Lựa chọn mỡ bôi trơn đa dụng mà không ảnh hưởng đến hiệu suất
Các cơ sở sản xuất lớn có nhiều thiết bị bôi trơn bằng mỡ, có phạm vi ứng dụng khác nhau từ trạng thái ổn định và môi trường khắc nghiệt đến các tốc độ và tải trọng khác nhau. Nếu các nhà thiết kế máy móc giải quyết nhu cầu bôi trơn thiết bị chỉ dựa trên các yêu cầu tải động, họ sẽ phải chỉ định nhiều loại mỡ bôi trơn cần thiết để đáp ứng nhiều nhu cầu hiện có. Với cách tiếp cận này, sự phức tạp của hệ thống sẽ làm tăng tổng chi phí và nguy cơ hỏng hóc do bôi mỡ sai cách và nhiễm chéo. Để tối đa hóa hiệu quả bôi trơn mỡ, giảm thiểu chi phí và giảm nguy cơ hỏng hóc do ứng dụng, các nhà sản xuất chất bôi trơn đã bắt đầu tạo ra các loại mỡ bôi trơn đa dụng đáp ứng nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm nhiều tốc độ và kích thước tải khác nhau. Việc sản xuất mỡ bôi trơn đa dụng là để cung cấp một sản phẩm duy nhất có thể đáp ứng nhiều yêu cầu.
Mỡ bôi trơn đa dụng là gì?
Mỡ bôi trơn đa dụng (GP) được thiết kế để đáp ứng nhiều yêu cầu khác nhau có độ đặc vừa phải với dầu gốc có độ nhớt trung bình và các đặc tính chống mài mòn, rửa trôi và oxy hóa trung bình. Về cơ bản, đây là sản phẩm được thiết kế để phù hợp với mặt cắt ngang lớn nhất có thể của các bộ phận được bôi trơn bằng mỡ trong một hoạt động.
Nếu nhu cầu về các thành phần bôi trơn có thể được đánh giá trên một đường cong theo tốc độ, tải trọng và mức độ nghiêm trọng của môi trường/ứng dụng, thì đường cong kết quả có thể giống với biểu đồ Pareto. Các ứng dụng nhà máy thông thường không thách thức nghiêm trọng mỡ bôi trơn đa dụng, nhưng có một số ứng dụng nhất định có thể được coi là điều kiện khắc nghiệt. Những điều kiện này có thể phù hợp hoặc không phù hợp với mỡ đa dụng và một số ứng dụng khắc nghiệt có thể yêu cầu mỡ có một hoặc nhiều tính chất đặc biệt.
Nhiều ứng dụng hoạt động khắc nghiệt, khó khăn sẽ yêu cầu đánh giá kỹ thuật toàn diện để xác định các đặc tính bôi trơn đặc biệt nào có thể cần thiết. Tiêu chuẩn bôi trơn rất hạn chế ở các mức tải trọng cao, nhiệt độ cao và tốc độ cao, do đó có thể yêu cầu các sản phẩm không phù hợp với phần lớn các thành phần được bôi trơn.
Tuy nhiên, nên phủ càng nhiều thành phần được bôi trơn bằng càng ít sản phẩm càng tốt. Với lưu ý này, hãy bắt đầu bằng cách kiểm tra các thành phần được bôi trơn theo yêu cầu trung bình và làm việc có chọn lọc theo hướng cực đại về tải trọng và tốc độ.
Lựa chọn mỡ bôi trơn đa dụng mà không ảnh hưởng đến hiệu suất
Lựa chọn mỡ bôi trơn đa dụng mà không ảnh hưởng đến hiệu suất cần lưu ý các điểm quan trọng sau:
- Thuộc tính thiết bị cần xem xét:
Do có nhiều đặc tính khác nhau có thể tồn tại trong mỡ bôi trơn tại bất kỳ nhà máy nào, tốt nhất là trước tiên hãy xác định đặc điểm thiết bị và điều kiện của nhà máy, sau đó chọn loại mỡ đáp ứng các điều kiện đó.
- Cân nhắc về tình trạng thiết bị:
Với mục tiêu này, mỡ bôi trơn đa dụng được sử dụng như mỡ bôi trơn đa ứng dụng trong quy trình sản xuất để giảm độ phức tạp và khả năng hỏng hóc linh kiện do sử dụng sai. Hãy xem xét các đặc điểm vận hành sau đây khi lựa chọn mỡ bôi trơn đa dụng.
- Kích thước và loại vòng bi:
Vít me bi, cáp, ổ trục tuyến tính, ổ trục trơn, các thành phần ổ trục lăn, đường trượt và phớt chỉ là một số ít trong số nhiều loại thành phần khác nhau được bôi trơn bằng mỡ. Nếu ma sát trượt là loại tiếp xúc chủ yếu, thì có thể cần phải phụ thuộc nhiều hơn vào dầu có độ nhớt cao, polyme và chất phụ gia rắn để hỗ trợ tải và cung cấp lớp bảo vệ màng bôi trơn.
Nếu ma sát lăn là loại tiếp xúc chủ yếu thì có thể sử dụng mỡ có dầu gốc có độ nhớt nhẹ hơn và sử dụng tối thiểu polyme, chất rắn, chất phụ gia chống mài mòn (AW) và chịu cực áp (EP).
- Tải trọng:
Khi tải tăng, độ nhớt của dầu gốc mỡ cũng phải tăng để chịu được tải. Nếu phần lớn các thành phần trong môi trường nhà máy/nhà máy chịu tải nặng, có thể sử dụng dầu gốc có độ nhớt cao cho sản phẩm đa năng. Trường hợp này có thể xảy ra trong môi trường nhà máy xi măng, thép hoặc giấy. Không hiếm khi tìm thấy mỡ GP được làm từ 460 cSt (40°C) và các loại dầu nặng hơn trong những môi trường này.
- Tốc độ:
Khi tốc độ tăng hoặc tải giảm, độ nhớt dầu gốc cần thiết cũng giảm. Trong các hoạt động chủ yếu với tốc độ trung bình đến cao và tải nhẹ đến trung bình, độ nhớt dầu mỡ sẽ giảm xuống phạm vi ISO 46 đến 150. Thật bất thường khi tìm thấy các ứng dụng tải nặng cũng hoạt động ở tốc độ cao và được bôi trơn bằng mỡ. Loại ứng dụng này cần được xem xét đặc biệt và do đó nằm ngoài cuộc thảo luận này.
- Nhiệt độ, độ ẩm và các chất gây ô nhiễm rắn trong không khí:
Nhiệt độ, độ ẩm và các chất gây ô nhiễm rắn trong không khí (các hạt) ảnh hưởng rất đáng kể đến bôi trơn vòng bi, nhưng các yếu tố này được xem xét sau khi lựa chọn độ nhớt dầu gốc.
Nhiệt độ, độ ẩm và các chất gây ô nhiễm rắn trong không khí có ảnh hưởng lớn hơn đến các thành phần chịu tải nặng so với các thành phần tốc độ cao. Nhiệt gây ra quá trình oxy hóa và làm giảm độ nhớt của dầu gốc. Khi độ nhớt của dầu gốc giảm, khả năng chịu tải của nó cũng giảm đi. Các thành phần chịu tải nặng hoạt động ở nhiệt độ cao dễ bị lớp màng bôi trơn không đủ và bị mài mòn mạnh.
Nước có thể có tác động tương tự lên màng dầu vì nước có khả năng chịu tải rất thấp. Nếu nước được phép vào ổ trục ở dạng tự do hoặc nhũ tương, màng dầu có thể bị tổn hại, dẫn đến ăn mòn, dính, mài mòn và mài mòn do hydro gây ra.
Đôi khi, việc xả mỡ liên tục được sử dụng để ngăn nước và chất gây ô nhiễm rắn xâm nhập vào các bộ phận được bôi trơn bằng mỡ. Vì hầu hết các bộ phận được bôi trơn không được xả mỡ liên tục nên có khả năng hơi ẩm và các hạt xâm nhập vào khoang bộ phận thông qua các miếng đệm và phụ kiện. Các hạt bụi và chất bẩn trong khí quyển chứa silica xâm nhập vào vùng tải có thể làm trầy xước và mài mòn bề mặt, tạo ra nhiều hạt mài mòn hơn ( mảnh vụn mài mòn ).
Khả năng các hạt làm hỏng bề mặt vùng tải tăng lên trong các ứng dụng nhiệt độ cao và/hoặc độ ẩm cao. Sự kết hợp của độ nhớt dầu gốc giảm, nước tự do và các hạt ở vùng tải có thể đặc biệt có hại.
- Khoảng thời gian bôi trơn:
Phương pháp ứng dụng kết hợp với chu kỳ ứng dụng quyết định tốc độ ứng dụng. Tốc độ bôi trơn lại là lượng chất bôi trơn được đưa vào bộ phận trong một khoảng thời gian nhất định.
Các thành phần được bôi trơn cần được cung cấp chất bôi trơn liên tục tại vùng tải để duy trì lớp màng thủy động, tương tự như các thành phần được bôi trơn bằng dầu. Mỡ dự trữ chứa trong khoang trong vỏ đóng vai trò như một bể chứa dầu mà các thành phần lấy ra để bôi trơn.
Khi mỡ được cung cấp lại cho vỏ, bình chứa dầu được bổ sung. Khoảng thời gian giữa các chu kỳ càng dài thì khả năng bình chứa cạn kiệt và linh kiện sẽ chạy đến trạng thái bán khô (màng hỗn hợp) càng cao.
Dầu trong vùng tải bị ép và đẩy ra theo thời gian. Nếu thể tích bôi trơn lại không đủ hoặc chu kỳ không đều (rủi ro cao hơn khi bôi trơn thủ công), khả năng màng dầu sẽ tan biến dẫn đến tình trạng màng hỗn hợp tăng lên. Khi những tình trạng này xảy ra thường xuyên, lựa chọn mỡ phải là loại mỡ chống lại tác động ép và xu hướng tan biến. Mỡ được pha chế với dầu gốc có độ nhớt cao hơn và các chất phụ gia tạo màng hóa học và cơ học có thể hữu ích trong những trường hợp này.
- Cân nhắc về tính chất của chất bôi trơn:
Sau khi hiểu rõ các điều kiện hoạt động của phần lớn thiết bị, hãy xem xét các đặc tính bôi trơn hữu ích để đáp ứng các yêu cầu của thiết bị.
Có một số đặc tính bôi trơn ảnh hưởng đến việc lựa chọn mỡ bôi trơn, cho dù là mỡ bôi trơn đa dụng, mỡ chuyên dụng, mỡ ngâm dầu hay các ứng dụng bôi trơn tuần hoàn. Độ nhớt của dầu, khả năng chống oxy hóa, khả năng chống mài mòn và khả năng chống ăn mòn chắc chắn đủ điều kiện. Ngoài ra, loại chất làm đặc ảnh hưởng đến điểm nhỏ giọt và khả năng chống rửa nước, cả hai đều đóng vai trò trong việc lựa chọn sản phẩm mỡ bôi trơn đa dụng.
- Độ nhớt:
Xét mối quan hệ giữa tốc độ, tải trọng và độ nhớt, và xét rằng độ nhớt của dầu trong mỡ là cơ chế chịu tải chính, tiêu chí lựa chọn đầu tiên là độ nhớt của dầu gốc trong mỡ.
Ma sát chất lỏng tạo ra nhiệt làm giảm cục bộ độ nhớt của dầu gốc, khiến dầu có độ nhớt cao giảm khi chịu tải. Do đó, nên ưu tiên sử dụng độ nhớt dầu gốc nặng nhất mà máy có thể chịu được và chuyển sang độ nhớt nhẹ hơn khi xem xét điều kiện tốc độ cao. Như đã lưu ý trước đó, độ nhớt dầu gốc mỡ đa dụng trong phạm vi ISO 460 trở lên có thể được nhìn thấy trong các hoạt động chạy máy móc có tải nặng.
- Loại dầu gốc:
Nếu nhiệt độ khắc nghiệt, cả cao và thấp, thường xuyên xảy ra, hãy xem xét loại dầu và ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ đối với các loại khác nhau có sẵn. Dầu tổng hợp cung cấp phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng hơn dầu mỏ, nhưng ngay cả trong nhóm dầu tổng hợp, vẫn có sự khác biệt. Hình dưới cho thấy các loại dầu tổng hợp phổ biến theo phạm vi nhiệt độ hoạt động hiệu quả.
Dầu khoáng parafin thường có chỉ số độ nhớt (VI) khoảng 95. Ngoại trừ một số ít trường hợp, dầu gốc tổng hợp có độ linh hoạt cao hơn, với số VI dao động từ 120 đến 175. VI càng cao thì phạm vi nhiệt độ mà sản phẩm có thể hoạt động hiệu quả càng rộng.
- Khả năng chống oxy hóa:
Nếu ứng dụng liên quan đến nhiệt độ cao và khả năng tiếp cận máy kém, thì tốt nhất là nên chọn sản phẩm có dầu gốc và chất làm đặc có thể chịu được nhiệt độ và chống phân hủy trong khoảng thời gian bôi trơn lại kéo dài. Khả năng chống oxy hóa phần lớn là một phần của việc lựa chọn dầu gốc – loại dầu gốc sẽ có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chống oxy hóa. Chất làm đặc và lựa chọn hệ thống phụ gia cũng đóng vai trò quan trọng.
- Hiệu suất chống mài mòn:
Hiệu suất chống mài mòn cũng liên quan đến việc lựa chọn dầu gốc vì độ nhớt của dầu gốc ở nhiệt độ vận hành là yếu tố chính quyết định điều kiện bôi trơn (thủy động lực, đàn hồi thủy động lực, màng hỗn hợp hoặc ranh giới).
Trong trường hợp có khả năng chịu tải va đập và tải cực lớn, phụ gia AW và EP hóa học có thể hữu ích trong việc bổ sung các đặc tính của dầu gốc để cung cấp thêm khả năng bảo vệ chống mài mòn và kẹt. Các phụ gia vô cơ như moly, graphite và PTFE thường được thêm vào để cung cấp khả năng hỗ trợ tải cơ học ngoài các phụ gia hóa học.
- Khả năng chống nước:
Các ứng dụng sử dụng chất làm mát gốc nước hoặc hóa chất xử lý có nhiều vấn đề cần giải quyết. Khả năng chống nước được đặc trưng bởi khả năng chịu được một trong bốn vấn đề liên quan đến nước của mỡ, bao gồm:
- Khả năng chống rửa trôi: Khả năng của chất bôi trơn lưu lại trong ổ trục khi hoạt động ngập một phần hoặc toàn bộ (ASTM D1264).
- Sự hấp thụ nước: Khả năng của mỡ đối phó với sự hiện diện của nước bằng cách hấp thụ hoặc chống lại tác động rửa và pha loãng của nước. Mỡ có thể hấp thụ một tỷ lệ lớn nước xâm nhập và sau đó mất gel (mất độ đặc nhưng vẫn giữ nước), hấp thụ một lượng nước ít hơn và vẫn giữ được độ đặc hoặc chống lại sự hấp thụ nước hoàn toàn (để lại nước trong một pha riêng biệt trong thành phần hoặc hệ thống).
- Khả năng chống ăn mòn: Khả năng của mỡ trong việc ngăn ngừa sự ăn mòn bề mặt khi có nước (ASTM D1743).
- Khả năng chống phun: Khả năng của mỡ chống lại sự dịch chuyển khi có nước tác động trực tiếp lên bề mặt được bôi mỡ (ASTM D4049).
Chất làm đặc phần lớn quyết định phản ứng của mỡ đối với độ ẩm. Nếu chất làm đặc đặc biệt tốt trong việc hấp thụ độ ẩm, chẳng hạn như mỡ xà phòng natri, nó có thể tạo thành nhũ tương giữ và kéo nước ra khỏi bề mặt kim loại. Nhược điểm của mỡ nhũ tương là chúng có thể dễ dàng bị rửa sạch.
- Chống gỉ/ăn mòn:
Kết hợp với khả năng chống rửa trôi của nước, nếu điều kiện vận hành thông thường liên tục tiếp xúc với nước, hóa chất xử lý hoặc điều kiện độ ẩm cao, thì có thể cần thêm biện pháp chống ăn mòn. Một số chất làm đặc, chẳng hạn như nhôm, có khả năng chống ăn mòn tốt.
Nếu chất làm đặc chống nước, chẳng hạn như xà phòng lithium hoặc canxi, thì chất ức chế rỉ sét và ăn mòn sẽ được thêm vào để bảo vệ bề mặt khỏi nước. Nếu mỡ dự kiến sẽ vẫn ở trong ổ trục và ngăn ngừa ăn mòn trong điều kiện ẩm ướt trong thời gian dài (giữa các chu kỳ bôi trơn), thì khả năng chống ăn mòn bổ sung là rất mong muốn.
- Loại chất làm đặc:
Tiêu chí để lựa chọn loại chất làm đặc mỡ bôi trơn đa dụng sẽ là khả năng tương thích với các loại mỡ khác đang sử dụng và điểm nhỏ giọt (biểu thị phạm vi nhiệt độ tối đa của mỡ) mà chất làm đặc truyền vào mỡ.
Chất làm đặc bôi trơn thường tương thích với các chất làm đặc có tên tương tự khác, ngoại trừ Polyurea. Ví dụ, chất làm đặc lithium tương thích với các loại mỡ làm đặc lithium khác. Bảng này cho thấy các đặc điểm tương thích điển hình.
Nguyên tắc thứ hai là chất làm đặc phức hợp có thể được sử dụng ở phạm vi nhiệt độ cao hơn, thường là đến 400°F (204°C), với việc bôi trơn lại thường xuyên. Nếu thiết bị hoạt động ở nhiệt độ liên tục trên 400°F (204°C) thì có lẽ nó sẽ không đủ điều kiện để trở thành chất bôi trơn đa năng.
Vấn đề về loại chất làm đặc và điểm nhỏ giọt là trọng tâm của quyết định này vì các kỹ thuật viên có xu hướng sử dụng mỡ khi dầu không giữ nguyên vị trí. Chất làm đặc phải duy trì ổn định trong phạm vi nhiệt độ đủ rộng để nhiệt độ tăng đột biến sẽ không khiến mỡ bị loãng và chảy ra khi sử dụng.
Kết luận
Việc lựa chọn mỡ bôi trơn đa dụng để đáp ứng các yêu cầu vận hành rộng đòi hỏi phải hiểu cách thiết bị hoạt động và mỡ sẽ phản ứng như thế nào với các yếu tố vận hành đó. Việc hợp nhất hợp lý và có kế hoạch thành mỡ bôi trơn đa năng có thể mang lại lợi ích thông qua việc giảm nguy cơ nhiễm bẩn, giảm độ phức tạp và cải thiện điều kiện bôi trơn tổng thể.
Để tìm được loại mỡ bôi trơn đa dụng có thể chấp nhận được cần phải cân nhắc nhiều khía cạnh, bao gồm các yếu tố về chất bôi trơn như độ nhớt của dầu, khả năng chống oxy hóa, khả năng chống ăn mòn, loại chất làm đặc và khả năng chống rửa trôi bằng nước.
Cũng cần xem xét các yếu tố vận hành chính, bao gồm tốc độ, tải, nhiệt độ, loại chất gây ô nhiễm, nồng độ và chu kỳ bôi trơn lại. Trong các nhà máy chế biến và xử lý thực phẩm, độc tính và khả năng ăn được tạo ra một loạt các câu hỏi riêng biệt cũng cần được giải quyết.
