كنترل آلودگي در گيربكسها

مقدمه:

سايش و خوردگي، اصطلاحاتي هستند كه مكررا در بيان و تفسير طول عمر سيستم هاي مكانيكي استفاده مي شوند .سايش معمولا در نتيجه حضور آلودگيها و نقصان خواص روانكاري به وقوع مي پيوندد. در گيربكسها نيز مثل ساير سيستم هاي مكانيكي، حضور آلودگيها نه تنها سبب از بين رفتن خواص روغن روانكار مي شوند بلكه تخريب خود تجهيزات و دندانه هاي درگير را نيز به همراه دارد.

نكته مهم در اين است كه اگر چه دنده ها در اشكال و اندازه هاي مختلف ساخته مي شوند، اما همگي آنها نيازمند روانكاري هستند. چرا كه همه دنده ها در اشكال و اندازه هاي مختلف داراي حركت بوده و نيروي مكانيكي را به صورت چرخشي انتقال مي دهند. لذا از آنجاييكه دنده ها در ارتباط با روغن روانكار هستند، كيفيت روغن به شدت بر  طول عمر آنها موثر است.

در اين مقاله، ضمن بررسي آثار ناشي از حضور آلودگي در دنده ها، به خصوص در انواع جديد كه در آنها از تكنولوژي سخت سازي سطوح بهره گرفته شده است،‌‌‌‌‌‌‌‌‌ روشهاي كنترل آلودگي در اين سيستمها بيان گرديده است.

 

آثار آلودگيهاي روغن بر روي دنده ها

به طور كلي، وظيفه روغنهاي روانكار، ايجاد لايه روانكار بين سطوح جهت ممانعت از تماس مستقيم فلز با فلز مي باشد. لذا در نگهداري و كنترل روغن روانكار گيربكسها، دو اصل بايد مد نظر قرار گيرد: روغن بايد قادر به انجام وظايف خود بوده و عاري از هرگونه آلودگي باشد.

حضور آلودگيها در روغن، باعث تخريب و از بين رفتن سلامت و تضعيف خواص روانكاري روغن مي شود. بدين ترتيب با از بين رفتن لايه روانكار بين دو سطح و يا عدم توانايي لايه روانكار در انجام وظايف خود، سطوح فلزي در تماس با يكديگر تحت بار به طور سطحي به يكديگر جوش مي خورند. (اين پديده به خصوص به علت از بين رفتن لايه روانكار در نقاطي كه ذرات حضور دارند، اتفاق مي افتد) در نتيجه حركت نسبي بعدي، نواحي جوش خورده شكسته شده و ذرات فلزي به جاي مي مانند. تكرار اين عمل باعث فرسايش و از بين رفتن فلز و تجمع ذرات فلزي مي شود.

فرسايش يا خوردگي فرسايشي به صورت حفره هايي كه بوسيله محصولات خوردگي احاطه شده است، ظاهر شده و بسيار مخرب مي باشد. فرسايش غالباباعث كنده شدن سطح، از بين رفتن تلورانس و لق شدن اجزايي كه در تماس با يكديگر هستند مي شود.همچنين به دليل لق شدنن، ارتعاشات بيشتري در هنگام كار به وجود مي آيد كه باعث شكست فلز در اثر خستگي مي شود.

آثار فرسايش در فلزات نرم بيش از فلزات سخت و مستحكم نمايان مي شود.

در نظر داشته باشيد كه طراحي و ساخت گيربكسها در سالهاي اخير به طور قابل توجهي تغيير كرده است. تكنولوژي جديد سخت سازي سطوح و متالوژي، امكان ساخت دنده هاي كوچكتر را در تامين قدرتهاي يكسان فراهم ساخته است.

اين سطوح سخت اگر چه در برابر آسيبهاي ناشي از ذرات نسبت به فرسايش مقاوم تر هستند اما به شدت در برابر خوردگي تنشي ناشي از حضور ذرات در روغن، حساس و آسيب پذير مي باشند.

اين خوردگي بيشتر در خط تماس دندانه ها در هنگام جابجايي بار رخ مي دهد. زمانيكه يك ذره به منطقه بار وارد مي شود، به علت داشتن سطح مقطع كم، باعث ايجاد تنش هاي موضعي شديد در آن نقطه به بزرگي تا 10000 psi مي شوند .اين تنشها ممكن است در اثر وجود حفره، شيار يا هر گونه غير يكنواختي حاصل شده و باغث ايجاد تركهاي ريزو فرورفتگيها در سصح فلز شوند. آلياژهايي با استحكام بيشتر نسبت به ايجاد ترك مستعدتر مي باشند.

مقطع تركهاي تنشي در فولاد زنگ نزن(´500)

 وجود ذرات در پيشروي تركها بسيار موثر است. چرا كه ذرات (گوه) منجر به تنشهاي بالايي در راس ترك مي گردد. زيرا راس ترك يك شيار تيز است كه عامل تجمع تنش مي باشد. بدين ترتيب در اين نواحي تغغير شكل پلاستيكي صورت مي گيرد كه باعث تغيير خواص ماده مي شود. از طرفي با افزايش پهناي دهانه تركها، سطح مقطع فلز كم شده و مقدار تنش در واحد سطح فلز افزايش مي يابد. افزايش تنش به حد تنش تسليم، به شكست و گسيختگي مكانيكي فلز مي انجامد. البته زمان در اين نوع خوردگي پارامتر مهمي مي باشد. زيرا خسارات فيزيكي مهم در مراحل نهايي صورت مي گيرد.

 

به اين دليل و به علت ساير تغييرات در طراحي و ساخت گيربكسهاي جديد، بيشتر از هر زمان ديگري لازم است كه بر روي كنترل آلودگيها كه باعث صدمه به دنده ها مي شوند، تمركز نمود.نظير آنچه تا بحال در مورد سيستمهاي هيدروليك، ياتاقانها و توربو ماشينها انجام مي گرفته است. شروع كنترل آلودگي روغن در گيربكسها، منجر به اصلاح خواص و افزايش عمر روغن روانكارو دنده و كاهش هزينه هاي تعميرات و نگهداري خواهد شد.

 

تشخيص منابع آلودگي:

آلودگي عبارتست از هر شيء يا ماده خارجي كه به داخل سيستم نفوذ كرده و باعث آسيب به اجزاي سيستم و يا اساسا كاهش در بازدهي و تاثير منفي بر عملكرد سيستم مي شوند. آلودگيها معمولا شامل ذرات سخت جامد، رطوبت، دماي بالا و اكسيداسيون مي باشند. مثالهاي ديگري شامل تشعشع يا فرايندهاي فيزيكي و شيميايي ناشي از محيط نيز وجود دارد.

ذرات جامد و رطوبت در مدت حمل و نقل و انبار داري به روغن اضافه مي شوند. ولي قسمت اصلي آلودگي پس از شارژ روغن به سيستم گيربكس اضافه مي شود. نقاط ورود آلودگي در يك گيربكس به آساني قابل شناسايي است. اين نقاط عباvتند از درزها و هواكشها. علاوه بر اين، آلودگي ممكن است در هنگام تعميرات، تخليه و شارژ مجدد روغن به داخل سيستم نفوذ كند. سرعت ورود آلودگيها به داخل سيستم به شرايط محيطي، نوع آلودگي و شرايط عملياتي ماشين بستگي دارد. به عنوان مثال در شرايط محيطي گرم و مرطوب، احتمال ورود رطوبت به طور قابل ملاحظه اي افزابش مي يابد و تحت همين شرايط، ورود ذرات جامد گرد و خاك كاهش مي يابد.به عبارت ديگر تحت شرايط سرد،خشك و وزش باد، خطر نفوذ ذرات گرد و غبار (با پايه سيليكا)، به حداكثر خود مي رسد. هر يك از صنايع ممكن است داراي آلودگيهاي خاص خود باشد نظير گرد و غبار ذغال، گرد و غبار سنگ معدن آهن يا مواد شيميايي در يك واحد پتروشيمي كه در اين ميان ذرات گرد و غبار خاك و سيمان از اهميت ويژه اي برخوردار است.

مبارزه با منابع آلودگي و كنترل آلودگي در گيربكسها:

در بحث كنترل آلودگي روغن، همواره بايد هر دو مورد جلوگيري از ورود آلودگي و جداسازي آلودگي از روغن، همزمان مورد توجه قرار گيرد. با رعايت نكات ذيل مي توان به اين موارد دست يافت.

آببندي كامل سيستم

در انتخاب درزبند و آببندي سيستم جهت جلوگيري از ورود آلودگي به سيستم و نشتي و اتلاف روانكار و كاهش مشكلات زيست محيطي بايد دقت نمود. هر نقطه اي از سيستم كه داراي نشتي مبيباشد، مورد هجوم آلودگي قرار خواهد گرفت.

نصب فيلتر هوا در هواكش

در اغلب موارد، واحدهاي قديمي داراي يك لوله باز تنفسي مي باشند. اگر چه امروزه واحدهاي جديد داراي در پوشهاي هواكش بوده كه قادر به ممانعت از ورود ذرات درشت (خرده سنگها،تكه هاي پارچه و حشرات و جانوران ) به داخل گير بكس مي باشند ولي نمي توانند مانع از ورود ذرات ريز 10 ميكروني شوند. براي رسيدن به اين منظور، مي توان از يك فيلتر هوا با قابليت جذب ذرات تا 1 ميكرون بهره جست. يك فيلتر چرخشي spine- on به خوبي مي تواند اين نقش را ايفا كند .در محيطهاي مرطوب مي بايست از خشك كن نيز استفاده شود. در محيطهاي بسيارمرطوب از فيلترهاي جداكننده آب و در در غير اينصورت از سيستمهاي جاذب رطوبت مي توان استفاده نمود.

  از آنجاييكه در گيربكسها در مقايسه با مخازن هيدروليك، تغييرات حجم كم مي باشد، جريان هواي كمتري از هواكش عبور مي كند. به اين خاطر استفاده از يك محفظه انبساط كه داخل گيربكس را از تماس با هوا آببندي مي كند، مناسب است.

 

استفاده از سيستمهاي فيلتراسيون خارج از خط

فيلترهاي داخل خط كه همه جريان روغن از فيلتر عبور مي كند(on-line) ، قادر نيستند روغن را در حد مطلوب پاكيزگي نگه دارند. چرا كه اولا اين فيلترها داري ميكرون ريت بالايي هستند (بيشتر از 10 ميكرو.ن) و همچنين نمي توانند آلودگي آب و وارنيشها را از روغن جدا كنند و ثانيا با گرفتگي سطح فيلتر و افزايش مقاومت فياتر در برابر جريان عبوري، جريان روغن از طريق شير به مسير جانبي منتقل مي شود. و تا زمانيكه تعويض فيلتر صورت نپذيرد، جريان از اين مسير عبور كرده و در واقع روغن اصلا فيلتر نمي شود.

استفاده از سيستمهاي فيلتراسيون به چند روش امكان پذير مي باشد:

 

v      فيلتراسيون خارج از خط و قابل حمل off-line filtration portable

 

در گيربكسهاي كوچك كه داراي پمپ كوچك و حتي يك فيلتر مي باشند، فياتراسيون كامل روغن انجام نمي گيرد .در اين حالت از واحدهاي قابل حمل و خارج از خط فيلتراسيون استفاده مي شود. ورودي و خروجي اين واحدها در اتصالات تخليه و شارژ روغن قرار گرفته و فيلتراسيون روغن به صورت دوره اي انجام مي شود. در اين صورت بايد به اين مورد توجه نمود كه روغنهايي كه با يك واحد فيلتراسيون، فيلتر مي شوند، از نوع يكسان باشند.

دبي جريان فيلتراسيون به ويسكوزيته روغن بستگي دارد. حداقل بايد حجم روغن هفت تا ده بار از واحد فيلتراسيون عبور نمايد تا وضعيت روغن به حد مطلوب آلودگي برسد. به عنوان مثال، چنانچه براي فيلتراسيون يك مخزن 1000 ليتري از يك واحد فيلتراسيون با دبي 20 ليتر بر دقيقه استفاده شود، اين عمل بايد حداقل به مدت 7تا 10 ساعت انجام گيرد.

يك نمونه از سيستمهاي فيلتراسيون خارج از خط

v      فيلتراسيون خارج از خط و ثابت off-line filtration permanent يا فيلتراسيون مسير جانبي by pass filtration

 

در گيربكسهاي بزرگ با حجم بالاي روغن و يا در جاييكه مقدار آلودگي در روغن بالا باشد و يا زمانيكه سطوح تميزي بالايي مورد نياز است، استفاده از يك واحد ثابت خارج از خط (واحدمستقل و داراي پمپ جداكانه) و يا يك واحد ثابت در خط جانبي مفيد مي باشد.

در فيلتراسيون ثابت در مسير جانبي، قسمتي از جريان خروجي از پمپ اصلي توسط شير كنترل جريان از خط جدا شده و وارد فيلتر مي گردد.

در فيلتراسيون ثابت خارج از خط، سيستم داراي يك پمپ جداگانه بوده و در كنار سيستم نصب مي شود و فيلتراسيون روغن به صورت پيوسته،بدون تداخل در خط اصلي انجام مي گيرد. امتياز واحدهاي فيلتراسيون خارج از خط در اين است كه حتي زمانيكه گيربكس كار نمي كند، مي توانند به كار خود ادامه دهند.

طرح شماتيك فيلتراسيون ثابت در خارج از خط اصليoff-line

بررسي سطوح تميزي بر اساس كد4406 ISO  در سيستمهاي دنده

اين نتايج توسط يك سيستم فيلتراسيون با دبي 1.5 ليتر بر دقيقه و با استفاده از يك فيلتر المنت 3 ميكرون(b3>75) بر روي يك كيربكس با حجم 370 ليتر از روغن MOBIL GEAR SHC 632 انجام گرفته است.

 

كاهش تعداد ذرات از 3,257,000 ذره بزرگتر از 5 ميكرون به 6,969 ذره بزرگتر از 5 ميكرون در 1 ميلي ليتر نمونه، عمر ياتاقانهاي دنده را به 5 برابر افزايش خواهد داد.