لماذا تؤثر اللزوجة على سمك طبقة EHL؟
فيلم EHL في تروس حلزونية تتولد منطقة تلامس الأسنان بفعل تأثير الوتد الهيدروديناميكي عندما يتقارب سطحا السنين عند جانب الاقتراب من الشبكة. ويخضع سُمك طبقة التزييت h_min لمعادلة داوسون-هيغينسون (التلامس الخطي، مبسطة):
h_min ∝ (η₀ × v_Σ)^0.7 × R'^0.46 / (E'^0.03 × w'^0.13)
حيث: η₀ = اللزوجة الديناميكية عند درجة حرارة المدخل [باسكال·ثانية]
v_Σ = مجموع السرعات = v₁ + v₂ ≈ 2 × v_t (مجموع سرعات الدوران) [م/ث]
R' = نصف قطر الانحناء المكافئ عند نقطة التلامس [مم]
E' = معامل المرونة المكافئ ≈ 226,000 نيوتن/مم² (فولاذ-فولاذ)
w' = الحمل الطبيعي لكل وحدة طول تلامس [نيوتن/مم]
العلاقة الرئيسية: h_min ∝ η₀^0.7 و h_min ∝ v_t^0.7
مضاعفة لزوجة الزيت (عند نفس درجة الحرارة): تزداد قيمة h_min بمقدار 2^0.7 = 1.62×
مضاعفة سرعة خط التماس (مع ثبات اللزوجة): تزداد قيمة h_min بمقدار 2^0.7 = 1.62×
→ كلا الرافعتين لهما نفس القدرة 0.7 — اللزوجة والسرعة فعالتان بنفس القدر
عند زيادة طبقة التشحيم الهيدروديناميكي المرن (EHL). ومع ذلك، يتم تحديد السرعة حسب التطبيق؛ اللزوجة
هو متغير التصميم الذي يتحكم فيه المهندس.
لـ تروس حلزونيةيجب أن تصل نسبة الفيلم λ = h_min / R_q إلى ≥ 2.0 لتوفير حماية كاملة من التآكل الهيدروديناميكي المرن (EHL). بالنسبة للأرضيات الدقيقة تروس حلزونية (Ra ≈ 0.2 ميكرومتر) (R_q ≈ 0.25 ميكرومتر لكل جانب)، فإن R_q المركب ≈ √(0.25² + 0.25²) = 0.35 ميكرومتر، مما يتطلب h_min ≥ 0.70 ميكرومتر لـ λ = 2.0. يتم اختيار درجة اللزوجة لتحقيق هذا الفيلم عند درجة حرارة منطقة الشبكة الفعلية أثناء التشغيل العادي.
العلاقة بين اللزوجة ودرجة الحرارة - لماذا تُعدّ درجة حرارة التشغيل مهمة؟
تُحدد درجات ISO VG عند درجة حرارة 40 درجة مئوية. تروس حلزونية تعمل منطقة الشبكة عادةً عند درجة حرارة تتراوح بين 60 و80 درجة مئوية (درجة حرارة منطقة الشبكة الكلية)، وتكون لزوجة الزيت عند هذه الدرجة أقل بكثير مما تشير إليه درجة VG الاسمية. يجب حساب اللزوجة عند درجة حرارة التشغيل باستخدام نموذج اللزوجة-درجة الحرارة (ASTM D341 أو معادلة والثر).
نسبة اللزوجة الحركية (معادلة والثر، مبسطة):
log log(ν + 0.7) = A − B × log(T_abs)
حيث ν = اللزوجة الحركية [مم²/ث = سنتي ستوك]، T_abs = درجة الحرارة [كلفن]
يتم تحديد الثوابت A و B وفقًا للزوجة الزيتية عند درجتي حرارة معروفتين.
اللزوجة التقريبية عند درجة حرارة التشغيل للزيت المعدني (VI ≈ 100):
ISO VG 68 عند 40 درجة مئوية ← حوالي 15 سنتي ستوك عند 80 درجة مئوية
ISO VG 100 عند 40 درجة مئوية ← حوالي 20 سنتي ستوك عند 80 درجة مئوية
ISO VG 150 عند 40 درجة مئوية ← حوالي 28 سنتي ستوك عند 80 درجة مئوية
ISO VG 220 عند 40 درجة مئوية ← حوالي 38 سنتي ستوك عند 80 درجة مئوية
ISO VG 320 عند 40 درجة مئوية ← حوالي 52 سنتي ستوك عند 80 درجة مئوية
ISO VG 460 عند 40 درجة مئوية ← حوالي 70 سنتي ستوك عند 80 درجة مئوية
ISO VG 680 عند 40 درجة مئوية ← حوالي 98 سنتي ستوك عند 80 درجة مئوية
يحتفظ البولي أوليفين الاصطناعي (مؤشر اللزوجة ≈ 150) بلزوجة أعلى بحوالي 30-40 درجة مئوية عند 80 درجة مئوية
مقارنة بالزيت المعدني من نفس درجة ISO VG عند 40 درجة مئوية - وهي ميزة كبيرة.
اختيار درجة ISO VG - جدول سرعة خط القار ودرجة الحرارة
حلزوني معدات علبة تروس مزودة بحوض زيت - يجب أن توفر درجة ISO VG الصحيحة لزوجة كافية عند درجة حرارة تشغيل منطقة التعشيق (عادةً 60-80 درجة مئوية لعلب التروس الصناعية) لتحقيق λ ≥ 2.0، مع الحفاظ على انخفاضها بما يكفي عند الحد الأدنى لدرجة حرارة بدء التشغيل المحيطة للتدفق عبر المرشح والوصول إلى منطقة التعشيق خلال أول 30-60 ثانية من التشغيل
يوضح الجدول التالي توصيات ISO VG لدرجة الكربونات والطحن تروس حلزونية (سطح السن Ra ≤ 0.3 ميكرومتر) عند درجة حرارة حوض الزيت 60-80 درجة مئوية، استنادًا إلى الجدول 2 من معيار AGMA 9005-F16 (محركات التروس الصناعية المغلقة):
| سرعة خط الملعب v_t | يُوصى باستخدام معيار ISO VG (CLP المعدني) | موصى به وفقًا لمعايير ISO VG (PAO CLP HC) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| < 0.5 م/ث (بطيء جداً) | VG 680–1000 | VG 460–680 | نظام تزييت حدودي؛ تعوض اللزوجة العالية نقص طبقة التزييت الهيدروديناميكية. ينطبق على تروس خلاطات المطاط ومطاحن الألواح (المادة 64، المادة 68). |
| 0.5–5 م/ث (بطيء إلى متوسط) | VG 320–680 | VG 220–320 | التشحيم المختلط إلى التشحيم الهيدروديناميكي المرن المبكر. علب التروس الزراعية (Art56)، رافعات الرافعات (Art70)، تروس M10+ الصناعية العامة. |
| 5-15 م/ث (المعيار الصناعي) | VG 150–320 | VG 100–220 | نظام EHL كامل في الطرف الأعلى من هذا النطاق. معظم المنشآت الصناعية المغلقة تروس حلزونية تندرج علب التروس ضمن هذه الفئة. |
| 15-25 م/ث (سريع) | VG 68–150 | VG 68–100 | يمكن تحقيق التشحيم الهيدروديناميكي المرن الكامل بسهولة؛ ويرتفع فقدان الخفقان بشكل حاد فوق VG 220 عند هذه السرعات. علب تروس الضواغط (Art50)، ومحركات المراوح الصناعية الكبيرة (Art69). |
| > 25 م/ث (سرعة عالية) | VG 32–100 (هامشي معدني) | يفضل استخدام VG 32–75 PAO | عند سرعات تزيد عن 40 م/ث، يُفضّل استخدام زيت البولي أوليفين ألفا (PAO) بشدة، حيث يحافظ معامل الاحتكاك المنخفض ومؤشر اللزوجة الأفضل على جودة طبقة الزيت. مخفضات حجم الزيت (المادة 62)، ومزيدات سرعة التوربينات (المادة 69). |
ISO 6743-6 فئات مواد تشحيم التروس - أي نوع للتروس الحلزونية؟
يصنف معيار ISO 6743-6 زيوت تشحيم التروس حسب نوع الزيت الأساسي والمواد المضافة. يُعد اختيار الفئة الصحيحة بنفس أهمية اختيار درجة اللزوجة المناسبة وفقًا لمعيار ISO VG؛ فالفئة الخاطئة حتى مع اللزوجة الصحيحة لا توفر الحماية الكافية.
زيت أساسي معدني قياسي مع مادة مضافة للضغط الشديد من الكبريت والفوسفور (S/P). مناسب لمعظم التطبيقات الصناعية تروس حلزونية محركات بسرعة تتراوح بين 1 و20 م/ث. تصنيف مقاومة التآكل الدقيق FVA من 6 إلى 8. فترة التغيير: من 3000 إلى 8000 ساعة حسب مراقبة الحالة. الخيار الأمثل من حيث التكلفة لعلب التروس القياسية.
زيت أساسي من المجموعة الثالثة مُهدرج، يتميز بثبات مُحسّن ضد الأكسدة ومؤشر لزوجة أعلى قليلاً (≈ 120) من زيت CLP التقليدي. عمر خدمة أطول من زيت CLP بمقدار 20-30%. يُوصى به لـ تروس حلزونية علب تروس مناسبة لدرجات الحرارة المحيطة المرتفعة أو فترات الخدمة الممتدة. تصنيف مقاومة التآكل الدقيق FVA من 8 إلى 10. خيار أفضل لعلب التروس الرئيسية لتوربينات الرياح وعلب التروس البحرية.
زيت أساسي اصطناعي من مجموعة PAO الرابعة؛ مؤشر لزوجة ≈ 150. يتميز بأفضل أداء عند السرعات العالية (معامل احتكاك أقل ← كفاءة أعلى)، وأفضل تدفق في درجات الحرارة المنخفضة، وأطول عمر خدمة (5000-12000 ساعة). يُفضل استخدامه في مخفضات السرعة الكهربائية، ومحركات BFP الحلزونية، وأي تروس حلزونية تطبيق يتم فيه تقييم كفاءة الطاقة من الناحية المالية. أغلى بحوالي 2-3 مرات للتر الواحد من المياه المعدنية CLP.
لا يُنصح باستخدامه مع التروس الحلزونية القياسية. يُعد زيت البولي جليكول ممتازًا للتروس الدودية (معامل احتكاك منخفض جدًا على نقاط التلامس بين البرونز والفولاذ)، ولكنه يُتلف موانع التسرب المصنوعة من مطاط النتريل، كما أنه يمتزج بالماء بسهولة أكبر من زيت البولي أوليفين ألفا. وتُستثنى من ذلك التطبيقات الخاصة بالتروس الدودية.تروس حلزونية علب التروس المركبة حيث تكون الأولوية لمرحلة الدودة، أو محركات العمود المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ حيث لا يتم استخدام موانع التسرب المصنوعة من النتريل.
المعادن مقابل PAO - متى يكون التحديث مجديًا؟
الترقية من المعادن CLP إلى PAO CLP لـ تروس حلزونية يُحقق نظام الدفع ثلاث فوائد رئيسية: الكفاءة (تقليل الاضطراب والاحتكاك بين أجزاء المحرك ← انخفاض تكلفة الطاقة)، وإطالة عمر خدمة الزيت (تقليل فترات الصيانة ووقت التوقف)، وتحسين الحماية في درجات الحرارة القصوى. ويعتمد جدوى هذا التحديث على نمط التشغيل.
حساب فترة استرداد التكاليف (مثال: 75 كيلوواط) تروس حلزونية محرك الأقراص، CLP 220 → PAO 220):
تحسين الكفاءة: حوالي 0.5-1.0% (تقليل الفاقد الناتج عن الشبكة والتقليب)
التوفير السنوي في الطاقة: 75 كيلوواط × 0.007 × 8000 ساعة/سنة = 4200 كيلوواط ساعة/سنة
بسعر 0.12 دولار أمريكي/كيلوواط ساعة: توفير في الطاقة بقيمة 504 دولارات أمريكية سنويًا لكل عملية قيادة
فترة استرداد تكلفة خدمة الزيت:
زيت معدني CLP 220: تغيير الزيت كل 3000 ساعة ← 2.7 تغيير/سنة لمدة 8000 ساعة/سنة
CLP PAO 220: تغيير الزيت كل 8000 ساعة ← تغيير واحد في السنة
توفير سنوي في كمية الزيت: 1.7 تغيير × حجم الزيت = توفير كبير لعلب التروس الكبيرة
نقطة التعادل: عادةً ما يكلف زيت البولي أوليفين (PAO) من ضعفين إلى ثلاثة أضعاف تكلفة زيت CLP المعدني للتر الواحد. بالنسبة لعلبة تروس سعتها 100 لتر:
سعر PAO المميز لكل تعبئة: 300 دولار أمريكي؛ توفير الطاقة: 504 دولار أمريكي/سنة → فترة استرداد التكلفة أقل من سنة واحدة.
بالنسبة للمحركات التي تعمل أقل من 2000 ساعة في السنة أو ذات حجم زيت صغير، فإن زيت CLP المعدني أكثر فعالية من حيث التكلفة.
لزوجة بدء التشغيل البارد - الحد الأدنى لمتطلبات درجة الحرارة المحيطة
أ تروس حلزونية يجب عدم تشغيل علبة التروس تحت الحمل الكامل قبل أن يتدفق الزيت من حوض الزيت إلى تعشيق التروس ومواضع المحامل. في درجات الحرارة المحيطة المنخفضة جدًا، قد يتجمد الزيت المعدني عالي اللزوجة أو يتدفق ببطء شديد، مما يؤدي إلى تشغيلها لمدة 30-60 ثانية الأولى دون تزييت كافٍ. الحد الأدنى لدرجة الحرارة المحيطة لبدء التشغيل تحت الحمل الكامل دون تسخين مسبق:
نقطة انسكاب زيت تروس CLP المعدني وأدنى درجات حرارة بدء التشغيل (تقريبية):
VG 220 CLP معدني: نقطة الانسكاب ≈ -15 درجة مئوية؛ الحد الأدنى لدرجة حرارة بدء التشغيل عند التحميل الكامل ≈ -5 درجة مئوية
VG 320 CLP معدني: نقطة الانسكاب ≈ -12 درجة مئوية؛ الحد الأدنى لدرجة حرارة بدء التشغيل عند التحميل الكامل ≈ 0 درجة مئوية
VG 680 CLP معدني: نقطة الانسكاب ≈ -9 درجة مئوية؛ الحد الأدنى لدرجة حرارة بدء التشغيل عند التحميل الكامل ≈ +5 درجة مئوية
VG 220 PAO: نقطة الانسكاب ≈ -45 درجة مئوية؛ الحد الأدنى لبدء التشغيل بحمولة كاملة ≈ -30 درجة مئوية
VG 320 PAO: نقطة الانسكاب ≈ -42 درجة مئوية؛ الحد الأدنى لبدء التشغيل بحمولة كاملة ≈ -25 درجة مئوية
بالنسبة لعلب التروس في المناخات الباردة (الشتاء الكوري، المنشآت السيبيرية، المناطق البحرية القطبية الشمالية):
غالباً ما يكون زيت PAO الاصطناعي هو الخيار الوحيد من حيث درجة اللزوجة الذي يتجنب متطلبات سخان الزيت.
كوريا إيفر باور - توصيات لزوجة الزيت مع طلبات التروس
تُستخدم قيمة Ra المقاسة لسطح أسنان التروس من قِبل شركة إيفر-باور الكورية (Ra ≤ 0.2 ميكرومتر لفئة DIN 5، وRa ≤ 0.4 ميكرومتر لفئة DIN 7) لحساب قيمة R_q المركبة وقيمة h_min المطلوبة عند λ = 2.0، مما يحدد مباشرةً الحد الأدنى لدرجة ISO VG المطلوبة عند درجة حرارة التشغيل المحددة. تروس حلزونية تثبيت
توفر شركة Korea Ever-Power درجة ISO VG الموصى بها (والحد الأدنى لحساب λ = h_min/R_q الذي يبررها) مع كل تروس القطع الحلزونية يُطلب هذا المنتج باستخدام قيمة خشونة سطح السن المقاسة فعليًا (Ra) من ترس الإنتاج، وليس قيمة مفترضة من قِبل الفئة. تتضمن توصية الزيت الحد الأدنى لدرجة حرارة بدء التشغيل المحيطة للدرجة المحددة، وتشير إلى ما إذا كان زيت PAO الاصطناعي مطلوبًا للتشغيل في المناخات الباردة. مصنع التروس الحلزونيةتقوم شركة إيفر-باور الكورية بمراجعة توصية لزوجة الزيت ومقارنتها بسرعة دوران خط الخطوة في التروس وحساب فقدان الدوران، حيث توصي بدرجة لزوجة أقل إذا حدد العميل درجة لزوجة عالية بشكل غير ضروري من شأنها أن تقلل الكفاءة دون تحسين نسبة λ. تصفح مجموعة منتجات التروس الحلزونية.
الأسئلة الشائعة
ليس بالضرورة. إذا تم استبدال المحرك ليعمل بسرعة أكبر (سرعة دوران أعلى)، فقد يتسبب الزيت عالي اللزوجة الحالي في فقدان مفرط للزيت نتيجة الدوران وارتفاع درجة حرارته. أما إذا تم استبدال المحرك ليعمل بسرعة أقل، فقد تكون اللزوجة الأصلية منخفضة جدًا لتوفير طبقة تشحيم هيدروليكية مرنة كافية عند سرعة الدوران المنخفضة. تروس حلزونية في حال حدوث تغييرات في علبة التروس تتجاوز ±30%، يجب إعادة حساب درجة لزوجة الزيت عند سرعة التشغيل الجديدة للتأكد من أن قيمة λ تبقى أعلى من 2.0. توفر شركة Korea Ever-Power هذه الخدمة لأي تروس حلزونية محرك خضع لتغيير في السرعة - تأخذ الحسابات هندسة التروس الفعلية (الوحدة، عرض الوجه، قطر الخطوة) والسرعة الجديدة كمدخلات.
في حوض تجميع مشترك تروس حلزونية في علبة التروس (وهي الترتيب الأكثر شيوعًا)، تشترك جميع المراحل في نفس الزيت، مما يُحقق توازنًا بين اللزوجة المثالية للمرحلة الأولى عالية السرعة (قيمة VG منخفضة) واللزوجة المثالية للمرحلة النهائية منخفضة السرعة (قيمة VG عالية). يتمثل النهج القياسي في اختيار لزوجة الزيت للمرحلة الأكثر أهمية (عادةً المرحلة ذات أعلى سرعة على خط التماس، حيث يكون فقدان الدوران أكثر حساسية للزوجة)، وقبول قيمة λ أقل قليلاً من المثالية في المراحل الأبطأ - والتي عادةً ما تكون غير حرجة لأن انخفاض سرعة خط التماس فيها يعني أن طبقة التشحيم الهيدروديناميكي المرن (EHL) تكون سميكة بالفعل. بالنسبة لعلب التروس التي تتجاوز فيها نسبة السرعة بين المرحلة الأولى والأخيرة 10:1 (نسبة v_t تتجاوز 10:1)، يُنصح بالنظر في استخدام حجرات زيت منفصلة لكل مرحلة - لكل منها درجة زيت مُحسّنة خاصة بها - لتجنب كل من التشحيم الزائد في المرحلة عالية السرعة والتشحيم الناقص في المرحلة منخفضة السرعة.
نعم، بشكل غير مباشر - من خلال آليتين. وحدة أكبر تروس حلزونية يتميز بنصف قطر تلامس مكافئ أكبر R'، مما يزيد من h_min عند نفس اللزوجة والسرعة (h_min ∝ R'^0.46). وهذا يعني معامل كبير تروس حلزونية يمكن تحقيق نفس قيمة λ = 2.0 المستهدفة باستخدام لزوجة أقل من التروس ذات المعامل الصغير عند نفس سرعة خط التماس. مع ذلك، غالبًا ما تعمل التروس ذات المعامل الكبير بسرعات خط تماس أقل، مما يقلل جزئيًا من هذه الميزة. والنتيجة النهائية: بالنسبة للتروس ذات المعامل الكبير جدًا (M20+) التي تعمل بسرعات منخفضة (0.5-3 م/ث)، فإن الجمع بين قيمة R' الكبيرة والسرعة المنخفضة يجعل تكوين طبقة التشحيم الهيدروديناميكي المرن (EHL) هامشيًا حتى مع الزيوت ذات اللزوجة العالية جدًا، ولهذا السبب يصبح تشحيم الحدود بالضغط الشديد (EP) أمرًا بالغ الأهمية للتروس ذات المعامل الكبير. تروس حلزونية.
زيوت البولي جليكول غير متوافقة مع موانع التسرب المصنوعة من مطاط النتريل بوتادين (NBR) المستخدمة في جميع الصناعات تقريبًا تروس حلزونية علب التروس. يتسبب زيت CLP PG في انتفاخ وتلف موانع التسرب المصنوعة من مطاط النتريل (NBR) في غضون أسابيع من التعرض له، مما يؤدي إلى تسرب الزيت وتلويث البيئة، ويؤدي إلى نقص الزيت في نظام نقل الحركة. وثمة مشكلة أخرى تتمثل في استحلاب الماء: يمتص زيت CLP PG الماء ويشكل مستحلبًا مستقرًا يصعب إزالته بفصل الماء - ثم يتسبب الماء المستحلب في حدوث صدأ داخل غلاف علبة التروس وعلى جوانب أسنانها. تروس حلزونيةيُعدّ زيت CLP PG المُزيّت المناسب لعلب التروس الدودية (حيث يكون معامل الاحتكاك المنخفض لزيت PG على البرونز مفيدًا بشكل فريد) - ولكن لأي محرك ذي تروس حلزونية في هذه المرحلة، يعتبر CLP PAO هو التركيب عالي الأداء المفضل، وليس CLP PG.
توصية باستخدام تروس حلزونية من فئة ISO VG مع كل طلبية تروس حلزونية
تقوم شركة إيفر-باور الكورية بحساب λ = h_min / R_q عند قيمة Ra المقاسة وسرعة خط الملعب الفعلية، ثم توصي بالحد الأدنى لدرجة لزوجة الزيت وفقًا لمعيار ISO VG وفئة الزيت (CLP / CLP HC / CLP PAO) - مع تحديد الحد الأدنى لدرجة حرارة بدء التشغيل وفترة خدمة الزيت - كمعيار في وثائق الطلب. لا يتطلب الأمر أي هندسة منفصلة للمواد التشحيم.
حساب λ = h_min / R_q · اختيار درجة ISO VG · توصية CLP / CLP HC / CLP PAO · درجة حرارة بدء التشغيل البارد · فترة الخدمة · التضمين القياسي
المحرر: Cxm
