فیلم نازک روانکار در ماشین‌های ریسندگی سرعت‌بالا؛ تحلیل میکروسکوپی

فیلم نازک روانکار در ماشین‌های ریسندگی سرعت‌بالا؛ چرا چند میکرون همه‌چیز را تغییر می‌دهد؟

من روزانه با خطوط ریسندگی سرعت‌بالا مواجه‌ام که در آن‌ها فیلم نازک روغن در ماشین‌های ریسندگی سرعت‌بالا تعیین‌کننده‌ٔ دوام یاتاقان‌ها، غلتک‌ها و کیفیت نخ است. در اسپindleهای مدرن، لقی‌ها و زبری سطح به‌قدری کوچک‌اند که ضخامت فیلم روغن اغلب در محدوده‌ٔ ۱–۵ میکرون قرار می‌گیرد. هر تغییر کوچک در ویسکوزیته‌ٔ کاری، دمای روغن یا سطح آلودگی ذرات، به‌سرعت به افزایش سایش، افزایش نویز و لرزش، و افت راندمان تبدیل می‌شود. در سرعت‌های محیطی بالا، نرخ برش (Shear Rate) به ۱۰^۵ تا ۱۰^۶ s⁻¹ می‌رسد؛ در این شرایط روغن دچار نازک‌شدن حرارتی و برشی می‌شود و اگر پایداری ویسکوزیته و پاکیزگی سیال تضمین نشود، تماس فلز–فلز گذرا رخ می‌دهد. چالش اصلی کارگاه‌های نساجی ایران همین‌جاست: کنترل میکرونی فیلمی که باید پایدار، تمیز و با ویسکوزیته‌ٔ دقیق باشد؛ راه‌حل هم در انتخاب صحیح ISO VG، افزودنی‌های متناسب، و برنامه‌ٔ پایش منظم است.

• نکته‌ٔ کلیدی: در ریسندگی High-Speed، ظرفیت تحمل بار فیلم نازک به شدت به ویسکوزیته، دما و پاکیزگی وابسته است.
• پیامد مستقیم: افت ضخامت فیلم → تماس مرزی بیشتر → افزایش سایش و ارتعاش → افت کیفیت نخ و OEE.

تحلیل میکروسکوپی: Contact Pattern، Boundary در برابر Mixed و نقش Shear Rate

Contact Pattern در مقیاس سطح

در یاتاقان‌های غلتشی و ژورنال‌های اسپindle، توزیع فشار و ضخامت فیلم به‌صورت نابرابر است. الگوی تماس (Contact Pattern) در نقطه‌ٔ بار بیشینه فشرده‌تر شده و حداقل ضخامت فیلم (h_min) رخ می‌دهد. نسبت λ (h_min به زبری مؤثر سطوح) معیار عملی تشخیص حالت روانکاری است: λ > 3 عموماً هیدرودینامیک/الاستوهیدرودینامیک، 1 < λ < 3 مختلط (Mixed) و λ ≤ 1 مرزی (Boundary) محسوب می‌شود. در عمل، تغییرات دما، آلودگی ذرات ریز نساجی و نوسان بار می‌تواند در چند ثانیه الگو را از ناحیه‌ٔ پایدار به مرزی هل دهد.

Boundary vs Mixed: چه رخ می‌دهد؟

در Boundary غالباً لایه‌های جذب‌شده‌ٔ افزودنی‌های AW روی سطح فعال شده و تماس فلز–فلز تا حدی رخ می‌دهد؛ سایش چسبنده/ساینده، میکروپیتینگ و خش‌های موازی جهت لغزش دیده می‌شود. در Mixed بخشی از بار توسط فیلم و بخشی توسط آسپرینیته‌ها تحمل می‌شود؛ نویز طیفی در فرکانس گذر عناصر غلتشی (BPFI/BPFO) افزایش می‌یابد و دمای موضعی بالا می‌رود.

Shear Rate و نازک‌شدن برشی

در اسپindleهای سرعت‌بالا، نرخ برش سیال می‌تواند منجر به کاهش ویسکوزیته‌ٔ مؤثر شود. اگر روغن حاوی پلیمرهای بهبوددهنده‌ٔ VI باشد، برش مکانیکی می‌تواند آن‌ها را کوتاه کرده و ویسکوزیته‌ٔ داغ را پایدار نگه ندارد. به همین دلیل در روغن‌های اسپیندل با ISO VG 10–22 معمولاً از پایه‌های با VI ذاتی بالا (استر یا PAO) به‌جای افزودنی‌های پلیمری سنگین استفاده می‌شود تا نوسان ویسکوزیته در نرخ برش بالا و دمای عملیاتی کنترل شود.

پایداری فیلم در یاتاقان‌ها، غلتک‌ها و انتقال حرکت: از EHL تا تماس گذرا

یاتاقان‌های غلتشی اسپیندل

در یاتاقان‌های زاویه‌ای تماس یا ساچمه‌ای دقیق، رژیم الاستوهیدرودینامیک (EHL) هدف طراحی است. اما افزایش دمای روغن در مدار، ورود فیبر و پرز نساجی و کاهش فشار تغذیه، h_min را به‌سرعت پایین می‌آورد. نتیجه، گذر از EHL به Mixed و افزایش مؤلفه‌ٔ اصطکاک، دمای پوسته و لرزش RMS است. کنترل پاکیزگی تا سطح کد ISO 4406 در حدود 14/12/9 یا بهتر، و ثابت نگه‌داشتن دمای حجمی روغن، کلید پایداری است.

غلتک‌ها و سیستم‌های انتقال حرکت

در غلتک‌های کشش و انتقال، فشار خطی (Line Load) بالا و لغزش نسبی ناگزیر است. اگر روغن بسیار رقیق انتخاب شود، سایش ساینده افزایش می‌یابد؛ اگر بسیار غلیظ باشد، تلفات هیدرودینامیک، داغی موضعی و مصرف انرژی بالا می‌رود. در گیربکس‌های کم‌حجم با دور بالا، انتخاب روغن پایه با Air Release خوب و کف‌زدایی مؤثر ضروری است تا کاویتاسیون و حبس هوا موجب فروپاشی فیلم نازک نشود.

جدول مقایسه سناریوهای پایداری فیلم

مقادیر زیر راهنمایی عملی و وابسته به شرایط سازنده و بارکاری است؛ هدف، درک روندها و سیگنال‌های هشدار است.

نقش ISO VG، شاخص ویسکوزیته و افزودنی‌های AW/EP در پایداری فیلم نازک

انتخاب ISO VG

در اسپیندل‌های ریسندگی، گریدهای رایج ISO VG 10، 15 یا 22 هستند. قاعده‌ٔ عملی: با افزایش سرعت و کاهش لقی، به سمت ویسکوزیته‌ٔ پایین‌تر می‌رویم تا اصطکاک و داغی کاهش یابد، اما تا جایی که h_min از حد بحرانی پایین‌تر نرود. انتخاب خارج از این پنجره، یا به سایش مرزی منجر می‌شود یا به اتلاف انرژی و دمای بالا.

شاخص ویسکوزیته (VI) و پایداری حرارتی/برشی

VI بالاتر، تغییر کمتر ویسکوزیته با دما را نشان می‌دهد. برای روغن‌های کم‌ویسکوزیته، استفاده از پایه‌های با VI ذاتی بالا (استر سنتتیک/PAO) ارجح است؛ زیرا در نرخ برش بالا، ویسکوزیته‌ٔ مؤثر پایدارتر می‌ماند. استفاده‌ٔ سنگین از VI Improverهای پلیمری می‌تواند در برش شدید، به افت دائمی ویسکوزیته منجر شود.

افزودنی‌های AW و EP

AW (ضدسایش) در رژیم مرزی با تشکیل لایه‌های شیمیایی روی سطح فعال می‌شود و ضریب اصطکاک و سایش را کم می‌کند. در اسپیندل‌ها، AWهای خاکستر‌کم/بدون خاکستر ترجیح دارد تا رسوب‌گذاری و تغییر رنگ الیاف به حداقل برسد. EP برای تماس‌های فشار بسیار بالا (دنده‌ها) طراحی شده؛ در گیربکس‌های کم‌حجم خطوط ریسندگی ممکن است گریس/روغن EP لازم باشد، اما در یاتاقان‌های سرعت‌بالا به‌دلیل افزایش اصطکاک و دمای مرزی، EP لزوماً انتخاب ایده‌آل نیست. هماهنگی با توصیه‌ٔ OEM حیاتی است.

• نکته‌ٔ برجسته: ISO VG صحیح + VI بالا + AW مناسب = بیشینه‌ٔ پایداری فیلم و کمترین نویز/سایش.
• هشدار: اختلاط افزودنی‌های ناسازگار می‌تواند لایه‌ٔ مرزی را تضعیف کند.

خطاهای رایج در کارگاه‌های نساجی ایران و پیامدهای آن

انتخاب ویسکوزیته نامناسب

روغن بسیار رقیق (مثلاً ISO VG 10 به‌جای 22) در دمای تابستانی کارگاه، فیلم را ناپایدار می‌کند و باعث خراش و افزایش تعویض یاتاقان می‌شود. برعکس، روغن غلیظ باعث افزایش مصرف انرژی، بالا رفتن دمای پوسته و نرم‌شدن چسب‌ها/بوش‌ها می‌گردد.

اختلاط برندها و بسته‌های افزودنی

مخلوط‌کردن برندها برای «تکمیل موجودی» می‌تواند به ناسازگاری ضدکف/AW منجر شود؛ پیامد آن کف‌زدگی، رهایش هوای ضعیف و افت ناگهانی ضخامت فیلم است. نتیجه در عمل: افزایش صدای یاتاقان و کاهش فاصله‌ٔ سرویس.

آلودگی با گرد نساجی و رطوبت

الیاف ریز پنبه/پلی‌استر و رطوبت هوا به‌راحتی وارد مدار می‌شوند. این آلودگی به‌صورت ساینده عمل کرده و کد پاکیزگی ISO 4406 را به‌سرعت بدتر می‌کند. نتیجه، گذر به Mixed/Boundary، تولید گرما و میکروپیتینگ است. استفاده از آب‌بند مناسب، هوابند کردن کابین اسپیندل، و فیلتراسیون با درجه‌ٔ β بالا راه‌حل عملی است.

• اثر اقتصادی: افزایش توقف برنامه‌ریزی‌نشده، بالا رفتن هزینه‌ٔ یدکی، افت کیفیت نخ و دورریز بیشتر.
• راه‌حل: انتخاب دقیق ISO VG، جلوگیری از اختلاط، فیلتراسیون کارآمد و پایش منظم.

چک‌لیست پایش روغن و یاتاقان: ویسکوزیته، ذرات، لاکینگ و دما

چک‌لیست آزمایشگاهی روغن

1. ویسکوزیته در 40°C و 100°C و روند VI: هر انحراف >±10% از مقدار نو را بررسی کنید.
2. شمارش ذرات ISO 4406: هدف 14/12/9 یا بهتر برای اسپیندل‌ها؛ افت کیفیت فیلتر را سریعاً رفع کنید.
3. آب و رطوبت (Karl Fischer): نزدیک صفر ppm هدف است؛ علائم امولسیون را ارزیابی کنید.
4. FTIR اکسیداسیون و نیتراسیون: روند افزایشی پایدار نشانه‌ٔ پیرشدن روغن است.
5. MPC/VPR برای رسوبات لاک‌مانند: ریسک وارنیش در مدارهای گرم را بسنجید.
6. آنالیز ذرات سایشی (فروگرافی/PCM): الگوی سایش (چسبنده، ساینده، پیتینگ) را تفکیک کنید.
7. آزمون کف و رهایش هوا: کف پایدار علامت خطر فروپاشی فیلم در تماس‌های بحرانی است.

چک‌لیست میدانی تجهیز

1. دمای پوسته یاتاقان و روغن برگشتی: افزایش مداوم یا پیک‌های ناگهانی را ثبت کنید.
2. پایش ارتعاش: تغییر RMS و باندهای BPFI/BPFO را به‌عنوان شاخص ورود به Mixed پیگیری کنید.
3. بررسی «لاکینگ/لاک‌آپ» یاتاقان: هر گونه گیرایی کوتاه‌مدت یا تغییر صدای غیرعادی را جدی بگیرید.
4. فشار/دبی تغذیه روغن: افت دبی یا کاویتاسیون ورودی را رفع کنید.
5. سلامت آب‌بند و مسیر هوارسانی کابین: برای کنترل گرد نساجی حیاتی است.

قاعده‌ٔ عملی موتورازین: یک نقطه‌ٔ کنترل فرآیندی، همیشه ارزان‌تر از یک یاتاقان تعویضی است.

پرسش‌های متداول

چه ISO VG برای اسپیندل‌های سرعت‌بالا مناسب‌تر است؟

عموماً ISO VG 10–22 بسته به سرعت، بار و لقی پیشنهاد می‌شود. در اقلیم‌های گرم ایران و بارهای مرزی، ISO VG 15 یا 22 می‌تواند پایداری فیلم بهتری بدهد، مشروط به کنترل دما و مصرف انرژی. هماهنگی با توصیه‌ٔ سازنده و تست میدانی محدود، تصمیم را دقیق‌تر می‌کند.

چرا اختلاط برندهای روغن اسپیندل ریسک دارد؟

به‌دلیل تفاوت بسته‌های افزودنی (AW، ضدکف، ضدزنگ) و حتی نوع روغن پایه، اختلاط ممکن است به ناسازگاری، کف‌زدگی یا ته‌نشینی منجر شود. پیامد عملی آن کاهش رهایش هوا و فروپاشی فیلم نازک در تماس‌های بحرانی است. بهتر است از یک محصول سازگار و ثابت استفاده کنید.

کد پاکیزگی مناسب برای یاتاقان‌های اسپیندل چیست؟

به‌طور عملی، نزدیک 14/12/9 یا بهتر هدف‌گذاری می‌شود. هر چه دقت یاتاقان بالاتر و لقی کمتر باشد، پاکیزگی باید سخت‌گیرانه‌تر باشد. رسیدن به این سطح نیازمند فیلتراسیون با β بالا، آب‌بندی مناسب و روش نمونه‌برداری استاندارد است.

افزودنی EP در اسپیندل لازم است؟

در یاتاقان‌های سرعت‌بالا معمولاً تمرکز بر AW است؛ EP بیشتر برای تماس‌های دنده‌ای با فشار بسیار بالا کاربرد دارد. اگر گیربکس کم‌حجم در مدار دارید، EP بر اساس توصیه‌ٔ OEM می‌تواند لازم باشد، اما برای یاتاقان‌های دقیق ممکن است موجب افزایش اصطکاک مرزی و دما شود.

هر چند وقت یک‌بار پایش روغن انجام شود؟

برای خطوط ریسندگی High-Speed، دوره‌ٔ ۱ تا ۳ ماه بسته به حساسیت تجهیز، دما و تاریخچه‌ٔ خرابی‌ها پیشنهاد می‌شود. در فصل‌های گرم یا پس از تعمیرات، پایش فشرده‌تر (هفتگی تا ماهانه) مفید است. همواره نتایج را روندی تحلیل کنید، نه تک‌نقطه‌ای.

جمع‌بندی

فیلم نازک روانکار در ماشین‌های ریسندگی سرعت‌بالا، لایه‌ای میکرونی اما سرنوشت‌ساز است. تحلیل میکروسکوپی نشان می‌دهد که گذر از EHL به Mixed در اثر نوسان دما، آلودگی و انتخاب نامناسب ویسکوزیته رخ می‌دهد و مستقیماً به افزایش سایش، لرزش و افت کیفیت نخ منجر می‌شود. با انتخاب هوشمندانه‌ٔ ISO VG (۱۰–۲۲)، تکیه بر پایه‌های با VI ذاتی بالا و AW سازگار، و حفظ پاکیزگی تا سطح ISO 4406 هدف، می‌توان فیلم پایدار را حتی در نرخ‌های برش بسیار بالا حفظ کرد. اجرای چک‌لیست پایش روغن و کنترل دمای پوسته/ارتعاش، چرخه‌ٔ عمر تجهیز را طولانی و فواصل سرویس را منطقی می‌کند. در مقیاس صنعتی، این مدیریت میکرونی به بهبود OEE، کاهش توقفات و ثبات کیفیت نخ می‌انجامد. در موتورازین، ما با تامین روغن‌های اسپیندل تخصصی و برنامه‌ٔ پایش، این مسیر را برای کارگاه‌های ایرانی هموار می‌کنیم.