Eksploatacja – działania dotyczące technicznych i organizacyjnych

przedsięwzięć w zakresie uŻytkowania i obsługi.

W przedsiębiorstwach produkcyjnych działania w zakresie eksploatacji

podejmuje dział (komorka) utrzymania ruchu.

Obiekty eksploatacji:

1. procesach produkcyjnych (głownie maszyny urządzenia) obsługiwane są przewaŻnie przez wykwalifikowany personel (niewłaściwe działania mogą doprowadzić do powstania powaŻnych

problemow).

2. „konsumpcyjne” przeznaczone dla osob niewykwalifikowanych muszą być zabezpieczone

przed niewłaściwą obsługą.

Korzyści płynące ze znajomość procesow zuŻywania i właściwości

środkow smarujących w dziale utrzymania ruchu:

1. MoŻliwość ustalenia przyczyn powstania „awarii” maszyny lub

urządzenia. Dzięki temu moŻna wdroŻyć postępowanie, ktore

zapobiegnie powtornym uszkodzeniom tego samego rodzaju.

2. Eksploatując systemy techniczne często zachodzi konieczność

zastąpienia zuŻytych środkow smarujących nowymi - trzeba wiedzieć

jakimi. (ekologia, sprawność, kompatybilność)

3. W przypadku -, produkcja przebiega przez

wiele urządzeń i maszyn technologicznych, dostarczonych przez wielu

dostawcow – kaŻdy ma własne preferencje w doborze marki środkow

smarujących i standardowych części zamiennych dla swojego urządzenia

lub maszyny.

4. MoŻliwość podjęcia skutecznych działań zapobiegawczych.

Rodzaje tarcia

1.Statyczne (spoczynkowe)

2.Kinetyczne:

a. toczne,

b. ślizgowe:

- wewnętrzne,

- zewnętrzne,

c. ślizgowo-toczne:

- wewnętrzne,

- zewnętrzne.

Tarcie suche (technicznie i fizycznie) występuje podczas kontaktu

wzajemnie poruszających się powierzchni bez pośrednictwa środkow

smarujących.

Tarcie w systemach technicznych:

F(t)=μ(t)N → μ ≠ const

F(t) = f(N,t,A,T,v,…)

Ft – siła tarcia, N – obciąŻenie, t- czas, A- powierzchnia,

T- temperatura, v-prędkość

Smarowanie – zamiana tarcia zewnętrznego w tarcie wewnętrzne

(graniczne, płynne, mieszane)

Smarowanie graniczne ma miejsce przewaŻnie podczas

wzajemnego przemieszczania się powierzchni z niskimi

prędkościami.

Powierzchnie trące rozdzielane są przez warstwy graniczne środka

smarującego o zwiększonej lepkości.

Niska temperatura nie powoduje desorpcji cząsteczek z powierzchni

trących.

Dominuje umiarkowane zuŻycie ścierne.

W przypadku występowania „duŻych” naciskow lub „wysokiej”

temperatury moŻe dochodzić do aktywacji zuŻywania adhezyjnego

(zacierania).

Smarowanie graniczne w obecności olejow z dodatkami

przeciwzatarciowymi:

Powierzchnie trące rozdzielane są przez warstwy trwale na nich

utworzone w wyniku reakcji chemicznych (chemisorbcja) dodatkow

do olejow.

Prawdopodobnie jest to reakcja polimeryzacji łańcuchow

węglowodorow w obecności startych tlenkow Żelaza (czysta fizycznie

powierzchnia metalu jest katalizatorem).

Dodatkową amorficzną nierozpuszczalną w oleju warstwę

rozdzielającą tworzą przeciwzatarciowe dodatki do oleju

zawierające cynk oraz warstwy korozyjne wytworzone przez

działanie siarki pochodzącej z dodatkow do olejow

Smarowanie płynne prowadzi do separacji powierzchni wspołpracujących

a tarcie wewnętrzne zachodzi w cieczy smarującej.

Rodzaje smarowania płynnego:

- Hydrodynamiczne w tym (Elastohydrodynamiczne).

- Gazodynamiczne.

- Hydrostatyczne.

- Gazostatyczne.

Występują układy mieszane Hydrostatyczne +Hydrodynamicze (np.: wały

korbowe).

Smarowanie płynne prowadzi do separacji powierzchni trących a tarcie

wewnętrzne zachodzi w cieczy smarującej.

Zachodzi tylko w przypadku wzajemnego ruchu powierzchni z prędkością

powyŻej 0,5m/s, w obecności dostatecznej ilości cieczy smarującej.

(rownieŻ w łoŻyskach porowatych)

Charakteryzuje się niskimi wartościami wspołczynnika tarcia przewaŻnie

poniŻej 0,01.

W duŻym stopniu ogranicza zuŻycie ścierne i adhezyjne na zimno.

MoŻe zachodzić w węzłach konforemnych i niekonforemnych z ruchem

obrotowym i postępowym.

Grubość filmu olejowego zwiększa się wraz z lepkością oleju  i

prędkością względną v a maleje wraz ze wzrostem nacisku P .

Głownym ograniczeniem smarowania hydrodynamicznego jest prędkość

względna.

Zbyt mała prędkość względna prowadzi do zaniku smarującego filmu

olejowego i zatarcia węzła kinematycznego (lub nadmiernego ścierania).

Zbyt duŻa prędkość względna prowadzi przewaŻnie do przegrzania środka

smarującego i w efekcie do zatarcia węzła kinematycznego.

Smarowanie elastohydrodynamiczne (EHL) zachodzi przewaŻnie w

węzłach niekonforemnych w obecności duŻych naciskow jednostkowych.

Pod wpływem duŻego nacisku powierzchnie stanowiące parę ślizgową

odkształcają się spręŻyście. Odkształcenie spręŻyste powoduje obniŻenie

wartości nacisku jednostkowego i umoŻliwia powstanie smarującego

filmu olejowego dla określonej wartości prędkości względnej v.

Grubość filmu olejowego zawiera się w granicach od 0,1μm do 400 μm,

wartość wspołczynnik tarcia wynosi średnio 0,2 .

Węzły kinematyczne w ktorych zachodzi smarowanie

elastohydrodynamiczne naraŻone są na zuŻycie zmęczeniowe (pitting)

zatarcie (zuŻycie adhezyjne), w mniejszym stopniu na ścieranie.

W czasie smarowania EHL olej ulega szybkiej miejscowej degradacji

względu na miejscowe występowanie duŻych prędkości, temperatury,

ciśnienia.

Smarowanie w większości węzłow kinematycznych (przekładnie zębate,

łoŻyska, ..) podlega więcej niŻ jednemu mechanizmowi. Często dwa lub

więcej mechanizmow jest aktywnych jednocześnie. W takim przypadku

zachodzi smarowanie mieszane. Jednocześnie mogą przebiegać

procesy tarcia suchego i granicznego lub płynnego i granicznego.

Procesy tarciowe mogą płynnie lub skokowo przechodzić jeden w drugi

podczas zmieniających się w czasie warunkow eksploatacji obiektu

(rozruch, bieg stabilny, przeciąŻenia mechaniczne i termiczne,

degradacja środkow smarowych).

Do zainicjowania tarcia mieszanego moŻe dojść np.: w przypadku

obecności zanieczyszczeń o znacznych rozmiarach.

Tarcie w systemach technicznych:

F=μN → μ ≠ const

F = f(N,t,A,T,v,…)

F – siła tarcia, N – obciąŻenie, t- czas, A- powierzchnia,

T- temperatura, v-prędkość

Powszechnie występujące mechanizmy zuŻywania:

- ścieranie,

- erozja i kawitacja,

- adhezja,

- zjawiska zmęczeniowe,

- korozja,

- obliteracja (zarastanie),

- doraźne mechaniczne (odkształcenie plastyczne, złamanie..),

- doraźne cieplne (utrata właściwości materiału, trwałe odkształcenie).

Podczas wspołpracujący elementow maszyn

przewaŻnie aktywuje się jednocześnie więcej niŻ

jeden mechanizm zuŻywania.

(np. ścieranie, adhezja, korozja)

Proces ścierania jest zjawiskiem powszechnie występującym zachodzi

głownie podczas kontaktu między ciałami stałymi w warunkach

niedostatecznego smarowania (tarcie suche, graniczne).

Skutkiem ścierania jest ubytek materiału (rownomierny), zmiana struktur

geometrycznych powierzchni (np. zmniejszenie wartości parametrow

chropowatości powierzchni) , czasami zmiana właściwości warstw

wierzchnich w wyniku oddziaływania podwyŻszonej temperatury (np.

odpuszczenie).

W przypadku znaczących roŻnic twardości, intensywniejszemu ścieraniu

podlega materiał o mniejszej twardości.

Zasada – im twardszy materiał tym bardziej odporny na ścieranie.

Intensywność ścierania zaleŻy takŻe od struktur geometrycznych

powierzchni wspołpracujących (wysokość nierowności i ich kształt)

oraz struktury warstwy wierzchniej .

Ścieranie (czyli usuwanie materiału) zachodzi w wyniku podprocesow:

- mikroskrawania (ścinania),

- bruzdowania (powtarzające się odkształcenia plastyczne → zgniot →

kruchość → odspojenie),

- pękania,

- odłupywania elementow struktury ziarnistej (ceramika).

Produkty ścierania przedostają się często do medium smarującego i biorą

dalszy udział w procesie ścierania jako „trzeci element”.

Podprocesy ścierania uaktywniają się w zaleŻności od właściwości

mechanicznych elementow podlegających ścieraniu.

(ostre twarde nierowności ścinają, obłe twarde nierowności bruzdują i

mogą powodować pękanie, twarde obłe ziarna mogą zostać wgniecione w

miękki materiał,…).

Produkty ścierania unoszone przez medium smarujące często oddziałują

na wiele węzłow kinematycznych.

Kosztowne lub trudne do wymiany elementy maszyn chroni się przed

zuŻyciem ściernym między innymi przez kojarzenie ich z elementami:

- twardości do 80% materiału chronionego,

- twardości od 80% do 100% - w przypadku konieczności długotrwałej

wspołpracy.

W procesach produkcyjnych proces ścierania jest z reguły niepoŻądany i

prowadzi do powstawania strat.

Wyjątkiem są procesy obrobki wykorzystujące mechanizmy ścierania

(np.: szlifowanie, polerowanie, honowanie, obrobki przetłoczno –

ścierne).

Erozja wywołuje ubytek materiału wywołany przewaŻnie przez

„uderzenia” cząstek stałych o powierzchnie ciała stałego.

NatęŻenie procesu erozji zaleŻy między innymi od:

- energii kinetycznej cząstek,

- kształtu cząstek,

- właściwości mechanicznych cząstek i ciała stałego naraŻonego na

oddziaływanie erozji (twardość , udarność),

- kąta padania,

- temperatury,

-właściwości otoczenia (gaz, ciecz, lepkość).

Podprocesy erozji:

- pękanie (kruchy materiał, duŻy kąt padania, duŻa energia kinetyczna),

- odkształcenie plastyczne (ciągliwy materiał, umiarkowany kąt padania,

duŻa energia kinetyczna),

- zmęczenie ( duŻy kąt padania, umiarkowana energia kinetyczna),

- skrawanie ( mały kąt padania, duŻa energia kinetyczna),

- topnienie (duŻy kąt padania, bardzo duŻa energia kinetyczna),

- degradacja siatki krystalicznej.

Krople cieczy mogą wywoływać zuŻycie erozyjne części maszyn pod

warunkiem ich dostatecznej prędkości.

Maksymalne ciśnienie wywołane prze padającą kroplę pod kątem

prostym:

p=ρ*vs*v

vs - prędkość dźwięku w padającej cieczy,

v – prędkość padania,

ρ – gęstość.

Kawitacja zachodzi na granicy ciał stałych i cieczy podczas gwałtownych

zmian ciśnienia (w skali mikro i makro). Kawitacja prowadzi do

nierownomiernego ubytku materiału ( wŻery ) .

Zmiany ciśnienia mogą powodować powstawanie i zapadanie się pęcherzy

parowych. Gwałtowne zapadanie się pęcherzy parowych wywołuje fale

uderzeniowe oddziałujące na powierzchnie ciała stałego.

Im ciecz charakteryzuje się większym napięciem powierzchniowym tym

większe tworzą się pęcherze parowe o duŻej energii.

Kawitacji najłatwiej zapobiegać przez dodatki zmniejszające napięcie

powierzchniowe cieczy.

Kawitacja nasila się w zanieczyszczonych cieczach (występuje efekt

synergii z procesem erozji).

NatęŻenie zmian kawitacyjnych zmienia się lokalnie w przypadku

materiałow o niejednorodnej strukturze np.: Żeliwo (tworzą się wyspy i

zagłębienia).

ZuŻywanie adhezyjne ( zrastanie na zimno i gorąco) prowadzi do ubytku

materiału i jednocześnie przenoszenia materiału między parą ślizgową.

Na powierzchni o większej wytrzymałości pojawiają się nalepienia

(narost), na powierzchni o mniejszej wytrzymałości kratery. W przypadku

powierzchni o zbliŻonej wytrzymałości kratery i nalepienia pojawiają się

obok siebie.

ZuŻycie adhezyjne występuje podczas tarcia ślizgowego z duŻymi

naciskami jednostkowymi. DuŻe naciski jednostkowe powodują zbliŻenie

fragmentow powierzchni ślizgowych na odległość zasięgu działania sił

molekularnych. Lokalnie tworzą się wiązania metaliczne między

powierzchniami trącymi (narost). W dalszym etapie moŻe dojść do

oderwania się (dekohezji) fragmentu ciała o mniejszej wytrzymałości

(krater).

Proces zuŻywania adhezyjnego powoduje wzrost wspołczynnika tarcia,

prowadzi do szybkiego zniszczenia węzła kinematycznego.

Adhezja jest ‘katalizatorem zuŻywania’.

ZuŻywanie adhezyjne doprowadzające do lokalnego topnienia materiału

nazywa się zacieraniem i prowadzi do trwałego unieruchomienia węzła

kinematycznego.

Powierzchniowe zuŻycie zmęczeniowe (w tym pitting)- zachodzi w

wyniku cyklicznego oddziaływania napręŻeń stykowych (nacisku) i

napręŻeń termicznych, w warstwach wierzchnich węzłow

kinematycznych (przewaŻnie smarowanych).

W wyniku superpozycji napręŻeń wewnętrznych i napręŻeń stykowych

(duŻe wartości, EHL), oraz ich redystrybucji dochodzi do lokalnych

przekroczeń wytrzymałości i powstawania mikropęknięć. W kolejnej

fazie mikropęknięcia propagują w wyniku działania karbu i ciśnienia

oleju. W ostatniej fazie fragment materiału zostaje odspojony od

powierzchni tworząc krater.

ZuŻyciu zmęczeniowemu sprzyjają:

- wewnętrzne napręŻenia rozciągające,

- „niedoskonałości powierzchni”, (mogą powstać podczas eksploatacji)

- wady podpowierzchniowe,

- granice strukturalne pod powierzchnią styku,

- oleje EP z dodatkami przeciwzatarciowymi.

Kontrola cieczy smarujących krąŻących w obiegu pozwala na wykrycie

odspojonych w procesie zuŻywania cząstek części maszyn.

Na podstawie liczby odspojonych cząstek oraz ich rozmiaru, kształtu

moŻna wnioskować o zachodzących w maszynie mechanizmach zuŻycia i

ich natęŻeniu.

Podstawową właściwością (parametrem) ciekłych środkow smarujących

(głownie olejow) jest:

LEPKOŚĆ

Gatunki olejow i smarow plastycznych roŻnią się między sobą

lepkością.

Lepkość oleju kaŻdego z osobna zmienia się w zaleŻności od warunkow

w jakich się on znajduje.

Najistotniejsze czynniki wpływające na lepkość: temperatura,

ciśnienie, prędkość ścinania, grubość filmu olejowego.

WaŻna zasada!

Im olej lub smar plastyczny posiada większą lepkość tym tworzy

lepsze warunki smarowania (lepiej separuje powierzchnie

poruszające się względem siebie w obecności oleju).

Bardziej lepki olej lub smar plastyczny wywołuje większe opory w

trakcie ruchu a co za tym idzie powoduje zwiększone

nagrzewanie i straty energii.

ZaleŻność lepkości od temperatury – wskaźnik lepkości (ASTM - slope)

Oleje podobnie jak inne ciecze zmniejszają swoją lepkość

wraz ze wzrostem temperatury (prawie liniowo).

Zmniejszenie lepkości oleju moŻe doprowadzić do zatarcia węzła

kinematycznego lub ograniczenia jego trwałości. W przypadku gdy jest to

ciecz robocza mogą występować zaburzenia pracy urządzenia.

(serwomechanizmy, sterowanie hydrauliczne, automatyczne skrzynie

biegow)

Im mniejsze zmiany lepkości wraz ze zmianą temperatury wykazuje dany

olej, tym większa jest jego wartość uŻytkowa.

ZaleŻność lepkości od ciśnienia

[Pas]

η0 –lepkość pod ciśnieniem atmosferycznym( dla olejow maszynowych od

30x10-3 do 180x10-3 Pas),

α- wspołczynnik lepkość-ciśnienie ( dla olejow maszynowych od 20x10-9

do 45x10-9 m2/N w 30oC ),

P – ciśnienie

Ogolnie bardzo trudne zagadnienie lecz moŻna bez wątpienia stwierdzić

Że wraz ze wzrostem ciśnienia ciecze są bardziej lepkie.

ZaleŻność lepkości od prędkości ścinania (gradientu prędkości

względnej)

Ciecze newtonowskie – lepkość nie zaleŻy od prędkości ścinania

(czysty olej - do u/h 105 [1/s])

Ciecze dylantacyjne – lepkość rośnie wraz z prędkością ścinania

(zanieczyszczony olej)

Ciecze pseudoplastyczne – lepkość maleje wraz ze wzrostem prędkości

ścinania (emulsje, ciecze zawierające długie łańcuchy polimerowe)

Klasyfikacja olejow wg SAE (Society of Automotiv Engineers) – norma

przewiduje 11 podstawowych gatunkow olejow silnikowych i 7

podstawowych gatunkow olejow przekładniowych.

Oleje oznaczone literą „W” , np.: SAE 20W ze względu na umiarkowaną

lepkość przeznaczone są do pracy w niskich temperaturach.

Oleje bez oznaczenia literą „W” ,np.: SAE 50 przeznaczone są do pracy w

temperaturach powyŻej 0oC i zapewniają lepsze smarowanie w wysokich

temperaturach.

Oleje oznaczane dwoma symbolami np.: SAE 20W/50 nazywane są

uniwersalnymi lub wielosezonowymi. W niskich temperaturach

właściwości takiego oleju odpowiadają olejowi SAE 20W a w wysokich

olejowi SAE 50.

Jakość olejow:

wg API (USA) oznaczenie składa się z dwoch liter:

przeznaczenie oleju:

S-silniki benzynowe,

C-silniki diesla,

właściwości: kolejne litery w alfabecie odpowiadają wzrastającej jakości

oleju. (nowoczesne oleje do silnikow benzynowych SL(2001), SM(2004);

do silnikow diesla CF,CG,CH,CI; CG-2 silniki 2 suwowe, CG-4 silniki 4

suwowe).

Wg ACEA (EU) oznaczenie składa się litery i cyfry:

przeznaczenie oleju:

S-silniki benzynowe,

C-silniki diesla,

Wg ACEA (EU) oznaczenie składa się litery i cyfry:

przeznaczenie oleju:

A - silniki benzynowe,

B - silniki diesla,

E – silniki diesla (cięŻkie) np.: sam. cięŻarowe, silniki stacjonarne, silniki

okrętowe.

Właściwości: najnowocześniejsze oleje oznaczone są cyfrą 5 (2002) np.:

ACEA A5, ACEA B5, ACEA E5

Okres wymiany oleju określa producent silnika w odpowiedniej

specyfikacji np.:

DC 229.5 określa wymiane oleju do 50000km (w cięŻarowych do 200000

km).(VW 502.00)

Głowna zasada uzupełniania środkow smarujących –

nie mieszać.

Klasyfikacja jakościowa olejow przekładniowych dla pojazdow:

od GL - 1 (warunki łagodne) do GL – 6 (warunki bardzo trudne).

Zadania środkow smarujących:

- minimalizacja lub kontrola procesow tarciowych,

- minimalizacja lub kontrola procesow zuŻyciowych (korozja,

zacieranie, ścieranie, …)

- odprowadzanie lub doprowadzanie ciepła,

- przenoszenie mocy,

- utrzymywanie poŻądanych właściwości podczas narastania

procesu degradacji.

Rodzaje środkow smarujących ze względu na stan skupienia:

- ciekłe (oleje, smary plastyczne, emulsje),

- stałe,

- gazowe.

Olej – mieszanina oleju bazowego z dodatkami ( dodatki mogą stanowić

do 10% objętości, olej bazowy – olej bez dodatkow)

Rodzaje olejow:

- Pochodzenie biologiczne,

(stosowane w przypadkach ryzyka skaŻenia – procesy produkcyjne

Żywności, farmaceutykow, urządzenia medyczne)

- Pochodzenie poza biologiczne:

- mineralne - otrzymywane z ropy naftowej w procesie rafinacji,

(najpowszechniejszy środek smarujący, stosowany w

przypadku przeciętnych warunkow eksploatacji)

- syntetyczne – otrzymywane z cięŻkich olejow mineralnych w wyniku

krakingu (węglowodorowe,

silikonowe, organohalogenowe,

(kraking – rozkład długich łańcuchow węglowodorow na krotsze)

(stosowane w specjalnych warunkach – niska temperatura do

–90˚C, wysoka temperatura do 250˚C, ekstremalne naciski,

odporność na działanie chemikaliow, tańsze gatunki zastępują oleje

mineralne).

Smary plastyczne – koloidy, Żele lub zawiesiny zawierające w swojej

włoknistej strukturze oleje mineralne lub syntetyczne (gąbka z

olejem).

Zagęszczaczami są: przewaŻnie mydła (litowe, aluminiowe, wapniowe),

bentonit, frakcje bitumiczne związki krzemu.

W skład smarow wchodzą niekiedy wypełniacze (głownie smary stałe) –

grafit, MoS2, tlenki metali, talk, proszki metali miękkich, teflon,

poliamid.

Zastosowanie smarow plastycznych:

- węzły kinematyczne z elementami poruszającymi się z niskimi i

umiarkowanymi prędkościami zdolność separacji powierzchni pod

obciąŻeniem stanowi 50% wartości odpowiadającej olejom mineralnym,

- węzły uszczelniające (moŻliwa odporność na działanie wody).

- moŻliwość pracy w wysokich temperaturach do 900˚C i niskich -75˚C.

Tylko niewielki ułamek objętości smaru plastycznego bierze udział w

procesie smarowania.

Problemem jest określenie konsystencji smaru plastycznego mającej

kluczowy charakter. Potocznie określa się smary jako twarde i miękkie,

popularna jest klasyfikacji smarow plastycznych NLGI.

Klasyfikacja wg NLGI:

Smary plastyczne 000,00,0 – bardzo miękkie o niskiej lepkości do

przekładni niskoobrotowych z tendencją do wyciekow, systemow

centralnego smarowania.

Smary plastyczne 1,2,3 – stosuje się do łoŻysk tocznych; im większe

łoŻysko tym twardszy smar plastyczny.

Smary plastyczne 2,3 – stosuje się standardowo do wolnoobrotowych

łoŻysk ślizgowych obrotowych i liniowych.

Smary plastyczne 4,5,6 – posiadają dobre właściwości uszczelniające,

przewaŻnie są odporne na działanie wody – przeznaczone są często do

smarowania przekładni, lin i innych elementow otwartych.

Podczas wymiany smaru naleŻy zwrocić uwagę na konsystencję smaru i

rodzaj zagęszczacza.

Degradacja smarow:

- utlenianie oleju,

- oddzielenie oleju od zagęszczacza - pod wpływem zbyt wysokiej

temperatury (rzadki olej szybciej wypływa ze struktury ktorą tworzy

zagęszczacz, struktura zagęszczacza moŻe ulec chwilowemu stopieniu).

Zagęszczacz moŻe tworzyć warstwę osadu na smarowanych

powierzchniach. Temperatura moŻe ograniczyć trwałość smaru

plastycznego: typowy smar litowy w temperaturze 40˚C moŻe pracować

20.000h, a w temperaturze 140˚C tylko 500h,

- rozpuszczenie zagęszczacza,

- zanieczyszczenie wodą – dotyczy zwłaszcza smarow z zagęszczaczem na

bazie aluminium i sodu, smary z zagęszczaczem litowym są odporne na

działanie wody.

- zanieczyszczenie produktami procesow tarciowych.

Emulsje olejowe – mieszanina oleju z inną cieczą, przewaŻnie

wodą.

zastosowanie:

-ciecze obrobkowe (chłodzenie, smarowanie, zapobieganie korozji

atmosferycznej w strefie obrobkowej).

- emulsje na bazie wody są przewaŻnie ognioodporne; układy smarujące

w warunkach zagroŻenia zapłonem – głownie w instalacjach

wydobywczych.

- ograniczenia stosowania wynikają z temperatury krzepnięcia i wrzenia

wody i niskiej zdolności o przenoszenia obciąŻeń.

Dodatki uszlachetniające

- Substancje przeciwzuŻyciowe:

- modyfikatory tarcia obniŻają wspołczynnik tarcia nawet do 25%

wartości wyjściowej – głownie związki kwasow tłuszczowych

(sprzyjają adsorpcji cząsteczek oleju na smarowanej powierzchni),

- dodatki przeciwzatarciowe (do 9% cięŻaru oleju) – związki

fosforanow cynku (ZnDDP), reagując z metalowymi powierzchniami

tworzą warstwę ochronną,

- dodatki przeciwzatarciowe (EP-Extreme Pressure do 17% cięŻaru) –

zawierają agresywne pierwiastki niemetaliczne (chlor, siarka,

antymon, jod) reagują z czystą, gorącą powierzchnią

metalu w procesie kontrolowanej korozji tworząc

jednocześnie warstwę ochronną,

- proszki smarow stałych (grafit, MoS2, teflon).

- Dodatki lepkościowe (związki wielkocząsteczkowe).

- Depresatory (obniŻają temperaturę płynięcia).

- Deaktywatory metali (wiąŻą cząsteczki metali unoszące się w oleju).

- Przeciwutleniacze (do 2% cięŻaru oleju) - olej utleniając się zwiększa

swoją kwasowość i lepkość z jednoczesną utratą właściwości

smarujących. Katalizatorami utlenienia są: cząsteczki metali,

woda, produkty utleniania, tlen, promieniowanie jonizacyjne.

- Inhibitory korozji.

-inne (np.: substancje buforujące, regulatory kwasowości, d. przeciw

pienieniu, d. myjące, d.deemuglujące).

Smary stałe

(grafit, talk, dwusiarczki - MoS2, teflon, metale miękkie, powłoki

supertwarde)

Zalety smarow w postaci stałej w stosunku do smarow w postaci ciekłej:

- odporność na ekstremalnie wysokie temperatury,

- odporność na działanie proŻni,

- odporność na promieniowanie jonizacyjne,

- zmniejszone ryzyko wycieku.

Ocena występowania procesow zuŻyciowych na podstawie wyglądu

powierzchni:

Powierzchnia gładka błyszcząca – powoli postępująca, rownomierna

zmiana kształtu - proces ścierania (polerowanie), łuszczenie warstw

korozyjnych.

Powierzchnia gładka matowa (chropowata w skali mikro, nierowności

powierzchni do kilkunastu mikrometrow,) – powoli postępująca,

rownomierna zmiana kształtu – proces ścierania z udziałem obiektow o

średniej wielkości (do 0,05mm), mikro – pitting (zuŻycie zmęczeniowe

o małym natęŻeniu), erozja, mikro – kawitacja.

Ocena występowania procesow zuŻyciowych na podstawie wyglądu

powierzchni:

Powierzchnia gładka błyszcząca – powoli postępująca, rownomierna

zmiana kształtu - proces ścierania (polerowanie), łuszczenie warstw

korozyjnych.

Powierzchnia gładka matowa (chropowata w skali mikro, nierowności

powierzchni do kilkunastu mikrometrow,) – powoli postępująca,

rownomierna zmiana kształtu – proces ścierania z udziałem obiektow o

średniej wielkości (do 0,05mm), mikro – pitting (zuŻycie zmęczeniowe

o małym natęŻeniu), erozja, mikro – kawitacja.

Powierzchnia o nienaturalnej (metalicznej) barwie:

- korozja widoczny matowy nalot, słabo związany z podłoŻem,

przewaŻnie zabarwiony czerwono lub brązowo, w przypadku

agresywnego otoczenia nalot moŻe przyjmować inne zabarwienie),

- nalot błyszczący silnie związany z podłoŻem moŻe świadczyć o

przegrzaniu części maszyny, orientacyjnie: (Żołta do 250˚C, fioletowa

do 280˚C, niebieska 310˚C, zielona do 350˚C)

Zużywanie łożysk tocznych

Pierścienie (wewnętrzny i zewnętrzny) oraz elementy toczne (kulki, rolki,

baryłki,..) wykonane są ze stali zahartowanej do twardości od 58 HRC do 64

HRC. W łoŻyskach tocznych naciski dochodzą do 2 GPa.

Temperatury pracy : do 120 oC – mocno obciąŻone, do 200 oC średnio obciąŻone,

do 300 oC bardzo lekko obciąŻone.

Koszyki wykonuje się ze stali, brązu, tworzyw sztucznych w zaleŻności od

przeznaczenia.

6 krokow do rozpoznania zuŻycia łoŻysk tocznych

1. Analiza historii:

- Czy łoŻysko było wymontowywane?

- Kiedy zostało zamontowane i jak długo działało?

- NaleŻy pomierzyć wymiary zewnętrzne łoŻyska i porownać wyniki z

danymi producenta.

- Sprawdzić otoczenie węzła łoŻyskowego w tym: wilgotność,

wahania temperatury.

- Określić ktore elementy węzła nagrzewają się bardziej niŻ inne.

- Sprawdzić czy łoŻysko było eksploatowane zgodnie z

przeznaczeniem np.: prędkość obrotowa, obciąŻenie, zabudowa.

- Sprawdzić czym łoŻysko było smarowane, czy obsługa ma

odpowiednie kwalifikacje (wywiad z operatorami, dokumenty).

2. Inspekcja zewnętrznego i wewnętrznego pierścienia oraz

elementow tocznych dająca odpowiedzi na kolejne pytania:

- Czy występują czarne plamy (jeŻeli tak to olej był zanieczyszczony

wodą 0,05% wody w oleju obniŻa trwałość łoŻyska o 50%).

- Czy widoczne są oryginalne ślady szlifowania? (brak śladow szlifowania

świadczy o poślizgu). (elementy mogą być lekko „spolerowane”).

- Czy na powierzchniach znajdują się wŻery lub nierowności? (zuŻycie

zmęczeniowe, adhezyjne).

- Czy na widoczne są pęknięcia?

- Czy łoŻysko ma „naturalną barwę”?. Zmiana koloru metalu świadczy o

przegrzaniu „barwy nalotowe”, rownomierny czarny nalot świadczy o

przypaleniu oleju.

- Czy kosz jest w całości i nie zdeformowany, wnęki są zuŻyte w sposob

rownomierny?

3. Sprawdzić czy uszczelnienia są w

dobrym stanie. JeŻeli nie to

dlaczego?

4. Oddać olej/smar do analizy. Test

warsztatowy na wodę (podgrzej

niepalny element do 150 oC i upuść

krople oleju – jeŻeli natychmiast

zacznie „skwierczeć” – olej jest

zanieczyszczony wodą).

5. Sprawdźć ślady pozostawione

przez elementy toczne. Czy są

właściwe? JeŻeli nie to dlaczego?

6. JeŻeli trzeba zmierzyć twardość

elementow łoŻyska.

Objawy zuŻycia odpowiednie do łoŻysk tocznych moŻna

zaobserwować w przypadku koł zębatych walcowych i

stoŻkowych oraz niektorych rodzajow sprzęgieł.

Śruby podobnie ja inne elementy maszyn mogą ulec zniszczeniu w wyniku:

- obciąŻenia doraźnego (zerwanie gwintu, rdzenia śruby, głowy,

odkształcenie plastyczne),

- zuŻycia zmęczeniowego ( Najczęściej zachodzi w wyniku zastosowania

zbyt małego momentu podczas dokręcania śruby, siła dociskająca

elementy w połączeniu jest okresowo mniejsza niŻ przykładana w czasie

pracy maszyny siła rozdzielająca elementy połączenia; „nie bardziej bo się

zerwie”. Taki stan rzeczy moŻe doprowadzić do utraty kontroli nad

obciąŻeniem poszczegolnych śrub mocujących dany element).

Źrodła uszkodzeń w cyklu Życia elementow systemow

produkcyjnych:

Czynnik fizyczny – zmęczenie materiału, adhezja, ścieranie,...

Czynnik ludzki – niewłaściwa interwencja przez człowieka aktywująca

czynnik fizyczny. (InŻynier zaprojektował wał z materiału

nieodpornego na korozje, nie przewidział występowania środowiska

korozyjnego. Operator tokarki wykonał przejście z jednej średnicy

wałka do drugiej ze zbyt małym promieniem niezgodnie z

dokumentacją. Podczas montaŻu wał napędowy zamontowano

nieosiowo z silnikiem.)

Czynnik systemowy – „ślepa organizacja” brak przeciwdziałania dla

niewłaściwej interwencji człowieka w tym:

- błędna polityka kadrowa („inŻynier to inŻynier, energetyk, elektronik

czy automatyk niewielka roŻnica”),

- ignorowanie potrzeby ciągłego doskonalenia procedur. (np.: wraz z

rozrastaniem się przedsiębiorstwa, zmianami technologicznymi).

Kategorie błędow wywołanych przez czynnik ludzki:

1. Błędy w procesie konstruowania:

Przeoczenie istotnych warunkow pracy maszyny lub urządzenia

rzutujących na niezawodność. Przykładowe skutki: niewłaściwy dobor

materiału, zbyt mała sztywność (niestabilna praca), koncentracja

napręŻeń, zwiększone ryzyko wypadku operatora maszyny (urządzenia).

Podejmowanie błędnych decyzji na podstawie ekstrapolacji warunkow

pracy maszyny (urządzenia) bez koniecznej analizy.

„JeŻeli reduktor działał bez zarzutu przenosząc moc 160kW to z pewnością

będzie działał rownie dobrze przenosząc moc 180kW” – efekt uszkodzenie.

2. Błędy w procesie wytwarzania – niewłaściwe przygotowanie

technologii, błędy operatorow maszyn, pracownikow montaŻu,

pracownikow izb pomiarowych.

3. Błędy uŻytkowania – zachodzą w przypadkach eksploatowania

maszyny lub urządzenia w warunkach nieakceptowanych przez

producenta.

4.Błędy występujące podczas napraw i instalacji. („naprawić jak

najszybciej”)

5. Błędy zarządzania będące następstwem niewłaściwego przepływu

informacji.

( tendencja pracownikow do myślenia „to nie jest moj problem”,

”ktoś inny za to odpowiada” – nikt nie reaguje w odpowiednim czasie

na narastający problem aŻ do momentu awarii wtedy: „ktoś inny

popełnił błąd” ).

Przykładowy procentowy udział kategorii błędow związanych z

czynnikiem ludzkim: ( dla procesu aparaturowego)

Konstrukcja -34%

Instalacji i naprawy -31%

Obsługa -24 %

Wytwarzanie – 7 %

Przepływ informacji – 4 %

W kaŻdym przypadku rozkład moŻe być inny. W większości

przedsiębiorstw moŻna wyodrębnić między 8 a 12 głownych przyczyn

występowania awarii.

Błędy ludzkie są nieuniknione, pozostawione bez

kontroli są często pierwotną przyczyną awarii i

katastrof.

Większość społeczeństwa przecenia swoje moŻliwości

fizyczne, psychiczne i intelektualne.

(„jestem lepszym kierowcą niŻ inni, moŻe przeciętnym ale

na pewno nie słabszym”)

Rodzaje analiz w systemach utrzymania ruchu:

1. CFA (Component failure analysis) – analiza skierowana na części

maszyn i urządzeń prowadzących do zatrzymania lub spowolnienia

procesu wytworczego. Wynikiem analizy jest identyfikacja czynnikow

fizycznych doprowadzających do wyłączenia obiektu z ruchu.

2. RCI (Root cause investigation) - pogłębiona analiza FCA uzupełniona

o analizę udziału czynnika ludzkiego w łańcuchu przyczynowoskutkowym.

3. RCA (Root cause analyses) - pełna analiza systemu utrzymania

ruchu bazująca na analizach RCA uzupełniona o analizę systemu

zarządzania i statystyczną analizę niezawodności. Analiza RCA powinna

odkrywać słabości systemu utrzymania ruchu „pierwotne przyczyny”.

Celowość prowadzenia analiz:

1. FCA – odpowiada na pytania: dlaczego część lub zespoł uległy

uszkodzeniu, jak zapobiegać takiej sytuacji w przyszłości.

2. RCI – pozwala zrozumieć udział głownych czynnikow ludzkich w

powstawaniu grup uszkodzeń, podaje procedury mające zapobiec

(redukować) podobne problemy. Koszt od 5 do 10 razy większy niŻ FCA.

3. RCA – działanie strategiczne prowadzące do reorganizacji sposobu

zarządzania. Koszt większy niŻ 5 x RCI.

(pozwala na utworzenie kategorii potencjalnych „niepoŻądanych

sytuacji” i ich eliminowanie).

Wybor między FCA, RCI i RCA zaleŻy głownie od:

1. Skali przedsiębiorstwa

(im większe tym konieczna jest głębsza analiza, ale potencjalne

korzyści są większe).

2. Skutkow wystąpienia uszkodzeń lub sytuacji krytycznych

(potencjalne zagroŻenie Życia lub zdrowia ludzi lub strat materialnych

w wielkiej skali powinno prowadzić do głębszej analizy np. poŻar

rafinerii)

Pojęcie obsługi – czynności związane z podtrzymywaniem lub

przywracaniem jego zdolności uŻytkowej.

- obsługa techniczna: wdroŻenie do uŻytkowania ( np.: rozruch,

sprawdzenie), wycofywanie z eksploatacji (np.: odłączenie,

demontaŻ, przekazanie), konserwacja (np.: kontrola bieŻąca),

planowe naprawy.

- obsługa organizacyjna: transportowanie i przechowywanie.

Stan techniczny maszyny lub urządzenia:

- zdatności (stan dobry, zuŻycie dopuszczalne), dla danego stanu pracy

wszystkie wartości cech mierzalnych zawierają się w dopuszczalnych

granicach a cechy niemierzalne przyjmują ustalone wartości logiczne

(tak/nie).

- częściowej zdatności (stan dopuszczalny, ograniczone parametry

uŻytkowe, zuŻycie graniczne),

- niezdatności (stan niedopuszczalny, zuŻycie krytyczne np.:

zatrzymanie pracy, zagroŻenie dla otoczenia).

Uszkodzenie – zdarzenie losowe powodujące przejście maszyny lub

urządzenia w stan ograniczonej zdatności lub stan niezdatności.

Uszkodzenie moŻe być naprawialne lub nienaprawialne. W przypadku

uszkodzenia nienaprawialnego obiekt przechodzi w stan trwałej

niezdatności

Istotność uszkodzenia – określa sposob postępowania organizacji w

przypadku zaistnienia :

krytyczne –wyłącza obiekt z eksploatacji, niezwłocznie podejmowane

są działania zabezpieczające otoczenie i jeŻeli to moŻliwe

przywrocenie do zdatności,

waŻne – niezwłocznie podejmowane są działania zabezpieczające

otoczenie a przywrocenie obiektu do zdatności moŻe być odłoŻone w

czasie,

mało istotne – obiekt jest zdatny pomimo wystąpienia uszkodzenia

(usterka).

Odtworzenie zdatności obiektu rozumianego jako ogniwo w łańcuchu

moŻe nastąpić w wyniku naprawy (remontu), lub wymiany.

Naprawialność obiektu (podatność na naprawę) jest określeniem

subiektywnym. Naprawialność określają czynniki:

- techniczne (ograniczenia techniczne występują przewaŻnie w

procesach regeneracji),

- ekonomiczne (w największym stopniu),

- formalne (przepisy zabraniające lub ograniczające naprawy).

Strategie eksploatacji:

1. Strategia planowo – zapobiegawcza. Działania przeprowadzane są wg

planu. Podstawą planu moŻe być czas pracy obiektu „resurs czasowy”

lub ilość wykonanej pracy (przebieg w kilometrach, liczba

wyprodukowanych sztuk, itp.). Obejmuje często tzw. „cykle

remontowe” gdzie działania wykonywane są bez względu na ich

„obiektywną technicznie” konieczność. Wszelkie działania w

przedsiębiorstwie są kosztem. Plan i zakres działań eksploatacyjnych

określają normatywy opracowane przez producenta lub uŻytkownika na

podstawie analizy warunkow pracy obiektu i statystycznej analizy

niezawodności (stanow gotowości).

2. Strategia diagnostyczna wg stanu obiektu. Działania eksploatacyjne

podejmowane są po analizie informacji płynących z systemu

diagnostycznego. Moduły systemu diagnostycznego zbierają dane

niosące informacje o stanie obiektu on-line (data loggery) (np.:

amplituda drgań, temperatura, ciśnienie,…) lub dane są wprowadzane

przez personel okresowo.

3. Strategia mieszana – obecnie rozpowszechniająca się. Działania

podejmowane planowo (np.: wg resursu) mają ograniczony zakres do

elementow niediagnozowalnych. Diagnozowalność podobnie jak

naprawialność jest uwarunkowana głownie względami ekonomicznymi.

Korozja – proces najczęściej rozumiany jako forma zuŻycia

wywołana reakcjami chemicznymi między ciałami stałymi

(np.:metale, tw. sztuczne, beton) i medium (wywołującym

korozje) w postaci: gazu (np. powietrze, chlor), cieczy (np.:

kwaśny deszcz, olej , woda morska), rzadko w postaci innego

ciała stałego.

Korozja dotyczy zarowno powierzchni smarowanych jak i

niesmarowanych.

W krajach rozwiniętych przemysłowo na zapobieganie i

likwidację szkod wywołanych przez korozje przeznacza się do

4% PKB.

Niekiedy jako korozje przyjmuje się zespoł zjawisk

zuŻyciowych takich jak reakcje chemiczne w połączeniu ze

ścieraniem, adhezją, zmęczeniem erozją. Do tego wlicza się

takŻe oddziaływanie organizmow Żywych - korozja

biologiczna.

Procesy korozyjne metali wiąŻą się z przepływem ładunku

elektrycznego, zwykle w obecności wilgoci.

Rodzaje korozji metali roŻnią się między sobą sposobem

inicjacji przepływu ładunku (korozja atmosferyczna, morska,

napręŻeniowa, międzykrystaliczna, …).

Korozja „sucha” zachodząca w gazach jest wyjątkiem i

przebiega w mało intensywny sposob. Aktywuje się przewaŻnie

w wysokich temperaturach.

Cienka skorodowana warstwa powstała w wyniku reakcji z

gazami jest barierą pasywacyjną hamującą postęp procesu

korozji.

Mechanizm korozji w środowisku kwaśnym:

Etap 1: Z powierzchni katody wolne jony wodoru H+ wychwytują

elektrony zgodnie z reakcją 2e+2H+→2H,

Etap 2: Elektrony przenikają z anody do katody w wyniku tego jony

cynku Zn2+ przechodzą do roztworu z powierzchni anody Zn→Zn2+2e.

Zwiększone stęŻenie jonow H+ przyspiesza korozję.

Rolę elektrolitu moŻe spełniać wilgotne (powyŻej 60%) powietrze

zawierające gazy CO2, NOx, H2S, SO2.

Uwolniony w etapie pierwszym wodor moŻe powodować korozję

„wodorową” niektorych stopow metali. Atomy wodoru o niewielkich

rozmiarach przenikają do sieci krystalicznej i tworzą w jej wnętrzu

cząsteczki H2, co prowadzi do wywołania napręŻeń wewnętrznych i

kruchości.

Przepływ ładunku w obwodzie korozyjnym:

Anodę tworzy metal bardziej elektroujemny niŻ katoda.

Np. ogniwo Fe-katoda, Zn –anoda lub Cu – katoda, Fe –anoda. Anody i

katody w obrębie jednej bryły metalicznej tworzą:

- granice struktur np.: ferryt-cementyt ( grafit odsłaniający się

podczas korozji chroni Żelazo przed dostępem jonow wodoru – Żeliwo

koroduje umiarkowanie ),

- obszary o roŻnym stopniu umocnienia,

- zanieczyszczenia metaliczne i niemetaliczne.

W procesie korozji metali w środowiskach obojętnych (woda) lub

zasadowych w reakcji katodowej występuje tlen: 2e+ .O2=O2-.

W roztworach izolowanych od dostępu tlenu proces korozji ustaje

po wyczerpaniu zapasu tlenu w roztworze.

Woda morska jest uboga w tlen i jest lekko alkaliczna – elementy

maszyn znajdujące się głęboko ulegają powolnej korozji, te

obmywane okresowo przez wodę korodują szybko.

Odczyn pH środowiska – natęŻenie korozji

Im środowisko jest bardziej kwaśne pH<7 tym bardziej jest

„agresywne” w stosunku do metali. Kwasy niszczą ochronną tlenkow

powstałą w wyniku pasywacji, odsłaniając tym samym fizycznie czystą,

aktywną chemicznie powierzchnię metalu (stale nierdzewne i

kwasoodporne powlekają się tlenkiem chromu ktory jest

nierozpuszczalny dla większości kwasow).

Aktywne jony np.: H+,Cl-, SO-2 przyśpieszają procesu korozyjne niszcząc

warstwy pasywacyjne lub wnikając w nieciągłości warstw

pasywacyjnych.

Uwolnione cząsteczki wodoru reagują z tlenem w wyniku czego

powstaje woda zwiększając ”wilgotność”.

Środowisko alkaliczne powoduje szybką korozję tylko niektorych metali

i stopow (np.:stopy aluminium).

Dodawanie do paliwa metanolu i etanolu ktore są

higroskopijne stwarza ryzyko dostarczenia wody do silnika i

jego osprzętu. Wraz z wodą przenikają tlen i jony wodoru

powodujące w podwyŻszonej temperaturze korozję. Dodatki

te powodują dodatkowo zmniejszenie wartości opałowej

paliwa.

Zwiększenie temperatury zwiększa natęŻenie korozji

StęŻenie kwasow i zasad – natęŻenie korozji

Kwasy i zasady silnie stęŻone są mniej korozyjne niŻ kwasy i

zasady słabo stęŻone. Dodatkowo stęŻone kwasy i zasady dobrym

środkiem smarującym.

Stal w obecności stęŻonego kwasu np.: siarkowego lub azotowego

praktycznie nie koroduje.

ZuŻycie tribio-chemiczne to proces niszczenia powierzchni w wyniku

powtarzającej się sekwencji:

korozja „sucha” → niszczenie mechaniczne

warstewki ochronnej

(pasywacji)

Niszczenie mechaniczne warstw korozyjnych moŻe zachodzić w

wyniku procesow zuŻywania: ściernego, erozji, kawitacji, adhezji.

StęŻenie kwasow i zasad –

natęŻenie korozji / natęŻenie zuŻycia adhezyjnego

tworzenie okresowo niszczonych warstw pasywacyjnych

w węzłach ruchowych

Ochrona przed korozją:

1. ochrona katodowa – chronione elementy podłącza się do

ujemnego bieguna źrodła prądu stałego napięciu do 2V, biegun

dodatni podłącza się do metalowej elektrody lub nierozpuszczalnej

elektrody grafitowej,

2.ochrona protektorowa - chronione elementy podłącza się do bloku

metalu bardziej elektroujemnego (anoda) niŻ metal chroniony

(katoda) (np.: chronony element ze stali podłącza się do bloku z

cynku, nakładanie powłok cynkowych płomieniowo lub

galwanicznie). Po zanurzeniu w środowisku agresywnym korozyjnie –

rozpuści się anoda. Anody naleŻy okresowo wymieniać – jeśli to

moŻliwe.

3. metaliczne i niemetaliczne powłoki ochronne blokujące dostęp

do powierzchni chronionej aktywnych jonow i tlenu (niklowanie,

miedziowanie, chromowanie, nakładanie powłok polimerowych,..) –

powłoki metaliczne z metali odpornych na korozje po utracie

szczelności zwiększają natęŻenie procesu korozji stając się katodą.

Ochrona przed korozją c.d.:

4. pasywacja „sztuczna” – anodowanie: zwiększanie grubości

naturalnie występujących warstw tlenkowych w wyniku utleniania

metali w kwasach (fosforowym, chromowym, azotowym,…) stosuje

się powszechnie dla stopow lekkich.

5. stosowanie inhibitorow korozji blokujących dostęp do

powierzchni chronionych aktywnych jonow.

6. modyfikacja struktury warstwy powierzchniowej – osadzanie

powłok plazmowo, bombardowanie jonami fluoru, boru,…

Mechanizmy