مقدمه
چرخدندههای باز (Open Gears) از مهمترین اجزای انتقال قدرت در صنایع سنگین هستند. این چرخدندهها برخلاف گیربکسهای بسته، درون محفظه روغن قرار ندارند و مستقیماً در معرض گردوغبار، رطوبت، بارهای ضربهای و تغییرات شدید دمایی قرار میگیرند. به همین دلیل، روانکاری آنها یکی از حساسترین فرآیندهای نگهداری تجهیزات محسوب میشود.
کارکرد نامناسب روانکار در چرخدندههای باز میتواند منجر به افزایش اصطکاک، سایش شدید، ایجاد حفرههای سطحی (Pitting)، خراشیدگی (Scuffing)، گریپاژ (Scoring) و در نهایت شکست دندانهها شود. انتخاب یک گریس مناسب، علاوه بر افزایش عمر چرخدندهها، موجب کاهش هزینههای تعمیرات، کاهش توقفات تولید و بهبود راندمان سیستم خواهد شد.
چرخدنده باز چیست؟
چرخدنده باز به مجموعهای از چرخدندههای بزرگ گفته میشود که بدون محفظه بسته روغن کار میکنند و روانکار مستقیماً روی سطح دندانهها اعمال میشود.
این نوع چرخدندهها معمولاً دارای قطرهای بزرگ، سرعت محیطی پایین تا متوسط و گشتاور بسیار زیاد هستند و در صنایع زیر کاربرد گسترده دارند:
آسیابهای گلولهای (Ball Mill)
آسیابهای SAG و AG
کورههای دوار سیمان (Rotary Kiln)
خشککنهای دوار
ماشینآلات معدنی
دراگلاینها
شاولهای معدنی
جرثقیلهای سنگین
ماشینآلات فولادسازی
چرا روانکاری چرخدندههای باز دشوار است؟
در گیربکسهای بسته، روغن بهطور مداوم بین دندانهها گردش میکند و فیلم روانکار بهراحتی حفظ میشود. اما در چرخدندههای باز شرایط کاملاً متفاوت است.
مهمترین چالشها عبارتاند از:
قرار گرفتن مستقیم در معرض گردوغبار، شن و ذرات ساینده
شسته شدن روانکار توسط باران یا آب
نیروی گریز از مرکز و پرتاب روانکار از روی دندانهها
فشارهای بسیار زیاد در محل تماس دندانهها
بارهای ضربهای ناشی از تغییرات ناگهانی بار
تغییرات شدید دمای محیط
دشواری روانکاری یکنواخت در چرخدندههای بسیار بزرگ
به همین دلیل، گریس مورد استفاده باید ویژگیهایی فراتر از گریسهای معمولی داشته باشد.
ویژگیهای گریس مناسب برای چرخدندههای باز
- چسبندگی بسیار بالا
یکی از مهمترین ویژگیهای این گریسها، چسبندگی زیاد به سطح فلز است.
در صورت نداشتن خاصیت Tackiness، گریس در اثر چرخش دندهها از سطح جدا شده و روانکاری به سرعت از بین میرود. به همین دلیل تولیدکنندگان از پلیمرهای افزایشدهنده چسبندگی استفاده میکنند تا گریس حتی تحت نیروهای گریز از مرکز نیز روی دندانه باقی بماند.
- تحمل فشار شدید (Extreme Pressure)
فشار تماس بین دندانهها ممکن است به چندین هزار مگاپاسکال برسد. بنابراین گریس باید حاوی افزودنیهای فشار شدید (EP) باشد تا از جوشخوردگی موضعی سطوح جلوگیری کند.
- مقاومت در برابر شستوشوی آب
در صنایع معدن، سیمان و بنادر، تجهیزات معمولاً در معرض آب یا رطوبت قرار دارند. گریس مناسب باید پس از تماس با آب همچنان روی دندانه باقی بماند و خاصیت روانکاری خود را حفظ کند. گریسهای کلسیم سولفونات کمپلکس و برخی گریسهای آلومینیوم کمپلکس عملکرد بسیار خوبی در این زمینه دارند.
- مقاومت در برابر بارهای ضربهای
بار در چرخدندههای باز معمولاً یکنواخت نیست. در زمان راهاندازی، توقف یا ورود ناگهانی بار، شوکهای شدیدی ایجاد میشود. گریس باید بتواند این ضربات را جذب کرده و مانع تماس مستقیم فلز با فلز شود. در این شرایط استفاده از روانکارهای جامد مانند مولیبدن دیسولفید و گرافیت بسیار مؤثر است.
- قابلیت تشکیل فیلم روانکار ضخیم
در بسیاری از چرخدندههای باز، سرعت محیطی پایین است. در سرعت پایین امکان تشکیل فیلم هیدرودینامیکی کامل وجود ندارد. به همین دلیل معمولاً از روغن پایه با ویسکوزیته بالا استفاده میشود تا ضخامت فیلم روانکار افزایش یابد.
- مقاومت در برابر اکسیداسیون
چرخدندههای باز معمولاً در فضای آزاد کار میکنند. قرار گرفتن مداوم گریس در معرض اکسیژن، نور خورشید و دمای بالا موجب اکسید شدن روغن پایه میشود. به همین دلیل استفاده از آنتیاکسیدانتهای مناسب در فرمولاسیون اهمیت زیادی دارد.
نقش روانکارهای جامد
در بسیاری از گریسهای مخصوص چرخدنده باز از روانکارهای جامد استفاده میشود. رایجترین آنها عبارتاند از: مولیبدن دیسولفید (MoS₂) و گرافیت
این روانکارهای جامد دارای ذرات ریز هستن که در شرایط تحت بار و ضربه خواص گریس را بهبود میبخشند.
انواع گریسهای مورد استفاده در چرخ دنده های باز
با توجه به شرایط کاری، از انواع مختلف گریس استفاده میشود.
از جمله:
گریس لیتیوم کمپلکس
گریس کلسیم سولفونات کمپلکس
گریس آلومینیوم کمپلکس
گریس بنتون برای دماهای بالا
انتخاب هر یک به عواملی مانند دما، بار، سرعت، آلودگی محیط و توصیه سازنده تجهیز بستگی دارد.
معیارهای انتخاب گریس مناسب چرخ دنده باز
برای انتخاب صحیح باید به عوامل زیر توجه کرد:
نوع چرخدنده
قطر چرخدنده
سرعت محیطی
میزان بار
بارهای ضربهای
دمای محیط
دمای کاری
میزان گردوغبار
وجود آب یا رطوبت
روش روانکاری (دستی، اسپری یا سیستم اتوماتیک)
توصیه سازنده تجهیز
سازگاری با روانکار قبلی
تفاوت گریس چرخدنده باز با گریس معمولی
گریسهای معمولی برای یاتاقانها و بلبرینگها طراحی شدهاند، اما گریسهای چرخدنده باز ویژگیهای متفاوتی دارند:
چسبندگی بسیار بیشتر
ویسکوزیته روغن پایه بالاتر
تحمل بار شدیدتر
مقاومت بیشتر در برابر پرتاب شدن
درصد بالاتر روانکارهای جامد
مقاومت بهتر در برابر شرایط محیطی
به همین دلیل استفاده از گریس معمولی برای چرخدندههای باز معمولاً باعث افزایش سایش و کاهش عمر تجهیزات میشود.
استانداردهای مرتبط
برای ارزیابی عملکرد گریسهای چرخدنده باز، برخی از استانداردهای متداول عبارتاند از:
ASTM D2596 برای ارزیابی خواص فشار شدید (Four Ball EP)
ASTM D2266 برای بررسی مقاومت در برابر سایش (Four Ball Wear)
ASTM D1264 برای مقاومت در برابر شستوشوی آب
ASTM D217 برای تعیین قوام گریس (NLGI)
ASTM D4049 برای بررسی پاشش یا جدا شدن گریس از سطح (Spray-Off Characteristics)
جمعبندی
چرخدندههای باز در سختترین شرایط کاری صنایع فعالیت میکنند و به روانکاری ویژه نیاز دارند. گریس مناسب برای این تجهیزات باید علاوه بر چسبندگی بالا، توان تحمل فشار شدید، مقاومت در برابر آب، پایداری مکانیکی، تشکیل فیلم روانکار ضخیم و مقاومت در برابر اکسیداسیون را نیز داشته باشد. استفاده از گریسهای حاوی افزودنیهای EP و روانکارهای جامد مانند مولیبدن دیسولفید و گرافیت میتواند سایش را به حداقل رسانده و عمر چرخدندهها را بهطور قابلتوجهی افزایش دهد. انتخاب صحیح گریس باید بر اساس شرایط واقعی کارکرد، نوع تجهیز و توصیههای سازنده انجام شود تا بیشترین بازده و کمترین هزینه نگهداری حاصل گردد.
