Tribotechnika 2009-1

1/2009 · cena 80 Kč/3

Zlepšenie procesu obrábaniaMěření nečistot v motorových olejíchZjišťování kontaminace provozních médiíPerspektívy povlakovania tvrdým chrómomTrendy vo vývoji prevádzkových kvapalín

➤ Tímováspolupráca

4 Meraniehustoty&koncentrácie

4 Reometreaviskozimetre

4 Prípravavzoriek/mikrovlnnépece

4 MeranieCO2aO2vnápojoch

4 Mikrovlnnásyntéza

4 Elektrokinetickáanalýza

4 X-rayštrukturálnaanalýza

4 Vysokopresnémeranieteploty

4 Refraktometreapolarimetre

Anton Paar GmbH organizační složkaČeskárepublika/SlovenskárepublikaBělohorská 238/85169 00 Praha 6 - BřevnovCZECH REPUBLIC

Tel.: +420 233 356 634Fax: +420 233 356 [email protected]@anton-paar.comwww.anton-paar.czwww.anton-paar.sk

soccer_210x297_sl.indd 1 17.12.2008 15:10:00 Uhr

3

TRIBOTECHNIKA 1/2009

Časopis TriboTechnika vydáva:Vydavateľstvo Techpark, o. z.

registrácia vykonaná 22. 10. 2003 pod č. VVS/1–900/90–22538

TechPark, o. z.,Pltnícka č. 4,

010 01 Žilina, SlovakiaTel.: +421 41 500 16 56 – 8, 0905 206 227

E–mail: [email protected], [email protected]

Odborný garant:Ing. Jozef Dominik, Csc., e-mail: [email protected]

Šéfredaktorka:Ing. Dana Tretiníková, e-mail: [email protected]

Redakcia:Ing. Michal Gonda, e-mail: [email protected]

Public relation a marketing:Mgr. Zuzana Augustínová, e-mail: [email protected]

Na vydaní TriboTechniky – 1/2009 redakčne spolupracovali:Prof. Ing. Karol Vasilko, DrSc., Prof. Ing. Milan Žmindák, CSc., Zbyněk Kania, HYDAC spol. s r.o.,

Ing. Milan Soukup, KLEENTEK Praha, Radim Staša, oil TEAM, Jozef Rabatin, OSOS Vrútky, a. s. Ing. Jiří Hřivnáč, REO TRADE, s.r.o., Doc. Ing. Hekmat Al Hakim, CSc., RNDr. Janka Mihalčová, PhD.,

Ing. Lukáš Bělín, Lukáš Škoda, Tomáš Mika, Ing. Jiří Novotný, Jozef Lengyel, doc. Ján Cvengroš, Ing. Ján Luhový, LUSIK TRADE, Ing. Rudolf Matija, PhD; Ing. Ladislav Mišík; Ing. Vladimír Simku-let, PhD., Ing. Zdeněk Nacházel, Jaroslav Černý, RNDr. Peter Talavašek, WIRPO, Ing.Jiří Hřivnáč,

REO TRADE, s.r.o., Ing. Jozef Dominik, CSc., Ferodom Žilina, Vladislav Marek

Obchodné zastúpenie Žilina:Mgr. Ivan Oboňa, e-mail: [email protected]

Roman Lisický, e-mail: [email protected] Repčík, e-mail: [email protected]

Obchodné zastúpenie INAG, s. r. o. Zvolen:Riaditeľka: Mária Cerovská, J.A.Komenského 2230/29 960 01 Zvolen.

Tel./fax: 045 5361 054, 069 201 0094 •Mobil: 0903 526 053, [email protected]

Gra� ka:Róbert Schwandner, e-mail: [email protected]

Tlač:P+M Turany•Budovateľská 516/1•038 53 Turany,

Tel.: 0907 843 867•www.p–mtlac.sk

Rozširuje:Vlastná distribučná sieť • MEDIA PRINT KAPA • súkromní distribútori

ISSN 1337–0022

Ilustrovaný skrutkársky slovník DE – SK – EN:

- Slovník je určený prekladateľom technickej literatú-ry, konštruktérom, technológom, obchodníkom so spojovacím mate-riálom, študentom a pedagógom škôl technického zame-rania

zobrazenia naj-častejšie sa vysky-tujúcich pojmov z oblasti techniky mechanického spá-jania súčiastok po-mocou skrutkových spojov obsahuje aj zoznam relevant-ných noriem ISO a zoznam základných symbolov

Distribúcia: Ferodom, s. r. o. Štefánikova 58, 010 01 Žilina, e-mail: [email protected],

Tel.: 0905 76 90 67

Cena: 350 SKK bez DPH + poštovné, pri objednávke nad 2 ks zľava 20 %

4

1/2009 TRIBOTECHNIKA

5


Vážení čitatelia, milí priatelia, ani netreba dlho premýšľať nad otázkou, ktorá téma najviac rezonovala začiatkom

roku 2009 v spoločnosti. Samozrejme, bola to energetická kríza, ktorá vytlačila do úzadia aj také významné udalosti ako je jej � nančná súputníčka, prijatie európskej meny na Slovensku, či predsedníctvo ČR v EU. Prečo o tom hovorím? Pochopiteľne aj preto, že je to vec nanajvýš vážna, ale hlavne chcem poukázať na niečo, čo v návale starosti o zabezpečenie dostatočných energetických zdrojov neoprávnene ostalo akosi na periférii záujmu. Jedna vec je totiž zdroj energie, druhou je hospodárenie s týmto doslova životne dôležitým pokladom. Nejde pritom iba o do oči bijúce straty z dôvodov nedostatočne zaizolovaných budov a teplovodov, či zbytočne svietiace žiarovky, netesné plynové a ropné potrubia, nedokonalé spaľovanie vo vyhrievacích kotloch a iné plytvanie energiou v akejkoľvek podobe.

Nás, tribológov, pochopiteľne zaujímajú predovšetkým straty z titulu trenia. Odborníci sa zhodujú v názore, že trenie ochudobňuje hrubý domáci produkt o cca 6 percent, čo napr. v podmienkach najsilnejšej európskej ekonomiky predstavuje neuveriteľných 35 miliárd EUR! Z toho časť pripadá na opotrebenie materiálu a časť na energetické straty primárne a sekundárne. Dobrým príkladom je automobil. Z odbornej literatúry vyplýva, že v aute sa počas jazdy efektívne spotrebuje iba cca 75 percent dodanej energie na pohyb a zvyšok, t. j. 25 percent na prekonanie trenia v rôznych tribologických uzloch. Za skromného predpokladu, že priemerná ročná spotreba pohonných hmôt na jedno auto je napr. 400 litrov, potom z toho 100 litrov je čistá strata, nehovoriac o ekológii. Zdanlivo zanedbateľná čiastka, ale stačí si to vynásobiť počtom jazdených automobilov a ... Radšej ďalej nepokračujme v týchto počtoch. Pripomínam len, že reč je o jednom z najprepracovanejších a najdokonalejších ľudských výtvorov - automobile, kde sa kontinuálne uplatňujú najnovšie vedecké poznatky z oblasti tribológie a iných vedných odborov. Nie všade však máme do činenia s tak vysokoso� stikovaným prípadom. Existujú stroje a zariadenia s podstatne nižšou účinnosťou, kde pomer 75/25 môže byť dokonca opačný, ktoré naviac zďaleka nie sú pod takým drobnohľadom odborníkov a širokej verejnosti ako automobily. Na mysli mám napr. nesprávne nastavené spaľovacie mo-tory, neudržiavané rotačné technologické zariadenia, nepravidelne mazané pohybové mechanizmy a pod. Tam sú ukryté netušené rezervy v spotrebe energie. Nie nadarmo sa hovorí, že najlacnejšia je ušetrená energia. Pochopiteľne, trenie sa nedá odbúrať, ale až 30 percent strát z titulu trenia je podľa odborníkov reálne zredukovať uplatnením najnovších tribologických poznatkov pri konštruovaní strojov a rôznych mechanizmov a jednoduchým rešpektovaním základných pravidiel údržby počas ich prevádzky. A to je už číslo, kvôli ktorému sa oplatí venovať týmto otázkam zvýšenú pozornosť. Samo-zrejme, náš časopis pritom nesmie chýbať, preto radi uverejníme v tejto súvislosti Vaše príspevky, názory a odporúčania.

Jozef DominikOdborný garant

[email protected] 76 90 67

Zlepšenie procesu obrábania s využitím tribologických zákonitostí

Súčasné poznatky o tvorení triesky a obrobeného povrchu sú založené na pozorovaní vonkajšieho trenia medzi nástrojom, trieskou a obrobkom. V dôsledku intenzívneho trenia dochádza k intenzívnemu opotre-beniu rezného nástroja na čelnej a chrbtovej ploche. Je však možné toto opotrebenie spomaliť, ak nahradíme vonkajšie trenie vnútorným trením v trieske.

strana 8, 9, 10, 11

Trendy vo vývoji prevádzkových kvapalín

Nie je to tak dávno, keď prevádzkové kvapaliny stáli na okraji záujmu technológov a boli síce považované za niečo nevyhnutné, ale bez hlbšieho významu na proces výroby. Obrat nastal v posledných dvoch desaťročiach, kedy sa v našom priemysle objavilo široké spektrum kvalitných pre-vádzkových kvapalín od rôznych výrobcov.

strana 12, 13

6


Obsah

Zlepšenie procesu obrábania s využitím tribologických zákonitostí ......................................................... 8, 9, 10, 11Trendy vo vývoji prevádzkových kvapalín ...................................................................................................................... 12,13Tvrdochrómové povlaky vychádzajú z módy ? ........................................................................................................... 14, 15Kontaktu telies sa nevyhneme ............................................................................................................................. 16, 17, 18, 19Rýchlosť, komplexnosť a profesionalita – všetko, čo si zákazník váži ................................................................. 20, 21Motorový olej pro motocykly ........................................................................................................................................... 22, 23Měření obsahu nečistot v použitých motorových olejích ....................................................................................... 24, 25Životnost hydraulických olejů ..................................................................................................................................... 26, 27, 28Tribotechnická diagnostika v automobilovom priemysle ................................................................................ 29, 30, 31Bionafta a provoz motorů ................................................................................................................................................... 32, 33Auto je iba také dobré, aké sú jeho pneumatiky ........................................................................................................ 34, 35Senzory pro zjišťování kontaminace hydraulického a mazacího média ..................................................... 36, 37, 38Intelligence in Rheometry: the Physica MCR Series .......................................................................................................... 39

Motorový olej pro motocykly

Motocykly byly v minulosti plněny motoro-vým olejem pro osobní automobily. U moto-rových olejů pro osobní automobily je tren-dem snižování viskozity pro zachování energie a redukce obsahu fosforu což zlepšuje mazací vlastnosti při zatížení za vysokého tlaku.

strana 22, 23

Senzory pro zjišťování kontaminace hydraulického a mazacího média

Není tajemstvím, že pro funkčnost a spolehli-vost hydraulických, mazacích a obecně všech � uidních systémů je alfou a omegou čistota média. Tento zdánlivě jasný pojem má ovšem mnoho vý-kladů a zjišťování a popis čistoty médií v technické praxi je momentálně činnost velmi rozporuplná jak z hlediska praxe, tak legislativy.

strana 36, 37, 38

7


Aplikace vodou-mísitelných řezných kapalin v oblastech s vysokým nárokem namazivostní charakteristiku .................................................................................................................................................. 40, 41Modi� kace a regulace tření kola a kolejnice ................................................................................................................ 42, 43SMART MONT – so� stikovaná montáž skrutkových spojov ..................................................................... 44, 45, 46, 47Vplyv tribologických faktorov na efektivitu obrábania .................................................................................... 48, 49, 50Modulární systém pro ložiska planetových kol v převodovkách pro větrné elektrárny ..................................... 51Pět kroků k optimalizaci účinnosti a výkonnosti strojního zařízení ............................................................ 52, 53, 54Provozní problémy spalovacích motorů ........................................................................................................................ 54, 55Proč a kdy měnit olejovou náplň strojních zařízení ............................................................................................ 56, 57, 58Speciální drážkové řemeny pro dopravníky ........................................................................................................................ 59Radiální kluzná ložiska s naklápěcími segmenty ........................................................................................................ 60, 61Správný výběr � ltru snižuje opotřebení motoru a prodlužuje jeho životnost ................................................ 62, 63Neolejové zložky v opotrebovaných minerálnych olejoch ............................................................................. 64, 65, 66

sobuje opotrebenie na čele noža. Ak by sa obme-dzila táto oblasť kontaktu, možno predpokladať, že v limitnom prípade vôbec nedôjde k priamemu kontaktu triesky a nástroja.

Návrh racionálnej úpravy geometrie nástrojaNa základe analýzy trecích pomerov v zóne

tvorenia triesky bola navrhnutá geometria nástroja podľa obr. č. 3.

Princíp úpravy spočíva v obmedzení plôšky na čele nástroja, ktorá je sklonená pod záporným uhlom čela γo є < –60 ––80˃ zväčšení uhla čela na ďalšom úseku na 30 – 45 °.

Na obr. č. 4 je metalograf ick ý v ýbrus oblasti tvorenia triesky pri obrábaní ná-strojmi s takouto úpravou. Vidno, že nad plôškou skráteného čela vzniká intenzívna plastická zóna.

Zlepšenie procesu obrábania s využitím tribologických zákonitostíSúčasné poznatky o tvorení triesky a obrobeného povrchu sú založené na pozorovaní vonkajšieho trenia medzi nástrojom, trieskou a obrobkom. V dôsledku intenzívneho trenia dochádza k intenzívnemu opotrebeniu rezného nástroja na čelnej a chrbtovej ploche. Je však možné toto opotrebenie spomaliť, ak nahradíme vonkajšie trenie vnútorným trením v trieske.

Obr. č. 1 Metalogra� c-ký výbrus zóny tvore-nia triesky. Obrobok:

C45, nástroj: SK P20, vc ´80 m.min-1

Klasický pohľad na proces tvorenia triesky

Na obr. č. 1 je typický pohľad na výbrus vznika-júcej triesky. Vidno hrani-cu plastickej deformácie medzi trieskou a obro-kom, textúru v trieske a pásmo intenzívnej plastickej deformácie nad čelom nástroja. Teoretická analýza napätí na čele ve-die ku schéme na obr. č. 2.

Z obrázku 2 vyplýva, že nad vyšrafovanou zónou (plastické pole) dochádza k vnútornému treniu mate-riálu na krivke A – B. Medzi

bodmi B – D dochádza k vonkajšiemu

treniu medzi n á s t r o j o m

a trieskou, ktoré spô-

8


Obr. 2 Schéma rozloženia normálnych a tangenci-álnych napätí na čele nástroja.

a bObr. 3 Príklady úpravy geometrie rezného nástroja

na odstránenie priameho kontaktu triesky a ná-stroja. a – s vybrúseným tvarovačom triesky; b –

s príložným tvarovačom

Obr. č. 4 Metalogra� cký výbrus zóny tvorenia triesky, získaný pri obrábaní uprave-

ným nástrojom

Pri štúdiu me-chanizmu plas-tickej deformácie pri tvorení tries-ky sa ukázalo, že plastické pole môže slúžiť ako ochrana rezné-ho nástroja pred opotrebením.

V dôsledku sil-nej adhézie za-brzdenej vrstvy triesky k čelu nástroja dochádza k „tečeniu“ ma-teriálu po tejto vrstve. Túto skutočnosť možno prakticky využiť na zvýšenie trvanlivosti nástroja. Pri vhodnej úprave rezného klina možno dosiahnuť udržovanie zabrzdenej vrstvy v požadovanom tvare a veľkosti. Odpovedajúci model tvorenia triesky je na obr. č. 5.

Normálny uhol čela γn musí byť väčší ako je pri-rodzený uhol odchodu triesky γnt. Možno predpo-kladať, že pri dostatočne veľkom uhle čela bude trieska kĺzať po „plastickom nose“ a jej kontakt s čelom nástroja prestane. Nastane stav, keď γn ˃γnt. Ďalej možno usudzovať, že šírka skrátenej plôšky čela, teda aj plastického poľa v trieske lp,

by mala byť približne rovná hrúbke odrezávanej vrstvy h. Na dokázanie týchto skutočností bol realizovaný rad experimentov s takto uprave-nými nástrojmi.

Výsledky experimentálnych skúšok

Na diagrame obr. č. 6 je experimentálna závis-losť opotrebenia na chrbte VB na strojovom čase τs , získaná pri sústružení nástrojmi s rozličnou šírkou lp .

Vidno, že šírka skrátenej plôšky čela má výrazný vplyv na trvanlivosť, resp. na skrátenej plôške čela sa vytvára plastická vrstva rozličnej veľkosti, ktorá chráni rezný klin pred opotrebením. V prípade lp = 0,48 už nástroj pracuje ako nôž so záporným uhlom čela, preto má malú trvanlivosť (pri VBk = 0,3 mm je T = 20 min). Optimálna hodnota lp je okolo 0,3 mm, teda je blízka použitému posuvu. Pri tejto hodnote je trvanlivosť najväčšia (T = 180 min).

Pretože plastická zóna sa neustále doplňuje novým materiálom a nezväčšuje svoju veľkosť je otázka, kam materiál z tejto zóny odchádza. Pozorovanie procesu obrábania a zastavených vzoriek pod elektrónovým riadkovacím mikro-skopom ukazuje, že pozdĺž reznej hrany vychádza stuha deformovaného kovu vo forme sekundárnej triesky. Na obr. č. 7 sú pohľady na tento proces.

Metalogra� cké pozorovania tejto stuhy ukazujú, že nemá kryštalickú štruktúru, v celom priereze je vláknitá a jej vlastnosti sa blížia amorfu. Jej vlastnosti a prípadné využitie si zaslúži pozornosť. Na obr. 7b sú na odtlačku skrátenej plôšky nástro-ja viditeľné stopy po ostrení nástroja. To svedčí o skutočnosti, že trieska neprichádza do styku s touto plôškou a na plôške nie sú viditeľné stopy po opotrebení. K opotrebeniu nástroja dochádza len na chrbtovej ploche a to menej intenzívnej-šie ako pri klasických nástrojoch, pretože „nos“ plastického kovu podľa obr. č. 4 presahuje reznú hranu, teda čiastočne zabraňuje kontaktu chrbta nástroja s obrobenou plochou.

Na overenie predpokladov boli vykonané skúš-ky obrábania so skráteným čelom, pri rozličných rezných rýchlostiach.

Na základe súboru meraní bola zostrojená zá-vislosť T = f(vc), (obr. č. 8).

9


Obr. č. 5 Model tvorenia triesky s regulovaným poľom plastic-

kej deformácie

Obr. č. 6 Experimentálna závislowsť τs = f(lp)

a b c

Obr. č. 7 Pohľad na vznik sekundárnej triesky pri obrábaní nožom so skráteným čelom. a – celko-vý pohľad, b – pohľad zo strany rezného klina, 1 – trieska, 2 –imitácia rezného klina, 3 – stuha deformovaného kovu, lp =šírka skráteného čela,

c – stuha sekundárnej triesky

10


Z diagramu vyplýva, že došlo k výraznému zvý-šeniu trvanlivosti nástroja v celom rozsahu rezných rýchlostí. Z toho vyplýva, že plastická zóna počas obrábania preberá funkciu rezného klina. Zvýšenie trvanlivosti je výraznejšie pri rezných rýchlostiach v rozsahu 40 – 80 m.min-1. Relatívne menší efekt pri rezných rýchlostiach do 30 m.min-1 zrejme vyplýva z toho, že sa na upravenom reznom kline netvorí stabilná plastická zóna.

Boli vykonané skúšky sústružením na detailnej-šie sledovanie vplyvu reznej rýchlosti a posuvu na kvalitu obrobeného povrchu. Na obr. č. 9 je experimentálny diagram závislosti Rz = f(vc), pri šírke skráteného čela 0,25 mm.

V oblasti rezných rýchlostí 100 – 250 m.min-1 bol pozorovaný vznik sekundárnej triesky. Preto v tejto oblasti dochádzalo k obmedzeniu pria-meho dotyku triesky a čela nástroja. Vidno, že došlo k významnému poklesu nerovností povrchu. Dochádzalo k „vyhladzovaniu povrchu“ v pod-mienkach intenzívnej plastickej deformácie. Pri reznej rýchlosti 300 m.min-1 bola plastická zóna úzka, málo pevná na to, aby udržala triesku od do-tyku s nástrojom. Kvalita obrobeného povrchu sa zhoršuje. Naopak, pri malých rezných rýchlostiach (20 – 60 m.min-1) sa tvorí nárastok, ktorý výrazne zhoršuje kvalitu povrchu. Pri minimálnych rezných rýchlostiach (do 20 m.min-1) nie je obrábaný ma-teriál plastický. Kontakt triesky s čelom nástroja je priamy, na obrobok sa kopíruje tvar hrotu ako pri klasickom nástroji.

Zaujímavý je priebeh závislosti Rz na posuve podľa obr. č. 10.

Pretože šírka plôšky skráteného čela je v tomto prípade 0,25 mm, pri malých posuvoch (do 0,1 mm) nástroj pracuje ako nástroj so záporným uhlom čela –6 °. Rz stúpa v súlade s teoretickou zákonitos-ťou. Pri posuvoch 0,1 – 0,5 mm sa prejavuje vplyv plastickej zóny. Kvalita povrchu prakticky nezávisí na posuve. Dochádza k plastickému „vyhladzova-niu“ povrchu. Po prekročení posuvu 0,5 nástroj pracuje ako nástroj s kladným uhlom čela a fázkou (šírka plôšky skráteného čela je podstatne menšia ako posuv). Rz stúpa podľa zákona paraboly.

Možno konštatovať, že na dosiahnutie najlepších výsledkov obrábania, šírka plôšky skráteného čela má byť približne rovná posuvu.

Obr. č. 8 Experimentálne závislosti T = f(vc) pre klasickú a upravenú geometriu nástroja

Obr.č. 9 Experimentálna závislosť Rz na vc pre nástroj so skráteným čelom

Obr. č. 10. Experimentálna závislosť najväčšej výšky nerovností na posuve pri obrábaní nástrojom so

skrátenou plôškou kontaktu šírky 0,25 mm. gf = - 60; g = 450

11


During machining materials, intensive friction in the contact of the tool, chip and workpiece occurs, which leads to tool wear. The wear gets more intensive by increasing the cutting speed. It is a result of high contact temperatures between the tool and the chip. As a result of warning the active surfaces of the tool, there accurs the decrease in the solidity of tool material and the tool loses its cutting fea-tures. This is the main restriction of the application of high cutting speeds. However, there exists a way how to decrease the intensity of tool wear also during higher cutting speeds. It is based on creating a plastic zone in front of the tool edge. By this, outer friction between the tool and the chip can be created by inner friction in plastically deformed material. This solution leads to considerable increase in tool durability, mainly in the area of higher cutting speeds. The paper documents experimental results obtained during the application of this solution.

English Abstract

Pre úplnosť treba uviesť, že výsledkom uvedenej úpravy je aj zmena jednotlivých zložiek rezných síl. Boli preto vykonané skúšky pri rovnakých rezných podmienkach, ako vyššie. Výsledok merania je gra� cky znázornený na obr. č.11.

Úpravou geometrie nástroja došlo k výrazné-mu poklesu všetkých troch zložiek. Ak de� nujeme stredný koe� cient trenia ako pomer trecej (posu-vovej) a hlavnej reznej sily, vidno, že jeho hodnota je v prípade skráteného čela podstatne menšia. Dá

sa to vysvetliť skrátením plochy kontaktu triesky s čelom a jej trením po nose zabrzdenej zóny, teda prechodom od vonkajšieho k vnútornému treniu.

Na obr. č. 12 sú nástroje na aplikáciu skráteného čela s uhlom čela +45 ° a +55 °. Z úvah vyplýva, že trieska je pri takých veľkých uhloch čela málo tva-rovaná, plynulá, s malým stlačením, a preto je pri rovnom čele potrebný príložný tvarovač triesky.

ZáverPoznanie zákonitostí trenia a opotrebenia vedie

k možnosti využiť deformačné pole pred rezným klinom nástroja na zlepšenie kvality obrobeného povrchu a výrazné zväčšenie trvanlivosti rezných nástrojov. Podstatou riešenia je zmena vonkajšieho trenia medzi nástrojom a obrobkom na vnútorné trenie v trieske. Mechanizmus ochranného účinku plastickej zóny spoľahlivo pracuje pri obrábaní plastických materiálov, najmä uhlíkových ocelí v de� novanom rozsahu rezných rýchlostí, pri kto-rých sa tvorí stabilná ochranná zóna na reznom kline nástroja.

Prof. Ing. Karol Vasilko, DrSc.Technická univerzita v Košiciach

Fakulta výrobných technológiíso sídlom v Prešove

Obr. č. 11 Porovnanie veľkosti rezných síl pri sústružení oboma nástrojmi pri rovnakých rezných

podmienkach

Obr. č. 12 Konštrukcia nástrojov s vymeniteľnými platničkami s príložným a vybrúseným tvarovačom

triesky

Trendy vo vývoji prevádzkových kvapalínV decembrovom vydaní Tribotechniky (strana 42 – 44) bola popísaná tribotechnika triesko-vého obrábania. Autor výstižne de� noval rôzne typy prevádzkových kvapalín na miešateľné a nemiešateľné s vodou, ich ďalšie rozdelenie, hlavné účely a požiadavky na ne kladené. Radi by sme nadviazali na túto tematiku a zamerali sa na trendy vo vývoji prevádzkových kvapalín a faktory, ktoré trend ovplyvňujú.

Nie je to tak dávno, keď pre-vádzkové kva-paliny stáli na okraji záujmu technológov a boli síce pova-žované za niečo nevyhnutné, ale bez hlbšieho významu na proces výroby. Obrat nastal v posledných dvoch desaťro-

čiach, kedy sa v našom priemysle objavilo široké spektrum kvalit-ných prevádzkových kvapalín od rôznych výrobcov a tento jav pretrváva.

Výrobcovia prevádzkových kvapalín produkty neustále vy-víjajú a zdokonaľujú. Majú na to vplyv tri základné faktory:

- technický- ekonomický- environmentálny

Technický faktorObrovský technický pokrok

v oblasti obrábacích strojov a nástrojov núti výrobcov pre-vádzkových kvapalín reagovať na stupňujúce sa požiadavky. Moderné kvapaliny nesmú pe-niť pri pracovných tlakoch okolo 70 – 100 barov, musia byť vyro-bené spôsobom, aby pracovali pomocou nástrojov s vnútorným

chladením, zabezpečovali dosiahnutie požadova-ných drsností povrchov a presnosti obrobenia, šetrili � ltre a stroje...

Ekonomický faktorKaždá � rma, ktorá chce uspieť v tvrdom konku-

renčnom boji chápe cenu prevádzkových kvapalín v celkových súvislostiach. Neustály tlak na znižovanie režijných nákladov núti ekonómov posudzovať nie iba jednotkovú cenu za liter, ale celkovú úžitkovú cenu. Do nej môžeme zaradiť zložky ako:- Životnosť = (v súčasnosti požadovaná minimálne

rok) znižuje počet odstávok, množstvo odpadu,...- Šetrnosť k nástrojom = pri terajšej úrovni riadenia

výroby informatikou možno sledovať spotrebu nástrojov na jednotlivé operácie a porovnávať tým výkonnosť používaných kvapalín.

- Celková spotreba = rozdiel kvality medzi jednot-livými kvapalinami možno vidieť i na výnose na trieskach, čo má vplyv na spotrebu v dlhšom časovom horizonte.

- Prevádzkové náklady = náklady na aditíva, ktoré treba používať na udržanie technických paramet-rov kvapaliny (penivosť, antikorózia, biostabilita). Niektoré kvapaliny aditíva vyžadujú, iné ich už majú v základnej formulácii a pracujú bez ich potreby, čím znižujú dodatočné prevádzkové náklady.

Environmentálny faktorPrísady, ktoré sa bežne používali pred niekoľkými

desaťročiami na dosiahnutie požadovaných tech-nických parametrov, sú obmedzované alebo úplne zakázané a tento trend bude pokračovať. Musia sa nahrádzať látkami živočíšneho alebo rastlinného pôvodu, inou chemickou formuláciou, ...

Obrovský význam je a bude prikladaný ochrane operátorov a pracovného prostredia, minimalizácii odpadu a jeho nebezpečnosti.

12


Jedna z � riem, ktorá chápe tieto trendy je MAS-TER CHEMICAL. Spoločnosť už viac ako päť de-saťročí udáva spoločne s inými špecializovanými � rmami v tomto odbore smer vývoja prevádzko-vých kvapalín. Riadi sa heslom „Maximalizovať výkon a minimalizovať odpad“ a táto � lozo� a jej umožňuje používať zelenú značku. Master Chemical bola jedna z prvých � riem, ktorá už v 60-tych rokoch testovala bezpečnosť všetkých svojich výrobkov na zdravie pracovníkov. Jej výrobky pod ochrannou známkou TRIM® môžeme rozdeliť na nasledujúce skupiny:

- chladiace kvapaliny – syntetické, polosynte-tické a na báze minerálnych olejov,

- odmasťovacie a čistiace kvapaliny,- špeciálne rezné a brúsne oleje,- zariadenia na � ltráciu a údržbu prevádzko-

vých kvapalín.Technologickú vyspelosť dokazuje i to, že skoro

všetky významné spoločnosti leteckého priemyslu používajú značku TRIM®, nech už ide o TRIM®C270 (považovaná za jednu z najlepších brúsnych kva-palín), TRIM®VHP812, TRIM® TASK2, alebo najnovší produkt TRIM® E925.

TRIM® E925 je vyrobený novou technológiou po-stavenou na unikátnom zmiešaní minerálneho oleja a esterových aditív na rastlinnej báze. Táto technoló-gia zabezpečuje vysokú úroveň mazacieho účinku a šetrnosti k nástrojom bez použitia tradičných prísad na báze chlóru, síri, fosfátu, formaldehydu, ...

Snaha o úspory prevádzkových nákladov je viditeľná aj v oblasti odmasťovania, kde čistiace produkty TRIM® vynikajúco pracujú aj pri nižších teplotách pračiek a zároveň poskytujú krátkodobú antikoróznu ochranu.

Filozo� ou MASTER CHEMICAL nie je iba dodať jednotlivé produkty, ale navrhnúť aj vhodný sys-tém recyklácie kvapalín tak, aby sa dospelo skoro k „bezodpadovej prevádzke“. Recyklačné a � ltračné systémy pokrývajú celú škálu užívateľov, od veľkých s použitím systému XYBEX, až k prevádzkam s pár strojmi, kde sa dá použiť systém CLEANTOWER.

MASTER CHEMICAL sa snaží byť verejnosti otvorenou spoločnosťou. Informácie o pro-duktoch a službách nájdete na stránkach www.masterchemical.com, alebo ich získa-te v každej krajine od odborne zaškolených distribútorov.

Text: Pavol Mečiak

PONÚKAME:

· rezné emulzie pre obrábacie stroje· lepidlá a tmely· konzervačné oleje a separátory· na odmastňovanie - kvapaliny a rozpúšťadlá· antikorózne prostriedky· technické pásky· distribútor výrobkov firmy Master Chemical

Vrútky, a.s.

www.osos.sk

13


Vychádzajú tvrdochrómové povlaky z módy?Elektrolyticky vylúčené tvrdochrómové povlaky chránia strojárske materiály pred opotrebením

a koróziou. Avšak proces ich tvorby zahrňuje vysoké náklady na likvidáciu odpadu z výroby. Na druhej strane povlaky deponované vysokorýchlostným nástrekom v plameni (HVOF) je možné vytvoriť ekologickejšie, bezpečnejšie, čistejšie, rýchlejšie a s nižšími nákladmi.

nahradenie povlaku tvrdého chrómu technológiou HVOF je možné rôznymi práškovými materiálmi. Ur-čité typy sa objavili na základe praktického využitia, ale aj ako výsledok laboratórnych a reálnych skúšok. Zliatina WC-CoCr umožňuje ochranu proti extrémne-mu opotrebeniu oterom, špeciálna zliatina NiCr proti opotrebeniu vrstvenou koróziou a WC-Co/NiCrMo proti abrázii vplyvom zvýšenej adhézie. Povlaky na báze WC-Co sú tvrdé so silnou väzbou na základný materiál a s extrémnou odolnosťou voči opotrebeniu (viď ta-buľku). Povlaky NiCrSiB majú priemernú odolnosť voči abrázii s dobrou obrobiteľnosťou a nízkymi nákladmi. CoMoCr chráni pred vysokou adhéziou. V povlakoch FeCrMo primárna zložka chráni proti opotrebeniu, kým sekundárna zložka zvyšuje húževnatosť a vodivosť. V povlakoch NiCrMo obsah kyslíka (5 – 7 objem.% ) zvy-šuje odolnosť voči opotrebeniu bez zníženia odolnosti voči korózii. Tvrdosť povlakov NiCrMo je ekvivalentná povlakom FeCrMo a dosažiteľná hrúbka je relatívne veľká - 1,9 mm. Na druhej strane priľnavosť je najnižšia zo skupiny týchto povlakov.

Typický rozdiel v štruktúre povlaku tvrdochrómu a HVOF striekaného zliatinového povlaku je na obr. 2a a 2b.

V niektorých oblastiach sa už HVOF povlaky pre-ukázali ako plnohodnotné náhrady za tvrdochró-

Obr. 2a Typická mikroštruktúra povlaku tvrdého chrómu ukazu-je sieť mikrotrhlín, ktoré tvoria možné cestičky na prenikanie korózie a sprievodné mecha-nické obmedzenia

Povlakovanie súčiastok tvrdým chrómom je vše-obecne používaná ochrana pred opotrebením a ko-róziou, napr. v leteckom priemysle alebo na hydrau-lických systémoch zemných strojov. Kým aplikácia tvrdochrómových povlakov zostane v praxi vo veľkom sortimente malých súčiastok s tenkými povlakmi, pre veľké komponenty a relatívne hrubé povlaky sa ukazuje potreba alternatívnych technológií, keďže produkcia vrstiev chrómu môže silne znečistiť vzduch a vodu toxickými látkami. Okrem toho sú nevýhodou aj zvyšujúce sa náklady na likvidáciu odpadov a veľké dĺžky procesu vylučovania povlaku.

Ako alternatívy k tvrdochrómu sa ponúkajú rôzne procesy, napr. fyzikálna a chemická depozícia pár (PVD a CVD), laserové povlaky a žiarové nástreky. Plazmou striekané povlaky keramickými oxidmi sa preukázali ako úspešné, napr. v strojárstve textilných strojov. Napriek tomu štruktúra povlakovaných povrchov a slabá odol-nosť podkladovej vrstvy nedosiahla úspech v každej aplikácii. Širšie možnosti a ekonomické výhody nad týmito procesmi ponúka technológia vysokorých-lostného striekania plameňom zo zmesi kyslík-palivo.

Atraktívna alternatíva Zdokonalenie tech-

nológie HVOF v posled-nej dobe umožňuje na-hradenie chrómových

povlakov porovnateľnými a vysokokvalitnými povrch-mi, ekologickejšie, rýchlejšie, čistejšie a lacnejšie. Okrem toho skúšky preukázali, že povlaky majú veľmi dobré únavové vlastnosti. Na rozdiel od chrómovania nie je tu žiaden limit s ohľadom na veľkosť súčiastky. V po-rovnaní s inými procesmi striekania vysoká rýchlosť plameňa na dýze horáka (okolo 2 100 m/s) s teplotou plameňa okolo 2 800 °C umožňuje tvorbu jemného povrchu a vysokej hutnosti povlaku (obr. 1).

Hrúbka povlaku, ktorá môže dosahovať aj 2,5 mm hrúbky striekaného materiálu, robí tento proces zau-jímavý aj pre opravné práce. Jednoduchšie zariadenie znamená nižšie inštalačné a aplikačné náklady. Vy-soké depozičné rýchlosti umožňujú extrémne krátke výrobné časy.Výber zliatinového prášku

V závislosti od mechanického zaťaženia súčiastky

Tabuľka

14


TYPICKÉ VLASTNOSTI HVOF POVLAKOVV POROVNANÍ S POVLAKOM TVRDOCHRÓMU

FeCrMo NiCrMo WC-Co/NiCrMo TvrdochrómMakrotvrdosť (Rc) 44-50 45-50 55-60 60-70

Mikrotvrdosť (DPH300) 550-650 500-600 675-775 750-850Prilnavosť (MPa) 62 51,7 82,7 bez údajovHrúbky povlaku (mm) <1,5 <1,9 >2,3 <1,3

Obr 2b Povlak WC+17% Co striekaný technológiou HVOF – veľmi málo pórov, žiadne trhliny a zreteľné rozhranie medzi substrátom a povla-kom

Obr. 1

mové povlaky, napr. na guľových ventiloch alebo ložiskových čapoch. V ďalších oblastiach vývoj po-kračuje, napr. na hydraulických valcoch námorných zariadení. Z týchto materiálov uvádzame niekoľko aplikácií:Skúška abrazívneho opotrebenia

K abrazívnemu opotrebeniu dochádza, keď sa na povrchu tvoria drážky pôsobením tvrdých častíc. Skú-šobné zariadenie na abrazívne opotrebenie umožňuje, aby dve rôzne vzorky boli vystavené tomu istému zaťaženiu. Pri tomto spôsobe boli povlaky tvrdého chrómu a HVOF porovnávané so základným povla-kom NiCrBSi. Zmes oxidu hliníka a destilovanej vody slúžila ako abrazívum. V pravidelných intervaloch sa porovnávala strata hrúbky a hmotnosti oboch povla-kov. Porovnanie sa urobilo so základným povlakom vykazujúcim rovnaké opotrebenie pri každej skúške. Ako ukazuje obr. 3, len NiCrMo je menej kvalitný v po-rovnaní s chrómom, kým WC-Co/NiCr je 2,5-krát lepší.

protikus. Zmierniť tento jav sa môže jemným brúsením.Povlaky FeCrMo na vložkách valcov s veľkým vŕta-

ním, spárované s protikomponentami zo šedej liatiny sú dobrou náhradou za tvrdochróm.Skúšky korózie

Skúšky korózie sa uskutočnili v soľných komorách so soľným roztokom 5 ± 1% (hmotn.), pH 6,5 – 7,2 a striekacím tlakom 83 kPa pri 35±1,7 °C . Skúšobným kusom boli oceľové valčeky priemeru 1“ povlakované hrúbkou povlaku 0,4 mm. Povlaky FeCrMo vykázali slabšiu koróznu odolnosť ako chrómové povlaky. Na druhej strane zostávajúce dva HVOF povlaky prežili skúšku bez poškodenia.Dobré vyhliadky

Povlaky HVOF sa využívajú v oblasti zemných strojov a stavebného strojárstva, kde sú hydraulické zariadenia vystavené náročnému zaťaženiu a korózii. V leteckom priemysle sú povlaky HVOF náhradou za tvrdochrómo-vé povlaky na komponentoch podvozkov so zreteľom na správny výber materiálu v závislosti od podmienok mechanického zaťaženia.

Text: Wirpo engineering

15


Obr. 3 Relatívne porovnanie abrázneho opotrebenia medzi rôznymi povlakmi. NiCrSiB je základom s faktorom 1. Len povlak NiCrMo je menej kvalitný než chróm

NiCrBSi FeCrMo NiCrMo WC-Co/NiCrMo chróm

Skúška adhézneho opotrebovaniaOpotrebenie adhéziou pozostáva z prenosu mate-

riálu z jedného povrchu na druhý pri vysokom zaťa-žení vedúcom k zadretiu. Okrem iných komponentov valčekové ložiská a povrchy vedúce valce motorov s vnútorným spaľovaním musia byť chránené proti opotrebeniu adhéziou. Adhézne vlastnosti boli sta-novené skúškou block-on-ring podľa normy ASTM G77-83, pri ktorej je otáčajúci krúžok zo zliatiny vtlá-čaný oproti nosiču vzorkou pod daným tlakom. Ako mazadlo sa používa kerozín. Zaťaženie sa mení od 0 – 45 kg počas 10 minút. Po dosiahnutí plného zaťaženia skúška prebiehala až 60 minút. Koe� cient trenia sa meral v 5 minútových intervaloch a bol vypočítaný priemer. Taktiež sa zaznamenala stopa opotrebenia. Vzorky s nízkym koe� cientom trenia a malou stopu po opotrebení odolávali adhéznemu opotrebeniu. Výsledky skúšok potvrdzujú vynikajúce vlastnosti povlakov chrómu; jeho povrch prezentuje jemnú štruktúru trhliniek umožňujúcu zadržiavať mazivo.

Povlaky WC-Co/NiCrMo môžu dosiahnuť najlepšie hodnoty, hoci majú tendenciu pôsobiť abrazívne na

Kontaktu telies sa nevyhneme

Rapídne narastajúci výkon moderných počítačov vedie v inžinierskej analýze k premyslenejším a detailnejším technickým modelom. Ide napríklad o aplikácie v mechanike a stavebníctve, ako sú deštrukcie osobných vozidiel pri havárií (obr. 1) alebo zariadenia absorbujúce energiu seizmických zaťažení. V súčasnosti sú dôležité najmä aplikácie v zdravotníctve, ako napríklad vývoj náhrad bedrového kĺbu alebo zubných implantátov.

Tento článok je rozdelený do troch častí. Cieľom prvej časti je zhrnúť niektoré poznatky, hlavne čo sa týka rozdelenia kontaktu a jeho riešenia na zá-klade analytických vzťahov. Dru-há časť je zameraná na riešenie zložitejších problémov kontaktu použitím numerických metód, hlavne metódy konečných prv-kov (MKP), v anglo-americkej li-teratúre označovanej ako FEM (Finite Element Method). V tretej časti sa zmienime o súčasných možnostiach posudzovania kontaktu z hľadiska únavy, čiže uvedieme aspoň základné po-užívané teórie.

toho istého komponentu), ktoré navzájom prichá-dzajú do kontaktu. Tribológia je veda o telesách v kontakte, ktoré sú vo vzájomnom relatívnom pohybe. Pokrýva teda fyzikálne procesy spo-jené s mechanikou kontaktu, trením, mazaním a opotrebením. Ľubovoľný tribologický problém je najprv problém kontaktu. V skutočnosti telesá prichádzajú do kontaktu prostredníctvom veľké-ho počtu mikrokontaktov, s reálnou kontaktnou plochou omnoho menšou než je predpokladaná kontaktná plocha. To umožňuje značne zjedno-dušiť kontaktný problém.

Pokiaľ telesá sú v statickej rovnováhe, potom ho-voríme o statickom kontakte. V opačnom prípade je kontakt dynamický jav a vtedy hovoríme o tzv. impakte (ráz). Tu sú zahrnuté dynamické účinky, ktoré sú sprevádzané trením, teplom a mazaním. Vtedy vo všeobecnosti hovoríme o termo-elasto-hydrodynamickom kontakte. Typickým príkladom tohto kontaktu sú valivé a klzné ložiská. Ak trecie sily sú dostatočne malé, potom sa trecie efekty dajú zanedbať. To umožňuje zjednodušené rie-šenie kontaktu na základe analytických vzťahov použitím Hertzovej teórie (Hertz, 1881).

Analytické riešenie kontaktu Prv ako sa budeme zaoberať základnými prin-

cípmi Hertzovej teórie, venujme sa kontaktu všeobecne. Kontaktné zaťaženie sa vyskytuje pri dotyku guľových alebo valcových telies, napr. valivé ložiská, ozubené kolesá, trecie kolesá, vač-ky. Sila pôsobí na veľmi malej plôške povrchu a v oblasti kontaktu vznikajú vysoké kontaktné tlaky (8 000 MPa). Tvrdosť povrchovej vrstvy má

Obr. 1 Náraz automobilu na prekážku

Každé mechanické zaťaženie je dôsledkom interakcie medzi dvomi mechanickými kompo-nentmi (alebo dvomi časťami

16


Obr. 2 Typy kontaktua) bodový kontakt b) čiarový kontaktc) eliptický, vľavo uzavretý, vpravo otvorený

Obr. 3 Hertzov kontakt

v podmienkach dotykového zaťaženia hlavný význam pre pevnosť.

Podľa tvaru kontaktnej plochy kontakt delíme na bodový, čiarový a eliptický ako je znázornené na obr.2. Bodový kontakt nastáva vtedy, ak kon-vexný pro� l valivého elementu má väčšiu krivosť ako konkávny pro� l obežnej dráhy krúžku ložiska v nezaťaženom stave. V prípade rovnajúcej sa krivosti konvexného a konkávneho pro� lu dvoch telies v nezaťaženom stave, hovoríme o čiarovom kontakte. Bodový kontakt pri zaťažení dvoch telies konvertuje na plochu, ktorej obecný tvar je elipsa, v špeciálnych prípadoch je to kružnica. Tento typ kontaktu sa vyskytuje vo všetkých guľkových ložiskách.

a) b) c)

Zaťažením kontaktných telies pri čiarovom kontakte dochádza k zmene čiary kontaktu na obdĺžnikovú, alebo lichobežníkovú plochu v zá-vislosti na tvare elementov. Vzhľadom na veľkú koncentráciu napätia na koncoch valčekov, sa plocha týchto elementov upravuje, čím sa zmení aj tvar kontaktnej plochy, ktorá je tiež závislá od veľkosti zaťaženia valivého telesa.

Úlohu si podstatne zjednodušíme. Kontaktný problém v ložiskách má cyklický charakter do-tykového zaťaženia a to najčastejšie postupným premiestňovaním zóny kontaktu dotýkajúcich sa telies po ich obvode. Vtedy hovoríme o valivom kontakte. Podmienky zaťaženia kontaktov majú potom iný charakter, ako pomery popísané Her-tzovými rovnicami.

Pri riešení problémov 2D vznikajú, v mieste pôsobenia maximálneho tlaku, dvojosové tlako-vé napätia. Normálové napätia majú najväčšiu hodnotu na povrchu

Obr. 4 Eliptické rozloženie tlaku

17


2max

4

5,1δπFp =

a šmykové napätia v vzdialenosti od povrchu

kde b je šírka dotykovej plôšky. Šmykové napätia

v prípade, keď uvažujeme kontakt bez trenia sú na povrchu nulové. Vyplýva to z Mohrovej kružnice, pretože na povrchu sú osové napätia rovnaké σxx = σyy , takže ich odčítaním pre šmykové napätie dostaneme nulu.

Hertzove rovnice de� nujú rozloženie kontakt-ného tlaku a napätia pre súčiastky s teoretickým bodovým, alebo čiarovým kontaktom (guľkové, valčekové ložiská). Rovnice sú založené na pred-poklade, že telesá v kontakte sú v statickej polohe a materiál, z ktorého sú vyrobené sa správa podľa Hookovho zákona. Hertzove napäťové rovnice pla-tia pre telesá s normálovým zaťažením (obr.3)

kontakt gulí kontakt valcov

Najväčší kontaktný tlak pôsobí v strede plôšky a pre kontakt gulí má hodnotu:

,

kde δ je šírka kontaktnej plochy. Funkcia tlaku má eliptický priebeh (obr.4).

σXX = σZZ = pmax

τmax =(0,240,55)b,

Riešenie kontaktu použitím numerických metódMechanické problémy obsahujúce kontakt sú už

vo svojej podstate nelineárne. V kontraste s inými mechanickými problémami kontaktné problémy ob-sahujú neznáme okrajové podmienky. To znamená, že v skutočnosti nepoznáme kontaktný povrch ani napätia a posunutia na kontaktnom povrchu. Mate-matické modely kontaktných problémov obsahujú systémy nerovníc alebo nelineárnych rovníc. Situá-ciu komplikuje modelovanie trenia, pretože trenie je závislé od mnohých faktorov, ako je nerovnosť povrchu, fyzikálne a chemické vlastnosti, pohyb a teplota kontaktných povrchov. Vďaka MKP a iným numerickým metódam môžeme v súčasnosti riešiť zložité problémy s postačujúcou presnosťou.

Mechanika kontaktu hrá dôležitú úlohu v mno-hých inžinierskych problémoch. V minulosti kon-taktné podmienky v inžinierskej analýze boli mode-lované zjednodušenými okrajovými podmienkami a analytické riešenia sa odlišovali od skutočnosti. V týchto prípadoch sa vyšetroval kontakt ako lokálny problém použitím napäťových a deformačných polí odvodených z analýzy celej konštrukcie. Zložitosť tohto problému spočíva v nelineárnom charaktere kontaktu, aj v prípade malých deformácii a posunutí a pri lineárno-elastickom správaní sa vlastností ma-teriálu telesa. Kontakt vedie na nelineárny problém okrajových podmienok, ktorý aj pre takéto jedno-duché problémy nie je jednoznačný.

Následkom týchto požiadaviek boli vyvinu-té moderné simulačné techniky pre kontaktné problémy používajúce MKP. Najnovšie zahŕňajú najrôznejšie diskretizačné metódy pre malé a veľké deformácie. Algoritmy sú veľmi dôležité pri navr-hovaní výkonných postupov riešenia kontaktných problémov. Adaptívne metódy založené na kontro-lovaní chýb konečno prvkovej analýzy na úpravu siete je zárukou spoľahlivých numerických vý-počtov kontaktných problémov. Na nasledovných obrázkoch sú výsledky riešenia kontaktu valivých ložísk. Na obr. 5 je priebeh ekvivalentných von Misesových napätí v miestach kontaktu valivých telies (valčeky) s ložiskovými krúžkami. Na obr. 6 je pole teplôt v dvojradovom guľkovom ložisku a na obr. 7 je priebeh šmykových napätí rovinného kontaktu tuhého valca a poddajného podkladu.

Valivý kontakt a kontaktná únavaÚnava pri valivom kontakte (Rolling Contact

Fatigue - RCF) sa vyskytuje napríklad pri valení kolesa po koľajnici (obr. 8), ale tiež pri odvaľova-ní ozubených kolies, vo valivých ložiskách a tiež v iných mechanických aplikáciach. V týchto prí-padoch sa okrem cyklicky pôsobiaceho napätia uplatňuje aj šmykové napätie vyvolané trením medzi funkčnými plochami. Tento typ opotrebenia sa nazýva kontaktné únavové opotrebenie, alebo

Obr. 5 Von Misesove napätie

Obr. 6 Teploty v dvojradovom ložisku

Obr. 7 Šmykové napätie

18


kontaktná únava a prejavuje sa tvorbou jamiek v hĺbke niekoľko desatín milimetra.

Táto únava má rôzne formy (plastické defor-mácie, makro- a mikro-pitting, spalling, iniciácia trhliny z inklúzií, atď.) a je všeobecne spájaná s iný-mi formami povrchového poškodenia, hlavne s opotrebením. Kontaktná únava sa vyskytuje na povrchu telesa alebo tesne pod povrchom. Primárnym dôvodom vzniku kontaktnej únavy sú vysoké napätia v mieste kontaktu telies. Samo-zrejme že mazanie v mieste kontaktu modi� kuje proces kontaktnej únavy.

Rozlišujeme štyri typy odozvy elastoplastického materiálu na cyklické zaťaženie (Johnson, 2000)

• Elastická odozva (elastic): Keď zaťaženie je malé, v žiadnom bode materiálu nedôjde k prekročeniu medze klzu materiálu

• Elastické prispôsobenie (Elastic shakedown): V tomto prípade bola v priebehu prvých cyk-lov v niektorom mieste materiálu prekročená medza klzu. Konečna stabilizovaná defor-mačne napäťová odozva je však vplyvom spevnenia materiálu čisto elastická.

• Plastické prispôsobenie (plastic shakedown): V priebehu niekoľkých prvých cyklov došlo k postupnému nárastu plastickej deformácie a stabilizovaný stav opisuje uzavretá hyste-rézna slučka s nenulovou plochou.

• Akumulácia plastickej deformácie (Ratchet-ting): Dochádza k postupnému nárastu plas-tickej deformácie v jednom smere až po dosiahnutie kritickej hodnoty pretvorenia, kedy dôjde k porušeniu materiálu. Obvykle dochádza k oddeľovaniu tenkých plátkov materiálu z kontaktnej plochy.

Na odhad správania sa materiálu pri valivom

kontakte pri zvolených či daných prevádzkových podmienkach sa používajú tzv. mapy prispôsobenia (shakedown map). Hraničné krivky v mapách pri-spôsobenia de� nujú oblasti s odlišným správaním sa materiálu. Tieto mapy sa zostavujú tak, aby boli nezávislé od materiálových vlastností. Hraničné krivky väčšinou odpovedajú medzi elastického prispôsobenia a medzi plastického prispôsobe-nia. Medza elastického prispôsobenia, do ktorej pri valivom kontakte nevzniknú žiadne plastické deformácie ani v počiatočných cykloch, sa obvykle vyjadruje podmienkou plasticity Von Mises.

kde σ1, σ2, σ3 sú hlavné napätia a ƒy je medza klzu. Poznamenajme, že pri hľadaní maxima (MAX) je potrebné uvažovať všetky body skúmaného telesa. Ďalším obmedzujúcim parametrom je me-dza plastického prispôsobenia. Keď je táto medza prekročená, vznikne cyklická plasticita a dá sa predpokladať nízkocyklová únava. Matematicky možno medzu plastického prispôsobenia de� no-vať pomocou tzv. ekvivalentnej amplitúdy napätia.

Prof. Ing. Milan Žmindák, CSc., Žilinská univerzita v Žiline, Strojnícka fakulta.

[email protected]

We cannot avoid contact between two bodies

The paper describes some issues about solutions of contact mechanics. It illustrates basic calculation principles of analytical and numerical methods. From numerical methods the Finite Element Method (FEM) is preferred. The problems with rolling contact and rolling contact fatigue are also discussed.

English Abstract

Obr. 8 Kontakt kolesa s kolajnicou

19


( ) ( ) ( )[ ] yfMAX =−+−+− 232

231

2212

1 σσσσσσ

Rýchlosť, komplexnosť a profesionalita – všetko, čo si zákazník váži

Spoločnosť LUSIK TRADE, s. r. o. sa zaoberá pogumovaním a gumárenskou výrobou pre celý rozsah priemyselnej výroby. Pre svojich zákazníkov je tou najlepšou adresou na pogumovanie valcov a kolies, ako aj rôznych gumových výrobkov lisovaných vo formách.

Spoločnosť LUSIK TRADE, s. r. o. bola založená v r. 1997 ako dcér-ska spoločnosť � rmy L&J LUSIK, s. r. o., ktorá sa venovala pogu-movaniu od roku 1991, ako jedna z prvých � riem v tejto oblasti na Slovensku. Od roku 2002 prevzala všetky aktivity materskej � rmy a v súčasnosti má významné postavenie na slovenskom trhu.

ZákazníciDo portfólia našich zákaz-

níkov patria tak celosvetovo pôsobiace spoločnosti ako čisto slovenské a české � rmy

rôznych veľkostí. Naši zákazníci sú dodávatelia predovšetkým do oblasti strojárskeho, automo-bilového a stavebného priemyslu.

Zameranie spoločnostiHlavným zameraním je pogumovanie valcov

a kolies pre strojárske � rmy, kde je potreba veľké-ho množstva pracovných hodín valcov ako najna-máhanejších častí strojov. To znamená vysoké ná-roky na kvalitu gumových povlakov valcov, profe-sionalitu a technickú pomoc. Naša � rma ponúka pogumovanie od ťažkých oceliarskych a papie-renských valcov cez transportné a potravinárske až po tlačiarenské a ofsetové valce.

Ďalším nemenej dôležitým zameraním je výro-ba gumových výrobkov vo formách. Tu sa venuje-me zákazníkom zo všetkých druhov priemyselnej výroby, no prím majú dodávatelia automobilo-vých a stavebných komponentov. Požiadavky zákazníkov sú predovšetkým na kvalitu použitého materiálu a presnosť rozmerov výrobkov. Ob-rovskou devízou je šírka sortimentu gumových materiálov, kde naša � rma má v ponuke v spolu-práci s našimi dodávateľmi viac ako 300 druhov gumových zmesí.

Zo služieb, ktoré posk y tujeme svojim zákazníkom je to predovšetkým technický a technologický servis. Sme schopní ponúknuť s p r a c o v a -nie návrhu a n á k r e s u foriem vrá-tane výroby, odskúšania a doladenia vo výrobe.

20


Všetko pre zákazníkaNašou najväčšou prednosťou je však rýchla

a spoľahlivá dodávka kompletnej objednávky nášmu zákazníkovi. Môžeme o sebe povedať, že sme v mnohých oblastiach veľmi � exibilní a sme schopní reagovať na akékoľvek požiadavky našich zákazníkov. Zastávame názor, že zákazník je vte-dy spokojný, keď nadobudne pocit, že mu naša spoločnosť pomohla vyriešiť jeho problém s po-gumovaním, resp. s výrobou gumových výrobkov. V tomto duchu a v dôraze na kvalitu výrobkov máme od roku 2003 zavedený systém riadenia kvality podľa normy ISO 9001:2000.

Vzhľadom na nárast dopytu po výrobkoch a službách myslíme neustále dopredu. Uviedli sme do prevádzky novú lisovňu na výrobu gumových výrobkov, od základu sme zmodernizovali pieskov-ňu, ktorú sme vybavili novou, modernou techno-lógiou. Plánujeme rozšírenie počtu zamestnancov a ešte bližšiu spoluprácu s našimi odberateľmi. S rastom a rozvojom našich zákazníkov spájame očakávanie rastu našej spoločnosti.

Text: Ing. Ján Luhový

Slovak company Lusik Trade has been operating successfully in the � eld of rubber industry since 1991, when they started with rubber coating as one of the � rst producers in the industry. Whether you are a small printing workshop or a mass-producer of textile or you are a wood-processing company, your mechanisms always require maximum care. Lusik trade´s experiences will guarantee that each order will be handled with maximum professional care.

Production: • Rubber-coating • Product from technical rubber • All-rubber industrial tyres .

English Abstract

LUSIK TRADE, s. r. o. Slatinská cesta 1724

018 61 BelušaSlovenská republika

Výroba:- Pogumovanie valcov- Gumárenská výroba

- Výrobky z technickej gumy- Lisovanie technickej gumy vo

formách- Celogumené priemyselné

pneumatiky

tel.: +421 42 46 24 037fax: +421 42 46 24 036

e-mail: [email protected]

21


Všetko pre zákazníkaNašou najväčšou prednosťou je však rýchla

a spoľahlivá dodávka kompletnej objednávky nášmu zákazníkovi. Môžeme o sebe povedať, že sme v mnohých oblastiach veľmi � exibilní a sme schopní reagovať na akékoľvek požiadavky našich zákazníkov. Zastávame názor, že zákazník je vte-dy spokojný, keď nadobudne pocit, že mu naša spoločnosť pomohla vyriešiť jeho problém s po-gumovaním, resp. s výrobou gumových výrobkov. V tomto duchu a v dôraze na kvalitu výrobkov máme od roku 2003 zavedený systém riadenia kvality podľa normy ISO 9001:2000.

Vzhľadom na nárast dopytu po výrobkoch a službách myslíme neustále dopredu. Uviedli sme do prevádzky novú lisovňu na výrobu gumových výrobkov, od základu sme zmodernizovali pieskov-ňu, ktorú sme vybavili novou, modernou techno-lógiou. Plánujeme rozšírenie počtu zamestnancov a ešte bližšiu spoluprácu s našimi odberateľmi. S rastom a rozvojom našich zákazníkov spájame očakávanie rastu našej spoločnosti.

Text: Ing. Ján Luhový

Slovak company Lusik Trade has been operating successfully in the � eld of rubber industry since 1991, when they started with rubber coating as one of the � rst producers in the industry. Whether you are a small printing workshop or a mass-producer of textile or you are a wood-processing company, your mechanisms always require maximum care. Lusik trade´s experiences will guarantee that each order will be handled with maximum professional care.

Production: • Rubber-coating • Product from technical rubber • All-rubber industrial tyres .

English Abstract

LUSIK TRADE, s. r. o. Slatinská cesta 1724

018 61 BelušaSlovenská republika

Výroba:- Pogumovanie valcov- Gumárenská výroba

- Výrobky z technickej gumy- Lisovanie technickej gumy vo

formách- Celogumené priemyselné

pneumatiky

tel.: +421 42 46 24 037fax: +421 42 46 24 036

e-mail: [email protected]

21


Motorový olej pro motocykly Motocykly byly v minulosti plněny motorovým olejem pro osobní automobily. U mo-torových olejů pro osobní automobily je trendem snižování viskozity pro zachování energie a redukce obsahu fosforu což zlepšuje mazací vlastnosti při zatížení za vyso-kého tlaku. Tento vývoj je u motocyklů potřebný k pročištění emisních plynů a také pro zachování energie. Avšak výběr motorového oleje pro motocykly by měl být pečlivý pokud jde o charakteristiky konstrukce motocyklů. Část těchto požadavků je předepsána ve standardech JASO a ostatní požadované funkční charakteristiky jsou uvedeny v interních standardech výrobců motocyklů.

Konstrukce motoru motocyklu

U motoru motocyklu jsou spojka a převod, na rozdíl od konstrukce motoru osobního auto-mobilu, umístěny v jed-né klikové skříni a motor dává velký výkon při níz-ké váze a malé velikosti.

Několikanásobná spojka je často upravená pro motocykl a je ovliv-něna nízkým součinitelem tření motorového oleje. Ozubené kolo převodu tedy vyžaduje vysoký mazací výkon motorového oleje pro velké tlakové zatížení. Také drobné části z klasických materi-álů vyžadují podporu mazacího motorového oleje. Výkon motoru

je však snižován třením způsobeným všemi malými částečkami a vysokou viskozitou motorového oleje. Mazací vlastnosti jsou vyžadovány za vysoké teploty motorového oleje a při vysokém výkonu. Důležitá je také spotřeba motorového oleje, která je způsobena odpařováním za vysokých teplot.

Požadované funkční charakteristiky motoro-vého oleje pro motocykly

Vysoký výkon motoru motocyklu je dán vysokými otáčkami motoru, které jsou srovnatelné s osobním automobilem. Od motorového oleje pro motocykly je vyžadována ochrana dílů při vysoké teplotě a vy-sokém zatížení. Snadno také dochází ke znehodno-cení motorového oleje v důsledku vysoké teploty. Požadovanou vlastností motorového oleje je tedy také schopnost toto znehodnocení snížit. Motocykly a ATV někdy mají „mokrou vícenásobnou spojku“ a ta je ovlivněna souč initelem tření motorového oleje.

Je příklad měření vlivu koe� cientu tření motoro-vého oleje při použití automatické odstředivé spojky. Podstatou automatické odstředivé spojky je sklouz-nutí na nízké rychlosti a přenášený točivý moment se zvýší podle odstředivé síly vzrůstající při zvyšující

22


se rychlosti. Prokluzování bylo vyšší než JASO MA motorový olej při použití motorového oleje s nízkým třením do rychlosti vozidla 25 km/hod.

Spotřeba oleje bude stoupat při rostoucím odpařování za vysoké teploty a zvýší se shodně s rostoucí teplotou.

Poznámka: Bylo potvrzeno, že důlková ko-roze, která napadá ozubená kola, se zvýší při klesajícím obsahu fosforu.

Metody výběru motorového oleje pro moto-cykly

Postup výběru motorového oleje je vysvět-len v příručce uživatele vozidla, která je k mo-tocyklu přiložena. Výběr motorového oleje na základě doporučení je v dnešní době, kdy

existuje mnoho různých variant motorového oleje, velmi důležitý. Pokud byl motorový olej schválen testem JASO a interními testy jako splňující požadavky pro motocykly, jsou značky JASO a Approved vyobrazeny na nádobách s motorovým olejem. Pro výběr motorového oleje pro motocykly musí být na nádobách schváleny tyto značky výběru:

Stupeň viskozity pro motocyklyV těchto 8 zemích dojde k úspoře 1 220 000

litrů benzínu, pokud se použije motorový olej 10 W/30 namísto 20 W/40 pro ujetí 20 000 km. Motorový olej 10 W/30 schválený Honda R&D bude přizpůsoben motocyklům. Pro úsporu energie by měl každý používat motorový olej 10 W/30 pro všechny motocykly.

Motorový olej pro motocykly by se měl volit v závislosti na doporučení příručky uživate-le vozidla. Nejpřizpůsobivější motorový olej osvědčený „JASO MAww 10W/30“.

Text: Masatoshi AKAGI , Honda R&D Japan

Filtrační zařízení KLEENOIL v kombinaci s Hi-Tech oleji PANOLIN zajišťují celoživotní a biologicky odbouratelé náplně v hydraulických systémech, které jsou podrobobovány pravidelným zkouškám v akreditované laboratoři.

ZVEME VÁSna veletrh

Motocykl 200911.-15.3.2009 Praha

Zastoupení pro ČR a SR:Markvartovická 1358/9c

747 14 Ludgeřovicetel:+420 595020670,+420 [email protected], www.oilteam.cz

23


Měření obsahu nečistot v použitých motorových olejích

Obsah nečistot v motorovém oleji patří k základním diagnostickým veličinám, podle kterých se rozhodujeme, zda olej vyměnit či nikoliv. Pro jeho stanovení existuje několik metod.

Ať už se stanovení nečistot v oleji provádí podle metody � ltrační nebo metody částicové analýzy, jejich základní vlastností je, že přístrojové vybavení je pří-liš drahé, popř. stanovení je příliš komplikované a časově náročné. To byly hlavní důvody, proč byly v polovině osmdesátých let, teh-dy ještě v ČSD LD Ostrava a LD Bohumín zahájeny vývojové práce na novém přístroji a me-todice stanovení obsahu nečistot v motorovém oleji lokomotiv.

Měření bylo koncipováno jako provozní, tzn. s menšími nároky na přes-nost, mělo být rychlé a přístroj levný. Měření mělo nahradit stávající me-todu stano-vení nečistot

výtřepkem v HeO směsi. Jako technický princip byla použita metoda měření intenzity odra-ženého světla od vzorku vyrobe-ného jednoduchým způsobem na chromatogra� cké desce, tj. na hliníkové folii s vrstvou silika-gelu (viz obr. 1). Příprava vzorku

je velmi rychlá a spočívá v ponoření proužku folie do oleje naředěného technickým benzinem. Po vysušení se vzorek zasune do přístroje. Podle zt-mavnutí se mění intenzita odraženého světla, která se snímá optočidlem, přiřadí se jí číselná hodnota a ta se zobrazí na displeji jako procento nečistot.

Obr. 2

Obr. 5

Obr. 3

Obr. 1

24


Srovnávací měření s metodou HeO směsi prokázalo lineární závislost (viz obr. 2 graf) procházející nu-lou. Tzn. nulu nastavujeme na čistý proužek folie. Optickou část první série přístroje s obchodním názvem DENZIMETR (viz obr. 3), tvořil optický ná-stavec z přístroje SPEKOL. Některé přístroje z první série měří dodnes.

Další zdokonalování přístroje bylo provedeno � rmou REO AMOS. Nový přístroj REO-31 Den-zimeter (viz obr. 4) měl dokonalejší elektroniku a obešel se bez optického nástavce. Ten byl na-hrazen speciální bezodrazovou komorou, místo infrazářiče byla použita běžná červená LED dioda a optočidlo bylo přemístěno do oblasti dopadu rozptýleného, nikoliv přímo odraženého světla. Nedostatek obou přístrojů je špatná detekce vel-kých a těžkých částic, které nezpůsobí ztmavnutí folie, ale podstatným způsobem ovlivní výsledek měření. To byl hlavní důvod, proč byla poslední va-rianta přístroje (viz obr. 5) doplněna ve spolupráci s VŠCHT. Katedra petrochemie, o druhou stupnici odpovídající karbonizačnímu zbytku podle ASTM D 4530, ČSN EN ISO 10370. Naměřená závislost je opět lineární, ale tentokrát prochází na svislé ose

nulou při hodnotě karbonizačního zbytku čistého oleje a to je asi 1.0 procent.

Přesnost přístroje nebylo možné ověřit srov-náním s jiným přístrojem, pracujícím na stej-ném principu. Stupnice nečistot je ověřena s vý-sledky měření podle metody výtřepkem v HeO směsi. Podle dostupných výsledků je maximál-ní odchylka měření do 10 procent. Stupnice pro stanovení karbonizačního zbytku je nastavena měřením podle ASTM D 4530 a odchylka opět podle dostupných výsledků vychází mezi 5 až 10 procent.

Cena přístroje byla vždy pod hranicí investic. Přístroj je tudíž dostupný i pro malé provozní laboratoře. Doba měření je kolem deseti minut.

V současné době řada těchto přístrojů REO 31 DENZIMETER všech vývojových řad měří v tribolo-gických laboratořích v České i Slovenské republice. Přístrojem se stanovuje celkové množství nečis-tot a karbonizační zbytek. Způsob hodnocení je velmi jednoduchý, rychlý a ekologický oproti prováděnému stanovení podle základních norem. Metoda hodnocení je dostatečně přesná pro tri-bodiagnostiku motorových olejů v provozních podmínkách. Použitelnost výsledků pro provozní měření potvrzuje už téměř dvacetileté používání tohoto přístroje.

Přístroj REO 31 DENZIMETER dodává spo-lečnost REO TRADE Opava.

Text: Ing. Jiří Hřivnáč, REO TRADE, s. r. o.

– rychlá a levná příprava vzorku– rychlé a levné měření– dvě stupnice, karbonizační zbytek

a nečistoty

TRADE, s. r. o.Krnovská 182, 747 07 OPAVA tel.: 553 623 138, fax: 553 623 140, mobil: 602 717 620 e-mail: [email protected], www.reotrade.cz

Obr. 4

25


Životnost hydraulických olejůNa problematiku životnosti hydraulických olejů nejčastěji narazíme v návodech na údržbu u nově dodaných strojů a zařízení.

Plán údržby stroje je nedílnou součástí dodavatelsko-odběra-telských smluv a většinou je do-držováním mazacích plánů pod-míněna bezplatnost případných záručních oprav. Ve výběru typů hydraulických olejů je potenci-onálnímu zákazníkovi ponechá-no určité právo volby. V mazacím plánu je tabulka doporučených maziv a jejich ekvivalentů od růz-ných výrobců. S využitím znalos-tí o základní klasi� kaci hydraulic-kých olejů dle ISO 6743 nebo DIN 51 502 lze nalézt i další použitel-né druhy olejů. Pokud si uživatel stroje není jistý se svou volbou, ráda poradí každá � rma prodá-vající oleje. Všechny hydraulické oleje nejsou sice stejné, ale sou-časně nelze udělat vlastním roz-hodnutím o změně typu výraz-nou chybu. Výběr oleje se také v mnoha případech řídí spíše ce-nou než speci� ckými vlastnost-mi oleje. Podstatně složitější otáz-kou potom zůstává výměnná lhů-ta a potažmo životnost hydraulic-kého oleje.

V plánech údržby stroje je ži-votnost oleje většinou limitována provozními hodinami. Například u vstřikovacích lisů je doporučeno:

Teorie „stárnutí“ oleje je známá. Základová ka-palina, která tvoří podstatnou část (cca 98 %) prů-myslových hydraulických olejů, podléhá v průběhu svého nasazení postupné degradaci. Výsledkem pochodů stárnutí jsou oxidační produkty, tvoře-né zejména karboxilovými kyselinami. Nebezpe-čí oxidačních produktů spočívá v tom, že jsou v oleji velmi málo nebo úplně nerozpustné. Ole-jové molekuly jsou za normálních podmínek ne-polární, ale produkty oxidace polární jsou. Polár-ní molekuly nemohou příznivě koexistovat s ne-polárními molekulami a proto tvoří dimery, aby vyrovnaly svoji polaritu. Dimery se při kontaktu s kovovým povrchem nádrže a jednotlivých prvků hydraulického systému „přilepí“ a budují narůsta-jící vrstvy znečištění zachytáváním dalších druhů částic znečištění. Z pohledu fyzikálně-chemických parametrů signalizuje přítomnost oxidačních pro-duktů možnost dramatického zvýšení kinematic-ké viskozity a čísla kyselosti oleje. Rychlost oxida-ce je ovlivněna mnoha faktory. Mezi nedůležitěj-ší, které urychlují oxidaci patří:►Teplota

Za ideální provozní teplotu hydraulického ole-je můžeme považovat 45 °C. Každým jejím zvýše-ním o 10 °C se oxidace oleje dvojnásobně urychlu-je (Arrheiniův zákon). ►Kyslík

Atmosférickým tlakem se při teplotě 20 °C roz-pustí v ropném oleji cca 8 – 10 % obj. vzduchu (Henryho zákon). Malá množství kyslíku jsou proto v oleji vždy přítomná.►Voda

Voda je rozpustná v oleji za normálních at-mosférických podmínek v množství 30 – 70 ppm při teplotě 30 °C. Se zvyšující se teplo-tou oleje roste její rozpustnost. Voda velmi ra-zantně snižuje účinek přísad a tím urychluje oxidaci. Určité množství vody v oleji je vždy přítomno.

Každých 5 000 provozních hodin

Převodovka hydromotoru – vyměnit olej

Výměna hydraulického olejeOdvzdušňovací � ltr nádrže – vyměnit � ltrač-ní sáček

Převodovka elektropohonu šneku – vymě-nit olej

26


Ukazatel Hodnota Metoda

Kin.viskozita při 40 °C, mm2/s 67,36 ČSN EN ISO 3104Číslo kyselosti, mg KOH/g 0,90 ČSN 656070Přítomnost vody negativní ČSN 656231Obsah zinku, mg/kg 760 AES-ICPObsah železa, mg/kg 12 AES-ICPObsah mědi, mg/kg 1,9 AES-ICPObsah křemíku, mg/kg 20 AES-ICPCelkové nečistoty, mg/kg 111 ČSN EN 12662

►KatalyzátoryČástice kovů z opotřebení a určitá olejová adi-

tiva.►Jiskrové výboje v olejových � ltrech

Průtokem oleje � ltrem vzniká statická elek-třina, která se projevuje vznikem jiskrového vý-boje. Teplota výboje dosahuje až 10 000 °C a to způsobuje krakování olejových molekul a de-gradaci olejů.

Pro potlačení oxidace oleje jsou k základovému oleji přidávána aditiva, antioxidanty (inhibitory oxidace). Ve většině hydraulických olejů to jsou sloučeniny na bázi zinku. Neexistuje však látka, která by dokázala procesy stárnutí zcela zastavit.

První stopy oxidace lze nalézt v oleji již po ně-kolikaměsíčním provozu a překvapivé jsou pro-centuální podíly oxidačních produktů při něko-likaletém provozu. (Dr. Ing. Akira Sasaki: Výzkum a řešení problémů v hydraulice – naměřené hod-noty ze vstřikovacích lisů).

Pokud porovnáme výrobcem doporučenou výměnnou lhůtu hydraulického oleje a porov-náme ji s časovým nárůstem oxidačních produk-tů v oleji, zdá se optimální životností oleje jeden rok provozu ( cca 5 000 – 6 500 provozních ho-din). Je to opravdu optimální řešení?

Co získáme výměnou oleje?Provádění plánu údržby má zajistit

bezporuchový provoz strojů. Výměny olejů a potažmo � ltrů k tomu mají zásadní měrou přispívat.

Prostou výměnou oleje ale nelze ze systému stroje odstranit usazené oxidační produkty, které jsou hlavní a nejčastější příčinou problémů hydrau-liky zvláště v řídících proporcionálních ventilech.

Technologický postup správně provedené vý-měny oleje lze popsat následujícím způsobem:

►vypustit nevyhovující olej a vyčistit nádrž►provést minimálně dvakrát propláchnutí hyd-

raulického systému proplachovým olejem nebo použít chemické čistící přípravky

►vypustit proplachový olej a provést vysuše-ní hydraulického systému

►naplnit hydraulický systém novým olejem přes plnící zařízení s vlastní � ltrací

V současných provozních podmínkách, kde je kladen důraz na maximální vytížení strojů a pros-tojové hodiny jsou velmi drahé, je výše uvedený postup prakticky nerealizovatelný.

Výměna oleje je nutná, protože je olej již na hranici své životnosti.

I s tímto tvrzením lze úspěšně polemizovat, pokud je podepřeno laboratorní analýzou ne-jlépe certi� kované laboratoře. Pro příklad uvá-dím rozbor hydraulického oleje ze vstřikovacího lisu cca po 22 000 provozních hodinách ( cca 3,5 roku provozu).

vzorek: olej DTE 26zadán dne: 24. 5. 2004 označení vzorku: ENGEL stroj č.7, vzorek č.2počet stran: 1 + 1 (infračervené spektrum vzorku)

Číslo zkoušky 1 2 3 4 5Toluenem rozpust-né (produkty oxi-dace)

47,0 % 62,3 % 67,6 % 74,4 % 67,6 %

Stáří oleje - roky 2 3 3 4 3

27


V základních fyzikálně chemických ukazate-lích (kinematická viskozita, číslo kyselosti, ob-sah zinku) vykazuje olej téměř shodné para-metry s novým olejem. Je pouze znečištěný. V oblasti tzv. „tvrdého“ znečištění má mírně zvýšený obsah prachových částic (křemíku)

Elektrostatické čistenie olejov, odstraňovanie vody a rezných kvapalín z olejových náplní strojov v plnej prevádzke

Znečistenie pod kontrolou = riešenie problémov:• so životnosťou olejov • so zalepovaním filtrov • s prehrievaním strojov • s neidentifikovateľnými poruchami • so zasekávaním a zalepovaním prvkov • so zvýšenými únikmi olejov • s pomalším cyklovaním • s výpadkami výrobyPrínosy:• úspora olejov • znižovanie nákladov • úspory energie • včasné dodávky • TPM • kontrola kvality • ochrana životného prostredia • maximalizácia kvality a ziskuSlužby:• servisné čistenie olejov • rozbory olejov • možnosť zapožičania prístrojov

KLEENTEK, spol. s r. o.Sazečská 8, 108 25 Praha 10, ČR

tel.: +420 281 861 724, 266 021 559

tel./fax: +420 272 701 181e–mail: [email protected]

www.kleentek.eu

Zastúpenie SR:KLEENTEK Slovakia, spol. s r. o.

Hrádza 29/1548968 01 Nová Baňa

tel.: +421 45 68 57 026mobil: +421 908 908 641

e–mail: [email protected]

20 mg/kg. Infračervené spektrum ukazuje ná-růst v oblasti tzv. „měkkého“ znečištění, což se částečně promítá i do hodnoty celkových ne-čistot 111 mg/kg.

Tento olej by ale měl být dle plánu údržby stroje minimálně čtyřikrát vyměněn.

Závěr:1. Výměna hydraulického oleje pouze na základě údajů o provozních hodinách před-

stavuje zbytečné navýšení provozních nákladů.2. Ve většině případů neznamená výměna„starý“ za „nový“ zlepšení fyzikálně-che-

mických vlastností oleje.3. V žádném případě výměna oleje nesníží stupeň celkového znečištění systému

stroje, krátkodobě pouze znečištění oleje.4. Provádění pravidelných výměn na úkor pravidelných rozborů oleje nesnižuje riziko

vzniku neočekávané poruchy hydrauliky stroje. 5. Průměrná cena celkového rozboru hydraulického oleje je cca 1 200 Kč, což před-

stavuje v přímých nákladech cenu asi 40-ti litrů nového oleje.6. Nástrojem ke snížení výrobních a provozních nákladů je aplikace technické tribo-

diagnostiky a účinného systému čištění oleje.7. Velmi efektivní je nasazení přístroje na čištění olejů za plného provozu stroje

a bez nutnosti přerušení výroby.8. Životnost hydraulického oleje v běžných provozních podmínkách nejvíce zkracuje

jeho oxidace, aplikovaná metoda čištění musí být schopná odebírat i produkty oxidace ve velikostech 0,01 μm.

Zpracoval: Ing. Milan Soukup,KLEENTEK Praha

28


Tribotechnická diagnostika v automobilovom priemysle

V posledných desaťročiach smeruje vývoj automo-bilového priemyslu k zvyšovaniu výkonov pri súčas-nom znižovaní rozmerov a hmotnosti agregátov, čo vedie k zvyšovaniu ich mechanického a tepelného namáhania. Tieto faktory ovplyvňujú nielen požia-davky na kvalitu materiálu použitého k výrobe agre-gátov, ale aj na vlastnosti a kvalitu mazacích olejov.

Tribotechnická diagnostika, ako jedna z metód bezdemontážnej technickej diagnostiky, využíva mazací olej na získanie informácií o zmenách v tre-cích uzloch. Zisťuje výskyt cudzích látok v mazacom oleji z kvantitatívneho i kvalitatívneho hľadiska. Analýza vlastností maziva umožní nielen včasné upozornenie na príznaky vznikajúcej poruchy, ale vo väčšine prípadov aj lokalizovať miesto vzniku mechanickej poruchy.

Motorový olej je chápaný ako integrálna súčasť spaľovacieho motora, ako nevyhnutný predpoklad na jeho prevádzkovanie. Úlohou motorového oleja nie je iba mazanie, t.j. re-dukcia trenia a opotrebovania, ale je to celý rad sekundárnych požiadaviek vyplývajúcich zo samotnej konštrukcie spaľovacích motorov ako aj účelu ich aplikácie.

Analýzou mazacích olejov počas prevádzky mo-tora je možné stanoviť a zistiť:

– pravdepodobnosť zlyhania mazania funkčných častí,

– vhodnosť daného typu oleja,– stupeň opotrebovania oleja,– stanovenie intervalu výmeny oleja,– zhodnotenie technického stavu funkčných

častí.

Experimentálna časťZ jedného vozidla Tatra 815 s typovým označe-

ním motora 3-929-30 tribotechnicky sledovaného v priebehu 5 rokov bolo odobratých 34 vzoriek

oleja. V olejovom systéme sa nachádzal motorový olej Madit M7ADS III. Intervaly kontroly oleja boli určené v závislosti od predchádzajúcich výsledkov meraní vlastností oleja. V mazacom oleji boli vy-konávané nasledovné skúšky:

– obsah celkových nečistôt CN [%],– obsah vody [%],– bod vzplanutia [°C],– obsah pohonných hmôt [%],– ferodenzita na 57 mm a 53 mm ferogra� ckej

stopy [%].Na základe týchto skúšok oleja sa zisťoval stav

stroja a boli odporúčané výmeny a kontroly a opra-vy jednotlivých systémov motora. Podľa výrobcu je odoporúčaná výmena oleja po spotrebovaní 9 000 l nafty, alebo po najazdení 20 000 km, mini-málne raz ročne.

Príspevok sa zaoberá vyhodnocovaním výsledkov obsahu celkových nečistôt, bodu vzplanutia a hod-nôt ferodenzity. Pri meraniach vlastností oleja sa sledoval aj obsah vody, ale ani v jednom prípade sa nepotvrdila jej prítomnosť. Obsah pohonných hmôt v oleji bol zistený len v troch prípadoch s obsahom maximálne 0,2 %. Výsledky skúšok merania celko-vých nečistôt a bodu vzplanutia boli porovnávane s limitnými hodnotami pre daný typ motora. Tieto boli určené na základe literárnych údajov získaných z odbornej literatúry, v ktorej sa uvádzajú hodnoty (2,5 až 3) % obsahu celkových nečistôt a (160 až 180) °C bodu vzplanutia pre dieselové motory. V na-šom prípade sme porovnávali namerané hodnoty

29


Tribotechnická diagnostika v automobilovom priemysle

V posledných desaťročiach smeruje vývoj automo-bilového priemyslu k zvyšovaniu výkonov pri súčas-nom znižovaní rozmerov a hmotnosti agregátov, čo vedie k zvyšovaniu ich mechanického a tepelného namáhania. Tieto faktory ovplyvňujú nielen požia-davky na kvalitu materiálu použitého k výrobe agre-gátov, ale aj na vlastnosti a kvalitu mazacích olejov.

Tribotechnická diagnostika, ako jedna z metód bezdemontážnej technickej diagnostiky, využíva mazací olej na získanie informácií o zmenách v tre-cích uzloch. Zisťuje výskyt cudzích látok v mazacom oleji z kvantitatívneho i kvalitatívneho hľadiska. Analýza vlastností maziva umožní nielen včasné upozornenie na príznaky vznikajúcej poruchy, ale vo väčšine prípadov aj lokalizovať miesto vzniku mechanickej poruchy.

Motorový olej je chápaný ako integrálna súčasť spaľovacieho motora, ako nevyhnutný predpoklad na jeho prevádzkovanie. Úlohou motorového oleja nie je iba mazanie, t.j. re-dukcia trenia a opotrebovania, ale je to celý rad sekundárnych požiadaviek vyplývajúcich zo samotnej konštrukcie spaľovacích motorov ako aj účelu ich aplikácie.

Analýzou mazacích olejov počas prevádzky mo-tora je možné stanoviť a zistiť:

– pravdepodobnosť zlyhania mazania funkčných častí,

– vhodnosť daného typu oleja,– stupeň opotrebovania oleja,– stanovenie intervalu výmeny oleja,– zhodnotenie technického stavu funkčných

častí.

Experimentálna časťZ jedného vozidla Tatra 815 s typovým označe-

ním motora 3-929-30 tribotechnicky sledovaného v priebehu 5 rokov bolo odobratých 34 vzoriek

oleja. V olejovom systéme sa nachádzal motorový olej Madit M7ADS III. Intervaly kontroly oleja boli určené v závislosti od predchádzajúcich výsledkov meraní vlastností oleja. V mazacom oleji boli vy-konávané nasledovné skúšky:

– obsah celkových nečistôt CN [%],– obsah vody [%],– bod vzplanutia [°C],– obsah pohonných hmôt [%],– ferodenzita na 57 mm a 53 mm ferogra� ckej

stopy [%].Na základe týchto skúšok oleja sa zisťoval stav

stroja a boli odporúčané výmeny a kontroly a opra-vy jednotlivých systémov motora. Podľa výrobcu je odoporúčaná výmena oleja po spotrebovaní 9 000 l nafty, alebo po najazdení 20 000 km, mini-málne raz ročne.

Príspevok sa zaoberá vyhodnocovaním výsledkov obsahu celkových nečistôt, bodu vzplanutia a hod-nôt ferodenzity. Pri meraniach vlastností oleja sa sledoval aj obsah vody, ale ani v jednom prípade sa nepotvrdila jej prítomnosť. Obsah pohonných hmôt v oleji bol zistený len v troch prípadoch s obsahom maximálne 0,2 %. Výsledky skúšok merania celko-vých nečistôt a bodu vzplanutia boli porovnávane s limitnými hodnotami pre daný typ motora. Tieto boli určené na základe literárnych údajov získaných z odbornej literatúry, v ktorej sa uvádzajú hodnoty (2,5 až 3) % obsahu celkových nečistôt a (160 až 180) °C bodu vzplanutia pre dieselové motory. V na-šom prípade sme porovnávali namerané hodnoty

29


s limitnou hodnotou 2,5 % pre obsah celkových nečistôt a pre bod vzplanutia 180 °C. Cieľom spra-covania výsledkov meraní získaných dlhodobým sledovaním, bolo zistiť skutočné hodnoty obsahu celkových nečistôt a bodu vzplanutia v danom motorovom oleji pracujúcom v motore Tatra 815. Na základe nameraných výsledkov boli určené priemerné hodnoty sledovaných veličín mazacieho oleja, v závislosti od množstva spotreby paliva.

Parametre motorového oleja:V mazacom systéme sledovaného motora sa na-

chádzal motorový olej Madit M7ADS III, Výrobcom je určený pre nepreplňované a mierne preplňova-né dieselové motory, s prísadami proti vysoko tep-lotným usadám a korózií pre celoročnú prevádzku. Tento olej patrí do skupiny minerálnych olejov a je de� novaný nasledovnými parametrami:

– viskozitná trieda - SAE 15W40,– výkonnostná trieda - ACEA D 5, API CF 4, TAT-

RA TDS 40, MB 228.3.

Parametre pracovných podmienok sledované-ho vozidla:

– voľnobežné otáčky – 500 až 600 l/min,– menovité otáčky – 2 200 l/min,– maximálne otáčky – 2 450 1/min,– teplotný rozsah – max 120 °C.

Vyhodnotenie meraní a diskusiaPo spracovaní nameraných hodnôt sa zistilo,

že priemerná hodnota celkových nečistôt počas prevádzky vozidla bola 1,90 %, pričom priemerná hodnota pri výmene oleja bola 1,97 %. Z gra� cké-ho záznamu meraní (obr. č.1) je zrejmé, že trend nameraných hodnôt klesá s dobou použitia me-tód tribotechnickej diagnostiky. Čím je množstvo nečistôt v oleji menšie tým je menšie riziko zadre-tia motora, čo v lepšom prípade spôsobuje zvýše-nie opotrebovania a v horšom prípade poškode-nie motora. Z nameraných hodnôt bodu vzplanu-tia bola priemerná hodnota počas prevádzky vozi-dla 194 °C, pričom priemerná hodnota pri výmene oleja bola 182 °C. Namerané hodnoty bodu vzpla-nutia (obr. č. 2). majú s rastúcou dobou prevádzky rastúci trend. Vysoký bod vzplanutia oleja je signá-lom, že nedochádza k jeho degradácii a v našom prípade hlavne k prieniku paliva do mazacieho sys-tému. Výsledky meraní obsahu celkových nečistôt

a bodu vzplanutia mazacieho oleja Madit M7ADS III sa prevažne nachádzali v povolených medziach udaných limitnými hodnotami. Z gra� ckého zázna-mu priebehu výsledkov meraní obidvoch skúšok je vidieť, že mazací olej aj po dlhšej dobe prevádz-ky bez výmeny, ako uvádza výrobca motora, má dobré vlastnosti a režim trenia a opotrebovania je rovnako vyhovujúci.

Ďalej bola zisťovaná hladina hustoty oterových častíc zachytených na ferogra� ckej stope, tzv. fero-denzita, ktorá bola meraná na 57 mm a na 53 mm. Všetky tieto veličiny boli využité pre určenie stavu motora a odporučenie ďalšej prevádzky. V mno-hých prípadoch výsledky ukázali, že mazací olej aj pri priaznivých hodnotách celkových nečistôt a bodu vzplanutia je nutné meniť, pretože hladina opotrebovania v niektorých prípadoch dosahovala úroveň až 45%. Spracovaním nameraných hodnôt ferodenzity, bolo zistené, že priemerná hodnota ferodenzity na 57 mm je cca. 9,5 % a na 53 mm je cca. 1 %. Z obrázka č. 3 je viditeľný vzájomný vzťah medzi hodnotou ferodenzity na 57 mm a 53 mm. Vyplýva to z princípu prípravy s vyhodnocovania ferogra� ckej stopy, ktorá sa vytvára magnetickou separáciou produktov opotrebovania nachádzajú-cich sa v oleji. Na 57 mm za zachytávajú najväčšie magnetické častice, ktoré medzi seba zachytia aj paramagnetické častice a väčšie nečistoty, lebo sa zvyčajne vyskytujú vo väčšom množstve. Na 53 mm sa zachytia menšie magnetické a paramagnetické častice, ktorých množstvo zvyčajne súvisí s množ-stvom predchádzajúcich častíc.

Z predchádzajúcich zistení je možné usudzovať, že olej Madit M7ADS III obsahuje vhodné prísady proti vysoko teplotným usadám i korózií. Úlohou týchto prísad je udržať produkty starnutia oleja, vznikajúce v priebehu jeho práce v motore, v roz-ptýlenom stave, aby sa neusadzovali na častiach motora a zaistiť čistotu predovšetkým funkčných častí motora, najmä piestov, a to za všetkých tep-lotných režimov. Zároveň môžeme usudzovať, že aj utesnenie motora je vyhovujúce, lebo nedošlo k výraznému poklesu bodu vzplanutia, čo je zvy-čajne spôsobené buď prienikom paliva do olejové-ho systému. Tatra 815 s daným typom motora vy-užíva vzduchové chladenie motora. Prípadná prí-tomnosť vody v oleji mohla byť spôsobená aj sa-motnou kondenzáciou vzdušnej vlhkosti pri čas-tých tzv. studených štartoch, alebo poruchou pa-

30


livového systému. Neprítomnosť vody v oleji preto dokazuje, že všetky uvedené súčasti vozidla, kto-ré mohli zapríčiniť výskyt vody v oleji boli v dob-rom technickom stave.

Súčasne s dobou využívania tribotechnických metód a dodržiavania opatrení pri údržbe sa pre-dlžovala doba výmeny oleja, vyjadrená množstvom spotrebovaných pohonných hmôt. Odporúčané doby výmeny oleja tak, ako sa menili počas pre-vádzky v súvislosti s technickým stavom vozidla, sú znázornené na obrázku č. 4. V poradí siedma výmena oleja bola vykonaná po krátkom čase od predchádzajúcej výmeny, a to po spotrebovaní 1500 l nafty. Bolo to spôsobené potrebou opra-vy palivového systému, čo bolo zistené miernym prenikaním paliva do olejového systému (0,2 % nafty v oleji). Priemerná hodnota výmeny oleja vo vozidle bola po spotrebovaní 11 322 l nafty na základe výsledkov uvedených skúšok. Tribotech-nické kontroly oleja boli vykonávané v priemere po spotrebovaní 3 459 l nafty.

Zavedením tribodiagnostických metód pri pre-vádzke je možné zodpovedne predĺžiť interval výmeny oleja aj nad rámec výrobcom stanovených hodnôt. Z výsledkov tribotechnických skúšok vy-konávaných dlhšiu dobu na vozidle Tatra 815 bolo zistené, že trend meraní obsahu celkových nečistôt má klesajúcu tendenciu a v prípade hodnôt bodu vzplanutia má rastúcu tendenciu. To znamená, že s využívaním metód tribotechnickej diagnostiky sa znižuje proces degradácie maziva, ktorý dobre vplýva na stav motora. Súčasne z výsledkov fero-denzity je možné zistiť aktuálny režim trenia a opot-rebovania trecích uzlov. Neposlednou výhodnou je aj predĺženie intervalu výmeny olejovej náplne a tým pokles nákladov na výmeny a nákup olejov. S využitím tribotechnickej diagnostiky sa môže zabezpečiť zvýšenie bezpečnosti a spoľahlivosti spaľovacích motorov, je prevenciou vzniku porúch a prostriedkom určenia skutočného technického stavu.

Príspevok bol vypracovaný za podpory Grantovej agentúry VEGA 1/4155/07

Doc. Ing. Hekmat Al Hakim, CSc., RNDr. Janka Mihalčová, PhD.

Katedra prevádzky technologických procesov TU v Košiciach so sídlom v Prešove

Obr. 2 Závislosť bodu vzplanutia od množstva spot-rebovanej nafty

Obr. 1 Závislosť obsahu celkových nečistôt od množ-stva spotrebovanej nafty

Obr. 4 Závislosť dĺžky výmeny oleja vyjadrenej spot-rebou nafty počas prevádzky

Obr. 3 Závislosť ferodenzity ferogra� ckej stopy od množstva spotrebovanej nafty

31


Bionafta a provoz motorůPoužívání biopaliv je dnes známou záležitostí i díky výrazné medializaci proble-matiky. Známé jsou přídavky bionafty, většinou metylesterů řepkového oleje, do uhlovodíkové nafty i přídavky biolihu do tradičního benzinu. K povinnému využi-tí biopaliv se země EU zavázaly od r. 2007, a to formou přídavku do běžných rop-ných paliv v množství do 5 %.

BionaftaKaždá novinka přináší i určité

obavy, zda příměsi biopaliv do ropných paliv nemohou způso-bit provozní potíže. Uvažovány jsou přitom všechny možnosti, např. vliv na plastové součástky, korozívní působení biopaliv, za-nášení vysokotlakých vstřikovačů a další aspekty.

Bionaftou se vždy rozumí čis-té metylestery mastných kyselin. Nelze totiž očekávat, že se bude-me vždy setkávat pouze s mety-lestery řepkového oleje.

Těkavost bionafty a pronikání do motorového oleje

Běžná uhlovodíková nafta má destilační rozmezí přibližně od 200 °C do 360 °C. Bod varu bio-nafty se pohybuje spíše v oblas-ti vyšších teplot tohoto rozme-zí - kolem 330 °C.

Důsledkem poměrně vysoké-ho bodu varu bionafty je horší odpařování paliva vstřikovaného do válce. Neodpařené kapky naf-ty se většinou dostávají na stěny válce a odtud mohou přes píst-ní kroužky proniknout do kliko-vé skříně, kde naředí motorový olej a sníží jeho viskozitu. S pří-davkem bionafty do ropné naf-ty intenzita pronikání paliva do motorového oleje vzrůstá. Dů-sledkem je snižování kinematic-ké a HTHS viskozity motorového

oleje a v extrémních případech může dojít ke zvý-šenému tření a opotřebení motoru.

Dalším faktorem, který podporuje zvýšené pro-nikání nafty a bionafty do motorového oleje je za-nesení vstřikovačů, které s přítomností bionafty v palivu ani nemusí nutně souviset. Zhoršená prů-chodnost vstřikovačů způsobí zhoršení rozprašo-vání paliva, tvorbu větších kapek, které jsou vstři-kovány do válce a vše pak podporuje další proni-kání paliva do motorového oleje.

Problém ředění motorového oleje bionaftou bude zřetelnější u starších dieselových motorů, které mají větší vůli mezi pláštěm pístu a pístními kroužky. Některým novějším dieselovým motorům hrozí nebezpečí odjinud. Kamenem úrazu je určitý typ částicových � ltrů (DPF), který využívá k regene-raci dodatečný vstřik paliva do válce ve fázi výfuku. Problémem je právě dodatečný vstřik nafty do vál-ce, přičemž ne všechna nafta je odvedena do vý-fukového traktu. Určitá část nafty tak skončí opět v motorovém oleji. Uvádí se, že vybavení motoru DPF � ltrem s regenerací vložky vstřikem paliva do spalovacího prostoru může zvýšit obsah nafty (bi-onafty) v motorovém oleji až na 10 %.

Oxidační stabilita bionaftyNízká oxidační stabilita bionafty je obecně zná-

má, což se odráží již při skladování bionafty i směs-ných naft. Paliva i s velmi nízkým obsahem bionaf-ty (dnes běžně do 5 %) nelze dlouhodobě sklado-vat a k přimíchávání bionafty proto dochází těs-ně před výdejem nafty do přepravních cisteren.

Na obrázku 1 je znázorněn průběh oxidace MEŘO v porovnání s uhlovodíkovou naftou při zahřívání vzorku paliva. Díky přítomnosti oxidačně nestabil-ních vazeb dochází k oxidaci bionafty při výrazně nižší teplotě než v případě nafty. Z oxidace MEŘO je vidět, že již kolem 150 °C dochází k první fázi

32


oxidace, tj. oxidačnímu napadení nestabilních dvojných vazeb. K oxidaci běžných vazeb dochází až kolem 200 °C stejně jako u ropné nafty.

Nízká oxidační stabilita bionafty může přispí-vat k zanášení palivových � ltrů, zanášení vstřiko-vačů, k potížím s pryskyřičnatými a karbonovými úsadami na pístu a na pístních kroužcích. Přítom-nost bionafty v motorovém oleji způsobuje zrych-lenou degradaci a stárnutí motorového oleje. Rizi-kem je i ovlivnění detergentních schopností moto-rového oleje. Tento faktor může být kritický zejmé-na u moderních motorových olejů s nízkou hodno-tou TBN, které jsou využívané v osobních vozech s naftovým pohonem.

Nečistoty v bionaftěKvalita bionafty je předepsaná normou EN 14214.

Norma obsahuje několik kvalitativních parametrů, z nichž mnohé mají velký vliv na chování bionafty v motoru. Mezi nejdůležitější patří obsah volných kyselin (číslo kyselosti) a obsah vody. Tyto fakto-ry mají vliv na korozi palivového čerpadla, vstřiko-vacího systému a ložiskových materiálů, zejména mědi a olova. Ukázka z korozního testu je uvede-na na obrázku 2.

Přítomnost glycerolu a viskózních glyceridů zvy-šuje pravděpodobnost zakarbonování vstřikovačů. Na vstřikovače má negativní vliv také tvorba prys-kyřičnatých úsad díky oxidaci bionafty při dlouho-dobém skladování. K tvorbě oxidačních úsad může dojít i při zazimování automobilu přes zimní období.

Výrobní kontaminace bionafty kovy (sodík nebo draslík) může ovlivňovat životnost DPF � ltrů. Zvý-šená tvorba popelnatých částic přispívá k rychlej-šímu zanesení keramické vložky částicového � lt-ru. Uvádí se, že 1 ppm kovu v palivu vyprodukuje průměrně 14 g popela každých 100 tis. km, který se usadí v DPF � ltru.

Ke znečištění paliva přispívá i zvýšená roz-pouštěcí schopnost bionafty a směsných naft. Je známým faktem, že na dně skladovacích nádrží i v palivových nádržích automobilů se postupně usazují různé nečistoty, které se do nádrže do-staly buďto s palivem nebo z ovzduší. Bionafta má oproti ropné naftě mnohem větší rozpouš-těcí schopnost a díky tomu může dojít k uvol-nění usazenin v nádržích i v potrubních cestách. Důsledkem jsou potom zanesené palivové � ltry v automobilech a možné problémy se vstřikovači.

K zanášení palivových � ltrů také může dojít i na čerpacích stanicích u výdejních stojanů.

Doporučení výrobců autPopsaný vliv bionafty na provoz motoru a funk-

ci motorového oleje vypadá hrozivě. Nic však není tak horké, jak zprvu vypadá. Základní informací je vždy koncentrace bionafty, která je v motoro-vých naftách použita. Kvalitativní norma pro naf-ty EN 590 připouští obsah 5 % bionafty (metyles-terů mastných kyselin) a také všichni výrobci au-tomobilů a originálních součástek potvrdili, že po-užití bionafty v běžném palivu v množství do 5% vyhovuje všem jejich výrobkům. Pokud se výhle-dově jedná o zvýšení koncentrace bionafty v mo-torové naftě, pak už je většina výrobců v prognó-zách velmi opatrná. Důvodem jsou so� stikovaněj-ší vstřikovací systémy dnešních dieselových moto-rů a jejich citlivost ke kvalitě paliva.

V USA byly provedeny provozní testy s 20% bio-nafty u několika � otil nákladních automobilů a au-tobusů a nebyly zjištěny žádné systematické záva-dy na motorech. V několika případech byly zazna-menány častější závady na vstřikovačích a zanese-né palivové � ltry. Také u nás byla omezeně použí-vána motorová nafta s 31 % MEŘO a výrazné změ-ny v četnosti a závažnosti poruch motorů neby-ly zaznamenány, alespoň ne v mediálně význam-ném měřítku. Otázkou však může být, zda případ-né závady způsobené směsnou naftou byly vždy správně diagnostikovány a připsány na úkor palivu.

Výběrové použití směsné nafty (31 % MEŘO) je však úplně něco jiného než plošné použití povin-ných přídavků bionafty do paliva. Zde se již mo-hou projevit některé systematické závady i při níz-kých koncentracích bionafty. Proto opatrnost s po-užitím koncentrací bionafty nad 5% stále přetrvá-vá. Případné problémy se závadami motorů a se servisními odstávkami automobilů by při ploš-ném používání takové motorové nafty již mohly být statisticky významné a tedy problematické. Je také potřeba si uvědomit, že v reálném provo-zu se s novým a plošně používaným palivem se-tkávají motory různého stáří a technického stavu, s různým vybavením.

ZávěrProblematický vliv bionafty na provoz a spo-

lehlivost motorů je neoddiskutovatelný. Nahodilé

33


závady motorů, které by mohly být připsány vlivu bionafty, se budou vyskytovat vždy i při nízkých koncentracích bionafty. Je jen otázkou, při jaké kon-centraci bionafty v motorové naftě budou závady motorů již statisticky významné a jaká opatření budou přijata k minimalizaci negativního vlivu bionafty na provoz motorů. Velmi důležitá je také disciplína výrobců bionafty a dodržování jejích normovaných kvalitativních parametrů.

Významný úkol také stojí před formulátory mo-torových olejů. Současné motorové oleje nejsou systematicky formulovány pro použití s bionaf-tou a různé motorové oleje si s kontaminací bio-naftou poradí různým způsobem. V nejbližším ob-dobí proto je třeba, aby se formulace nově vyvíje-ných aditivačních balíků a motorových olejů zamě-řily na možnost kontaminace oleje bionaftou a byly tak připraveny zmírnit negativní působení bionaf-ty na výkon motorového oleje a na čistotu motoru.

Práce vznikla díky podpoře MŠMT ČR v rámci pro-jektu MSM 604 613 7304.

Jaroslav ČERNÝÚstav technologie ropy

a alternativních paliv, VŠCHT Praha

Obr. 1 Porovnání oxidační stability nafty a bionafty

Obr. 2 Zkouška korozívního působení bionafty v mo-torovém oleji (Watson S.A.G., Wong V.W., DEER 2008 Conference)

A – nová testovací destička B – motorový olej čistý C – motorový olej + uhlovodíková nafta D – motorový olej + 5% nafty B20 (20% bionafty) E – motorový olej + 5% bionafty

34


Auto je iba také dobré, aké sú jeho pneumatiky

Skúsení šoféri isto potvrdia túto starú, dlhoročnou praxou overenú pravdu. Žiaľ, mnohí si ju uvedomia, až keď je neskoro. Ne-zaškodí si preto pri-pomenúť, obzvlášť teraz v období nestá-leho počasia, niekoľ-ko zásad používania a skladovania pneumatík.

Tlak vzduchuPríliš nízky tlak v pneumatikách má pri jazde

za následok ich prehrievanie a nebezpečenstvo poškodenia. Okrem toho pri dlhšej jazde s pod-hustenými pneumatikami treba počítať so stratou jazdnej stability, s väčším opotrebením a so zvý-šenou spotrebou pohonných hmôt. Doporučuje sa preto min. raz za 14 dní kontrolovať tlak v stu-dených pneumatikách (teda nie bezprostredne po jazde), pretože teplotný rozdiel sa prejaví zmenou tlaku 10 kPa (0.1 bar) / 10 ˚C. Nezabudnúť ani na rezervné koleso. Skontrolovať aj krytky ventilov, v prípade chýbajúcej krytky túto nahradiť novou.

Hĺbka pro� lu dezénuJe dokázané, že už pri hĺbke dezénu 4 mm naj-

mä pri širokých pneumatikách významne klesá priľnavosť. Obzvlášť na mokrej ceste nestačia od-vádzať vodu, strácajú kontakt s vozovkou, vozidlo sa stáva neovládateľným, nedá sa účinne brzdiť. Je preto zmysluplné nečakať až na zákonne povolené opotrebenie na hĺbku dezénu min. 1,6 mm, ale výmenu za nové pneumatiky urobiť už pri hĺbke 2 až 2,5 mm a pri zimnej verzii dokonca už pri 4 mm.

Zimné pneumatikyChvalabohu časy, keď sa celoročne jazdilo na jed-

ných pneumatikách sú preč. V mnohých európskych štátoch je používanie zimných pneumatík ošetrené zákonom (aj keď niekde šalamúnskym). Odporúča sa zvýšiť tlak zimných pneumatík o cca 0,2 bar oproti bežným hodnotám. Dbať na dodržanie povolenej

rýchlosti pre konkrétnu pneumatiku (povolená hod-nota je vždy uvedená priamo na plášti). V prípade, ak je táto hodnota nižšia ako je najvyššia rýchlosť vozidla, nalepiť si na čelné sklo patričnú nálepku, ktorá by túto skutočnosť vodičovi vždy pripomínala a znamenala by zdvihnutý prst.

Typy pneumatíkPri použití rôznych typov pneumatík na aute

sa zhoršujú jazdné vlastností vozidla. Kombinácia radiálne/diagonálne pneumatiky je dokonca zaká-zaná. Preto používať na všetkých kolesách (mini-málne na jednej náprave) pneumatiky rovnakého typu. Týka sa to aj rezervného kolesa. Pneumatiky s menším opotrebením nasadiť podľa možnosti na hnaciu nápravu. Nové pneumatiky vždy vybaviť aj novými ventilmi.

Starnutie pneumatíkPneumatiky starnú aj keď sa na nich nejazdí! Je

to dané vlastnosťami gumovej zmesi, z ktorej sú vyrobené a procesu starnutia sa nedá zabrániť. Preto sa nemajú používať pneumatiky staršie ako 8 rokov, ináč je ohrozená bezpečnosť jazdy.

Parkovanie na obrubníkochPrudké narážanie na obrubníky a ich obtieranie

je nebezpečné, pretože môže dôjsť k poškodeniu pneumatík, ktoré sa prejaví až neskôr. V prípade nutnosti preto nábeh na obrubník treba robiť iba pomaly a podľa možnosti vždy kolmo. V žiadnom prípade nestáť na obrubníku iba čiastočnou do-tykovou plochou pneumatiky.

Skladovanie pneumatíkGuma starne intenzívnejšie vplyvom tepla,

vlhkosti, účinkom slnečného žiarenia a pôsobe-ním rôznych agresívnych zložiek obklopujúceho prostredia. Preto treba pneumatiky skladovať v suchých, chladných, podľa možností tmavých priestoroch. Zabrániť kontaktu s benzínom, olejom alebo vazelínou. Z hľadiska polohy skladovania platia nasledovné zásady:

1. Pneumatiky s diskami skladovať buď na le-žato, alebo ich zavesiť za disk. Nikdy nie na stojato, pretože dlhé státie vedie k ich defor-mácii a nadväznej strate vyváženosti.

2. Pneumatiky bez diskov neskladovať na ležato, ani ich nevešať, ale uložiť na stojato a cca každých 6 týždňov po jednej pootočiť.

Označovanie pneumatíkKaždá pneumatika musí byť povinne označená

znakmi charakterizujúcimi výrobcu, typ, veľkosť, povolenú rýchlosť, zaťaženie, smer rotácie a i. Význam najdôležitejších znakov uvádza nasle-dovná tabuľka.

Rýchlostné symboly pre pneumatikyECE = Economic Com-

mission for Eu-rope(UNO – Institu-tion Ženeva)

Záverečné slovoPneumatiky sú z hľadiska bezpečnosti a jazd-

ných vlastností vozidla jedným z najdôležitejších konštrukčných prvkov, preto im treba venovať pri-meranú pozornosť. Mať drahé auto s nevhodný-mi pneumatikami je to isté ako producírovať sa v honosnom obleku v ošúchaných topánkach. Rozdiel však predsa len existuje. Pri pneumatikách ide o bezpečnosť, v druhom prípade iba o imidž.

-red-

35


Č. Parameter Význam

1 Matador Výrobca (uvádza sa aj označenie výrobku)

2 205/55 R 15

Rozmerový údaj:205 – šírka disku v mm 55 – pomer výška/šírka R – radiálna pneumatika 15 – priemer disku v palcoch

3 87 V 87 – únosnosť (load index) V – rýchlostný symbol (viď ďalej obrázok)

4 Tubuless Bezdušové vyhotovenie

Senzory pro zjišťování kontaminace hydraulického a mazacího médiaNení tajemstvím, že pro funkčnost a spolehlivost hydraulických, mazacích a obecně všech � uidních systémů je alfou a omegou čistota média. Tento zdánlivě jasný po-jem má ovšem mnoho výkladů a zjišťování a popis čistoty médií v technické praxi je momentálně činnost velmi rozporuplná jak z hlediska praxe, tak legislativy.

Předpisy pro čistotu kapalin, které jsou doposud zažité v hyd-raulické branži, přestaly úplně vyhovovat s nástupem nové ge-nerace � uidních systémů, jako je hydraulika pro velmi vysoké tlaky a zejména palivové systémy moderních spalovacích motorů a na druhé straně neodpovídají ani požadavkům popisu nečis-tot pro mazací systémy, např. pro převodovky generátorů. Zjedno-dušeně lze říci, že co je pro jedny aplikace příliš hrubé, je pro jiné aplikace příliš jemné a prosté

zjištění čistoty dle za-běhaných norem už prostě nestačí. Také když se někdo dopus-tí v odborné diskuzi toho, že se nevhodně odvolá, např. na třídu čistoty dle NAS 1638, je automaticky zařa-zen do pravěku někde mezi dinosaury a � op-py disk.

Jako příklad lze uvést 2 pří-stupy k zjišťování kontaminace média, přičemž společným vý-chodiskem obou níže popsaných metod je automatizované měře-ní kontaminace pomocí senzorů.

Kontaminační senzory Dnes běžný přístup, vycházejí-

cí z klasických hydraulických apli-

kací, používá pro měření kontaminačních senzorů, které fungují na bázi tzv. světelné závory. Princip se dá při velkém zjednodušení popsat následují-cím způsobem: Médium protéká měřící komůrkou, která je prozařována zdrojem monochromatického záření. Na opačné straně komůrky se nachází vy-hodnocovací jednotka. Při průchodu nečistoty přes měřící místo dochází k přerušení paprsku. Podle doby přerušení generuje elektronická jednotka určitý puls. Podle doby a četnosti pulsů se usuzuje na počet a velikost nečistot. Výsledkem měření je informace o třídě čistoty kapaliny, nejčastěji dle běžně užívaných norem NAS 1638, ISO 4406, SAE AS 4059 atd. Nejpřesnější přístroje, které používají jako zdroje monochromatického záření laser, jsou také schopny vyhodnocení absolutního počtu ne-čistot, a to buď pro jednotlivé velikosti nečistot, nebo kumulativně. Přístroje bývají kalibrovány pro rozsahy nečistot např. dle ISO 25/23/21.

Klasické použití takovýchto přístrojů je zjišťování třídy čistoty hydraulických olejů, a to jak trvalé – on-line, kdy je přístroj permanentně zapojen na zařízení, a nebo temporární, např. při servisních činnostech. anebo pro laboratorní použití.

Kontaminační senzory, které jsou určeny pro trvalé zabudování do hydraulického obvodu, mají mnoho variant, lišících se dle použitého média, dle vybavení, požadované přesnosti atd.

Jedno z běžně používaných provedení ukazuje obr. 1. Senzor je možno díky vysoké tlakové odol-nosti připojit přímo do tlakové větve a údaj o čistotě kapaliny ve formě třídy čistoty je možno získat přes analogový proudový či napěťový výstup a nebo přes rozhraní RS 485, pro signalizaci mezních stavů jsou senzory vybaveny binárními výstupy. Průtok přes senzor je od 30 do 300 cm3/min, provozní tlaky do 300 bar a rozsah viskozit média do 1 000 cSt.

Obr. 1

36


37

Kontaminační senzory se využívají zejména v hyd-raulických obvodech se servo a proporcionálními ventily, v testovacích a zkušebních obvodech a tam, kde možný výpadek hydraulického systému z titulu nečistot může zapříčinit velké hospodářské ztráty.

Častá je kombinace kontaminačních senzorů se senzory pro měření relativní vlhkosti oleje a teploty. Díky přesnosti, rychlosti, jednoduchosti vyhodno-cení a mobilitě pak nalézají tyto přístroje široké pole použití zejména v servisní diagnostice olejů, a to jak v průmyslu, tak v oblasti mobilních strojů.

Metallic Contamination SensorVýše uvedené kontaminační senzory se dají vyu-

žít také v mazacích systémech, nicméně díky spek-tru zjišťovaných částic se dá říci, že jsou – zejména pro olejové systémy převodovek - příliš jemné. Přitom je porucha velké převodovky z titulu nečis-tot závada nikoli neznámá a výpadek na produkci může dosahovat astronomických částek. Je proto snaha mít pod kontrolou i znečištění převodových olejů a dostat varování, že je počet nečistot kritický dříve, než dojde k selhání.

Pro řešení tohoto úkolu byly vyvinuty tzv. sen-zory kovového znečištění (Metallic Contamination Sensor, dále jen MCS).

MCS vychází z � lozo� e, že kritické nečistoty pro určité mazací systémy jsou kovové nečistoty, tvořící příčinu anebo produkt mechanického poškození hlavních dílů (ozubená kola, ložiska). Jde tedy o par-tikly velikosti stovek mikronů, přičemž by měla být kontrolována hlavní (plnoprůtočná) větev systému. Důležitý je počet částic a jejich trendování, případné zvyšování počtu sledovaných částic signalizuje po-ruchu a je nutno přikročit k nápravným opatřením.

MCS slouží pro zjišťování metalických pevných částic v mazacím oleji. Částice se zjišťují pomocí induktivního měřícího principu na základě změny indukčnosti při průchodu systémem cívek. Jsou vyhodnocovány pouze kovové (feromagnetické a neferomagnetické) částice velikosti 200 mikronů a výše.

Princip funkce je následující: Při průchodu kovové nečistoty přes soustavu cívek (viz obr. 2) dojde k postupné změně indukčnosti cívek a tím i vý-stupního signálu, který připomíná sinusoidu. Vzhle-dem k odlišnému tvaru signálu pro feromagnetické a neferomagnetické částice jde částečně vyhod-notit také materiál nečistot. Vzduchové bubliny


Hydac spol. s. r. o. je � exibilní, dynamicky se rozvíjející společnost poskytující svým obchodním partnerům profesionální servis v oblastech dodávek � uidních prvků, projekce, konstrukce, výroby a montáže hydraulických, mazacích, � ltračních a chladících agregátů, jejich uvádění do provozu, záruční a pozáruční servis téměř ve všech zemích na světě. Tuto přednost ocení hlavně exportně založené � rmy. Důraz klademe na servisní zázemí. Ser-visní pracovníci jsou schopni se svými plně vybavenými vozy řešit náročné úkoly � uidní techniky kdekoliv v České republice do 24 hodin. Profesionalita, kvalita a maximální přizpůsobení se požadavkům zákazníka jsou základními pravidly v našem podnikání.

• Prodej prvků a systémů � uidní techniky• Projekce, konstrukce, výroba a montáž hydraulic-

kých, mazacích, � ltračních a chladících agregátů včetně jejich instalace a uvádění do provozu u zá-kazníka.

• Hydraulický servis, měření hydraulických veličin, opravy a rekonstrukce hydraulických a mazacích agregátů, potrubní rozvody.

• Servis hydraulických kapalin, � ltrace olejů, emulzí, HFC kapalin, měření tříd znečištění dle norem ISO a NAS přímo na zařízeních nebo v pojízdné laboratoři u zákazníka , měření obsahu vody v minerálních olejích a její odstraňování pomocí nejmodernějších technologií

Adresa: HYDAC spol. s r.o.Kanadská 794 391 11 Planá nad Lužnicí ( CZ )Tel. 00420 381201711Fax 00420 [email protected]

38


The Contamination Sensor is designed for continuous use in hydraulics, test stands/rigs, lubrication systems and critical hydraulic systems in which dynamic trending of solid contaminants is required.

The MetallicContamination Sensor MCS detects metallic solid particle contamination in lubrica-tion � uid. The particles are determined according to the inductive measurement process, in which a coil system is the key element of the sensor. Metallic particles (ferromagnetic and non-ferromagnetic) in the > 200 µm size range are detected.

The MCS continuously monitors the status of the system and gives information on imminent dam-age. This makes the sensor a reliable instrument for status-oriented maintenance.

Applications: Gear units especially in wind power plants Bene� ts: Early detection of imminent gear unit damage and prevention of expensive plant downtime

English Abstract

a případné příměsi jiných médií nejsou vyhodnoceny jako nečistota. Senzorika vyhodnocuje feromagne-tické částice velikosti 200 mikronů a neferomagne-tické kovové částice veli-kosti 400 mikronů, senzor vyhodnocuje, v závislosti na pulzní frekvenci až 100 částic za 1 s.

Senzor samotný je při-způsoben předpokláda-nému použití. Cívky jsou integrovány v masivním

hliníkovém tělese, které se dá přímo namontovat do výtlaku čerpadla, mezi čerpadlo a � ltr.Toto uspo-řádání zabezpečuje nezkreslené informace o počtu nečistot v kapalině. Tlaková odolnost MCS je 20 bar a rozsah průtoku 10 – 200 l/min. Rozsah teplot od -40 do + 80 °C, relativní necitlivost k viskozitě a vysoká odolnost proti vibracím předurčují MCS k použití do mazacích okruhů převodovek pro včasnou de-tekci poškození a minimalizaci odstávek. Po stránce elektrické má senzor 2 kon� gurovatelné spínací výstupy, rozhraní RS 485 a speciální rozhraní HSI.

Vhodnost použití MCS je možno ilustrovat na ná-sledujícím příkladě (viz obr. 3): Senzor MCS byl nasazen na větrné elektrárně na výtlaku čerpadla mazacího oleje a byly sledovány počty částic fero-magnetických (modrá křivka) a neferomagnetických (� alová křivka). Zelená křivka znázorňuje výstupní

výkon větrné elektrárny. Je vidět, že od počátku byl počet částic relativně nízký a postupně se za-čal zvětšovat, je vidět i skokový nárůst částic (tzn. opotřebení) při zvýšeném výkonu větrné turbíny. Počet částic postupně narůstal a zůstal vysoký i při nízkém výkonu turbíny. Vzhledem k tomu že nebyl proveden servisní zásah, došlo k destrukci převodovky. Jak vyplývá z grafu, byl první skokový nárůst opotřebení detekován 10 týdnů a druhý 4 týdny před destrukcí převodovky.

Závěrem lze konstatovat, že systémy pro sledová-ní a zjišťování čistoty média se budou stále častěji používat tam, kde se nelze bez de� nované čistoty již obejít. Pomocí senzoriky se budou profesionálně sledovat pracovní procesy strojů a zařízení a tyto se budou vyhodnocovat, zaznamenávat, řídit a op-timalizovat. Cíl je absolutní minimalizace poruch při provozu, snížení nákladů na výpadky ve výrobě a v konečném důsledku snaha o udržení zákazníka v ostrém konkurenčním boji.

Zpracoval: Zbyněk KaniaHYDAC, spol. s r.o.

Obr. 2

Obr. 2

Intelligence in Rheometry: the Physica MCR Series

The Physica MCR series are modular rheometers based on technical concepts at the cutting edge of technology. The MCR 101/MCR 301/MCR 501 rheometers incorporate modern design with a compact, low-compliance frame.

All models provide a wide selection of measurement geometries, interchangeable environmental systems and special accessories. The instruments are ideal process simulation and material characterization tools (molar mass distribution, branching, fi llers, measurement of solids).

The available measuring systems include standard PP/CP procedures, solid torsion bar fi xtures (SRF), fi lm and fi ber fi xtures (FFF) and a unique Extensional Rheology System (SER).

Applications:

4 Flow and viscosity curves4 Time-temperature superposition4 Cross over point Gx4 Molar mass calculation4 Dynamic mechanical thermal analysis in

torsion (DMTA)4 Transient test types (creep-, stress

relaxation-, stress growth tests)

For more information on the Physica MCR rheometer series, visit www.anton-paar.com.

MCR_210x297.indd 1 19.09.2007 11:11:51 Uhr

Aplikace vodou-mísitelných řezných kapalin v oblastech s vysokým nárokem na mazivostní charakteristiku

S rychlým vývojem technologií a optimalizací výrobních procesů stále vzrůstají požadavky na špičkové výkony v oblasti obrábění. Zvyšují se nároky na řezné parametry a rychlosti při obrábění stále kvalitnějších materiálů. Tyto výkony, které mají významný vliv na efektivitu a ekonomiku výrobního toku se vztahují nejen na obráběcí stroje nejmodernějších tech-nologií, ale stejně tak i na použité technologické kapaliny. Na ty jsou kladeny stále vyšší nároky vzhledem k často velmi agresivním výrobním podmínkám. Příspěvek se zabývá aplikací vodoumísitelných řezných kapalin s vysokými nároky na mazivostní charakteristiku, tvorbu pevnostních mazacích � lmů, s vysokými požadavky na ochranu řezných nástrojů.

Obr. 1 Microtap Lubrication Test (měření kroutícího momentu během závitování)

Náročné podmínky vyžadují-cí aplikace vysocevýkonných řezných kapalin

V moderním leteckém průmys-lu a dalších příbuzných odvětvích používáme stále kvalitnější mate-riály. Cílem kovoobrábění je výro-ba obrobků dle požadovaných speci� k s kvalitně obrobeným povrchem a stálostí rozměrů ob-robku. Během obrábění materiá-lu dochází v místě řezu k vývinu tepla, které je způsobeno vlivem tření a plastické deformace ma-teriálu obrobku. Vznikající teplo dosahuje v případech obrábění houževnatých a exotických ma-teriálů extrémních teplot, které mají významný vliv na životnost nástroje a výslednou kvalitu obro-beného povrchu. Je tedy žádoucí vznikající teplo z místa řezu odvá-dět. Vznik tepla a jeho kumulaci snižujeme chlazením vhodným médiem a omezením samotné-ho vzniku tepla zajistíme mazací

schopností média. Při obrábění těžkoobrobitelných materiálů jako jsou například slitiny Niklu (Nimonic, Inconel) a Titanu je zapotřebí zajistit zvláště výkoné mazání z důvodu ochrany a životnosti řezného nástro-je, ale i možnosti dosažení požadovaných kvalitativ-ních parametrů povrchu. Mezi nejnáročnější operace, kde je kladen zvlášťní důraz na výstavbu pevnostních mazacích � lmů s vysokou únosností patří zejména: obtížné vysokorychlostní frézování, vnitřní závitování, protahování, hluboké vrtání a operace vystružování.

Výběr optimálního produktu včetně testovací procedury

Před vlastním výběrem produktu, vodoumísitelné řezné kapaliny, je zapotřebí znát detaily obráběcí ope-race, použitých řezných nástrojů, řezných podmínek a samozřejmě i kvalitu vstupní vody, která bude po-užita na vlastní přípravu řezné kapaliny. Všechny tyto parametry významně ovlivňují výběr produktu v zá-vislosti na znalosti použité formulace a probíhajícího chemismu. Dnešní emulzní kapaliny obsahující kolem 20 surovin (komponent) jsou toho typickým příkladem.

Klíčovým parametrem při výběru vodoumísitel-ných řezných kapalin není jen otázka obsahu ole-jového podílu, ale zejména pak použitá aditivace a kombinace vysokotlakých aditiv s emulgačním paketem. Spektrum aditiv je velmi široké a pracuje v různých teplotních oblastech. Jinými slovy je vždy nutné dosáhnout tzv. aktivační teplotu aditiv, kdy dochází k jejich chemické aktivaci na povrch nástroje. Bez dosažení této mezní teploty, nejsou aditiva aktivní a nedochází tedy k jejich fyzikálněchemické adsorpci. Mazivostní úlohu pak v tomto případě vykonává zejméně olejový podíl emulze, emulgátory, sekun-dární produkty stárnutí a probíhajícího chemismu

40


– zvláště pak mýdla (soap formation). Pro náročné operace obrábění těžkoobrobitelných materiálů při nichž se vyskytují velké řezné síly (tlaky) je zapotřebí zajistit dostatečnou pevnost mazacího � lmu a zajistit optimální mazivostní charakteristiku. Tu dosáhneme zpravidla výstavbou speciálních únosných � lmů. No-vogenerační aditiva v kombinaci struktur vhodného esteru, síry a fosforu dokážou pracovat až v teplotním pásmu od 800 °C až 1 200 °C. Před vlastní volbou produktu je tedy zvláště důležitým parametrem znalost pracovní teploty v místě řezu. Pro praktické účely používají specializované � rmy zabývající se vývojem a prodejem technologických kapalin řadu testů na měření mazivostní charakteristiky produktů. Mezi nejznámější testovací metodiky patří zátěžový test Microtap (měření kroutícího momentu během operace řezání závitů), Reicher test (měření únosnosti mazacího � lmu), ale i řada specializovanějších testů jako např. G-Ration ( výkonnost kapaliny při broušení).

Moderní obráběcí stroje používají při mnoha apli-kacích vysoký tlak přívodu chladicí kapaliny. Tento tlak se pohybuje až do oblasti několika 100 barů. Nejtypičtější aplikace jsou pak kolem tlaku 60 barů a chlazení vnitřkem nástroje (Internal Spindle Coo-ling). Pro dobrý přenosy tepla a zajištění dostatečné-ho odvodu tepla z místa řezu je zapotřebí přivádět kapalinu pokud možno v co nejméně zpěněném stavu. Pěnivost řezné kapaliny totiž významně ovliv-ňuje celkovou výkonnost náplně. Tvorba stabilní pěny v turbulentním toku kapaliny způsobuje problémy z hlediska následujících faktorů: vzniklá pěna (roz-ptýlené vzduchové bubliny) má rozdílný koe� cient přestupu tepla vůči homogennímu toku kapalné fáze. Napěněná kapalina poté neodvádí teplo z místa řezu (nástroj x obrobek) v požadované míře. Následkem je nedostatek chladicí schopnosti technologické kapaliny a dále ztráta mazacích schopností dána

pevností mazacího � lmu. Toto se v praxi projevu-je zvýšenou spotřebou nástrojů a problematikou procesu jenž je zapotřebí řešit. Náplň je poté nutné aditivovat speciálními protipěnivostními přípravky. Ty jsou jednak velmi drahé a dále znevažují vlastní chemismus koncepce vodoumisitelné náplně, což může vést k tvorbě úsad, povlaků a dále pak blokaci � ltračních zařízení jednotlivých strojů. Tento fakt ve � nále technicky zatěžuje vedení olejového hospodář-ství chladicích kapalin a celkový proces prodražuje (nástroje, aditiva, technická problematika).

V případě správné volby produktu pro danou apli-kaci lze dosáhnout mnohdy značných úspor. Celkové náklady spojené s pořízením řezných nástrojů jsou totiž podstatně vyšší než náklady spojené s procesní kapalinou : 8-10ti násobně. Velmi důležité je tedy nalézt vhodný koncentrační pro� l technologické kapaliny pro danou operaci, která zajistí při de� no-vaných řezných podmínkách nejdelší životnost ná-stroje. Mnohdy se může stát, že průběžné zvyšování koncentrace kapaliny již nepřináší adekvátní navýšení mazivosti. Příkladem jsou níže uvedené výsledky testování některých typů novogeneračních kapalin ( 9 – 11 % koncentrace – stejný výkon).

Text: Ing. Lukáš Bělín

Nowadays huge development in the process of metal removal segment and high performance machining operations are still more visible. Severe requirments for machine tools output - cutting speeds, machine set-up, machined material quality and production numbers – time, e� ciency by all these facts metal working � uid manufacturers are pushed to develop high quality products. In order to full� l many times di� ucult machining conditions we need to apply special high performance pro-cess � uids. These products should be selectively chosen based on good knowledge of process feed and related product formula. This article is focus on usage of watermiscible process � uid disposing by strong lubrication properties in case of machining exotic materials and Heavy-Duty operation.

Obr. 2 Měření mazivostní charakteristiky řezné kapa-liny dané počtem vyrobených kusů na jeden nástroj (výstružník) s aplikací různých typů aditivace v různém koncentračním pro� lu

English Abstract

41


Modifikace a regulace tření kola a kolejnice

Všechny železnice mají v určitém rozsahu stejné problémy s hlučností a opotřebe-ním kol a kolejnic. Dnes je řešení kteréhokoliv z těchto problémů nutno vyžadovat nejen v zájmu efektivity, ale také z dalších hledisek, jako je energetický výkon, vliv na okolní prostředí nebo na pracovní podmínky.

montované na trati nebo na stroji, které zmírňuji opotřebení a omezují spotřebu paliva, po řadu let.

I když tradiční metody a materiály byly přijatelné v minulosti, současná doba vyžaduje snížení nákladů na údržbu a současně stále se zvyšující výkonové nároky, což si vyžádalo vývoj dokonalejších výrobků a údržbových postupů.

Nová generace modi� kátorů tření je nutná k tomu, aby se vyhovělo náročnějším požadavkům na provoz – nejen zvýšit nebo snížit tření podle potřeby, ale udr-žovat je trvale na optimálních hladinách. V zásadě lze modi� kátory tření rozdělit do tří základních kategorií.

1) Modi� kátory (maziva) s nízkým koe� cientem tření (LCF) s koe� cientem tření 0,06, které se používají k omezení tření mezi okolkem kola a rozchodem kolejnic.

2) Modi� kátory s vysokým pozitivním třením (HPF) s koe� cientem tření 0,17 – 0,35 se používají pro mazání jízdní plochy kola a horní plochy kolej-nice a mají bránit růstu vlnovitých deformací, omezovat houpání nebo zamezovat skřípání.

Tradiční maziva na bázi oleje, nanášené z trati nebo z lokomotivy dovedou účinně snížit tření. Laboratorní zkoušky a provozní zkušenosti prokázaly, že bez rozdílu, jakým způsobem se aplikují na okolek kola nebo na kolejnici, mohou migrovat a kontamino-vat jízdní plochu, funkční povrch kolejnice se všemi důsledky. Nadměrné mazání také působí značně na vyšší nebezpečí praskání povrchu, zvyšuje únavu materiálu kolejnic a kol.

Střední koe� cient tření (0,2 až 0,4) je nutný mezi jízdní plochou a kola kolejnice, aby zajistil přilnavost a brzdnou schopnost lokomotivy.

Vzhledem k nízkým nákladům zůstává hlavním materiálem k omezení tření písek. I když dokáže zlepšit přilnavost pod lokomotivou, jeho účinek je omezen na 0,4 za nejpříznivějších podmínek. Je také

42

Produkty � rmy Kelsan Technolo-gies Corp. na bázi polymerů (maziva a modi� kátory tře-ní) dávají odpověď, jak tyto problémy snadno a úspěš-ně řešit. Možnost regulovat tření ve styku kola a ko-lejnice je v jedním z nejnaléhavějších

úkolů a zároveň jedním z nejmoc-nějších nástrojů

železniční technice.Nesprávné tření mezi

kolem a kolejnicí je příčinou provozních a ekonomických ne-dostatků a tím i vysokých nákladů na údržbu a výměnu. Příliš velké tření mezi okolkem kola a kolejnicí může mít za následek zvýšenou spotřebu paliva, nadměrné opo-třebení kola a kolejnice a v někte-rých případech může být příčinou vykolejení. Příliš malé tření pak může vést k nedostatečné přilna-vosti, deformaci kola a opalu ko-lejnice i k nepřijatelným brzdným vzdálenostem.

Terminologie může být nová, ale regulace tření a používání mo-di� kátoru tření není žádnou no-vinkou. Na železnicích se používají k omezení tření mazací systémy


příčinou výrazného znečišťování pražců a loživa a má negativní charakteristiky tření, což má za následek skřípání kol a tvoření vlnitých deformací. Ze širšího ekonomického hlediska pak je zde prostor pro sice dražší, ale účinnější regulaci tření.

Největší vliv zde má složení „třetího tělesa“, tedy mezivrstvy, která zpravidla sestává ze zbytků maziv, otěrů z kol, kolejnic a brzdových špalků, kontaminantů z okolí, jako je uhelný prach, zrnité kaše, struska, kře-mičitý písek a prach, a také z vody. Protože tyto složky jsou přítomny v různých objemech, může složení me-zivrstvy značně kolísat v různých místech a v různou dobu. Jedinou možností, jak kontrolovat tento styk, je zajistit látku, která má známou a vhodnou hodnotu tření – modi� kátor tření – která by byla schopna eli-minovat vliv všech jiných zdrojů. Potřebné množství závisí na tloušťce vrstvy vytvořené každým třecím produktem. Zpravidla tradiční maziva s koe� cientem 0,2 nebo nižším tvoří tenkou vrstvu (méně než 0,25 mikronů), zatímco prostředky s koe� cientem 0,4 nebo vyšším tvoří silnější vrstvy (5 –25 mikronů).

Jsou jen velmi malé pochybnosti o tom, že ve velmi blízké budoucnosti nastane vzestup vysoce výkon-ných lokomotivních jednotek s vysokou adhezí, které budou vyžadovat koe� cient tření v rozsahu od 0,4 do 0,6, aby byla zajištěna jejich účinnost. Zatímco vysoký koe� cient tření je výhodný pro lokomotivy se samočinným řízením zatímco konvenční fungují nejlépe s třením kolem 0,3. Vyšší tření (0,4 až 0,6) vede k tomu, že přední soukolí u konvenčních lokomotiv vyvolává (15 –20 tun) síly, které se přenášejí na trať.

Regulace těchto třením vznikajících sil a vzájemné-ho vlivu kola a kolejnice bude možná nejlépe pomocí systémového přístupu. Tento přístup by měl obsa-hovat použití samořiditelných vozů, které vyvozují menší prokluz a stranové síly. I když jsou výrazným zlepšením oproti konvenčním lokomotivám, samy o sobě nemohou eliminovat stykovou únavu, opo-třebení a vysoké podélné a svislé síly. Tření ve styku

mezi kolem a kolejnicí je také nutno kontrolovat, mají-li být využity plně výhody systému.

Železnice musejí být schopny dosahovat a re-gulovat přijatelné hladiny tření, aby byl udržován rozsah podmínek – od nízkého tření mezi okolkem kola a úhlem rozchodu kolejnice, k vysokému tření mezi jízdní plochou a povrchem pod lokomotivami, a to někdy či trvale.

Z předpokládaných aplikačních systémů se jeví jako nejvíce smysluplný vývoj systému pro modi� kátory tření montovaný na lokomotivách s počítačovým ří-zením. Není na závadu, že lokomotivy příští generace budou mít trakční motory, které budou měřit točivý moment přenášený na kola a tím určovat koe� cient tření. Tyto lokomotivy budou mít buď mechanické zařízení k uvolňování prostředků tření (někde mezi 0,4 až 0,6) před lokomotivou a modi� kátorů tření (kolem 0,3) těsně za ní, takže následující vagónová soukolí nebudou vyvíjet a přenášet velké síly a ko-lejnice a tím zvyšovat spotřebu paliva. Kompatibilní systém lze namontovat na podvozky vozového parku k uvolňování materiálu LCF na příruby kol za účelem snížení koe� cientu tření v obloucích.

Systém regulace tření umístěný na lokomotivě by mohl podstatně eliminovat nepříznivé podmín-ky z okolního prostředí a omezovat tření tam, kde je příliš vysoké (například z hodnoty 0,65) na 0,25 až 0,4 nebo zvyšovat tření tam, kde je příliš nízké (například z 0,1 na 0,2). Za ideálních okolností by mělo být tření regulováno využíváním čidel tření a rozvodu modi� kátorů tření tak, aby tření bylo trvale v optimálním rozsahu.

I když vývoj takovéhoto typu samoregulace tření bude vyžadovat určitou dobu a úsilí, jedno je jasné: Jako u všech aspektů styku mezi kolem a kolejnicí, nejúčinnější cestou regulace trakčních sil ve styku mezi kolem a kolejnicí je ošetření kol a kolejnic – a ma-teriálů, které mezi ně vnášíme – holistickou cestou.

Jan Sklenář

Article is about friction control solutions from company Kelsan Technologies Corp. Their solutions control friction at the wheel/rail interface in order to reduce costs and improve performance (used by transit and freight rail companies around the world - patented friction control solutions extend rail and wheel life, improve fuel e� ciency, reduce green house gas emissions, and also reduce noise, lateral forces, and short pitch corrugations.

English Abstract

43


SMART MONT – sofistikovaná montáž skrutkových spojov

Ako je známe, v bežnej strojárskej praxi prevláda nekontrolované uťahovanie skrutkových spojov ručne alebo pomocou nepresných momentových kľúčov. Na príčine nie je iba neochota investovať do kvalitného náradia, ale hlavne utkvelá predstava o dostatočnej kontrole uťahovania podľa citu. Obidva dôvody sú však irelevantné.

Obr. 1 Energetická bilancia uťahovania skrutkových spojov

Veľmi ľahko sa dá dokázať, že investícia do presného uťa-hovania sa rýchlo vráti, a že cit v ruke nie je žiadna technická kategória. Preto je dôležité uťa-hovať exaktne, na stanovenú úroveň montážneho predpätia, determinovaného pevnosťou skrutky a matice a predikciou zmeny predpätia počas pre-vádzky.

Jedným zo spôsobov regulo-vanej (nie chaotickej) montáže skrutkových spojov a udržania nemenného predpätia je aj pre-zentovaný systém SmartMont.

Uťahovanie skrutkových spo-jov

Vložený uťahovací moment MA, ktorým sa udelí skrutke potrebné montážne predpätie sa skladá z troch častí (obr. 1):

MA = MU + MZ + MH

Ako v yplý va zo Sankey diagramu na obr.1, iba časť

(MU) vloženého momentu (MA) sa užitočne využije na predpätie skrutky. Zvyšok (MZ a MH) sa spotrebuje na prekonanie trenia medzi závitmi a pod hlavou skrutky a matice a pre-mení na teplo.

V dôsledku trenia v závite je skrutka namá-haná aj na krut, čím vyvoláva torzné napätie τM. Výsledkom je dvojosý napäťový stav, po-zostávajúci z ťahového σM a torzného napätia τM. Z týchto dvoch napäťových zložiek sa dá sformulovať tzv. ekvivalentné napätie σekv:

44


σekv = √σ2M + 3τ2

M

ktoré je potom už priamo porovnateľné s me-dzou klzu materiálu Rp0,2 resp. Rel.

Podľa klasických názorov, reprezentovaných najmä odporúčaním VDI 2230, by sa mali skrut-kové spoje uťahovať maximálne na úroveň 0,9 Rp0,2 resp. Rel, t.j. s 10%-nou bezpečnostnou rezervou. Najnovšie poznatky predovšetkým z automobilového priemyslu (ŠKODA AUTO, VW), ale aj niektorých výrobcov skrutiek ako je napr. RIBE, však príliš túto zásadu neuznávajú a skôr preferujú uťahovanie až na medzu klzu, príp. ešte vyššie, využívajúc pritom uvoľnenie torzné-ho napätia a tým aj σekv po odbúraní vloženého uťahovacieho momentu. Pochopiteľne, takýto postup si vyžaduje určité predpoklady, ktoré je možné zhrnúť do nasledovných bodov:

- Skrutkové spoje nesmú byť počas pre-vádzky dlhodobo dodatočne namáhané veľkou axiálnou silou FA, ktorej zložka FSA (obr. 2) by mohla prípadne spôsobiť plastickú deformáciu skrutky

- Kvalitný momentový kľúč s uťahovacím faktorom αA = FM max / FM min ≤ 1,1

- Inšpekcia skrutkových spojov pri pra-videlných prehliadkach ako je to napr. u automobilov

Uvedené podmienky nie sú jednoduché a v bežnej strojárskej praxi vždy splniteľné, preto má význam hľadať aj pre menej vyspelú výro-bu ako je automobilový priemysel adekvátne metódy montáže. Jednou z takýchto metód je systém SMART MONT (ďalej len SM).

Samočinné uvoľňovanie Samostatným problémom skrutkových spojov je ich sklon k samočinnému uvoľňovaniu v dô-sledku zosadania materiálu na dotykových plo-chách a vplyvom vibrácií z interných a externých zdrojov a dynamickým účinkom prevádzkových síl. Napriek tvrdeniu, že správne dimenzované a správne utiahnuté, podložiek prosté skrutkové spoje nepotrebujú špeciálne istenie, v praxi sú takéto prípady zriedkavé. Platí pravidlo, že ne-istený skrutkový spoj predstavuje latentné nebezpečenstvo rozpadu konštrukcie. Preto dnes rad významných výrobcov spojovacieho materiálu (SCHNORR, VARGAL, NORD LOCK, HARD LOCK a i.) ponúka široký sortiment poistných prvkov s rôznou účinnosťou istenia.

Príspevkom k riešeniu tejto problematiky je aj prezentovaný systém montáže SMART MONT. Ako je uvedené v ďalšom texte, jeho výhodou je nielen účinné istenie, ale aj kvázi exaktná montáž, a to bez použitia náročných momentových kľúčov.

Princíp montáže SMART MONTPrezentovaný systém montáže skrutkových

spojov je založený na použití páru špeciálnych poistných podložiek z cementačnej ocele, mon-tovaných pod maticu (obr. 3).

Obr. 2 Zmena silových pomerov po pridaní axiálnej prevádzkovej sily FA

45


Obr. 3 Skrutkový spoj s podložkami SM

Podložky predstavujú dvojicu medzikru-ží, ktoré sú na dotykovej ploche opatrené jamkami resp. výstupkami (obr. 4) alebo va-riantne vlnovkami (obr. 5) a vonkajšie plochy sú ryhované. Medzikružia sa vzájomne doty-kajú vnútornými plochami, pričom výstupky a jamky alebo vlnovky majú rovnakú rozteč a hĺbku, resp. výšku k a vzájomne do seba zapadajú, čím plnia pri montáži funkciu bez-pečnostnej spojky. Výška k je dimenzovaná na určitú hodnotu montážneho predpätia FM. Po jeho prekročení sa medzikružia pootočia o uhol ϕ (obr. 5) a znovu zapadnú do stabilnej polohy, pričom sa skrutka krátkodobo predĺži o celkovú hodnotu:

f = k + s = 1/x πD tg γ

kde značí:s – predĺženie skrutky pri utiahnutí montáž-

nou silou FM

γ – uhol stúpaniax – počet vlnoviekD – priemer závitu

Podmienkou pre správnu funkciu SM je, aby moment na prekonanie trenia na vonkajších dosadacích plochách MT bol väčší ako moment na prekonanie odporu bezpečnostnej spojky (podložky SM) MS, čiže MT > MS. Táto podmienka je splnená vhodným ryhovaním resp. rebrovaním vonkajších plôch SM.

Obr. 5 Detail podložky SM s vlnovkami

Obr. 4 Podložky SM s výstupkami a jamkami Obr. 6 Postup montáže SM

Vlastná montáž prebieha v troch etapách (obr. 6):

1. Utiahnutie na montážnu silu predpä-tia FM

2. Pootočenie do polohy 2, čím sa krát-kodobo zvýši predpätie skrutky na úroveň FV

3. Zapadnutie výstupkov do susedných jamiek a uvedenie sústavy takmer do pôvodnej montážnej polohy FM

46


SMART MONT – So� stic Assembly of Bolted Fasteners

As known, an uncontrolled tightening of bolted fasteners with hand or with not precision torque wrench is mostly used in common mechanical engineering practice. The reason is not only unwillingness to invest in quality tools, but mainly fixed idea, that it is sufficient to control tightening according to the sense. Both reasons are irrelevent. It is easy to prove, that to invest in exactly tightening is effective and the sense in the hand can not be considered a technical cathegory. That is why it is important to tighten exactly to the set level of assembly preload determined by the strength of screw and the nut and to the prediction about the change of preload during operation.

One of the methods of controllable, not chaotic installation of bolted fasteners and of the preservation of preload at the same level is the promoted system SmartMont.

English Abstract

Prechod z polohy 1 do polohy 3 prebieha cez medzipolohu 2, kedy vlnovky vzájomne do seba nezapadajú, čo je doprevádzané krátkodobým natiahnutím skrutky o hodnotu k a montážnym spevnením za studena (obr. 7). V polohe 3 sa sústa-va vráti do stabilizovaného prevádzkového stavu takmer na úroveň FM a zároveň sa tým vytvorí rezer-va predpätia pre prípad dodatočného prevádzkové-ho namáhania skrutkového spoja axiálnou ťahovou silou FA (obr. 2), čím sa učiní zadosť aj odporúčaniu VDI 2230 o uťahovaní pod medzu klzu. Prešmyknu-tie z polohy 1 a opätovné zapadnutie do polohy 3

je signalizované badateľným trhnutím kľúča, takže montáž sa môže ukončiť kvázi kontrolovane.

Výhody montáže skrutkových spojov systé-mom SmartMont

Svojou schopnosťou istiť skrutkové spoje, využiť spevnenie za studena a zabezpečiť kontrolovanú montáž, sú podložky SM vysokoso� stikovaným polyfunkčným spojovacím prvkom. Okrem toho, že plnia funkciu klasických podložiek, poskytujú následovné hlavné výhody:

1. Spoľahlivé istenie 2. Kvázi exaktná montáž bez použitia mo-

mentových kľúčov3. U ocelí s výraznou medzou klzu možnosť

využitia efektu montažného spevnenia za studena a tým možnosť náhrady zušľach-tených ocelí oceľou v žíhanom stave

4. Rezerva predpätia skrutky 5. Úspora drahých momentových kľúčov6. Lepšie využitie pevnosti ocele

Poistné podložky SM a samotný systém mon-táže SmartMont majú využitie u konštrukčných uzlov, vystavených v prevádzkových podmien-kach účinkom dynamického namáhania a vibrácií a všade tam, kde je aktuálna náhrada nepresného ručného uťahovania kontrolovaným postupom.

Ing. Jozef Dominik, CScFerodom, s. r. o. Žilina

www.ferodom.sk

Obr. 7 Diagram z ťahovej skúšky (schématicky)

47


Vplyv tribologických faktorovna efektivitu obrábania

Príspevok poukazuje na význam skúmania tribologických faktorov na obrábanie najmä pre vyššie rezné rýchlostné parametre rezania. Tribologické vplyvy nabera-jú na význame pri aplikácii procesných médií v procese obrábania so zreteľom na obrábacie metódy HSC.

Tribologická analýza proce-su obrábania

V procese obrábania, ana-logicky ako pri trení a opotre-bení, prebiehajú elementárne procesy fenomenologického charakteru. Pri ich určovaní a de� novaní závislostí vychá-dzame z už de� novaných tre-cích stavov alebo vo všeobec-nosti z agregátových stavov namáhaného objemu materiá-lovej oblasti, čiže z opotrebenia tuhých telies, kvapalinového, plynového a plazmatického opotrebenia. V súčasnosti sa pojem opotrebenie obme-dzuje predovšetkým na tuhé telesá. Pri analýze opotrebenia a trenia tuhých telies treba vy-chádzať z redukovaného tribo-logického systému, ktorý má základné trecie teleso, druhé trecie teleso a okolie.

Na dosiahnutie reálnych vý-sledkov treba s veľkou pres-nosťou kvantifikovať vstupné veličiny, vybrať vhodný model a diferencovať hĺbku vyšet-rovania, ktorú môže určovať makroskopický a mikroskopic-ký prístup. Použitím vzťahov, ktoré jednoducho vyjadrujú všeobecné závislosti trenia a opotrebenia a pri neseri-

óznom alebo povrchnom odhade vstupných veličín s reálnym faktom, že neberieme do úvahy chemické procesy spôsobené procesným médiom, sa môžu výsledky výpočtov líšiť od skutočnosti až o niekoľko rádov. Analýza do-terajších skúseností zo skúmania obrábania, ako jednej z technologických metód výrobné-ho procesu potvrdzuje skutočnosť, že faktor chemických účinkov na zníženie trenia nie je zanedbateľný.

Faktory vplývajúce na proces trenia a opotre-benia pri obrábaní je možné rozdeliť do troch skupín:

Vstupné faktory – trecie telesá so základnými vlastnosťami (obrábaný materiál, rezný nástroj resp. použitý povlak rezného nástroja), medzi-látka (procesné médium a spôsob aplikácie), zaťažovací komplex (parametre rezania – ap, fc, vc, stav opotrebenia nástroja BN a parametre prostredia – to, po).

Vnútorné faktory – zmena drsnosti a stavu povrchu (polomer hrotu rezného klina rε, afinita materiálov a vznik nárastku), zmeny v štruktúre podpovrchových vrstiev, chemické vplyvy a ná-sledná zmena vlastností mazacej vrstvy, zmena mechanických vlastností (spevňovanie povrcho-vej vrstvy obrobku, vznik, prestup a odvádzanie tepla zo zóny rezania, vznik a sústreďovanie dislokácií v povrchovej vrstve v dôsledku sko-kovitej zmeny pracovnej geometrie obrábania).

Výstupné faktory – trecia sila, trecí moment a rezný odpor, intenzita opotrebenia.

Prirodzenou charakteristikou rezného nástroja je opotrebenie, ktoré významne vplýva na efek-tivitu zvolenej technologickej metódy.

48


Obr. 1 Pracovná pozícia 05 pracovnej zóny sústruhu ANK 6

Prejavuje sa dvoma spôsobmi:- formou zmien veľkosti a tvaru povrchových

materiálových oblastí, ku ktorým patrí de-formácia, spevňovanie, oddeľovanie, nata-vovanie, sublimácia, ionizácia, nanášanie a spájanie elementárnych častíc,

- formou materiálových zmien povrchových oblastí. Patrí k ním adsorbcia, absorbcia, difúzia, legovanie spolupôsobením iných základných procesov, tribooxidácia a tri-bokorózia.

Tribologické aspekty procesu obrábaniaDôsledná analýza účinkov procesného média

na proces obrábania, t.j. zníženie veľkosti rez-ných síl ako dôsledok použitého procesného média je práve výsledkom jeho účinku. Účinok je prejavom fyzikálnych, chemických a tribo-logických faktorov na zmeny v zóne rezania. Okrem geometrických parametrov nástroja sa prejavuje fyzikálny a chemický účinok procesné-ho média. Pre vybrané operácie obrábania bol aplikovaný ozón ako procesné médium s vyso-kým oxidačným účinkom na obrábaný materiál. Vznik oxidovanej vrstvy pôsobí ako mastiaca vrstva priamo v zóne rezania a znižuje trenie, v konečnom dôsledku znižuje reznú silu a vznik tepla pri obrábaní. Tieto faktory pôsobia na veľ-kosť opotrebenia nástroja a na jeho trvanlivosť.

Na experimentálne nasadenie plynného pro-cesného média bol vybraný materiál od výrobcu brzdových komponentov FRAGOKOV v. d. Pre-šov a to je teleso brzdového valca z materiálu sivá liatina STN 42 24 20 .

Ide o vnútorné obrábanie – hĺbkové vŕtanie s extrémnym nárokom na kvalitu obrobenej plochy. Strojné zariadenie pre tieto operácie bol jednoúčelový poloautomat typu ANK 6 na realizáciu viacnásobných operácií pri jednom upnutí obrobku.

Každá pracovná pozícia obrobku je realizo-vaná za rovnakých podmienok, ktoré z techno-logického pohľadu sú posudzované ako rezné podmienky podobné nie optimálne. Práve pre tento stav bolo potrebné riešiť každú pracovnú pozíciu samostatným prístupom. Nie je možné hodnotiť túto aplikáciu ako optimálne riešenie, pretože pri obrábaní materiálov použitej kvali-ty a štruktúry s nárokom na kvalitu obrobenej

plochy je nevyhnutne potrebné použiť inten-zívne mastenie reznej hrany delového nástroja, aby nedochádzalo k vymieľaniu častíc grafitu z vnútornej povrchovej vrstvy telesa obrobku.

Výstupné priebežné faktory a parametre obrábania

Priebežná analýza technologického procesu ukázala potrebu špecifických rezných podmie-nok na obrábanie na jednotlivých pracovných operačných pozíciách.

Pozičná špecifikácia operácií pre pracovné pozície je nasledovná: Pracovná pozícia 01Vložiť polotovar a upnúťPracovná pozícia 02Zarovnať čelo, navrtávanie streduPracovná pozícia 03Vŕtanie slepej diery D24,8Pracovná pozícia 04Zarovnanie dna, výbeh pre výstružník D25Pracovná pozícia 05Vystruhovanie prac. Valca D25Pracovná pozícia 06Sústruženie vonkajšieho zápichu,Zrazenie hrany4x45

Kvalita obrobenej plochyMeranie parametrov kvality obrobenej plochy

pozostáva z vyhodnocovania drsnosti funkčného povrchu dutiny pracovného hydraulického valca. Pri obrábaní v plynnom prostredí na obrábanie

49


The paper explains the signi� cance of friction in uences at machining for high cutting speeds. In uences of friction get more relevant for applications of air process uids in process of machining in consideration of HSC methods of machining.

Keywords: cutting zone, in uences of tribology factors, machining.

English Abstract

vonkajších plôch je táto hodnota v požadova-nom rozmedzí, avšak pri obrábaní vnútorných plôch sa tento parameter nedosahuje. Vyžaduje sa prívod aspoň minimálneho množstva mas-tiaceho média.

Aby sme mohli vyhodnotiť morfológiu po-vrchovej vrstvy práve s ohľadom na priebeh odoberania triesky vystruhovaním delovým nástrojom uskutočnili sme analýzu povrcho-vej vrstvy funkčnej vnútornej plochy brzdo-vého valca elektrónovým mikroskopom na základe čoho môžeme vysloviť tvrdenie o ne-vyhnutnosti použitia určitého typu mastenia

Obr. 2 Namerané hodnoty kvality povrchu

reznej plochy práve kvôli kvalitatívnym para-metrom obrábania.

ZáverAplikácia ionizovaného vzduchu ako chladiace-

ho média pri obrábaní dáva zaujímavé možnosti náhrady klasických chladiacich médií. Realizácia experimentu poukázala na potrebu kombinácie procesných médií a to konkrétne plynné médium pre menej extrémne požiadavky na podmienky obrábania hlavne na obrábanie povrchových plôch a špeci� cké podmienky s aplikáciou rezného oleja vo forme olejovej hmly za presne určených pod-mienok s použitím injektora. Ukazuje sa ekolo-gický aspekt procesu obrábania a výrazné zlep-šenie pracovného prostredia. Po vykonaní expe-rimentov s použitím olejovej hmly predkladáme technologické riešenie pre aplikáciu kombinova-ného používania procesných médií.

Práca je súčasťou riešenia grantovej úlohy VEGA 1/0095/09

Ing. Rudolf Matija, PhD; Ing. Ladislav Mišík;

Ing. Vladimír Simkulet, PhD., Fakulta výrobných technológií TUKE Prešov

Obr. 3 Morfológia povrchu obrobenej plochy delovým výstružníkom

50


Modulární systém pro ložiska planetových kol v převodovkách pro větrné elektrárny

NKE Austria vyvinul modulární systém pro uložení planetových kol v převodovkách určených pro větrné elektrárny. Výhodou nového ložiskového systému je sjednocení koncepce uložení, snížení rozmanitosti dílů a zjednodušení logistiky. Modulární sys-tém byl již s úspěchem nasazen v převodovkách o výkonu 1,5 MW, 2 MW a 2,5 MW jednoho známého německého výrobce.

Většina větrných elektráren obsahuje převodovky, které převádějí relativně nízké vstupní otáčky hlavních hřídelí na vyšší otáčky vhodné pro výrobu elektrické energie. Vzhledem ke stále vyšším požadovaným přenášeným výkonům a nutnosti kompaktní kon-strukce se k tomu obvykle používají jedno- nebo dvoustupňové planetové převodovky. V takových převodech představují ložiska planetových kol jedno z nejvíce zatížených uložení. V moderních koncepcích převodovek se proto používá integrované uložení planetových kol. Při něm se cylindrická válečková ložiska s klecí bez vnějšího kroužku vkládají přímo do planetového kola, přičemž otvor v planetovém kole sám tvoří protilehlou kluznou plochu.

Modulární systém sestává z jednořadých cylindric-kých válečkových ložisek bez vnějších kroužků v pro-vedení RN. Tato ložiska mají jednodílnou masivní mosaznou klec vedenou na vnitřním kroužku (MPB). Klec je standardně vybavená kontrolními drážkami pro endoskopickou kontrolu stavu válečkové dráhy vnitřního kroužku.

Tato jedno-řadá ložiska je možno podle zátěže a kon-strukční situace skládat do sestav po dvou, třech nebo i čtyřech ložiscích (obr. 2 - ložisko pla-netového kola ve čtyřčetné sestavě).

Párové sestavy ložisek jsou připravené k montáži, přičemž velmi přesně tolerované konstrukční výšky jednotlivých ložisek a celkové sladění ložisek navzá-jem zajistí rovnoměrné rozložení radiálního zatížení. Každá sestava ložisek obsahuje i takové komponenty jako pojistné a distanční kroužky, potřebné pro axi-ální � xaci ložiska v planetových kolech.

Při důsledném využívání nabízí modulární kon-cepce uživateli podstatné výhody:

Konstrukce ložisek planetových kol může být sjednocena; je možné sjednocení ložisek planeto-vých kol u různých velikostí převodovek, případně prvního a druhého planetového stupně; sníží se tak rozmanitost variant válečkových ložisek; modulární konstrukce umožňuje jednoduché přizpůsobení charakteristiky ložiskových sestav individuálním potřebám každého planetového stupně; díky jednodílné masivní mosazné kleci je vedení válečkových těles velmi dobré i při vel-kých zrychleních; mazání ložisek planetových kol usnadňují standardně zabudované mazací drážky.

Autoři: Daniel Thalmann, Faruk DuskunovicObrázky: (zdroj: Romax/NKE)

Obr. 1 Schéma uspořádání dvoustupňové planetové převodovky s jedním čelním kolem

Obr.2 Čtyřčetná sestava ložisek planetových kol

59


Pět kroků k optimalizaci účinnostia výkonnosti strojního zařízení

V potravinářském průmyslu při výrobě potravin a nápojů se mění výrobní podmín-ky během životnosti výrobního zařízení. Pro udržení optimální výkonnosti zaříze-ní a splnění podnikatelských záměrů je nutné neustále upravovat strategii údržby z hlediska změn ve výkonnosti, provozních teplot a zatížení. Zpracovatelé potra-vin a nápojů úzce spolupracují s experty v oblasti mazání při dohledu nad strojní-mi zařízeními pro minimalizování neplánovaných odstávek a modernizaci výroby.

Posudek mazání zvyšuje pro-duktivitu práce a výnosy ka-pitálu

Posudek oblasti mazání zvy-šuje spolehlivost zařízení, snižu-je náklady na údržbu, poskytuje strategii při sjednocování maziv a vede k vyšší návratnosti inves-tic profesionálů v oblasti výroby potravin a nápojů. Audity jsou uzpůsobeny speciálním zaříze-ním a pracovnímu prostředí pro zpracování potravin a nápojů, lze je použít pro doplnění kvalitních manažerských praktik.

Pět základních kroků pro efektivní posudek ma-zání: audit s předběžným plánováním, analýza pra-coviště a zařízení, revize dokumentace, zpráva o ma-zání a revize odpovědných účastníků řízení. Při po-sudku mazání je základním předpokladem vyhledat pomoc expertů ohledně minimalizace doby mazání a maximalizaci produktivity a � nančních výnosů.

Audit s předběžným plánovánímAudit s předběžným plánováním poskytuje od-

borníkům statistický záznam o pracovních pod-mínkách zařízení a výkonnosti za daný časový úsek. Firmy musí připravit záznamy o údržbě, zprá-vy o monitorování podmínek a záznamy o kon-trole zařízení od posledního auditu nebo za po-slední tři roky. Je důležité uvádět výrobce zaříze-ní a čísla modelů, momentálně používané mazi-vo, interval mazání a množství maziva a záznam o opravách nebo výměnách. Údaje jako provozní teplota zařízení, intervaly čistění, čisticí prostřed-ky a schémata systému poskytují užitečné infor-mace o procesu. Pokud to není součástí � rem-ních praktik, odborníci na údržbu aktivují archi-vování těchto dokumentů jako součást proaktiv-ního programu úkolování.

Například je nutné dokumentovat, pokud pís-tový kompresor pracuje v prostředí, kde dochá-zí k teplotním výkyvům o více než 28 °C během 24 hodin a tím ke kondenzaci vody v klikové skří-ni. Archívováním této dokumentace usnadňu-je budoucí audity a brání opakovaným problé-mům při údržbě.

Analýza pracoviště a zařízení vyžaduje značný čas – od čtyř hodin po několik dnů. Ovšem možné

52


úspory nákladů a zvýšení produktivity v důsledku auditu značně převyšuje investovaný čas.

Analýzy vybavení a pracovištěAnalýza pracoviště a zařízení monitoruje prů-

tok maziva jednotlivými součástmi zařízení. To nabízí nový pohled na úkoly údržby a pomá-há zjistit úniky, které mohou ovlivňovat celkové výsledky � rmy. Pokud je indikováno, že dochází ke snižování, zvyšování viskozity maziva, nebo že mazivo ztrácí své mazací vlastnosti, může jít o problémy slučitelnosti, které lze řešit. Záleži-tosti týkající se slučitelnosti při výměně maziv nebo využívání skladových zásob musí být vy-hodnocována jednotlivě. Klíčovým faktorem je zde skladová zásoba.

Přípojky maziva jsou rovněž zkontrolovány, zda nejsou znečistěné. Může být nutné upravit plán údržby � ltrů pro zvýšení čistoty maziva. Složení maziva a jeho životnost snižuje řada faktorů, kte-ré tak přispívají ke zvýšené spotřebě maziva. Pro velké hydraulické systémy nebo systémy, které vyžadují velké zásobníky maziva, je nutné zkon-trolovat rovněž odvětrávací ventil s pohlcova-čem vlhkosti. Existuje řada dokumentů popisují-cích degradaci mazacích systémů působením vlh-kosti. Správně fungující pohlcovač vlhkosti může omezit přívod vody do systému a dramaticky sní-žit náklady na mazivo. Účinnost maziva může být rovněž ovlivněna skladovacími podmínkami. Tep-lota, čistota nebo nesprávné techniky skladování degradují vlastnosti maziva a zvyšují náklady na údržbu. V této fázi je nutné zkontrolovat sklado-vací prostory, zda je mazivo dostatečně chráně-no před povětrnostními vlivy. Nádoby s mazivem musí být správně označeny štítky a barevnými kódy, aby bylo zajištěno, že zařízení bude mazá-no správným produktem.

Vizuální informace/dokumentace může být uži-tečná při předvádění optimálních praktik pro skla-dování a manipulaci s mazivem a správné ma-zání zařízení.

Revize dokumentacePo analýze pracoviště a zařízení je nutné pro-

vést revizi veškeré dokumentace, týkající se ma-ziv a vybavení, z hlediska analýzy stop kovů, hla-diny TAN (číslo celkové kyselosti), obsahu vody,

stavu koroze a opotřebování zařízení. Na praco-vištích s vysokou relativní vlhkostí může vznikat nadměrná koroze s následným opotřebováním nebo korodováním zařízení. Tuto skutečnost může odhalit revize dokumentace. Přechod na maziva kompresorů na bázi PAO pro odstraňo-vání kondenzované vody může prodloužit život-nost zařízení a tato maziva budou doporučena ve Zprávě o mazání.

Rovněž je nutné zdokumentovat kontrolu loži-sek. Tyto zprávy mohou indikovat známky nad-měrného opotřebování, nesprávné vyrovnání lo-žisek, nesprávné intervaly mazání a nesprávná množství maziva.

Firmy mohou nastudovat správné praktiky ma-zání (například předepsaný druh maziva, množství maziva nebo intervaly mazání) z OEM manuálů. Ovšem technický personál musí mít na paměti, že tato doporučení jsou často určena pro běžná minerální maziva, ne pro syntetická. Při použí-vání syntetických maziv konzultujte výrobce ma-ziv, protože pro syntetická maziva platí jiné poža-davky na údržbu. Kromě toho doporučovaná vis-kozita maziva je často vztažená k řadě podmínek (zatížení, otáčky, teploty)Tyto podmínky se značně mění při změnách výrobních požadavků. Výsled-kem je, že původní viskozitu maziva je nutné upra-vit pro nové zatížení a otáčky, aby byla dosažena optimální výkonnost zařízení. Z těchto důvodů je důležité pro zachování optimální výkonnosti za-řízení provádět audity každé tři roky.

Zpráva o mazáníZpráva o mazání je vtvořena během revize do-

kumentace. Tato zpráva musí obsahovat jasné a stručné tabulky, obsahující tyto údaje: název za-řízení, místo, stávající mazivo a doporučené mazi-vo. Tabulka musí rovněž indikovat místa možné-ho slučování maziv, aby byla minimalizována ri-zika nesprávného mazání, neslučitelnosti maziv, a eliminována nutnost sezónních výměn maziva.

Musí být stanoveny intervaly údržby maziv. Fil-trace je faktor, který značně přispívá k účinnosti maziva a bylo dokázáno, že přispívá k delší život-nosti zařízení. Některá maziva ovšem obsahují jako aditiva polymery s velkou molekulární hmotností, které mohou být zachyceny, pokud jsou póry � l-tru příliš malé. Proto je nutné konzultovat vhod-né � ltrační postupy s odborníky na maziva a � ltry.

53


Zpráva o mazání musí rovněž obsahovat de-tailní údaje o jakýchkoliv mimořádných okolnos-tech, úpravách nebo stavu zařízení, které mohou ovlivňovat jeho výkonnost. Například pokud je kompresor mazán minerálním olejem, který zvy-šuje svoji viskozitu při nízkých teplotách, zprá-va musí obsahovat doporučení pro přechod na mazivo na bázi esteru s nízkým bodem tuhnutí. Maziva na bázi esteru mají vyšší teplotní stabi-litu, lepší vlastnosti při nízkých teplotách, samo-čisticí schopnosti a lepší tekutost v širším rozsa-hu teplot. Polarita esterových molekul umožňu-je snazší adhezi molekul na kovovém povrchu, což zvyšuje zatížitelnost oleje. Podobná dopo-ručení musí být zdokumentována pro každou součást zařízení.

Pro větší názornost by zpráva měla obsahovat fotogra� e. S použitím dnešních digitálních foto-aparátů lze vytvořit zprávu, která bude ukazovat správné i nesprávné praktiky mazání. V závěru musí zpráva obsahovat analýzu možných úspor. Možné úspory mohou být de� novány v oblas-ti minimalizace skladových zásob, snížení celko-vých nákladů na systém, zvýšení spolehlivosti za-řízení, omezení plýtvání mazivy, prodloužení in-tervalu výměny oleje při používání syntetických olejů a prodloužení životnosti ložisek. Tyto vý-hody by měly být shrnuty ve stručném a jasném přehledu pro potřeby managementu. Pokud nové mazivo může podstatně zvýšit kvalitu procesní-ho plynu, počet provozních hodin mezi generál-ními prohlídkami a snížit náklady na údržbu, je nutné to v přehledu zdůraznit.

Revize odpovědných účastníků řízení Revize odpovědných účastníků řízení spočívá

ve vyhodnocení doporučovaných změn řídicími pracovníky podle platného výrobního protokolu a rozhodnutí o zavedení změn. Jedná se o přijetí návrhu celým managementem a zavedení změn, na jejichž základě může � rma dosáhnout výhod uvedených ve zprávě o mazání.

Aktivní spolupráce s odborníky na maziva během celého procesu auditu zajišťuje, že při-jatá doporučení � rmě přinesou � nanční výho-dy a poskytnou cenné strategie pro splnění vý-robních úkolů.

Text: Ing. Zdeněk Nacházel, www.nachazel.cz

54


Provozní problémy spalovacích motorůJedna z podmínek bezporuchového pro-vozu automobilů je používání vhodných paliv a maziv. Jsme si plně vědomi toho, že u motorových vozidel dochází ke zvy-šování nároků na jakost všech typů pro-vozních kapalin.

Obr. 1 Obr. 2

Evropské normy pro paliva i oleje se pravidelně upravují, a to předně na základě požadavků výrobců automobilů a ekologů. U paliv se stále více prosazuje přidávání biosložek, a to do benzínu etylalkoholu a do motorové nafty metylesteru rostlinných oleje (FAME). Jakost těchto přísad a celkově i jakost paliv jednoznačně ovlivňují provoz jednotlivých vozidel.

Celkově je kvalita paliv na dobré úrovni a pře-vážná část splňuje požadavky norem (ČSN EN 228, ČSN EN 590). Největším problémem v provozních podmínkách je však obsah nečistot a vody v pali-vových systémech.

Nová vozidla mají převážně plastové palivové nádrže a není u nich žádný otvor pro vypouštění nečistot a provedení celkového vyčištění. Po delší době provozu se v nádržích objevuje zvýšené množ-ství vody a celkových nečistot. Nečistoty tvoří prach, drobné kamínky, vlákna z � ltru, jemný kov z opo-třebení a karbonové částice (obr. 1 a 2). Následkem těchto nečistot dochází k opotřebení vstřikovacích systémů, až k jejich celkové zničení (obr. 3, 4, 5). Zde je nutné upozornit na to, že ke kvalitnímu palivu je nutný i kvalitní palivový a vzduchový � ltr. Často šetříme a neuvědomujeme si, kolik pak stojí oprava těchto systému.

Pro zajištění dlouhodobého bezpečného a ekono-mického provozu je nutné používat jakostní paliva a motorové a převodové oleje předepsané výrobci automobilů. U převodových olejů je situace jed-nodušší, neboť se zde používají maziva s velkou životností a jejich teplotně oxidační zatížení není tak velké jako u olejů motorových.

Motorové oleje mají mnoho funkcí a všechny své povinnosti musí v plném rozsahu zajistit po celou dobu svého provozního nasazení. Řada výrobců automobilů společně s „olejáři“ prodlužují výměnné lhůty. Toto přináší značné úspory, ale je vždy nutné sledovat kvalitu a dostatečné množství oleje v sys-tému. Olej je velmi intenzivně zatěžován vysokou teplotou, vzdušným kyslíkem, ovlivňuje jej prostředí, ve kterém provozuje, a způsob jízdy. Do oleje se dostávají nečistoty z ovzduší, vlhkost, dále kovový

otěr a popř. glykol z chladicího okruhu. Všechny tyto látky velmi negativně ovlivňují kvalitu oleje.

Základem dobrého a bezpečného provozu je po-užívání jen kvalitních a prověřených olejů. Není zde rozhodující základní cena ale kvalita. Staré přísloví praví, mám málo peněz na to, abych kupoval jen levné věci.

Na obr. 6 je ukázka toho, co může zapříčinit levné

55


Obr. 3 – 5

nekvalitní mazivo. Motor je zcela zanesen černými kaly, které omezily provoz.. Vyčištění je velmi náročné a vy-žaduje vyřazení motoru z provozu. V mnoha případech se dá stav zachránit tím, že se nasadí nový jakostní olej, zkrátí se výměny oleje a vzniklé úsady se tak postupně rozpustí. Dochází tak ale k velkým � nančním ztrátám. Jak v tomto případě vypadají jednotlivé části motoru je uvedeno v ukázkách na dalších obrázcích.

Velmi nebezpečné je také pronikání chladicí kapali-ny do motorů. Již malé množství glykolu znehodnotí olej, z oleje se vytvoří viskozitní až pevná hmota, která opět znemožní další provoz. Zde většinou nepomůže již žádný jiný způsob zprovoznění než mechanické odstranění všech úsad, dokonalý pro-plach a nasazení nového oleje.

Co napsat závěrem? Pro zajištění bezporuchové-ho a ekonomického provozu je nutné respektovat doporučení výrobců automobilů. Ti před uvedením nového vozidla do provozu provedou značné množ-ství laboratorních i provozních zkoušek. Na základě výsledku pak doporučují jednotlivé provozní hmoty. Pro provoz je vhodné kupovat jen kvalitní paliva, oleje a předně � ltry. Je nutné dodržovat výměnné lhůty a u větších náplní se vyplatí provádět pravi-delnou tribodiagnostickou kontrolu. Při zajištění všech těchto podmínek, se nám podaří zaručit spokojený a bezpečný provoz.

Text: Vladislav MarekTRIFOSERVIS Čelákovice

Obr. 6

Proč a kdy měnit olejovou náplň strojních zařízení

Ve většině případů je nezbytné během životnosti zařízení měnit olejovou náplň. Kdy je vhodný čas pro výměnu? Jak dlouho olejová náplň vydrží?

Rozhodnutí o výměně olejo-vé náplně obsahuje posouzení mnoha faktorů. Výměna oleje zahrnuje kromě přímých také celou řadu skrytých nákladů, zarážku práce stroje, admi-nistrativní práce, dopravní náklady, odstranění původní náplně, přináší rizika úniku ka-paliny, kontaminace, aj. Mož-nost bezpečného prodloužení výměnného intervalu se stává velmi zajímavým cílem. Jedním z hlavních nástrojů optimaliza-ce výměnného intervalu a kon-troly spolehlivého provozu je sledování stavu olejové náplně. Záměrem tohoto příspěvku je proto připomenout si základní užitné vlastnosti oleje, proje-vy stárnutí a jeho postup, typy analýz, jejich možnosti a vý-znam.

Sledování stavu olejové náplněKaždý olej dojde na konec své životnosti. Tři

hlavní příčiny stárnutí oleje jsou nečistoty, vy-čerpání přísad a degradace základového oleje. Nečistoty jsou podle odborných zdrojů příčinou až 80 % selhání oleje. To by mohlo vyvolat dojem, že stačí udržovat olej čistý, případně doplňovat přísady. Ve skutečnosti je nejobvyklejší příčinou zestárnutí a smrti maziva degradace základového oleje, jejíž postup je nevratný.

Hodnocení stavu olejové náplně z hlediska těchto vlivů je možné provádět podle předem plánovaných intervalů výměn nebo průběžně.

První způsob často vede k příliš časné výměně oleje s ještě více než 50 % zbytkové životnosti. Druhý způsob je sice náročnější na počet analýz, ale umožní včasný zásah při náhlé změně i pro-vedení výměny v době, kdy je olej již opravdu vyčerpaný.

Velmi důležitá je příprava základních podmínek tak, aby výsledky analýz byly skutečně vypoví-dající.

• Stanovení místa a způsobu odběru vzor-ků

• Stanovení kontrolovaných parametrů, ana-lytických metod a varovných hodnot, které vychází z doporučení výrobce zařízení a může být upraveno podle aktuálních podmínek provozu

V případě průmyslových aplikací je relativně snadné určit, které vlastnosti maziva mají být sledovány a stanovit hranice jejich hodnot. Existují obecná doporučení, diagnostické normy, doporu-čení výrobců zařízení, odborná literatura. Přesto se vyplatí individuální přístup, vlastní posouzení souboru testů a nastavení varovných limitů pro každé strojní zařízení.

56


Obr. 1 Příklad změny viskozity s teplotou pro olej KV při 40 °C 100 a VI 95

Vynaložený čas a náklady na zkoušky mohou být ztraceny, pod-cení-li se zdánlivě banální předpo-klad: analyzovat správné vzorky. Správně interpretovat výsledný soubor údajů je další, již trochu složitější úkol.

Hranice sledovaných parametrů mohou být stanoveny jako abso-lutní hodnota, ale častěji jako re-lativní změna původních hodnot nového oleje. Proto je třeba za-znamenat základní prvotní údaje oleje, ideálně ze vzorku odebrané-ho ze zařízení po naplnění novým olejem. Všechny další vzorky by měly být odebrány za obdobných podmínek a na stejném místě.

Standardní rutinní analýza průmyslových olejů obsahuje obvykle měření viskozity, čísla kyselosti, obsahu nečistot a vody. Pro některé aplikace se sleduje také schopnost odlučovat vodu, sklon k pěnění a korozívnost.

Větší komfort pak poskytují spektrální analý-zy. FTIR umožňuje stanovení obsahu některých přísad, detekci degradace základového oleje, indikaci vody a některých nečistot. Spektrální emisní analýzou se stanovuje obsah kovů z přísad a opotřebení. Ferogra� ckou analýzou je možné speci� kovat typ částic, způsob a stupeň opotře-bení. Spektrální a ferogra� cké analýzy poskytují cenné údaje, ale vyžadují znalosti o použitých materiálech v zařízení, o složení maziv a velké zkušenosti s interpretací výsledků.

ViskozitaViskozita je základní vlastnost mazacích olejů

a proto všechny prodejní speci� kace olejů obsahují údaj o viskozitě. Zajišťuje tři hlavní funkce maziva – ochranu před opotřebením, minimalizaci tření a odvod tepla z třecích kontaktů.

Je-li viskozita vysoká, dochází ke ztrátám ener-gie a odvod tepla není efektivní. Je-li nízká, nevy-tvoří se dostatečně silný mazací � lm.

Údaje o viskozitě jsou u průmyslových olejů uváděny obvykle při 40 °C a jsou doplněny také stanovením citlivosti viskozity na teplotu. Tato citlivost je vyjádřena viskozitním indexem (VI),

spočítaným z viskozit při teplotě 40 °C a 100 °C. Změna viskozity s teplotou je charakteristická pro daný typ a složení základového oleje.

Viskozita se mění tím méně, čím je teplota vyšší a naopak. Blíží-li se mazivo bodu tekutosti, roste viskozita ještě rychleji. Toto je třeba vzít v úva-hu u zařízení pracujících celoročně venku, nebo jsou-li venku umístěné zásobní nádrže a dopravní cesty.

V některých případech je žádoucí co nejmenší změna v širokém rozsahu pracovních teplot, po-tom bývá olej upraven přísadami, modi� kátory. Ty působí tak, že s vyšší teplotou zvyšují objem a „za-hušťují kapalinu“. Zatímco u základového oleje se míra závislosti viskozity na teplotě během provozu téměř nemění, modi� kátory viskozity mohou být střihově nestálé anebo podléhat degradačním procesům. V případech maziv vybavených těmito přísadami je vhodné sledovat viskozitu aspoň při dvou teplotách anebo stanovovat VI.

Vlivem oxidačních procesů viskozita spíše na-růstá. Snížení indikuje často nesprávné doplnění nebo znečištění jinou kapalinou či rozpuštěnými plyny. Neúčinnost modi� kátoru viskozity se pro-jeví se v poklesu viskozitního indexu. Viskozita je snadno interpretovatelnou vlastností.

Stárnutí oleje Stanovení stavu a postupu termální a oxidační

degradace oleje v provozu je nejdůležitějším krite-riem životnosti oleje. Procesy oxidační degradace se rozvíjejí za přítomnosti kyslíku, vyšších teplot

57


a kovových nečistot. Například každých +10 °C se přibližně zdvojnásobuje rychlost chemické reakce. Kovové nečistoty působí jako katalyzátor.

Termální degradace je způsobena vysokou teplotou, prudkým stlačením vzduchových bub-lin při nedostatečném odvzdušnění oleje, tzv.„diesel-efekt“, výbojem statické elektřiny, např. ve � ltrech. Během pracovního procesu se snižuje obsah přísad, zvyšuje se kyselost a viskozita ole-je v důsledku chemických změn. Nejdůležitější je zachycení doby, ve které nastává zlom, jak je znázorněno na obrázku. Tato doba indikuje nut-nost zásahu.

Mazací olej je vybaven přísadami chránícími základový olej před degradací. Rychlost postupu degradace lze také do určité míry ovlivnit řízením a kontrolou správného provozu zařízení.

V některých případech je možné doplnit vy-čerpané přísady novými, v kombinaci s odstra-něním nečistot. Děje se to jednak pravidelným doplňováním olejové náplně, nebo přídavkem koncentrátu přísad. Účelné je u velkých náplní, př. turbínových olejů.

Postup oxidace se posuzuje různými metoda-mi, podle významu a dostupnosti se nejčastěji používají:

Číslo kyselosti -stanoví přítomnost koroziv-ních produktů oxidace. Je třeba také uvážit, že počáteční kyselost oleje může znamenat přítomnost inhibitorů rezivění, které bývají kyselé povahy. Potom se v průběhu stárnutí oleje nejdříve kyselost snižuje jak se vyčer-pávají přísady a později zvyšuje nárůstem oxidačních produktů. V průběhu provozu nastává po vyčerpání přísad okamžik, kdy se

degradace radikálně zrychlí a projeví velmi rychlým růstem čísla kyselosti.(viz obr. 2). Číslo kyselosti je snadno interpretovatelný parametr.Obsah antioxidantu a přítomnost produktů degradace se stanovuje dnes hojně rozšířenou metodikou FTIR. Infračervená spektrometrie vy-žaduje znalosti o složení použitého antioxidantu. Nové typy nízkoteplot-ních antioxidantů bohužel není vždy možné touto technikou sledovat. Inter-pretace je usnadňována softwarovými programy.

RPVOT, metoda rotační oxidační bomby, sta-novuje oxidační rezervu oleje.

Nečistoty a vodaObsah nečistot se stanovuje � ltrací po rozpuš-

tění vzorku např. v n-heptanu. Nověji se určuje tzv. kód čistoty podle metody ISO 4406, která vyjadřuje počet částic v 1ml vzorku větších než 14 μ ,6 μ a 4 μ. Částice větší než 14 μ lze snadno odstranit � ltrací. Částice větší než 6μ jsou nejne-bezpečnější, jejich velikost je v toleranci vymezené mazacím � lmem.

Obsah vody lze stanovit různými metodami s ohledem na požadovanou přesnost, od tzv. prskací zkoušky po coulometrickou titraci. Vlast-ní obsah vody nemusí být ještě rozhodující pro výměnu náplně, důležitá je schopnost oleje elimi-novat její vliv. Tak např. v turbínových olejích se hodnotí schopnost oleje odlučovat vodu. Ztratí-li olej vlivem stárnutí a nečistot tuto schopnost, je to důvod pro výměnu náplně.

ZávěrViskozita, číslo kyselosti, obsah vody a nečistot

jsou pro většinu průmyslových olejů základní zkoušky, které lze doplnit speciálními, spektrálními a ferogra� ckými analýzami zvyšujícími schopnost a přesnost predikce životnosti olejové náplně. Pravidelné vzorkování umožní sledování trendů. Každá prudká změna parametru má velký význam a obvykle není osamocená. Optimalizace nača-sování výměny oleje je dlouhodobá záležitost, vyžadující systematický přístup a zpětné vazby.

Text: Ivana Václavíčková

Obr. 2 Příklad běžného postupu degradace oleje

58


Hospodárné, spolehlivé, výkonné

Tento systém sklidil díky svým jednoznačným výho-dám značný zájem odbor-né veřejnosti. Zvláště při stavbě systémů bez spádu se jeví tento systém jako velmi hospodárný. Díky vyššímu přenášenému výkonu je možno realizo-vat delší úseky segmen-tů na jednu pohonnou jednotku. Kromě toho se zlepšili rozběhové a brzdné poměry. To zvyšuje přes-nost polohování a tím i od-stranění možnosti kontaktu výrobků, které jsou náchyl-né k poškození. Při průmě-rech řemenic 43 mm jsou

k dispozici vzdálenosti válečků 75 mm, 100 mm a 125 mm.

Výhody konstrukce s drážkovými řemeny• úspora prostoru, hnací komponenty jsou umíst-

něny těsně vedle pro� lů, mimo dopravní prostor (to je důležité z důvodu znečištění)

• normalizovaný profi l řemenů a řemenic; ISO 9981; DIN 7867; Profi l PJ rozteč 2,34 mm

• z důvodu pružnosti řemenů jsou možné vyšší tolerance osové vzdálenosti

• žádné deformace hřídelů z důvodu osazení• vyšší přesnost proti o-kroužkům, které mohou

být oválné• možnost použití plastových řemenic jedno-

duchého tvaru nasazených přímo na váleček

Speciální drážkové řemenypro dopravníky

Významný německý výrobce dopravníkových válečků � rma Interroll rozšířil způsob pohonu svých válečků a dopravníkových systémů. Mimo pohonu pomocí ozube-ných řemenů, řetězů, kruhových řemenů byl vyvinut způsob pohonu pomocí elas-tických drážkových řemenů pro� lu PJ. Ve srovnání s kruhovými řemínky (o-krouž-ky) umožňují přenos až 3-násobného zatížení.

Obr. 1 váleček ukonče-ný drážkovou řemenicí

• možnost transportu vyššího zatížení než u kru-hových řemenů.

Pohony bez nutnosti napínání Speciální konstrukce řemenů byla vyvinuta pro

pohony s pevnou osovou vzdáleností. U těchto pohonů jsou k napnutí řemenu využity elastické vlastnosti tažného vlákna a odpadá nutnost použití napínacího zařízení, převod se tak stává jednoduší a levnější. Rozdíl proti běžným drážkovým řemenů je ten, že místo polyesterových tažných vláken jsou použita nylonová tažná vlákna. Drážkové řemeny se velmi často používají u pohonů kompresorů, čerpadel, válečkových tratí, � tnes strojů, ručního nářadí a jiných strojů.

Ing. Bohumil Kaplan

Obr. 2 příklad válečkového dopravníku při výrobě PC poháněného drážkovými řemeny

Obr. 3 příklad válečkového dopravníku třídění zási-lek poháněného drážkovými řemeny

59


Radiální kluzná ložiskas naklápěcími segmenty

Mezi klasická kluzná ložiska již neodmyslitelně patří ložiska s naklápěcími segmen-ty. Ačkoliv návrh, výpočet a výroba naklápěcích segmentů není vůbec jednodu-chá záležitost, provozní vlastnosti a schopnosti těchto ložisek vyváží větší výrob-ní náročnost.

Radiální kluzná ložiska s na-klápěcími segmenty se s výho-dou používají ve strojích a za-řízeních, kde klasická kluzná lo-žiska nejsou schopna vyhovět. Omezující provozní podmínky pro klasická ložiska jsou přede-vším obvodová rychlost, hod-noty tuhosti a hodnoty útlumu. Radiální ložiska s naklápěcími segmenty jsou schopna praco-vat při vysokých obvodových rychlostech až do 150 m/s a při měrném tlaku až do 3,5 MPa.

Základním principem naklá-pěcích segmentu spočívá v mož-nosti naklápění segmentů. Aby se segment mohl naklápět, musí být vnější poloměr segmentu Rs2 menší než vnitřní poloměr tělesa

ložiska Rt1 a zároveň vnitřní poloměr segmentu Rs1 musí být větší než jmenovitý poloměr ložiska R. Jmenovitý poloměr ložiska R je součet poloměru hřídele r a radiální ložiskové vůle Cr.

Pro správně navrženou geometrii segmentu je velmi důležitý poměr poloměrů Post, který se v praxi pohybuje v rozmezí 0,857 – 0,877. Rozdíl poloměrů Rt1 a Rs2 nám dává excentricitu e2, kte-rá nám určuje střed S’’ vnějšího poloměru seg-mentu Rs2.

Neméně důležitý je poměr tloušťky segmentu T a jmenovitého průměru ložiska resp. poloměru ložiska R. Tento poměr PoT se pohybuje v rozme-zí hodnot 0,2 – 0,145.

Pro vnitřní geometrii segmentu tzn. poměr vni-třního poloměru segmentu Rs1 (se středem S’), jmenovitého poloměru ložiska R a poloměru hří-dele r (se středem S), je v běžné praxi zažitý po-jem „Preset“ nebo též “Preload“. Hodnotu „Pre-setu“ se pohybuje v rozmezí 0,2 – 0,7.

Pro návrh ložiska je velmi důležité stanove-ní typu zatížení segmentu. Zatížení ložiska s na-klápěcími segmenty může být ve směru „na seg-ment“ nebo „mezi segmenty“.Geometrie naklápěcího segmentu

60


Radiální ložisko s pěti naklápěcími segmenty s vnějším uložením na čtyři kameny

Tyto ložiska se skládají z 3, 4, nebo 5 naklápěcích segmentů. V běžné praxi jsou nejpoužívanější ložis-ka se čtyřmi nebo pěti na-klápěcími segmenty. Pro poměr délky ložiska a jeho jmenovitého průměru l/d se obvykle používají hodnoty 0,4, 0,5, 0,7 a 1,0.

Ložisková tělesa mo-hou být vyrobena v růz-

ných konstrukčních variantách. Na obrázcích jsou zobrazena v praxi nejběžněji používané konstrukce závislé na uložení. Radiální ložiska uložená přímo do stroje a radiální ložiska ulo-žená na čtyři kameny a fixovaná nákružky v axi-álním směru.

Výhody ložisek s naklápěcími segmenty jsou velké obvodové rychlosti až do 150 m/s, měrné zatížení až do 3,5 MPa a velmi vysoké hodno-ty tuhosti a útlumu. Jmenovitý průměr ložisek se pohybuje v rozsahu od 40 do 750 mm. Těch-to výhod se využívá zejména v rychloběžných převodovkách, v turbokompresorech, v par-ních a plynových turbínách. Na druhou stranu jsou tyto výhody vykoupeny vyššími nároky na přesnost výroby. Z tohoto důvodu jsou ložiska s naklápěcími segmenty relativně nákladnější. I přes zvýšené náklady se s výhodou nahrazu-jí ložiska s pevnými profily ložisky s naklápěcí-mi segmenty.

Tento příspěvek vznikl ve spolupráci se společ-ností GTW BEARINGS (www.gtw.cz), která je před-ním výrobcem kompozicových kluzných ložisek.

Ing. Jiří Novotný, [email protected],ZČU Plzeň, Katedra konstruování strojů

Tilting Pad Bearings

This article is about journal tilting pad bearings. First part describes fundamentals of tilting pad bearings and base equations. Second part describes possibilities of application, various performances and sutable operating conditions.

English Abstract

Směr zatížení ložiska „na segment“ Směr zatížení ložiska „mezi segmenty“

Radiální ložisko s pěti naklápěcími segmenty

61


Správný výběr fi ltru snižuje opotřebení motoru a prodlužuje jeho životnostVe vznětovém motoru se nachází mnoho rychle se pohybujících častí. Většina z nich je vystavena zvýšené teplotě, která ovlivňuje jejich životnost. Z toho důvodu musí být užito efektivního chlazení a mazání k omezení tření a následného opotřebení. Jak ke chlazení, tak k mazání jsou užita tekutá média, která jsou zároveň vystave-na chemické degradaci a mnoha druhům kontaminace. Pro snížení kontaminace a udržení parametrů výše uvedených medií je užita � ltrace. V případě vznětových motorů hovoříme o olejové, palivové a vzduchové � ltraci.

Palivové � ltryNafta, kromě toho, že je ener-

getickým zdrojem pro provoz motoru, je zároveň mazacím a chladícím médiem. Zároveň zabraňuje korozi jemných sou-částí motoru jako jsou: vstřiko-vače, trysky a čerpadla. Nedo-statečná separace vody z paliva vede ke korozi celého systému, zvyšuje tvorbu bakterií a zaná-šení � ltrů. Z výše uvedených dů-vodů je nutné užít � ltry, které mají minimálně stejné parame-try jaké jsou požadovány výrob-cem motoru. Moderní dieselové motory si kladou vyšší nároky na � ltraci a vodní separaci, než starší mechanické motory. Pro mechanické motory velmi ob-líbený fi ltr Fleetguard FS1212 je možné nainstalovat na stejnou hlavu jako FS1000. Nicméně FS 1000 byl vyvinut pro elektronic-ky ovládané vstřikovače v moto-rech Cummins. Má vylepšenou fi ltrační membránu Strata Pore® jejíž � ltrační parametry jako je separace emulgovaných vod-ních částic a schopnost zadržo-vat prachové částice (ovlivňuje servisní interval) je výrazně lep-ší. Použití FS1212 místo FS1000

(z důvodu nižší ceny) by vedlo ke snížení životnosti palivového systému. Opačné užití je samozřej-mě dovoleno. K ochraně moderních palivových

systémů od vodní a pevné kontaminace se doporučuje použití před� ltrů s výborný-mi separačními vlastnostmi.

Obr.1. Palivový � ltr (před� ltr, vodní separátor se senzorem přítomnosti vody a možností ohřevu)

Olejové � ltryHlavní funkcí motorového oleje je: snížení tření,

teploty , opotřebení a ochrana před korozí pohyb-livých součástí motoru. Aby olej splňoval svou funkci, je nutné, aby si udržel svoje parametry v průběhu celého servisního intervalu. Chemická degradace oleje je závislá na složení oleje, zatímco kontaminace pevnými částicemi a kalovými nečis-totami je předmětem olejové fi ltrace. Nadbytek kalových usazenin zvyšuje viskozitu oleje a může způsobit špatné mazání dílů s malými vůlemi. Pevné částice, jako hrubé kovové částice a písek, prudce zvyšují opotřebení klikové hřídele, ložisek a pístů. Lokální nedostatek mazacího � lmu mezi pohyblivými součástkami vede k fatální poruše motoru. Aby nedošlo k výše uvedeným poruchám je nezbytně nutné použít originální � ltry odpo-vídající požadavkům výrobce. Sestava olejového

62


� ltru (� ltr+hlava � ltru) je vždy vybavena tlakovým ventilem, který je nainstalován buď na hlavě nebo uvnitř � ltru samotného. Ventil otvírá v momentě, kdy tlak oleje překročí přednastavenou hodnotu. Ventil umožňuje oleji obtéct � ltrační médium a zásobovat motor olejem (ne� ltrovaným). Použití � ltru s ventilem nastaveným na nižší hodnotu tlaku než je pro konkrétní motor požadováno, může vést ke zvýšenému zásobování motoru ne-� ltrovaným olejem.

Použití � ltru bez tohoto ventilu nebo s ventilem nastaveným na příliš vysokou hodnotu způsobí výraznou restrikci toku oleje během studené-ho startu a následné snížení efektivního mazaní motoru. Ke stejnému dochází, je-li � ltr zanesen.

Mnohé vysokovýkonnostní motory mají by-passový fi ltrační okruh, umožňující efektivnější fi ltraci kalů. Jako nejefektivnější se ukazují fi ltry se štosovitě uloženým mediem. Použití � ltrů se skládaným mediem místo štosovitě uloženého media vede k předčasnému zanesení � ltru.

Obr.2 Štosovitě uložené medium a bypassový � ltr

Vzduchové � ltryPředpokládá se, že pouze 200g písku, které se

dostanou do válců 200 k motoru ho může poškodit (1 g/1 k). Jakákoli nečistota, pakliže není zachyce-na vzduchovým � ltrem vstoupí do válců a tam

způsobuje nadměrné tření a následné poškození pístů a válců. Nakonec je část nečistot vypuzena s výfukovými plyny. Zbylá část nečistot se dostává do motorového oleje a znečišťuje ho velmi tvrdý-mi částicemi. Pro optimální ochranu motoru jsou proto vyžadovány spolehlivé vzduchové � ltry.

Jednou ze špatných úsporných metod praktiko-vaných některými konečnými uživateli, je instalace levnějšího � ltru s menším množstvím media uvnitř. Tyto � ltry splňují pouze rozměrové požadavky. Po-užití těchto � ltrů vždy vede ke zkrácení servisního intervalu, zvýšenému odporu � ltru samotného, zvýšení spotřeby a v extrémních případech k po-škození � ltračního média a motoru.

ShrnutíNesprávná výměna fi ltrů a zvláště použití ne-

vhodných � ltrů vede ke zvýšené kontaminaci, tření pohyblivých částí, rychlejší opotřebení motoru – což má za následek předčasnou generální opravu motoru. Pro efektivitu fi ltrace a délku servisního intervalu je rozhodujícím činitelem � ltrační mé-dium. Konečný zákazník není v pozici aby vyhod-notil tyto parametry bez informací poskytnutých výrobcem fi ltrů. Jednou z nejčastějších chyb je, že konečný zákazník použije � ltry, které splňují rozměrové požadavky a jsou levné, nicméně ne-splňující hlavní � ltrační parametry, design. Tento přístup ve své konečné fázi vede ke zvýšeným nákladům na údržbu a dalším ztrátám způso-bených prostojem motoru. Z těchto důvodů je doporučeno používat � ltry od � rem seznámených s technologií motorů a vůlí podpořit zákazníky nezbytnými technickými informacemi.

Text: Jacek Bedelek, Cummins Inc.Překlad a editace:

Lukáš Škoda, Tomáš Mika, Cummins Czech Republic s.r.o.

Correct � lter selection for wear reduction and longer diesel engine life.

One of workshop mistakes consists on that, that users sometimes install fi lters which fulfi ll instal-lation dimensions and are inexpensive, without taking much care about main fi ltration parameters, fi lter manufacturer and design. Finally such approach leads to higher maintenance costs and additional loses caused by engine downtime.

English Abstract

63


Neolejové zložky v opotrebovaných minerálnych olejoch

V opotrebovaných minerálnych olejoch (OMO) aj zo separovaného zberu zo servi-sov, garáží a podobne sa môžu nachádzať kontaminanty neolejovej povahy ako sú chladiaca zmes, brzdová kvapalina a metylestery mastných kyselín. Pri regenerá-cii OMO je potrebné tieto zložky zo zmesi účinne separovať.

Opotrebované minerálne oleje (OMO) vznikajú všade tam, kde sa minerálne oleje používajú ako mazadlá v strojoch, moto-roch, vozidlách a pod. Vznikajú tiež pri manipulácii s cisternami, nádržami a súbormi obsahujú-cimi olej, ako sú transformátory, hydraulické zariadenia a iné. Ich dôsledný zber a súčasne strikt-ná separácia podľa typu oleja sú zásadným východiskom na ochranu životného prostredia a pre ich potenciálnu regeneráciu. Regenerácia OMO je v súčasnosti vysoko aktuálna. Okrem vážnych environmentálnych dôvodov je tu otázka spotreby neobnoviteľných prírodných zdrojov. Zásoby ropy sú obmedzené, jej cena prekonáva všetky očakávania, preto šetrenie ropných produktov a mazadiel zvlášť sa stáva kľúčovým prob-lémom. Recyklácia a regenerácia OMO znamená účinný spôsob šet-renia obmedzených prírodných zdrojov. Kým v rope sa nachádza

niekoľko málo percent zložiek použiteľných na ma-zacie účely (5 až 7 %), v OMO sa ich nachádza 70 až 90 %. OMO navyše predstavujú už domácu surovinu. Pri spotrebe mazacích olejov v Európe v polovici deväťdesiatych rokov asi 5.2 mil. t/r sa pozberalo iba 1.6 mil. t/r ako OMO, z čoho asi 60 % sa spálilo na energetické účely a 40 % bolo regenerované, čo predstavuje asi 470 000 t regenerovaných základových olejov ročne. Toto reprezentovalo iba 7 % z celkovej ročnej produkcie. Smernica EU 87/101/EEC zdôrazňuje prioritu re-rafi nácie OMO pred jeho spaľovaním pre energetické účely.

Strata funkčných vlastností mazacích kompozícií je dôsledkom najmä vyčerpania aditívov a vzniku a prítomnosti znečisťujúcich komponentov z vonkaj-ších zdrojov (prach, kovové častice z obrusu, karbón z nedokonalého spaľovania, zvyšky palív, voda, oxi-dy kovov z korózie a pod.) a zo samotného mazadla (produkty rozkladu aditívov, oxidačné produkty zlo-žiek oleja, kaly, laky a pod.). Pritom 90 až 95 % uhľo-vodíkových zložiek oleja ostáva nepozmenených a sú k dispozícii regeneračnému spracovaniu, pri ktorom sa musia kontaminanty odstrániť, musí sa zlepšiť far-ba a vôňa regenerátu. Ideálny regeneračný postup je taký, ktorý účinne odstráni nežiaduce látky z OMO bez toho, aby výrazne pozmenil jeho uhľovodíkovú skladbu, musí byť ekonomicky únosný a nesmie pro-dukovať devastačné odpady.

Súčasné moderné technológie regenerácie OMO (tzv. BAT technológie) využívajú ako hlavný čistiaci krok najmä vákuovú destiláciu vhodne upravené-ho OMO. Pri fázovej premene zložiek OMO kvapa-lina–para–kvapalina sa dosiahne vysoký stupeň se-parácie kontaminantov.

Zvýšenie kvality OMO pre regeneráciu význam-ne zvyšuje ekonomické a ekologické parametre

64


Obr. 1 IČ spektrum pôvodného motorového oleja, kon-taminantu (MEG), kontaminovaného oleja a oleja po odstránení kontaminantu. Modelový kontaminant chladiaca zmes (MEG), 10 % hm

regeneračnej jednotky a tiež kvalitu regenerátu. Selektívne zbierané OMO majú podstatne vyšší potenciál využiteľnosti ako je jednoduché spálenie na energetické účely. Vývoj v automobilovom sektore je orientovaný na výmenu motorových a prevodových olejov v servisoch, garážach, depách a pod., a amatér-ske samoobslužné výmeny sa stanú minulosťou. Na veľkokapacitných miestach výmeny olejov už nie je zásadným problémom zabezpečiť separovaný zber OMO a najmä zabrániť nekvalifi kovanému pridávaniu nežiaducich a devastujúcich odpadov k OMO. Tieto pracoviská sú vybavené špeciálnou jednoúčelovou odsávacou technikou, de� novanými trasami čerpania OMO, skladovacími kapacitami a pod. Vytvárajú sa tým vhodné podmienky pre separovaný zber kva-litných OMO, ktorý je základom kvality budúcich regenerátov.

Napriek týmto predpokladom stále existuje mož-nosť zlyhania ľudského faktora a omylom alebo ne-dbalosťou môže dôjsť ku kontaminácii OMO aj iný-mi kvapalnými odpadmi, nachádzajúcimi sa na oprá-varenských a údržbárskych pracoviskách. Prieskum ukázal, že sa tu vyskytujú dve cudzorodé kvapaliny, a to brzdová kvapalina a chladiaca zmes. Pri regene-rácii OMO bude potrebné preto počítať s potenciál-nou prítomnosťou týchto prímesí v OMO aj zo sepa-rovaného zberu. Ukázalo sa tiež, že pri rozšírení spek-tra palív o biopalivá je možný výskyt metylesterov vyšších mastných kyselín (FAME) v motorových ole-joch z dieselových motorov, kedy FAME v dôsledku svojej esterovej a teda polárnej povahy sa obmedze-ne miešajú s minerálnym olejom.

Infračervená spektroskopia je dostupná analy-tická metóda, ktorá môže byť užitočná a využiteľná pri identi� kácii prítomnosti cudzorodých látok v mi-nerálnom oleji, ak tieto látky vykazujú IČ absorpciu v oblastiach, v ktorých motorové a prevodové ole-je vrátane ich aditívov absorpciu nevykazujú. V zá-sade postačuje takéto pásy vyselektovať a po kalib-rácii pri rafi nácii OMO aj semikvantitatívne monito-rovať prítomnosť kontaminantov a ich pohyb medzi frakciami. Nie je pritom nevyhnutné vedieť, o aký typ kmitov sa jedná.

Chladiaca zmes slúži na chladenie motora a je mrazuvzdorná podľa riedenia do -20 až -35 °C. Jej hlavnou zložkou je etylénglykol (1,2-etándiol), ďalej je tu voda a antikorozívny aditív. Prípravky na báze

etylénglykolu sú jedovaté, sú bezpečnostne sfarbe-né na modro (príp. zeleno). V SR je dostupný výro-bok značky ALYCOL (MOL-LUB, Maďarsko).

Pri separácii modelovej zmesi 90 % čerstvého mo-torového oleja MADIT M6AD a 10 % ALYCOL postu-pom analogickým regenerácii OMO sa podľa oča-kávania ukázalo, že prítomnosť monoetylénglykolu (MEG) v motorovom oleji neznamená nijaký prob-lém pri regenerácii oleja. Základový olej pre výrobu stredne viskóznych motorových olejov sa získava vá-kuovou destiláciou pri teplotách 250 až 350 °C a tla-koch 6 až 13 kPa, kým destilačné rozmedzie pre MEG je medzi 190 a 202 °C pri 101 kPa, prchavosť oboch komponentov je teda dostatočne rozdielna a praktic-ky všetok prítomný MEG odchádza do prednej frak-cie, ktorá predstavuje asi 10 % hm. z nástreku. Sústa-va motorový olej + MEG nie je však stabilná a napriek prítomnosti emulgátora v motorovom oleji sa spon-tánne rozsádza. Toto je možné s výhodou využiť, od-sadená ťažšia polárna fáza sa do čistiaceho procesu jednoducho neprivedie.

Na obr. 1 je časť IČ spektra, demonštrujúca sepa-ráciu MEG z olejového prostredia. V obrázku sú po-rovnávané spektrá pôvodného motorového oleja, nemrznúcej kvapaliny ALYCOL na báze MEG, moto-rového oleja s kontaminantom a konečne motoro-vého oleja po odstránení kontaminantu do prednej frakcie. Prakticky totožné spektrum kontaminované-ho oleja so spektrom regenerátu aj pôvodného ole-ja je zrejme spôsobené odmiešaním kontaminantu MEG počas merania spektra.

Brzdová kvapalina je hydraulická kvapalina, použí-vaná v brzdách vozidiel na prenos tlaku do brzdiacich prvkov. Jej funkcia je založená na nestlačiteľnosti

65


kvapalín a preto musí mať vysoký bod varu (v pre-vádzke bez parných bublín). Jej zložkami sú di-, tri- a polyetylénglykoly a ich metyl-, etyl- a butylétery. Glykoly sú hygroskopické, absorbujú vodu z atmosféry, čo znižuje hydraulickú účinnosť brzdy.. Ako ukazuje IR spektrum pre tento testovaný systém na obr. 2, aj tento kontaminant sa spoľahlivo oddeľuje do prednej frakcie, ktorej podiel bol 13 % hm. z nástreku.

obvyklých v našej technológii regenerácie pri od-bere prchavého predného podielu. Odber prednej frakcie bol 13 % hm. z nástreku. Na obr. 3 je IČ spek-trum zo štúdie odstraňovania FAME ako kontaminan-tu z motorového oleja. Príslušný pás prislúcha kar-bonylu esterovej skupiny. V tejto oblasti vykazuje IR absorpciu aj naprávač viskozity na báze oligomérov metylmetakrylátu.

Obr. 2 IČ spektrum pôvodného motorového oleja, konta-minovaného oleja a oleja po odstránení kontaminantu. Modelový kontaminant brzdová kvapalina, 10 % hm.

Obr. 3 IČ spektrum pôvodného motorového oleja, kon-taminovaného oleja a oleja po odstránení kontaminan-tu. Modelový kontaminant FAME, 10 % hm.

Metylestery vyšších mastných kyselín (FAME) sú alternatívnym palivom alebo jeho zložkou pre die-selové motory. Pripravujú sa z obnoviteľných zdro-jov a majú výhodnú uhlíkovú bilanciu – prispievajú málo k skleníkovému efektu. Majú parametre blízke fosílnej nafte, s ktorou sa miešajú v každom pome-re a môžu byť použité v štandardných dieselovým motoroch bez úpravy motora. Majú rad pozitívnych vlastností, ako je výborná mazivosť, jednoduchá prí-prava, výrazná redukcia škodlivých emisií, vysoká bio-degradabilita, vysoký bod vzplanutia, bezpečné skla-dovanie a transport. Istou nevýhodou v porovnaní s fosílnou naftou je vysoká cena, horšie nízkoteplot-né vlastnosti a najmä obmedzené zdroje. FAME sa považujú za reálnu alternatívu fosílnych kvapalných palív v doprave. EÚ predpokladá dosiahnuť do roku 2020 náhradu 10 % objemu (resp. ich energetického obsahu) kvapalných palív na trhu palivami z obnovi-teľných zdrojov. V súčasnosti sa v SR celoplošne mie-ša fosílna nafta s 4.5 % obj. FAME. Prítomnosť FAME v OMO má tak opodstatnený pôvod.

FAME majú blízke vlastnosti s fosílnou naftou. Zvyš-ky paliva (benzín, nafta) sa z OMO bežne účinne od-straňujú vákuovou, alebo aj atmosférickou destilá-ciou (stripovanie). Tento predpoklad sa potvrdil aj pri odstraňovaní FAME ako modelového kontami-nantu z motorového oleja v rozsahu teplôt a tlakov

Kým študované kontaminanty MEG (nemrznú-ca zmes), polyglykoly a ich étery (brzdová kvapali-na) a FAME (palivo pre dieselové motory) predsta-vujú svojou prítomnosťou v OMO pri iných regene-račných technológiách až neriešiteľné problémy, pri regeneračnom postupe s vákuovou destiláciou ako hlavným čistiacim krokom sa tieto dajú účinne a jed-noducho z OMO odstrániť.

Vykonané štúdium ukázalo, že kontaminácia OMO vybranými technickými kvapalinami, ktoré prichádza-jú do úvahy pri separovanom zbere OMO na miestach veľkokapacitnej výmeny motorových a prevodových olejov v servisoch, garážach, depách a pod., nepred-stavuje technický problém pri ich regenerácii, využí-vajúcej vákuovú destiláciu. Brzdovú kvapalinu a ne-mrznúcu zmes je možné účinne oddeliť od minerál-neho oleja ako prednú destilátovú frakciu bez po-klesu výťažnosti regenerátu. Rovnako zvyšky alter-natívnych palív pre vznetové motory – metyleste-ry sa z OMO takto účinne odstraňujú v prednej des-tilátovej frakcii. Separačný proces je možné monito-rovať pomocou IČ spektroskopie s využitím intenzi-ty vybraných pásov, charakteristických pre konkrét-ny kontaminant.

Text: Jozef Lengyel, doc. Ján Cvengroš, FCHPT STU Bratislava

Foto: Volvo Construction Equipment

66


www.incheba.sk

21. - 23. 4. 2009 21. 4. - ODBORNÁ VEREJNOSŤ

C.S.I.L.5. VEľtRh VýROBcOV a SuBDODÁVatEľOV pRE autOmOBilOVý pRiEmySEl

CAR PLAST4. VEľtRh plaStOV, gumy a kOmpOzitOV pRE autOmOBilOVý pRiEmySEl

TriboTechnika · 1/2009

www.tribotechnika.sk

Trib

oTec

hnik

a

1

/200

9

Documents

Tribotechnika 2009-1