Większość specjalistów z zakresu smarowania maszyn i układów mechanicznych zdaje się nie mieć pełnej świadomości tego, że jakość smarowania bardzo znacząco wpływa na czas funkcjonowania maszyny. Popełnione w procesie smarowania błędy sprawiają również, że maszyna nie osiąga pełnej wydajności.
Wswojej pracy handlowcy czy doradcy techniczni często przeprowadzają rozmowy i dyskutują ze specjalistami utrzymania ruchu na temat rodzajów oraz częstotliwości występujących w ich zakładach awarii maszyn w odniesieniu do gospodarki smarowniczej. Wielu spośród nich nie widzi żadnego związku między tymi dwoma uwarunkowaniami, jedynym zaś zauważanym przez nich problemem dotyczącym smarowania jest brak środka smarnego w maszynie lub wprowadzenie nieodpowiedniego oleju do systemu/układu maszyny. Doświadczenie pokazuje również, że większość użytkowników bardzo często boryka się z problemami smarnymi, które błędnie interpretują i klasyfikują. W istocie bardzo dużo nieprawidłowości nie jest nawet odnotowywanych, ponieważ problemy te zostają zdiagnozowane dopiero wówczas, gdy maszyna przestaje funkcjonować. W opinii wielu techników sytuacja, w której maszyna jeszcze podczas pracy nie osiąga swojej pełnej wydajności, oznacza, że musiało w niej dojść do jakiegoś stanu awaryjnego.
Powołując się na ekspertów z branży, można przywołać następujące statystyki: zaledwie 10% łożysk osiąga 100% okresu swojej żywotności przed awarią lub wymianą. Z założenia także pozostałe 90% łożysk powinno być takiej samej jakości, co więc się z nimi dzieje? Czy przestały funkcjonować lub zostały wymienione z powodu zidentyfikowanej wady? Otóż zawiodły, ponieważ nie osiągnęły czasu działania, jaki przewidywał producent.
Rozważmy następujący przykład: w jednym z zakładów papierniczych przyjęto doskonały program do analizy wibracji, który potrafił zidentyfikować 100% problemów łożysk, zanim uległy one całkowitej awarii. Okazało się, że przez ostatnie dwa lata żadne łożysko nie uległo awarii, natomiast 15 zostało wymienionych ze względu na zaobserwowane nieprawidłowości w pracy. Zatem te 15 szt. nie osiągnęło zakładanego czasu pracy.
Typowe przyczyny źródłowe awarii
Aby zrozumieć, dlaczego tak wiele awarii jest w rzeczywistości związanych ze smarowaniem lub, dokładniej, błędnym smarowaniem, należy spojrzeć na typowe przyczyny źródłowe awarii. Już w latach 60. ub.w. prof. Ernest Rabinowicz z MIT (Massachusetts Instytut of Technology w Kalifornii w USA) w książce: „Friction and Wear of Materials” opublikował przyczyny utraty przydatności maszyn. Jego zespół ustalił, że 70% urządzeń ulega awariom na skutek degradacji współpracujących części. Degradacja ta wynika w 50% ze zużycia mechanicznego, a następne 20% spowodowane jest korozją powierzchni maszyn (rys. 1 i 2).
Funkcje środka smarnego
Wyniki badań potwierdzają w naukowy sposób to, co od wieków ludzkość obserwuje i stara się ograniczać, wprowadzając pomiędzy współpracujące powierzchnie substancję o specyficznych parametrach. Owa substancja, którą ogólnie można nazwać środkiem smarnym, ma na celu skuteczne zmniejszenie tarcia, rozdzielenie części maszyny, jednocześnie skuteczne przeniesienie obciążenia, odprowadzenie ciepła (redukcję temperatury) itp. Zawsze jednak ograniczanie zużycia mechanicznego oraz korozji to dwie podstawowe funkcje środka smarnego.
Mechanizmy zużycia w awariach związanych ze smarowaniem
Bardziej szczegółowe badania na ten temat zostały przeprowadzone w National Research Council of Canada we współpracy z Society of Tribologists i Lubrication Engineers, aby określić dominujące mechanizmy zużycia w awariach związanych ze smarowaniem maszyn. W badaniu przeanalizowano 3722 przypadki awarii w kilku dziedzinach przemysłu, m.in. w przemyśle papierniczym, wydobywczym, leśnym, transportowym, włókienniczym oraz energetycznym. Wyniki tego badania jasno wskazują, że główną przyczyną zużywania się maszyn jest wprowadzany do układu zanieczyszczony środek smarny.
Ścieranie, erozja oraz zmęczenie materiału bardzo często są spowodowane przez środek smarny zanieczyszczony przez cząstki stałe. Adhezja jest bardzo często efektem tego, że wprowadzany smar lub olej nie jest wystarczająco odporny na przenoszone w układzie obciążenie. Ponadto wszystkie te mechanizmy zużyciowe potęgują się w momencie, gdy występuje woda. Okazuje się, że większość awarii, które występują w maszynach, niezależnie od tego, czy są to awarie krytyczne i nagłe, czy powodujące wcześniejszą wymianę podzespołów, spowodowane są nadmierną ilością cząstek stałych i/lub wody. Ponadto na problemy związane z żywotnością maszyny wpływa użycie odpowiedniego środka smarnego lub poziom jego degradacji, który uniemożliwia jego dalsze stosowanie. Dobra wiadomość to taka, że wszystkim tym czynnikom można zapobiec lub przynajmniej je kontrolować, prowadząc precyzyjną gospodarkę smarno-olejową.
Na czym polega precyzyjna gospodarka smarno-olejowa
Jeśli użytkownik ma świadomość, że 1000 ppm wody w oleju może skrócić czas poprawnego działania o 75% lub że poprawa czystości oleju o jedną klasę według ISO może wydłużyć żywotność urządzenia hydraulicznego nawet o 50%, staje się dla niego oczywiste, że urządzenia degradują się z powodu niewłaściwych technik smarowania.
Precyzyjne smarowanie nie polega na wprowadzaniu droższych czy lepszych środków smarnych lub aplikowaniu ich częściej, ale na ich odpowiedniej pielęgnacji. Technika ta polega na dobieraniu właściwego medium dla danej maszyny oraz odpowiedniej metody aplikacji. Środek smarny powinien być wprowadzany w odpowiedniej temperaturze, z zachowaniem należytej czystości (odcięty od wnikania cząstek stałych podczas wszelkich operacji) oraz suchy (co powoduje niedopuszczanie wody do węzła tarcia).
Weryfikacja stanu maszyny
Osoby, które wciąż mają wątpliwości, czy odpowiednia technika smarowania może przynieść korzyści, powinny przyjrzeć się awariom lub wymianom poszczególnych komponentów i ustalić, czy naprawdę uzyskują maksymalny okres życia smarowanych elementów tych urządzeń. Opracowanie odpowiedniego programu precyzyjnego smarowania jest bardzo dużym przedsięwzięciem, ale jest uzasadnione.
Najlepiej zacząć taki program od dobrania odpowiedniego środka smarnego do każdej aplikacji oraz określić klasę czystości i poziom wilgotności oleju dla każdej z maszyn. Następnie należy zdefiniować niezbędne działania, tak aby osiągnąć założone cele. Wreszcie trzeba je wdrożyć, po czym sprawdzić wyniki. Należy pamiętać, że jeśli maszyna nie zniszczyła się, nie oznacza to, że nie ulega awariom.
Analiza olejowa
Kluczowym elementem weryfikacji stanu maszyny jest analiza olejowa. Aby była skuteczna, trzeba mieć pewność pomiaru parametrów. Jeśli wiadomo, że głównymi przyczynami zużycia maszyn w smarowanych elementach są zanieczyszczenia stałe, wilgoć lub użycie niewłaściwego środka smarującego, analiza oleju jest świetnym narzędziem do identyfikacji i kwantyfikacji wszystkich trzech wspomnianych obszarów, a także cennym narzędziem konserwacji predykcyjnej. Aby mieć skuteczny program analizy oleju, należy wprowadzić dobre praktyki pobierania próbek, poprawną interpretację danych i właściwe zarządzanie tymi danymi.
Aby efektywnie wykorzystać wyniki, należy ustanowić odpowiednie cele lub warunki brzegowe oraz odnieść ich wartość do wzorcowej. Ważnym elementem jest przechowywanie danych. Zaleca się, aby wyniki analizy oleju i ich interpretacja były zintegrowane z innymi narzędziami oceny stanu, takimi jak analiza drgań, termografia i inspekcje wizualne.
Niebagatelną rolę odgrywa technika i sposób pobierania próbek. Daje ona możliwość śledzenia trendu i rejestrowania istotnych zmian w jakości oleju. Materiał do badań powinien pochodzić z tej samej lokalizacji, być pobierany za pomocą tej samej ścieżki i za każdym razem spójnej procedury. Prawidłowe dane, które faktycznie reprezentują stan maszyny, należy pobrać z właściwej lokalizacji dla danego typu maszyny, a integralność tej próbki musi być chroniona przed środowiskiem zewnętrznym. Miejsce poboru próbek powinno dostarczać informacji o oleju, który rzeczywiście smaruje odpowiednie elementy maszyny. W przekładni np. olej zgromadzony w karterze i pobierany z zaworu spustowego nie jest w rzeczywistości reprezentatywny dla oleju pracującego pomiędzy elementami współpracującymi.
Podsumowanie
Bez odpowiedniej wiedzy nie można prowadzić precyzyjnej gospodarki smarno-olejowej. Znajomość najlepszych praktyk w tej dziedzinie pomaga dobrze zweryfikować potrzeby, najlepiej pod patronatem niezależnych organizacji lub stowarzyszeń, gdzie można poddać zespół weryfikacji i ocenie kwalifikacji.
Marcin Pałka jest inżynierem mechanikiem. Zajmuje stanowisko dyrektora w Dziale Techniki Smarno-Olejowej firmy RATO – Industrial Solutions oraz jest liderem zespołu Rato Service Team – jednostki powołanej w 2017 r. do prowadzenia szkoleń z zakresu najlepszych praktyk w gospodarce smarowniczej.
