Univerzitet u Novom Sadu Tehnički fakultet »Mihajlo Pupin« 

Zrenjanin

SEMINARSKI RADIz predmeta Tehnička dijagnostika

(Tehnička dijagnostika - Ispitivanje ulja u reduktoru)

Predmetni asistent: Student:dr Ljiljana Radovanović Mirjana Ardeljan 5/10-03

Zrenjanin, 2012/2013

2

Sadržaj

Uvod..............................................................................................................................3

Kriterijumi za utvrđivanje stepene degradacije ulja.............................................................4

Ulja za industrijske zupčanije – Reduktore..........................................................................8

Ispitivanje sintetičkog ulja za zupčaste prenosnike...............................................................8

Mesto primene – sistem za ispitivanje maziva..........................................................8

Nivo kvaliteta – specifikacija sintetičkog ulja..........................................................9

Kriterijum prihvatljivosti za sintetičko ulje SAE 75E-90.........................................10

Izvođenje ispitivanja i rezultati.............................................................................10

Zaključak......................................................................................................................14

Literatura.......................................................................................................................15

3

Uvod

Maziva su materije koje omogućuju da se smanji trenje i habanje između površina pod trenjem koje su u relativnom keretanju. Pored toga, maziva imaju zadatak da uklanjaju-ispiraju abrazivne čestice sa tarućih površina, štite površine od korozije, hlade delove mašina itd. U cilju zadovoljenja određenih režima podmazivanja maziva moraju da imaju tačno definisana fizičko-hemijska svojstva i odgovarajuće funkcionalne karakteristike.

Različiti mehanički sistemi zahtevaju da se odgovarajuće mazivo upotrebi na pravom mestu, u pravo vreme i u pravoj količini. Nije uvek lako odrediti vrstu maziva, učestalost podmazivanja i količinu maziva. Najbolje preporuke su: poštovati zahteve proizvođača mehaničkih sistema, iskustvo, laboratorijska ispitivanja ili saveti stručnjaka isporučilaca maziva.

Osnovna fizičko-hemijska svojstva mazivih ulja su: gustina, viskoznost, indeks viskoznosti (IV), temperatura paIjenja‚ temperatura stinjavanja, specifična toplota, hemijska stabilnost, termička stabilnost. Najvažnije funkcionalne karakteristike mazivih ulja su: antikorozivnost, kompatabilnost i antitoksičnost.

Osnovna fizičko-hemijska svojstva tehničkih masti su: konzistencija, prividna viskoznost, temperatura kapanjai oksidaciona stabilnost. Najvažnije funkcionalne karakteristike tehničkih masti su: mehanička stabilnost, otpornost na vodu‚ izdvajanje ulja i sposobnost podmazivanja. Za ispitivanje maziva u upotrebi su različiti postupci opšteg i posebnog karaktera za maziva ulja i tehničke masti‚ kao i posebni postupci za izvoznu i drugu užad u rudarsvu (JUS B.H8.220).

4

Kriterijumi za utvrđivanje stepena degradacije ulja

Izgled

Ne postoji metoda po kojoj se definiše izgled korišćenog ulja, ali se dosta zna o tipičnom i netipičnom izgledu ulja. Izgled može ukazivati da li je potrebno uraditi neke analize – odrediti sadržaj vode, mehaničkih nečistoća itd. Izgled emulzije (boja bele kafe) ukazuje na prisustvo većih količina vode, a jako tamna boja ukazuje na termooksidativnu degradaciju ulja i prisustvo čađi.

Miris

Ne postoji standardna metoda za određivanje mirisa ali ako se oseća jak miris goriva u ulju, zna se da treba kontrolisati sistem za napajanje, kompresiju, sagorevanje itd. Ako je ulje bilo izloženo visokim radnim temperaturama, pa se dogodila termooksidativna degradacija, “težak” miris će ukazati na to.

Sadržaj vode (% v/v)

Voda izaziva veliki broj problema: istrošenost aditiva, starenje i oksidaciju ulja, pojavu korozije na elementima sistema, pojavu penušanja ulja, smanjenje debljine uljnog filma, pojavu kiselih produkata usled oksidacije ulja, uljni mulj itd. Dozvoljena količina vode u ulju je: za hidraulična ulja je 0,1%, turbinska 0,01%, motorna 0,2%, zupčanička do 2%. Destilacijom se može utvrditi prisustvo vode iznad 0,1%. Ako je sadržaj vode ispod 0,1%, prisustvo vode se može odrediti Karl-Fišerovom metodom koja je vrlo precizna i predstavlja najbolji test za niske nivoe vlage.

Gustina (kg/m3 na 150C)

Gustina je odnos mase i zapremine ulja:

ρ=mV

( kg

m3)

i ona se meri na temperature od 15 °C . Gustina se neznatno menja sa porastom pritiska, ali se znatno menja sa porastom temperature, jer se promenom temperature menja zapremina tečnosti. U toku korišćenja gustina ulja raste. Zavisno od polazne vrednosti dozvoljen je porast od 5 do 10%. Rezultat ove analize sam za sebe ne daje široke mogućnosti za procenu stanja – upotrebljivosti ulja. Mora se voditi računa da gustina novog ulja iste viskoznosti zavisi od porekla baznog ulja.

Metode za određivanje gustine su: JUS B.H8.015, ISO 3675, ASTM D1298 и IP 160.

5

Tačka paljenja (0C)

Tačka paljenja je najniža temperature do koje treba zagrejati neko ulje u u slovima pri kojima će se oslobođene pare trenutno zapaliti prinetim otvorenim plamenom, bez trajnog gorenja. Porast tačke paljenja ukazuje na proces starenja ili isparavanja lako isparivih komponenti. Prisustvo goriva u motornom ulju može se povezati sa lošim radom karburatora ili brizgaljki. Snižavanje tačke paljenja ukazuje na prodor goriva. Dozvoljen pad tačke paljenja je 25 % ili minimalno 1500C. Kod industrijskih ulja dozvoljava se pad tačke paljenja za 200C.

Osnovne metode određivanja tačke paljenja su: ISO 2592, ASTM D92, IP 36 и DIN 51376.

Kinematička viskoznost (mm2/s)

Viskoznost je jedan od osnovnih kriterijuma ocene kvaliteta ulja, a definiše se kao unutrašnje trenje ili inercija na kretanje pod djstvom neke sile. U praksi se više koristi kinematska viskoznost, a postoji i dinamička. Kinemtska viskoznost predstavlja odnos dinamičke viskoznosti i gustine fluida na određenoj temperature i pritisku:

¿ ηρ( mm2

s2 )

Sniženje viskoznosti može biti posledica mešanja sa uljem niže viskoznosti ili zbog prisustva goriva. Porast viskoznosti može biti posledica kontaminacije vodom, produktima habanja, prisustva čađi, produkata oksidacije, mešanja sa uljem više viskoznosti ili kao rezultat odparavanja. Za motorna ulja toleriše se porast viskoznosti do 30% ili pad do 25%, za industrijska ulja porast od 10 do 20%.

Metode za određivanje kinematske viskoznosti su: JUS B.H8.022, ASTM D445, DIN 51562, IP 166, ISO 3104.

Indeks viskoznosti

Indeks viskoznosti je empirijska vrednosti koja ukazuje na promenu iskoznosti sa promenom temperature. Ova analiza može biti od značaja jedino ako se radi o nepoznatom uzorku, da bi se izvršila identifikacija u smislu da li je ono monogradno ili multigradno.

Indeks viskoznosti određuje se pomoću sledećih metoda: JUS B.H8.024, ISO 2909, ASTM D2270.

Sadržaj goriva (% v/v)

Razblaženje maziva benzinom određuje se na dva načina: destilacijom i gasnom hromatografijom sa plamenojonizacionim detektorom).

6

Talog(sadržaj koksa) (% v/v)

Koristi se za ocenu ponašanja ulja u termički opterećenim mehaničkim sistemima kao i za ocenu starosti ulja u toku upotrebe. Koksni ostatak pokazuje i na dubinu rafinacije, odnosno kvalitet baznih ulja.Talog povećava viskoznost ulja i smanjuje mu disperzantsku i detergentsku efikasnost, zatvara prečistač ulja i sprečava protok, slepljuje klipne prstenove kod motora i prelazi u lak ili koks. Dozvoljena granica taloga za motorna ulja iznosi 1%.

Određuje se pompću metode: DIN 51551, a izražava se u masenim procentima.

Nerastvorne materije

Nerastvorne materije mogu biti proizvodi degradacije ulja i kontaminanti (koks, prašina, organski oksidi, čestice metala nastale habanjem). Najčešće se određuju materije nerastvorne u pentanu i toluenu. Materije nerastvorne u pentanu su: čađ, koks, prašina, metali, i organski oksidi. Sve navedene materije nerastvorne su u toluenu osim organskih oksida i kondenzovanih ugljovodonika koji nastaju pri oksidaciji stvarajući lepljiv talog tamne boje, tako da razlika nerastvornih materija u pentanu i toluenu ukazuje na stepen oksidacije ulja. Toleriše se sadržaj do 3,5%.

Ukupni bazni broj – TBN, (mgKOH/g)

Definiše se kao mera alkalnosti koja potiče od svih materija u mazivu koja pokazuju baznu reakciju. Ova analiza je bitna samo za motorna ulja i smatra se da ulje treba zameniti ako TBN padne za 50% od početne vrednosti. Ukupan bazni broj označava alkalnu rezervu ulja koje treba da neutrališe kisele produkte sagorevanja. Nagli pad ukazuje na loš kvalitet goriva. Produženje intervala upotrebe ulja bez kontrole stanja je vrlo rizično i može imati sledeće posledice: slepljivanje klipnih prstenova, izgorele i lakom prekrivene klipove, brzo trošenje ležajeva, izgorele ventile i konačno zaribavanje motora.

Ukupan bazni broj određuje se pomoću metoda: ASTM D2896 и ASTM D664.

Neutralizacioni broj, (mgKOH/g)

Definiše se kao mera ukupne kiselosti (sadržaja jakih i slabih kiselina) maziva. U toku eksploatacije neutralizacioni broj ulja raste. Porast vrednosti neutralizacionog broja prati pojavu hemijske degradacije ulja, a pad proces trošenja aditiva. Kod novog ulja vrednost zavisi od tipa aditiva, odnosno, od koncepcije proizvođač ulja. Dozvoljava se promena neutralizacionog broja 10% iznad ili ispod startne vrednosti.

Za određivanje neutilizacionog broja koriste se metode: ASTM D664, IP 177 или ASTM

D974, IP139.

7

Kiselinski broj –KB ili TAN (mgKOH/g)

Definiše se kao kiselost mazivnih uja koja potiče samo usled jakih kiselina. Ova analiza je posebno bitna za hidraulična, kompresorska, turbinska i druga ulja koja se koriste kod opreme osetljive na koroziju. Dozvoljava se porast TAN za 50% od početne vrednosti.

Korozija

Korozija ulja podrzaumeva agresivno ponašanje nekih njenih komponenata prema elementima mehaničkih sistema. Korozivnost se mora kontrolisati radi donošenja odluke o pravovremenoj zameni ulja.Korozija se radi na Cu-traci na 100 0C za 3 časa. Dozvoljava se povećanje korozivnosti ulja sa 1a na 1b.

Određuje se metodama: JUS B.H8.042 ili ASTM D130 (Cu, 3h, 100 С).

Sklonost na pojavu pene

Pod stvaranjem pene (penušanjem) se podrazumeva sklonost ulja da rastvara vazduh id a sa njim gradi penu. Pena nepovoljno utiče na kvalitet podmazivanja i ima posledicu poremećaje u radu tehničkih sistema, povećano habanje, ubrzanu oksidaciju i starenje ulja…Dozvoljava se odstupanje od vrednosti 40/0 ml/ml do 70/0 ml/ml.

Pojava pene (penušanje) određuje se metodom: ASTM D892.

Deemulzivnost

Dozvoljava se odstupanje deemulzivnosti na 54 0C od 40-37-3 (15) do 40-37-3 (40) ml-ml-ml (min).

Količine čestica u ulju

Čvrste čestice u ulju dovode do intenzivnog habanja što dovodi do formiranja velikog broja novih čestica i još intenzivnijeg habanja. Iz tog razloga, veoma je važno, eliminisati mogućnost kontaminacije ulja pre upotrebe, održavanjem čistoće rezervoara, posuda, uređaja za pretakanje, kao i uvođenjem kontrole pravilnog izbora i postavljanja filtera. Broj čestica se može odrediti laserskom ili optičkom metodom.

Emisiona spektrofotometrijska analiza

Ovom analizom se određuje sadržaj različitih metala prisutnih u mazivu. Čestice metala su abrazivne a ponašaju se i kao katalizatori oksidacije ulja.

8

Ulja za industrijske zupčanike – Reduktore

Savremeni industrijski zupčanici i reduktori rade obično u uslovima hidrodinamičkog i mešovitog opterećenja. U nekim slučajevima su izloženi i udarnim opterećenjima. To ima za posledicu porast radnih temperature i do 100 °C . Za prevozna sredstva tipa tramvaja i sl potrebno je odabrati adekvatno ulje za zupčaste prenosnike odnosno reduktore koji će zadovoljavati određene kriterijume koji se propisuju za ovakav tip prevoznog sredstva.

Tu se prvenstveno misli na ulje:

Velike oksidacione i termičke stabinosti sa EP aditivima,

Visoke tačke ključanja i niske tačke paljenja,

Visokog indeksa viskoznosti,

Određenje viskozne gradacije prema konstrukcionim karakteristikama tramvajske jedinice.

Pravilan izbor reduktorskih ulja podrazumeva poznavanje vrsre zupčastih parova i tipova ozubljenja, materijala od kojih su izrađeni, od uslova rada (brzine, prenosni odnosi i trenutna opterećenja) radnih temeratura, načina podmazivanja…

Ispitivanje sintetičkog ulja za zupčaste prenosnike

Praćenje radnih svojstava maziva u primeni i analiza dobijenih rezultata omogućava pravovremenu zameu maziva. Na taja način se smanjuju troškovi održavanja i nabavke maziva,a sami proizvođači maziva dobijaju informacije o ponašanju proizvoda u primeni za dalje unapređivanje proizvoda.

Mesto primene – Sistem za ispitivanje maziva

Kao mesto primene sintetičkog maziva za zupčaste prenosnike posmatraćemo zupčaste prenosnike niskopodnog tramvaja (slika4). Niskopodni tramvaj ima po 6 glavnih i 6 pomoćnih bočnih reduktora. Radi uporedivosti rezultata, ispitivanje se vrši na dva niskopodna tramvaja.

Slika 4-niskopodni tramvaj

9

Karakteristike niskopodnog tramvaja prikazane su u tabeli 3:Proizvođač OEMSnaga elektromotora 65kWhBroj obrtaja elektromotora 4200 o/minBroj reduktora 12 (6 glavnih + 6 pomoćnih)Masa vozila 40 t ±5%

Tabela 3 – karakteristike niskopodnog tramvaja

Pogonski mehanizam niskopodnog tramvaja prikazan je na slici 5:

Slika 5 – Zupčasti prenosnici A i B

Nivo kvaliteta – Specifikacija sintetičkog ulja

Sintetičko ulje za zupčaste prenosnike ima sledeći nivo kvaliteta i zadovoljava specifikacije koje definišu postupke za primenu originalnih proizvođača opreme (OEM).

SAE 75W-90

API GL-4/GL-5

API MT-1

MIL-PRF-2105E

ZF TE-ML 02B, 05B, 12B, 16F, 17B, 19C, 21B (dopušteno za primenu)

MAN M 3343 Typ S (dopušteno za primenu)

MAN 341 Typ E3 (dopušteno za primenu)

Mack GO-J

Scania STO 1:0

10

Kriterijum prihvatljivosti za sintetičko ulje SAE 75W-90

Uzorci maziva uzimani su nakon 10.000, 20.000, 30.000, 40.000, 50.000, 60.000, 70.000 i 80.000 pređenih kilometara. Tramvaj je prosečno za nedelju dana prelazio oko 1000km. Eksperimentalno ispitivanje je trajalo 15 meseci , za vreme perioda ispitivanja za svaka tramvaj uzeto je po 108 uzoraka (9 uzoraka za svaki od 12 reduktora).

Kao kriterijumi prihvatljivosti za maziva uzete su granice koje preporučuju proizvođači opreme, kao i ranija iskustva stručnjaka iz domaće naftne kompanije u primenskim ispitivanjima maziva. Kriterijum prihvatljivosti prikazani su tabelarno (tabela 4):

СВОЈСТВОИСПИТНЕ МЕТОДЕ

КРИТЕРИЈУМИПРИХВАТЉИВОСТИ

Кинематичка вискозност при

100 С, mm2/sISO 3104

0,15% почетна вредност

најмање 13,50 mm2/s

(вискозна градација SAE 90)

Корозивност према Cu3 h/120 С,

ISO 2160 највише 2

Киселински број, mg KOH/g ISO 6618 50% почетне вредности

Количина гвожђа (Fe), mg/kg МЕТОДА EDX највише 200

Количина олова (Pb), mg/kg МЕТОДА EDX највише 200

Tabela 4

Izvođenje ispitivanja i rezultati

Tokom ispitivanja za svaki glavni i pomoćni reduktor urađene su kompletne fizičko-hemijska i mehanička naliza.Rezultati ispitivanja dati su u tabelama i obrađeni su grafički.Fizičko hemijska i mehanička svojstva svežeg maziva data su u tabeli 5 uz priadajuće metode, a za pojedina svojstva postavljeni su i kriterijumi prihvatljivosti.

Kinematska viskoznostPromena kinematske viskoznosti ne bi trebalo da prelazi vise od 15% u poređenju sa svežim mazivom. Za viskoznu gradaciju SAE90 donja granica je 13,50 mm2/s.Tokom ispitivanja kinematska viskoznost se nije značajno menjala. Nakon početnog pada ustalila se pa je bila u intervalu kriterijuma prihvatljivosti (slika 6).

11

СВОЈСТВО ИСПИТНА МЕТОДА

ИСПИТНО МАЗИВО

Кинематичка вискозност при 40 С, mm2/s

ISO 3104 105,36

Кинематичка вискозност при 100 С, mm2/s

ISO 3104 15,39

Индекс вискозности ISO 2909 154Динамичка вискозност (Brookfield) при 40 С, mPas

ASTM D 2983 65.000

Корозија Cu 3 h/120 С, ISO 2592 1 аКиселински број, mg KOH/g ISO 6618 1,46Количина сумпора % HRN EN ISO 8754Средњи дијаметар 8пречник) истрошености, mm

ASTM D 4172

Fe, mg/kgPbCrNiSnCuZnBa

EDX 1 3 3 34 3 319 11

Изглед и боја визуелно бистро, смеђе уљеTabela 5

Slika 6 – Kinematska viskoznost pri 100 С

1

12

Kiselinski brojKao pokazatelj aditivnosti nije se značajnije menjao tokom ispitivanja. U početku dolazi do njegovog lagano pada zbog potrošnje funkcionalnih aditiva,a nakon toga do porasta zbog oksidacije maziva (slika 7).

Slika 7 – Promena kiselinskog broja tokom ispitivanja

Količina metalaTokom ispitivanja praćena je količina gvožđa (slika 8) i olova zbog trošenja bokova zubaca. Njihova količina je bila niska,što nam pokazuje da mazivoima dobra svojstva zaštite od trošenja.

Slika 8 – Količina gvožđa tokom ispitivanja

13

Srenji dijametar (prečnik) istrošenosti

Uzorci maziva bili su podvrgnuti i mehaničkim ispitivanjima svojstva nosivosti mazivnog sloja. Ispitivanje se vrši na aparatu sa 4 kugle koje se nalaze u držaču napunjenim ispitivanim uljem. Kod ispitivanja srednjeg dijametra opterećenje je standardizovano (1.200 m1, 329 N, 75 C, 1 h). Nakon ispitivanja veši se merenje istrošenosti kuglica. Što je čvršći mazivni sloj pri većem opterećenju dolazi do zavarivanja kuglica i trošenje je manje. Tokom ispitivanja nije došlo do značajne promene dijametarskog prečnika (slika 9).

Slika 9 - Srenji dijametar istrošenosti

14

Zaključak

Degradacija mazivih ulja može nastati pre eksploatacije, kontaminacijom na relaciji od proizvođača do korisnika, u toku transporta, skladištenja ili pretakanja i to nekada do stepena neupotrebljivosti. U toku upotrebe menjaju se fizičko-hemijske osobine maziva. Brzina degradacije zavisi od ukupnih uslova pod kojima se odvijaju tribološki procesi. Za utvrđivanje stepena degradacije koriste se laboratorijske analize, na osnovu kojih se donosi odluka da li je ulje za dalju upotrebu ili se mora zameniti. U slučaju da makar jedna karakteristika izađe iz dozvoljenih granica, ulje se mora zameniti.

15

Literatura

1) Stanivuković, D., Savić, V., Stojilković, M., Beker, I., Đurđević, K., (2000), Procesi podmazivanja, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad

2) www.maziva.org

3) Iвковић Б., Рац А., и Савић В., Трибологија и техника подмазивања, ФТН,

Нови Сад, 1995.

4) Рац А., Мазива и подмазивање машина, МФБ, Београд, 2007.

16