají při zadírání nebo silné abrazi. Vznikají mechanickým rozrušováním Beilbyho vrstvičky za působení nadměrného zatížení. V místě kontaktu třecích ploch nemá tato vrstvička potřebnou únosnost a je odírána. Tempo opotřebení je tak vysoké, že k obnovení Beilbyho vrstvičky vůbec nedochází. Při diagnostické analýze pak nelze zaregistrovat částice adhezívního otěru, které bývají nahrazeny třírozměrnými částicemi vždy s charakteristickou ostrou hranou a rozměry 30 – 70 μm. 1.3.7 Neželezné částice Vzhledem mohou připomínat abnormální částice, hlavně tvarem a rozměry. Vždy se odlišují zabarvením a magnetickými vlastnostmi. Vznikají v důsledku styku oceli a slitin barevných kovů při adhezívním režimu opotřebení. 1.3.8 Oxidy železa Magnetit Fe 3 O 4 vzniká za vysokých teplot a tlaků, převážně v důsledku nedostatečného mazání třecích ploch. Částice mají černý povrch, hladký, oblázkového charakteru, velikost těchto částic se pohybuje kolem 5 μm Výskyt vysokoteplotních oxidů je spojen s opotřebením součástí vyrobených z vysokopevnostní oceli nebo oceli ložiskové. Hematit Fe 2 0 3 signalizuje korozi funkčních ploch stroje působením vody. Růžové až červené částice hematitu lze indikovat při analýzách vzorků odebraných při záběhovém režimu činnosti motoru.


19

Metody tribotechnické diagnostiky 1.3.9 Prachové částice Malé kulovité nebo hranolovité částice - křemičitany o velikosti do 30 μm. Jsou průsvitné, čiré. 1.3.10 Tribopolymery Mívají podobu sférických částic nebo válečků v amorfní formě. Jádro tribopolymerů je vždy tvořeno submikronickými ocelovými částicemi. Organickou hmotu částice lze buď rozpustit odpovídajícím rozpouštědlem nebo zahřátím na teplotu nad 300 °C. 1.3.11 Vlákna Mají původ převážně ve filtračních materiálech. Bavlněná vlákna mají pentlovitý tvar, vlákna syntetického původu jsou rovná, na koncích s výrazným světelným lomem.

Otázky 1.3. 1. Jaký typ částic vzniká při abrazivním opotřebení? 2. Vysvětli procesy, při kterých vznikají sférické částice. 3. Jakou roli hrají v procesu opotřebení prachové částice?


20


2

MAZACÍ OLEJE

Soubor olejů a plastických maziv používaných k mazání, případně k přenosu síly v automobilech a jiných mobilních prostředcích lze souhrnně nazvat jako automobilová maziva. Pro konečného uživatele mají praktický význam zejména motorové a převodové oleje.

2.1 Motorové oleje Čas ke studiu: 2 hodiny Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět vysvětlit funkci maziva v motoru vysvětlit základní režimy mazání popsat složení mazacích olejů

Výklad Spolehlivost spalovacího motoru do značné míry závisí na dobrém mazání. Proto je nutné, aby olej nepřetržitě a intenzivně procházel vůlemi v třecích plochách motoru a mazal, a tak zabraňoval vzniku suchého tření, které vždy způsobuje zadírání a následnému znehodnocení třecích ploch, popř. aby plnil některé další úlohy, např. chladil, utěsňoval, udržoval čistotu motoru, chránil proti korozi, přenášel síly. U spalovacích motorů existuje několik druhů mazání, např. mazání mastnou směsí u dvoudobých zážehových motorů, kdy olej je přimíšen do paliva, mazání rozstřikem a zejména tlakové (oběžné) mazání, při němž je olej, který je umístěn buď ve skříni motoru nebo v olejové nádrži, dopravován na mazací místa olejovým čerpadlem. Podle způsobu, jakým je mazací olej přiváděn do ložisek klikového hřídele, lze rozlišit dva způsoby mazání, a to paralelní, které je používáno u současných automobilů, kdy je olej přiváděn hlavním mazacím kanálem a rozvádí se k jednotlivým mazacím místům (tlaky mezi mazanými místy jsou přibližně stejné), a sériové, užívané např. u tankových motorů, kdy olej vstupuje do prvního hlavního ložiska otvory ramen a čepů a pak postupuje k dalším ložiskům (rozdíly mezi vstupním tlakem na prvním ložisku a výstupním tlakem na posledním ložisku jsou značné).


21

Metody tribotechnické diagnostiky 2.1.1 Funkce maziva Úlohou maziva je zabránit bezprostřednímu styku povrchů ve vzájemném pohybu a tak zmenšit tření mezi nimi a jejich opotřebení. Snížení tření a opotřebení: olej může zajistit dostatečně pevný film s mazacími schopnostmi tak, aby tření a opotřebení pohyblivých součástí mechanismu bylo co nejmenší, a to nejen za normálních provozních teplot, ale i těsně po startu studeného motoru, kdy dochází k meznímu mazání. Tyto mezní stavy vedou až k několikanásobně většímu opotřebení než za normálních pracovních teplot oleje. Výrobci automobilů předepisují, že olej musí chránit soustavu (motor, převodovku, diferenciál atd.) v co nejširším rozsahu tak, aby nedocházelo k výraznějšímu opotřebení válců, pístních kroužků, ventilového rozvodu, ozubených kol, ložisek atd. Regulace teploty: kapalná maziva absorbují teplo v místech, kde je generováno tak, aby ho mohla přirozeně rozptýlit nebo odvést tepelným výměníkem či jiným chladicím zařízením. Předcházení chemickému napadení: pokrytím povrchu součástí poskytují maziva ochranu proti korozi a jinému porušení povrchu. Přenos energie: v hydraulických systémech je kapalina prostředkem přenosu energie a umožňuje tak pohon válce, ventilu, motoru atd. Neutralizace: olej musí neutralizovat kyselé korozivní zplodiny vznikající během spalování paliva, tj. musí mít dostatečnou alkalickou rezervu. Termooxidační stálost: termooxidační stálost oleje omezuje tvorbu produktů termooxidačních reakcí a usazování těchto produktů na plochách omývaných olejem. S tím souvisí i jeho čisticí funkce, tj. olej musí mít dobré detergentní vlastnosti. Čistota stroje je důležitý požadavek pro dosažení jeho dlouhodobé životnosti. Nečistoty pak musí být v oleji rozptýleny stejnoměrně, aby se zabránilo vzniku kalů, tj. olej musí mít dobré disperzní vlastnosti. Kaly a úsady musí být na zanedbatelné úrovni, která nezhoršuje výkonové parametry. Při vyčerpání detergentně-disperzantních látek musí být olejová náplň neprodleně vyměněna. Tlumení hluku a vibrací: tlumení hluku a vibrací patří mezi velmi důležité funkce oleje jak z bezpečnostního, tak z ekologického a zdravotně-hygienického hlediska. Antikorozní ochrana: v době odstavení vozidla musí olej chránit kovové plochy proti působení koroze. Složení automobilového oleje musí být takové, aby neovlivňovalo katalyzátor. Olej také nesmí napadat těsnicí materiály a nekovové komponenty, které se v poslední době stále více uplatňují v konstrukci motorů a převodovek. Malá odparnost: olej musí mít také co nejmenší odparnost, aby nedocházelo ke ztrátám náplně.


22

Metody tribotechnické diagnostiky 2.1.2 Způsoby mazání V ideálním případě jsou povrchy strojních součástí fyzicky odděleny vrstvou maziva. Nedochází-li k přímému kontaktu dvou povrchů a není-li mazivo znečištěno, pracuje stroj s malým třením a vytváří malé opotřebení. Základní režimy mazání jsou: Hydrodynamické mazání: dochází zde k oddělení součástí pomocí olejového „klínu“, který se vytváří na hydrodynamickém principu. Vznik hydrodynamické vrstvy závisí na geometrii strojních povrchů, rychlosti, zatížení a na viskozitě oleje. Rychlost a viskozita jsou při vzniku hydrodynamického mazání nepřímo úměrné zatížení. Rostoucí rychlost, viskozita, nebo klesající zatížení bude snižovat čas potřebný k hydrodynamickému oddělení a zvětšovat tloušťku vrstvy. Podobně i velikost součásti a kvalita povrchu ovlivní způsob, jakým vznikne hydrodynamická vrstva. Hydrodynamického mazání není dosaženo při spouštění a ztrácí se při zastavování. Náhlá změna rychlosti nebo střídavé zatížení (rázové namáhání) narušují hydrodynamické mazání. Příležitostně k vytvoření hydrostatické vrstvy během spouštění napomáhají pomocná čerpadla, aby došlo k „nadzvednutí“ čepu v uložení, urychlil se tak vznik hydrodynamické vrstvy a snížilo se s tím spojené opotřebení při rozběhu. Elasticko-hydrodynamické (EHD) mazání se uplatňuje ve valivých kontaktech, kde se povrchy stýkají v bodech nebo přímkách, jako valivé elementy v ložisku nebo přímka záběru zubů dvou spolu zabírajících kol. Pro přenos zatížení je tedy k dispozici malá plocha povrchu, teoretický bod nebo přímka. Nicméně ve skutečnosti se kov během činnosti stroje zásluhou pružnosti materiálu deformuje a vytvoří tak prostor pro vznik hydrodynamické vrstvy. EHD vrstva oleje oddělující povrchy součástí je tenká, často slabší než jeden mikrometr. Protože většina zatížení součástí je v daném okamžiku přenášena přes velmi malou plochu, je tlak v této oblasti velmi vysoký a dosahuje hodnot až několik desítek MPa. Extrémní místní tlaky ve valivých kontaktech zvyšují význam účinného mazání. Mezní mazání, kde nemůže být dosaženo hydrodynamické nebo EHD mazání. Pro mezní mazání jsou charakteristické následující podmínky:  tloušťka olejové vrstvy nepřesahuje drsnost povrchu součásti,  zařízení pracuje v podmínkách, kdy je často startováno a zastavováno, v podmínkách rázového namáhání, vysokého statického zatížení nebo malých rychlostí,  provozní podmínky vyžadují použití nízkoviskozitního oleje z důvodu tření některých součástí soustavy. Mazání za mezních podmínek může vyžadovat použití měkkých kovů, které zmenšují tření ve styku povrchů, aditiv, které chemickými reakcemi snižují tření na povrchu součásti, a plastických maziv s přísadou grafitu nebo MoS 2 na snížení tření a k řízení opotřebení.


23

Metody tribotechnické diagnostiky 2.1.3 Viskozita motorového oleje Viskozitní údaje podávají informaci o tom, jak lehce či obtížně lze olej dopravovat na potřebná místa, jak moc je olej tekutý, řídký či hustý. Viskozita je odpor, jímž tekutina působí proti silám snažícím se posunout její nejmenší částice. Na stykové ploše dvou vrstev tekutiny pohybujících se různou rychlostí se projevuje viskozita tečným napětím, jímž se snaží rychlejší vrstva urychlovat pomalejší, a ta naopak zadržovat vrstvu rychlejší. Viskozita je tedy jednou z nejdůležitějších vlastností, která ovlivňuje tokové vlastnosti látek. Určuje vlastně režim mazání, tvorbu a únosnost mazacího filmu, velikost odporu pohyblivých částí, těsnící schopnost a čerpatelnost. Vlivem tlaku a teploty se může viskozita oleje měnit. Tyto závislosti určují vlastnosti použitého oleje. Mírou závislosti je viskozitní index [2]. Dynamická viskozita η je veličina, jež charakterizuje míru tření a je konstantou úměrnosti ve vztahu vyjadřujícím přímou úměrnost mezi velikostí tečného napětí τ a rychlostním spádem dv/dz. Dynamická viskozita se vypočte ze vztahu:

τ = η. kde

dv dz

τ − smykové napětí [Pa],

η − dynamická viskozita [Pa.s], dv - rychlostní gradient [s-1]. dz

Kinematická viskozita je definována poměrem dynamické viskozity η a hustoty ρ dané kapaliny při téže teplotě a vypočítá se podle vztahu: v= kde

η ρ

ν − kinematická viskozita [m2.s-1], η − dynamická viskozita [Pa s.], ρ − hustota [kg.m-3].

Kinematická viskozita je ovlivněna zemskou přitažlivosti, proto se měření provádí ve svislé poloze, kdy kapalina teče dolů. Viskozitní index oleje je bezrozměrná veličina udávající vliv teploty na viskozitu oleje v porovnání s dvěma řadami standardních olejů (oleje z mexické ropy a oleje z pensylvánské ropy), které mají při teplotě 98,89 °C (210 °F) stejnou viskozitu jako zkušební olej. Z toho vyplývá, že oleje s vyšším viskozitním indexem mají příznivější průběh viskozitně-teplotně závislosti než olej s nižším viskozitním indexem.


24

Metody tribotechnické diagnostiky Viskozitní index se vypočte ze vztahu (3): VI =

kde

L −U L −U ⋅100 ⋅100 = D L−H

(3)

L – viskozita [mm2.s-1] oleje s VI = 0 při 100 °F (37,78 °C), jehož viskozita při 210 °F (98,89 °C) je stejná jako viskozita zkoušeného oleje při téže teplotě, U – viskozita [mm2.s-1] zkoušeného oleje při 100 °F (37,78 °C), H – viskozita [mm2.s-1 ] oleje s VI = 100 při 100 °F, jehož viskozita při 210 °F je stejná jako viskozita zkoušeného oleje při téže teplotě, D – (L-H) [5].

Pro velkoobjemové vznětové motory se v praxi většinou povoluje provoz motorového oleje v rozmezí viskozity max. ±20 %. 2.1.4 Aditiva Nedostatky základových olejů se při výrobě vyrovnávají pomocí zušlechťujících přísad, které dodávají olejům požadované užitné vlastnosti. Tyto přísady se označují jako aditiva – látky, které zlepšují vlastnosti olejů a jsou přidávány v přesně daném poměru do základového oleje. Aditiva napomáhají zabezpečit požadované funkční vlastnosti a jakostní ukazatele maziv, které vyplývají z neustále stoupajících nároků a měnících se podmínek aplikace olejů. Přísady do olejů jsou složité organické chemické sloučeniny, které dodávají mazacím olejům tyto funkční vlastnosti:  stálý mazací film, zabraňující oděru třecích součástek,  efektivní odvod tepla z třecích součástí,  efektivní ochrana součástí zařízení proti korozi produkty oxidace a neúplného shoření paliva,  stálost vůči oxidaci při nízkých (80 – 120 °C) a vysokých (250 – 300 °C) teplotách,  omezení tvorby karbonu na pístu, ve spalovací komoře, na ventilech a kalů v olejové vaně dispergováním uhlíkatých produktů a detergentním účinkem oleje,  odstranění pěnění, zhoršujícího mazivost oleje,  požadovanou viskozitně-teplotní charakteristiku oleje, zabezpečující tekutost oleje při nízkých teplotách (usnadnění startů) a dostatečnou viskozitu při pracovní teplotě do (250 – 300 °C),  vysoká stabilita proti mechanické destrukci,  nízká odpařivost,  zabezpečení vysokotlakých mazacích účinků,  stabilita při uskladnění, VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

25

Metody tribotechnické diagnostiky  ochrana před korozí. Všeobecně lze konstatovat, že se aditiva používají pro zlepšení stávajících vlastností základového oleje, pro potlačení nevhodných vlastností základového oleje a pro předání nových vlastností základovému oleji. 2.1.5 Druhy aditiv Depresanty snižují teplotu tuhnutí oleje. Odparafinování základového oleje postačuje při používání oleje do -15 °C. S depresantem je možné dosáhnout teploty tuhnutí pod -30 °C. Jejich účinek je založen na ztížení krystalizace parafínů za nízkých teplot, kdy mřížky parafínu na sebe vážou olej a tak zhoršují jeho tekutost. Depresantní přísada se zachycuje na této mřížce a zabraňuje zvětšování krystalů. Tyto gelovité částice pak mají menší velikost, tudíž tolik nezhoršují tekutost oleje. Jako depresantní přísady se užívají polymethakryláty, které mohou současně plnit i funkce viskozitních přísad. Antioxidanty zajišťují oxidační stabilitu oleje. Mazací olej reaguje s kyslíkem, zvláště při vysokých teplotách, a tvoří peroxidy, volné radikály, ketony, aldehydy a organické kyseliny. Rychlost oxidace závisí na faktorech, kterými jsou intenzita provzdušňování (ovlivněno množstvím kyslíku, který je k dispozici, aby reagoval s molekulami oleje), teplota (rychlost oxidace se přibližně zdvojnásobí, zvýší-li se teplota o 10 °C), voda (způsobuje hydrolýzu a podporuje oxidaci), kovové katalyzátory (měď, olovo, železo a další chemicky aktivní kovy podporují oxidaci oleje). Oxidační reakce mění tyto chemické a fyzikální vlastnosti oleje (zvyšují viskozitu, zvyšují kyselost, zvyšují hustotu, ztmavují barvu, narušují povrchy součástí, způsobují vznik nežádoucích látek). Antioxidanty působí buď tak, že rozkládají vzniklé peroxidy, nebo přerušují řetězec radikálových reakcí. Aditiva omezují oxidaci a prodlužují životnost oleje. Oxidaci nelze zcela zabránit, lze pouze oddálit její počátek pomocí antioxydantů, které lze rozdělit na: nízkoteplotní antioxidanty – převádějí reaktivní radikály vzniklé oxidací na inertní, a tím zpomalují případně zastavují oxidaci. Působí do teplot kolem 150 °C. vysokoteplotní antioxidanty – rozšiřují ochranu do teplot nad 150 °C. Usměrňují rozklad peroxysloučenin na inertní molekuly místo na katalyticky účinné peroxidy. pasivátory kovů – pokrývají kovové třecí povrchy a zabraňují pronikání kovových oxidačně účinných iontů do oleje. Běžnými antioxidanty jsou fenoly, zinečnaté dithiofosfáty (zajišťují ochranu proti opotřebení), aromatické aminy, alkylsulfidy. Dispersanty a detergenty Dispersanty dávají oleji schopnost zabránit tvorbě kalů, které by mohly zamezit cirkulaci oleje v mazacím okruhu motoru. Dalším neméně důležitým úkolem těchto látek je zabránit tvorbě úsad v oblasti pístních kroužků − při nadměrné tvorbě úsad by mohlo dojít k tzv. „zapečení“ pístních kroužků. Jsou to molekuly obsahující polární skupiny, které obalují nečistoty a částečky sazí (karbonu), aby zabránily jejich hromadění a usazování na povrchu součástí zvláště v chladnějších místech motorů (olejová vana, víko hlavy válců atd.). Detergenty potlačují tvorbu vysokoteplotních úsad, chrání motor proti korozi a zamezují koroznímu opotřebení, rozptylují studené kaly, které vznikají při nižších pracovních VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

26

Metody tribotechnické diagnostiky teplotách. Běžné dispersanty a detergenty aditivních směsí obsahují sukcinimidy (jsou bezpopelné), vápenaté a barnaté sulfonáty a fenoláty. Protikorozní přísady Chrání součástky motoru ze slitin kovů (hlavně ojniční ložiska z olovnatých bronzů) proti koroznímu působení kyselých produktů oxidace oleje nebo agresivních látek pocházejících z paliva tím, že reagují s barevnými kovy za vzniku ochranného filmu na povrchu součástek, které je chrání proti korozi (tj. proti účinku vlhkosti a vzdušného kyslíku) vytvářením pevně adsorbovaných hydrofobních filmů na povrchu kovu. Aditiva vytvářejí ochrannou vrstvu, aby zabránily styku vody s kovovým povrchem. Oddělením vody od povrchu součásti je potlačen proces koroze. Typickými aditivy zpomalujícími korozi jsou sulfidy, fosfáty, organické kyseliny, sukcinimidy, estery a aminy. Modifikátory viskozity Jsou to dlouhé řetězce polymerů vysokých molekulárních hmotností, které zlepšují viskozitně-teplotní charakteristiku olejů. Modifikátory viskozity se skládají hlavně z polymerů, směsných polymerů a mohou být použity ve většině motorových olejů, hydraulických kapalinách, kapalinách do automatických převodovek a zčásti i v mazivech do převodovek. Používají se na zvýšení vysokoteplotní viskozity a viskozitního indexu oleje. Výhody oleje s vysokým viskozitním indexem spočívají v menším tření při nízkých teplotách a sníženém otěru a nižších ztrátách oleje při vysokých teplotách. V následující tabulce jsou uvedeny hlavní zušlechťující přísady olejů. Tab č. 1: Hlavní přísady a jejich použití v olejích [3]. ADITIVA

MO

PO

ADITIVA

MO

OP

NÍZKOTEPLOTNÍ

(+)

-

MODIFIKÁTORY TŘENÍ

+

-

VYSOKOTEPLOTNÍ

+

+

PROTIZADÍRACÍ PŘÍSADY

+

+

DETERGENTY

+

-

VYSOKOTLAKÉ PŘÍSADY

-

+

DISPERSANTY

+

-

PROTIPĚNIVOSTNÍ PŘÍSADY

+

(+)

INHIBITORY KOROZE

+

+

ODLUČOVAČE VODY

-

+

MODIFIKÁTORY VISKOZITY

+

(+)

MAZIVOSTNÍ PŘÍSADY

(+)

(+)

DEPRESANTY

+

+

PROTIODĚROVÉ PŘÍSADY

+

+

ANTIOXIDANTY

Legenda: + používané, - nepoužívané, (+) používané v některých druzích. Oleje: OM – motorové, OP – převodové.


27


2.2 Převodové oleje Čas ke studiu: 2 hodiny Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět vysvětlit funkci maziva v motoru vysvětlit základní režimy mazání popsat složení mazacích olejů

Výklad Požadavky na kvalitu olejů pro automobilové převody jsou velmi vysoké, zejména proto, že jde o převody v poměru k přenášenému výkonu rozměrově malé, s velkými tlaky na plochách zubů. Kontaktní plochy zubů jsou navíc často vystaveny chvění a rázům, přenášeným od motoru a od hnacích kol. Vzhledem k velkým obvodovým rychlostem a požadavku zabezpečení pracovních schopností i za nízkých teplot nemohou být použity oleje s většími viskozitami a tím s větší únosností mazacího filmu. Používají se proto převážně oleje s vysokotlakými přísadami, ale mohou to být i oleje plně syntetické nebo nepatrně rafinované čistě minerální oleje. Pro převodové oleje jsou všeobecně důležité následující vlastnosti. Pro různé použití na ně může být kladen různě velký důraz. Jsou to:  Přilnavost maziva ke kovovému povrchu Tato vlastnost zajišťuje, že mazivo zůstává na zubech i přes působení odstředivých sil. Přilnavost závisí na obsahu polárních sloučenin a látek s velkou molekulou.  Únosnost mazacího filmu Schopnost vytvářet dostatečně únosný mazací film mezi kovovými povrchy, odolávající přetížení za velkých tlaků.  Mazivost Vlastnost působící na snížení koeficientu tření nebo vytvářející vhodnou třecí charakteristiku maziva a zvětšující jeho odolnost proti odstranění při smyku zubů.  Vhodná viskozitně-teplotní charakteristika Požadována je dostatečně velká viskozita při nejvyšších pracovních teplotách a dobrá tekutost při nejnižších pracovních teplotách.  Oxidační stálost za tepla  Deemulgační schopnost VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

28

Metody tribotechnické diagnostiky Odlučování přítomné vody a zabránění tvorby emulze zmenšující funkční schopnost oleje.  Velká pevnost ve smyku při náhlém zatížení  Malá pěnivost Pěněním oleje dochází k jeho úniku z převodové skříně. Zmenšuje se pevnost mazacího filmu a dochází ke zhoršení mazacích schopností.  Antikorozní ochrana Oleje nesmí korodovat kovové povrchy. Musí je chránit před korozívně působícími látkami během provozu i v době klidu.  Netečnost k jiným materiálům Oleje nesmí narušovat těsnicí materiály, musí se snášet s jinými oleji a dobře rozpouštět přísady. 2.2.1 Viskozita převodového oleje Viskozita převodového oleje je obdobně jako u motorových olejů charakterizována třídami SAE. Za vysokých teplot se měří kinematická viskozita pro všechny třídy SAE při 100 °C a pro měření se používají kapilární viskozimetry. Oleje, pro které je předepsána mezní hodnota viskozity při nízkých teplotách, mají k číselné hodnotě příslušné třídy SAE připojeno písmeno W. Výkonnostní standard převodových olejů je předepsán třídami API, popř. specifikacemi americké armády MIL, ACEA (CCMC), ale nemá pro převodové oleje srovnatelné všeobecně závazné výkonnostní předpisy. Existují však různé firemní specifikace převodových olejů např. výrobců vozidel MAN, Volkswagen aj. Výkonnostní specifikace podle SAE a související firemní klasifikace je uvedena v tab. 8. Pro automatické převodovky jsou celosvětově uznávány pouze firemní specifikace Ford (MERCON) a General Motors (DEXRON).

Otázky 2.1. 1. Vysvětlete funkci oleje v motoru. 2. Jaké procesy narušují hydrodynamické mazání? 3. Proč se přidávají k základovému oleji aditiva? 4. Proč musí mít olej dobré detergentně-disperzní vlastnosti? 5. Vysvětlete funkci antioxidantů v motorových olejích. 6. Které sloučeniny se používají jako protikorozní přísady? 7. Jaké vlastnosti jsou důležité pro převodové oleje?


29


3

OPOTŘEBENÍ OLEJŮ V PROVOZU Čas ke studiu: 2,5 hodiny Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět popsat příčiny opotřebení olejů vysvětlit faktory, které mohou negativně ovlivňovat funkci oleje v motoru definovat parametry, které se u motorových olejů sledují postup odběru vzorků k analýzám

Výklad 3.1 Kontaminace Ačkoliv je míra znečištění olejů pevnými nečistotami jedním z nejdůležitějších ukazatelů jejich stavu, neexistuje jednoznačně použitelný přípustný limit obsahu pevných nečistot v oleji. Důvodem je poměrně velké množství hodnotících technik založených na různých principech a z toho vyplývající široké spektrum výsledků stanovení. Výrobci olejů zpravidla preferují svoje ověřené metody stanovení obsahu pevných nečistot ve svých produktech a určují limity znečištění, které vycházejí z jejich vlastních zkušeností. Nejčastěji se u olejů používá stanovení obsahu nerozpustných látek v HEO-směsi (n-hexan, ethanol, kyselina olejová) a denzimetrické stanovení. Opotřebení se projevuje rovněž přítomností otěrových kovů, jejichž celkový obsah se stanovuje atomovou absorpční či emisní spektroskopií nebo polarograficky. Velmi dobře lze přítomnost otěrových částic sledovat laserovou analýzou částic či ferrografickou analýzou. Tyto částice jsou charakteristické pro určitý režim opotřebení. Cílem částicové analýzy je jednotlivé typy částic separovat, identifikovat a popisovat jejich vlastnosti a parametry. Každá tribologická jednotka produkuje při daném režimu otěrové částice určitého tvaru a velikosti. Se stoupající intenzitou opotřebení roste velikost a počet otěrových částic a mění se jejich morfologie. Kontaminující kapaliny Palivo přítomné v oleji snižuje jeho viskozitu a v krajním případě může zmenšit tloušťku olejového mazacího filmu pod kritickou mez. Pomocí FTIR spektrometrie se monitorují olejové náplně také z hlediska přítomnosti paliva v oleji. Přítomnost paliva lze zjistit i v rámci měření jiných parametrů, především viskozity a bodu vzplanutí. Bod vzplanutí bývá považován za kritický, klesne-li pod hodnotu 180 – 190 °C. Voda v motorovém oleji má korozivní účinky a může způsobit i zadření motoru. Kromě toho vyvolává také rozklad aditiv, neboť omezuje jejich rozpustnost v oleji a podporuje jejich vysrážení z olejové fáze. Obecně přijímanou hranicí, udávající maximální VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

30

Metody tribotechnické diagnostiky přípustný obsah vody, je 0,1 % hm. Zjišťuje se více způsoby, např. titrací podle K. Fischera, destilací s toluenem nebo s benzenem a FTIR spektrometrií. Průnik chladicí kapaliny do motorového oleje znamená velmi rychlou degradaci olejové náplně v důsledku tvorby úsad nerozpustných v oleji, v jejichž přítomnosti i samotný olej rychle stárne. Koncentrace chladicí kapaliny v oleji by neměla překročit 0,02 % hm.

3.2 Průběh degradace motorového oleje během exploatace Olej je během práce v motoru vystaven zejména silnému oxidačnímu působení kyslíku a intenzivnímu tepelnému namáhání. Provozní podmínky vyvolávají změny ve složení oleje, způsobují jeho stárnutí. Velikost středního tlaku na píst a počet otáček klikového hřídele tedy ovlivňují tepelný režim motoru a tím i oleje. Při trvalejším těžkém režimu motoru se teplota oleje ve vaně pohybuje až okolo 150 °C, v ojničních ložiskách až 180 °C a na prvním pístním kroužku i 250 °C. U naftových motorů (zejména přeplňovaných) jsou v důsledku vyšších kompresních tlaků a vyšší teploty nasávaného vzduchu teplotní podmínky ještě náročnější. Základem procesu stárnutí oleje je termooxidace, ovšem celkový mechanismus je značně složitý. Oxidace je doprovázena termickým štěpením, odpařováním složek a polymerací. Termooxidační proces významně ovlivňují katalytické účinky kovů (Fe, Cu), účinek kyselých látek, vody, paliva a mechanických nečistot. Oxidace oleje je doprovázena jeho tmavnutím, stoupáním jeho kyselosti a viskozity, zápachem a vylučováním nerozpustných oxidačních zplodin. Oxidační zplodiny vedou k tvorbě usazenin. Dále vznikají lepkavé kaly a laky, které narušují homogenitu oleje a také ucpávají filtrační vložky. Dnešní motorové oleje, vyráběné moderními technologiemi, jsou za běžných provozních podmínek v olejové vaně motoru oxidačně stabilní a jejich oxidace na tomto místě nemá prakticky význam. K intenzivnímu termooxidačnímu působení dochází zejména v pístové skupině, kde je slabá olejová vrstva vystavena vysokému oxidačnímu a tepelnému namáhání v přítomnosti jiných látek, které mohou oxidaci katalyticky ovlivnit. Kromě vlastního chemického stárnutí oleje dochází současně k jeho znehodnocování zbytky nedokonale spáleného paliva, kondenzovanou vodou nebo chladicí kapalinou pronikající netěsnostmi, kovovými otěrovými částicemi součástí motoru, drobnými prachovými nečistotami nasávanými z okolního prostředí a sazemi u naftových motorů. Významnou úlohu při tvorbě úsad v naftovém motoru sehrává kyselina sírová, vznikající oxidací sirných látek přítomných v motorové naftě a v oleji (obr. 6). Tvorbu kyseliny sírové podporují i oxidy dusíku, pocházející z dusíkatých látek v palivu a oleji a z přímé oxidace dusíku při vysokých teplotách v naftovém motoru, které navíc samy podporují termooxidační přeměny v oleji. Tyto a další reakce kyseliny sírové s olejem vedou k tvorbě nerozpustných produktů, vyznačujících se velkou přilnavostí k horkým kovovým povrchům.


31


Obr 6: Schéma procesu degradace motorového oleje v naftovém motoru [1]. Množství těchto úsad roste se vzrůstajícím obsahem síry v palivu, tvorbou oxidů dusíku a teplotou v motoru. Lakovité úsady stmelují sazovité částečky a vytvářejí tak karbon. Tvorba velkého množství karbonu vede k postupnému zaplňování drážek pro pístní kroužky a společně s lakovitými úsadami k znehybnění pístních kroužků („zapečení“). To umožňuje větší průnik spalných plynů kolem pístu do olejové vany a zpětně průnik oleje do spalovacího prostoru válce, čímž se dále zvětšuje tvorba úsad i spotřeba oleje a zmenšuje výkon motoru. Vrstva laků na stěnách pístů zhoršuje i přestup tepla a způsobuje zvyšování teploty na pístu. Výsledkem všech těchto vlivů jsou chemické změny oleje a mechanické nečistoty, které ve finále vedou ke snížení parametrů oleje na takovou mez, že je nutná výměna olejové náplně.

3.3 Hodnocení parametrů motorového oleje Při sledování stavu motorového oleje v provozu se používá řada postupů, od rychlého orientačního posouzení kvality v terénu (např. souprava TRIBO I, kapková zkouška), přes sledování relevantních parametrů olejů v provozních laboratořích až po hodnocení olejů prostřednictvím různých nákladných instrumentálních technik. Funkci oleje v motoru může negativně ovlivnit řada faktorů. Zahušťování oleje během provozu, ztráta mazivosti nebo tvorba úsad jsou důsledkem přehřívání a přetěžování motoru. Ředění oleje během provozu, zvyšování jeho korozivních účinků a tvorba nízkoteplotních kalů jsou zase důsledkem častého provozu tzv. studeného motoru. Způsob provozu je tedy kromě přirozeného stárnutí olejové náplně dalším faktorem degradace motorového oleje. Aby uživatel získal objektivní informace o stavu olejové náplně motoru, je žádoucí stav motorového oleje monitorovat. Kromě zjištění stupně degradace oleje, který umožňuje odhadnout zbývající kilometrický proběh olejové náplně, pomáhá rozbor oleje odhadnout stav opotřebení motoru nebo upozornit na jeho technickou závadu. Viskozita se během provozu může zvyšovat i snižovat. Snižování viskozity je důsledkem ředění oleje palivem, depolymerace polymerní přísady použité jako modifikátoru viskozitního indexu, popř. i důsledkem krakování oleje při termickém namáhání. Ředění VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

32

Metody tribotechnické diagnostiky palivem je prokazatelné, klesá-li současně teplota vzplanutí. Krakování oleje je zase doprovázeno výraznou tvorbou sazí. Zvyšování viskozity je důsledkem kondenzačních a polymeračních reakcí, které probíhají při velkém tepelném namáhání oleje. K zahušťování dochází i v případě, kdy má základový olej velkou odparnost, takže během provozu ubývá těkavějších podílů. To se projevuje zvětšenou spotřebou oleje a také je nepříznivě ovlivněno složení výfukových emisí. Míra povolené změny viskozity udávaná výrobci se pohybuje mezi 20-30 % oběma směry. Přísnější měřítko hovoří o tom, že olej by během životnosti neměl překročit hranice své viskozitní třídy SAE. Nízké číslo celkové alkality (TBN) a vysoká hodnota čísla kyselosti (TAN) v porovnání s hodnotami těchto parametrů u čistého oleje vypovídají o ztrátě schopnosti oleje neutralizovat vznikající kyselé látky, které jsou produkty spalovacího procesu a oxidace oleje. Tyto látky jsou pak příčinou koroze součástí motoru. Lze tedy říci, že dochází k vyčerpání tzv. alkalické rezervy oleje, ochranných alkalických sloučenin, které jsou součástí detergentní přísady. Pokud sledujeme během provozu tyto parametry, pak by TAN nemělo teoreticky dorůst hodnoty TBN, většinou se však uvažuje jako maximální hodnota TAN např. 80 % hodnoty TBN. Protože se však často sleduje pouze TBN, pak nám míru vyčerpanosti udává pokles této hodnoty a hranicí použitelnosti je pokles TBN na polovinu hodnoty TBN čerstvého oleje. Pevné nečistoty v oleji jsou velmi důležitým měřítkem hodnocení stavu motorového oleje. Zjišťují se mnoha způsoby. Filtrací po zředění vhodným rozpouštědlem, jako podíl oleje nerozpustný v určitém rozpouštědle nebo orientačně měřením vodivosti. Limitní hodnoty se pohybují v řádu desetin hmotnostního procenta (membránová filtrace) a v řádu jednotek hmotnostního procenta (rozpouštědla). Stanovení obsahu otěrových kovů, zejména pokud se provádí systematické sledování, tzv. trendová analýza, dává možnost sledovat průběh mechanického opotřebení třecích dvojic motoru (pístová skupina, ložiska klikového hřídele, rozvodová kola, ventilové rozvody atd.). K nejpoužívanějším metodám patří atomová emisní spektrometrie (AES), atomová absorpční spektrometrie (AAS) a polarografie. Ostatní metody, které se používají, mnohdy nevyhovují vzhledem k nízké citlivosti stanovení a značné pracnosti analýz. Laserová analýza částic a ferrografie zase dává spíše přehled o počtu částic, velikosti a morfologii otěru, ale nedává potřebné detailní informace o jeho chemickém složení. Metody analýzy otěrových částic jsou náročné jak z hlediska instrumentálního vybavení, tak z hlediska nároků na kvalifikaci obsluhy. Limity obsahu kovových otěrových částic v motorových olejích udávají zpravidla výrobci motorů, což souvisí s použitými materiály jednotlivých součástí třecích dvojic. Vysoký obsah otěrových částic v oleji poukazuje na stoupající stupeň opotřebení motoru při těžkém zatížení, což má za následek degradaci znečištění oleje s požadavkem zkrácení intervalu výměny maziva.


33


3.4 Hlavní zásady odběru vzorků olejů Při odběru vzorků je třeba velmi pečlivě dodržovat předepsané postupy, zejména základní zásady: •

odběr se provádí z místa, které určuje technická dokumentace (výpustný kohout hlavní tlakové větve před filtrem, výpust olejové vany atd.) − nejdřív se důkladně očistí, pak se odpustí část oleje do pomocné nádoby, poté se bez další manipulace s kohoutem odebere vzorek; olej z pomocné nádoby se vrátí po odběru vzorku do systému;

•

odběr se provádí při běhu nebo těsně po zastavení motoru ohřátého na pracovní teplotu (cca 65 °C) do čisté suché skleněné příp. plastové vzorkovnice s uzávěrem, hermeticky uzavřené, se štítkem pro popis vzorku, objem vzorkovnice zpravidla 500 − 1000 ml, plní se cca do 2/3 max. ľ;

•

odběr musí proběhnout před doplněním oleje, po odebrání vzorku se do něj nesmějí dostat žádné příměsi;

•

po uzavření se vzorkovnice opatří identifikačním štítkem (v plastovém obalu, na motouzu pevně uvázaném k hrdlu vzorkovnice) s následujícími údaji: datum odběru vzorku, identifikační údaje o vozidle, značka oleje, skutečný kilometrický proběh náplně (lze doplnit i další údaje − jméno pracovníka, který vzorek odebral, další údaje o vozidle apod.);

•

vzorek se odevzdává do zkušebny co nejdříve po odběru, zpravidla nejpozději do tří dnů.

Otázky 3.1. 1. Proč je nutné motorový olej po určitém kilometrovém proběhu vyměnit? 2. Co charakterizuje hodnota parametru TBN? 3. Jak se projevují termooxidační procesy probíhající v olejové náplni? 4. Jak se projeví průnik paliva do olejové náplně? 5. Jaké metody TTD se používají pro sledování opotřebení strojních součástí? 6. Jaké parametry lze sledovat denzimetricky?


34


4

METODY ZKOUŠENÍ MOTOROVÝCH OLEJŮ Čas ke studiu: 3 hodiny Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět popsat princip a postup provádění základních normovaných metod TTD popsat princip jednoduchých provozních metod TTD popsat princip instrumentálních metod TTD

Výklad 4.1 Základní zkoušky motorových olejů Kinematická viskozita (ČSN EN ISO 3104, ČSN 65 6216) a dynamická viskozita, viskozitní index Podstatou zkoušky stanovení kinematické viskozity je stanovení doby průtoku stálého objemu kapaliny kapilárou kalibrovaného viskozimetru při určité hydrostatické výšce kapaliny a při přísně kontrolované teplotě. Kinematická viskozita se určí ze součinu změřené doby průtoku a konstanty použitého viskozimetru. Jednotkou kinematické viskozity jsou mm2s-1. Bližší informace k dané metodě jsou uvedeny v kapitole 9.

Viskozitní index Pro motorové oleje má mimořádný význam závislost viskozity oleje na teplotě, protože tyto oleje pracují ve velmi širokém rozmezí teplot. Pro charakterizaci závislosti viskozity motorového oleje na teplotě byl zaveden viskozitní index. Teplotně viskozitní závislost zkoušeného oleje se porovná s olejem, u něhož se mění viskozita s teplotou málo (VI=100 – olej z pensylvánských rop), a s olejem s velkou změnou viskozity na teplotě (VI=0 – olej z mexických rop) – viz obr. 7. Blíže se lze s touto problematikou seznámit v kapitole 9.


35


kinematická viskozita 2 [mm .s]

teplota [°C]

Obr. 7 Princip určování viskozitního indexu [2] Pozn.: Jako přísady pro zvyšování viskozitního indexu se používají polymerní sloučeniny (polyizobuten, polymetakryláty apod.) − tzv. modifikátory viskozity.

Bod vzplanutí (ČSN 65 6212) Zkouška je určena pro ropné produkty s teplotou vzplanutí nad 79 °C, stanoveným ve zkušebním přístroji podle Clevelanda v otevřeném kelímku. Výsledky zkoušky jsou důležité při kontrole, třídění a identifikaci olejů. Bod vzplanutí podle Clevelanda je definovaný stav, při kterém vzorek hořlavé kapaliny zahřívaný v předepsaném přístroji viz obr. 8 za stanovených podmínek zkoušky vyvine tolik par, že jejich směs se vzduchem tvořící se nad hladinou kapaliny při přiblížení zkušebního plamínku vzplane a opět zhasne. Měrnou jednotkou jsou °C. Bod hoření je nejnižší teplota v oC, při níž se zahříváním oleje vyvíjí tolik par, že přiblížením plaménkuvzplanou a hoří bez přerušení alespoň 5 sekund.


36


Obr. 8 Přístroj na stanovení bodu vzplanutí

Legenda: 1

-

mosazný kelímek

2

-

podložka pod kelímek

3

-

plynový kahan

4

-

teploměr pro měření teploty vzorku

5

-

hořáček s pomocným plaménkem

6

-

azbest

7

-

kovová trubička.

Hlavním úkolem zkoušky je posouzení oleje z hlediska provozní bezpečnosti. Bod vzplanutí bývá považován za kritický, klesne-li pod hodnotu 180 – 190 oC. Bod tuhnutí (ČSN 65 6072) Při ochlazování ropných produktů se při určité teplotě začínají vylučovat krystaly tuhých uhlovodíků – teplota zákalu. Dalším ochlazováním se mřížka parafinů postupně zpevňuje, až zcela znemožní pohyb oleje – teplota tuhnutí. Při zkoušce je ohřátý olej ochlazován předepsaným způsobem ve zkumavce s přesně stanovenými rozměry. Při ochlazování se sleduje teplota oleje a při objevení prvních krystalků alkanů u dna zkumavky se odečte bod zákalu. Bod tuhnutí je teplota, při které olej přestává za podmínek zkoušky téct, což se nejčastěji zkouší nakláněním zkumavky do vodorovné polohy. Bod tuhnutí informuje o teplotě, do které lze s olejem manipulovat. Spolu s hodnotou


37

Metody tribotechnické diagnostiky dynamické viskozity při nízkých teplotách, s mezní teplotou čerpatelnosti a s hodnotou viskozitního indexu slouží jako kritérium pro posouzení použitelnosti oleje za nízkých teplot. Objem vody (ČSN 65 6062) Zkouška je určena ke kvantitativnímu stanovení vody (kromě stanovení velmi malých množství) v minerálních olejích, parafinech a technických vaselinách. Voda je v minerálních olejích i v jiných výrobcích z ropy většinou nežádoucí a mnohdy škodlivá. Může způsobovat koroze, podporuje tvoření kalů a jejich usazování. Porušuje souvislost mazací vrstvy oleje, nebo i brání jejímu vytvoření. Při knotovém mazání přítomná voda ovlivňuje nepříznivě sání oleje knotem a při oběžném mazání zhoršuje průchodnost filtrů. Větší množství vody je obvykle příčinou zákalů olejů a zhoršuje jejich tekutost při nízkých teplotách. Podstatou zkoušky je destilace vzorku v benzínu, kdy sebou páry strhují veškerou vodu a zjištění objemu vody, která se ustáním z kondenzátu oddělí (Obr. č. 9). Výsledek se zaznamená na jedno desetinné číslo, při obsahu vody větším než 1% a na nejnižší 0,05 % při obsahu vody menším. Množství vody v jímadle menším než 0,025 ml se zaznamená jako stopy vody. Neusadí-li se v jímadle žádná voda, zaznamená se jako výsledek obsah vody nezjistitelný.

Obr. 9 Přístroj pro stanovení obsahu vody v mazacích olejích

Legenda:

1

-

kahan s deflektorem

2

-

varná baňka

3

-

přestupník s refluxem

4

-

chladič

5

-

odtok vodního kondenzátu

6

-

kondenzační nástavec pro vodu


38

Metody tribotechnické diagnostiky Stanovení celkové alkality (TBN) potenciometrickou titrací (ČSN 65 6069) Touto metodou se stanoví celkový obsah zásaditých složek, a to organických i anorganických zásad, aminosloučenin, solí slabých kyselin a solí těžkých kovů, které se mohou podílet na celkové zásaditosti vzorku. Číslo celkové zásaditosti (TBN) udává množství kyseliny chloristé, které je potřeba k neutralizaci všech zásaditých složek přítomných v 1 g vzorku a vyjadřuje se ekvivalentním počtem miligramů hydroxidu draselného (KOH) [mg KOH/g]. Stanovení čísla kyselosti (TAN) potenciometrickou titrací (ČSN 65 6213) Číslo celková kyselosti (TAN) je definováno jako množství KOH v mg, spotřebované na neutralizaci všech kyselých složek obsažených v 1 g analyzovaného vzorku oleje. Jeho hodnota informuje o nárůstu látek kyselého charakteru, vznikajících v důsledku termooxidačních a protolytických reakcí oleje. Kyselé složky oleje ve větším množství mohou korozivně napadat citlivé ložiskové materiály, zejména olovnatý bronz. TBN a TAN se stanovují potenciometrickou titrací. Přesnost obou metod je podle normy stanovena jako maximálně +/-10 % stanovená hodnoty. Přípustný pokles hodnoty TBN je cca na polovinu hodnoty TBN čerstvého oleje. Conradsonův karbonizační zbytek (ČSN 65 6210) Karbonizační zbytek charakterizuje zkoušený olej z hlediska jeho náchylnosti k tvorbě uhlíkatých zbytků při vysokých teplotách. U motorových olejů se vysoká hodnota karbonizačního zbytku projeví zvýšenou tvorbou uhlíkatých úsad. Je to množství zbytku v % hm , které vznikne termickým rozkladem oleje bez přístupu vzduchu za podmínek předepsaných metodikou normy. Zbytek vzniklý během spalovací doby krakovacími (štěpnými) a koksovacími reakcemi se vyžíhá a zváží. Při zkoušce se zahřívá 10 g vzorku v předepsaném přístroji (obr. č. 10) pomocí Méckerova kahanu, jehož plamen se při zkoušce seřizuje tak, aby se za 10 minut (doba zahřívání) mohly vznítit páry unikající ze vzorku. Po dalších 7 minutách zahřívání (doby žíhání) v témž přístroji se stanoví váhové množství karbonizačního zbytku.


39


Obr. 10 Přístroj pro měření CCT Legenda: 1

-

porcelánový kelímek,

2

-

skleněné kuličky,

3

-

malý ocelový kelímek s víčkem,

4

-

velký ocelový kelímek s víčkem,

5

-

dutý ochranný plášť,

6

-

kryt s komínkem,

7

-

triangl,

8

-

třínožku,

9

-

Méckerův kahan.

Stanovení popela (ČSN 65 6063) Z popela olejů bez přísad lze usuzovat na jejich čistotu, z popela olejů s přísadami na přítomnost takových přísad. Popel upotřebených olejů je vyšší následkem otěrů, znečištění a vzniku látek, které se vytvořily chemickými reakcemi při stárnutí oleje s kovy. Z rozboru popela lze usuzovat na druh použitých přísad do olejů nebo případných nečistot, v některých případech též na příčinu poruchy strojů. Odvážený vzorek se spálí, případně za spolupůsobení oxidačních činidel, a zjistí se hmotnost vyžíhaného zbytku. Výsledek se vyjadřuje v % hm .

Stanovení obsahu látek nerozpustných v HEO Tato zkouška není normována, a tudíž záleží na každém pracovišti, jakou zvolí metodiku postupu. Zvýšená hodnota tohoto stanovení informuje o znečištění olejové náplně mechanickými nečistotami, produkty termooxidačníchních reakcí a signalizuje degradaci oleje. VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

40

Metody tribotechnické diagnostiky Princip zkoušky je založen na rozpuštění definovaného objemu vzorku oleje v 50 ml směsi hexan - etanol - kyselina olejová (HEO) a následném odstředění vzorku po dobu 15 minut. Po dekantaci se ke vzorku přidá 25 ml HEO a celý proces se ještě dvakrát opakuje. Úsady jsou po vysušení zváženy a obsah látek nerozpustných v HEO je definován jako podíl hmotnosti úsad a navážky vzorku v hmotnostních procentech. Přesnost metody byla ověřena třemi paralelními stanoveními sedmi vzorků exploatovaného oleje, jejichž obsah látek nerozpustných v HEO se pohyboval od 0,1 do 5,5 hm. %. Tato zkouška je časově značně náročná (max. 8 vzorků za směnu) a požadovanou přesnost stanovení obsahu úsad dosahuje teprve od 1 hm. % výše.

4.2 Provozní zkoušky motorových olejů Kapková zkouška Orientační posouzení stupně opotřebení oleje umožňuje kapková zkouška. Je jednoduchým testem k rychlému získání informativní představy o kvalitě oleje. Poskytuje základní informaci - o znečištění oleje, - o jeho detergentně-disperzantních vlastnostech, - o přítomnosti vody. Podrobněji je tato zkouška popsána v kap. 7. 2. Stanovení obsahu nečistot Další běžně prováděnou nenormovanou zkouškou je stanovení obsahu nečistot v oleji přístrojem ÖGP (Ölgrobprüfgerät). Přístroj umožňuje semikvantitativní stanovení obsahu nečistot v olejích (tzv. celkové znečištění oleje). Při měření se využívá skutečnosti, že znečištění, stárnutí a degradace oleje v provozu jsou spojeny s jeho tmavnutím − měří se úbytek intenzity světelného paprsku procházejícího vrstvou oleje definované tloušťky ve srovnání s intenzitou světla dopadajícího.


41


Obr. 11 Denzimetr REO-31 a zkušební proužky připravené k měření Stanovení obsahu nečistot v oleji lze provést i denzimetrem REO 31 (obr. 11), který umožňuje podobně jako ÖGP semikvantitativní stanovení tzv. celkového znečištění oleje. Pracuje na principu měření intenzity světla odraženého od vzorku oleje, naneseného na speciální fólii. Podrobně viz úloha č. 8.

4.3 Pokročilé instrumentální analytické metody používané v analýze olejů Konvenční metody analýzy maziv často selhávají a nepoukazují na skutečný celkový stav oleje a technický stav motoru. Použití metody infračervené spektrometrie, zejména v kombinaci s analýzou otěrových částic, zabraňuje předčasným demontážím a opravám motorů tím, že podává uživateli podrobné informace o stupni opotřebení maziva, jeho znečištění, o mechanickém opotřebení motoru a jeho závadách. Vytváří se tím spolehlivá kontrola výměnných lhůt maziva a včasné údržby motoru.


42

Metody tribotechnické diagnostiky FTIR spektrometrie Infračervená spektrometrie se zabývá analýzou absorpčních spekter molekul, absorbujících záření o vlnových délkách 800 nm–100 µm, tj. o vlnočtu 12000–10 cm-1. Při absorpci tohoto záření dochází ke zvýšení vibračních a rotačních stavů molekuly. Normální vibrace, které ve víceatomové molekule probíhají současně, jsou -

vibrace valenční, během nichž se mění vazebná vzdálenost mezi atomy; mohou být symetrické nebo asymetrické,

-

vibrace deformační, během nichž se mění valenční úhel, ale nemění se délka vazby.

Jednotlivé vibrační vlnočty závisejí na uspořádání atomů v molekule, na hmotnosti atomů a na pevnosti chemických vazeb mezi atomy. Přitom platí, že čím je vazba pevnější, tím více se absorpční pás posouvá k vyšším vlnočtům, a čím jsou atomy těžší, tím nižší jsou vlnočty, při nichž dochází k absorpci. Rozdíly energií mezi jednotlivými vibračními a rotačními stavy jsou velmi malé a k vyvolání absorpce tedy postačí záření o nízké energii a větších délkách vlny než má záření viditelné, tj. záření infračervené. Infračervené záření lze rozdělit na záření v oblasti blízké (near infrared, NIR), které navazuje na oblast viditelného záření (800–2500 nm, tj. 12000–4000 cm-1), střední (middle infrared, MIR) (2,5–50 µm, tj. 4000–200 cm-1) a vzdálené (far infrared, FIR) (50–100 µm, tj. 200–10 cm-1). Při interpretaci infračervených spekter se sledují tři hlavní charakteristiky: poloha a tvar absorpčních pásů, počet pásů a jejich intenzita. Infračervené spektrum nese informaci zejména o polárních vazbách v molekule. Vibrace vazeb nepolárních nebo jen slabě polárních neposkytují ve spektru žádné nebo jen slabé absorpční pásy. Tento důsledek aktivity vibrací má zásadní význam pro využití infračervené spektrometrie v kvalitativní analýze. Při infračervené spektrometrii s Fourierovou transformací (FTIR) se interferometricky získaný signál převede matematickou operací – Fourierovou transformací – na infračervené spektrum. Podrobnější informace k této problematice je uvedena v úloze č. 11.

Zajímavost k tématu V tribotechnických laboratořích se běžně k analýzám olejů metodou FTIR spektrometrie používá komerční software „Olejový analyzátor“, kterým lze získat srovnáním spektra nového a opotřebeného vzorku oleje údaje o obsahu sazí, vody, glykolu, nafty, oxidačních, nitratačních a sulfatačních produktů.


43

Metody tribotechnické diagnostiky Plynová chromatografie Směs organických látek se rozdělí na chromatografické koloně podle sorpčních sil a jednotlivé složky se identifikují pomocí charakteristik v porovnání se standardy. Chromatografie zahrnuje metody dělení směsí chemických látek, založené na mnohonásobném ustavování rovnováhy mezi fázemi. Podle separačního principu se chromatografické metody dělí na adsorpční, rozdělovací, chemisorpční a metody založené na separačním procesu. Z tohoto hlediska se dělí na metody plynové a kapalinové chromatografie, podle uspořádání stacionární fáze rozlišujeme sloupcovou (kolonovou) chromatografii pracující v uzavřeném systému a chromatografické techniky v plošném uspořádání, pracující v otevřeném systému. Plynová chromatografie se liší od jiných druhů chromatografie pouze v tom, že mobilní fází je plyn a látky se dělí ve stavu plynném. Při rozdělovací chromatografii v systému plyn – kapalina (GLC) se látky dělí mezi nosným plynem a stacionární kapalnou fází, zakotvenou na tuhém nosiči. V chromatografickém systému plyn – tuhá látka (GSC) se látky dělí mezi nosný plyn a tuhý sorbent. Kapalný nebo plynný vzorek obsahující dělené látky se vstřikne do vyhřívaného prostoru, kde se ihned vypaří a je unášen proudem nosného plynu do chromatografické kolony umístěné v termostatu vyhřívaném na teplotu blízkou střednímu bodu varu dělených látek. Dělené látky se na počátku kolony zachytí na stacionární fázi (rozpouštějí se v zakotvené kapalné fázi nebo se adsorbují na tuhý sorbent) a poté se desorbují čistým nosným plynem. Stacionární fáze v obou případech působí selektivně na jednotlivé separované látky a na základě vzájemných interakcí dochází k rozdělení (retenci, zadržování) jednotlivých složek v koloně, a tudíž i k jejich rozdílné eluci. Látky, které se zadržují málo, vystupují z kolony nejdříve, mají nejkratší eluční časy. Látky silně zadržované vycházejí z kolony později nebo v ní zůstávají. Rozdělené složky jsou unášeny nosným plynem z kolony a jejich množství je zaznamenáno detektorem jako funkce času nebo objemu proteklého nosného plynu. Hlavní součásti plynového chromatografu jsou: chromatografická kolona, dávkovací zařízení, termostat, detektor (FID, katarometr, ECD). Podle retenčních charakteristik viz obr. 12 se vyhodnocují kvalitativní a kvantitativní vlastnosti vzorku. Přiřazení určité látky píku je nutno provést na základě porovnání a posouzení shody retenčních charakteristik identifikované složky a standardu. Zjištění obsahu určité složky ve směsi je v principu založeno na porovnání ploch chromatografických píků stanovované komponenty a standardu o známé koncentraci.


44


Obr 12 Záznam z plynového chromatografu [4] Kvalita kvantitativní analýzy je především ovlivněna přípravou vzorků, správnou funkcí přístroje a kvalitou zpracování dat, s čímž také souvisí správná volba kalibrační metody. V analytice provozních hmot se touto technikou převážně stanovuje uhlovodíkové složení paliv nebo množství vody v upotřebených olejích.

Polarografie a voltametrie V polarografii resp. voltametrii je na elektrody ponořené do roztoku vkládáno lineárně se měnící napětí. Zaznamenávána je závislost protékajícího proudu na vloženém napětí. Ze záznamu lze zjistit jak kvalitu, tak kvantitu tzv. depolarizátoru, tj. látky, jejíž přítomnost v roztoku se projeví nárůstem protékajícího proudu (v důsledku její oxidace nebo redukce na elektrodě). Aby došlo k tomuto nárůstu, musí napětí na elektrodách dosáhnout určité hodnoty, která závisí na standardním oxidačním potenciálu depolarizátoru. Při výrazně kladnějším nebo zápornějším napětí je velikost protékajícího proudu prakticky nezávislá na vloženém napětí – na jedné straně proto, že napětí vložené na elektrody nestačí na vynucení změny oxidačního stupně depolarizátoru, jehož koncentrace u povrchu elektrody je proto stejná jako v roztoku a mezi elektrodami neprotéká žádný proud. Na straně druhé proto, že veškerý depolarizátor u povrchu elektrody je okamžitě oxidován nebo redukován, jeho koncentrace u povrchu elektrody je nulová a mezi elektrodami protéká elektrický proud odpovídající počtu částic depolarizátoru, které se dostávají difuzí k povrchu elektrody – tento proud, který je přímo úměrný koncentraci se označuje termínem limitní difuzní proud I d . Kromě proudu spojeného s přenosem náboje z roztoku k povrchu elektrody difuzí (tj. vlivem gradientu koncentrace) existuje řada dalších proudů spojených s oxidací či redukcí depolarizátoru na elektrodě. Ty všechny označujeme jako faradaycké proudy. K měření jsou používány dvě nebo tři elektrody.


45

Metody tribotechnické diagnostiky Pracovní – probíhá na ní sledovaný elektrochemický děj. Nejčastěji se používá rtuťová elektroda, ale může být též z různých forem uhlíku, ze zlata, platiny atd. Referentní − nepolarizovatelná elektroda. Např. kalomelová, chloridostříbrná (argentchloridová) elektroda. Její potenciál nezávisí na složení analyzovaného roztoku. Pomocná – elektroda je obvykle z platiny. Ve spojení s tzv. tříelektrodovým potenciostatem zajišťuje přesnější udržování napětí na pracovní elektrodě zvláště v málo vodivých roztocích a při rychlejších změnách potenciálu. V polarografii se plocha elektrody se v průběhu měření významně mění, při voltametrických měřeních se používají elektrody s neměnným povrchem. Těmito metodami lze stanovit řadu anorganických i organických látek v nejrůznějších matricích. V analytice provozních hmot se těmito metodami stanovují např. koncentrace kovů v opotřebených olejích.

Atomová emisní spektrometrie (AES) Principem AES je registrace fotonů vzniklých přechody valenčních elektronů z vyšších energetických hladin na nižší. Měří se záření emitované atomy nebo ionty v excitovaném stavu, které vzniká jejich zářivou deexcitací. Získané emisní spektrum má čárový charakter. Poloha čar (vlnová délka) ve spektru charakterizuje prvky a intenzita čar je úměrná koncentraci prvku ve vzorku. Spektrální čáry odpovídající přechodům valenčních elektronů lze nalézt v oblasti 10 - 1500 nm. Analyticky nejvýznamnější je oblast 110 – 900 nm. K atomizaci a následné excitaci se používá řada budících zdrojů, které se liší řadou parametrů ovlivňujících analytické výsledky. V praxi jsou nejčastěji používány plamen, indukčně vázaná plazma, elektrický oblouk, elektrická jiskra, doutnavý výboj a lasery. Podle principu práce budícího zdroje jsou známi dva druhy atomové emisní spektrometrie: - s rotační diskovou elektrodou, - s indukčně vázaným plazmatem. Tyto dva typy se z konstrukčního hlediska zásadně liší, zejména způsobem exitace různých vzorků olejů. Atomová emisní spektrometrie s rotační diskovou elektrodou Při použití techniky rotujícího disku AES/RDS (Obr. č. 13) se do prostoru jiskřiště přivádí stále čerstvý vzorek (3). Mezi diskem (2) a tyčinkovou protielektrodou (1) probíhá vysokonapěťová jiskra, dodávající atomům vzorek energii, takže tyto emitují světelné záření. Pro vedení a zaostření záření ze zdroje do optického systému se používá čoček nebo vláknové světlovodné optiky (5). Světelný svazek, vstupující do optického systému, dopadá na dutou difrakční mřížku (6), která rozkládá složené světlo do jednotlivých spektrálních čar,


46

Metody tribotechnické diagnostiky odpovídajících přítomným prvkům. Podél ohniskové křivky jsou optiky pečlivě nastaveny štěrbiny (8) propouštějící světlo žádané vlnové délky. Za štěrbinami jsou umístěny fotonásobiče (9), které snímají intenzitu jednotlivých čar a převádějí energii dopadajícího záření na úměrný elektrický proud. Počítač (11) toto napětí převádí na koncentraci jednotlivých prvků a výsledky zobrazuje na stínítku obrazovky a odesílá do paměťového media.

Obr 13 Princip atomové emisní spektrometrie s rotační diskovou elektrodou Legenda:

1

-

tyčinková elektroda

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

– – – – – – – – -

kotoučová elektroda vzorek oleje zdroj buzení světlovodný kabel optická mřížka vstupní štěrbina výstupní štěrbiny fotonásobiče analogovo-digitální převodník vyhodnocovací a řídící zařízení

Atomová emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem Při použití techniky AES/IPC (Obr 14) je bezelektrodové plasma vytvářeno v protékajícím inertním plynu, argonu. Plyn (5) prochází plasmovým hořákem (pochodní) umístěným v ose indukční cívky o dvou až třech závitech, které jsou připojeny na výkonný zdroj vysokofrekvenčních proudu (2). Argon (5) se zde nachází jako sekundár transformátoru, silně se ionizuje a zahřívá se na vysokou teplotu. Ionizovaný argon se nazývá plazmatem a dosahuje teplot 8000 – 10000 oC. Rozmlžený vzorek oleje (4) je nasáván v ose pochodně a VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

47

Metody tribotechnické diagnostiky prochází horkým plazmatem, kde jsou atomy totálně disociovány a excitovány, a proto vyzařují na charakteristických vlnových délkách. Pro vedení a zaostření záření ze zdroje do optického systému se používá čoček nebo vláknové světlovodné optiky (7). Světelný svazek, vstupující do optického systému, dopadá na dutou difrakční mřížku (9), která rozkládá složené světlo do jednotlivých spektrálních čar, odpovídajících přítomným prvkům. Podél ohniskové křivky optiky jsou pečlivě nastaveny štěrbiny (10), propouštějící světlo žádané vlnové délky. Za štěrbinami jsou umístěny fotonásobiče (11) snímající intenzitu jednotlivých čar a převádějí energii dopadajícího záření na úměrný elektrický proud (12). Počítač (13) tato napětí převádí na koncentraci jednotlivých prvků a výsledky zobrazuje na stínítku obrazovky a odesílá do paměťového media.

Obr 14 Princip atomové emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem

Legenda: 1

-

vakuová optika

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

-

vysokofrekvenční generátor chladící plyn vzorek oleje pomocný plyn odpad světlovodný kabel vstupní štěrbina optická mřížka výstupní štěrbiny fotonásobiče


48

Metody tribotechnické diagnostiky 12 13

-

analogovo-digitální převodník vyhodnocovací a řídící zařízení

Tribotechnická diagnostika využívá metod atomové emisní spektrometrie k určení míry opotřebení třecích dvojic, ke stanovení koncentrace aditivních přísad v mazadle a k určení koncentrace kontaminantů. V tabulce číslo 2 jsou uvedeny prvky a jejich potenciální zdroj v tribologickém systému:

Tabulka č. 2 - Potenciální zdroje prvků v tribologickém systému [5] Prvek

Značka

Potenciální zdroje stanovených prvků

hliník

Al

píst z lehké slitiny, ložisko, plastické mazivo

antimon

Sb

ložisko z bílého kovu, plastické mazivo

barium

Ba

přísada do oleje nebo maziva

bór

B

přísada do chladicí kapaliny

kadmium

Cd

pokovené plochy

vápník

Ca

přísada do oleje nebo maziva

chrom

Cr

pokovené pístní kroužky, valivá ložiska

měd

Cu

ložisko, plášť valivého ložiska, trubky výměníkového systému v chladiči

železo

Fe

obecné opotřebení, převody, kluzné povrchy, rez

olovo

Pb

ložisko z bílého kovu, olovnaté palivo, plastické mazivo

lithium

Li

přísada do plastických maziv

hořčík

Mg

slitiny, mořská voda

molybden

Mo

přísada do maziv

nikl

Ni

niklové oceli, zbytkové palivo, ložiska, ventily a sedla ventilů VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

49

Metody tribotechnické diagnostiky fosfor

P

přísada do oleje nebo maziva, protiotěrová přísada

křemík

Si

prach (v okruzích se vstupem vzduchu)

stříbro

Ag

pokovené plochy, plášť ložiska, elektrické kontakty

sodík

Na

přísada do chladicí kapaliny, mořská voda, palivo

cín

Sn

ložisko z bílého kovu, bronzové převody, plášť ložiska

titan

Ti

lopatky turbín, těsnění

wolfram

W

sedla ventilů, valivá ložiska

vanad

V

zbytkové palivo, otočný prvek ložiska

zinek

Zn

barvy, antioxidant, inhybytor koroze, protiotěrová přísada, vysokotlaká přísada a detergent

Atomová absorpční spektrometrie Atomová absorpční spektrometrie (AAS) je založena na specifické absorpci monochromatického záření volnými atomy sledovaného prvku v základním elektronovém stavu. Energie pohlceného fotonu odpovídá přechodu valenčního elektronu ze základní energetické hladiny na některou vyšší. Zdrojem záření je výbojka s dutou katodou zhotovenou z kovu, který se má stanovit. Záření je tvořeno převážně čárovým atomovým spektrem kovu duté katody. Polychromatické záření prochází absorpčním plynným prostředím o teplotě 2000 – 3000 °C, které je nejjednodušeji realizováno plamenem. Vzorek s příslušným stanovovaným iontem se přivádí do plamene jako aerosol. Zde se odpaří rozpouštědlo a vznikají atomy schopné absorbovat záření o těch energiích, které splňují Bohrovu kvantovou podmínku. Tato technika se v analytice provozních hmot používá převážně ke stanovení otěrových kovů (Fe, Al, Cu, Sn, Pb). Každá značka automobilů má své vlastní limitní hodnoty otěrových kovů, které jsou pro ni specifické. Výrobci velkých vznětových motorů zpravidla pro všechny typy svých motorů uvádějí jednotné limity koncentrací otěrových kovů. Limity udávající jednotlivými výrobci se mohou lišit. V tabulce číslo 3 jsou uvedeny hodnoty, které se uvádí nejčastěji a lze i říci, že se jedná o hodnoty průměrné. Pokud dochází k opakovanému překračování varovných limitů pro zvýšené opotřebení, je zapotřebí najít závadu, která toto opotřebení způsobila. Například překročení obsahu křemíku je signálem pro výměnu vzduchového filtru.


50


Tabulka č. 3 - Limitní koncentrace kovů v motorovém oleji (mg.l-1) [5] velké vznětové motory opotřebení

zážehové motory - opotřebení

kovy normální

zvýšené

nebezpečné

normální

zvýšené

nebezpečné

železo

pod 50

50 - 75

nad 75

pod 120

120 - 150

nad 150

měď

pod 30

30 - 45

nad 45

pod 25

25 - 35

nad 35

chrom

pod 12

12 - 20

nad 20

0 - 17

17 - 25

nad 25

nikl

pod 25

25 - 40

nad 40

pod 25

25 - 40

nad 40

hliník

pod 25

25 - 35

nad 35

pod 35

35 – 50

nad 50

olovo

pod 25

25 - 40

nad 40

pod 25

25 - 40

nad 40

cín

pod 5

5 - 12

nad 12

pod 5

5 - 12

nad 12

křemík

pod 25

nad 25

pod 25

nad 25

Ferrografie Ferrografická analýza umožňuje rozdělení kovových otěrových částic podle jejich složení, velikosti a dalších charakteristik, které je realizováno v silném magnetickém poli. Vzorek zkoumaného maziva stéká po šikmé podložce, která je umístěna v magnetickém poli. Největší ferromagnetické částice se usazují na začátku podložky a dále částice sedimentují podle svých magnetických vlastností, složení, velikosti a tvaru. Touto metodou je možno rozlišit tvar částic, jejich původ, a to i v případě, že jsou všechny součásti ze stejného kovu, místo vzniku (lokalizaci opotřebení), morfologii aj. Ferrografie je zaměřená na analýzu ferromagnetických otěrových látek v mazivu pomocí


51

Metody tribotechnické diagnostiky magnetického pole. Je to technika separace kovových (i nekovových) látek z opotřebeného oleje. Při ferrografické analýze se nechává stékat rozředěný vzorek oleje po šikmo skloněné folii, pod níž je umístěn velice silný magnet (na obr. 13). Sklon folie způsobí vlivem proměnné síly magnetického pole distribuci částic podle velikosti podél folie. Na začátku se zachytávají větší částice (> 15 μm) a čím je folie blíže magnetu, tím se zachytávají menší částice (na konci 1 − 2 μm).

1-

vzorek kapaliny

2-

dávkovací zařízení

3-

transparentní podložka

4-

stopa nečistot

5-

pólové nástavce

6-

permanentní magnet

7-

potrubí

8-

sběrná nádobka

9-

stojánek

Obr 14 Schéma ferrografu [6] Po průchodu vzorku oleje se odplaví olej vhodným rozpouštědlem (technickým benzínem) a transparentním lakem se fixují částice na transparentní podložce, tím se získává tzv. ferrogram. Ferrogram umožňuje posoudit velikost částic, poměr velkých částic (10 – 100 μm) k malým částicím, morfologickou (tvarovou) charakteristiku částic aj. Vyhodnocení ferrogramu se provádí jednak ferrodenzimetricky, jednak ferroskopicky. Ferrodenzimetrické vyhodnocení se opírá o analýzu optické průchodnosti ferrogramu pomocí fotodenzimetru. Světlo z ferrogramu, prosvěcovaného stabilizovaným zdrojem, je přiváděno na fotodiodu, která je spojena s analogovým měřicím přístrojem pro vyhodnocení optické hustoty ferrogram. Výsledek se vyjadřuje tzv. indexem intenzity opotřebení I 0 I 0 = ( AL + AS )( . AL − AS ) = AL2 − AS2

AL

... pokrytí plochy velkými částicemi [ % ]

AS

... pokrytí plochy malými částicemi [ % ] VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

52

Metody tribotechnické diagnostiky Ferroskopické vyhodnocení ferrogramu umožňuje detailnější analýzu morfologie částic, jejich druhu, povrchu atd. pomocí speciálních mikroskopů. Na základě ferroskopie lze určit režim opotřebení mechanické soustavy (motor, převodovka aj.) − tab. 4. Tab. 4 Režimy opotřebení [6] Režim opotřebení

Index intenzity opotřebení Io

I. záběhový

10 - 100

II. nepatrný

0 - 10

III. velmi mírný

10 - 100

IV. střední

100 - 500

V. střední až velký

500 - 1000

VI. velký až mezní

1000 - 2000

VII. havarijní

nad 2000

Morfologie otěrových částic Husté adhezívní řetízky, abrazivní srpečky a mečíky, volné laminární částice Adhezívní částice tvořící lesknoucí se řetízky do velikosti 15 μm Lístkové adhezívní částice tvořící lesknoucí se řetízky Laminární zářící částice o velikosti do 150 μm Velké nepravidelně ohraničené částice hroznovitého seskupení, tmavé oxidy a sféroidy, povrch rozrytý a zoxidovaný Velké částice nepravidelného tvaru, barvy tmavé až černé velikost nad 150 μm Makroskopické třírozměrné částice, sféroidy a abrazivní částice, velikost až 1 mm

Pro určování velikosti částic se používá objektivový (předmětový) mikrometr − skleněná destička formátu podložního skla, opatřená mikrometrickou stupnicí, kde 1 mm je rozdělený na 100 dílků (1 dílek = 0,01 mm = 10 µm). Stupnice je chráněna krycím sklem. Objektivový mikrometr slouží zpravidla jako délkový standard k určení měřítka zobrazení objektu na mikrofotografii.

Rastrovací elektronová mikroskopie Rastrovací elektronový mikroskop je přístroj, který je charakterizován postupným vytvářením obrazu, dosahováním zvětšení elektronickou cestou a užitím zaostřeného svazku ve vakuu jako pomocného prostředku k vyvolání fyzikálního signálu, který je zdrojem informací o místě, na něž primární elektronový svazek dopadá. Elektronový svazek je nástrojem (sondou), která obrazně řečeno „ohmatává“ vymezenou sledovanou plochu mikroskopického rozměru s cílem, aby postupně v jednotlivých, hustě vedle sebe uspořádaných bodech dal vznik vhodnému signálu (obr. 15), jehož intenzita je měřítkem určitého lokálního stavu.


53


Obr 15 Druhy fyzikálních signálů vyvolaných dopadem primárního elektronového svazku [7] Obraz nebo informace vzniká na základě rozdílu intenzit zpracovávaného signálu v jednotlivých mikroobjemech, kam dopadají primární elektrony. Rastrovací elektronový mikroskop umožňuje velmi velké zvětšení − řádově až 1 000 000×, má vysoké rozlišení (až 0,1 nm) a velkou hloubku ostrosti (až několik mm).

Princip rastrovací elektronové mikroskopie Katoda rastrovacího elektronového mikroskopu vyzáří na vzorek tenký svazek elektronů, který je urychlován ve vakuu. Vychylovací cívky řádkovacího systému umožňují, aby tento svazek bod po bodu a řádek po řádku systematicky přejížděl (řádkoval) vymezenou, zpravidla čtvercovou mikroplošku podobným způsobem, jaký se užívá v televizní technice. S pohybem primárního elektronového svazku je synchronizován pohyb elektronového svazku pozorovací obrazovky. Libovolnému bodu na řádkované ploše vzorku odpovídá bod na obrazovce. Odražený (emitovaný) paprsek se převádí na viditelný obraz na základě měnící se úrovně signálu v detektoru podle charakteru povrchu. Jas obrazu je modulován intenzitou vybraného fyzikálního signálu zachyceného po dopadu primárního svazku a přeměněného po zesílení na signál elektrický. Mechanická clona vybírá tu část elektronů, které dopadnou na vzorek. Projekční čočka (objektiv) zaostří svazek elektronů dopadajících na vzorek. Zaostřený svazek elektronů musí po povrchu preparátu rastrovat synchronně (obr. 16). Interakcí dopadajících elektronů s materiálem vznikají čtyři skupiny elektronů opouštějící povrch vzorku:


54

Metody tribotechnické diagnostiky 1) Sekundární elektrony – poskytují informaci převážně topografickou. Rozlišovací schopnost je 5–15 nm. 2) Zpětně odražené elektrony – poskytují informaci o topografii (reliéfu) vzorku a o materiálovém složení. Jejich rozlišovací schopnost je 50–200 nm. 3) Augerovy elektrony – jsou vyráženy z materiálu (z elektronových obalů atomů) a zjištěním jejich energie lze provádět prvkovou (kvalitativní) analýzu. 4) Primární elektrony – detekují se jako u transmisního elektronového mikroskopu (0,5 nm).

Obr. 16 Schéma rastrovacího elektronického mikroskopu [7] Pohyb svazku elektronů je řízen pomocí počítače, což operátorovi umožňuje dosáhnout menší nebo větší rozlišovací schopnosti. V závislosti na druhu zpracovávaného signálu je možno získat informace nejen o povrchové topografii a morfologii útvarů vytvářejících povrchový reliéf (s využitím přídavných zařízení − mikroanalyzátorů), a také o lokálních změnách v chemickém složení a o některých fyzikálních vlastnostech vzorku. K zobrazování se nejčastěji využívají sekundární elektrony


55

Metody tribotechnické diagnostiky Obrazová analýza V současnosti se v návaznosti na rychlý vývoj softwarových i hardwarových prostředků v oblasti informačních technologií i laboratorní přístrojové techniky intenzivně rozvíjejí metody obrazové analýzy. Tento kapitola se zabývá možnostmi jejich aplikace při hodnocení vlastností vybraných druhů exploatovaných olejů. V oblasti analýzy provozních hmot (zejména mazacích olejů) pro silniční a kolejová vozidla, stavební a zemědělské stroje i pro mechanizmy používané v jiných odvětvích umožňuje použití metod obrazové analýzy na jedné straně usnadnit a automatizovat hodnocení, na straně druhé dovoluje podstatně rozšířit počet a druh hodnocených parametrů a kvantifikovat výsledky analýzy. Obrazová analýza umožňuje získat kvantitativní informace např. o různých geometrických parametrech částic izolovaných z motorových či převodových olejů (údaje o počtu, ploše a morfologických parametrech jednotlivých částic, o jejich celkovém plošném podílu ve ferrogramu aj.). Tyto informace lze použít jednak přímo pro hodnocení průběhu opotřebení mechanismu mazaného zkoumaným mazivem, jednak jako podkladu pro navazující stereologickou analýzu. Použití výkonného počítače a vhodného softwaru práci s digitálním obrazem značně usnadňuje. Kvalitní, přesné a správné výsledky lze při zpracování optických informací v analýze maziv i v dalších oborech získat pouze za předpokladu dostatečné - věrnosti zobrazení v mikroskopu, - výraznosti obrazu, - identifikovatelnosti objektů. Zpracování binárních obrazů je úzce spjato s matematickou morfologií, nejčastěji s operacemi - eroze (objekty se po provedení eroze zmenší, neboť se ubírá z jejich okrajů; je-li objekt nebo úzký výběžek menší než ubíraná šířka, zmizí z obrazu), - dilatace (po dilataci jsou objekty zvětšeny, tj. k objektu je přidána „slupka“; je-li vzdálenost mezi dvěma objekty menší, než dvojnásobná tloušťka „slupky“, objekty se spojí, je-li díra v objektu menší, než dvojnásobná tloušťka „slupky“, zmizí z obrazu), - otevření (eroze následovaná dilatací − touto operací se velikost objektů se nijak významně nemění; otevření vyhlazuje kontury, maže malé objekty a rozpojuje částice spojené tenkou šíjí), - zavření (dilatace následovaná erozí; touto operací velikost objektů opět není podstatně změněna − vyhladí se obrysy, zaplní malé díry a malé zálivy, mohou se spojit blízké objekty), - vyčištění (operace nejprve eroduje obraz − malé objekty mizí, pak jsou zbývající objekty rekonstruovány do jejich původní velikosti a tvaru; výhoda tohoto postupu spočívá v tom, že malé objekty zmizí, ale zbytek obrazu zůstane nedotčen),


56

Metody tribotechnické diagnostiky - vyplnění děr (plní díry uvnitř obrazu, proto je tato operace užitečná například při detekci hranic objektů, které mají bohatou vnitřní strukturu s intenzitami typickými pro pozadí a hranice; po této operaci jsou díry transformovány na uzavřené oblasti). V oblasti kvantitativního hodnocení mikroskopických snímků umožňuje použití obrazové analýzy provést kvantitativní odhad parametrů zkoumaných částic rychle a přesně, bez subjektivního ovlivnění osobou provádějící hodnocení. Zároveň dává možnost získat informace nejen o základních parametrech částic, ale i takové údaje, které by při klasickém způsobu hodnocení bylo možné získat jen velmi obtížně, nebo by byly zcela nedostupné. V experimentálních oborech souvisejících s hodnocením provozních hmot používaných v dopravě lze velmi efektivně využít analýzu obrazu získaného prostřednictvím sestavy mikroskopu a digitálního fotoaparátu resp. kamery. Nejúčinnější částí ferrografické analýzy je zkoumání stopy tvořené částicemi usazenými na podložce ferrogramu ve výkonném optickém mikroskopu speciální konstrukce, tzv. bichromatickém mikroskopu. Tvarové znaky, barva, charakter povrchu a další obrazové charakteristiky částic sedimentu nesou významnou informaci o převládajícím druhu tření a opotřebení strojních součástí (třecích dvojic) omývaných olejem. Průběh a intenzitu opotřebení součástí, které jsou analyzovaným olejem mazány, umožňuje hodnotit ferrografie jako metoda, vhodná -

pro izolaci částic tvořených kovovým otěrem, vlákny z filtračních materiálů, kontaminanty z vnějšího prostředí aj.,

-

pro navazující popis jejich vlastností, zejména celkové plochy částic v obrazu, jejich morfologie, rozdělení velikostí a řady dalších charakteristik.

Sestavu k obrazové analýze nejčastěji tvoří optický přístroj (mikroskop, stereomikroskop resp. makrooptika), dále kamera nebo digitální fotoaparát, nezbytný počítač a softwarové vybavení. Optický systém (obr. 17) je složen z čoček, zrcadel nebo jiných optických prvků. Jeho cílem je zvětšení nebo zmenšení obrazu, separace barevných složek obrazu, konverze do oblasti vlnových délek viditelného spektra nebo zesílení optického signálu. Nevýhodou optické soustavy je nerovnoměrné osvětlení vzorku. Vzorek je ve středu zorného pole osvětlen více než při okrajích. Nehomogenita osvětlení, tj. ztráta světelnosti snímaného obrazu mimo osu optické soustavy, je způsobena nedokonalostí optických prvků (především objektivu a okuláru). Klíčovým krokem v celém postupu je získání kvalitního digitalizovaného obrazu předlohy (např. ferrogramu). K digitalizaci lze užít digitální kameru či fotoaparát. Ve většině zařízení určených k digitálnímu záznamu obrazu dopadá světlo na záznamový prvek prostřednictvím optických systémů. Dopadající světelné záření generuje elektrický náboj na světlocitlivém senzoru. Elektrický náboj je generován v pixelech sestávajících ze dvou kolmých elektrod (MOS tranzistorů), které slouží k uložení i přenosu fotogenerovaného náboje. Tento princip, je využívaný jak v CCD, tak i v CMOS senzorech.


57

Metody tribotechnické diagnostiky Po expozici jednotlivých pixelů obrazového senzoru dochází k transportu generovaného elektrického náboje strukturou do A/D převodníku, kde dochází k digitalizaci odpovídajícího elektrického signálu. Digitalizovaná data jsou ukládána na paměťových médiích vlastních zařízení (např. paměti typu flash), odkud jsou prostřednictvím sběrnice přesouvána do osobního počítače k dalšímu zpracování. Stacionární zařízení (skenery, digitální fotoaparáty a kamery na mikroskopu) mohou být připojena k počítači přímo a data mohou být ukládána na paměťová média interní či externí. Základní analýza obrazu spočívá v měření délek a ploch studovaných objektů na obrázku a určování histogramů v jednotlivých barevných prostorech. Vlastní měření je možné provádět ručně nebo autonomně na základě algoritmů umožňujících registrovat spojité oblasti stejných barevných odstínů. Tyto programy mohou být pak použity k měření délek, vzdáleností, úhlů, trajektorií, k měření velikosti a počtu ohraničených ploch, příp. jejich plošné distribuce. Jedním ze systémů, které se používají pro obrazovou analýzu, je LUCIA.

Obr. 17 Schéma optického systému bichromatického mikroskopu [7]

Analýza částic laserovým analyzátorem Tato problematika je podrobně popsána v kapitole č. 12.


58


Otázky 4.1. 1. Uveďte příklady, kdy je vhodné použít v TTD rastrovací elektronovou mikroskopii. 2. Jaké parametry motorového oleje lze analyzovat FTIR spektrometrií? 3. Na jakém principu pracuje atomová emisní spektrometrie s rotující diskovou elektrodou? 4. Vysvětlete podmínky, za kterých dojte ke změně viskozity u motorových olejů 5. Jaké závěry lze učinit na základě zjištění snížení bodu vzplanutí o 30 % oproti hodnotě bodu vzplanutí nového oleje.


59


5

HODNOCENÍ MAZIVOSTI OLEJŮ

Hodnocení maziv (včetně procesních kapalin) chemicko-fyzikálními metodami na jejich kvalitu z hlediska mazivosti (resp. únosnosti mazacího filmu) poukazuje jen nepřímo. Mazivost obecně stoupá s vyšší viskozitou a hustotou, ale tato závislost není pravidlem − mazivost kapaliny závisí především na jejím chemickém složení. Většina testovacích strojních metod byla vyvinuta se záměrem co nejlépe simulovat podmínky reálného zatížení. Přes velký počet testerů využívaných při vývoji maziv poskytují definitivní poznatky až praktické provozní zkoušky a dlouhodobé testy v reálných podmínkách.

5.1 Stanovení mazivosti Úlohy k řešení 5.1. •

Na testeru Reichert M2 proveďte zkoušky mazivosti dvou vzorků motorových olejů (nového a opotřebeného) a vyhodnoťte jejich výsledky.

Čas ke studiu a provedení laboratorní úlohy: 2,5 hodiny

Výklad Pro hodnocení mazivosti byly vyvinuty testovací strojní metody, které mají co nejlépe simulovat podmínky reálného zatížení. Přes velký počet testerů využívaných při vývoji maziv poskytují definitivní poznatky až praktické provozní zkoušky a dlouhodobé testy v reálných podmínkách. Přístroje simulující reálný třecí kontakt jsou využívány v oblasti vědecko-výzkumné, tak i v praxi. Ve výzkumu se jedná například o testy aditiv, optimalizaci jejich obsahu, testování základových olejů, sledování změn mazivosti oleje v průběhu oxidačního namáhání atd. V provozu pak pomáhá sledování mazivosti oleje především k předcházení haváriím zapříčiněným např. zadřením motoru či čerpadla.

Timken load tester Timken load tester je přístroj simulující reálný třecí kontakt pomocí stacionárního kvádru přitlačovaného na rotující kroužek. Oba tyto elementy jsou vyrobeny z definovaného materiálu a mají definované rozměry. Jejich vzájemná poloha je znázorněna na obr. 18. VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

60

Metody tribotechnické diagnostiky K vyhodnocení mazivosti zkoumané látky se používají postupy popsané v normách IP 240, 326; ASTM D 2782, D 2509; DIN 51434. Hodnocenými parametry jsou „OK load“ (tlak, při kterém ještě nedojde k pozorovatelnému poškození třecích elementů), „Seizure load“ (tlak, při kterém dojde ke svaření třecích elementů) a opotřebení třecích elementů (udává se jako změna hmotnosti třecích elementů v průběhu testu).

Obr 18 Timken load tester − princip přístroje [7]

Four ball tester Třecí kontakt je v tomto testu tvořen čtyřmi ocelovými kuličkami, z nichž tři jsou stacionární a jsou tlačeny k vrchní, rotující kuličce (obr. 19). K vyhodnocení mazivosti zkoumané látky se používají postupy popsané v normách IP 239; ASTM D 2783, D 4172, D 2596, D 2266, DIN 51350. Hodnocenými parametry jsou zatížení a čas nutný ke svaření kuliček, nebo opotřebení kuliček vzniklé v průběhu testu (vyhodnocuje se mikroskopicky).

Obr. 19 Four ball tester − princip přístroje [7] VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

61

Metody tribotechnické diagnostiky Reichert tester

Hodnocení mazivosti probíhá dle norem firmy PETROTEST. Testovací zařízení se skládá z pevně ukotveného testovacího válečku z definované oceli, který je přitlačován pomocí pákového mechanismu na otáčející se brusný prstenec, vyrobený ze speciální legované oceli. Brusný prstenec je svou spodní třetinou ponořen do zkoušeného vzorku maziva. Otáčením prstence se dostatečné množství oleje dostává do kontaktu s testovacím válečkem a brusným prstencem. Třecí kontakt je zobrazen na obr. 20b. Výsledkem testu je elipsovitá plocha vytvořená na povrchu testovacího válečku. TECHNICKÉ ÚDAJE A POPIS PŘÍSTROJE: Objem vzorku oleje k testu

cca 25 ml

Vstupní napětí z elektrické sítě

230 V +/-10% / 50 Hz

Maximální elektrický příkon

750 W

Elektrická pojistka

6,3A / 230 V

Obvodová rychlost třecího kola

1,7 m/s při otáčkách 960 ot/min

Síla působící na konci páky na testovací váleček

294 N (1:20) se závažím 1,5 kg

Měřená veličina na obvodové dráze 100 m

Otěrová plocha

třecího kola

na testovacím válečku [mm2]

Popis jednotlivých částí přístroje je uveden na obr. 21 a−c.

Obr 20a Reichert tester − princip přístroje [7]


62

Metody tribotechnické diagnostiky Testy mazivosti se tímto způsobem provádějí nejen u motorových olejů, ale i u další druhů provozních kapalin − např. u převodových, tlumičových či hydraulických olejů, u procesních (obráběcích / řezných) kapalin aj.

Pracovní postup: Třecí prstenec a testovací váleček (obr. 20a) před testem očistěte dosucha směsí isopropylalkoholu a xylenu (2:1). Posuňte páku (16) do levé krajní polohy. Pak otáčením šroubu (10) doleva uvolněte úchyt testovacího válečku tak, aby se dal vyklopit směrem nahoru. Uvolněte přítlak válečku (11) a vložte nový testovací váleček tak, aby v levé straně úchytu zapadl do prohlubně pro váleček, pak dotáhněte přítlak válečku (11) a po sklopení úchytu na doraz do dolní pozice jej opět upevněte dotažením šroubu (10). Do vany (20) odměřte cca 25 ml vzorku Obr 20b Detail testovacího válečku a oleje na test a vanu nasuňte odspodu na doraz pod brusného prstence [7] třecí kolo; vanu v této pozici udrží dva magnety umístěné v čelní stěně přístroje. Testovací váleček upněte šroubem k páce přenášející zatížení do třecího kontaktu. Současným stiskem tlačítek 6 R 4 pod displejem (5) vynulujte počítadlo metrů na přístroji, zapněte motor a po 10 metrech napočítaných na počítadle (prodleva je nutná k nanesení testované kapaliny na třecí kontakt) uveďte oba třecí elementy v kontakt přesunutím páky na převodovém soustrojí do pravé krajní pozice. Počkejte, až bude na počítadle hodnota 110 m, pak nejprve oddalte oba elementy a teprve poté vypněte motor. Předepsaná délka testu je 100 m dráhy otáčejícího se prstence. Vyjměte váleček, otřete jemným hadříkem otěrovou stopu a pomocí speciální lupy s měřidlem (z příslušenství přístroje) vyhodnoťte elipsovitou otěrovou plochu na testovacím válečku vytvořenou na jeho povrchu kontaktem s rotujícím brusným kotoučem. Z plochy elipsy A a ze zatížení přeneseného pákovým mechanismem na kontaktní plošku vypočítejte únosnost mazacího filmu. Otěrová plocha A se vypočítá podle vztahu A=0,785×l×d [mm2],


63

Metody tribotechnické diagnostiky únosnost mazacího filmu UMF UMF=(2000×G×9,81)/A [N/cm2], kde l je délka eliptické plochy, d šířka eliptické plochy, A povrch elipsovité otěrové plochy a G odpovídá zvolenému závaží [11]. Každý vzorek změřte při 960 ot/min (~1,7 m/s) třikrát se závažím 1,5 kg a třikrát se závažím 0,5 kg. Do protokolu uveďte stručně princip metody a hlavní body postupu měření. V praktické části uveďte hodnoty ÚMF pro oba vzorky vypočtená z jednotlivých měření. Posuďte rozdíly mezi oběma vzorky a vysvětlete je.

Zajímavost k tématu V řadě případů bylo zjištěno, že protioděrové schopnosti použitého motorového oleje jsou lepší než u oleje nového. To znamená, že test potvrdil přetrvávající funkci mazivostních a protioděrových přísad i v použitých a zdánlivě vyčerpaných olejích. Lze také konstatovat, že polární látky v oleji vzniklé oxidačními a nitračními změnami mají na mazivost oleje pozitivní vliv. Plocha otěrové stopy je u některých použitých olejů menší než u olejů nových. Podobný efekt byl pozorován i u základových olejů, u nichž oxidace přispívá ke zlepšené mazivosti oleje. Naopak v některých reálných případech byla mazivostní schopnost olejů při Reicherttestu mírně zhoršená. Jedná se o novou generaci motorových olejů se sníženým obsahem tradičních mazivostních prvků – fosforu a síry (specifikace VW 504.00/507.00). Mazivost a protioděrové vlastnosti motorových olejů tedy často nesnižuje ani vyčerpání antioxidantů dithiofosfátového typu a vysoký stupeň oxidačního a nitračního napadení. K mazivosti pravděpodobně přispívají také polární produkty oxidačních reakcí. Motorové oleje mohou mít na konci doby životnosti paradoxně lepší mazivostní charakteristiky než oleje nové. Mazivost a protioděrové schopnosti tak nejsou faktory, které by limitovaly životnost motorových olejů.


64


Obr. 21a Popis ovládacích prvků řídící jednotky [7]

Obr. 21b Detail uzlu simulujícího třecí kontakt [7] VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

65


Obr. 21c Celkové uspořádání přístroje (bez připojení na termostat) [7]

Charakteristika přístroje (popis výrobce): Přístroj REICHERT M2 slouží ke stanovení třecích a otěrových vlastností mazacích a řezných olejů pomocí třecího ocelového kola připevněno na hřídeli motoru, kde spodní třetina třecího kola je ponořena do olejové vany s testovaným vzorkem oleje, který je povrchem třecího kola unášen do třecího prostoru testovacího válečku upevněného v úchytu kolmo k ose uchycení třecího kola, přičemž na úchyt testovacího válečku působí síla přítlačného pákového mechanismu se závažím. Na testovacím válečku se po ukončení testu a jeho vyjmutí z úchytu vyhodnocuje otěrová stopa speciální lupou se stupnicí nebo pod mikroskopem.


66


6

ÚLOHA – ZÁKLADY TRIBOTECHNICKÉ DIAGNOSTIKY I

6.1 Stanovení teploty vzplanutí v otevřeném kelímku Úlohy k řešení 6.1. •

Seznamte se s informacemi o provozním opotřebení olejů

•

Stanovte teplotu vzplanutí v otevřeném kelímku

Čas ke studiu a provedení laboratorní úlohy: 2 hodiny

Výklad Princip: Teplota vzplanutí je nejnižší teplota, při které vzorek oleje za definovaných podmínek vyvine tolik par, že jejich směs se vzduchem, vytvořená nad hladinou vzorku, po přiblížení zkušebního plamínku vzplane a opět zhasne. Teplota vzplanutí se vyjadřuje v °C, při přesných měřeních se vztahuje na tlak 101,325 kPa. Její hodnota má rozhodující význam pro zařazení oleje do třídy hořlavosti kapalin - je tedy významnou požárně-bezpečnostní charakteristikou. Teplota vzplanutí souvisí také s odpařivostí oleje. U použitých olejů je zpravidla snížení teploty vzplanutí důsledkem zředění oleje palivem, tj. lehkými, snadno zápalnými frakcemi. Pomůcky: Přístroj pro stanovení teploty vzplanutí v otevřeném kelímku podle Clevelanda (obr. 22)

Obr. 22 Přístroj pro stanovení teploty vzplanutí podle Clevelenda VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

67

Metody tribotechnické diagnostiky Provedení: Před vlastní realizací experimentu se nejprve seznamte s instruktážním videem! Zkušební přístroj s otevřeným kelímkem se skládá z kelímku, ohřívací desky, teploměru s držákem a zkušebního hořáku s přívodem plynu. Stanovení teploty vzplanutí se provádí v tmavém místě, dostatečně chráněném před průvanem. Kelímek naplňte vzorkem tak, aby hladina zkoušeného oleje dosahovala úrovně červené rysky na vnitřní stěně kelímku. Je potřebné dbát, aby nedošlo k potřísnění kelímku zvenčí nebo na vnitřní stěně nad ryskou. Na hladině oleje nesmějí být bubliny. Teploměr upněte do svorky tak, aby spodní okraj rtuťové nádobky byl ve výši 6 mm ode dna kelímku přibližně v jeho středu. Zahřívání regulujte reostatem tak, aby ze začátku stoupala teplota vzorku rychlostí 15 °C za minutu. Průměr zkušebního plamínku nastavte na 4 mm. Když je teplota vzorku cca 50 °C pod předpokládanou teplotou vzplanutí, zmírněte ohřev tak, aby minimálně posledních 30 °C stoupala teplota o 5 až 6 °C za minutu; asi 10 °C pod očekávanou teplotou vzplanutí začněte zkoušet zápalnost směsi par paliva se vzduchem nad hladinou vzorku. Zkušební plamen veďte vždy po každém zvýšení teploty o 2 °C v rovině horního okraje kelímku přes jeho střed rovnoměrným pohybem. Tento pohyb nad kelímkem trvá asi 1 sekundu. Je nepřípustné vést zkušební plamen v rovině vzdálené více než 2 mm nad horním okrajem kelímku nebo přecházet plamenem vícekrát po dobu jedné sekundy. Jako teplotu vzplanutí zaznamenejte teplotu, při které v kterémkoli místě nad hladinou vzorku dojde k prvnímu vzplanutí. Jako výsledek zkoušky uveďte aritmetický průměr dvou stanovení, zaokrouhlený na celé stupně Celsia.


68


6.2 Kapková zkouška Úlohy k řešení 6.2. •

Níže popsaným postupem naneste po jednom vzorku oleje na každý z připravených vzorkovacích aršíků a po 60 minutách vyhodnoťte.


Výklad Princip: Kapková zkouška je jednoduchým testem k rychlému získání informativní představy o kvalitě oleje. Poskytuje základní informaci o:  znečištění oleje,  jeho detergentně-disperzantních vlastnostech,  přítomnosti vody. Zbarvení a charakter skvrny, která se vytvoří po nanesení kapky oleje na chromatografický papír a po jejím vsáknutí, souvisí s opotřebením a znečištěním oleje viz obr. 23 Po nanesení kapky dochází k řadě fyzikálních a fyzikálně-chemických procesů (difuze, adsorpce aj.), jejichž důsledkem je rozvrstvení nečistot. V centrální zóně skvrny zůstávají největší nečistoty; její transparentnost souvisí s mírou znečištění oleje nerozpustnými látkami, karbonovými úsadami apod. Má-li testovaný olej ještě dostatečný obsah detergentních přísad, vytvářejí se další světlejší soustředné kruhové zóny, ve kterých se usazují menší částice nečistot. Poslední vnější průsvitná zóna již obsahuje jen nepatrné množství nejjemnějších nečistot. Její nažloutlé zbarvení je dáno charakterem základového oleje a případným obsahem oxidačně narušených frakcí paliva nebo produktů termooxidačních reakcí, které proběhly v oleji v průběhu jeho používání. Není-li olej ještě příliš znečištěn, charakteristické zóny se na chromatografickém papíře nevytvářejí (výsledkem zkoušky je pouze transparentní nažloutlá skvrna).


69


1. 2. 3. 4.

Centrální zóna Tenčí okrajová zóna Různě tmavá difúzní zóna Vnější průsvitná okrajová zóna

Obr. 23 Rozložení zón v chromatogramu upotřebeného aditivovaného motorového oleje [1] Seznam pomůcek: arch chromatografického papíru nůžky Petriho misky pro umístění vzorkovacích aršíků

3 ks

skleněná tyčinka savý papír na otření tyčinky sada vzorkovnic s oleji vzorová stupnice Provedení: Z chromatografického papíru nastříhejte tři vzorkovací aršíky a volně je položte na Petriho misky. Do vzorku oleje, zhomogenizovaného ve vzorkovnici důkladným protřepáním, namočte skleněnou tyčinku do hloubky cca 25 mm. Po vyjmutí tyčinky z oleje první tři kapky nechejte odkápnout, další kapku přeneste nad čtvercový ústřižek chromatografického papíru a z výšky 5 mm nechte pomalu skápnout do jeho středu. Po 60 minutách proveďte vyhodnocení podle vzorové stupnice, která je součástí vybavení úlohy a je uložena v laboratoři. Vyhodnocení: Znečištění oleje se hodnotí podle vzhledu a zbarvení skvrny. Mírnému znečištění odpovídají skvrny č. 1, 2, 4, střednímu znečištění skvrny č. 3 a 5. Velmi znečištěný olej vytváří skvrny typu č. 6, 8, 9. Je-li obsah nečistot ještě vyšší, má skvrna lesklý okraj případně je lesklá na celé své ploše. Do protokolu uveďte stupeň znečištění oleje slovně: mírné znečištění, střední znečištění, vysoké znečištění. Detergentně-disperzantní vlastnosti se posuzují podle šířky, uspořádání a vnějšího ukončení skvrny. Vyhovují oleje vytvářející skvrny, které se směrem k vnějšímu okraji zvolna rozplývají (na vzorové stupnici č. 1 - 5), jako nevyhovující se označují oleje, které vytvoří relativně malou skvrnu homogenního šedého až černého zbarvení s ostře ohraničenými okraji


70

Metody tribotechnické diagnostiky (č. 6, 8, 9). Do protokolu uveďte hodnocení detergentně-disperzantních vlastnosti slovně: buď vyhovující nebo nevyhovující. Voda přítomná v oleji vytváří ve vnějším obvodu skvrny na vnitřní straně ostře ohraničené velmi světlé mezikruží (na vzorové stupnici č. 7). Do protokolu uveďte obsah vody slovně: vzorek obsahuje (neobsahuje) vodu. Samotný výsledek kapkové zkoušky není podkladem k provedení výměny oleje. Tu je možno provést pouze v případě, že olej nevyhovuje ani ve všech ostatních zkouškách, kterými je zjišťováno znečištění oleje (viskozita, teplota vzplanutí, obsah látek nerozpustných v hexanu, celkové znečištění aj.).


71


7

ÚLOHA - ZÁKLADY TRIBOTECHNICKÉ DIAGNOSTIKY II

7.1 Stanovení obsahu nečistot v oleji přístrojem ÖGP Úlohy k řešení 7.1. •

Stanovte procentický obsah nečistot ve vzorcích oleje.

Čas ke studiu a provedení laboratorní úlohy: 1 hodina

Výklad Přístroj umožňuje semikvantitativní stanovení obsahu nečistot v olejích (tzv. celkové znečištění oleje).

Princip: Při měření se využívá skutečnosti, že znečištění, stárnutí a degradace oleje v provozu jsou spojeny s jeho tmavnutím - měří se úbytek intenzity světelného paprsku procházejícího vrstvou oleje definované tloušťky ve srovnání s intenzitou světla dopadajícího. Seznam pomůcek: Přístroj na hrubé stanovení nečistot v oleji (ÖGP - Ölgrobprüfgerät) sada kyvet mezikruží pinzeta injekční stříkačka.

Provedení: Před vlastním měřením je třeba provést seřízení přístroje. Ochranným krytem uzavřete prázdný vzorkovací prostor a otočným regulátorem nastavte ručičku přístroje na hodnotu 250 mA. Velkou kyvetu naplňte 1 ml vzorku, vložte do ní mezikruží, a potom malou kyvetu, kterou vymezíte tloušťku vrstvy oleje. Uzavřete vzorkovací prostor a odečtěte hodnotu na mikroampérmetru.


72

Metody tribotechnické diagnostiky Vyhodnocení: Velikost znečištění odečtěte z grafu závislosti fotoelektrického proudu na znečištění oleje (graf obdržíte od vyučujícího).

7.2 Stanovení obsahu nečistot v oleji denzimetrem REO 31 Úlohy k řešení 7.2. •

Stanovte procentický obsah nečistot ve vzorcích oleje.

Čas ke studiu a provedení laboratorní úlohy: 1 hodina

Výklad Denzimetr (obr. 11) umožňuje podobně jako ÖGP semikvantitativní stanovení tzv. celkového znečištění oleje. Pracuje na principu měření intenzity světla odraženého od vzorku oleje, naneseného na speciální fólii (chromatografická folie Silufol).

Pracovní úkol: Stanovte procentický obsah nečistot ve vzorcích oleje. Princip: Při měření se využívá skutečnosti, že znečištění, stárnutí a degradace oleje v provozu jsou spojeny s jeho tmavnutím - měří se úbytek intenzity světelného paprsku odraženého od vzorku oleje, který je nanesen na proužku silufolové folie, ve srovnání s intenzitou světla odraženého od čistého proužku. Seznam pomůcek: Přístroj REO 31 – denzimetr (obr. 11) zkumavka 3 ks odměrný válec 25 ml technický benzín proužky zhotovené z chromatografické folie Silufol (9 x 100 mm)


73


Provedení:

Přístroj přebíráte již zapnutý, v ustáleném stavu (stabilizace trvá cca 60 min). Zkontrolujte, zda je správně nastaven: podle níže uvedeného postupu vložte čistý proužek, na panelu přístroje je pak zobrazen údaj 0,00 % (pokud se údaj na displeji liší, požádejte vyučujícího o seřízení – provádí se změnou polohy šroubku s označením SET na předním panelu přístroje; sami změnu nastavení neprovádějte!). Připravte si vzorky zkoušených olejů; použijte tytéž vzorky jako při měření na ÖGP. Do zkumavky odměřte 1 ml zkoušeného oleje a přidejte 24 ml technického benzínu, důkladně protřepejte. Do zkumavky vložte na dobu 180 s zkušební proužek folie. Po vyjmutí jej opláchněte rychlým ponořením do zkumavky s čistým technickým benzínem a ve svislé poloze usušte. Proužek se vzorkem zasuňte aktivní vrstvou nahoru do přístroje. Vsunovací otvor při tom zvedněte do horní krajní polohy. Světlo se odráží na fotočlánek, intenzita odraženého světla je vyhodnocena elektronicky a převedena tak, aby zobrazovací jednotka vykazovala znečištění v procentech. Shoda výsledků s výsledky stanovení Conradsonova karbonizačního zbytku je podle údajů výrobce minimálně 82 procent. Rozsah měření je 0,00 − 9,99 % (druhé desetinné místo má pouze orientační význam). Vyhodnocení:

Určete touto metodou procento nečistot ve vzorcích oleje a porovnejte s výsledky měření přístrojem ÖGP.


74


8

DYNAMICKÁ A KINEMATICKÁ VISKOZITA

8.1 Stanovení dynamické viskozity Höpplerovým viskozimetrem

Úlohy k řešení 8.1. •

Pomocí Höpplerova viskozimetru stanovte dynamickou viskozitu vzorku oleje při 20, 30, 40, 50 a 60 °C. Sestrojte graf závislosti dynamické viskozity oleje na teplotě.


Výklad

Princip: Viskozita je velmi důležitou vlastností maziv. Je mírou vnitřního tření (odporu proti vzájemnému posunu molekul) v kapalině. Ovlivňuje  únosnost mazacího filmu,  velikost odporů při rozběhu pohyblivých částí stroje,  těsnicí schopnost, čerpatelnost a tepelnou vodivost maziva. Podle Newtonova zákona o tření, které se uplatňuje při pohybu kapaliny s laminárním tokem, je smykové napětí τ na roviněparalelní s laminárním tokem přímo úměrné gradientu rychlosti dv/dz

τ =η ⋅ kde

dv dz τ je

smykové napětí jednotky plochy v rovině x,y [Pa],

v

rychlost ve směru x [m.s-1],

z

vzdálenost od rovnoběžné roviny x,y [m],

dv/dz rychlostní gradient  smykový spád [s-1], η

dynamická viskozita (koeficient vnitřního tření) [Pa.s]  [kg.s-1.m-1].


75

Metody tribotechnické diagnostiky Kapaliny, jejichž chování v laminárním toku lze vyjádřit tímto vztahem, jsou tzv. kapaliny newtonského typu. (V tzv. nenewtonských kapalinách viskozita závisí i na smykovém spádu − jedná se např. o tixotropní nátěrové hmoty aj.). Dynamická viskozita η je veličina, která je mírou vnitřního tření a velikosti odporů v tekutině. Je definována jako poměr tečného napětí τ, působícího ve směru pohybu prostředí k velikosti rychlostního spádu (gradientu rychlosti), kolmého na směr pohybu prostředí. Princip funkce Höpplerova (kuličkového) viskozimetru: V prostředí o hustotě ρ a dynamické viskozitě η se pohybuje koule rychlostí takovou, že obtékání koule je laminární. Síla F S působící proti pohybu koule o poloměru r je podle Stokesova vztahu F S = -6π∙η∙r∙v Necháme-li kouli volně padat v kapalině, působí na ni tři síly: tíha G, vztlaková síla F V a síla odporu F S . Výsledná síla je rovna vektorovému součtu.     F = FS + G + FV  Pokud se kulička pohybuje rovnoměrným pohybem, platí F = 0 . Pak lze vyjádřit dynamickou viskozitu jednoduchým vztahem, v němž je rychlost kuličky vypočtena pomocí času t, za který urazí dráhu h.     F = FS + G + FV 0 = G + FS + FV 0 = m∙g - 6π∙η∙r∙v - V∙ρ∙g Odtud: 6π∙η∙r∙v = m∙g - V∙ρ∙g 1   1 g 3 ⋅ m − d 3 ⋅ π ⋅ ρ m⋅g − π ⋅d3 ⋅ρ⋅g   2 6 η= = 6π ⋅ r ⋅ v 9⋅π⋅d ⋅v

Höpplerův viskozimetr je tedy určen pro stanovení dynamické viskozity z rychlosti pádu kuličky ve viskózní kapalině. Na padající kuličku o poloměru r působí v kapalině o hustotě ρ tíha, zmenšená o vztlakovou sílu. Působením výslednice těchto sil narůstá rychlost kuličky; ve viskózním prostředí však také roste odpor prostředí, daný Stokesovým vzorcem (viz část Princip). Síly působící na kuličku se po určité době vyrovnají a kulička se pohybuje pohybem rovnoměrným. Hmotnost kuličky, její hustota a rozměry jsou udány výrobcem. Při měření je třeba znát poloměr kuličky, určit vzdálenost dvou rysek na válci naplněném měřenou kapalinou a změřit dobu pohybu kuličky po dráze stanovené těmito ryskami. Dále je


76

Metody tribotechnické diagnostiky nutno určit hustotu kapaliny v trubici viskozimetru a teplotu kapaliny. Výpočtem z naměřených a tabelovaných hodnot je pak stanovena dynamická viskozita kapaliny. Všechny veličiny konstantní pro daný viskozimetr a kuličku jsou zahrnuty do tzv. konstanty kuličky K. Potom η = t (ρ kul - r) K η

dynamická viskozita [mPa.s]

t

doba pádu kuličky změřená mezi horní a spodní značkou [s]

ρ kul  hustota kuličky [g/cm3] ρ

hustota kapaliny [g/cm3]

K

konstanta kuličky [mPa.cm3/g]

Hustota kapaliny závisí na teplotě lineárně: ρ T = ρ 0 .[1 – b.(T - T 0 )] ρT

hustota kapaliny při teplotě T

ρ0

hustota kapaliny při teplotě T 0

Konstanta b je uvedena v tabulkách. Kinematická viskozita ν: Kinematická viskozita υ vyjadřuje viskozitu kapaliny se zřetelem na její hustotu. Je určena podílem dynamické viskozity η a hustoty ρ dané kapaliny. ν=

η [m2∙s-1] ρ η

dynamická viskozita [Pa.s]

ρ

hustota [kg.m-3](porovnávané kapaliny musejí mít blízkou hustotu)

Kinematická viskozita se stanovuje kapilárními viskozimetry (např. typu Ubbelohde). Měří se čas t, za který proteče kapilárou definovaný objem kapaliny. Čas t se vynásobí konstantou viskozimetru K [mm2.s-2] (konstanta vyjadřuje geometrické charakteristiky přístroje; výrobce ji uvádí jak v atestu, tak přímo na viskozimetru), tedy ν = K . t. Viskozita a viskozitní index Pro motorové oleje má mimořádný význam závislost viskozity oleje na teplotě, protože tyto oleje pracují ve velmi širokém rozmezí teplot. Pro charakterizaci závislosti viskozity motorového oleje na teplotě byl zaveden viskozitní index.


77

Metody tribotechnické diagnostiky Teplotně viskozitní závislost zkoušeného oleje se porovná s olejem, u něhož se mění viskozita s teplotou málo (VI=100 – olej z pensylvánských rop), a s olejem s velkou změnou viskozity na teplotě (VI=0 – olej z mexických rop) – obr. 24. Viskozitní index se vypočítá ze vztahu

VI = kde

L −U L −U ⋅ 100 = ⋅ 100 , L− H D L je viskozita [mm2.s-1] oleje s VI=0 při 100 °F (37,78 °C), jehož viskozita při 210 °F (98,89 °C) je stejná jako viskozita zkoušeného oleje při téže teplotě, U

viskozita [mm2.s-1] zkoušeného oleje při 100 °F,

H

viskozita [mm2.s-1] oleje s VI=100 při 100 °F, jehož viskozita při 210 °F je stejná jako viskozita zkoušeného oleje při téže teplotě,

D

(L – H).

Hodnoty L, H a D pro kinematickou viskozitu oleje při 210 °F jsou uvedeny v tabulkách.

Obr. 24 Princip určování viskozitního indexu schéma převzato z http://www.noria.com/learning_center/category_article.asp?articleid=411&relatedbookgro up=OilAnalysis Jako přísady pro zvyšování viskozitního indexu se používají polymerní sloučeniny (polyizobuten, polymetakryláty apod.).


78

Metody tribotechnické diagnostiky 8.1.2 Viskozita a třídění olejů Snaha po jednotném označování olejů vyplývá jak z potřeby univerzálního používání olejů, tak z požadavku značení některých důležitých vlastností olejů a unifikace těchto vlastností i u olejů různých producentů. Možností klasifikace olejů je v současné době více. Jednou z nich je klasifikace viskozitní SAE J 300 SEP 84, kterou vypracovala SAE (Society of Automotive Engineers) – tab. 4. Tab. 4 Klasifikace olejů SAE

Viskozitní třída SAE

Dynamická viskozita [mPa.s] při teplotě [°C] max.

Mezní hodnota čerpatelnosti [°C] max.

Kinematická viskozit při 100 °C [mm2.s-1] Min.

0W

3 250 při -30

-35

5W

3 500 při –25

-30

10 W

3 500 při –20

-25

15 W

3 500 při –15

-20

20 W

4 500 při –10

-15

25 W

6 000 při –5

-10

20

-

-

30

-

-

40

-

-

50

-

-

Max. 3,8

3,8 4,1 5,6 5,6 9,3 5,6 9,3 9,3 12,5 12,5 16,3 16,3 21,9

W – oleje určené pro zimní období


79

Metody tribotechnické diagnostiky Oleje takto můžeme rozčlenit na jednostupňové a vícestupňové. Kriteriem tohoto dělení je hodnota viskozitního indexu oleje. Jednostupňové oleje mají viskozitní index nižší než 90, pokrývají tak rozsah pouze jedné viskozitní třídy a je možno je používat podle určení buď výhradně v letním, nebo výhradně v zimním období. Naproti tomu vícestupňové oleje mají hodnotu viskozitního indexu v rozmezí 130 až 200, pokrývají více viskozitních tříd a je možno je používat celoročně. Viskozitní klasifikace neprodělala od dob svého vzniku žádné významnější změny a dosud je platná a používaná. Druhou možností klasifikace je klasifikace výkonová, která se v průběhu let vyvíjela a jistým vývojem prochází i dnes. Jednou ze starších, ale dosud používaných je klasifikace podle API (American Petroleum Institute). Klasifikace je specifikována zvlášť pro motory zážehové a zvlášť pro motory vznětové – tab. 5.


80

Metody tribotechnické diagnostiky Tab. 5 Klasifikace olejů podle API Druh motoru Provozní podmínky

API klasifikace

Typ provozu

použití Motor pracuje v lehkých

Service

provozních podmínkách, které

ML

nekladou zvláštní požadavky na Lehké

(Motor Light)

jakost oleje

Benzinové motory

Service Mírné

Motor pracuje za mírných až

MM

těžkých provozních podmínek, ale

(Motor Moderate)

citlivých na tvorbu úsad a korozi ložisek.

Service

Těžké provozní podmínky motoru, které kladou zvláštní požadavky na

Nepříznivé

MS

jakost oleje z hlediska tvorby úsad,

(Motor Severe)

koroze ložisek a opotřebení.

Service

Běžný provoz naftových motorů za

DG

použití paliva s malým obsahem síry. Nevyskytují se úsady ani

Normální

(Diesel General)

zvýšené

opotřebení

z důvodu

paliva, oleje či konstrukce motoru.


81


Service Těžší

(Diesel Moderate)

motory

motorů

za těžkých pracovních podmínek a

DM

Naftové

naftových

Provoz

když palivo má sklon k tvoření úsad a zvětšení opotřebení, ale konstrukce

nebo

provozní

podmínky buď zmenšují citlivost motoru na účinky paliva, nebo zvětšují jeho citlivost na úsady z oleje.

Velmi těžké

Service DS (Diesel Severe)

Provoz naftových motorů za velmi těžkých nebo

provozních provoz

podmínek,

motorů,

jejichž

konstrukce nebo použité palivo způsobují zvětšené opotřebení a tvorbu úsad (střídavé provozní teploty za vysokých a nízkých teplot

a

při

použití

paliva

s vysokým obsahem síry).

Nejnovější je klasifikace podle ACEA (Association des Constructeurs Européens d´ Automobiles - tab. 6); je používána od roku 1996 a použití olejů v automobilech a mobilních strojích charakterizuje nejlépe. Motorové oleje pro vznětové motory jsou zde rozděleny do kategorií E1 až E3.

Tab. 6 Výkonnostní klasifikace ACEA Benzínové motory pro osobní automobily A1-96 základní výkonová úroveň pro moderní benzínové motory A2-96 standardní motorové oleje pro moderní benzínové motory A3-96 nejvyšší kvalita olejů pro moderní benzínové motory Naftové motory pro osobní automobily B1-96 základní výkonová úroveň pro moderní naftové motory


82

Metody tribotechnické diagnostiky B2-96 standardní motorové oleje pro moderní naftové motory B3-96 nejvyšší kvalita olejů pro moderní naftové motory B4-96 motorové oleje pro naftové motory os. vozů s přímým vstřikem Naftové motory pro nákladní automobily E1-96 základní výkonová úroveň pro moderní naftové motory E2-96 standardní motorové oleje pro moderní naftové motory E3-96 nejvyšší kvalita olejů pro moderní naftové motory E4-96 motorové oleje pro motory splňující emisní předpisy EURO 2 a EURO 3, spolu s možností extrémního prodloužení interval výměny Převodové oleje – viskozitní klasifikace Také převodové oleje, podobně jako oleje motorové, jsou podle viskozity řazeny do viskozitních tříd SAE, které určují vhodnost jejich použití vzhledem k teplotním podmínkám. Tab.7 Viskozitní klasifikace převodových olejů podle normy SAE 306A

Viskozitní třída SAE

Kinematická viskozita při 100 °C Max. teplota (°C) (mm2s-1) pro dynamickou viskozitu 150 Pa.s min. max.

70W

-35

4,1

-

70W

-55

4,1

-

75W

-40

4,1

-

80W

-26

7,0

-

85W

-12

11,0

-

90

-

13,5

24,0

140

-

24,0

41,0

250

-

41,0

-

Podle normy SAE jsou převodové oleje rozlišeny označením SAE 70W, 75W, 80W, 85W, 90, 140 a 250. Čím je číslo nižší, tím je olej vhodnější pro provoz při nižších teplotách, a naopak, čím má olej vyšší číslo, tím jej lze lépe použít při extrémně vysokých teplotách v tropických pásmech, pokud to připouští předpis výrobce automobilu. VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

83

Metody tribotechnické diagnostiky Převodové oleje - výkonová klasifikace GL1

Neaditivované oleje pro převodovky s nízkým zatížením (Volvo – nákladní vozy )

GL2

Oleje pro větší rozsah namáhání – průmyslové/šnekové převody

GL3

Nízkoaditivované oleje pro středně těžce zatížené ručně řazené převodovky (FIAT )

GL4

Vysoceaditivované oleje pro vysoce zatížené převody (málo zatížené hypoidní) (MAN)

GL5

Vysoceaditivované oleje pro hypoidní převody s velkým přesazením os (MAN)

MT1

Převodové oleje pro nesynchronizované převodovky amerických nákladních vozů

Pomůcky: Höpplerův viskozimetr s příslušenstvím - obr. 25, odměrný válec, sada kuliček, vzorek oleje, teploměr, termostat, stopky, pinzeta, sítko

Obr. 25

Höpplerův viskozimetr


84

Metody tribotechnické diagnostiky Provedení: Určete hustotu měřené kapaliny. Vyrovnejte viskozimetr stavěcími šrouby do základní polohy podle libely v podstavci přístroje. Do měrné trubice viskozimetru nalijte měřený olej tak, aby hladina dosahovala asi 25 mm pod horní okraj. Na stěnách trubice nesmí zůstat bublinky vzduchu (podle potřeby je odstraňte skleněnou tyčinkou). Podle hodnoty viskozity odhadnuté z údajů v literatuře vyberte vhodnou kuličku a opatrně ji vložte do trubice. Parametry kuliček (průměr, hmotnost, hustota, konstanta), které jsou součástí příslušenství viskozimetru, vyhledejte v Návodu k obsluze (je umístěn na pracovním stole). Výběr kuličky konzultujte s vyučujícím. Pomocí kovového válečku vytlačte přebytečnou kapalinu a uzavřete trubici závěrnou zátkou a víkem. Viskozimetr propojte s termostatem. Jako temperovací kapalina se používá: pro teploty -60 až +10 °C líh; pro teploty +10 až +95 °C voda, pro teploty vyšší do 150 °C silikonový olej. Teplotu kapaliny (při tomto měření použijte vodu) kontrolujte teploměrem umístěným v plášti přístroje. Po vytemperování na požadovanou teplotu odaretujte přístroj povytažením šroubu se zářezem a válec převraťte, aretační šroub samočinně zapadne. Stopkami měřte dobu, za kterou kulička urazí dráhu 100 mm určenou značkami na měrné trubici. Měření proveďte pro různé teploty vody v plášti podle pokynů vyučujícího. Rovněž při obsluze viskozimetru a termostatu se řiďte pokyny vyučujícího resp. instruktora. Sestrojte grafy závislosti dynamické viskozity oleje na teplotě.


85


8.2 Stanovení dynamické viskozity rotačním viskozimetrem Úlohy k řešení 8.2. •

Seznamte se s teoretickou částí v 7.1.

•

Pomocí rotačního viskozimetru VT-R 6 stanovte dynamickou viskozitu vzorku oleje při laboratorní teplotě. Srovnejte zjištěnou hodnotu s výsledky měření Höpplerovým viskozimetrem.


Výklad Další metody stanovení dynamické viskozity využívají rotační viskozimetry (dynamická viskozita je stanovena z velikosti točivého momentu, který je měřen v ustáleném režimu otáčení vhodné hřídele ve zkoušené kapalině – obr. 26) v souladu s ISO 2555 a s normami ASTM. Rotační viskozimetr VT6 R je určen pro rozsah 20 − 13 000 000 mPa.s, tj. pro středně- a vysokoviskózní kapaliny.

Obr. 26 Rotační viskozimetr VT 6 R


86

Metody tribotechnické diagnostiky Pomůcky: Rotační viskozimetr VT-R 6, vzorek oleje, čisticí potřeby

Provedení: 1. Zasuňte přívodní šňůru do zásuvky a spínačem na zadní straně přístroje jej zapněte. Sledujte vstupní informace na displeji (komunikační jazyk, verze softwaru, jednotky mPa.s). Případné změny by nyní bylo možno provést stiskem tlačítek START a ENTER – žádné podmínky však neměňte. 2. Tlačítkem START potvrďte provedení autotestu. POZOR − v průběhu tohoto testu nesmí být našroubován žádný měřicí hřídel! 3. Pod dozorem vyučujícího vyberte vhodný hřídel a nastavte požadovaný počet otáček. Řiďte se pokyny uvedenými v Návodu k obsluze viskozimetru (číslo hřídele a počet otáček nastavte pomocí šipek, výběr potvrďte tlačítkem ENTER; volte nejprve hřídele s malými kotouči a nízký počet otáček). 4. Změřte teplotu zkoušeného oleje. 5. Zvolený hřídel VELMI OPATRNĚ našroubujte na koncovku. POZOR – má levý závit! 6. Upravte hloubku ponoru hřídele do vzorku tak, aby hladina dosahovala po značku na hřídeli. Stiskem tlačítka START zahajte měření. 7. Při nesprávně volbě hřídele nebo počtu otáček se ozve zvukový signál – v takovém případě měření okamžitě přerušte stiskem tlačítka STOP. Nastavte nižší počet otáček nebo zvolte menší hřídel a měření opakujte. Případná chybová hlášení konzultujte s vyučujícím. 8. Vyčkejte ustálení hodnoty zobrazované na displeji, odečtěte hodnotu dynamické viskozity v mPa.s a zapište zobrazovanou relativní chybu měření. 9. Měření opakujte 3x.

Vyhodnocení: Vypočtěte výslednou hodnotu dynamické viskozity jako aritmetický průměr tří měření a porovnejte ji pro danou teplotu s hodnotou, zjištěnou interpolací hodnot z měření Höpplerovým viskozimetrem.


87


8.3 Stanovení kinematické viskozity kapilárním viskozimetrem Úlohy k řešení 8.3. •

Seznamte se s teoretickou částí v 7.1.

•

Pomocí kapilárního viskozimetru stanovte kinematickou viskozitu předloženého vzorku oleje při teplotě 40 °C


Výklad Podstatou zkoušky je stanovení doby průtoku stálého objemu kapaliny kapilárou kalibrovaného viskozimetru při určité hydrostatické výšce kapaliny a při přísně kontrolované a přesně měřené teplotě (obr. 25). Kinematická viskozita se určí ze součinu změřené doby průtoku a konstanty použitého viskozimetru (nejčastěji se používají kapilární viskozimetry podle Ubbelohdeho). Pro kapaliny neprůzračné, například oleje provozně opotřebené, se používají U-viskozimetry s obráceným tokem; při použití klasického viskozimetru dochází v tomto případě při průtoku oleje k takovému zneprůhlednění kapiláry, že není možné přesné měření uskutečnit, neboť meniskus kapaliny není viditelný. Pro měření se vybere viskozimetr s takovou konstantou, aby doba průtoku vzorku byla minimálně 200 s, a nepřekročila 600 s. Vybraný viskozimetr se naplní vzorkem oleje způsobem předepsaným pro daný typ viskozimetru. Naplněný viskozimetr se zavěsí do temperovací lázně na takovou dobu, aby dosáhl předepsané teploty měření. Minimální doba temperace je 15 minut. Během vlastního měření musí být ultratermostatem v temperovací lázni s viskozimetry udržována předepsaná teplota. Změří se doba průtoku, za kterou projde meniskus kapaliny mezi ryskami. Měření se provede třikrát a výsledná hodnota kinematické viskozity se vypočte z aritmetického průměru dob průtoku. Pomůcky: Sada kapilárních viskozimetrů, viskozitní lázeň TV2000, stopky, vzorek oleje, čisticí potřeby Provedení: 1. Ke stanovení použijte viskozimetr, jehož rozsah měření odpovídá očekávané viskozitě zkoušeného vzorku (konzultujte s vyučujícím).


88

Metody tribotechnické diagnostiky 2. Viskozimetr naplňte pomocí nálevky zkoušeným olejem tak, aby hladina ležela mezi ryskami ve spodní části viskozimetru, umístěte jej do závěsného držáku. Držák s viskozimetrem vložte do temperovací lázně TV2000. Lázeň přebíráte od instruktora funkční; je nastavena na 40 °C. Do jejího nastavení nezasahujte! Minimální doba temperace naplněného viskozimetru je 15 minut. 3. Seznamte se se způsobem manipulace s viskozimetrem (ukáže vám jej vyučující nebo instruktor). Stanovte doba průtoku oleje od jedné rysky kapiláry ke druhé s přesností na 0,2 s. Jestliže se tři po sobě jdoucí měření od sebe neliší více než o 0,2 %, vypočítejte kinematickou viskozitu jako aritmetický průměr těchto měření. 4. Kinematickou viskozitu ν [mm2.s-1] zkoušeného vzorku vypočítejte podle vztahu ν=K.t, kde K je konstanta viskozimetru [mm2.s-2], která je na viskozimetru uvedena výrobcem, t je aritmetický průměr dob průtoku viskozimetru [s].

Obr 27 Schéma kapilárního viskozimetru (převzato z http://www.noria.com/learning_center/category_article.asp?articleid=294 &relatedbookgroup=OilAnalysis Vyhodnocení: Výslednou hodnotu kinematické viskozity porovnejte s údaji, které jsou pro daný olej uvedeny v katalogu.


89


8.4 Stanovení viskozity Stabingerovým viskozimetrem Úlohy k řešení 8.4. •

Pomocí Stabingerova viskozimetru stanovte dynamickou a kinematickou viskozitu a hustotu vzorku oleje při teplotě 40 °C


Výklad Stabingerův viskozimetr SVM 3000 je modifikovaný rotační viskozimetr, který slouží pro měření viskozity a hustoty olejů a kapalných paliv dle ASTM D7042. Ze změřených hodnot dynamické viskozity a hustoty přístroj automaticky spočítá kinematickou viskozitu a viskozitní index dle ASTM D 2270/ISO 2909.

Obr 28 Stabingerův viskozimetr SVM-3000 Principem stanovení dynamické viskozity je určení stabilní rychlosti měřicího rotoru s integrovaným magnetem, který plave ve vzorku, jímž je naplněna trubice rotující konstantní rychlostí. Stabilní rychlosti měřicího rotoru je dosaženo v okamžiku, kdy jsou v rovnováze brzdné účinky vířivého elektrického pole a smykové napětí vznikající ve vzorku. Malý objem vzorku potřebný k analýzám umožňuje mimořádně rychlé teplotní změny a velmi krátké časy k dosažení rovnováhy.


90

Metody tribotechnické diagnostiky Při přepočtu hodnot dynamické viskozity na kinematickou viskozitu je nutné znát příslušnou hustotu. Z tohoto důvodu má SVM 3000 integrovanou hustotní celu založenou na ověřeném a přesném principu oscilující U-trubice. Obě cely jsou naplněny vzorkem v jednom měřicím cyklu. Pomůcky: Viskozimetr SVM 3000 (obr. 7), vzorek oleje, n-hexan, stříkačka, čisticí potřeby

Provedení: Před vlastní realizací experimentu se nejprve seznamte s instruktážním videem! 1.

Zasuňte přívodní šňůru do zásuvky a spínačem na zadní straně přístroje jej zapněte (proběhne autotest a inicializační procedura). Vyskytne-li se v této fázi na displeji chybové hlášení – PŘIVOLEJTE VYUČUJÍCÍHO. Po inicializační proceduře se objeví měřící okno. Na displeji musí být požadovaná teplota měření 40 °C.

2.

Tlačítkem MODE v menu mode settings zkontrolujte, zda-li je nastaveno měření v režimu M1-FRESH OIL 40 °C. Pro opuštění menu beze změny režimu použijte tlačítko ESC.

3.

Naplňte jednorázovou stříkačku cca 4 ml vzorku bez přítomnosti bublinek. Připojte stříkačku na vnější vstup plnícího nástavce a naplňte systém minimálně 2 ml vzorku pomalu a bez velkého tlaku na měřicí cely. Stříkačku ponechte v plnicím nástavci.

4.

Stisknutím tlačítka START uveďte do chodu motor na cca 10 sekund, zastavte ho opět tlačítkem START, doplňte další cca 1 ml vzorku ze stříkačky a znovu uveďte do chodu motor.

5.

Zobrazení stavu (bliká znak „>“ každou sekundu na pravé straně okna displeje) se změní z Filling na Measuring. Na displeji se zobrazují naměřené hodnoty a po jejich ustálení se stav změní na Result valid (motor sníží rychlost otáčení). O platnosti naměřených hodnot svědčí i blikající znaménko diamantu na filling.

6.

Zapište si údaje zobrazené na displeji. Symbol eta značí hodnotu dynamické viskozity v mPa.s, symbol ny hodnotu kinematické viskozity v mm2/s a symbol rho hodnotu skutečné hustoty v g/cm3.

7.

Znovu naplňte přístroj vzorkem a opakujte měření 2x dle výše popsaného postupu od 4. bodu.

8.

Po ukončení měření odstraňte vzorek z cel pomocí prázdné stříkačky. Na píst stříkačky tlačte pouze jemně (!) – zvýšený tlak může vést k poškození měřicích cel.

9.

Připojte konec promývací lahve s n-hexanem do konektoru plnicího nástavce a naplňte rozpouštědlem cely tak, že bude vidět 2−3 cm rozpouštědla v odpadní hadičce. Odpadní láhev odpojte a zapněte na cca 10 s motor.


91

Metody tribotechnické diagnostiky 10. Pro vysušení měřicích cel připojte vzduchovou hadici do konektoru na plnicím nástavci a stiskněte tlačítko PUMP.

Vyhodnocení: Vypočtěte výsledné hodnoty dynamické a kinematické viskozity a hustoty vzorku oleje při 40 °C jako aritmetický průměr tří měření. Hodnotu dynamické viskozity porovnejte s hodnotou získanou z měření Höpplerovým viskozimetrem. Výslednou hodnotu kinematické viskozity porovnejte s hodnotou získanou kapilárním viskozimetrem. Porovnejte získanou hodnotu hustoty s údaji, které jsou pro daný olej uvedeny v katalogu.


92


9

FERROGRAFIE

Ferrografie je založena na oddělení pevných cizorodých částic, obsažených v olejové náplni mazacích soustav strojů a zařízení, od vlastního oleje.

9.1 Ferrografická analýza oleje

Úlohy k řešení 9.1. Proveďte ferrograficjkou analýzu motorových olejů odebraných z motorů ČKD a motorů LIAZ ML 634

•


Výklad

Princip ferrografie

Ferrografie popisuje zachycené částice (zejména ferromagnetické) a přiřazuje je jednotlivým mechanismům opotřebení; umožňuje odhalit blížící se poruchu stroje. Poprvé byla aplikována v r. 1971 (letecké motory). A. Přímočtená ferrografie (Direct Reading Ferrography, DR-F) Dává rychlý odhad množství otěrových částic ferromagnetických slitin kovů vyskytujících se ve vzorku oleje. Využívá sedimentace částic při průtoku vzorku oleje v silném nehomogenním magnetickém poli. Částice se usazují podle své velikosti, dělí se pak do dvou skupin: •

„malé“ částice D S – menší než 5 µm, odpovídají normálnímu adhezivnímu opotřebení

•

„velké“ částice D L – větší než 15 µm, nárůst četnosti jejich zachycení je varovným příznakem blížící se poruchy dílů, omývaných olejem.

Těsně před poruchou ložiska, ozubených kol apod. prudce roste četnost výskytu velkých otěrových částic. Důležitá charakteristika: Indikátor poměru počtu velkých částic k malým WSI („index významnosti opotřebení“ – Wear Severity Index) WSI = (D L + DS).( D L - D S ) = D L 2 – D S 2


93

Metody tribotechnické diagnostiky Růst WSI indikuje abnormální urychlené opotřebení třecích dvojic. B. Analytická ferrografie (Analytical Ferrography, AF) Navazuje na DR-F. Vypovídá o skutečném technickém stavu mazací soustavy a mazaných dílů i o způsobu opotřebení jednotlivých třecích dvojic. V rámci AF jsou mikroskopicky hodnoceny jednotlivé částice. Přístrojová technika Ferrograf REO1 (ReoTrade Ostrava): Přístroj REO-1 (obr. 1) umožňuje separování cizorodých částic od oleje. Vzorek oleje odebraný z mazací soustavy je naředěn na optimální viskozitu, pomalu protéká po mírně prohnuté plastové fólii umístěné nad silným nehomogenním magnetickým polem (fólie se používá podle metodiky doporučené výrobcem ve ferrografu REO 1 – v zahraničních přístrojích se využívá speciálně upravená skleněná podložka). Na částice působí •

magnetomotorická síla (zrychluje pohyb ve svislém směru)

•

viskozita kapalného prostředí (brzdí klesání částice).

V magnetickém poli se při pomalém stékání oleje po šikmé podložce částice postupně usazují. Jejich rozmístění závisí na řadě faktorů: •

na magnetické susceptibilitě materiálu částic a na jejich tvaru,

•

nejhrubší sedimenty ferro-, para- i diamagnetické jsou situovány na začátku stopy (místo vtoku), většina ferromagnetických (Fe, Co, Ni + jejich slitiny) částic sedimentuje do pátého milimetru stopy, velké částice do 2. mm stopy; malé částice tvoří řetízky,

•

paramagnetické (Fe + Cr, Cu, Al – nerezové, rychlořezné, žárupevné oceli) a diamagnetické částice (Al, Cu a jejich slitiny – duraly, bronzy, Ag, Cr, Pb a jeho kompozice) leží mimo řetízky, s odlišnou orientací,

•

nemagnetické částice jsou rozděleny podél celé stopy,

•

na konci stopy se hromadí oxidy kovů, křemičitany, vlákna filtračních materiálů, vytváří se tzv. „korozní ocásek“,

•

sféroidy se mohou po podložce snadno posouvat,

•

záleží na drsnosti materiálu podložní destičky


94


obr. 29 Ferrograf REO 1

obr. 30 ferrometr REO 22

Hodnocení ferrogramu se provádí v rámci DR-F denzimetricky, podle možností i pomocí AR na bichromatickém mikroskopu. Denzimetr umožňuje kvantitativně hodnotit množství otěru na ferrografické stopě. Ferrogram se umístí mezi zdroj světelného záření a snímač. Dvojice zdroj/snímač se posunuje po krocích 0,3 mm v ose stopy. Intenzita prošlého světla je nepřímo úměrná pokrytí stopy částicemi. Údaj o pokrytí stopy se zobrazuje na displeji. Důležité pokyny, obrazová dokumentace a informace k mikroskopickému hodnocení jsou uvedeny v „Atlasu otěrových částic pro ferografii“ (uživatelská příručka k ferrografu, dodávaná výrobcem). Interpretace výsledků analýzy Hodnotí se •

optická hustota ferrogramu,

•

morfologické vlastnosti částic (velikost, tvar, obrys, barva, textura aj.) při zvětšení 50× až 1000×.

Identifikace částic: •

je nutná znalost zařízení i mazacích prostředků,

•

pravidla vzorkování,

•

opotřebení adhezivní – abrazivní – únavové, sférické částice,

•

částice korozivního opotřebení, částice mezního opotřebení, „katastrofické částice“.


95

Metody tribotechnické diagnostiky Přístroje: Ferrograf REO 1 s příslušenstvím Ferrometr REO 22 Mikroskop HY-1

Pokyny k provedení práce: Příprava vzorku Vzorek připravte smícháním 4 ml reprezentativního vzorku maziva s 1 ml technického benzínu; smíšení proveďte přímo v injekční stříkačce důkladným protřepáním podle instrukcí vyučujícího. Injekční stříkačku pak zasuňte do držáku a nasaďte na ni přívodní hadičku vedoucí k podložce. Separace Zapněte přístroj a nechejte jej cca 10 min stabilizovat. Do vodicích lišt vsuňte plastovou fólii. Na její začátek nastavte přívodní hadičku tak, aby bylo její ústí cca 0,5 mm nad povrchem podložky. Mazivo je odváděno držákem v přední části ferrografu; vhodně jej natočte a provlečte jím šikmo seříznutou hadičku tak, aby se seříznutou částí shora dotýkala fólie. Stiskem tlačítka START uveďte do chodu tlačný hrot. Po vytlačení celého obsahu stříkačky vraťte hrot do horní polohy tlačítkem RETURN. Připravte si novou stříkačku s čistým technickým benzínem, kterým stejným postupem promyjte vzorek na podložce. Pokud je vzorek silně znečištěn, promytí opakujte. Pokud je vytvořená stopa slabá, zvyšte objem nanášeného maziva nebo prodlužte dobu chodu přepínačem v horní části přístroje. Posuv mechaniky můžete kdykoli zastavit stiskem tlačítka pro opačný směr posuvu. Jeho opakovaným stiskem se spustí posuv požadovaným směrem. Podložku nechejte vyschnout, po vyjmutí fólie s ferrografickou stopou proveďte ferrometrické hodnocení resp. mikroskopickou analýzu.

Ferrometrie Přístroj REO 22 nechejte po zapnutí alespoň 30 min stabilizovat. Na displeji je uvedena hodnota (blízká nule) a nulová vzdálenost od počátku. Fólii s ferrografickou stopou vsuňte do přístroje aktivní vrstvou nahoru. Tlačítkem MAN+ resp. MAN- pohybujte optickou dvojicí tak, abyste našli začátek stopy. Zde vynulujte displej a od tohoto místa proměřte optickou hustoty podél stopy. Vyhodnocení lze provést pouze u olejů s dostatečně vysokým obsahem částic (nelze použít pro hodnoty optické hustoty pod 10 %). Upozornění: Štěrbina pro zasunutí vzorku je kvůli dostatečnému odstínění světla poměrně úzká, proto při opakovaném měření téže fólie může dojít k otěru vzorku, jehož důsledkem je snížení naměřených hodnot optické hustoty. VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

96

Metody tribotechnické diagnostiky Mikroskopické hodnocení ferrogramu Fólii s ferrografickou stopou prohlédněte na bichromatickém mikroskopu při různých zvětšeních. Podle Atlasu vyhodnoťte přítomnost typických částic. Ferrografickou analýzu vybraných vzorků opotřebených olejů provádějte pod dozorem vyučujícího. Pečlivě si poznamenejte údaje o jednotlivých vzorcích a o motorech, z nichž byly odebrány. Praktické upozornění k vyhodnocování naměřených údajů a interpretaci výsledků:

- analýza je prováděna u vzorků olejů odebíraných z motorů ČKD a motorů LIAZ ML 63 - při výměně oleje zůstává v motoru více než 10 % starého oleje, který novou náplň rychle znehodnocuje; toto reziduum závisí na konstrukci motoru a oběhového systému a nemůže být jednoduchými prostředky odstraněno.


97


10 FTIR SPEKTROMETRIE Metoda infračervené spektrometrie může nahradit několik konvenčních metod sledování stavu motorových olejů v provozu, je přitom rychlejší a vyžaduje malé množství vzorku (1 ml a méně).

10.1 Stanovení opotřebení oleje FTIR spektrometrií Úlohy k řešení 10.1. •

Určete opotřebení použitého motorového oleje FTIR spektrometrií


Výklad Metoda infračervené spektrometrie je určena především pro identifikaci a strukturní charakterizaci zejména organických sloučenin. Infračervená spektrometrie měří absorpci infračerveného záření o různé vlnové délce analyzovaným materiálem. Infračervené záření je elektromagnetické záření v rozsahu vlnových délek λ 0,78 − 1000 mikrometrů, což odpovídá rozsahu vlnočtů 1/λ 12800 − 10 cm-1. Celá oblast bývá rozdělena na blízkou (13000 − 4000 cm-1), střední (4000 − 200 cm-1) a vzdálenou infračervenou oblast (200 − 10 cm-1), přičemž nejpoužívanější je střední oblast. Principem metody je absorpce infračerveného záření při průchodu vzorkem, při níž dochází ke změnám rotačně vibračních energetických stavů molekuly v závislosti na změnách dipólového momentu molekuly. Analytickým výstupem je infračervené spektrum, které je grafickým zobrazením funkční závislosti energie, většinou vyjádřené v procentech transmitance nebo jednotkách absorbance, na vlnové délce (λ) dopadajícího záření. Transmitance (propustnost) (T) je definována jako poměr intenzity záření, které prošlo vzorkem (I), k intenzitě záření vycházejícího ze zdroje (I o ).

T=

I × 100 I0

[%]

Absorbance (A) je definována jako dekadický logaritmus 1/T.

A = − log

I I0

Absorpční pásy mající vrcholy v intervalu 4000-1500 cm-1 jsou vhodné pro identifikaci funkčních skupin (např. –OH, C=O, N-H, CH 3 aj.). Pásy v oblasti 1500–400 VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

98

Metody tribotechnické diagnostiky cm-1 jsou nazývané oblastí „otisku palce“ (fingerprint region). Pomocí „Search programů“ a digitalizovaných knihoven infračervených spekter je možno identifikovat neznámou analyzovanou látku. Infračervená spektroskopie byla používána k identifikaci chemické struktury látek již od 30. let 20. století. S rozvojem výpočetní techniky v 80. letech 20. století došlo k praktickému rozšíření infračervených spektrometrů s Fourierovou transformací viz obr. 29 (FTIR spektrometry). Jedná se o přístroje pracující na principu interference záření, které na rozdíl od disperzních přístrojů měří interferogram modulovaného svazku záření po průchodu vzorkem.

Obr. 31 - Spektrometr Nicolet iS10 Světelný paprsek ze zdroje prochází nejdříve interferometrem (obr. 32). V interferometru dopadá paprsek světla ze zdroje pod úhlem 45o na polopropustné zrcadlo, které polovinu intenzity propouští a polovinu odráží. Štěpí tak dopadající paprsek na paprsky dva. Každý z nich prochází jedním ramenem interferometru, tj. odráží se od obyčejného zrcadla (pevného) nebo od pohyblivého a zpět k polopropustnému zrcadlu (opět s poměrem dělení intenzit 1:1), kde se oba paprsky opět sbíhají. Část záření se vrací zpět k zářiči a část prochází dál. Záření vracející se k zářiči je zářičem pohlceno. Z interferometru vychází paprsek, jehož část se odrazila od pohyblivého a část od pevného zrcadla. Jelikož se obě části paprsku dvakrát odrazily a jednou prošly polopropustným zrcadlem, není nutno uvažovat posun o čtvrtinu vlnové délky na odraz, a vzájemné posunutí vln záření je tedy dáno pouze rozdílem ve vzdálenostech pevného a pohyblivého zrcadla od zrcadla polopropustného. Jsou-li vzdálenosti totožné, paprsky se na polopropustném zrcadle sčítají. Nejsou-li vzdálenosti shodné, dochází mezi oběma částmi paprsku k interferenci. Jestliže je rozdíl vzdáleností roven celočíselnému násobku vlnové délky, je záření s touto vlnovou délkou také zesíleno. Je-li rozdíl roven celočíselnému násobku zvětšenému o polovinu vlnové délky, obě části paprsku


99

Metody tribotechnické diagnostiky se "odečtou". Protože záření přicházející do interferometru je spojité a polychromatické, jsou při obecné poloze zrcadel některé vlnové délky zesíleny a jiné zeslabeny. Pohyblivé zrcadlo se posouvá po určité dráze. Proto jsou v každém okamžiku činnosti spektrometru zesilovány a zeslabovány jiné vlnové délky. Toto proměnné záření pak prochází vzorkem a dopadá na rychlý neselektivní senzor (v infračervené oblasti). Vzniklý interferogram (závislost intenzity dopadajícího záření v čase) vyžaduje aplikaci matematické metody Fourierovy transformace, aby byl softwarově přepočítán na klasický spektrální záznam.

Obr 32 Schéma FTIR spektrometru [8] FTIR spektrometry vykazují celou řadu výhod. Při měření dopadá na detektor vždy celý svazek záření. Takové uspořádání umožňuje i experimenty, při nichž dochází k velkým energetickým ztrátám, tj. měření silně absorbujících vzorků nebo měření s nástavci pro analýzu pevných či silně absorbujících kapalných vzorků v odraženém záření - reflektanční infračervená spektroskopie. K měření vzorků opotřebených olejů, které silně absorbují infračervené záření, je vhodná technika zeslabené totální reflektance (ATR - Attenuated Total Reflectance).

Princip techniky ATR Technika je založena na principu násobného úplného odrazu záření na fázovém rozhraní měřeného vzorku a měřicího krystalu z materiálu o vysokém indexu lomu. Krystal je většinou planární, ve tvaru lichoběžníkového hranolu. Svazek paprsků je přiveden do krystalu soustavou zrcadel tak, aby úhel dopadu na fázové rozhraní vyhověl podmínce totálního odrazu. Měřený vzorek je v dokonalém kontaktu s ATR krystalem a záření proniká částečně do analyzovaného materiálu. Při totálním odrazu na rozhraní opticky


100

Metody tribotechnické diagnostiky hustšího prostředí (ATR krystal) s prostředím opticky řidším (zkoumaný vzorek) vzniká tzv. evanescentní vlna elektromagnetického záření v oblasti absorpce. Protože intenzita evanescentní vlny klesá exponenciálně se vzdáleností od rozhraní (řádově µm), musí být dosaženo těsného kontaktu mezi vzorkem a krystalem. Pokud měřený vzorek absorbuje záření o určité frekvenci, pak tato složka bude v totálně odraženém záření zeslabena. Takto získané spektrum se do značné míry podobá spektru změřenému v transmitančním režimu. Penetrační hloubka do povrchu vzorku je řádově v jednotkách µm, tzn. charakterizuje pouze velmi tenké povrchové vrstvy, avšak vzhledem k násobnému odrazu na fázovém rozhraní se získá velmi kvalitní spektrum, ekvivalentní transmisnímu spektru měřenému při tloušťce vzorku řádově desítek µm. Používají se krystaly např. ZnSe, diamantu, AgCl, Si, Ge, safíru, KRS-5 (směs halogenidů thalných). Dnes se jako standardní měřicí technika používá převážně lichoběžníkového ZnSe krystalu v horizontálním uspořádání. Princip zeslabené totální reflektance je uveden na obr. 33.

Obr 33 Princip zeslabené totální reflektance (ATR) [9] Při analýze spekter se vychází ze znalosti vlnových délek (resp. vlnočtů) odpovídajících konkrétním sloučeninám nebo charakteristickým strukturním skupinám (viz. Tabulka 6)


101

Metody tribotechnické diagnostiky Tab. 6 charakteristické vibrace pro oleje Primární absorbce [cm-1]

Sekundární absorbce [cm-1]

Prvky vibrace

Diagnostický význam

Poznámka

3540 - 3640

1600

O-H skupina

Voda

V esterových olejích

3150 - 3600

-

O-H skupina

Voda

V ropných olejích

1900 - 2000

-

1700 - 1750

1100 - 1200

1670 - 1800

1100 - 1200

C=O skupina

Oxidace (stárnutí)

1735 - 1745

-

C=O skupina

Estery

1630

1270

N=O skupina

Organické nitráty

1600 - 1650

-

O-N=O

Nitrosloučeniny

1120 - 1180

-

1100 - 1200

-

C C=O skupina

SO 3 asymetr.

Syntetické oleje

Sirné sloučeniny, síra z paliva

Sulfátový detergent Glykol

3300 - 3500

C-O skupina

1070 - 1080

Chladicí kapalina (Ethylenglykol)

950 - 1050

-

960 - 990

-

P-O-C asymetr.

Vysokoteplotní a ZnDDP protioděrové přísady aditiva)

(fosforová

Protioděrové přísady TCP - trikresylfosfát Uhličitany, estery Základní detergenty kyseliny uhličité

855 - 860

748

Viskozitní zlepšovač

Sirné sloučeniny

Dvojice 1040,

805 - 815

Saze a znečištění

-

Nafta

Lehčí složky

-

Petrolej

Lehčí složky

Pozn.: Při analýze a interpretaci spekter je potřeba brát v úvahu i tzv. nepravé pásy. Ty nemusí patřit vzorku, ale bývají způsobeny bud´ přístrojovými efekty, metodou přípravy vzorku nebo náhodnými vnějšími jevy (oxid uhličitý apod.).

Oblasti vlnočtů charakteristických pásů význačných vazeb resp. strukturních skupin ve spektru jsou schematicky uvedeny na obr. 34, pomocí kterého lze i přibližně určit polohu a šířku jednotlivých absorpčních skupin.


102


Obr 34 Typické pásy v FTIR-spektru motorového oleje [10] Přístroj: FTIR spektrometr NICOLET iS10 s nástavcem ATR s krystalem ZnSe Software OMNIC Postup při snímání FTIR spekter: Před vlastní realizací experimentu se nejprve seznamte s instruktážním videem! Po spuštění počítače a řídícího software OMNIC se aktivuje zdroj spektrometru, kde stabilizovaného stavu je dosaženo po 10 - 15 minutách. V menu softwaru OMNIC je nutné vybrat požadovanou metodu měření: zvolí se záložka Collect a v ní se v experimentu nastaví 64 scanů, resolution 4 cm −1 , data sparing 1,829 cm −1 . 1.

Před vlastním měření vzorku je nutné nejprve změřit pozadí krystalu nástavce ATR. V záložce Collect se vybere příkaz Collet Background

2.

Po změření pozadí se na nástavec s krystalem nanese teflonovou špachtlí slabá vrstva vzorku nového oleje. Vzorek musí být nanesen na celou plochu krystalu. Následuje měření spektra: v záložce Collect se vybere příkaz Collect Sample. Spektrum uložte do adresáře.

3.

Před dalším měřením je třeba krystal důkladně vyčistit. Čištění krystalu se provádí nhexanem p. a.

4.

Na ATR krystal naneste vzorek opotřebeného oleje. V záložce Collect vyberte příkaz Collect Sample. Spektrum uložte do adresáře.

Vyhodnocení: Porovnáním spektra nového a použitého oleje proveďte interpretaci výsledků.


103


11 ANALÝZA ČÁSTIC LASEROVÝM ANALYZÁTOREM Laserový analyzátor částic je analytický přístroj, který při analýze opotřebených olejů umožňuje klasifikaci tvarů a stanovení počtu částic nacházejících se v mazacích olejích. Vyhodnocení se provádí softwarově na základě morfologické analýzy a analýzy rozdělení velikosti částic opotřebení (hodnotí se největší rozměr částice a průměr ekvivalentního kruhu, tj. průměr kruhu, který má stejnou plochu jako je plocha částice).

11.1 Analýza částic opotřebení Úlohy k řešení 11.1. •

Seznamte se s možnostmi použití laserového analyzátoru částic v tribotechnické diagnostice a vypracujte přehled, v němž shrnete výhody a nevýhody této metody pro hodnocení motorových a hydraulických olejů. Využijte informační zdroje dostupné na webových stránkách http://www.spectro.cz/store/spectrolnf-q200-cze.pdf http://spectroinc.com/products-lasernet-fines.htm?referrer=AZOMDOTCOM a Příručku uživatele − Návod k obsluze přístroje SpectroLNF Q200, která je v elektronické formě dostupná u vyučujících.

•

Proveďte analýzu částic opotřebení na přístroji SpectroLNF Q200 předložených vzorků motorových olejů.


Výklad Přístroj SpectroLNF Q200 viz obr 33 umožňuje identifikovat typ částic a závažnost mechanického opotřebení pomocí • •

měření rozložení velikosti, rychlosti nárůstu částic otěrových kovů nacházejících se v oleji, hodnocení tvaru částic.


104


Obr 35 Přístroj SpectroLNF Q200 SpectroLNF Q200 umožňuje analyzovat tvar částic a s vysokou přesností určit počet částic o velikosti od 4 µm do100 µm, které obsahuje 1 ml oleje.

Obr 36 Schéma laserového automatického čítače částic [11] Analyzovaný vzorek oleje protéká zobrazovací celou, kde je prosvěcován pulzní laserovou diodou. Prošlé záření je snímáno CCD snímačem kamerového systému. Částice obsažené v oleji nepropouštějí světlo − za pomoci CCD snímače je tedy zachycen jejich obrys (3500 snímků na 0,65 ml zpracovaného vzorku). Obrazy snímané kamerou se přenášejí do počítače, kde se analyzují rychlostí 30 snímků za sekundu. V každém snímku je softwarově určen počet objektů. Výsledky statistického hodnocení objektů se uloží a vytvoří se bitmapový obraz objektů s hlavním rozměrem větším než 20 µm (minimální velikost obrazu částice je 10 pixelů). Tento obraz se uloží a může být zobrazen v prohlížeči částic (obr 37, 38).


105


Obr 37 Princip činnosti LNF[11] Doplňující poznámka − Popis zařízení SpectroLNF Q200 : Analyzátor částic se skládá z těchto základních částí: •

• •

• • • • • • •

Zařízení pro vstup vzorku – lze je výškově přizpůsobit nádobě se vzorkem; je opatřeno nasávací hadičkou, která se zasune do vzorku oleje. V horní části je umístěn šroub umožňující vyjmutí filtru při jeho čištění. Laserová dioda (polovodičový laser) je umístěna uvnitř analyzátoru; je spojena s průtokovou kyvetou a čočkou se 4násobným zvětšením. Průtoková měřicí kyveta je nejdůležitější částí analyzátoru. Vzorek oleje je nasáván pomocí peristaltického čerpadla z nádoby se vzorkem nasávací hadičkou přes filtr s velikostí ok 100 µm. Dále olej proudí do měřicí cely a z přístroje vytéká odpadní hadičkou. Držák kyvety udržuje kyvetu v optimální poloze. Zvětšovací čočka umožňuje 4násobné zvětšení. Tato část analyzátoru slouží k zobrazení tekutiny uvnitř měřicí cely. Obraz je snímán CCD kamerou a zobrazován na monitoru. Karta analyzátoru slouží k vyhodnocování všech měřených signálů. Konektor USB je umístěn na zadní straně analyzátoru a umožňuje připojení přístroje k počítači. Obtokový ventil je softwarově ovládaný ventil, který umožňuje obtok kyvety v počáteční fázi měření vzorku. Peristaltické čerpadlo je umístěno na přední straně analyzátoru, je ovládáno softwarově. Uvádí vzorek oleje do pohybu kyvetou. Odpadní hadička slouží k odvodu kapaliny do odpadní nádoby.

Pro posouzení skutečného stavu sledovaného stroje je důležitá správná interpretace získaných výsledků analýzy oleje. V zásadě jsou možné dvě cesty: •

Jsou dány limity sledovaných parametrů a získané výsledky se s nimi porovnávají. V případě obsahu otěrových kovů mohou tyto limity být určeny: a) výrobcem stroje, který by je měl stanovit na základě dlouhodobých zkoušek srovnáváním obsahu kovů v oleji se skutečně zjištěným opotřebením (v praxi VŠB-TU Ostrava, Univerzita Pardubice

106

Metody tribotechnické diagnostiky nejčastěji u velkých plynových motorů výrobci tyto limity běžně udávají a předepisují pravidelné analýzy oleje), b) laboratoří provádějící analýzy, c) uživatelem stroje, d) výrobcem oleje. V posledních letech je snaha tyto limity určit všeobecně pro určité skupiny strojů a typy provozů zároveň s doporučenými intervaly odběru vzorků oleje a parametry, které mají být sledovány. Sledují se trendy obsahu otěrových kovů, kódu čistoty nebo hodnot vypočtených v rámci ferrografického hodnocení vzorku. Pokud se pravidelně provádí analýza oleje ze sledovaného stroje, je možné z trendů poměrně spolehlivě určit odchylku od „normálního“ stavu a získat tak signál o projevu zvýšeného opotřebení stroje.

•

Pro stanovení částic vzniklých opotřebením stroje a nesených mazacím olejem se dnes používá více metodik. Stále častěji se ale prosazuje přímé spektrometrické stanovení obsahu kovů s použitím emisního spektrometru, který přes určitá omezení poskytuje velmi rychle širokou paletu obsahu prvků v oleji. Z hlediska diagnostiky stroje a určení režimu jeho opotřebení, (resp. změn v režimu opotřebení) je optimální kombinace stanovení obsahu otěrových kovů a stanovení velikostí a charakteru částic. Přístrojem SpectroLNF Q200 jsou podle obrysu klasifikovány částice s nejdelším rozměrem větším než 20 µm do několika kategorií: • • • • • •

částice řezného (abrazivního) opotřebení (Cutting particles), částice únavového opotřebení (Fatigue particles), částice havarijního opotřebení (Severe sliding particles), nekovové částice (Nonmetalic particles), vlákna (Fibers), kapky vody, vzduchové bubliny a další nezařaditelné (neklasifikované) částice, které neodpovídají svým tvarem daným vzorům (Unclassified particles).

Zpracování naměřených obrazů je realizováno s využitím neuronových sítí. SpectroLNF Q200 neumožňuje získat informace o barvě částic, jejich struktuře ani o jejich povrchových vlastnostech. Analytickým výstupem SpectroLNF Q200 je hodnocení celkového počtu otěrových částic a počtu částic rozdělených do kategorií podle původu. Software umožňuje hodnocení znečištění olejů podle normy ISO 4406 pro hydraulické oleje nebo podle jiných norem. Součástí softwarového vybavení SpectroLNF Q200 je možnost zobrazení obrysů částic, které jsou rozděleny do kategorií podle původu (obr. 9.5). Software pro morfologickou analýzu provádí test kruhovitosti a automaticky vyřazuje z celkových výsledků bubliny vzduchu a kapky vody větší než 20 µm.


107


řezné

řezné opotřebení

havarijní opotřebení

havarijní opotřebení

únavové

neželezná

únavové opotřebení neželezná částice

Obr 38 Příklad zobrazení částic a výstupu komplexní analýzy na SpectroLNF Q200 Kromě laserového analyzátoru částic jsou v praxi používány i principiálně jiné typy analyzátorů částic pracující na principu rozptylu světla. Jedná se např. o analyzátory Horiba (LA-300, LA-950V2, LB-550).


108

Metody tribotechnické diagnostiky Přístroje: Laserový analyzátor částic SpectroLNF Q200, ultrazvukové lázně BANDELIN SONOREX, třepačka Heidolph Reax 2 Postup: Před vlastní realizací experimentu se nejprve seznamte s instruktážním videem! 1. Před vlastní analýzou je třeba vzorky homogenizovat na laboratorní třepačce cca 6 min při nastavení rychlosti na stupeň 9, aby se zajistilo dostatečné rozptýlení sedimentovaných částic v oleji. 2. Po homogenizaci se odstraní vzduchové bubliny, které vznikly mícháním, pomocí ultrazvukové lázně. 3. V menu měřícího software se zapíší parametry měřeného vozidla, typ oleje, proběh oleje, vybere se druh měřeného oleje (hydraulický nebo motorový), popř. norma, podle které bude měření realizováno. 4. Průtoková měřící cela se propláchne novým olejem. Olej je nasáván do vzorkovnice pomocí nástavce v trubičce. 5. Do odsávacího nástavce se umístí měřený vzorek oleje a spustí se vlastní měření. 6. Po ukončení měření software přístroje automaticky vyhodnotí počet a tvar zaznamenaných částic. Otěrové částice jsou rozděleny do kategorií podle druhu opotřebení, dále jsou identifikovány bubliny vzduchu, kapky vody a vlákna. Vzduchové bubliny a kapky vody jsou změření vyloučeny.


109


Použitá literatura STRAKA, B. Motorové oleje a tribotechnická diagnostika naftových motorů. Praha: Nadas, 1986. [2] Tribotechnika [online].[cit. 14. dubna 2004]. Dostupné na WWW: . [3] ŠTĚPINA, V. a VESELÝ, V. Maziva v tribologii. Bratislava: Veda, 1985. Hlavní přísady motorových olejů a jejich použití. [4] KLOUDA, P. Analytická chemie/separční metoda. Ostrava, 1994. [5] Otěrové kovy. [online]. [cit. 15. dubna 2012]. Dostupné na WWW: . [6] STODOLA, J. Provozní spolehlivost a diagnostika. Brno, Vojenská akademie, 2002. [7] STODOLA, J., MACHALÍKOVÁ, J.: Spolehlivost a diagnostika BSV. Část: Provozní hmoty a materiály pro MVT. Skriptum. Brno: Vydavatelská skupina UO, Brno. Univerzita obrany. 2006. 132 stran. ISBN 80-7231-167-0. [8] International Gases a instrumentation: FTIR Analytical Systems. [online]. [cit. 26.dubna 2011]. Dostupné na www: < http://www.gasesmag.com/articles.php?pid=58 > [9] KANIA, P. Infračervená spektroskopie. [online]. [cit.14. září 2011]. Dostupné z . [10] MACHALÍKOVÁ, J. FTIR spektrometrie [online].[cit. 22. února 2005]. Dostupné na www: . [11] Wear Particle Analysis – LaserNet Fines Particle Counting and Shape Reproducibility by Spectro Inc. [online]. [cit. 15. dubna 2012]. Dostupné na WWW: . [1]

Další informační zdroje – – –

http://www.tribology-abc.com/ http://www.allsyntheticsgroup.com/index.html http://electronmicroscopy.org/ http://www.machinerylubrication.com/Read/45/scanning-electron-microscopy http://www.paru.cas.cz/lem/book/ http://www.machinerylubrication.com/Read/628/sem-eds-tribology http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/electronmicroscopy/magnify1/index.html http://www.machinerylubrication.com/ (vyhledávací pole − SEARCH ==> Ferrography) http://www.wearcheck.ca/literature/documents.asp?DocType=techdoc - část Wear Direct Reading and Analytical Ferrography What is RDP ferrography? Debris Analysis


110

Metody tribotechnické diagnostiky - SLÁČIK, S. Analytická ferografie v diagnostice leteckých turbinových motorů [online]. [cit. 2012-11-08]. Letecký zpravodaj, 2006, 1. Dostupný z WWW: < http://www.vzlu.cz/cz/publikace/czech-aerospace-proceedings/rocnik-2006>. - STRAKA, B. Motorové oleje a tribotechnická diagnostika naftových motorů. Praha: NADAS, 1986. - TAYLOR, R.I., MAINWARING, R., MORTIER, R.M. Engine Lubricant Trends Since 1990. Proc. IMechE, Part J, J. Engineering Tribology 2005, 219(5), 331-346. - ČERNÝ, J., MAŠEK, P. Znehodnocení motorových olejů při jejich výměně. Sborník 3. konference Tribotechnika v provozu a údržbě, Hrubá Skála, 8-9. 11. 2005, str. 31−36. - ČERNÝ, J., VÁCLAVÍČKOVÁ, I. Shear Stability of Motor Oils. Fuels and Lubricants 2006, 45(5), 323−330. - ČERNÝ, J. Vlastnosti motorových olejů: Viskozita. AutoEXPERT 2006, 11(3), 36−37. - KOZÁK, P. Hodnocení normovaných parametrů motorových olejů. Sborník 6. konference „Kvalita paliv a maziv“ Reotrib 2000, Velké Losiny, květen 2000, str. 65−69. - ČERNÝ, J. Chemické rozbory motorových olejů. AutoEXPERT 2005, 10(7-8), str. 26– 29. - ČERNÝ, J. Vlastnosti motorových olejů: Oxidace a nitrace olejů. AutoEXPERT 2006, 11(9), 42−44. - MA, Y., ZHAO, W., LI, S., JIN, Y., WANG, Y., SIMON, T.C. Lubricating Durability of Two GF Category Engine Oils. Industrial Lubrication and Tribology 2005, 57(4), 161−167.


111

METODY TRIBOTECHNICKÉ DIAGNOSTIKY

Recommend Documents