Mazanie závitovkových prevodov – výber správneho oleja pre bronzové kolesá
Prísady EP a žltý kov neexistujú bez problémov spolu. Vyberte si nesprávne chemické zloženie oleja a bronzové kolesá sa za 2 000 hodín namiesto 30 000 opotrebujú. Tu je návod, ako to urobiť správne.
Pre štandardný priemyselný pár závitovky a závitovkového kolesa pracujúci pri teplote olejovej vane pod 70 stupňov Celzia je bezpečnou predvolenou voľbou zmiešaný minerálny olej ISO VG 460 alebo 680 s prísadami bezpečnými pre žlté kovy. Nad 70 stupňov Celzia prejdite na syntetický PAO s rovnakou triedou viskozity. Pre vysokoúčinnú nepretržitú prevádzku polyglykol (PAG) s jednou triedou ISO nižšou (VG 320 alebo 460) výrazne znižuje tvorbu tepla – PAG je však nekompatibilný s minerálnym olejom a PAO, takže výmena vyžaduje úplné vypustenie oleja a prepláchnutie. Najdrahšou chybou pri mazaní je použitie hypoidného oleja GL-5 alebo generického diferenciálneho oleja na bronzovom kolese – sírovo-fosforové EP prísady korodujú žlté kovy nad 70 stupňami Celzia a ničia závitovkové koleso v priebehu niekoľkých týždňov.
Ústredný konflikt: EP prísady verzus žltý kov
Takmer každý iný článok o prevodovom oleji uvádza tabuľky viskozity na začiatku a chémiu aditív považuje za druhoradú. V prípade závitovkových a závitovkových kolies je toto poradie nesprávne. Jediným rozhodnutím, ktoré pri nedbanlivosti spôsobí najväčšiu škodu, je balenie aditív, nie stupeň viskozity. Ak si správne zvolíte aditíva, takmer akákoľvek rozumná viskozita zabezpečí prijateľnú životnosť. Ak si však zvolíte nesprávne aditíva, aj dokonale zvolená viskozita zničí bronzové koleso v priebehu mesiacov.
Konflikt je priamočiary. Klzný kontakt medzi závitovkou a kolesom vyžaduje prísady pre extrémny tlak – chemicky aktívne zlúčeniny, ktoré vytvárajú ochranný film na kovovom povrchu pri vysokom kontaktnom napätí. Klasická EP chémia využíva zlúčeniny síry a fosforu, ktoré sa aktivujú pri zvýšených teplotách. Na oceľovom ozubenom kolese (väčšina automobilových diferenciálov, hypoidné pohony náprav) tieto prísady fungujú perfektne. Na páre oceľového závitovky na bronzovom kolese – čo je štandardná priemyselná konfigurácia – aktivovaná síra napáda meď v bronze, čo spôsobuje zašpinenie, mikro-jamkové škrabance a nakoniec stratu kovu na povrchu. Koleso sa dramaticky nezadiera; pomaly koroduje od kontaktnej plochy smerom dovnútra, stráca profil zuba a presnosť, až kým sa pohon nestane nepoužiteľným.
Konflikt je reálny, následky sú drahé a vyhnutie sa mu je jednoduché – vyberte si oleje s výslovným označením „bezpečný pre žlté kovy“ alebo „zmes pre závitovkové prevody“ alebo „balíček aditív s deaktivovanou sírou EP“. Moderné receptúry od hlavných dodávateľov problém riešia; generické katalógové prevodové oleje môžu, ale nemusia. Pred rozhodnutím o naplnení oleja si vždy skontrolujte technický list.
Tri chemické zloženia olejov, ktoré sú vhodné pre závitovkové prevody
V tisíckach inštalácií závitovkových systémov a závitovkových kolies sa takmer vo všetkých úspešných aplikáciách vyskytujú tri chemické zloženia mazív. Každé z nich má silné a slabé stránky a špecifické prevádzkové okno, v ktorom je správnou odpoveďou.
Výber je zriedkakedy nenápadný, akonáhle je aplikácia definovaná. Minerálny olej na báze zmesi olejov pre bežnú priemyselnú prevádzku pod 70 stupňov Celzia. Syntetický olej PAO pre vyššie teploty alebo predĺžené intervaly výmeny. PAG (polyglykol) pre maximálnu účinnosť pri vysoko zaťažených nepretržitých aplikáciách. V kategóriách miešania dochádza k najväčšej nehodám pri údržbe.
Zmiešaný minerálny olej – priemyselný štandard
Minerálny základový olej so 4 až 10 percentami mastných kyselín (bezkyslý loj alebo syntetický ekvivalent) primiešaných ako zložky, plus inhibítory hrdze a oxidácie. Zložka mastných kyselín zabezpečuje hraničné mazanie priamo bez nutnosti používať chemicky aktívne EP prísady, čím sa úplne vyhýba riziku korózie žltého kovu. Zmiešané minerálne oleje sú pôvodným mazivom pre závitovkové prevody – ich zloženie sa zdokonaľuje už viac ako storočie.
Prevádzkové okno: okolité teploty až do približne mínus 5 stupňov Celzia, teplota olejovej vane do 80 stupňov Celzia. Nad 80 stupňami začína mastná kyselina oxidovať a mazivo degraduje rýchlejšie, ako zvládne odporúčaný interval výmeny. Pod bodom mrazu je olej príliš viskózny na to, aby sa pri štartovaní správne rozstrekol. Interval výmeny je zvyčajne 4 000 až 6 000 hodín prevádzky pri bežnej priemyselnej prevádzke. Náklady sú najnižšie z troch kategórií – zmiešaný minerálny olej ISO VG 460 stojí zhruba polovicu ceny syntetického oleja porovnateľnej triedy.
PAO syntetický – pre vyššie teploty a predĺžené intervaly výmeny
Polyalfaolefínový základový olej – syntetický uhľovodík – s miernejšími modernými EP prísadami, ktoré sú vo svojich komerčných formuláciách zvyčajne bezpečné pre žlté kovy. PAO má vyšší index viskozity ako minerálny olej, čo znamená, že viskozita sa v rozsahu prevádzkových teplôt mení menej. Má tiež lepšiu tepelnú stabilitu – intervaly výmeny pri rovnakej teplote olejovej vane sú zvyčajne dvakrát dlhšie ako u minerálneho oleja.
Prevádzkové rozpätie: teplota okolia do mínus 30 stupňov Celzia, teplota olejovej vane do 100 až 110 stupňov Celzia. Interval výmeny 8 000 až 12 000 hodín. PAO je plne kompatibilný s minerálnym olejom – prechod z minerálneho na PAO nevyžaduje preplachovanie, iba doplnenie pri ďalšej výmene. Cena je približne 2 až 3-násobok ceny minerálneho oleja na liter. PAO je správnou voľbou, keď teplota olejovej vane počas bežnej prevádzky prekročí 70 stupňov, keď extrémne teploty okolia (chladné zimné štarty, horúce letné popoludnia) spôsobujú drift viskozity alebo keď sa predĺžený interval výmeny vyplatí vďaka zníženým nákladom na pracovnú silu.
PAG polyglykol — pre maximálnu účinnosť
Polyalkylénglykol – iná skupina syntetických zlúčenín, ktorá v podstate nie je uhľovodíkom. PAG má najnižší koeficient trenia zo všetkých bežných chemických zlúčenín prevodových olejov, čo sa priamo premieta do merateľného zvýšenia účinnosti závitovky a párov závitovkových kolies. Pohon, ktorý beží s účinnosťou 60 percent na minerálnom oleji, zvyčajne získa na PAG 3 až 6 percentuálnych bodov a prevádzková teplota olejovej vane klesne o 15 až 20 stupňov Celzia pri rovnakom zaťažení. Pri nepretržitej prevádzke na viacero zmien sa tieto zisky sčítavajú do významných úspor elektrickej energie.
Prevádzkové rozpätie: okolitá teplota do mínus 40 stupňov Celzia, teplota olejovej vane do 130 stupňov Celzia. Interval výmeny oleja 16 000 až 20 000 hodín – najdlhší z troch kategórií. Háčik: PAG je nekompatibilný s minerálnym olejom a syntetickým PAO.Ich zmiešaním sa vytvára kal, ktorý upcháva vnútro prevodovky. Prechod z oleja na báze uhľovodíkov na PAG vyžaduje úplné vypustenie oleja, dve prepláchnutia ľahkým olejom a doplnenie – čo je zvyčajne jednodňová údržba pre utesnenú prevodovku. PAG tiež napáda niektoré tesniace materiály (nitril, určité polyuretány) a väčšinu náterov, takže tesnenia prevodovky musia byť pred zmenou kompatibilné s PAG. Cena je približne 4 až 6-násobok ceny minerálneho oleja na liter.
Keď mi zákazník povie, že chce prejsť z minerálneho oleja na PAG, prvá otázka, ktorú si kladiem, je, či má dostatočnú disciplínu v oblasti údržby, aby to urobil správne. PAG môže dramaticky predĺžiť intervaly výmeny a merateľne znížiť účty za elektrinu – ale iba ak sa prestavba vykoná s úplným vypustením oleja a dvojitým prepláchnutím. Poloprevodovky s prestavbou (niekto dolial PAG do vane, v ktorej ešte zostalo niekoľko litrov zvyškového minerálu) vytvoria v priebehu niekoľkých týždňov kal a celá náplň sa musí prepracovať. V prostrediach s nízkou disciplínou údržby je často rozumnejšou voľbou používať PAO, aj keď to stojí viac len na mazivo – prevádzkové riziko kontaminácie je výrazne nižšie.
Výber viskozity – krížový odkaz na normy ISO VG a AGMA
Keď sa rozhodne o chemickom zložení, druhým dôležitým faktorom je viskozita. Viskozity závitovkových prevodov sú vyššie ako u väčšiny ostatných prevodových olejov, pretože klzný kontakt vyžaduje hrubší hydrodynamický film ako valivý kontakt.
ISO VG 460 a 680 sú ťažnými koňmi pre priemyselné páry závitovkových kolies a závitovkových kolies. ISO VG 220 sa používa v nízko zaťažených ľahkých pohonoch. ISO VG 1000 (alebo zmes AGMA 8A) sa používa vo vysoko zaťažených priemyselných reduktoroch s veľkými stredovými vzdialenosťami, ktoré pracujú pri nízkych otáčkach.
Väčšinu rozhodnutí o viskozite pokrývajú dve praktické pravidlá. Po prvé, pri prechode z minerálneho oleja na syntetický s vyšším indexom viskozity znížte stupeň ISO o jeden stupeň – minerálny olej VG 680 má zhruba ekvivalentnú viskozitu pri prevádzkovej teplote ako PAO VG 460 alebo PAG VG 320. Po druhé, pri vyššej teplote okolia a vyššom zaťažení sa prikláňajte k vyššej viskozite, pri studenom štarte a vysokorýchlostných pohonoch k nižšej viskozite. Rozdelenie rozdielu (začnite s minerálnym VG 460 pre takmer akýkoľvek všeobecný priemyselný pohon) je v poriadku pre prvú náplň – upravte na základe pozorovanej teploty olejovej vane a stavu oleja pri prvej výmene.
Rozhodovací strom riadený teplotou
Teplota okolia a teplota v skrini sú dve premenné, ktoré ovplyvňujú rozhodnutie o chemickom zložení viac ako akékoľvek iné. Jednoduchý rozhodovací strom rozhoduje o výbere v troch otázkach.
Otázka 1: Aká je ustálená teplota olejovej vane pri plnom zaťažení?
Pod 70 stupňov Celzia → zmiešaný minerálny olej je v poriadku. Medzi 70 a 90 stupňami → prejdite na syntetický PAO. Nad 90 stupňov → je potrebné PAG polyglykol alebo dodatočné chladenie.
Otázka 2: Koľko hodín denne beží pohon?
Menej ako 8 hodín prerušovane → minerálna zmes to ekonomicky pokryje. 8 až 16 hodín denne → PAO, ak je olejová nádrž teplá, minerálna, ak zostane studená. 16 hodín alebo viac nepretržite → PAG sa vo väčšine inštalácií vráti vďaka úsporám elektriny do 18 mesiacov.
Otázka 3: Bude teplota olejovej vane kolísať medzi studeným štartom a plnou prevádzkou o viac ako 60 stupňov Celzia?
Áno (vonkajšie inštalácie, nevykurované zariadenia, zimné štartovanie) → syntetický olej sa dôrazne uprednostňuje kvôli vyššiemu indexu viskozity. PAO je bezpečná voľba. PAG je ešte lepší, ale oplatí sa len vtedy, ak nepretržitá prevádzka odôvodňuje náklady.
Tri skutočné prípady zlyhania mazania
V hláseniach z terénu, ktoré dostávame od zákazníkov žiadajúcich o náhradné komponenty, sa opakovane objavujú tri druhy porúch. Každému z nich sa dá predísť, každý je drahý a každý bol spôsobený rozhodnutím o údržbe, ktoré prehliadlo jednu zo zásad opísaných v predchádzajúcich častiach. Pochopenie týchto vzorcov pomáha vyhnúť sa im na vašom vlastnom zariadení.
Prípad 1 – Diferenciálny olej GL-5 v bronzovom závitovkovom kolese
Malý vietnamský výrobca dopravníkov doplnil olej do prevodových vaní na svojej montážnej linke hypoidný nápravový olej API GL-5 – s rovnakou viskozitou ISO ako pôvodná špecifikácia, oveľa lacnejší na liter, ktorý sa nachádzal na servisnej polici, pretože tá istá dielňa servisovala aj nákladné vozidlá. Do troch mesiacov sa na bronzových kolesách objavilo zašlý povrch viditeľný cez kontrolný otvor. Do šiesteho mesiaca bolo jamkové korozívne opotrebenie zubov natoľko závažné, že účinnosť pohonu klesla o 8 percent a prevádzkový hluk sa počuteľne zvýšil. Diagnóza: GL-5 obsahuje agresívne síro-fosforové EP prísady, ktoré sa aktivujú nad 70 stupňami Celzia, a bronzové kolesá bežali pri teplote 75 až 80 stupňov Celzia. Aktívna síra napádala meď, vytvárala čierne vločky sulfidu medi a korodovala povrch zubov kolesa od kontaktnej zóny smerom von. Riešenie: vypustiť olej, prepláchnuť ľahkým minerálnym olejom, doplniť vhodným zmiešaným prevodovým olejom ISO VG 460 bezpečným pre žlté kovy. Kolesá bolo potrebné vymeniť; úspora na lacnom diferenciálovom oleji stála zákazníka pätnásťnásobok pôvodných nákladov na výmenu prevodovky pri reklamáciách.
Prípad 2 – Polopremenená výplň PAG
Kórejský závod na balenie potravín sa rozhodol prejsť z minerálnej zmesi ISO VG 460 na PAG ISO VG 320, aby predĺžil intervaly výmeny oleja na svojej linke, ktorá beží na zmeny. Údržbársky tím vypustil olejové vane, doplnil ich PAG a spustil linku. Do dvoch týždňov sa v olejových vanách prevodovky objavil viditeľný kal – hnedý želatínový usadenina plávajúci na povrchu PAG náplne. Účinnosť pohonu klesla, teplota v olejovej vane stúpla o 15 stupňov nad očakávanú hodnotu a jedno tesnenie prevodovky začalo stekať. Diagnóza: zvyškový minerálny olej, ktorý zostal v olejovej vane po prvom výpuste (zvyčajne 5 až 10 percent objemu náplne sa prilepí na vnútorné povrchy a ložiskové dutiny), reagoval s PAG a vytvoril charakteristický kal nekompatibility. Pri prechode sa vynechal krok prepláchnutia. Riešenie: dokončite druhé výpuste, prepláchnite preplachovacím olejom kompatibilným s PAG, doplňte čerstvý PAG, vymeňte postihnuté tesnenia. Ponaučenie: prechod z uhľovodíka na PAG vyžaduje výpust → prepláchnutie → doplnenie, nikdy nie len vypustenie → doplnenie.
Prípad 3 – Nedostatočne naplnená vertikálna prevodovka
Japonský výrobca miešačiek kúpil štandardné horizontálne montované závitovkové prevodovky a nainštaloval ich na vertikálne miešacie hriadele bez zmeny hladiny oleja. Objem náplne špecifikovaný pre horizontálnu montáž ponoril závitovku približne na 30 percent jej priemeru – čo je vhodné pre mazanie rozstrekovaním. Pri otočení prevodovky o 90 stupňov rovnaký objem náplne ponechal závitovku pri spustení ponorenú iba na 5 percent. V priebehu prvého mesiaca sa na zuboch kolesa objavili odreniny na jednej strane. Diagnóza: nedostatočné ponorenie oleja vo vertikálnej orientácii znamenalo, že závit závitovky pri spustení nenasával dostatok oleja na vytvorenie správneho hydrodynamického filmu. Pohon bežal počas každého studeného štartu v podmienkach hraničného mazania. Riešenie: doplňte hladinu náplne po značku vertikálnej montáže špecifikovanú dodávateľom a skontrolujte, či sú odvzdušňovacie okienko a kontrolné okienko hladiny oleja správne umiestnené pre novú orientáciu. Poučenie: hladina oleja je rovnako dôležitá ako chemické zloženie oleja a zmena montážnej orientácie vždy zmení správny objem náplne.
Často kladené otázky
Otázka: Môžem v prípade núdze použiť motorový alebo hydraulický olej v závitovkovej prevodovke?
Len na čo najkratší možný čas, aby sa zariadenie dotiahlo do stavu údržby. Motorový olej a hydraulický olej nemajú viskozitu a prísady pre hraničné mazanie potrebné pre klzné ozubenie. Prevádzka ktorejkoľvek z týchto kvapalín dlhšie ako niekoľko hodín pod zaťažením spôsobí odieranie bronzového kolesa. Ak nie je v teréne k dispozícii pôvodné mazivo, hydraulický olej ISO VG 220 alebo vyšší je menej nebezpečný ako hydraulický olej ISO VG 32. Nepredlžujte „núdzové plnenie“ po najbližšom plánovanom servisnom okne.
Otázka: Ako zistím, či je môj olej bezpečný pre žlté kovy?
Skontrolujte technický list s výsledkami korózneho testu medených pásikov podľa normy ASTM D130. Hodnotenie 1A alebo 1B znamená, že je bezpečný pre žltý kov a vhodný pre bronzové závitovkové kolesá. Hodnotenie 2 alebo vyššie je hraničné. Hodnotenie 3 alebo 4 znamená, že olej bude korodovať bronz za normálnych prevádzkových teplôt a nemal by sa používať. Väčšina moderných priemyselných závitovkových prevodových olejov v technickom liste výslovne uvádza „1B pri 121 °C“ alebo podobne – ak sa v technickom liste neuvádza kompatibilita s meďou, považujte olej za podozrivý.
Otázka: Aký je rozdiel medzi zmiešaným olejom a prevodovým olejom EP?
Zmiešaný olej používa mastné kyseliny (zvyčajne 4 až 10 percent bezkyslého loja alebo syntetického ekvivalentu) zmiešané s minerálnym základným olejom na priame zabezpečenie mazivosti. Prevodový olej EP používa chemicky aktívne prísady (síru, fosfor, boritany), ktoré reagujú s kovovým povrchom pod vysokým kontaktným tlakom a vytvárajú ochranný film. Pre bronzové závitovkové kolesá je zmiešaný olej inherentne bezpečnejší, pretože neobsahuje chemicky aktívnu prísadu, ktorá by mohla korodovať žltý kov. Moderné prevodové oleje EP s deaktivovanou sírou sú tiež bezpečné, ale bezpečnosť závisí výlučne od zloženia – zmiešaný olej je konzervatívnejšou predvolenou voľbou.
Otázka: Ako často by sa mal meniť olej?
Interval výmeny závisí od chemického zloženia, teploty olejovej vane a pracovného cyklu. Typické čísla: minerálny olej 4 000 až 6 000 prevádzkových hodín, syntetický olej PAO 8 000 až 12 000 hodín, polyglykolový olej PAG 16 000 až 20 000 hodín. Teplota olejovej vane nad 90 stupňov Celzia všetky tieto čísla znižuje na polovicu (Arrheniusovo pravidlo – chemická degradácia sa zhruba zdvojnásobuje na každých 10 stupňov Celzia). V prípade kritických zariadení poskytuje analýza oleja každých 1 000 až 2 000 hodín presnejší interval založený na stave ako výmena založená na kalendári.
Otázka: Nahrádza niekedy mazivo olej v závitovkovej prevodovke?
V malých pohonoch s trvalým tesnením áno – väčšina ovládačov sedadiel automobilov, časovačov domácich spotrebičov a malých závitovkových prevodoviek poháňaných jednosmerným motorom používa trvalé mazivo PAO zahustené lítiovým mydlom. Nevýhodou je, že mazivo nemigruje v prevodovke tak, ako to robí olej, takže odvod tepla je slabý a nosnosť je nižšia. Pre priemyselné pohony s výkonom nad 1 kW je olej správnou odpoveďou; pre mikropohony s výkonom pod 50 W je mazivo zvyčajne vhodnejšie kvôli jednoduchosti tesnenia.
Otázka: Sú mazivá potravinárskej kvality kompatibilné s bronzovými závitovkovými kolesami?
Mazivá s registráciou NSF H1 pre náhodný kontakt s potravinami sa dodávajú v zmesových minerálnych a syntetických verziách PAO, pričom obe sú formulované tak, aby boli bezpečné pre žlté kovy. Výkonnosť je v porovnaní s priemyselnými ekvivalentmi do istej miery znížená, pretože výber prísad je obmedzený predpismi FDA – oleje H1 majú kratšie intervaly výmeny a nižšiu nosnosť ako ekvivalentné priemyselné triedy. Pre farmaceutické a potravinárske aplikácie s použitím párov závitoviek a závitovkových kolies typu nehrdzavejúca oceľ na nehrdzavejúcu oceľ je tento kompromis prijateľný; pre páry bronzových kolies v regulovanom prostredí je vo všeobecnosti lacnejšie prejsť na nehrdzavejúce komponenty a dosiahnuť súlad s predpismi bez straty účinnosti.
Otázka: Aký vplyv má výber oleja na kompletný závitovkový redukčný prevod oproti holému ozubenému kolesu?
V prípade holého ozubeného kolesa nainštalovaného v kryte vyrobenom zákazníkom si zákazník vyberá a pridáva mazivo – a musí prevziať zodpovednosť za kompatibilitu prísad s bronzom. Pre úplnú závitovkový redukčný prevod Pri dodávke s predplnenou náplňou dodávateľ už v továrni špecifikoval a pridal správny olej a technický list na jednotke by sa mal zhodovať s mazivom vo vnútri. Pri objednávaní baleného reduktora vždy overte, či sa druh maziva na typovom štítku zhoduje so špecifikáciou objednávky – počas výroby občas dochádza k zámene a tím údržby potrebuje vedieť, čo sa v olejovej vani skutočne nachádza, pri ďalšej výmene.
Jediným posolstvom, ktoré si z tohto článku odnesiete, je dôležitosť chémie aditív pred stupňom viskozity. Pár závitovky a závitovkového kolesa toleruje chybu viskozity o jeden stupeň a stratí len niekoľko percent účinnosti. Ten istý pohon nebude tolerovať nesprávny balík aditív – tá chyba ničí bronzové koleso merateľne rýchlejšie ako akákoľvek iná chyba pri údržbe. Vždy špecifikujte olej bezpečný pre žlté kovy. Pred zmenou značky si vždy skontrolujte technický list. Pred prechodom medzi kategóriami minerálnych, PAO a PAG vždy vykonajte úplnú vypustenie a prepláchnutie. A vždy si overte hladinu naplnenia vane oproti skutočnej montážnej orientácii, nie oproti predvolenej hodnote v katalógu.
Pre kórejské a japonské konštrukčné tímy výrobcov originálnych dielov (OEM), ktoré chcú špecifikáciu maziva prispôsobenú špecifickej geometrii pohonu a pracovnému cyklu, naše technické oddelenie odporúča chemické zloženie oleja, viskozitu a interval výmeny podľa skutočného prevádzkového profilu. Štandardný katalóg závitovkové prevody z fosforového bronzu a hliníkového bronzu dodávať s odporúčanou špecifikáciou náplne – požiadať o prehľad špecifikácií mazania ak sa vaša prevádzková teplota, pracovný cyklus alebo prostredie líšia od predpokladov uvedených v katalógu.
Nie ste si istí, či je váš súčasný prevodový olej vhodný pre bronzové oleje?
Pošlite značku oleja a kód produktu, teplotu oleja v prevodovej vane a pracovný cyklus. Porovnáme prísady s materiálom vášho kolesa a odporučíme výmenu, ak súčasná náplň ohrozuje bronz.
Redaktor: Cxm
