przegląd i porównanie smarów

Transkrypt

1 fot. istock CZYM SMAROWAĆ ŁOŻYSKA TOCZNE przegląd i porównanie smarów Łożyska toczne są jednymi z najczęściej stosowanych elementów eksploatacyjnych maszyn przemysłowych. Zapewnienie odpowiedniej kombinacji łożyska tocznego oraz środka smarnego stanowi kluczowy aspekt związany z niezawodnością większości węzłów tocznych. Warto zaznaczyć, że artykuł ma za zadanie dokonać przeglądu istniejących rozwiązań dotyczących smarów. mgr inż. Michał Kurpiński Instytut Podstaw Konstrukcji Maszyn, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska Wprzypadku doboru odpowiedniego smaru dla łożysk tocznych trzeba zwrócić uwagę na wiele istotnych czynników, takich jak: obciążenie łożyska, prędkość obrotowa, typ i wielkość łożyska, częstotliwość i charakter pracy, dopuszczalny zakres temperaturowy, dopuszczalne luzy, zakładana trwałość, inne. W przeciwieństwie do smarowania olejowego smar plastyczny stanowi mieszaninę kilku grup związków chemicznych, wśród nich głównym składnikiem jest m.in. sam olej. bazowy stanowi bowiem ok % zawartości powszechnie stosowanych smarów plastycznych. Zadaniem smaru jest przede wszystkim utrzymanie oleju wewnątrz swojej struktury oraz wykorzystanie jego podstawowych właściwości smarujących podczas pracy par trących. Główny składnik wiążący olej w strukturze smaru nazywany jest zagęszczaczem. Pozostałe kilka procent stanowią dodatki uszlachetniające, nadające smarom dodatkowe właściwości stosowne do danej aplikacji. Liczba dostępnych smarów to wyniki wielu kombinacji trzech wspomnianych składników. Dlatego wybór optymalnego rozwiązania smarowniczego dla określonego łożyska może stanowić nie lada problem. Utrzymanie Ruchu 2/

2 Podstawowe parametry smarów Przy doborze smaru łożyskowego najlepiej kierować się zaleceniami podawanymi przez producentów łożysk. W przypadkach ekonomicznie uzasadnionych można spróbować poszukać smaru o szerszym zakresie stosowania. Z oczywistych względów nie jest możliwe uzyskanie wszystkich żądanych parametrów na najwyższym poziomie, dlatego wybiera się te istotne pod względem określonej aplikacji. Aby ocenić podstawowe cechy smaru, można posłużyć się normą ISO , która określa je w sposób symboliczny. Często stosowanym terminem podczas określania właściwości smarów jest tzw. pompowalność. Podczas wprowadzania przez kanał smarny przy niskich temperaturach niektóre smary ze względu na wysoką lepkość i konsystencję w niskich temperaturach stawiają znaczny opór. Może to mieć szczególne znaczenie podczas stosowania systemów centralnego smarowania. Podzia smarów Najbardziej ogólny podział smarów to podział ze względu na zawarte w nim substancje zagęszczające. To właśnie one nadają smarom główne cechy oraz w podstawowym stopniu decydują o tym, które smary są ze sobą mieszalne. W przypadku smarów mydlanych, czyli najbardziej rozpowszechnionych, można spotkać się z zagęszczaczami zarówno z mydłami prostymi, jak i mi (o bardziej złożonej strukturze). Ponadto w mniejszym stopniu można spotkać smary nieorganiczne oraz polimerowe (rys. 1). Podstawowy podział uwzględniający rodzaj użytego zagęszczacza: Smary litowe należą do najczęściej stosowanych smarów. Są często nazywane uniwersalnymi i stanowią ponad połowę światowego rynku produkowanych obecnie smarów. Stosowane są niemal na wszystkie skojarzenia trące w branży przemysłowej oraz motoryzacyjnej. Mają dobrą stabilność podczas pracy w wysokich ciśnieniach, niską temperaturę pompowalności, wysoką temperaturę pracy łożyska oraz dobrą odporność na wodę. Kompleksowe smary litowe mają zdolność do pracy w wyższych temperaturach (tab. 1) przy zachowaniu pozostałych cech. Smary glinowe w przeciwieństwie do smarów litowych mogą być stosowane w przemyśle spożywczym. Ponadto cechują się nieco wyższą odpornością na działanie wody. Niestety smary oparte na glinach prostych mają stosunkowo niskie temperatury stosowania, rzędu 65 C. Podobnie jak w przypadku smarów litowych, możliwe jest znaczne zwiększenie temperatury stosowania poprzez użycie smaru kompleksowego, zwiększając tym samym również pompowalność. Smary wapniowe charakteryzują się najwyższą odpornością na naciski spośród wszystkich smarów na bazie mydeł (EP Extreme Pressure), mają również bardzo wysoką odporność na działanie wody, a przy tym zapewniają bardzo wysokie własności antykorozyjne. Wapniowe mydła proste stosowane są często w nisko obciążonych łożyskach przy niskich temperaturach. Mydła kompleksowe z kolei Rys. 1. Skład smarów [8] 12 Utrzymanie Ruchu 2/2018

3 wyróżniają się bardzo wysokimi temperaturami stosowania oraz możliwością przeniesienia dużych nacisków. Z tych względów mają zastosowanie w papierniach, cementowniach oraz przemyśle metalurgicznym. Smary sodowe rzadko stosowane smary, wykorzystywane w smarowaniu skojarzeń trących, takich jak łożyska toczne i ślizgowe w temperaturze nieprzekraczającej 120 C. Ich główną wadą jest zdolność do rozpuszczania się w wodzie, co wyklucza je ze środowisk, w których może ona wystąpić. Z kolei smary sodowe kompleksowe wykazują z goła odmienne właściwości, takie jak całkowity brak rozpuszczalności w wodzie oraz dużo wyższe temperatury stosowania. Smary bentonitowe oraz krzemionkowe są to smary stosunkowo odporne na działanie wody z zagęszczaczami nieorganicznymi, które cechuje wysoka pompowalność. Smary z zagęszczaczem bentonitowym są ponadto nietopliwe, stosowane rzadko, głównie tam, gdzie wysokie temperatury uniemożliwiają stosowanie smarów klasycznych ze względu na wyciekanie z węzłów smarnych. Smary poliuretanowe należą do najczęściej stosowanych środków z grupy smarów polimerowych. Smary tego typu bardzo chętnie stosowane są w łożyskach tocznych (także wysokoobrotowych) napełnianych smarem raz na cały cykl życia. Jest to głównie zasługa bardzo wysokiej stabilności smaru, która zmienia się nieznacznie z czasem. Ponieważ nie zawierają metali, są odporne na utlenianie oraz na działanie wody Podstawowe parametry wybranych zagęszczaczy zostały ujęte w tab. 1. Temperatura (jak również inne parametry) stosowania smarów plastycznych zależy nie tylko od zagęszczaczy, ale także w dużej mierze od zastosowanego oleju bazowego. Na przykład zagęszczacz litowy zmieszany z olejem mineralnym może być stosowany od -40 do 150 C, podczas gdy zastosowanie oleju silikonowego pozwala na pracę w zakresie od -55 do 205 C. W tym przypadku głównym czynnikiem jest cena. Jeżeli chodzi o olej bazowy, można wyszczególnić kilka podstawowych typów: mineralny jeden z najczęściej wykorzystywanych olejów bazowych, głównie W a ciwo ci Smary proste Smary kompleksowe Inne wapniowe litowe sodowe glinowe wapniowe litowe poliuretanowe bentonitowe Temp. maks. [ C] Praca w niskich temp. Odporno na wod Odporno na utlenianie poprawnie dobrze s abo dobrze poprawnie dobrze dobrze dobrze b. dobra dobra niska b. dobra b. dobra b. dobra b. dobra poprawna niska dobra dobra b. dobra b. dobra dobra b. dobra dobra Tab. 1. Podstawowe parametry zagęszczaczy [10] mineralny PAO PAG POE silikonowy Ester fosforanowy Koszt [1-5] Stabilno podczas utleniania [1-6] Wspó praca z uszczelnieniem [1-5] Punkt zap onu [1-6] Zakres lepko ci [1-6] Zakres temp. [1-6] Tab. 2. Cechy wybranych olejów bazowych ocenionych w skali rosnącej [7] Utrzymanie Ruchu 2/

4 Rys. 2. Oznaczenie smaru plastycznego wg ISO 6743 [9] za sprawą stosunkowo niskiej ceny. Jego udział w światowym rynku określa się na poziomie 90%. węglowodorowy, syntetyczny (PAO) jeden z najpowszechniej stosowanych bazowych olejów syntetycznych. Mają one bardzo szeroki zakres temperaturowy, bardzo wysoką odporność na utlenianie. Często stosowane, kiedy wymagana jest praca w wysokich temperaturach. poliglikolowy (PAG) w porównaniu do innych olejów ma wysoką zdolność czyszczącą, dobrą smarność oraz stabilność temperaturową. Może być wykonany jako rozpuszczalny lub nierozpuszczalny w wodzie. Nie pozostawia zawiesin i innych pozostałości podczas pracy w trudnych warunkach. poliestrowy (POE) oleje tego typu często mieszane są z olejami PAO. Często stosowane jako baza olejowa smarów wysokotemperaturowych, m.in. łożysk tocznych. silikonowy stosunkowo rzadko stosowane rozwiązanie. Ma najwyższą odporność chemiczną (w tym także na obecność tlenu) spośród wszystkich typów olejów. Z tego powodu można go spotkać w aplikacjach wysokotemperaturowych oraz w przypadku obecności chemikaliów, tlenu lub promieniowania w otoczeniu. Ester fosforanowy przede wszystkim wykorzystywany w aplikacjach ognioodpornych. Ma wysoką temperaturę zapłonu, stałość w procesie utleniania i niskie ciśnienie oparów. W przypadku kiedy zagęszczacze wraz z olejem bazowym nie są w stanie zapewnić wymaganych cech, a zmieszanie substancji ze sobą nie jest możliwe, stosuje się niewielką ilość domieszek uszlachetniających. Można wyróżnić następujące dodatki wzbogacające podstawowe własności smarów plastycznych: antyutleniacze przeciwdziałają zjawisku starzenia się środka smarnego, dodatki adhezyjne umożliwiają zwiększenie przyczepności smaru do powierzchni współpracujących, inhibitory przeciwrdzewne wzbogacają środek smarny o dodatkowe zdolności antykorozyjne, dodatki przeciwzużyciowe i przeciwzatarciowe umożliwiają wydłużenie czasu pracy skojarzeń trących poprzez zmniejszenie tarcia oraz zwiększenie dopuszczalnych obciążeń, dodatki stałe w przypadku smarów plastycznych o określonym zastosowaniu wprowadza się dodatki w postaci: dwusiarczku molibdenu, grafitu, proszki metaliczne itp., np. jako środki poprawiające szczelność lub odporność na zatarcie. Mieszalno smarów Powyżej przytoczono zagadnienie związane z mieszaniem smarów. Generalnie nie powinno się samemu wykonywać tej czynności, a raczej nabywać smary już zmieszane w odpowiednich proporcjach. Dotyczy to przede wszystkim sytuacji, gdy chcemy połączyć unikalne korzyści występujące w określonych typach środków smarnych. Mogą również zaistnieć nietypowe sytuacje, takie jak konieczność użycia innego środka, np. kiedy poprzedni smar się skończył lub jest chwilowo niedostępny. Można również omyłkowo wprowadzić inny smar, np. przeznaczony dla innej maszyny. Informacja o akceptowalnych mieszaninach smaru pozwoli zweryfikować, czy dopuszczalna jest ich dalsza eksploatacja. Weryfikacji podlegają zarówno zagęszczacze, jak również rodzaj olejów bazowych obecnych w smarze. Jeżeli chodzi o oleje, istnieje możliwość mieszania ze sobą olejów mineralnych, syntetycznych estrowych oraz węglowodoro- 14 Utrzymanie Ruchu 2/2018

5 Li prosty Li prosty hydroksylowy Al poliuretan bentonit Li prosty Li prosty hydroksylowy Al poliuretan bentonit Tab. 3. Możliwości mieszania smarów o różnych zagęszczaczach [9] wych, pozostałe mieszanki (poza olejami tego samego typu) nie są zalecane. W przypadku zagęszczaczy sytuacja jest nieco bardziej złożona i przedstawia ją tab. 3. Podsumowanie Smary stanowią grupę środków smarnych umożliwiających poprawną eksploatację nie tylko łożysk tocznych, ale również wielu innych, powszechnie stosowanych skojarzeń trących. Różne smary pozwalają bowiem zaadaptować łożysko do pracy w określonych warunkach. Poza powszechnie stosowanymi, uniwersalnymi smarami litowymi można spotkać wiele odmian zagęszczaczy, które pozwalają wykorzystać łożyska w aplikacjach, m.in. wysokotemperaturowych, oraz w sytuacjach wymagających podwyższonej przyczepności czy odporności na korozję. W porównaniu do olejów nie są w stanie przenosić ciepła ani odprowadzać zanieczyszczeń, nie mniej są dużo tańsze w stosowaniu, a właściwe użytkowanie pozwala uzyskać długie okresy pomiędzy konserwacjami, które w przypadku smarów polimerowych mogą wynieść nawet całkowity czas życia łożyska. Ponadto, jeżeli podstawowe własności smarów okażą się niewystarczające, zawsze istnieje możliwość ich rozszerzenia za pomocą różnego rodzaju dodatków uszlachetniających lub mieszania z innymi typami smarów. Nie należy jednak zapominać, że właściwy dobór środka smarnego to często trudny wybór polegający na kompromisie pomiędzy ceną a wymaganiami danej aplikacji. Błędny dobór może bowiem nie tylko niepotrzebnie zawyżyć całkowity koszt eksploatacji maszyny, ale nawet doprowadzić do zmniejszenia żywotności kosztownych podzespołów. Piśmiennictwo 1. Smary dla motoryzacji i transportu [dostęp: r., [dostęp: r.]. 3. Smary bentonitowe [dostęp: r., janex.opole.pl/smary-bentonitowe/]. 4. Smary w zakładach przemysłowych [dostęp: r., klient-biznesowy/oleje-i-smary/smary/smary-nasze-produkty.html [dostęp: r.]. 6. What is Grease? [dostęp: r., Grease Basics [dostęp: r., machinerylubrication.com/]. 8. Smary dla motoryzacji i transportu [dostęp: r., 9. Shell Gadus Wszystko o smarach, [dostęp: r., -wszystko-o-smarach] [dostęp: r.]. Utrzymanie Ruchu 2/