Diagnostyka olejowa – co wnosi do proaktywnego podejścia utrzymania ruchu

1. Wstęp.

Proaktywne podejście utrzymania ruchu to przede wszystkim wczesna eliminacja potencjalnej awarii maszyny bądź urządzenia, kluczowego dla ciągłości produkcji.  Nurt przemysłu 4.0. mocno angażuje pracowników UR do poszukiwania nowych, nieinwazyjnych metod zapobiegania i eliminacji przyczyn awarii.

Jest to także prosta droga do, rozwoju przedsiębiorstwa i osiągnięcia planowanych zysków. Zastosowanie narzędzi i technik diagnostycznych, nie tylko ułatwi pracę pracownikom UR ale także wpłynie na niezawodność i innowacyjność parku maszynowego oraz organizacji.  

Praca bez zakłóceń i długi czas eksploatacji maszyn w zakładzie mają zasadnicze znaczenie, dlatego też program profilaktyki zapobiegawczej, przy wykorzystaniu analizy i monitoringu szczególnie ważnej cieczy roboczej, jaką jest olej, ma zasadnicze znaczenie. Diagnostyka olejowa polega  na regularnym pobieraniu próbek oleju i ich analizie przy wykorzystaniu technik pomiarowych chemicznych i fizycznych.  Dzięki nim możliwa jest ocena właściwości eksploatacyjnych oleju, układu smarowania lub układu hydraulicznego.

2. Parametry określające stan środka smarnego.

Największym zagrożeniem a zarazem najczęstszą przyczyną awarii układów hydraulicznych jest zanieczyszczenie cieczy roboczej. Aż 80% awarii układów hydraulicznych spowodowane jest złym stanem oleju. Aby określić stan środka smarnego wykonuje się szereg badań laboratoryjnych.

W skład podstawowych parametrów określających jakość olejów hydraulicznych wchodzą: zawartość cząstek ferromagnetycznych, lepkość kinematyczna, liczba kwasowa, zawartość wody, klasa czystości.

Natomiast informacje na temat rodzajów zanieczyszczeń można uzyskać na podstawie badań rozszerzonych. Określa się wówczas dodatkowo:  zawartość pierwiastków, wygląd zewnętrzny, wskaźnik lepkości, oksydację, klasyfikacja cząstek zanieczyszczeń i zużycia pod kątem pochodzenia i widmo IR

Podstawowym parametrem określającym jakość cieczy roboczej jest jej lepkość kinematyczna. To odpowiednia lepkość oleju ma wpływ na ograniczenie kontaktu metal o metal w układzie hydraulicznym. Nieodpowiedni dobór środka smarnego wpływa na przedwczesne zużycie elementów.   Środki smarne o lepkości mniejszej niż dopuszczalna (norma PN-EN ISO 3104:2004) powinny być niezwłocznie wymienione.  Wpływ na lepkość kinematyczną środka smarnego ma również temperatura, dlatego też badania środków smarnych przeprowadza się w temperaturach 100oC i 40 oC.

Drugim parametrem kontrolnym jest liczba kwasowa. W idealnej sytuacji w toku użytkowania oleju liczba kwasowa nie powinna ulec zmianie. Zbyt duże zwiększenie liczby kwasowej może uruchamiać procesu rozkładu składników oraz być przyczyną korozji niektórych metali.

Czynnikiem mającym największy wpływ na zużycie, a co za tym idzie awaryjność układów hydraulicznych jest zawartość w środku smarnym zanieczyszczeń, czyli cząsteczek pochodzących z procesów zużycia, pyłów zewnętrznych, cząsteczek rdzy czy farby. Dlatego tak ważne jest stosowanie środków ostrożności np. filtracji czy odpowiedniego doboru i montażu uszczelnień, by zanieczyszczenia oleju nie doprowadziły do awarii urządzenia.

Do najczęściej stosowanych systemów za pomocą których można wyrazić poziom zanieczyszczenia cieczy hydraulicznej należą NAS 1638 i ISO:4406.
 

Tabela 1. Wyniki z pomiarów optycznego licznika cząstek (opracowanie własne).

Zawartość pierwiastków w oleju hydraulicznym możemy podzielić ze względu na pochodzenie. Obecność pierwiastków takich jak bar (Ba), fosfor (P), wapń (Ca), magnez (Mg), bor (B) czy azot (Na) świadczy o dodatkach uszlachetniających (rys. 2) . Dodatki te poprawiają użytkowanie oleju. Niestety w czasie użytkowania maszyny ich zawartość w oleju maleje. Jest to rezultat procesów utleniania, rozkładu termicznego czy oddziaływania wody.
 

Pierwiastki takie jak: żelazo (Fe), miedź (Cu), ołów (Pb), cyna(Sn), glin (Al), chrom (Cr) i inne pierwiastki metaliczne zawarte w oleju hydraulicznym są rezultatem zużywania się metalowych powierzchni. Jest to proces naturalny lecz szkodliwy. Zwłaszcza zwiększona ilość żelaza i miedzi świadczy o procesach rdzewienia i korozji. Na podstawie analizy zawartości pierwiastków można wywnioskować, które części maszyny ulegają przyspieszonemu bądź gwałtownemu zużyciu.

Jeżeli  analiza wykazuje zwiększoną ilość miedzi i cyny najprawdopodobniej  jest to wynik zużycia części wykonanej z brązu cynowego np. tulejki,  panewki,  innego  elementu  ślizgowego. Potencjalna awaria łożysk i panewek z brązu  ołowiowego objawia się zwiększoną ilością miedzi i ołowiu w próbce oleju. Jako, że większość części maszyn wykonana jest ze stali, najczęściej obserwuje się zwiększoną zawartość żelaza. Aby poprawnie zdiagnozować  i zlokalizować przyczynę występowania w oleju tego pierwiastka należy dodatkowo sprawdzić obecność pierwiastków stopowych stali takich jak: chrom, nikiel itp.
 

Pierwiastki takie jak krzem (Si), tytan (Ti), Potas (K) czy cynk (Zn) obecne w oleju świadczą o zanieczyszczeniach z zewnątrz układu. Najczęściej są to elementy krzemionki czyli kurzu i piasku.  Ze względu na ostre krawędzie  i twardość zanieczyszczeń mogą powodować zatarcie części współpracujących i nieodwracalne rysy na powierzchniach.

Wynikiem zużycia środka smarnego jest pogorszenie lepkości, liczby kwasowej, skłonność do osadów oraz wzrost zanieczyszczeń. Użytkowanie oleju hydraulicznego, którego jeden bądź więcej parametrów uległ pogorszeniu jest ryzykowna.

3. Podsumowanie.

Aby zapobiec awarii podzespołów spowodowanych zużyciem oleju hydraulicznego, wykonuje się szereg czynności zapobiegawczych.

Jednym z nich jest regularna wymiana oleju zgodnie z zaleceniem producenta maszyny.

Drugą opcją jest wykonywanie dodatkowych procesów filtracyjnych oleju.

Trzecią opcją najbardziej skuteczną jest połączenie dwóch pierwszych i dodatkowe przeprowadzanie analiz laboratoryjnych środków smarnych.

Wykonywanie regularnie analiz olejów hydraulicznych umożliwia szybszą lokalizację uszkodzenia i znaczne zmniejszenie nakładów na remont maszyny.

Dzięki monitorowaniu stanu oleju w trakcie eksploatacji m.in. jego właściwości fizycznych, poziomu zanieczyszczeń oraz rodzaju i kształtów cząstek, można lepiej zrozumieć, jakim czynnikom podlegają smarowane elementy podczas eksploatacji.