Analýza opotrebenia klzných ložísk nedeštruktívnou diagnostikou
Tribotechnická diagnostika je jednou z metód bezdemontážnej diagnostiky technických zariadení, kde zdrojom informácií o technickom stave zariadenia slúži stav a kvalita maziva. Na základe zmeny kvality maziva sme schopní určiť mieru a charakter opotrebenia jednotlivých trecích uzlov. Tento článok sa venuje analýze opotrebenia klzných ložísk vretenového lisu LF 710, kde pomocou tribotechnickej diagnostiky bola zistená miera opotrebenia.
Výsledky diagnostiky maziva umožňujú včasné odhalenie príznakov vzniku poruchy alebo nadmerného opotrebenia, lokalizáciu miesta, príp. jeho príčinu. Charakter a rozsah opotrebenia jednotlivých častí je možné určiť monitorovaním častíc v médiu. K výhodám tejto metódy patrí rýchlosť získavania informácií o zariadení, jednoduché použitie, minimalizácia nákladov, ako sú žiadne alebo minimálne prestoje, náklady na demontáž zariadenia, presné a reprodukovateľné výsledky diagnostiky.
Diagnostikovaný lis LF 710 je dvojkotúčový vretenový lis, určený na technologické práce dierovania a ohýbania, vykonávané za studena aj za tepla. Trecí uzol je tvorený klznými ložiskami umiestnenými na hnacom hriadeli. Predlohy klzných ložísk boli vyrobené zo sivej liatiny s lupienkovým grafitom (STN 42 2420). Materiál panvy je z uhlíkovej ocele na odliatky (STN 42 2650) a klzné puzdrá z cínového bronzu CuSn12 (STN 42 3123). Hriadeľ je vyrobený z konštrukčnej ocele 11 600 (STN 41 1600), ktorá je vhodná na výrobu súčiastok namáhaných staticky aj dynamicky a tiež na súčiastky vystavené veľkému mernému tlaku. V ložiskách bol použitý motorový olej M6AD od spoločnosti Paramo.
Obr. 1 Pohľady na ložiská lisu
Prvým krokom diagnostiky bol odber vzoriek oleja. Vzorky boli odobraté z ložísk lisu tzv. dynamickým vzorkovaním, tzn. stroj bol uvedený do chodu na dostatočne dlhý čas, aby sa zabezpečila dostatočná cirkulácia oleja. Vzorky boli odobraté v čo najkratšom čase po zastavení stroja, aby prípadné nečistoty obsiahnuté v oleji nestihli sedimentovať a boli v oleji rovnomerne rozptýlené. Diagnostikované vzorky boli vyhodnocované zvlášť pre pravé a ľavé ložisko.
Kinematická viskozita a číslo kyslosti
Meranie kinematickej viskozity bolo vykonané na viskozimetri Julabo ME. Z výsledkov analýzy vyplýva, že hodnota kinematickej viskozity v pravom ložisku narástla len mierne (z hodnoty 128,1 mm2.sek-1 na 130,4 mm2.sek-1). Číslo kyslosti TAN udáva množstvo kyslých látok obsiahnutých v oleji. Obsah prítomných kyslých zložiek sa zvyšuje starnutím a degradáciou oleja. Podobne bola hodnota množstva kyslých látok v pravom ložisku len mierne zvýšená, narozdiel od ľavého ložiska, kde hodnota narástla z etalónovej hodnoty 1,05 mgKOH.g-1 na 1,45 mgKOH.g-1, čo potrdzuje vysokú degradáciu oleja v ľavom ložisku.
IČ spektrometria
Analýza IČ spektrometriou sa uskutočnila na spektrometri FTIR Avatar 330. IČ spektrum bolo merané v oblasti (4000 - 850) cm-1. Výsledky analýzy vzoriek boli porovnávané s nameranými hodnotami etalónu (nový olej), pomocou ktorého boli vyhodnotené rozdielne hodnoty spektra (obr.2). Zníženie obsahu antioxidantov oproti etalónu je znakom starnutia oleja. Zvýšenie obsahu oxidačných produktov poukazuje na degradáciu oleja.
Obr. 2 Výsledky analýzy IČ spektrometriou
Z výsledkov analýzy vidieť vysokú termickú degradáciu ľavého ložiska (modrá krivka) ako aj pokles obsahu vysokoteplotného antioxidantu. Hodnoty v pravom ložisku (zelená krivka) vykazujú nižšie hodnoty degradácie oproti etalónu (červená krivka).
Obsah mechanických nečistôt
Pri tomto meraní sa vyhodnocuje množstvo, veľkosť, tvar a druh (materiál častíc). Použitý bol membránový filter s pórovitosťou 5 µm. Pri pozorovaní na optickom mikroskope bolo zistené veľké množstvo kovových častíc na filtroch. Vzorky oleja boli postúpené na ďalšie analýzy – optickú emisnú spektrometriu a ferografiu. Stanovenie obsahu jednotlivých prvkov optickou emisnou spektrometriou s indukčne viazanou plazmou bolo vykonané v laboratóriu ALS Group v Prahe. Na základe meraní bolo zistené výrazné opotrebenie oboch ložísk. Vysoký obsah Cu, Sn a Pb v olejových vzorkách oboch ložísk odhalil havarijný stav najmä ľavého ložiska. Havarijné opotrebenie klzného puzdra v ľavom ložisku sa prejavilo vysokým obsahom Cu, ktorý bol až o tri rády vyšší (6700 ppm) ako bola etalónová hodnota (nový olej obsahoval 1,1 ppm). V pravom ložisku bola hodnota Cu 304 ppm. Nameraný bol aj zvýšený obsah Fe, ktorý poukazuje na opotrebenie hriadeľa lisu. Zaznamenaný bol tiež zvýšený obsah Si, ktorého prítomnosť podáva informáciu o kontaminácii oleja prašnými časticami z okolia. Si-častice sú veľmi tvrdé a môžu spôsobovať abraziu klzných uložení.
Obr. 3 Kovové častice a živice v olejovej vzorke
Obr. 4 Častica železa
Pri ferografickej analýze bol použitý laserový klasifikátor častíc LaserNet Fines pracujúci na princípe presvetľovania vzorky oleja laserovým lúčom. Na obr. 3 a 4 vykazujú kovové častice červené sfarbenie. Nekovové častice, ktoré vznikli ako produkty starnutia oleja, či už voľné alebo prichytené na povrchoch kovových častíc, svetlo neodrážajú a na snímkach ich môžeme vidieť ako čierne plochy. Na snímke vzorky z ľavého ložiska (obr. 5a) sú vidieť súvislé pásy zmagnetizovaných kovových častíc, ktoré sú takmer úplne obalené nekovovými produktami, ktoré vznikli degradáciou oleja. Na snímkach nie sú viditeľné typické retiazky kovových častíc. Nalepené kovové častice zrejme nebolo možné pred analýzou z oleja úplne odstrániť. Na obr. 5a sú vidieť väčšie aj menšie tmavé častice sférického tvaru a ich zhluky, ktoré sú tiež produktami degradácie oleja. Na snímke vzorky oleja z pravého ložiska (obr. 5b) možno pozorovať retiazky vystupujúcich kovových častíc v magnetickom poli, ktoré sú tiež obalené nekovými časticami. V porovnaní s ľavým ložiskom sa však nachádzajú v oveľa menšom počte a majú menšie rozmery. Pri rozmerovej analýze častíc bol nameraný vysoký podiel častíc veľkých rozmerov (nad 20 µm) čo je znakom blížiaceho sa havarijného stavu. Jeho ďalšími znakmi je výrazný pokles malých plochých častíc a nárast počtu veľkých trojrozmerných častíc s veľkosťou nad 30 µm.
Obr. 5a, b Snímky z mikroskopu ferrografickej analýzy oleja ľavého (a) a pravého ložiska (b)
Pri normálnom režime sa v oleji nachádza stále množstvo malých a plochých častíc. Začiatok zvýšenej miery opotrebenia avizuje zvýšenie pomeru väčších častíc k menším, pričom skokový nárast avizuje náhlu poruchu, resp. stav pred poruchou sprevádzaný vysokým abrazívnym opotrebením.
Rovnako ako podľa rozmerov a morfológie častíc, je možné aj podľa sfarbenia častíc diagnostikovať stav opotrebenia trecích plôch. Únavové opotrebenie pri zvýšenej teplote a zaťažení sa prejaví slamovožltým až bronzovohnedým sfarbením častíc. Korozívne častice, ktoré vznikli následkom chemických reakcií v oleji sa prejavia zeleným okrajom a červeným stredom. Z morfológie častíc vieme určiť dĺžku existencie častice. Novovytvorené častice sú charakteristické ostrými hranami. Častice, ktoré sa v oleji nachádzajú dlhší čas, majú zaoblené tvary a obrúsené hrany.
Na základe jednotlivých analýz možno konštatovať vysokú oxidačnú a termickú degradáciu oleja v ľavom ložisku. V pravom ložisku bola zaznamenaná len mierna degradácia oleja. Skutočnosť, že vyššia miera opotrebenia bola zaznamenaná v ľavom ložisku je zrejme ovplyvnené faktom, že na strane ložiska je umiestnený remeňový pohon, ktorý prenáša väčšiu mieru zaťaženia práve na ľavé ložisko, čo môže spôsobovať, že ložisko sa prehrieva. Ďalším činiteľom, ktorý môže spolupôsobiť pri prehrievaní ložiska, je zistený vysoký obsah živíc, ktoré majú lepivý účinok na časti plôch ložiska. Olej v ľavom ložisku bol tak výrazne degradovaný, že vytváral hnedý kal. Vysoký obsah Cu, Sn a Fe jednoznačne poukázal na vysokú mieru opotrebenia hriadeľa a častí klzného puzdra ložiska. Na odstránenie nežiaduceho stavu bol navrhnutý nový režim mazania spočívajúci v pravidelnej výmene celého objemu oleja. Interval výmeny oleja bude stanovený po analýzach oleja v pravidelných intervaloch. Pre zistenie stavu oleja priamo v dielenských podmienkach je vhodné použiť prenosný tester oleja (napr. SKF TmeH 1) pomocou ktorého môžeme jednoducho a rýchlo určiť stav oleja. V prípade skokového nárastu miery degradácie oleja v náplni sa odporúča laboratórna analýza. Pri odstraňovaní uvedených nedostatkov by bolo tiež vhodné rozmerovou kontrolou zistiť, či boli dodržané rozmerové a tvarové tolerancie pri výrobe jednotlivých častí ložísk, resp. či bol dodržaný správny postup pri výrobe a montáži.
425
