رفتار عوامل تغلیظ‌کننده در ساختار گریس در خاک‌های سیلیسی ساینده

من، سارا مرادی، تحلیلگر ارشد روانکاری صنعتی در موتورازین، این یادداشت را برای مدیران نگهداری، سرپرستان PM و پیمانکاران معدنی می‌نویسم که با ماشین‌آلاتی سروکار دارند که هر روز در معرض خاک‌های سیلیسی و ماسه‌ای بسیار ساینده کار می‌کنند. در چنین محیطی، رفتار تغلیظ‌کنندهٔ گریس (Thickener) و انتخاب پایهٔ روغنی، به‌طور مستقیم بر پایداری فیلم روانکار، چرخهٔ فعالیت، عملیات مستمر و ریسک عملیاتی تجهیزات اثر می‌گذارد.

سیلیس با سختی بالا (نزدیک به ۷ در مقیاس موهس) به‌صورت پیوسته وارد مفاصل باز، پین/بوش، بلبرینگ چرخ و اتصالات اهرمی می‌شود و مثل یک «سن‌بلست» دائمی، فیلم گریس را کنده و قوام آن را تغییر می‌دهد. در چنین سناریوهایی، تنها گریسی دوام می‌آورد که شبکهٔ تغلیظ‌کنندهٔ آن بتواند روغن پایه را نگه دارد، در برابر شسته‌شدن و کنده‌شدن مکانیکی مقاوم باشد و در عین حال از تخریب بستهٔ افزودنی‌ها جلوگیری کند.

در این مقاله، رفتار انواع Thickener (لیتیوم، کمپلکس لیتیوم، کلسیم سولفونات، پلی‌یوریا، آلومینیوم کمپلکس و بنتونیت) را در خاک‌های سیلیسی ساینده تحلیل می‌کنیم، با تمرکز بر نقاط بحرانی: پین و بوش‌ها، مفاصل و اتصالات باز، بلبرینگ چرخ‌ها و هر جایی که تماس مستقیم با خاک و ماسه رخ می‌دهد. سپس با مثال‌های میدانی، اثر ورود پیوستهٔ گرد و غبار سیلیسی بر سایش، افزایش دما، تغییر قوام NLGI و افت عملکرد افزودنی‌ها را مرور می‌کنیم.

اگر قصد دارید برنامهٔ روانکاری ناوگان معدنی خود را پایدار کنید، انتخاب گریس مناسب تنها نقطهٔ شروع است. باید فرکانس گریس‌کاری، روش اعمال، پایش وضعیت گریس در سرویس و مدیریت سازگاری گریس‌ها در پروژه را هم‌زمان طراحی کنید. در انتهای متن، چک‌لیست عملیاتی و جدول مقایسهٔ فنی تقدیم می‌شود.

نکات برجستهٔ این راهنما

• کلیدواژهٔ کانونی: رفتار تغلیظ‌کنندهٔ گریس در خاک‌های سیلیسی ساینده.
• انتخاب صحیح Thickener و ویسکوزیتهٔ پایه، نرخ سایش پین/بوش را تا چند برابر کاهش می‌دهد.
• کلسیم سولفونات کمپلکس معمولاً عملکرد برتر در شست‌وشوی آب و گرد سیلیسی دارد.
• پایش وضعیت گریس (Penetration، FTIR، ذرات فرّومغناطیس، نسبت Si/Fe) برای اصلاح برنامه PM حیاتی است.
• سازگاری گریس‌ها را پیش از تعویض برند بررسی کنید؛ ناسازگاری می‌تواند NLGI را نرم کرده و ریزش ایجاد کند.

رفتار تغلیظ‌کنندهٔ گریس در خاک‌های سیلیسی ساینده

در تماس مداوم با خاک‌های سیلیسی ساینده، شبکهٔ تغلیظ‌کنندهٔ گریس باید هم پایداری مکانیکی داشته باشد و هم توان نگهداشت روغن پایه را. رفتار تغلیظ‌کنندهٔ گریس در خاک‌های سیلیسی ساینده به سه عامل اصلی وابسته است: ساختار صابونی/آلی آن (Thickener)، ویسکوزیته و نوع روغن پایه (مینرال، PAO، استر) و سینرژی با بستهٔ افزودنی (EP/AW/ضدزنگ).

سیلیس مثل ذرات پولیش عمل می‌کند و با ورود به گریس، به‌صورت تدریجی شبکهٔ ژلی را می‌بُرد؛ نتیجه، رقیق‌شدن ظاهری، Bleed نامتعارف و افزایش نفوذپذیری (Penetration) است. اگر Thickener مکانیکی ضعیفی داشته باشد (مثلاً برخی گریس‌های بنتونیتی)، در چرخه‌های ضربه‌ای پین/بوش دچار کلوخه‌شدن و از دست‌دادن همگنی می‌شود. از سوی دیگر، گریس‌هایی با شبکهٔ قوی‌تر (مثل کلسیم سولفونات کمپلکس و برخی پلی‌یوریاها) می‌توانند روغن را در ماتریس نگه داشته و فیلم مرزی پایدارتری ایجاد کنند.

نکتهٔ مهم: ذرات سیلیسی تمایل دارند افزودنی‌های قطبی را روی سطح خود جذب کنند؛ بنابراین بستهٔ EP/AW کارایی‌اش را سریع‌تر از دست می‌دهد. در چنین محیطی، انتخاب افزودنی‌های پایدارتر و بارگیری EP بالاتر (در چارچوب تاییدیهٔ OEM) و پاکیزگی ورودی گریس، اثر ملموسی بر عمر مفاصل خواهد داشت.

انتخاب گریس مناسب برای خاک سیلیسی

لیتیوم و کمپلکس لیتیوم

گریس‌های لیتیومی عمومی هستند و پمپاژپذیری خوبی دارند. کمپلکس لیتیوم با نقطهٔ قطره‌ای بالاتر و پایداری مکانیکی قوی‌تر، گزینهٔ بهتری برای شوک‌لود و دمای بالاتر است. اما در حضور گرد سیلیسی بسیار ساینده، مقاومت شست‌وشوی آب و کندن مکانیکی آن‌ها متوسط ارزیابی می‌شود. برای پین/بوش با ضربه‌های سنگین، ترکیب کمپلکس لیتیوم با افزودنی‌های جامد (MoS₂/گرافیت) کارایی را افزایش می‌دهد.

کلسیم سولفونات کمپلکس

این خانواده، ترکیبی از پایداری مکانیکی، مقاومت عالی در برابر شست‌وشو و خورندگی و EP ذاتی را ارائه می‌دهد. در خاک‌های سیلیسی و عملیات مستمر معدنی، کلسیم سولفونات کمپلکس اغلب کمترین نرخ افزایش Penetration و کمترین افت ویسکوزیتهٔ ظاهری را نشان می‌دهد. تشکیل فیلم مرزی غنی از سولفونات روی سطوح فولادی، سایش را کاهش داده و دمای کار را پایدار می‌کند. هزینهٔ بالاتر و پمپاژپذیری ضعیف‌تر در سرما از چالش‌های آن است.

پلی‌یوریا

پلی‌یوریاها با پایداری اکسیداسیونی بالا و Bleed کنترل‌شده شناخته می‌شوند و برای بلبرینگ‌های سرعت متوسط تا بالا مناسب‌اند. در تماس با سیلیس، پایداری مکانیکی خوبی دارند، ولی در شوک‌لودهای بسیار سنگین و نفوذ گرد و ماسهٔ درشت، ممکن است به اندازهٔ کلسیم سولفونات مقاوم نباشند. برای بلبرینگ چرخ دامپ‌تراک‌ها، پلی‌یوریا با پایهٔ PAO می‌تواند دمای کار را پایین‌تر نگه دارد.

آلومینیوم کمپلکس و بنتونیت

آلومینیوم کمپلکس چسبندگی خوبی دارد و برای محیط‌های مرطوب مناسب است، اما در حضور سیلیس ساینده، افت مکانیکی آن می‌تواند بیشتر از کلسیم سولفونات باشد. گریس‌های بنتونیتی (Clay/Non-melt) نقطهٔ قطره‌ای مشخصی ندارند و برای دمای بسیار بالا جذاب‌اند؛ با این حال، در محیط‌های ضربه‌ای و آلوده به سیلیس، خطر کلوخه‌شدن و جداشدگی روغن جدی است.

افزودنی‌های جامد و تاکیفایرها

استفاده از MoS₂ و گرافیت در پین/بوش‌ها، پایداری فیلم مرزی را زیر بارهای موضعی بالا افزایش می‌دهد و اثر «قطع فیلم» توسط ذرات سیلیسی را خنثی می‌کند. تاکیفایرها چسبندگی را بهبود داده و مقاومت در برابر کَندشدن را بالا می‌برند، ولی اگر بیش از حد باشند، می‌توانند Bleed را کاهش داده و گرمایش موضعی ایجاد کنند.

پایهٔ روغنی و ویسکوزیته

در آلودگی سیلیسی، افزایش ویسکوزیتهٔ پایه (مثلاً ISO VG 220–460 برای پین/بوش) توصیه می‌شود تا شکاف‌های سایش را پر کرده و فیلم ضخیم‌تری بسازد. پایه‌های PAO در دمای بالا پایداری بهتری دارند و با پلی‌یوریا و کلسیم سولفونات هم‌افزایی خوبی نشان می‌دهند. استرها روانکاری مرزی ممتاز ارائه می‌دهند، اما باید با بستهٔ افزودنی و سازگاری الاستومرها بررسی شوند.

اثر آلودگی سیلیسی بر پین/بوش، مفاصل باز و بلبرینگ چرخ

مثال میدانی ۱: در کارگاه بارگیری سنگ‌آهن یزد، پین/بوش‌های لودر چرخ‌لاستیکی با NLGI 2 کمپلکس لیتیوم ISO VG 320 هر ۸ ساعت گریس‌کاری می‌شد. پس از افزایش گرد سیلیسی، دمای موضعی بوش‌ها ۱۵–۲۰ درجه بالا رفت، Penetration بعد از سرویس از ۲۸۰ به ۳۲۰ رسید و ذرات آهن مغناطیسی (تست PQ) افزایش یافت. با تغییر به کلسیم سولفونات کمپلکس حاوی ۳ درصد MoS₂ و افزایش فرکانس به هر ۶ ساعت، دما تثبیت و نرخ سایش ۳۵٪ کاهش یافت.

مثال میدانی ۲: در دامپ‌تراک‌های معادن سنگ‌آهک کرمان، بلبرینگ‌های چرخ با پلی‌یوریا/PAO ISO VG 150 کار می‌کردند. آلودگی سیلیسی موجب تغییر Bleed و صدای غرش شد. آنالیز گریس برداشت‌شده از کاسه‌چرخ نسبت Si/Fe بالایی را نشان داد. با نصب آب‌بند جدید و Purge تا خروج گریس آلوده، سپس تعویض تدریجی به کمپلکس لیتیوم با EP بالاتر، دمای یاتاقان‌ها ۸–۱۲ درجه کاهش یافت و دورهٔ سرویس از ۱۲۰ به ۱۸۰ ساعت رسید.

مثال میدانی ۳: در اتصالات باز بیل‌مکانیکی، آلودگی ماسه باعث ریزش گریس tacky آلومینیوم کمپلکس شد. با مهاجرت به کلسیم سولفونات کمپلکس حاوی تاکیفایر مهندسی‌شده و اجرای Purge منظم تا خروج رنگ خاکستری-قهوه‌ای، صدا و لقی مفاصل به‌طور محسوسی کاهش یافت.

جدول مقایسهٔ فنی Thickenerها در برابر خاک‌های ساینده

جدول زیر جمع‌بندی تجربیات میدانی و ویژگی‌های شناخته‌شدهٔ خانواده‌های اصلی Thickener را در محیط‌های سیلیسی و ماسه‌ای نشان می‌دهد. هدف، کمک به انتخاب سریع براساس شرایط بار، دما، شست‌وشو و ریسک آلودگی است. توجه: سازگاری بین‌گرِیسی را پیش از تعویض برند بررسی کنید.

طراحی برنامهٔ روانکاری برای عملیات مستمر در خاک سیلیسی

فرکانس و روش اعمال

در معادن روباز ایران، تعیین فرکانس برحسب ساعات کار مؤثر و شاخص گردوغبار سایت انجام شود. برای پین/بوش‌های لودر، Purge کوتاه‌مدت اما مکرر (هر ۴–۸ ساعت) مؤثرتر از گریس‌کاری حجیم و دیرهنگام است. در اتصالات باز، گریس‌کاری در حین حرکت آرام با هدف بیرون‌راندن سیلیس توصیه می‌شود. سامانه‌های روانکاری مرکزی با نازلی که محافظ گرد و ماسه دارند، یکنواختی و ایمنی را افزایش می‌دهند.

انتخاب NLGI و ویسکوزیتهٔ پایه

برای پین/بوش‌های شوک‌لود: NLGI 2 با ISO VG 320–460 و در زمستان‌های سرد مناطق مرتفع، برای روانکاری مرکزی NLGI 1. برای بلبرینگ چرخ دامپ‌تراک: پلی‌یوریا یا کمپلکس لیتیوم با پایهٔ PAO/مینرال ISO VG 100–220. در تماس مستقیم با ماسهٔ داغ، کلسیم سولفونات کمپلکس با EP تقویت‌شده و تاکیفایر مهندسی‌شده انتخاب اول است.

آب‌بندی، پاکیزگی و تامین

افزودن لبهٔ آب‌بند یا کاور لاستیکی در مقابل پاشش ماسه، طول عمر گریس را افزایش می‌دهد. گریس تازه را از طریق فیلترهای مخصوص گریس یا کارتریج‌های دربسته وارد سیستم کنید. برای تامین و توزیع سراسری، از شبکهٔ شهری تهران، اصفهان و کرمان در موتورازین استفاده کنید. همچنین برای نیازهای مکمل، به صفحات مادر روغن موتور و روغن صنعتی مراجعه کنید.

پایش وضعیت گریس در سرویس و تحلیل داده

نمونه‌گیری و آزمون‌های کلیدی

نمونه‌گیری از گریسِ در سرویس با اسکوپ و ظروف دربسته انجام و بلافاصله برچسب‌گذاری شود. آزمون‌های رایج شامل تغییر نفوذپذیری (ASTM D217)، 4-ball wear/weld (D2266/D2596) روی نمونه‌های تازه، FTIR برای اکسیداسیون و بررسی نسبت عناصر (Si/Fe/Ca) است. شمارش ذرات کلاسیک (ISO 4406) مختص روغن‌های جاری است، اما می‌توان با استخراج حلالی، شاخص پاکیزگی معادل تعریف کرد و روند آلودگی را سنجید.

شاخص‌های تصمیم‌گیری

– افزایش پیوستهٔ Penetration پس از سرویس نشانهٔ شکست شبکهٔ Thickener است. تغییر به کلسیم سولفونات یا کمپلکس لیتیوم با ویسکوزیتهٔ بالاتر را بررسی کنید.
– نسبت Si/Fe بالا به معنای ورود سیلیس سریع‌تر از آهن‌زدایی سطحی است؛ Purge کوتاه‌مدت را افزایش دهید.
– افزایش دمای یاتاقان/بوش بدون تغییر بار، به Bleed نامتناسب و فیلم مرزی ضعیف اشاره دارد؛ EP را تقویت و NLGI را بازتنظیم کنید.

چرخهٔ اصلاح برنامه

داده‌های پایشی را در بازه‌های دو تا چهار هفته‌ای مرور و فرکانس گریس‌کاری، نوع گریس و روش اعمال را بازتنظیم کنید. یک ماتریس سازگاری Thickener تنظیم و هر تغییر برند/نوع را با Flush و Purge کنترل‌شده انجام دهید تا ریسک نرم‌شدن یا سفت‌شدن ناخواسته به حداقل برسد.

خطاهای رایج پیمانکاران و راه‌حل‌ها

• مخلوط‌کردن گریس‌های ناسازگار (مثلاً پلی‌یوریا با لیتیوم): باعث نرم‌شدن و Bleed شدید. راه‌حل: ماتریس سازگاری، Flush و Purge مرحله‌ای.
• استفاده از ویسکوزیتهٔ پایهٔ پایین در پین/بوش سنگین: فیلم نازک و سایش بالا. راه‌حل: ISO VG 320–460 با EP مناسب.
• گریس‌کاری حجیم و دیرهنگام: قفل حرارتی و آغشته‌شدن به سیلیس. راه‌حل: Purge کوتاه و مکرر.
• عدم فیلترکردن/پاکیزگی کارتِریج: ورود ذرات اولیه. راه‌حل: کارتریج‌های پلمب و تفنگ گریس با نمد محافظ.
• بی‌توجهی به آب‌بندها: راه نفوذ ماسه باز می‌ماند. راه‌حل: آب‌بند دوم و کاور موضعی.
• عدم کالیبراسیون سیستم‌های خودکار: دبی ناکافی. راه‌حل: تست دوره‌ای خروجی و تنظیم فصلی.

چک‌لیست نکات کلیدی انتخاب و استفاده از گریس در محیط‌های سیلیسی

• برای خاک سیلیسی بسیار ساینده، کلسیم سولفونات کمپلکس گزینهٔ مرجع است؛ پس از آن کمپلکس لیتیوم با EP تقویت‌شده.
• پایهٔ روغنی را برای پین/بوش روی ISO VG 320–460 و برای بلبرینگ چرخ روی 100–220 تنظیم کنید.
• در شوک‌لودهای بالا، از MoS₂/گرافیت 2–3 درصد بهره ببرید.
• در زمستان سرد، برای روانکاری مرکزی به NLGI 1 تغییر دهید.
• فرکانس گریس‌کاری را کوتاه و مکرر طراحی کنید؛ Purge تا خروج گریس آلوده ادامه یابد.
• آب‌بند اضافه و کاور محافظ در مسیر پاشش ماسه نصب کنید.
• سازگاری Thickenerها را قبل از تغییر محصول بررسی کنید.
• روند Penetration، دما و نسبت Si/Fe را ماهانه پایش کنید.
• از کارتریج‌های پلمب و تفنگ گریس تمیز استفاده کنید.
• برای تامین یکنواخت کشور، شبکهٔ شهری موتورازین را به‌کار بگیرید.

وقتی ماسه، گریس را مهندسی می‌کند: جمع‌بندی مفهومی

در معادن ایران از کرمان تا یزد و سیستان، خاک‌های سیلیسی آن‌قدر مهاجم‌اند که اگر گریس را درست انتخاب نکنید، ماسه برایتان تصمیم می‌گیرد. شبکهٔ Thickener قلبِ گریس است؛ اگر این قلب در برابر بریدگی ذرات کوارتز و شست‌وشو تاب نیاورد، فیلم روانکار فرو می‌ریزد، دما بالا می‌رود و بستهٔ افزودنی‌ها پیش از موعد از نفس می‌افتد. به همین دلیل، در عملیات مستمر و چرخهٔ فعالیت سنگین، کلسیم سولفونات کمپلکس با EP ذاتی و مقاومت در برابر شست‌وشو، نقطهٔ شروع مطمئن‌تری نسبت به گزینه‌های عمومی است. در عین حال، کمپلکس لیتیوم و پلی‌یوریا در نقش‌های خاص خود، به‌ویژه در بلبرینگ‌های چرخ و سرعت‌های بالاتر، مزیت‌های روشن دارند.

اما انتخاب محصول، تنها نیمی از راه است. نیمهٔ دیگر، برنامهٔ روانکاری هوشمند است: Purge کوتاه و متناوب، تنظیم NLGI و ویسکوزیته بر حسب فصل و بار، آب‌بندی مؤثر، پاکیزگی ورودی و پایش منظم شاخص‌ها. وقتی Penetration، دما و نسبت Si/Fe را دوره‌ای نگاه کنید، می‌فهمید کِی باید فرکانس را افزایش دهید، چه زمانی به Thickener مقاوم‌تر مهاجرت کنید یا کِی افزودنی جامد را اضافه کنید.

در نهایت، هدف کاهش ریسک عملیاتی و افزایش پایداری فیلم است تا ماشین‌آلات شما در برابر شلاق ماسه، کمترین امتیاز از دست بدهند. ما در موتورازین با شبکهٔ تامین کشوری، دسترسی به گریس‌های تخصصی و مشاورهٔ تحلیلی، کنار تیم‌های نگهداری هستیم تا هر نقطه از ناوگان، به‌جای واکنش، بر مبنای داده و تجربه تصمیم بگیرد.

پرسش‌های متداول

1)در پین/بوش‌های بسیار ساینده، NLGI 2 بهتر است یا 3؟

در اکثر معادن، NLGI 2 با ویسکوزیتهٔ پایهٔ بالاتر (ISO VG 320–460) تعادل بهتری بین پمپاژپذیری و فیلم ایجاد می‌کند. NLGI 3 در زمستان‌های خیلی سرد سخت پمپ می‌شود و در سیستم‌های مرکزی مشکل‌ساز است؛ مگر در گریس‌کاری دستی و شکاف‌های بسیار باز.

2) آیا افزودن MoS₂ همیشه مفید است؟

برای پین/بوش‌های شوک‌لود بله، معمولاً 2–3٪ MoS₂ به کاهش سایش مرزی کمک می‌کند. اما در بلبرینگ‌های سرعت بالا یا با لقی کم، ذرات جامد می‌توانند گرمادهی و نویز را افزایش دهند. انتخاب موردی و براساس توصیهٔ OEM انجام شود.

3) چگونه ناسازگاری گریس‌ها را تشخیص دهیم؟

نمونهٔ مخلوط کوچک تهیه کنید و پس از هم‌زدن، تغییرات Penetration و جداشدگی روغن را بررسی کنید. ژله‌ای‌شدن، سفت/نرم شدن غیرعادی یا جدایش روغن نشانهٔ ناسازگاری است. بهتر است با Flush و Purge کنترل‌شده و پیروی از ماتریس سازگاری مهاجرت انجام شود.

4) چه تست‌هایی برای پایش آلودگی سیلیسی در گریس کاربردی‌اند؟

اندازه‌گیری Si با طیف‌سنجی، ارزیابی Penetration پس از سرویس، FTIR اکسیداسیون و آزمون ذرات فرّومغناطیس (PQ) برای روند سایش مفیدند. می‌توانید با استخراج حلالی، شاخص پاکیزگی معادل ISO 4406 تعریف کنید و روند تغییر را پایش کنید.

5) چه زمانی از پلی‌یوریا به کلسیم سولفونات مهاجرت کنیم؟

وقتی دمای کار بالا می‌ماند، Bleed نامتعارف می‌شود، یا نسبت Si/Fe و Penetration پس از سرویس روند صعودی دارد و Purge پاسخگو نیست، کلسیم سولفونات کمپلکس معمولاً کاهش سایش و پایدارسازی دما را به‌دنبال دارد؛ به‌شرط بررسی سازگاری و اجرای مهاجرت مرحله‌ای.