بخشی از مقاله
مقدمه:
روانکاری یا "Tribology" به عنوان علم تسهیل کننده حرکت نسبیِ سطوحِ در تماس با یکدیگر، تعریف شده اسـت. در هر کجا که سطوحِ هم جوار و در تماس با یکدیگر، دارای حرکتی نسبی هستند، روانکاری نقش مهمی در انجام حرکت به نحـو صحیح، مداوم و اقتصادی ایفا می کند. عدم روانکاری صحیح ماشین آلات علاوه بر آنکه باعث کاهش راندمان مکانیکی و پایین آمدن بازده زمانی ماشین می شود، منتج به فرسایش بیش از حد، فرسودگی و از کار افتادگی زودرس نیز میگردد. هر زمان که سطوح اجسام در جوار و در تماس با یکدیگر حرکت نسبی داشته باشند، دو پدیده اصطکاک و ساییدگی هر دو وجـود خواهـد داشت. اصطکاک عبارت از نیروی مقاومت در برابر حرکت نسبی و گذر سطوح در تماس نسبت بـه یکـدیگر و سـاییدگی عمـل تخریب و گسستگی ذرات ماده است که در نتیجه تماس سطوح در حرکت نسبی و به لحاظ اثر نیروی اصطکاک پدید می آید.
به غیر از موارد بخصوصی که وجود اصطکاک برای وقوع حرکت و یا ایجاد سکون در حرکت مورد نیاز و مطلوب است، در اکثـر موارد و بخصوص در اغلب مکانیزمهای متحرک در ماشین آلات که برای تحمل بار و انتقال نیرو و حرکت طراحی شده انـد، دو پدیده اصطکاک و ساییدگی پدیده های نامطلوبی به حساب می آیند. اصطکاک باعث تضییع انـرژی مکـانیکی و تبـدیل آن بـه
1
Archvie of SID
حرارت ناخواسته و ساییدگی باعث از دست رفتن هم شکلی و تجانس قطعات با یکدیگر و نهایتاً تقلیـل عمـر مفیـد مکـانیزم و ماشین میگردد. [3]
-2 تاریخچه روانکاری:
دانش عملی روانکاری از نوع روانکاری حدی (Boundary Lubrication) و روانکاری با لایه نازک از زمانهـای دیرینـه به وسیله بشر شناسایی و بکار برده شده است. در حقیقت، تاریخ بشر پر از شواهدی اسـت کـه نشـان مـی دهـد در روزگـاران گذشته به طور معمول از چربی حیوانات و روغنهای گیاهی به عنوان روان کننده محور ارابه ها و گاریها استفاده می شده اسـت
و حتی روان کننده های جامد نظیر گرافیت و پودر تالک برای تسهیل حرکت بر روی سطوح در تماس با یکـدیگر مالیـده مـی شده است. بر دیوارهای مقبره فرعون مصری توتی هتاپ، که به تاریخ 1650 قبل از میلاد یا بیش از 3600 سال پیش بـاز مـی گردد نقوشی وجود دارد که روش مالش روغن زیتون بر روی الوارهای چوبی برای آسان نمودن جابجایی قطعات بزرگ سنگ و مجسمه ها و مصالح ساختمانی را نشان می دهد.
بر اساس نوشته های پلینی Pliny) ، 22 تا 79 بعد از میلاد مسیح ) در عصر وی همان روغنها که از گیاهان، تخم نباتات
و لاشه حیوانات در عصر ما گرفته می شود وجود داشته است .
ظاهراً روان کننده های معمول از اعصار گذشته تا قرن نوزدهم شامل انواع روغنهای نباتی و حیـوانی کـه دارای پایـداری نسبی در هوا بوده و به راحتی تبخیر و خشک نمی شوند، بوده است و بخصوص روغن زیتون، برزک، کرچـک و روغـن درخـت نخل و همچنین روغن نهنگ، خوک دریایی و چربی خوک، پاچه گاو و پشم گوسفند مورد استفاده قرار می گرفته است.
با اختراع ماشین بخار به وسیله جیمز وات در سال 1765، نیاز به روغنها و گریسهای روان کننده پایـدار و در عـین حـال ارزان قیمت یکباره شدیداً بالا گرفت. 3]و[15
-3 وظایف روغن های روانکار:
روان کننده های مورد مصرف در دنیای صنعتی امروز را می توان از نظر حالت در چهار رده روان کننده های گـازی، روان کننده های مایع، روان کننده های نیمه جامد و بالاخره روان کننده های جامد دسته بندی نمود. درصد زیادی از روغـن هـای روان کننده که بر پایه روغن های نفتی تولید می گردد، صرف روانکاری موتورهای احتراق داخلی در بخـش حمـل و نقـل مـی گردد.
اصلی ترین وظایف روغن های روانکار به شرح ذیل می باشد:
-1 روانکاری: به حداقل رساندن اصطکاک و ساییدگی قطعات در حین کار با تشکیل لایه روغـن و بـا ضـخامت مناسـب بـین قطعات متحرک.
-2 انتقال حرارت: حرارتی که در نتیجه لغزش ذرات روان کننده بر روی یکدیگر ایجاد می شود، باید به فوریت و به طور موثر از محل روانکاری (مثلاً یاتاقان) منتقل شود بدون آنکه اثر نامطلوبی بر سطوح در حرکت نسبی بگذارد.
-3 ضربه گیری: یکی از ویژگی های مهم روغن گرفتن ضربات در حین انجام اعمال مکـانیکی بـر روی قطعـات اسـت. بـدین معنی که روغن از تاثیر ضربه های قطعات بر یکدیگر جلوگیری می نماید.
-4 حفاظت از سطوح: روغن های روانساز باید بتوانند سطوح قطعات فلزی را در مقابل زنـگ زدگـی و خورنـدگی شـیمیایی
محافظت کنند.
-5 آب بندی(:(Sealing آب بندی قطعات از ویژگی های مهم روغن است. برای مثال، روغن موتـور بـا تشـکیل لایـه ای از روغن بین پیستون و سیلندر در موتورهای احتراق داخلی از فرار گازهای متراکم شده جلوگیری می نماید.
2
Archvie of SID
-6 انتقال مواد (حمل ذرات): روغن های روانساز باید بتوانند ذرات ناشی از ساییدگی قطعات و مواد ناشی از تجزیه و سوخت را به صورت معلق نگه داشته و با خود حمل کنند. 5]،4،3و[12
-4 ویژگی های روغن های روانساز:
روغنهای روانساز باید دارای ویژگیهای زیر باشند.
-1 دارای گرانروی مناسب و ضریب اصطکاک بسیار کم باشند. -2 در مقابل حرارت مقاوم باشند و اکسیده نشوند.
-3 خاصیت پاک کنندگی مناسب داشته باشند و پس از کار مداوم و حرارت زیاد، مواد لجنی و رسـوبات در لا بـه لای قطعـات تشکیل ندهند.
-4 با ایجاد لایه نازکی در روی سطوح متحرک که با یکدیگر در تماس هستند، از ساییدگی و فرسودگی آنها جلوگیری نمایند. -5 گرانروی خود را در محدوده درجات حرارت کار خود تا حد کافی حفظ کنند تا لطمه ای به انجام وظایف آنها وارد نشود. در اصطلاح گفته می شود که شاخص گرانروی (VI) به اندازه کافی بالایی داشته باشند.
-6 در مقابل حرارت و اکسیژن هوا (تجزیه حرارتی و اکسیداسیون) به حد کافی مقاوم باشند. -7 در سرما به اندازه کافی روان باشند تا شروع و ادامه حرکت قطعات آسان باشد.
-8 از نقطه نظر عواملی مثل فراریت، آتش گیری و نظایر آن در شرایط مناسبی باشند.
-9 بتوانند اثرات نامطلوب ناشی از کار دستگاه (مثل احتراق سوخت در موتورها، اختلاط بخار در توربینهای بخار و ( … را تـا حد ممکن خنثی کنند.
-10 مواد آلوده کننده خارجی مثل گرد و خاک، کثافات، آب و نظایر آن، همراه روغن نباشد. -11 در حین عملیات، کف ایجاد نکنند.
-12 با قطعات لاستیکی و پلاستیکی (مثل آب بندهای لاستیکی- (Seals سازگاری کامل داشته باشند. -13 دارا بودن مقاومت کم در برابر تنش برشی (سیالیت و گرانروی کم در عین باربرداری)
-14 از نظر شیمیایی بی اثر و غیر خورنده بوده و قابلیت حفاظت سطوح ماشین در برابـر عوامـل خورنـده شـیمیایی و عوامـل مخرب فیزیکی را داشته باشد. 19]،14،13،10،7،6و[22
اکثر ویژگی های فوق الذکر تقریباً در مورد تمام روغنها به طور مشترک ضروری است. البتـه ممکـن اسـت در هـر مـورد خاص، اقلام معینی از اینها اولویت داشته باشند. علاوه بر این خواص، ممکـن اسـت هـر روغـن بخصوصـی ویژگـی مشـخص و مخصوصی نیز برایش ضروری باشد. مثلاً قدرت پاک کنندگی در موتورهای بنزینی و دیزلی و نظایر آنها مهم است؛ یا روغنهای حل شونده تراشکاری باید بتوانند با آب، امولسیون پایدار تشکیل بدهند. روغنهای توربین بخار می باید از بخار آبی کـه بـه آب تبدیل شده و با آنها مخلوط شده در مدت زمان کوتاهی جدا شوند؛ به همین دلیل روغنهای توربین نباید با موادی مثـل پـاک کننده ها (از روغن موتورها) که باعث ایجاد امولسیون و جدا نشدن آب و روغن می گردند، مخلـوط و آلـوده شـوند. روغنهـای ترانسفورمر و نظایر آن باید در حد بالایی عایق الکتریسیته باشند و روغنهای هیدرولیک، عمل انتقال نیرو را به نحو احسن انجام دهند و 9] . …،15و[21
-5 مواد افزودنی روغن:
روغنهای روان کننده از دو قسمت اساسی تشکیل شده اند:
الف – روغن پایه :(Base Oil) ماده ای که پس از طی یک سری عملیات پالایش از نفت خام به دست می آید. روغن پایـه به طور متوسط 90 درصد حجم روغنها را تشکیل می دهد. 8]،5و[18
3
Archvie of SID
ب – مواد شیمیایی موسوم به مواد افزودنی :(Additives) که حدود متوسط %10 حجم روغنها را تشکیل می دهند. تنها تعدادی از خواص ضروری روغنها در روغن پایه وجود دارد و برای اینکه روغنهـای روان کننـده همـه خـواص لازم را داشـته و بتوانند وظایف خود را به طور کامل انجام دهند، به آنها مواد افزودنی اضافه می شود.17]،11،5و[20
مهمترین موادی که به منظور تامین ویژگی های مناسب به روغن پایه افزوده می شوند عبارتند از:3]،4،14،13،5و[15
-1-5 پاک کننده و معلق کننده ها(:(Detergents and Dispertants
در طی فرایند احتراق، مقدار زیادی ذرات دوده و مواد ناشی از احتراق ناقص پدید می آید. این مواد تولید شده در روغـن غیر محلول هستند و موجب تشکیل رسوب در پیستونها می شوند و حتی ممکن اسـت باعـث چسـبیدگی رینـگ و پیسـتون گردند.مواد افزودنی پاک کننده و معلق کننده به اکثر روغن های روانساز برای از بین بردن رسوبات فوق افـزوده مـی گـردد. از ترکیبات باریم و کلسیم سولفوناتها و فناتها به عنوان مواد پاک کننده در روغن موتورهای دیزلی و بنزینی استفاده می کنند.
-2-5 بهبود دهنده شاخص گرانروی(:(VI-Improver
ملکول های مواد افزودنی بالا برنده شاخص گرانروی دارای پلیمرهای زنجیری دراز هستند و نسبت به ملکول های روغـن خیلی بزرگ ترند به طوریکه در درجه حرارت پایین تقریباً به صورت کلوئیدی در روغن پراکنـده مـی شـوند و هرچـه حـرارت روغن بالا رود، با حل شدن، گرانروی روغن را جبران می کنند. این مواد بیشتر در روغن هـای چنـد درجـه ای (مـالتی گریـد)
استفاده می شوند. عمل مواد بالابرنده شاخص گرانروی علاوه بر کاهش تغییرات گرانروی بـا تغییـرات درجـه حـرارت، موجـب کاهش مصرف سوخت و روغن و استارت سریع در درجه حرارت پایین در موتورهای احتراق داخلی می شود. از انواع رایج بهبود دهنده اندیس ویسکوزیته می توان پلی متا آکریلاتها، پلی ایزوبوتیلها و پلی اکلیل استیون ها را نام برد.
-3-5 مواد ضد اکسیداسیون(:(Anti-Oxidant
