W ramach projektu badawczego (finansowanego przez Komitet Badań Naukowych) urządzenia do diagnostyki przekładni zębatych o nazwie Vibrex, wraz z programem eksperckim Gearexpert, przeprowadzono badania doświadczalne z zastosowaniem dodatku do oleju o nazwie ceramizer®.
Badanie INSTYTUTU TECHNICZNEGO WOJSK LOTNICZYCH NR 6/55/08 określające wpływ ceramizera® na parametry oleju. Ceramizer® nie zmienia fizykochemicznych i reologicznych parametrów oleju, czyli jest neutralny wobec oleju. Potwierdza to ekspertyza INSTYTUTU TECHNICZNEGO WOJSK LOTNICZYCH NR 6/55/08. W praktyce oznacza to, że ceramizer® można stosować do każdego oleju korzystając jednocześnie z parametrów, które posiada zalecany dla danego mechanizmu olej.
Przykłady dedykowanych ceramizerów® do zastosowań przemysłowych:
Ceramizer® do hydraulicznych pomp radialno-tłoczkowych (zalecana ilość ceramizera® do tej pompy: 0,5kg ceramizera® na 250 l oleju).
Ceramizer® do przekładni typu WB-161-10 użytej do mielenia surowca w Cementowni Dyckerhoff Sp. z o.o w Nowinach (zalecana ilość ceramizera® do tej przekładni: 5kg ceramizera® na 500 l oleju).
Diagnozowanie przyczyn pogarszania się stanu technicznego przekładni
Obchodowy system monitorowania
Mierzone parametry:
Wartość skuteczna prędkości drgań.
Wartość szczytowa przyśpieszenia drgań.
Wartość międzyszczytowa przemieszczenia (peak to peak).
Ciągłe monitorowanie
Zasilanie 24 V DC lub 220 AC.
Mierzone parametry: RMS lub szczyt v,a temperatura.
Sygnalizacja stanu diagnozowania (3 diody - zielona , żółta, czerwona)
Alarm za pomocą GSM, M20
Rejestracja parametrów przez okres 4 lata, tj. 2 x co 10 minut.
System VIBCOM firmy "ENERGOCONTROL" Kraków.
Kryteria oceny
Mierzony parametr: v skuteczne pasmo 45-1590 Hz (załącznik D do PN-ISO 8579-2). Zatrzymaj i dokonaj przeglądu - powyżej 8 do 12 mm/s. Groźny stan - powyżej 12 do 18 mm/s. Zatrzymaj natychmiast - powyżej 18mm/s.
Mierzony parametr: a szczyt pasmo 1-4 kHz (wg. Blake M. P.). Do planowanej wymiany w 21 dniach - do 31,6 mm/s. Groźny, napraw w ciągu 2 dni - do 178 mm/s. Katastrofalny, wyłącz natychmiast - powyżej 1000 mm/s.
Mierzony parametr: v szczyt wg. Jacksona. Bez działania - do 7,62 mm/s. Zaplanuj remont - do 10,16 mm/s. Wykonaj remont - do 15,24 mm/s. Natychmiast zatrzymaj - powyżej 15,24 mm/s.
Mierzony parametr: przemieszczenie um pasmo do 200Hz (dotyczy tylko posadowienia, fundamentów). W kierunku poziomym - mniej niż 200Hz, w kierunku pionowym - mniej niż 150Hz (ocena wg. PN 80/B-03040).
Metodyka pomiarów
Metodyka pomiaru zgodna z PN-ISO 8579-2
Drgania korpusu powinny być mierzone na sztywnym fragmencie korpusu, takim jak obudowa łożysk.
Pomiary nie powinny być wykonywane na tych fragmentach korpusu, które nie podpierają łożysk.
Pomiary powinny być wykonywane w trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach, z których dwa leżą w płaszczyźnie, najlepiej prostopadłych do osi obrotu kół zębatych.
Zaleca się żeby pomiary były wykonywane we wszystkich dostępnych miejscach łożyskowania przekładni zębatej.
Generalna zasada dla przekładni ogólnego przeznaczenia
Przekładnie o v rms < 8 mm/s : praca bez nagłych awarii.
Przekładnie o v rms > 8 mm/s : nagłe awarie, ciągłe kłopoty eksploatacyjne.
Należy dążyć do tego, aby napędy zębate posiadały poziom drgań mniejszy od 8 mm/s.
Potrzebne dane do diagnostyki przekładni
Schemat kinetyczny napędu z przekładnią.
Ilość zębów poszczególnych stopni przekładni.
Typy łożysk ułożyskowania wałów przekładni.
Typ sprzęgieł połączeniowych (ilość elementów, np. ilość palców sprzęgieł podatnych itp.).
Prędkość obrotowa wejściowa lub wyjściowa przekładni.
Obliczane teoretyczne parametry
Częstotliwość obotowa wału fo = nw/60 Hz .
Częstotliwość zazębienia przekładni fz = fo x z1, gdzie: z1 - ilość zębów koła zamocowanego na wale obracającym się z częstotliwością fo .
Kinematyczna częstotliwość zazębienia fk = fz/NWW(z1,z2) , gdzie: NWW - najmniejsza wspólna wielokrotność ilości zębów koła i zębnika danego stopnia.
Częstotliwości charakterystyczne uszkodzeń elementów łożysk tocznych (odczytywane z bazy producentów łożysk).
Przykład przygotowania danych do obliczeń
Przykład obliczeń
Pierwszy poziom strategii diagnostyki przekładni
1 Poziom strategii : obchodowy i ciągły system diagnostyki. Celem strategii jest zbieranie odpowiednich wielkości charakterystycznych, które pozwalają określić ogólny stan drganiowy przekładni. Rozwój krzywych trendu lub przekroczenie charakterystycznych wielkości określonych progów ukazują pogorszenie stanu przekładni a tym samym zwiększają prawdopodobieństwo awarii urządzenia.
Wielkości charakterystyczne :
Amplitudy szczytowe, rms prędkości i przyspieszenia drgań.
Impulsy udarowe do oceny łożysk tocznych.
Temperatura.
Drugi poziom strategii diagnostyki przekładni
Dla lokalizacji uszkodzeń, wielkości charakterystyczne są niewystarczające. Aby zlokalizować uszkodzenie, należy przeprowadzić szczegółową analizę drgań , uzupełnioną pomiarami śladu przylegania i struktury bocznej powierzchni współpracujących zębów i analizą rodzajów, ilości i wielkości produktów zużycia. Większość rodzajów uszkodzeń jest rozpoznawalna na widmach w postaci charakterystycznych prążków widmowych o określonych częstotliwościach.
Sposoby diagnozowania: niewyważenie
Niewyważenie nazywamy mimośrodowym rozkładem masy ciała powodującym powstawanie w swych łożyskach niezrównoważonych sił odśrodkowych. Niezrównoważone siły odśrodkowe wywołują drgania o częstotliwości odpowiadającej prędkości obrotowej wału.
Przykład widma niewyważenia sprzęgła przekładni
Drgania w punkcie 1V = 10,4 mm/s. Klasyfikacja wg. PN-ISO 10816-1 pow. 7,1 - nie nadająca się do długotrwałej eksploatacji. Drgania po wyważeniu 1V = 2,1 mm/s.
Sposoby diagnozowania : błędy osiowania
W przypadku maszyn sprzęgniętych bezpośrednio, błędne wyosiowanie powoduje wzrost poziomu drgań o częstotliwości 2 x f o. Błąd równoległego przesunięcia wałów względem siebie jest widoczny na widmach mierzonych w kierunku promieniowym, zaś osiowe rozwarcie uwidacznia się na widmach w kierunku osiowym. Przykład widma błędu osiowania
Na skutek powtarzających się nacisków powierzchniowych lub naprężeń podpowierzchniowych, które przekroczyły dopuszczalną granicę dochodzi do uszkodzenia zębów, zwanego zmęczeniem powierzchniowym ( wg. PN-91/M-88506). Zmęczenie to charakteryzuje się powstawaniem plam lub wgłębień zmęczeniowych (jamek) na pracującym boku zęba.
Diagnozowanie i ocena pittingu I
Diagnozowanie pittingu jest stosunkowo łatwe, wystarczy obejrzeć wzrokowo powierzchnię zębów, aby wykryć pojawienie się pittingu. Trudność pojawia się w ocenie zagrożenia rozwoju pittingu na możliwość wystąpienia awarii spowodowanej choćby zmęczeniowym, lub doraźnym wyłamaniem zębów przekładni. Metoda oceny rozwoju pittingu polega na wykonaniu zdjęć losowo wybranym co najmniej 5 spittingowanych zębów przekładni, a następnie ocenie powierzchni spittingowanej zęba do jego czynnej powierzchni wg. zależności :
Wp = A sp/Acz x 100 %
Diagnozowanie i ocena pittingu II
Przykład oceny rozwoju pittingu dla kół wykonanych ze stali 40HM.
Zacieranie (scuffing)
Definicja procesu zacierania proponowana przez Organizację Współpracy Gospodarczej i Rozwoju (OECD) mówi, że zacieranie jest to miejscowe uszkodzenie wywołane pojawieniem się sczepień w stanie stałym, bez śladów nadtapiania powierzchni.
Diagnozowanie zacierania I
Diagnozowanie zatarcia w przekładniach przeprowadza się w oparciu o kryterium temperaturowe H.Bloka. W metodzie tej wartością mierzoną jest temperatura powierzchni zęba : T=TM+ Tf Gdzie : TM – temperatura masowa zęba (temperatura zęba tuż przed wejściem w przypór). Tf – temperatura błyskowa (temperatura chwilowa styku dwóch par zębów).
Pomiar temperatury powierzchni zęba w warunkach przemysłowych jest praktycznie niemożliwy. Możliwym do realizacji jest pomiar temperatury oleju wewnątrz przekładni. Jednakże ze względu na dużą wartość bezwładności cieplnej, temperatura styku może być kilkakrotnie wyższa niż temperatura oleju.
Diagnozowanie zacierania II
Przyjmuje się następującą strategię :
Jeżeli nastąpił wzrost temperatury oleju, poza normalny przedział zmienności, należy obserwować trend wzrostu temperatury oleju.
Równolegle należy mierzyć temperaturę obudowy łożysk. Jeśli zaobserwuje się lokalny gradient temperatury obudowy łożysk lub pierścieni uszczelniających, świadczyć to będzie o uszkodzeniu tych elementów.
Jeśli temperatura oleju przekroczy wartość 70-80 C, należy zatrzymać przekładnię i sprawdzić powierzchnię zębów.
Należy szukać na powierzchni zębów śladów spalonego oleju.
Spalony olej świadczy, że temperatura powierzchni zęba > T sam.
Diagnozowanie zacierania III
Diagnozowanie zacierania IV
Prawdopodobieństwo zatarcia w funkcji temp. objętościowej zęba
Sposoby diagnozowania zmęczeniowych pęknięć zębów
W wyniku powtarzających się naprężeń, które przekraczają dopuszczalną granicę dochodzi do zmęczeniowego złamania zęba. Objawami tego zjawiska jest powstawanie pęknięć zmęczeniowych w podstawie zęba, które propaguje się wraz ze wzrostem liczby cykli pracy koła.
Diagnozowanie pęknięć zęba I
Do diagnozowania pęknięć zmęczeniowych zęba stosuje się metodę obróbki widma drgań przekładni. Sposób obróbki widma jest następujący :
Należy wybrać fragment widma pomiędzy harmonicznymi zazębienia przekładni.
Fragment widma nie powinien zawierać znaczących prążków widma.
Estymatą punktową diagnozującą pęknięcie jest wartość średnia tak wybranego widma.
Diagnozowanie pęknięć zębów II
Widmo przekładni 1 stopniowej.
Zmiana wartości wskaźnika w funkcji długości pęknięcia.
Przykład I obniżania wibracji
Badanie śladu przylegania
Przykład II. Warstwa ceramiczna
Przekładnia typ WD 850 produkcji BEFARED . Poziom hałasu – 107 dB . Po zastosowaniu środka TES-17 zmniejszenia hałasu do 97m dB .
Środek TES-17 w przekładni powoduje :
Wytworzenie na współpracującej powierzchni zębów powłoki ceramiczno-metalowej, podlegającej w procesie tworzenia samogładzaniu. Powstająca ceramiczno-metalowa powłoka wyrównuje na powierzchni zębów mikropęknięcia, rysy i wyłuszczenia oraz deformacje powierzchni zęba.
Obniża głośność pracy przekładni, poziomu drgań, temperatury pracy, wstrzymuje pitting.
Przykład III diagnostyki przekładni
Napęd pieca obrotowego w cementowni
Parametry oceny
Wybór pasma analizy
Filtr tercjowy o paśmie 12 kHz.
Częstotliwości uszkodzenia elementów łożyska 23080
PZ - 2,71 Hz PW - 3,20 Hz ET - 2,24 Hz KO - 0,20 Hz
Pasmo analizy : 500-1000 obr. wału Czas pomiaru : 10-50 okresu obrotu wału
Widmo obwiedni
Wniosek : brak oznak uszkodzenia łożyska.
Diagnoza :
Silny pitting na stopniu drugim przekładni. Pitting na stopniach : 3 i 4. Przyczyna wzrostu poziomu drgań : Przenoszenie się drgań ze stopnia drugiego na łożyska stopnia 5, spowodowane dużym stopniem zużycia zębów pittingiem.
Zalecenia : Zmniejszyć obciążenie przekładni do nastawy 60 %. Skutek : zmniejszenie poziomu drgań do wielkości 6-7 mm/s.
Przykład IV diagnostyki przekładni uszkodzenie łożyska
System VIBCOM wskazał na okresowe przekroczenie wartości progowej ostrzeżenia przekładni napędu młyna cementu.
Ocena I
Ocena II
Ocena III
Wynik oceny : Uszkodzony koszyk łożyska nr.1 (22248)
Ceramizer nie zmienia fizykochemicznych i reologicznych parametrów oleju, czyli jest neutralny wobec oleju.
Potwierdza to ekspertyza INSTYTUTU TECHNICZNEGO WOJSK LOTNICZYCH nr NR 6/55/08. W praktyce oznacza to, że ceramizer® można stosować do każdego oleju korzystając jednocześnie z parametrów, które posiada zalecany dla danego mechanizmu olej.
Eksperyza NR 6/55/08:
1. PODSTAWA PRAWNA
Zlecenie z dnia 2008.01.29 z firmy „VIDAR”, 00-717 Warszawa ul. Czerniakowska 58.
2. PRZEDMIOT PRACY
Badania oleju silnikowego Orlen Classic SJ/CF 15W/40 z preparatem „Ceramizer®/”Pan Mechanik” oraz oleju silnikowego Orlen Classic SJ/CF 15W/40 bez preparatu w uzgodnionym zakresie.
3. CEL PRACY
Ocena wpływu preparatu „Ceramizer®/”Pan Mechanik” na podstawowe właściwości fizykochemiczne oleju silnikowego.
4. CZAS I MIEJSCE REALIZACJI PRACY
02.02.2008 r. – 10.03.2008 r. Zakład Materiałów Pędnych i Smarów (Z-55) ITWL.
5. PRZEBIEG PRACY
Zakres badań został uzgodniony ze Zleceniodawcą pracy (tablica 1). Próbki do badań dostarczył Zleceniodawca. Preparat do oleju wprowadzono w ilości przygotowanej przez Zleceniodawcę.
Olej z preparatem został poddany mieszaniu z wykorzystaniem mieszadła wolnoobrotowego (około 200 obr/min) przez czas 3 godzin w temperaturze około 60oC.
Numery próbek:
olej silnikowy – 0039-08
olej silnikowy z dodatkiem – 0040-08
Tablica 1.
Lp.
Nazwa oznaczenia
Metoda badania
1.
Lepkość kinematyczna w temperaturze 100oC
PN-EN ISO 3104:2004
2.
Zawartość stałych ciał obcych
PN-C-04089:1958
3.
Oddziaływanie korozyjne na miedź w temperaturze 100oC w czasie 3 godzin
PN-EN ISO 2160:2004
4.
Właściwości przeciwkorozyjne w roztworze soli w czasie 24 godzin
PN-C-04082:1981
5.
Liczba kwasowa
PN-C-04049:1988
6.
Pozostałość po koksowaniu (metoda mikro)
PN-EN ISO 10370:1999
Wyniki badań przedstawiono w tablicy 2. Uzyskane wyniki badań odnoszą się wyłącznie do badanych próbek.
Tablica 2.
Wyniki badań:
Lp.
Nazwa oznaczenia
Jednostka miary
Wyniki badań
Olej silnikowy z preparatem
Olej silnikowy bez preparatu
1.
Lepkość kinematyczna w temperaturze 100oC
mm2/s
13,32
13,38
2.
Zawartość stałych ciał obcych
% (m/m)
nie zawiera
nie zawiera
3.
Oddziaływanie korozyjne na miedź w temperaturze 100oC w czasie 3 godzin
klasa
1
1
4.
Właściwości przeciwkorozyjne w roztworze soli w czasie 24 godzin
stopień korozji
brak korozji
5.
Liczba kwasowa
mg KOH/g
1,647
1,631
6.
Pozostałość po koksowaniu (metoda mikro)
% (m/m)
1,23
1,24
W całym zakresie wykonywanych badań nie stwierdzono istotnych zmian wartości parametrów dla próbki oleju silnikowego z dodatkiem w stosunku do parametrów oleju silnikowego bez dodatku. Świadczy to o neutralnym oddziaływaniu badanego dodatku na podstawowe właściwości fizykochemiczne badanego oleju silnikowego.
6. WNIOSKI
Na podstawie wykonanych badań można stwierdzić, że badana próbka dodatku „Ceramizer/”Pan Mechanik” po wprowadzeniu do oleju silnikowego (dostarczonej próbki oleju Orlen Classic SJ/CF 15W/40) nie wpływa negatywnie na jego podstawowe właściwości fizykochemiczne.