Hodnotenie vlastností mazacieho média pohonov obrábacích strojov

Podstatou článku je ukázať aplikácie spomínaných metód pre stanovenie, resp. určenie limitných hodnôt potrebných pre údržbu daného stroja, ale aj poukázať na význam použitia tribotechnickej diagnostiky a vibrodiagnostiky hlavne v závislosti od rýchlosti, presnosti a finančnej nenáročnosti pri určovaní okamžitého stavu oleja použitého v hnacom ústrojenstve stroja ako mazacieho média. Objektom skúmaní boli obrábacie stroje, ktoré sa používajú pre obrábanie kovov v strojárskej výrobe, konkrétne sústruhy, brúsky a frézovačka

Metódy tribotechnickej diagnostiky

Po odobratí oleja z mazacej sústavy stroja bol tento olej použitý ako médium pre získavanie informácií o technickom stave stroja, režime trenia a opotrebenia. Pre získanie týchto informácií bolo potrebné uskutočniť všetky skúšky (merania) na daných prístrojoch v špecializovanom tribotechnickom laboratóriu Tribo-Servis - Hakim na Katedre prevádzky výrobných procesov FVT TU v Košiciach so sídlom v Prešove. Pre správnu interpretáciu informácií o životnosti oleja je potrebné vykonať skúšky (merania) po viacerých odberoch  oleja. Zisťovanie technického stavu pozostáva z určenia odchýliek od normálneho stavu, analýzy druhu a príčin vzniku týchto odchýliek a následného diagnostického záveru.  

Meranie celkových nečistôt

Meraním zistíme množstvo celkových nečistôt v prevádzkovom médiu - oleji. Meranie celkových nečistôt sa vykonáva na špeciálnom zariadení vyrobenom práve za týmto účelom. Ide o prístroj CCT Infra, ktorý funguje fotometrickým spôsobom. Na prístroji sú stupnice ukazujúce priamo % CN. Pri meraní jednotlivých strojov neboli zistené žiadne extrémne hodnoty, z toho vyplýva že režim opotrebenia je dobrý. Hodnota CN stúpala s počtom motohodín, čo je normálne (obr. 1). Stúpajúci charakter krivky súvisí s výmenou oleja, v ktorom sa rozpustili aditíva (oxidové častice), ktoré majú primárny charakter.

Meranie obsahu vody

V tomto prípade je potrebné rozlišovať kondenzovanú vodu a vodu, ktorá do mazacieho systému vnikla z okolia. Tak či tak, akékoľvek nepatrné množstvo vody zhoršuje mazacie schopnosti oleja a jeho vlastnosti sú omnoho horšie ako u pôvodného oleja. Pre meranie obsahu vody v oleji sa používa ten istý prístroj CCT Infra, na ktorého hornej časti sa nachádza malá špeciálna miska, ktorej dno je vyhrievané na požadovanú teplotu. Vlastné meranie prebieha tak, že na nahriatu misku sa kvapne pár kvapiek zo vzorky oleja. Následne sledujeme správanie sa oleja. Vykoná sa zraková a sluchová analýza oleja na základe časovej doby trvania tvorby bubliniek, samotnej doby bublania a sily praskania. Pri jednotlivých strojoch nebola zistená prítomnosť vody v oleji. Jediným strojom kde sa vyskytla prítomnosť vody, bola hrotová brúska, kde sa odporučilo vymeniť olej a skontrolovať utesnenie stroja.

Meranie množstva oterových častíc (WPC)

Pomocou tohto merania sa zisťuje množstvo veľkých častíc Dl a množstvo malých častíc Ds. Ideálny stav nastane vtedy, ak Dl < Ds. Na meranie WPC slúži zariadenie - priamo čítajúci kapilárny magnetický analyzátor PMA 87-2, ktorým prejde vzorka cez jeho mikrotrubičku, ktorá je uložená v magnetickom poli. Vplyvom tohto poľa sa oterové častice usádzajú v kapiláre. Z digitálneho displeja tohto zariadenia sa dá priamo odčítať množstvo Dl a Ds. Z týchto hodnôt môžeme ďalej vypočítať WPC - množstvo oterových častíc a PLP - podiel makročastíc na WPC v %.

k - koeficient obtiažnosti (tab. 1)                                                                            

Pri jednotlivých meraniach celkových nečistôt sa v oleji nachádzali oterové častice a rôzne nečistoty. Konkrétne pri po prvom odbere u nástrojárskej frézovačky bolo doporučené vymeniť olej a vyčistiť nádržku, čím výrazne klesla hodnota veľkých oterových častíc Dl a tým aj hodnoty WPC a PLP. Po druhom odbere bolo doporučené vyčistiť olejový filter, tým klesli hodnoty na minimum. Podobne sa postupovalo aj pri ostatných analyzovaných strojoch.

Ferografické meranie

Spôsob detekcie a izolácie častíc pomocou magnetického analyzátora dovoľuje odhaliť intenzitu opotrebenia a objasňuje proces trenia a opotrebenia. Ide o dôsledok unášacej sily kvapaliny a magnetických síl, ktoré pri vzájomnom pôsobení na kontrolovanú vzorku oleja zaistia, že väčšie železné častice sa usádzajú hneď pri vtoku na sklenené sklíčko, ktoré je vhodným spôsobom umiestnené v silnom magnetickom poli permanentných magnetov. Vplyvom väčšieho pomeru povrchu k objemu častice 1 až 2 mikrometra tečú pomalšie a usádzajú sa na spodnej časti sklenenej podložky, tj. pri odtoku analyzovanej vzorky zo sklíčka. Toto meranie sa realizuje na magnetickom analyzátore. Ferografia zahŕňa jednak vlastné ferografické meranie a jednak aplikačné ferografické techniky. Samotné ferografické meranie je zložené z feroskopie a ferodenzimetrie. Obe uvedené merania vychádzajú zo spoločného základu - ferografického záznamu, na ktorom sa nachádza záznam danej olejovej vzorky. Feroskopia je založená na priamom morfologickom vyšetrení povrchu a tvaru oterových častíc a na určení režimu opotrebenia pomocou mikroskopu. Ferodenzimetria je metóda vyjadrujúca pomer počtu väčších a menších častíc. Ferodenzimeter je súčasťou ferografu.

Na obrázkoch 3a až 3c sú znázornené ferografické záznamy pri hrotovom sústruhu. Pri prvom odbere máme možnosť vidieť adhezívne častice v strednom množstve veľkosti 1-2 mikróny, prachové častice 5-10 kusov v 1 ml. Pri druhom odbere sa v oleji nachádzajú adhezívne a abrazívne častice, kremík v strednom množstve. Pri treťom odbere vidno adhezívne častice v strednom množstve a abrazívne častice vo väčšom množstve. Na základe ferografických záznamov sa dospelo k záveru, že je potrebné vyčistiť olejovú vaňu, pretože na ferografických záznamoch sa nachádza značné množstvo abrazívnych častíc.

Metóda merania vibrácií

V dôsledku vzájomného styku a úderov súčiastok spojených v strojnom mechanizme vznikajú kmity, ktoré sú prenášané pružným prostredím, tj. hmotou stroja vo funkcii akustického kanála, a ich vonkajším prejavom je akustický hluk. Počuteľný zvuk a najmä ultrazvuk vydávaný mechanizmom je sekundárny efekt vzájomného styku a rázov súčiastok. Kmity vyvolávajú zvukové vlny, ktoré sa ďalej šíria prostredím (vzduchom). Zvukový signál vo vzduchu je však nespoľahlivým nosičom informácie. Samotná existencia tejto informácie nezávisí len na kmitaní, ale je tiež ovplyvňovaná predmetmi v blízkosti zdroja kmitov. Z tohto dôvodu sa na snímanie akustických kmitov nepoužívajú mikrofóny, ale dotykové snímače meniace kmitanie na elektrický signál, ktorý je ďalej spracovateľný elektronickou cestou. Na meranie vibrácií bol použitý presný modulárny analyzátor 2260 Investigator.

Na základe vykonaných vibrácií sme došli pri jednotlivých strojoch k záverom, že prvky pohonov strojov sú - či už menej alebo značne - opotrebované a pri niektorých prípadoch, konkrétne pri sústruhu, ktorého výsledky merania vibrácií sú na grafoch, sa odporučilo vymeniť ložiská a prekontrolovať prevodovky a prevodové súkolesia.

Záver

Pri uplatňovaní mnohých racionalizačných opatrení dôslednými ekonomickými analýzami sa zistilo, že náklady na údržbu a opravy strojových zariadení dosahujú značnú výšku a sú väčšinou dôsledkom opotrebovania. Ide o straty spôsobené nedokonalým mazaním, tj. o straty spôsobené nedokonalým ovládnutím trenia. Energetické straty sú stále veľmi veľké, a preto sa hľadajú opatrenia na ich zničenie. Na Slovensku sa odhadujú možné úspory správnou aplikáciou tribotechnických a vibrodiagnostických zásad na 20 až 50 % z celkových strát energie. Priame úspory energie pomocou tribológie sú hlavne tie, ktoré vyplývajú zo zníženia trenia v mechanizmoch.

Článok vznikol za podpory grantovej agentúry VEGA MŠ SR č. 1/4155/07.

Ing. Jozef Dobránsky, PhD.

TU v Košiciach, Fakulta výrobných technológií so sídlom v Prešove www.tuke.sk/fvtpo

dobransky.jozef@gmail.com 

Literatúra

[1] AL HAKIM H., BLAŽOVSKÝ J. Tribológia a servis strojov. Prešov: FVT. 2002.

[2] DANESHJO, N. Stavba výrobných liniek v potravinárskom priemysle. Košice: TU SjF. 2008.

[3] SVETLÍK, J. Vplyv charakteristík hardvérovej časti na dynamické vlastnosti robotického futbalistu. Acta Mechanica Slovaca. 2008, roč. 12, č. 2-a, s. 613-616.

[4] STEJSKAL, T. Informačný obsah signálu radiálnej reakcie vo valivom uložení hriadeľa prevodovky. Acta Mechanica Slovaca. 1998, č. 4, s. 63-64.