روغن‌کاری در تجهیزات معدنی تحت بار ضربه‌ای؛ تحلیل Strain-Induced Breakdown

روغن‌کاری در تجهیزات معدنی تحت بار ضربه‌ای

به‌عنوان سارا مرادی، تحلیل‌گر ارشد روانکاری صنعتی در پروژه‌های معدنی، این یادداشت برای مدیران نگهداری و پیمانکاران عمرانی نوشته شده که با بارهای سیکلی و شوکی در لودرها، دامپتراک‌ها، شاول‌ها و دریل‌واگن‌ها سروکار دارند. چالش مشترک در این ناوگان، «روغن‌کاری تجهیزات معدنی تحت بار ضربه‌ای» و فهم مکانیزم Strain‑Induced Breakdown است؛ یعنی فروپاشی لایه روانکار بر اثر کرنش‌های لحظه‌ای که از ضربه، توقف/استارت‌های مکرر و تغییرات سرعت ناشی می‌شود. در چنین شرایطی، فیلم EHL در ناحیه تماس دنده‌ها و یاتاقان‌ها ناپایدار شده و تماس به رژیم مرزی/مختلط می‌لغزد.

نتیجه در سطح عملیاتی، افزایش دمای نقطه‌ای، خستگی سطحی (fatigue pitting)، ریزحفره‌دارشدن (micropitting) و در پین/بوش‌ها چسبندگی و سایش سه‌جسمی است. انتخاب درست ویسکوزیته (ISO VG)، استحکام فیلم (film strength)، پایداری برشی (shear stability) و بسته افزودنی (additive package) با EP/AW، همراه با طراحی برنامه R&M، تفاوت بین بهره‌برداری پایدار و توقف ناگهانی تجهیز را رقم می‌زند.

در مقیاس صنعتیِ معادن ایران، گرد و غبار سیلیسی، رطوبت فصلی، شیب‌های تند و حمل بارهای نامتقارن، تنش‌های هرتزی را تشدید می‌کند. وقتی سرعت لغزش/غلتش تغییر ناگهانی دارد، ضخامت فیلم شدیداً تابع ویسکوزیته و دماست و هرگونه هواگرفتگی/کف اثر ضربه را بدتر می‌کند. راه‌حل پروژه‌محور، ترکیبی از انتخاب روانکار مقاوم به شوک، پایش وضعیت (Oil Condition Monitoring) و بازتنظیم تناوب گریس‌کاری/تعویض روغن بر مبنای داده است.

برای تامین و توزیع مطمئن در سراسر کشور، از جمله روغن موتور در تهران، روغن صنعتی در اصفهان و روغن موتور در تبریز، می‌توانید روی شبکه توزیع ما حساب کنید.

توصیه مدیریتی: ابتدا نقاط ضربه‌گیر (impact points) را روی نقشه CMMS برچسب‌گذاری کنید و تناوب نمونه‌گیری روغن/گریس را در آن نقاط ۳۰–۵۰٪ فشرده‌تر از میانگین ناوگان تنظیم کنید.

فیزیک بار ضربه‌ای و فروپاشی ناشی از کرنش در تماس‌ها

در بارهای شوکی، تنش هرتزی در کنتاکت‌های دنده و غلتشی به‌صورت پیک‌های بسیار کوتاه‌مدت ظاهر می‌شود. این پیک‌ها باعث کرنش موضعی شدید در فیلم روانکار و لایه‌های جذب‌شده افزوده‌های EP می‌شوند. وقتی سرعت نسبی ناگهان کم یا صفر می‌شود (توقف لحظه‌ای زیر بار)، انتقال از EHL به مرزی رخ می‌دهد و Strain‑Induced Breakdown اتفاق می‌افتد: یعنی آرایش مولکولی روانکار بر اثر برش لحظه‌ای از هم گسیخته و فیلم تحمل‌کننده بار پایدار نمی‌ماند.

پیامد مستقیم، افزایش اصطکاک، دمای لحظه‌ای و شکل‌گیری میکروترک‌هایی است که با تکرار سیکل، به micropitting و سپس fatigue pitting توسعه می‌یابند. در یاتاقان‌های نوردی، شوک‌ها می‌توانند به false brinelling و زبری موضعی مسیر غلتش منجر شوند. در عمل، مقدار λ (نسبت ضخامت فیلم به زبری مؤثر) در شوک افت می‌کند؛ هرچه λ به ۱ نزدیک‌تر شود، احتمال تماس زبری‌ها و شکست فیلم بیشتر است.

افزون بر این، هرگونه آلودگی سخت (SiO₂، گرد معدن) به‌عنوان ذرات سوم، تنش را متمرکز کرده و سرعت شروع ترک‌ها را بالا می‌برد. مدیریت موفق، هم‌زمان بر کنترل بار ضربه‌ای مکانیکی (تنظیم بک‌لش، هم‌خطی، پیش‌بار) و انتخاب روانکار با film strength بالا تکیه می‌کند.

توصیه مدیریتی: اگر نسبت توقف/استارت در شیفت از ۱۵ بار فراتر رفت، بازبینی انتخاب ویسکوزیته و افزودنی EP را در دستور کار PM ماهانه قرار دهید.

رفتار روغن و گریس تحت شوک؛ نقش film strength و shear stability

برای دنده‌های گیربکس معدن، روغن‌های CLP/EP با ISO VG 150–320 رایج‌اند. film strength تابع ویسکوزیته پایه و سینرژی افزودنی‌های گوگرد–فسفر (EP) و ضدسایش (AW) است. در شوک‌لود بالا، بسته افزودنی باید بتواند لایه تریبوشیمیایی یکنواخت و پایدار بسازد و در برابر برش لحظه‌ای (shear spikes) پایدار بماند. Shear stability نه‌تنها درباره پلیمرهای VI improver (در روغن‌های چنددرجه‌ای یا HV) بلکه درباره ساختار کلوئیدی گریس و تاب‌آوری آن در برابر تلاطم مطرح است.

در گریس‌کاری پین/بوش شاول و لودر، ویسکوزیته روغن پایه گریس (نه فقط NLGI) تعیین‌کننده تحمل بار است. گریس‌های حاوی MoS₂ یا گرافیت به‌عنوان جامدات EP در ضربه‌های تکراری برتری نشان می‌دهند؛ چهارپارامتری که باید ببینید: Weld Load آزمون چهارگوی (ASTM D2596)، سایش D2266/D4172، پایداری مکانیکی (Worked Penetration)، و مقاومت در برابر آب (D1264). ضدکف و خروج هوا (air release) در روغن‌های دنده/هیدرولیک نیز برای جلوگیری از فومی شدن تحت شوک، حیاتی است.

در سطح عملیاتی، انتخاب روغن با شاخص ویسکوزیته مناسب و پاکیزگی بالا باعث می‌شود در سخت‌ترین سیکل‌ها هم ضخامت فیلم حفظ شود. آلودگی آب/گرد، اکسیداسیون و برش پلیمرها فیلم را ناپایدار می‌کند و مسیر Strain‑Induced Breakdown را هموار می‌سازد.

توصیه مدیریتی: در ناوگان شوک‌لود، روی روغن‌های با air-release عالی و گریس‌های EP با MoS₂ تمرکز کنید و هر ۵۰۰ ساعت نتایج آزمون چهارگوی را در انتخاب محصول بازنگری کنید.

الگوهای سایش و ترک‌خوردگی در دنده‌ها، یاتاقان‌ها و پین/بوش

دنده‌ها: scuffing (چسبندگی/سایش شدید در سرعت‌های بالا و روانکاری مرزی)، micropitting (حفرات ریز مات), macropitting (حفرات بزرگ خستگی)، و لب‌پریدگی نوک دنده در شوک‌های تکراری نمایان می‌شود. ریشه‌ها معمولاً ترکیبی از فیلم ناکافی، ویسکوزیته نامتناسب، آلودگی و ناهماهنگی دندانه است.

یاتاقان‌ها: false brinelling در توقف‌های لرزشی، cage wear در ضربه‌های جانبی، و flaking در مسیر غلتش دیده می‌شود. انتخاب گریس با افزودنی EP و کنترل تراز و پیش‌بار، نرخ خرابی را کاهش می‌دهد. پدیده‌های داغ‌نقطه‌ای می‌توانند به تغییر رنگ/تمپر سطح منجر شوند که نشانگر شکست فیلم است.

پین/بوش: سایش چسبنده و سه‌جسمی تحت بار سیکلی با آلودگی گرد و آب تشدید می‌شود. گریس‌کاری ناکافی باعث خشک‌کارکردن مقطعی و داغی موضعی می‌گردد. افزودنی‌های جامد و گریس‌های tacky با پایداری پمپاژ مناسب، ضربه را میرا و فیلم را پایدار می‌کنند.

• ترکیب شوک + سرعت کم = خطر بالای Strain‑Induced Breakdown و شروع micropitting.
• افزایش دمای موضعی و تغییر رنگ سطح = سیگنال هشدار شکست فیلم.
• الگوی سایش شطرنجی روی مسیر غلتش = نشانه تماس مرزی مکرر.

توصیه مدیریتی: هر توقف ادواری، یک بازرسی بصری ۵ دقیقه‌ای از مسیرهای تماس کلیدی تعریف کنید؛ الگوهای تغییر رنگ یا داغی نقطه‌ای را مستندسازی و پیگیری کنید.

انتخاب ویسکوزیته و بسته افزودنی؛ یک مقایسه عملی

در اجرای پروژه، انتخاب ISO VG مناسب باید بین حفظ ضخامت فیلم در شوک، اتلاف انرژی و جریان‌پذیری سرد توازن برقرار کند. در گیربکس‌های معدنی با دنده‌های مارپیچ/هلیکال یا هیپوئید، ISO VG 220 و 320 رایج‌اند؛ اما کار در شیب، توقف‌های پی‌درپی و دمای محیط متغیر، می‌تواند انتخاب را جابه‌جا کند. جدول زیر رفتار تقریبی سه ویسکوزیته پرکاربرد را در مواجهه با بار ضربه‌ای مقایسه می‌کند. این جدول برای تصمیم‌سازی اولیه است و باید با آنالیز شرایط واقعی تجهیز و نتایج OCM کالیبره شود.

برای شوک‌لود بالا و سرعت‌های پایین، ISO VG 320 با بسته EP قوی و کنترل دما نتیجه بهتری می‌دهد؛ اما اگر دمای محیط بالا و تهویه محدود است، ISO VG 220 متوازن‌تر است. در هر دو حالت، استاندارد DIN 51517-3 (CLP) یا AGMA 9005-E02 را مدنظر داشته باشید.

توصیه مدیریتی: قبل از تغییر ویسکوزیته، منحنی دمای کارکرد و جریان مصرف انرژی را ثبت کنید تا اثر انتخاب جدید بر مصرف و دمای پایدار سنجیده شود.

استراتژی‌های Reliability & Maintenance برای ناوگان شوک‌لود

در سطح عملیاتی، R&M موفق ترکیبی از PM مبتنی بر ریسک، بازدیدهای هدفمند ضربه‌ای و تنظیم تناوب روانکاری است. برای شاول/لودر، گریس‌کاری پین/بوش باید Purge-Style باشد تا آلودگی بیرون رانده شود. در گیربکس‌ها، بازه تعویض را به‌جای ساعت ثابت، به‌صورت Condition-Based با تکیه بر OCM تنظیم کنید. برای دریل‌واگن‌ها، بررسی هفتگی هم‌خطی و بک‌لش دنده‌های درایو، شوک‌ها را کاهش می‌دهد.

• به‌روزرسانی نقشه نقاط روانکاری (Lube Map) با برچسب ریسک شوک.
• تعریف آستانه‌های هشدار برای دمای یاتاقان/گیربکس در سیستم مانیتورینگ.
• استانداردسازی گریس‌گان‌های فشار بالا و نازل‌های مناسب Purge.
• بازبینی گشتاور پیچ‌های فیکسچر جهت جلوگیری از لقی ضربه‌زا.

توصیه مدیریتی: KPI «شوک در دقیقه» (از ثبت ارتعاش/شتاب) را پایش کنید و تناوب روانکاری را با آن هم‌بست کنید؛ این شاخص از ساعت کارکرد دقیق‌تر است.

پایش وضعیت: آنالیز روغن، آلودگی و کد ISO 4406

OCM در معادن باید فراتر از ویسکوزیته/سایش کلی برود. برای گیربکس شوک‌لود: شمارش ذرات (ISO 4406)، شاخص PQ/ferrous density، آب (Karl Fischer)، اکسیداسیون/نیتراسیون (FTIR)، TAN و افزودنی‌های EP (عنصری) حیاتی‌اند. در گریس: آنالیز ذرات بزرگ با فیلترمتری/فرکتوگرافی و FTIR سطحی اطلاعات مفیدی می‌دهد. روندپایش را با بار کاری و رخدادهای stop/start همگام کنید.

• هدف پاکیزگی: یک سطح سختگیرانه‌تر از OEM انتخاب کنید (مثلاً 18/16/13 برای دنده‌های حساس).
• فشار مثبت مخزن و فیلترهای تنفسی (desiccant breathers) برای جلوگیری از ورود گرد معدن.
• آزمون ضدکف و air-release در هر تعویض برند/بچ.

هم‌زمان، پایش ارتعاش برای شوک‌های گذرا و ضربه‌های تکراری (envelope/crest factor) باید به داشبورد OCM متصل شود تا هم‌بستگی روغن–ارتعاش دیده شود. این رویکرد، رخداد Strain‑Induced Breakdown را قبل از گسترش آسیب آشکار می‌کند.

توصیه مدیریتی: هر نمونه‌برداری را با ثبت بار واقعی، دمای پوسته و رخدادهای توقف/استارت همراه کنید؛ داده زمینه‌ای ارزش تحلیل را دوچندان می‌کند.

گریس‌کاری پین و بوش تحت ضربه؛ از NLGI تا افزودنی

برای پین/بوش شاول، لودر و دامپتراک، گریس NLGI 2 با روغن پایه ویسکوز (مثلاً 320–460 cSt @40°C) و جامدات EP مانند 3–5% MoS₂ معمولاً بهترین نقطه شروع است. اگر دمای محیط پایین است یا پمپاژ از لاین طولانی انجام می‌شود، NLGI 1 یا 1.5 با همان ویسکوزیته پایه گزینه بهتری است. آزمون‌های کلیدی: D2596 (Weld Load ≥ 400 kgf برای شوک سنگین)، D2266/D4172 (سایش کم)، D1264 (Washout پایین)، Dropping Point بالا و پایداری مکانیکی پس از کارکرد طولانی.

فواصل گریس‌کاری باید برحسب سیکل بار تنظیم شود نه فقط ساعت کار. در سطح عملیاتی، هر شوک شدید، فیلم را می‌گسلد؛ Purge کافی تا لبه بوش و مشاهده بیرون‌زدگی گریس تازه با رنگ/قوام صحیح ضروری است. گریس tacky با ضدزنگ و ضدخوردگی خوب، مقاومت محیطی را بالا می‌برد. برای پین‌های باز، استفاده از کلاهک‌های محافظ گرد (Dust Caps) و تمیزکاری سریع قبل از گریس‌کاری را در نظر بگیرید.

توصیه مدیریتی: «روزشمار گریس» را از ساعت‌محور به «سیکل‌محور» تبدیل کنید؛ هر جابه‌جایی تناژ/مسیر، تناوب گریس‌کاری را بازتنظیم کند.

چک‌لیست کلیدی انتخاب و پایش روانکار در بارهای ضربه‌ای

• انتخاب ویسکوزیته: بر مبنای دمای پایدار، سرعت و شدت شوک؛ برای شوک شدید و سرعت پایین، ISO VG بالاتر را بررسی کنید.
• بسته افزودنی: EP گوگرد–فسفر + AW، ضدکف کارآمد، پایدارکننده اکسیداسیون؛ برای گریس، جامدات EP (MoS₂/گرافیت) و tackifier.
• shear stability: در روغن‌های HV و گریس‌های در معرض تلاطم بالا حیاتی است.
• پاکیزگی و آب: هدف ISO 4406 سختگیرانه، خشک‌نگه‌داشتن سیستم، فیلتراسیون چندمرحله‌ای و breathers جذبی.
• OCM: ویسکوزیته، PQ/ferrous، ذرات، TAN، FTIR، آب؛ برای گریس، فیلترمتری و بررسی آلودگی سخت.
• PM مبتنی بر شوک: تناوب گریس‌کاری و تعویض روغن را بر اساس شاخص‌های شوک/ارتعاش تنظیم کنید.
• بازرسی سطح: رصد تغییر رنگ، micropitting، false brinelling و لب‌پریدگی؛ اقدام اصلاحی سریع.
• هماهنگی مکانیکی: بک‌لش، هم‌خطی و پیش‌بار صحیح جهت کاهش ضربه‌های ثانویه.

توصیه مدیریتی: این چک‌لیست را در قالب فرم ممیزی هفتگی واحد R&M پیاده‌سازی و به KPI توقفات ناگهانی لینک کنید.

وقتی ضربه می‌نشیند، فیلم روغن می‌ایستد: نقشه راه عملیاتی معادن ایران

Strain‑Induced Breakdown یک مفهوم آزمایشگاهی نیست؛ هر بار که دامپتراک روی ناهمواری می‌جهد یا شاول بار را ناگهانی می‌گیرد، فیلم روانکار در تماس‌های بحرانی تحت کرنش لحظه‌ای قرار می‌گیرد. اگر ویسکوزیته و بسته افزودنی برای این سناریو انتخاب نشده باشد، انتقال سریع به رژیم مرزی رخ می‌دهد و الگوی سایش از micropitting تا scuffing آغاز می‌شود. راه‌حل، ترکیبی از انتخاب فنی و اجرای دقیق میدانی است: روغن دنده CLP/EP با ISO VG متناسب و ضدکف قوی، گریس پین/بوش با روغن پایه ویسکوز و MoS₂، و برنامه PM که به‌جای ساعت تقویمی، به سیکل شوک پاسخ می‌دهد.

در سطح عملیاتی، سه محور را هم‌زمان نگه دارید: ۱) پاکیزگی و خشک‌بودن؛ زیرا ذرات سیلیسی، ضربه را متمرکز و رشد ترک را سرعت می‌دهند. ۲) پایش وضعیت داده‌محور؛ نمونه‌گیری با کیفیت، تحلیل ذرات و پیوند با ارتعاش/دما. ۳) تنظیمات مکانیکی؛ بک‌لش و هم‌محوری، تعیین‌کننده شدت شوک هستند. وقتی این سه، هم‌راستا شوند، استحکام فیلم (film strength) حفظ شده و پایداری تجهیز تضمین می‌شود.

برای تأمین تجهیز به‌موقع و یکپارچه، از دسته‌بندی‌های مادر مانند روغن موتور برای دیزل‌های معدنی و روغن صنعتی برای گیربکس/هیدرولیک استفاده کنید. شبکه فروش سراسری موتورازین با تمرکز بر پروژه‌های معدنی، انتخاب و موجودی را ساده می‌کند. در نهایت، به‌یاد داشته باشید که «ضربه» را نمی‌توان حذف کرد، اما می‌توان آن را برای فیلم روغن «بی‌اثر» کرد؛ با انتخاب درست، پایش هوشمند و اجرای دقیق PM.

توصیه مدیریتی: قبل از فصل اوج برداشت/بارگیری، بازبینی سالانه استراتژی روانکاری و بازکالیبراسیون OCM را با مشارکت تیم بهره‌برداری، نگهداری و تأمین انجام دهید.

پرسش‌های متداول

چرا در سرعت‌های پایین و شوک بالا، شکست فیلم بیشتر رخ می‌دهد؟

ضخامت فیلم EHL به سرعت نسبی و ویسکوزیته وابسته است. در توقف/استارت یا حرکت خزشی، سرعت مؤثر کم شده و فیلم نازک می‌شود. هم‌زمان، ضربه تنش هرتزی را بالا می‌برد و کرنش لحظه‌ای باعث Strain‑Induced Breakdown می‌شود. نتیجه، تماس مرزی، افزایش اصطکاک و شروع میکروترک‌هاست. انتخاب ISO VG بالاتر و افزودنی EP قوی، همراه با کنترل دما و پاکیزگی، ریسک را کاهش می‌دهد.

برای پین/بوش‌های شاول کدام گریس مناسب‌تر است؟

در بار ضربه‌ای، گریس NLGI 2 با روغن پایه ویسکوز (≥320 cSt@40°C)، بسته EP قوی و 3–5% MoS₂ معمولاً پاسخ بهتری می‌دهد. اگر دمای محیط سرد یا طول لاین زیاد است، NLGI 1/1.5 را برای پمپاژ بهتر انتخاب کنید. به پارامترهای Weld Load (D2596)، سایش (D2266/D4172) و Washout (D1264) توجه کنید و تناوب گریس‌کاری را بر پایه سیکل بار تنظیم نمایید.

Micropitting و fatigue pitting چه تفاوتی دارند و چگونه کنترل شوند؟

Micropitting حفرات ریز سطحی ناشی از خستگی زیر لایه است که در تماس مختلط/مرزی و زبری نامناسب رخ می‌دهد؛ fatigue pitting بزرگ‌تر و عمیق‌تر است و از رشد ترک‌ها شکل می‌گیرد. کنترل با بهبود film strength (انتخاب ISO VG/EP صحیح)، صافی سطح مناسب، تنظیم بک‌لش/هم‌محوری، و پاکیزگی روغن انجام می‌شود. پایش ذرات و PQ روند رشد را زودهنگام آشکار می‌کند.

آیا روغن با VI بالاتر برای شوک‌لود همیشه بهتر است؟

شاخص ویسکوزیته بالاتر پایداری ویسکوزیته در دما را بهبود می‌دهد، اما کلید ماجرا shear stability و ضدکف/air-release است. در شوک‌لود، اگر از پلیمرهای VI improver استفاده شده باشد، برش مکانیکی می‌تواند ویسکوزیته را کاهش دهد. بنابراین علاوه بر VI، به مقاومت برشی، بسته EP، و تطابق استانداردهایی چون DIN 51517-3/AGMA 9005 توجه کنید.

تفاوت رویکرد در گیربکس بسته و پین/بوش باز چیست؟

گیربکس بسته به روغن CLP/EP با کنترل دما، پاکیزگی (ISO 4406) و ضدکف قوی نیاز دارد؛ پایش OCM منظم ضروری است. پین/بوش‌های باز نیازمند گریس tacky با EP جامد (MoS₂)، Purge کافی برای بیرون‌راندن آلودگی و تنظیم تناوب بر مبنای سیکل بار هستند. در هر دو، هدف، پیشگیری از Strain‑Induced Breakdown با حفظ فیلم پایدار است.