مقدمه :
روانکاری صنعتی
روانکاری ( Lubrication ) ، علم تسهیل حرکت نسبی طوح در تماس با یکدیگر تعریف شده و امروزه یکی از رشته های مهم در علوم ،دانش فنی و عملیات اجرایی مهندسی است .
در هر جا که سطوح درکنار و در تماس با یکدیگر دارای حرکت نسبی هستند ، روانکاری نقش مهمی در انجام حرکت به نحو صحیح ، مداوم و اقتصادی ایفا می کند و هر طرح مکانیکی و ساختمان ماشین های صنعتی ، متأثر از این علم است .
عدم روانکاری صحیح و اصولی ماشین آلات ، علاوه بر آن که باعث کاهش راندمان مکانیکی و پایین آمدن بازده ماشین می شود به فرسایش بیش از حد ، فرسودگی و از کارافتادگی زودرس آنها منجر می شود .
تاریخچه روانکاری :
تاریخ بشر پر از شواهدی است که نشان می دهد در روزگاران گذشته ، به طور معمول از چربی حیوانات و روغن های گیاهی به عنوان روان کننده محور ارابه و گاری ها ،و حتی روان کننده های جامد مثل گرافیت و پودر تالک برای تسهیل حرکت روی سطوح در حال تماس با یک دیگر استفاده می شده است .
بر دیوارده های مقبره فرعون مصری توتی هتاپ به تاریخ 1650 قبل از میلاد مسیح ( بیش از 3600 سال قبل ) نقوشی وجود دارد که روش مالش روغن زیتون روی سطح الوارهای چوبی ، برای آسان نمودن جابه جایی قطعات بزرگ سنگ و مجسمه ها و مصالح ساختمانی را نشان می دهد.
با اختراع ماشین بخارل به وسیله آقای وات ( 1765 میلادی ) نیاز به روغن ها و گریس های روان کننده پایدار و در عین حال ارزان قیمت ، یکباره بالا رفت .
کاربرد محور و یاتاقان با سرعت چرخشی زیاد و سطوح لغزنده با حرکت پاندولی شدید روی یکدیگر ، تاکتیک جدیدی در روانکاری را طلب می کرد .
سطوح لغزنده به جای آن که در محل تماس با لایه های نازک روغن از یکدیگر فاصله بگیرند ، اکنون با لایه ضخیمی از روان کننده که از هر گونه تماس فلز با فلز جلوگیری می نمود روانکاری می شوند .
برای آن که بتوان از امتیازات این نوع روانکاری بهره گرفت ، به زودی معلوم شد که باید روان کننده ها با حجم کافی در بین سطوح لغزنده تحویل شده ، سرعت نسبی حرکت سطوح در تماس با یکدیگر به نسبت زیاد باشد و طرح و ابعاد هندسی سطوح لغزنده روی یکدیگر چنان باشد که تشکیل یک لایه «گوه» شکل روان کننده در جهت حرکت یا چرخش محور را امکان پذیر نماید .
تکنیک های پیشرفته تراش فلزات ، ساخت قطعات فلزی ماشین بخار ، کشف منابع عظیم نفت و تولید روغن های پایه نفتی در اواسط قرن نوزدهم ، توانست مسایل روانکاری را حل کرده و دانش فنی ساخت و بهره برداری از محور و یاتاقان با روانکاری هیدرودینامیک را در اختیار صنعت حمل و نقل قرار دهد .
اما درک کامل مکانیزم علمی روانکاری با لایه ضخیم روغن و تشریح اصول تئوری آن تا اواخر قرن نوزدهم حاصل نگردید .
کشف تئوری روانکاری هیدرودینامیکی (لایه ضخیم) مدیون تجربیات خصی به نام (Beauchamp tower ) است ،که تحقیق برای یافتن روش مناسب روانکاری محور واگن های راه آهن را بنابر سفارش انجمن مهندسین مکانیک انگلستان ( در سال 1883 میلادی ) انجام داد .
نتایج این تجربیات عملی ، در تدوین تئوری کلاسیک روانکاری به وسیله سیالات ( در اواسط سا ل1886 یعنی درست یک صد سال پیش ) راهنمای رینولدز ( Reynolds ) شد .
اکنون با یادآوری این تاریخچه مختصر از شکل گیری پدیده روانکاری در صنایع ، به بحث در مورد روانکاری و انواع آن ، نوع روغنکاری، خصوصیات روغن ها و ...
خواهیم پرداخت .
روانکاری چیست ؟
روانکاری در صنعت عملی است که برای جلوگیری از اصطکاک ، سایش ، تخریب و گسستگی ذرات اجسامی که نسبت به هم حرکت نسبی داشته و در تماس هستند به کار می رود .
می دانیم که سطوح اجسام در جوار و در تماس با یکدیگر ( که نسبت به هم حرکت نسبی دارند ) در معرض اصطکاک و ساییدگی قرار می گیرند .
بنابراین برای از بین بردن تمام اصطکاک حاصله و یا بخشی از آن ، به شیوه ها و روش هایی نیاز داریم که آن را روانکاری یا روغنکاری می نامند .
روانکاری را می توان به کلیه عملیاتی گفت که اثرات اصطکاک و ساییدگی را کاهش می دهد .
روانکاری را می توان به کلیه عملیاتی گفت که اثرات اصطکاک و ساییدگی را کاهش می دهد .
اصطکاک چیست ؟
برای دو جسم درگیری که نسبت به هم حرکت نسبی دارند ، مقدار مقاومت در برابر حرکت آن دو جسم را اصطکاک می گویند .
پارامترهای مؤثر در اصطکاک - تمیزی سطوح درگیر : اصولاً پاک کردن کامل کثافات کار دشواری است .
در واقع در هر موضوعی ، لایه نازکی از بخار یا ذرات اکسیده ، سطوح را می پوشاند و یک لایه غیر فرعی تشکیل می دهد که خود تأثیر زیادی در کاهش ضریب اصطکاک دارد .
ضریب اصطکاک فولاد روی فولاد در حالت تمیز و خشک 39/0 و در صورتی که عمل نظافت در خلأ صورت بپذیرد 78/0 گزارش شده است .
وجود فیلمی اکسیده به علت دمای 100 الی 500 درجه سانتی گراد و نظایر آن ضریب اصطکاک را پایین می آورد .
- اثر فشار : در فشارهای خیلی کم و خیلی زیاد در مورد بعضی از مواد ضریب اصطکاک بیشتر می شود ولی به طور کلی در موارد معمول ضریب فوق در مقابل بار وارده تغییری نشان نمی دهد .
- اثر درجه حرارت : زیادی سرعت لغزشی ، سبب بالارفتن درجه حرارت شده وافزایش آن روی ضریب اصطکاک تأثیر می گذارد .
با زیاد شدن سرعت لغزشی ضریب اصطکاک کمتر می شود ولی ارتباط این دو به هم خطی نیست .
در سرعت های زیاد در حدود ft/sec 250 ضریب اصطکاک کاهش می یابد .
بعضی از رانندگان در سراشیب های تند برای احتراز از عمل ترمز کردن و بالارفتن دمای رینگ ها ، با پایین ترین دنده فرود می آیند که کمک زیاد به خنک کاری سیستم ترمز ماشین می شود .
اکنون پس از بحث کوتاهی بر پدیده اصطکاک لازم است در مورد عامل اساسی روانکاری یعنی روغن و آزمایشات لازم بر روی آن ها مطالب ارایه شود .
روان کننده ها : روان کننده ها موادی هستند که با قرارگرفتن در بین سطوح درگیر ، باعث کاهش ضریب اصطکاک شده و در نتیجه نیروی لازم برای شروع و ادامه حرکت کاهش می یابد .
شرایط اصلی روان کننده : به طور کلی ، اگر بتوان از تماس سطوح با یکدیگر جلوگیری نمود و می توان اصطکاک و ساییدگی را در حرکت نسبی از میان برداشت .
این هدف اساسی وظیفه اصلی یک روان کننده است .
به طور کلی هر ماده ای ( جامد ، مایع ، گاز ) که بین سطوح در تماس قرار گیرد و حرکت نسبی آن دو را نسبت به یکدیگر تسهیل نماید یک روان کننده به حساب می آید .
شرایط اصلی یک روان کننده خوب به قرار زیر است : جلوگیری از تماس سطوح در حرکت نسبی با یکدیگر .
مقاومت ناچیز در برابر تنش برشی .
قابلیت جذب و انتقال حرارت .
بی اثر و غیرخورنده بودن از نظر شیمیایی .
عامل حفاظت شیمیایی و فیزیکی سطوح فلزی .
پایدار ، مقاوم ،ارزان و فراونان.
انواع روان کننده ها : با شرحی که در مورد روان کننده ها گفته شد ، خواهیم دید که چه موادی را می توان به عنوان روان کننده واجد شرایط دانست و مورد استفاده قرار داد .
امروزه با پیشرفت عظیم صنعتی ، انواع روان کننده ها را در چهار ترتیب تقسیم بندی کرده اند که عبارتند از : 1- روان کننده های گازی : روان کننده های گازی به خصوص هوا ، بر روانکاری در کاربردهایی مناسب است که در آن سرعت بسیار زیاد ،بار کم و ثبات شعاعی محور چرخشی مورد نظر است یا در آن شرایط غیر عادی درجه حرارت موجود بوده و یا پرتوهای هسته ای در آن ایجاد گردد .
به عنوان روان کننده های گازی می تون از هوا ، گازهای بی اثر ، بخار آب و گازهای کلرینه نام برد که دارای امتیازات کاربردی مثل گرانروی کم ، پایداری شیمیایی ، انتقال حرارت سریع ، تحمل دمای پایین و بالا می باشد .
این نوع روان کننده ها در یاتاقان های لغزنده با سرعت زیاد و بار کم و دقت زیاد چرخش محور مورد استفاده قرار می گیرند .
2- روان کننده های جامد : این روان کننده ها برای روانکاری در شرایط به خصوص کاری مانند خلأ کامل یا بار و حرارت و در مواردی که روانکاری حدّی ( مرزی ) حاکم است به کار می رود .
از انواع روان کننده های جامد ، می توان به موارد زیر اشاره نمود : - گرافیت - میکا - سولید مولیبدنیم - اکسید سرب - گل گوگرد - انواع پلاستیک 3- روان کننده های نیمه جامد : روان کننده های نیمه جامد شامل انواع گریس ، چربی های جامد و موم ، در مواردی که : آب بندی محل روانکاری برای استفاده از روان کننده مایع مشکل باشد .
شرایط کار سبک یا غیر مداوم است .
عدم دسترسی به محل یک بار روانکاری در طول ، مکانیزم را توجیه می کند (در یاتاقان های غلتشی و بلبرینگ ها) مورد مصرف فراوان دارند .
گریس پرمصرف ترین روان کننده نیمه جامد است .
گریس ها را بسته به نوع صابونی که در آن به کار می برند ،نامگذاری کرده اند ؛ به مثال های زیر توجه کنید : - گریس های کلسیم : در روانکاری پمپ ها .
- گریس های سدیم : در چربکاری بلبرینگ ها .
- گریس های آلومینیم : در روغنکاری چرخ زنجیر .
روانکاری با روغن انوع روغن ها : روغن ها به دو گروه پایه نفتی و سینتتیک ( مصنوعی ) تقسیم می شوند : الف ) روغن های پایه نفتی : این روغن های از برج تقطیر به دست می آیند که بعد از گازوییل و قبل از قیر قرار دارد .
پالایش آن در دو واحد جداگانه به نام های واحد فورفال و واحد موم گیری صورت می گیرد .
بعد از این دو مرحله پالایش ، محصول به دست آمده روغن پایه می باشند ، که به طور کلی به سه قسمت زیر تقسیم بندی می شوند : روغن های پارافینک روغن های نفتنیک روغن های آروماتیک 1- روغن های پارافینک : این روغن ها از مهمترین و پرمصرفترین روغن ها می باشد .
از این روغن ها بیشتر در صنایع و کارگاه های تولیدی ، صنعتی و ماشین آلات استفاده می شوند .
2- روغن های نفتنیک : این روغن ها در کمپرسور برودتی مورد استفاده قرار می گیرند .
3- روغن های آروماتیک : از این روغن ها در روغنکاری استفاده نمی کنند و عمده مصرفشان در صنایع لاستیک ، دوده سازی و مرکب سازی می باشد .
ب) روغن های سینتتیک : این روغن ها برخلاف روغن های پایه نفتی که مخلوطی از هیدروکربورهای طبیعی هستند ساخته دست بشر است .
عمده مصرف این روغن ها در موارد خاص می باشد .
روغن های مصرف صنایع برق و نیروگاه ها : 1- روغن توربین : از نظر فیزیکی ، گرانروی روغن های توربین به طور معمول در حد متوسط است یعنی بینs.u.s 400 – 130 در F ° 100 .
ویسکوزیته روغن های مورد مصرف در ایران ، برای صنایع برق اغلب s.u.s 170 – 130 در F ° 100 است .
رنگ روغن های توربین زرد است و با توجه به وظایفی که به عهده روغن توربین نهاده شده است ، کیفیت آن باید عالی باشد که این مستلزم پالایش دقیق می باشد .
علاوه بر آن ، روغن توربین چون در مجاورت بخار داغ فعالیت می کند باید در برابراکسیداسیون ، حرارت بر آن ، روغن توربین چون در مجاورت بخار داغ فعالیت می کند باید در برابر اکسیداسیون ، حرارت ، ساییدگی ، و کف کردن بسیار مقاوم باشد به خصوص با پیشرفت تکنولوژی این خصوصیات نیز باید به شکلی بارز ارتقاء یابد .
به طور کلی روغن توربین باید مقاوم و دارای عمری طولانی باشد .
نامگذاری کلی روغن ها : یکی از روشهای قدیمی کدبندی روغن ها به روش زیر می باشد : کد روغن با حرف S شروع می وشد .
منظور از این حرف این است که این روغن برای ماشین های کارگاهی در نظر گرفته شده است .
بعد از S یک سری ارقام نوشته می شوند که نشان دهنده ویسکوزیته روغن در 50 درجه سانتی گراد است .
بعد از آن یک