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目前日期文章:200906 (4)

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前言:

有一個關於潤滑脂的疑問,至今都沒有一個有效的答案。這個疑問就是:到底我使用的黃油壽命有多長,什麼時候該換油?你我都有開車的經驗,我們都會在行駛固定里程(5000-10000KM)後更換機油,但是,你可曾定期更換輪軸軸承內的黃油?這個答案絕對是否定的。這就是我們這篇文章要解答這個問題的主旨。

簡單的說,歐盟有許多嚴苛針對潤滑脂所設計的嚴苛方法與設備,經過這些設備測試潤滑脂後,就可以選擇有利於我們產品的潤滑脂。你的愛車輪軸不需像更換引擎機油那麼頻繁的更換潤滑脂,就是這類油脂通過了這些嚴格的測試標準。

以下我們就是要介紹這些測試方式,你了解這些測試方式後,就可以評估潤滑脂產品通過哪些測試標準,而選擇你適合的潤滑脂產品。

歐盟測試潤滑脂的方法:

測試法

使用軸承

速度

RPM

負載(徑向)

N(牛頓力)

負載(軸向)

N(牛頓力)

溫度

測試時間

觀察之係數

SKF R2F

DIN 51806

22312 M C4

1500

2500

3500

8510N

 

<150

480小時

觀察油脂分布

情形與軸承的

變化

IP 158/79

6308

1200-

10000

1334N

 

<177

500小時

一星期停機

1次使其降溫

1.觀察軸承溫度

2.觀察油脂與

軸承的變化.

SKF-ROF

6204 2Z(C3)

20000

10000

6000

50N

100N

<170

測試到無法

進行為止

整個實驗時間

FAG KSM

30206

3000

1500

 

<4500N

<250

2小時

1.扭力增加量

2.溫度

3.油脂變化與分布

情形

FAG FE9

7206

3000

6000

 

1500N

3000N

4500N

<250

測試到無法

進行為止

整個實驗時間

FAG FE8

DIN51821

7312

31312A

29412B

7.5/75/

750/

1500/

3000

 

80000N

50000N

20000N

10000N

<250

500小時或

測試到無法

進行為止

1.扭力增加量

2.溫度

3.整個實驗時間

4.油脂軸承變化

5.軸承磨耗量

漏油情況

ASTM

D-1263

止推滾柱軸承

外徑=63.5mm

內徑=49mm

660

皮帶張力

 

104

6 小時

1.油脂分布情形

2.油脂漏失率%

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一、溫度

 

潤滑脂適用工作溫度範圍:

所有潤滑脂適用的溫度範圍,約為-75℃到大約600之間。但一般市售礦物油成分之潤滑脂的工作溫度範圍,約為-20℃〜120之間,如超過此溫度則須選用所謂特殊耐高溫黃油。

 

工作溫度的判斷:

我們常遇到客戶要求要耐溫400℃〜500℃的黃油,通常他們的使用環境可能是烤漆爐、熱處理爐、鋼鐵廠、玻璃、磚窯廠…等使用之軸承。但試問市售軸承之鋼材有耐到這麼高溫嗎?軸承鋼的材質大都是高炭鉻鋼型號SUJ2、SUJ3,他們的耐溫度不會高於300℃。所以選用黃油要求之工作溫度的判斷顯然大都被高估了。我們可以用測溫紅外線槍打在軸承表面上,測得之溫度再減5℃〜10℃應該才是潤滑脂的真正工作溫度。

 

如何判定潤滑脂的工作溫度:

通常我們會用火直接燃燒黃油,如果有油滴下即判定為不耐高溫,這可是錯誤的觀念。以上的方法油如果不會滴下,則可判斷為屬於膨土基(或稱黏土基)之潤滑脂,另外藉油燃燒油脂可觀察其是否有結炭現象,如有,常會造成軸承卡死或滑動面卡住,以後再針對黏土基黃油加以介紹。潤滑脂是由基礎油與稠化劑組成,要判定潤滑脂的工作溫度也要由這2種組成物判斷。基礎油當然是合成油耐溫度較高,其中又以PFAE(或稱PTFE)—氟化聚脂類合成油最高,約可達250℃,但價位很高。如使用礦物油仍可搭配稠化劑達到耐高溫的效果,通常,尿素基可達180℃~200℃(以後再針對尿素基黃油加以介紹,這可能是以後耐高溫油脂的發展方向)。複合鋰基約150℃,你可能覺得150℃不高,但這已是機械運轉中相當高的溫度了,其價位適中,又可有廣泛的應用,大到如鋼鐵廠、汽車工業,小至普通機械潤滑,都用得到它。由此,提醒你下次要選購耐高溫黃油時,記得索取產品性狀組成表,確定你買到的是何種黃油。還有很多其他皂基的黃油,以後會一一介紹。

 

溫度的界定:

在我們的潤滑脂選用準則中將溫度區分為以下表格幾種:

 

低溫

-50℃〜80

中溫

-30℃〜110

高溫

-20℃〜150

特高溫

-40℃〜200

特殊高溫

200℃以上

 

二、轉速:

 

 軸承轉速的判斷:

一般軸承廠商均有標示其軸承的最高轉速,但我們在選用滑脂時應以實際工作轉速為標準,否則就有滑脂價格太貴的考慮因素產生。

 

選用滑脂基礎油黏度原則:

一般以滑脂的基礎油黏度為選用原則。

低速時選用一般礦物油基礎油,黏度介於100200cSt(40)左右均可。

中高速時須選用精煉礦物基礎油,黏度介於50100cSt(40)左右均可。

高速時則須選用合成基礎油,如PAOPAGESTER….等,黏度介於50cSt(40)以下。

 

原因:因為高轉速時會產生高溫,低黏度基礎油散熱迅速,油質較不易氧化、碳化。

        合成油具有高抗氧化,高抗碳化特性,但一般而言價格較高。

 

DN:

在此,轉速的定義不單指軸承旋轉的rpm值,而必須加入軸承大小因素,所以DN值才是我們所要的。

 

DN= RPM X ½(D+d) 

 

RPM:每分鐘轉速。D:軸承外徑。d:軸承內徑。

 

轉速的界定:

在我們的潤滑脂選用準則中將轉速區分為以下表格幾種:

 

A.滾珠軸承:

極高

DN=700,000以上

非常高

DN=500,000700,000

DN=300,000500,000

DN=100,000300,000

DN=100,000以下

 

B.滾子軸承:(滾針、滾柱軸承):

極高

DN=300,000以上

非常高

DN=300,000150,000

DN=150,00075,000

DN=75,00030,000

DN=30,000以下

 

三、負荷:

 

負荷的定義:通常我們以C/P值代表負荷的大小。C/P=額定負荷÷實際負荷

負荷的界定: 在我們的潤滑脂選用準則中將負荷區分為以下表格幾種:

  

非常高

C/P<2

C/P=25

C/P=510

C/P>10

 

四、其他:

*          防水性:須選用鈣皂基、膨土皂基(BENTON)或其他含黏稠劑(poly-tacky)之潤滑脂。

*          耐極壓:須選用含EP(extreme pressure)添加劑之潤滑脂

*          低噪音:須選用特殊製造符合低噪音之潤滑脂

*          抗震動:須選用複合璜酸鈣機之潤滑

*          食品級:須選用特殊製造符合FDA認證之食品級潤滑

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所有普遍存在於液壓裝置的問題中,過熱問題是排名第2位的問題。相較於排名第1的洩漏問題,過熱的發生原因與補救措施對於維修人員來說依舊難與克服。

為何液壓系統會過熱?

液壓油的溫升(heat raise縮寫為HR)來自於系統效能下降,而效能下降導致輸入動力的漏失(power lost縮寫為PL),而PL會轉變成熱。

HR=PL總值=幫浦PL+閥門PL+管路PL+促動器PL

當輸入動力的總漏失值(PL)大於熱量散失值,液壓系統就會過熱。所以根據不同型態之液壓系統,可裝置介於25〜40%輸入動力的冷卻系統。

液壓油溫度

到底多熱才是過熱呢?當油溫高於180℉(82℃),將會破壞油封並且加速液壓油劣化。顯然地,避免操作溫度高於180℉(82℃),即不至於液壓油黏度因高溫而低於最佳黏度。時時注意操作溫度低於180℉(82℃)。(此溫度必須參考你系統使用何種黏度而調整,通常使用ISO VG 68之液壓油,操作溫度應低於180℉(82℃)。

維持穩定的液壓油溫度

為維持穩定的液壓油溫度,液壓系統的散熱能力必須遠超過熱能增加量。舉例而言,在某一系統中其持續動力為100kw,而其發揮效能達80%,因此就會有20kw動能轉為熱能,假設此系統裝置具25kw功率之冷卻設備,則當熱能負載超過25kw或冷卻效能低於25kw時,液壓油溫度就會升高。

再看這個存在於某一移動液壓設備中的過熱例子。一柴油動力之液壓系統,用於作動切割海底管線之切割機,此切割機裝設於海底,其連結之液壓油管纏繞達710英尺。操作系統操作情況為:在3000psi之液壓下,液壓油流量為每分鐘24加崙。

液壓動力裝置馬力為37kw,並配有氣冷式熱交換機,冷卻能力達10kw約為輸入動力之27%(10/37X100=27),皆在設計規範內。我們很明顯地看出過熱的原因在於超載之熱能。當我們將問題著眼於纏繞管路的長度上,可以算出壓力損失量。理論上,在3/4英吋口徑,710英尺長,流量每分鐘24加崙的進油管內應有800psi的壓力損失,而在1英吋口徑,同樣長度的回油管中有200psi的壓力損失。這壓力損失總值1000psi(800+200=1000)將轉為10.35kw的熱能。這意謂超負載的熱能為0.35kw(10.35-10),這值是熱交換機無法處理的負擔,因此造成液壓系統產生過熱問題。

克服熱能

有2種方法可以解決液壓油的過熱問題。降低熱能負載和增強散熱效能

液壓系統是經由儲油槽來散熱,因此必須檢查儲油槽油位,如果太低則須添補液壓油至正常油位。再者,檢查油槽四周之通氣孔是否被灰塵或黴菌堵塞。

檢查熱交換機之管路是否阻塞。熱交換機之冷卻能力取決於液壓油之流通速率與液壓油和冷卻水或冷卻氣體之溫度。仔細檢查並保養冷卻系統,使其保持良好之性能。

當系統設定之油量流速是已知的,則可使用紅外線測溫計檢查熱交換機的效能。首先,測量液壓油進油口與出油口之油溫,並經由下列公式換算熱交換機的功率

hydatwork-formula.gif  

                                              kW=熱交換機散熱功率。單位:kw千瓦

                                              L/min=熱交換機中液壓油之流速。單位:公升/分鐘

                                              △T℃=進油口油溫-出油口油溫。單位:℃

 

例如:測量之油溫差為4℃,熱交換機中液壓油流速為90L/min,經由計算得到散熱功率為10kw。相對於輸入動力100kw,熱交換機之散熱功率為輸入動力功率的10%。如果系統過熱,即表示不是熱交換機冷卻效能不足就是冷卻管路出問題。

相反的,當測量之油溫差為10℃,熱交換機中液壓油流速為90L/min,經由計算得到散熱功率為26kw。相對於輸入動力100kw,熱交換機之散熱功率為輸入動力功率的26%。如果系統過熱,即表示系統效能表現已經降到74%以下。

 

壓力下降就會產生熱

當壓力下降時就會產生熱。這表示系統中有某些元件作動是異常的。內部壓力洩漏將使油溫升高導致過熱現象,這可能是油壓缸中的高壓液壓油從活塞油封洩漏,也可能是洩壓閥的壓力調整發生錯誤,此時必須確認並更換造成熱能的元件。

密閉中心管路中造成熱能最常見的原因為:洩壓閥的壓力設定值過於接近或低於可置變式置換幫浦的補償壓力值,雖然這麼做可避免系統壓力趨近於補償器的壓力設定值,但置換幫浦壓力卻沒有因此而降低至零,反而使幫浦不斷提供液壓油流動,使其流過洩壓閥導致產生熱能。為防止這問題發生,洩壓閥的壓力設定值應高於幫浦的補償壓力值250psi。參見下圖:

 

HydatWork-Fig1.jpg  

                                         密閉中心管路顯示出洩壓閥的壓力設定值(RV)比

                                                     置換式幫浦(PV)的補償壓力值(PC)高250psi。

 

持續操作油溫過高的液壓系統,就像是在操作冷媒溫度過高的內然機,一定會對機械造成傷害。因此當液壓系統開始有過熱現象時,應立即停機,檢查確認原因後修復它。

 

資料來源:譯自機械潤滑雜誌期刊-Solving Hydraulic System Overheating Problems 一文。

作者:Brendan Casey,具有16年機械維修經驗,專精於移動式工業液壓設備。

 

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「奶奶說,當你遇見了美好的事物時所要做的
第一件事,就是把它分享給你四周的人;這樣,美好的事物才能在這
個世界上自由自在的散播開來。我覺得他說的真的是對極了。」

分享這本書給所有的愛書人,的確是件美好的事。

這本書是我在兒子二年級國文課本中發現的,在書局閒逛又看到他,於是就買下來了
文中對大自然有很純樸的貼近,大樹,高山,小溪,烏鴉,一下子都變成那麼貼近的朋友
作者佛瑞斯特.卡特以查拉幾印地安孤兒的心境述說童年與爺爺和奶奶在深山生活的情境
爺爺認字不多,但是端正不阿的性格讓小樹從他的言行舉止獲得典範
奶奶不多話,卻是個最佳的說書人,小樹從他那得到知識的啟蒙

爺爺說:
「人們總愛用一堆該死的笨字來把自己搞得暈頭轉向。所以如果你聽見某人批評某人,別被他用的字眼給牽著走,那些字根本就毫無意義。你應該要聽他說話的語氣和腔調,那樣才能知道他是認真的還是只是在說謊。」
這句話:不就是現在人和人之間的寫照嗎?

不要急著看完這本書,細細品味,偶而你會在書中看到一句讓你深思感動許久的話


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