Hướng dẫn lựa chọn dầu bánh răng tổng hợp

Hướng dẫn lựa chọn dầu bánh răng tổng hợp

Dầu bánh răng tổng hợp được sử dụng bất cứ khi nào dầu bánh răng gốc khoáng đã đạt đến giới hạn hiệu suất của chúng và không còn đáp ứng được các yêu cầu ứng dụng. Ví dụ:

  • ở nhiệt độ rất thấp hoặc cao
  • tải rất cao
  • điều kiện môi trường phi thường
  • nếu họ không đáp ứng các yêu cầu đặc biệt như tính dễ cháy

Mặc dù các chất phụ gia có thể cải thiện nhiều tính chất của dầu khoáng, nó không thể gây ảnh hưởng không giới hạn đến tất cả các tính chất của chúng. Điều này đặc biệt áp dụng cho các đặc tính vật lý như sau:

  • cách nhiệt
  • tính chất nhiệt độ thấp (tính lưu loát, điểm rót)
  • điểm sáng
  • mất mát bay hơi

Ưu điểm có thể

Dầu tổng hợp cung cấp một số lợi thế. Tuy nhiên, chúng không nhất thiết phải thực hiện các loại dầu khoáng ở mọi khía cạnh và thậm chí có thể dẫn đến một số nhược điểm bất chấp ưu điểm của chúng. Ưu điểm của dầu bôi trơn tổng hợp (tùy thuộc vào dầu gốc) bao gồm:

  • cải thiện khả năng chống oxy hóa và nhiệt
  • cải thiện hành vi nhiệt độ độ nhớt, chỉ số độ nhớt cao (trong hầu hết các trường hợp)
  • cải thiện tính chất nhiệt độ thấp
  • tổn thất bay hơi thấp hơn
  • giảm tính dễ cháy (trong một số trường hợp)
  • cải thiện độ bôi trơn (trong một số trường hợp)
  • xu hướng thấp hơn để hình thành dư lượng
  • cải thiện sức đề kháng với môi trường xung quanh

Nhược điểm có thể

Các nhược điểm có thể bao gồm:

  • giá cao hơn
  • phản ứng với sự hiện diện của nước (thủy phân, ăn mòn)
  • vấn đề tương thích vật liệu (sơn, chất đàn hồi, một số kim loại)
  • hạn chế miscibility với các loại dầu khoáng

Lợi thế liên quan đến ứng dụng thường chiếm ưu thế, tăng việc sử dụng dầu nhờn tổng hợp làm chất bôi trơn bánh răng, đặc biệt trong điều kiện vận hành tới hạn. Các loại tổng hợp phổ biến nhất được sử dụng bao gồm dầu hydrocarbon tổng hợp (SHC), polyglycols (PAG) và dầu ester (E).

Dầu bôi trơn dựa trên dầu Hydrocarbon tổng hợp

Hydrocacbon tổng hợp tương tự như hydrocacbon khoáng trong cấu trúc hóa học của chúng. Chúng có các tính chất gần giống nhau liên quan đến khả năng tương thích của chúng với các vật liệu bịt kín, xử lý, tái chế và trộn lẫn với dầu khoáng. Ưu điểm chính là hành vi nhiệt độ thấp tuyệt vời của chúng. Có thể sản xuất dầu nhờn thực phẩm cho ngành chế biến thực phẩm và dược phẩm với dầu gốc SHC sử dụng các chất phụ gia đặc biệt.

Dầu bôi trơn dựa trên Polyglycols

Các chất bôi trơn này đảm bảo hệ số ma sát đặc biệt thấp, khiến chúng thích hợp cho các bánh răng có tỷ lệ trượt cao (sâu và bánh răng hypoid). Với các chất phụ gia thích hợp, chúng cung cấp khả năng bảo vệ chống mài mòn tuyệt vời trong các bánh răng bằng thép / đồng, và có hiệu suất áp lực cực tốt.

Trong các hệ thống bánh răng, các polyglycols phân cực cao hơn cho phép tương tác lớn hơn trên bề mặt bánh răng kim loại. Điều này cho phép polyglycols hiệu suất áp suất cực thấp ngay cả khi không có chất phụ gia.

Các loại dầu Polyglycol có thể có tác động tiêu cực đến các vật liệu bịt kín và có thể làm tan một số loại sơn. Ở nhiệt độ hoạt động trên 212 ° F (100 ° C), chỉ có miếng đệm bằng cao su flo hoặc PTFE có khả năng chống chịu. Trước khi sử dụng dầu PAG trong các ứng dụng sản xuất, bạn nên kiểm tra khả năng tương thích với các loại sơn, hải cẩu và vật liệu kính nhìn thấy.

Miscibility với dầu khoáng có hạn; nên tránh hỗn hợp. Polyglycols là trung tính đối với kim loại đen và gần như tất cả các kim loại màu. Nếu ứng dụng có một tiếp điểm được nạp với một thành phần bao gồm hợp kim nhôm hoặc nhôm (lồng chịu lực có chứa nhôm), có thể tăng mặc theo tải động (chuyển động trượt và tải trọng cao).

Trong những trường hợp như vậy, cần tiến hành kiểm tra tính tương thích. Nếu một bánh răng sâu được làm bằng hợp kim đồng nhôm, polyglycols không nên được sử dụng vì phản ứng trong khu vực tải có thể dẫn đến tăng mặc.

Dầu bôi trơn dựa trên dầu Ester

Dầu Ester là kết quả của phản ứng của axit và rượu với nước tách ra. Có nhiều loại este, tất cả chúng đều có tác động đến tính chất hóa học và vật lý của chất bôi trơn. Trong quá khứ, các loại dầu bôi trơn này chủ yếu được sử dụng trong công nghệ hàng không để bôi trơn động cơ máy bay và tuabin khí cũng như các hệ thống bánh răng trong máy bơm, máy bắt đầu, vv

Dầu Ester có khả năng chịu nhiệt cao và hoạt động nhiệt độ thấp tuyệt vời. Trong các ứng dụng công nghiệp, các dầu este có khả năng phân huỷ sinh học nhanh chóng sẽ đạt được tầm quan trọng bởi vì có vẻ như có thể đạt được hiệu quả tương tự như với các loại dầu polyglycol bằng cách chọn một loại dầu gốc este thích hợp.

Một số loại dầu este có thể biểu hiện độ ổn định thủy phân thấp. Thủy phân là sự phân cắt của este thành một loại rượu và một axit trong sự hiện diện của nước. Chất bôi trơn Ester cần phải được ổn định thủy phân vì chúng thường tiếp xúc với độ ẩm trong sử dụng. Trong thực tế, thủy phân có thể là một vấn đề ít nghiêm trọng hơn so với thông thường. Sự ổn định thủy phân của một ester phụ thuộc vào:

  • loại este được sử dụng
  • loại phụ gia được sử dụng
  • cách ester được xử lý
  • ứng dụng

Ưu điểm ứng dụng của dầu bôi trơn tổng hợp

Các ưu điểm liên quan đến ứng dụng sau đây là kết quả của các tính chất cải tiến của dầu bôi trơn tổng hợp so với dầu khoáng:

  • cải thiện hiệu quả do giảm tổn thất ma sát liên quan đến răng
  • giảm tổn thất càng thấp do ma sát giảm, đòi hỏi ít năng lượng hơn
  • dầu thay đổi khoảng ba đến năm lần lâu hơn so với dầu khoáng hoạt động ở nhiệt độ tương tự
  • giảm nhiệt độ hoạt động dưới tải đầy đủ, tăng tuổi thọ thành phần; hệ thống làm mát có thể không được yêu cầu

Giảm thất thoát bánh răng và cải thiện hiệu suất

Do cấu trúc phân tử đặc biệt của chúng, các loại dầu bôi trơn tổng hợp dựa trên poly-alphaolefin (một loại SHC) và polyglycols đảm bảo rằng ma sát liên quan đến răng thấp hơn đáng kể so với dầu khoáng. Nó có thể thấp hơn tới 30 phần trăm so với nếu sử dụng dầu bánh răng thông thường với phụ gia EP. Bởi vì hệ số ma sát của dầu tổng hợp thấp hơn, ma sát liên quan đến răng bị giảm, do đó làm tăng hiệu quả của thiết bị.

Hiệu quả của các bánh răng với tỷ lệ trượt cao, sâu và bánh răng giả, ví dụ, có thể tăng tới 15% nếu dầu tổng hợp được sử dụng thay cho dầu khoáng. Ngay cả trong trường hợp các bánh răng kích thích, xoắn ốc và côn (có hiệu suất thiết bị cao tự nhiên), có thể tăng hiệu suất thiết bị lên tới một phần trăm bằng cách sử dụng dầu bánh răng tổng hợp.

Điều này có thể không có vẻ nhiều lúc đầu, nhưng nó có thể dẫn đến tiết kiệm đáng kể chi phí tùy thuộc vào đầu ra danh nghĩa của các đơn vị bánh răng, đặc biệt là trong trường hợp một số bánh răng được triển khai.

Table 1. Potential Reduction of Gearing Losses and Improvement of
Efficiency if Using a Synthetic Gear Oil Instead of a Mineral Oil.
  Type of Gear
Effect Worm Gears, Hypoid Gears Spur and Helical Gears, Bevel Gears with Axis Not Offset
Reduction of Total Losses 30% and more 20% and more
Improved Efficiency 15% and more up to 1%
Reduction of Operating (Steady-State) Temperature 68°F (20°C) and more up to 54°F (12°C)

 

Bảng 1 cho thấy mức độ tổng hợp các loại dầu có thể làm giảm tổn thất thiết bị, đặc biệt là trong các hệ thống bánh răng với mức độ thiệt hại phụ thuộc vào tải cao.

Ưu điểm của dầu bánh răng tổng hợp dựa trên ma sát giảm

Tăng hiệu suất bánh răng

Bánh răng nhỏ hơn với động cơ nhỏ hơn có thể cung cấp cùng công suất

Sản lượng điện cao hơn có thể đạt được với cùng công suất đầu vào

Giảm nhiệt độ dầu

Kéo dài tuổi thọ oxy hóa (lâu hơn năm lần so với dầu khoáng trong một số trường hợp)

Cuộc sống thành phần mở rộng (nơi giảm mài mòn và ma sát)

Hệ thống làm mát có thể không còn cần thiết nữa

Giảm tiêu thụ năng lượng

Giảm chi phí cho dòng điện hoặc mức tiêu thụ nhiên liệu do tổng tổn thất năng lượng thấp hơn trong hộp số; 30% và nhiều hơn nữa cho bánh răng giun

Chi phí cho năng lượng điện đã được báo cáo cao tới 10%

Cải thiện hiệu quả và giảm mặc khi sử dụng dầu tổng hợp

Các thử nghiệm cho thấy các loại dầu tổng hợp làm cho bánh răng hiệu quả hơn dầu khoáng. Một loại dầu polyglycol trong nghiên cứu dẫn đến mức độ hiệu quả cao nhất: 18% so với dầu bánh răng có hiệu suất cao. Dầu bánh răng SHC cũng thực hiện các bánh răng thử nghiệm từ 8 đến 9% hiệu quả hơn. Hiệu suất của nó như là một chất bôi trơn cấp thực phẩm phù hợp với USDA-H1 cũng là một lợi thế bổ sung tuyệt vời. Chất bôi trơn cấp thực phẩm thường được coi là kém hơn so với các chất bôi trơn thông thường, một ý kiến ​​cho rằng nghiên cứu này dường như bác bỏ.

Dầu gốc tổng hợp có hành vi bảo vệ chống mài mòn tuyệt vời, được tăng cường bởi các chất phụ gia chống mài mòn thích hợp. Mặc đặc biệt thấp khi sử dụng dầu bánh răng PAG.

Khoảng thời gian thay dầu kéo dài bằng cách sử dụng dầu tổng hợp

Dầu tổng hợp có sức đề kháng tốt hơn đối với lão hóa và nhiệt độ cao và tuổi thọ lâu hơn so với dầu khoáng. Tùy thuộc vào dầu gốc (SHC hoặc PAG), khoảng thời gian thay dầu có thể dài gấp 3 đến 5 lần ở cùng nhiệt độ vận hành.

Khoảng dầu thay đổi gần đúng của dầu bánh răng ở nhiệt độ hoạt động 176 ° F (80 ° C) là:

  • Dầu khoáng: 5.000 giờ hoạt động
  • Dầu SHC: 15.000 giờ hoạt động (yếu tố mở rộng 3)
  • Dầu PAG: 25.000 giờ hoạt động (yếu tố mở rộng 5)

Dầu tổng hợp có hệ số ma sát thấp hơn so với dầu khoáng trong hộp số và mối quan hệ nhiệt độ nhớt thuận lợi hơn. Điều này thường cho phép sử dụng chất tổng hợp ở các cấp độ nhớt thấp hơn và cũng cung cấp khả năng giảm nhiệt độ dầu trong quá trình hoạt động. Trong những trường hợp như vậy, các yếu tố kéo dài tuổi thọ của khoảng dầu thay đổi của dầu tổng hợp dài hơn các giá trị nêu trên, trong đó đề cập đến nhiệt độ dầu giống hệt nhau.

So sánh sau đây của kết quả thử nghiệm minh họa lợi thế này. Ba chất bôi trơn đã được thử nghiệm trong một giàn khoan thử nghiệm bánh răng giòn.

Các hồ sơ thử nghiệm cho thấy nhiệt độ bể chứa dầu sau sau 300 giờ hoạt động:

  • Dầu khoáng: 230 ° F (110 ° C)
  • SHC: 194 ° F (90 ° C)
  • PAG: 167 ° F (75 ° C)

Các yếu tố mở rộng cuộc sống của dầu tổng hợp so với dầu khoáng như sau:

  • Dầu khoáng = 1
  • SHC = 9,5 lần dài hơn
  • PAG = 31 lần dài hơn

Dầu tổng hợp giúp tiết kiệm chi phí bảo trì và xử lý

So với dầu khoáng, khoảng thời gian thay dầu của dầu tổng hợp có thể dài hơn năm lần trong cùng điều kiện nhiệt. Mặc dù thực tế là giá mua và chi phí xử lý tổng hợp cao hơn so với dầu khoáng, khoảng thời gian thay dầu kéo dài có thể bù đắp các chi phí này khi tính đến tuổi thọ của thiết bị mở rộng.

So sánh các chi phí cho khoáng sản và tổng hợp cung cấp cơ hội thực sự để giảm chi phí bảo trì và cải thiện độ tin cậy của máy. Ngoài ra còn có lợi thế là giảm tác động môi trường với tỷ lệ xử lý chất bôi trơn thấp hơn.

Chọn loại dầu bánh răng

Để chọn loại dầu bánh răng để sử dụng trong hộp số, bạn phải hiểu chế độ hoạt động của hộp số. Hệ số ứng dụng (KA) xác định loại và cường độ tải trọng mà các bánh răng sẽ trải nghiệm.

Độ nhớt

Độ nhớt là đặc tính vật lý quan trọng nhất của dầu bôi trơn. Bởi vì độ nhớt thay đổi theo nhiệt độ, tốc độ thay đổi là một đặc tính quan trọng được xác định bởi chỉ số độ nhớt (VI). Hầu hết các loại dầu bánh răng dựa trên khoáng sản sẽ có VI là 95. Một VI thấp hơn chỉ ra rằng độ nhớt của dầu thay đổi ở mức độ lớn hơn với sự thay đổi nhiệt độ.

Ngược lại, chỉ số độ nhớt cao hơn cho thấy độ nhớt thay đổi thấp hơn nhiều so với sự thay đổi nhiệt độ. Lợi thế của một VI cao là ở nhiệt độ thấp hơn, dầu sẽ có xu hướng không làm tăng độ nhớt nhiều như một sản phẩm VI thấp hơn. Khả năng của một loại dầu để duy trì độ chênh lệch độ nhớt nhỏ trên phạm vi hoạt động của hộp số cung cấp một bộ phim bôi trơn phù hợp hơn cho các bánh răng và hiệu suất mặc được dự đoán nhiều hơn.

Lựa chọn độ nhớt

Như đã nói ở trên, độ nhớt chính xác là một thông số quan trọng trong việc lựa chọn đúng dầu bánh răng. Nhà sản xuất hộp số hoặc hệ thống bánh răng thường cung cấp đề xuất độ nhớt và các khuyến nghị này nên được tuân thủ trong hầu hết các trường hợp. Nếu OEM của thiết bị không cung cấp khuyến nghị và độ nhớt chưa được tính toán dựa trên lý thuyết bôi trơn, nó có thể được lựa chọn theo các bảng và đồ thị khác nhau. Sự khác biệt về nhiệt độ và độ nhớt áp suất của chất tổng hợp so với dầu khoáng cũng nên được tính đến.

Độ nhớt chính xác phải được chọn độc lập với bất kỳ giai đoạn cụ thể nào, nhận ra rằng sự thỏa hiệp là cần thiết cho các bánh răng đa tầng. Việc lựa chọn độ nhớt chính xác dựa trên nhiệt độ hoạt động dự kiến ​​của dầu, chẳng hạn như nhiệt độ bể phốt hoặc nhiệt độ của dầu được bơm. Nhiệt độ này được tính bằng cách xác định nền kinh tế nhiệt của thiết bị, có tính đến các tổn thất ma sát; hoặc trong trường hợp các bánh răng đã được lắp đặt, bằng cách đo nhiệt độ của thùng đựng nước thải.

Nó có thể được yêu cầu để chọn một độ nhớt thấp hơn để đảm bảo chất bôi trơn được cung cấp trong một khởi đầu lạnh hoặc ở nhiệt độ môi trường xung quanh thấp hơn. Trong mỗi trường hợp riêng biệt, cần kiểm tra độ nhớt ở nhiệt độ khởi đầu hiện tại, đặc biệt là trong trường hợp hệ thống tuần hoàn dầu.

Một phương pháp bảng tính điển hình để xác định độ nhớt cần thiết cho một ổ bánh răng kích thích và một ổ bánh răng sâu bắt đầu với việc tính toán hệ số tốc độ lực. Do có sự khác nhau về nhiệt độ độ nhớt (VI) của các loại dầu khác nhau, các mức độ nhớt ISO khác nhau được chọn cho cùng một Độ nhớt của Kluber.

Phần kết luận

Bài viết này chỉ trình bày một vài yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn chất bôi trơn bánh răng. Các chi tiết kỹ thuật và hiệu suất về dầu nhờn dẫn đến các quyết định tốt hơn, chính xác hơn trong việc lựa chọn chất bôi trơn. Nó cũng hữu ích để sử dụng một nhà cung cấp chất bôi trơn có uy tín người am hiểu về các lựa chọn có ảnh hưởng đến tiêu thụ năng lượng, tuổi thọ máy, tiêu thụ chất bôi trơn và phát sinh dầu thải. Bao gồm trong các tùy chọn này nên được xem xét các chất bôi trơn tổng hợp.

Bài viết liên quan