EKOLOGICZNE ASPEKTY EKSPLOATACJI MASZYN
10.1. Problematyka ekologiczna we wzajemnych relacjach społeczeństwo-przemysł-człowiek
Od wybuchu pierwszych bomb atomowych (sierpień 1945), który uświadomił ludzkości ich
niszczycielską moc i rozmiary ska\
enia promieniotwórczego, niepostrze\
enie znalez
liśmy się w
innej pułapce, którą jest zatrucie środowiska, wynikające z eskalacji przemysłowej działalności
człowieka, prowadzącego często bezpardonową i rabunkową gospodarkę zasobami naturalnymi i
mało oglądającego się na ekologiczne skutki swojej działalności.
Realność i namacalność tych negatywnych skutków odczuwa i doznaje ka\
dy z nas, który
choć trochę jest wra\
liwy na przyrodę i potrafi odnalez
ć oraz właściwie zinterpretować związki
przyczynowe, jakie doprowadziły do tego niepokojącego stanu rzeczy. W tej krytycznej ju\
sytu-
acji nadzieją na zahamowanie dal-
- "Ekologiczne myślenie" przy planowaniu i realizacji celów
szego procesu zanieczyszczania śro- przedsiębiorstwa
- Zwiększenie proekologicznej motywacji współpracowników
- Podnoszenie odpowiedzialności w zakresie ochrony
dowiska jest wzrost ekologicznej
środowiska
świadomości społeczeństw. Znajduje
się coraz więcej ludzi, którzy czują
UWZGL
DNIENIE EKOLOGICZNYCH
- UWRAśLIWIENIE ŚWIADOMOŚCI
ASPEKTÓW PRZY TWORZENIU
się odpowiedzialnymi za podejmo-
EKOLOGICZNEJ
AKTÓW PRAWNYCH I PLANÓW
- PROEKOLOGICZNE ZACHOWANIA
GOSPODARCZYCH
wanie kroków zmierzających do
ochrony środowiska. Wa\
ną rolę do
spełnienia ma równie\
ustawodawca
kreujący podstawy prawne i określa-
jący normy dopuszczalnego zanie-
czyszczania powietrza, wody czy
PODATKI, OPA
ATY
gleby i kary za ich przekraczanie. To
OPINIA PUBLICZNA, WYBORY
wzajemne uzale\
nienie i oddziały-
SPRZ
śENIA PROEKOLOGICZNYCH ZACHOWAC

wanie społeczeństwa, przemysłu i
rządu, w działalności na rzecz ochro-
Rys.10.1. Wzajemne oddziaływanie społeczeństwa, prze-
ny środowiska, pokazane jest sche-
mysłu i rządu na rzecz ochrony środowiska
matycznie na rys. 10.1.
10.2. Rola in\
ynierów-mechaników w kwestiach odpowiedzialności za środowisko
Sukces ma wielu ojców - pora\
ka bywa najczęściej sierotą. Ta znana prawda \
yciowa odnosi
się równie\
do spraw związanych z zanieczyszczaniem środowiska. Jak\
e często mo\
na spotkać
się z przekonaniem, \
e za ska\
enie środowiska odpowiedzialnymi są energetycy (bo spalają za
du\
o węgla), rolnicy (bo zu\
ywają zbyt du\
o nawozów sztucznych i środków ochrony roślin),
wielka chemia, transport samochodowy itp. In\
ynier mechanik występujący w roli konstruktora,
technologa czy u\
ytkownika maszyn uwa\
a się często niewinnym ska\
enia środowiska. Często
nie dostrzega on równie\
mo\
liwości aktywnego włączenia się w łańcuch ludzi dobrej woli, sta-
wiających sobie za cel przeciwdziałanie dalszemu procesowi degradacji środowiska.
Mo\
na łatwo wykazać jak błędne to jest mniemanie i to zarówno w odniesieniu do mechani-
ka-konstruktora, technologa, czy u\
ytkownika maszyn. Istnieje bowiem wiele przykładów wska-
zujących w jak znaczącym stopniu właśnie od mechaników zale\
y zanieczyszczenie środowiska.
Kompleksowość zagadnień dotyczących aspektów ekologicznych w konstruowaniu, wytwarzaniu
i u\
ytkowaniu maszyn, najpełniej mo\
na prześledzić w odniesieniu do problematyki szeroko po-
jętego smarowania i to stosowanego zarówno w eksploatacji maszyn jak i przy realizowaniu ró\
-
1
E
I
N
E
Z
O
D
P


Y
Z
I
T
N
R
A
I
A
A

A
Z
P
P
,
A
P
I
O
O
Y
,
U
N
O
I
W
Z
W
E
B
P
K
Ó
Y
A
Z
L
T
T
I
S
T
S
N
A
N
I
S
Y
K
C
I
C
U
D
Z
I
Z
U
P
O
R
W
P
D
U
N
A
A
O
A
B
W
R
N
L
O
P
I
I
T
)
C
E
S
Y
Z
B
N
B
E
O
L
J
(
nego rodzaju procesów technologicznych. Powszechnie nie zdajemy sobie bowiem często sprawy
z tego, \
e w \
adnym ze stosowanych w technice procesów smarowania, środek smarowy nie pod-
lega  konsumpcji , w najmniejszym nawet stopniu. Odpady w procesach smarowania są nie do
uniknięcia, co w sposób schematyczny pokazano na rys.10.2. Ich negatywny wpływ na środo-
wisko nie budzi naj-
100%
ŚRODKI PROCESY
80%
mniejszych wątpli-
ŚRODOWISKO
SMAROWE SMAROWANIA
wości. Rzecz w tym
(50%)
aby być tego świa-
20%
domym i uczynić
(50%)
wszystko co mo\
liwe
ENERGIA
dla zminimalizowa-
REGENERACJA SKUP SPALANIE nia negatywnych
ODPADÓW skutków wynikają-
cych z zanieczysz-
czenia środowiska
Rys.10.2. Obieg środków smarowych w procesie smarowania
tymi odpadami. In-
\
ynier mechanik - konstruktor, technolog czy u\
ytkownik maszyn, świadomy ekologicznych skut-
ków swojej zawodowej działalności, mo\
e bowiem uczynić wiele dobrego dla środowiska.
10.2.1. Czynniki determinujące ekologiczne konsekwencje działalności in\
yniera-
mechanika
W działalności in\
yniera-mechanika, występującego w roli konstruktora, technologa czy u-
\
ytkownika maszyn, mo\
na wyró\
nić cztery dziedziny, w których podejmowane przez niego de-
cyzje będą pociągały za sobą określone ekologiczne konsekwencje. W poglądowym zestawieniu
przedstawiono je w tabeli poni\
ej.
Tabela 10.1. Cztery dziedziny ekologicznych konsekwencji działalności in\
yniera
1. INśYNIERI
MATERIAA
OW
2. TECHNIKI SMAROWANIA
- środki smarowe - w układach otwartych
- materiały konstrukcyjne - w układach zamkniętych
- materiały na uszczelnienia - bezobsługowe
Ekologiczne konsekwencje decyzji in\
yniera
są zdeterminowane przez:
3. KONSTRUKCJ
MASZYNY 4. PROCES UśYTKOWANIA
- mo\
liwości recyklingu po złomowaniu - sposób u\
ytkowania maszyn i prowa-
dzenia procesów technologicznych
- konstrukcja węzłów tarcia i uszczelnień
- pozyskiwanie odpadów (recykling)
- dobór materiałów konstrukcyjnych
- uzdatnianie środków smarowych
- dobór środków smarowych
- unieszkodliwianie zu\
ytych cieczy eks-
- wybór techniki smarowania
ploatacyjnych i olejów smarowych
Ta część opracowania będzie poświęcona szczegółowemu omówieniu ka\
dej z wymienio-
nych grup czynników. Postęp w dziedzinie in\
ynierii materiałowej odnoszący się tak do materia-
2
łów konstrukcyjnych jak i środków smarowych jest ogromny. In\
ynierom brak często aktualnej
informacji o mo\
liwościach jakie w tym zakresie istnieją. Asortyment nowoczesnych materiałów
konstrukcyjnych, materiałów na uszczelnienia, materiałów o własnościach samosmarujących roz-
rasta się w szybkim tempie. Katalogi środków smarowych zawierają tysiące pozycji, oferując
wiele dotąd nieznanych i doskonałych wyrobów współczesnej chemii, tworzonych między innymi
z myślą o lepszej ochronie środowiska. Rozeznanie w tym asortymencie wymaga wręcz stosowa-
nie systemów ekspertowych, które wykorzystując wcią\
aktualizowaną bazę danych mogą słu\
yć
konstruktorom i u\
ytkownikom maszyn pomocą przy dokonywaniu właściwych wyborów.
Równie\
w zakresie technik smarowania, a ściślej mówiąc "filozofii smarowania" zaznaczyły
się w ostatnich dziesięcioleciach znaczące zmiany. Impulsem był, z jednej strony rozwój teorii
elastohydrodynamicznego (EHD) smarowania, z drugiej zaś rosnąca świadomość ekologiczna i
związane z nią zaostrzenie przepisów ochrony środowiska. Choć ewidentne są korzyści skąpego
smarowania, napotyka ono nadal na opory przy jego wdra\
aniu.
Często występującym "grzechem" w pracy konstruktorów maszyn jest skupianie całego wy-
siłku koncepcyjnego na szukaniu takich rozwiązań technicznych, które by mo\
liwie najlepiej re-
alizowały określone dla danej maszyny funkcje z pominięciem relacji maszyna - środowisko. O
problemie smarowania projektowanych urządzeń myśli się zwykle dopiero w końcowej fazie ro-
dzenia się konstrukcji. Na takim etapie jej powstawania konieczne są zwykle kompromisy, i to
znaczne, przekreślające mo\
liwość zastosowania optymalnej techniki smarowania czy te\
najlep-
szych środków smarowych.
Poza mechanikiem-konstruktorem, o środowisku stale powinien pamiętać ka\
dy u\
ytkownik
maszyn. Od niego bowiem zale\
eć będzie stosowanie zabiegów uzdatniania, zwiększających
trwałość środków smarowych, a tym samym zmniejszających ich zu\
ycie i ilość odpadów po-
wstających w procesach smarowania. U\
ytkownik decyduje równie\
najczęściej o poziomie po-
zyskiwania zu\
ytych olejów i neutralizacji cieczy technologicznych, wymagających okresowej
wymiany, a w szczególności emulsji chłodząco-smarujących. W polskich warunkach, wiele do
\
yczenia pozostawia równie\
nieracjonalna gospodarka smarownicza w przedsiębiorstwach i ni-
ski poziom kultury technicznej, jaki występuje przy obchodzeniu się ze środkami smarowymi.
10.3. Proekologiczna in\
ynieria materiałowa
Zbiór tradycyjnych, znanych od stuleci, materiałów konstrukcyjnych z ka\
dym niemal ro-
kiem powiększa się o nowe syntetyczne materiały i kompozycje materiałowe, będące wytworem
współczesnej in\
ynierii materiałowej. Znajdują one coraz szersze zastosowanie, między innymi z
uwagi na korzystne ich relacje w stosunku do środowiska. Specyficzną grupę materiałów kon-
strukcyjnych stanowią środki smarowe, zu\
ywane w du\
ych ilościach zarówno przez przemysł
jak i przez indywidualnych u\
ytkowników maszyn. Jak ju\
wspomniano wy\
ej, du\
a część tych
środków w powa\
nym stopniu zanieczyszcza środowisko, stanowiąc powa\
ny problem ekolo-
giczny.
Najbardziej rozpowszechnione są smary płynne (oleje smarowe).
Drugą pod względem popularności grupą są smary plastyczne.
W mniejszym stopniu rozpowszechnione są smary stałe.
Najrzadziej stosuje się smary gazowe.
3
10.3.1. Oleje smarowe
Zanim przejdziemy do omówienia ekologicznych aspektów stosowania olejów smarowych,
hydraulicznych czy technologicznych, warto przypomnieć sobie o istotnych ich cechach, z tech-
nicznego punktu widzenia.
10.3.1.1. Lepkość olejów smarowych
Podstawowym kryterium właściwego doboru oleju jest niewątpliwie jego lepkość. Od kilku-
nastu ju\
lat obowiązuje powszechnie stosowana na świecie norma ISO 3448, której odpowiada
polska norma PN 78/C - 96098, wyodrębniająca 18 klas lepkości oznaczanych kodem literowo-
cyfrowym od VG2 do VG1500 (Viscosity Group), w którym liczba po symbolu określa lepkość
kinematyczną oleju w temperaturze 40�C, wyra\
aną w mm2/s (cSt).
dv
Pojęcie lepkości wynika z równania Newtona � = � , w którym  v jest prędkością cie-
dy
czy w szczelinie smarnej,  y wysokością szczeliny, zaś  � współczynnikiem proporcjonalności,
zale\
nym od rodzaju cieczy, zwanym lepkością dynamiczną. Liczbowo jest to siła statyczna,
działająca na jednostkę powierzchni warstewek cieczy, które znajdują się w jednostkowej odle-
głości od siebie i poruszają się względem siebie z prędkością ró\
niącą się o jednostkę. W ukła-
N �" s
dzie SI jednostką lepkości dynamicznej jest paskalosekunda: 1Pa �" s = . W badaniach ło-
m2
\
ysk stosuje się wielkość zwaną lepkością kinematyczną, która jest stosunkiem lepkości dyna-
�ł łł
� m2
micznej do gęstości i wyra\
a się w stokesach; � = , 1St = o10-4 .
�ł śł
� s
�ł �ł
Lepkość i właściwości u\
ytkowe olejów silnikowych, stanowiących pod względem tona\
u
najbardziej znaczącą grupę olejów smarowych, określa się wg odrębnych klasyfikacji przejętych z
USA, a dotyczących lepkości (klasyfikacja SAE J300MAR93) i jakości (klasyfikacja API). Wg.
tej pierwszej, oleje silnikowe dzieli się na 11 podstawowych klas, od klasy 0W (oleje do stoso-
wania w strefie polarnej, pompowalne przy -35�C) do klasy 60 (oleje do stosowania w strefie tro-
pikalnej). Oleje zimowe oznacza się liczbą, wyra\
ającą lepkość, z literą  W i ich lepkość wy-
znacza się w temperaturze ujemnej, zaś oleje letnie oznacza się tylko liczbą, a ich lepkość wyzna-
cza się w temperaturze 100oC. Większa liczba oznacza większą lepkość oleju. Popularne są rów-
nie\
uniwersalne oleje wielosezonowe oznaczane klasą lepkości np. SAE 10W/40, 5W/50 itp. Są
one mieszaninami olejów określonej klasy zimowej z olejem dowolnej klasy letniej. Olej silni-
kowy 0W ma lepkość 22 cSt, zaś olej 60  lepkość 320 cSt.
Klasyfikacja jakościowa API (American Petroleum Institut) dzieli oleje silnikowe na dwa ro-
dzaje:
- S (Service), obejmujący 8 grup, oznaczonych literami SA, SB, ... do SH - przewidziane dla sil-
ników benzynowych z zapłonem iskrowym,
- C (Comercial), obejmujący 6 grup, oznaczanych literami CA, CB, ... do CF, -, stosowane do
silników z zapłonem samoczynnym.
Im dalsza litera alfabetu stojąca za literą S lub C, tym wy\
sza jakość oleju silnikowego.
Znana jest te\
europejska klasyfikacja jakościowa olejów silnikowych ACEA (CCMC) i
amerykańska klasyfikacja wojskowa MIL-L-, a tak\
e liczne jakościowe testy olejów silnikowych,
opracowane przez producentów silników np. Mercedes Benz, VW, Volwo, MAN, Ford i inne.
4
Odrębną, równie\
amerykańską klasyfikację lepkościową SAE J306MAR85, ró\
niącą się od
klasyfikacji ISO 3448, stosuje się w odniesieniu do samochodowych olejów przekładniowych.
Obejmuje ona 7 klas. Od klasy 70W dla przekładni pracujących w strefie polarnej (-55�C), do
klasy 250, olejów do przekładni pracujących w warunkach tropikalnych (41mm2/s w temp.
100�C).
Poza lepkością wa\
ną, z technicznego punktu widzenia, właściwością oleju jest zmiana tej
lepkości wraz ze zmianą temperatury. Jest ona określana liczbowo przez wskaz
nik lepkości WL
(w literaturze angielskojęzycznej przez VI - Viscosity Index). Im większa liczba tego wskaz
nika
tym mniejsza zmiana lepkości w funkcji zmian temperatury. Dla nieuszlachetnianych olejów mi-
neralnych, wartość tego wskaz
nika wynosi 70-80, dla powszechnie stosowanych olejów silniko-
wych 90-130, a dla syntetycznego oleju silikonowego a\
500.
10.3.2. Nie obcią\
ające środowisko oleje techniczne
Du\
y asortyment produktów w ka\
dej z grup olejów technicznych posiadających ukierunko-
wane pod określone zastosowania własności, jak i nowe techniki smarowania dają współczesnym
konstruktorom mo\
liwości kształtowania węzłów tarcia w sposób odbiegający od znanych z
przeszłości standardów. Rozpatrując proces smarowania w aspekcie ekologicznym wa\
ne są
równie\
, poza właściwościami technicznymi środków smarowych, ich toksyczność dla człowieka
i środowiska, rakotwórczość i mutagenność oraz cecha, na którą zwraca się coraz większą uwagę,
zwana biodegradowalnością.
10.3.2.1. Biodegradowalność
Najwa\
niejszą, z punktu widzenia ochrony środowiska właściwością oleju technicznego jest
jego biodegradowalność. Cechą tą mo\
na najogólniej określić zdolność oleju (związków che-
micznych) do rozkładu w obecności tlenu na dwutlenek węgla i wodę w wyniku aktywności mi-
kroorganizmów. Nale\
y jednocześnie pamiętać, \
e pojęcia "biodegradowalny" i "nietoksyczny"
nie są równowa\
ne. Środek nietoksyczny nie zawsze jest biodegradowalny, podczas gdy środek
toksyczny mo\
e być biodegradowalny.
Znanych i stosowanych jest na świecie kilka testów oceny biodegradowalności. Najwa\
niej-
sze z nich zebrano w tabeli 10.2.
Metoda CEC-L33-A-93 (dawniejsza CEC-L33-T-82) jest najstarsza i najbardziej rozpo-
wszechniona. Powstała w latach 1976-79 w Szwajcarii i miała początkowo charakter lokalny, ja-
ko certyfikat wymagany od olejów silnikowych stosowanych do napędu łodzi motorowych i tabo-
Tabela 10.2. Testy biodegradowalności
czas
L.p. Test Szczepionka Rodzaj analizy
[dni]
1 CEC-L-33-A-93 bakterie z oczyszcz. ścieków 21 analiza w podczerwieni
2 Closed Bottle (OECD bakterie ze ścieków 28 zanik tlenu O2
301D, EPA 796.3200) komunalnych
(zapotrzebowanie na tlen)
3 (OECD 301E, jw. 19 oznaczenie organicznego
EPA 796.3240) węgla
4 STURM (OECD 301B, bakterie z oczyszczalni ścieków 28 ilość powstałego CO2
EPA 796.3260)
5 Zmodyfikowany test osady kanalizacyjne z 10-ciu 14 zanik tlenu O2
MITI (OECD 301C) osadników
6 AFNOR (Francja) bakterie z oczyszcz. ścieków 28 ozn. organicznego węgla
OECD - Organization for Economic Cooperation and Development
CEC - Coordinating European Council for Development of Performance Tests for Lubricants and Engine Fuels
5
ru pływającego po Jeziorze Bodeńskim (RFN). Doskonalona na przestrzeni lat, przyjęta została
jako ogólnie obowiązująca w większości krajów europejskich. W roku 1993 uruchomiono rów-
nie\
w Instytucie Technologii Nafty w Krakowie badania biodegradowalności olejów metodą
CEC-L-33-A-93 (dawniejCEC-L-33-T-82).
Badania tą metodą pozwalają na określenie biodegradacji środka smarowego w środowisku
wodnym, bez względu na to czy środek ten jest w wodzie rozpuszczalny czy te\
nie. Badana
próbka ulega rozkładowi biologicznemu w obecności mikroorganizmów pochodzących z miej-
skich oczyszczalni ścieków i odpowiedniej po\
ywki. Oznaczenie stopnia rozkładu polega na po-
miarze, metodą analizy w podczerwieni, stę\
enia węglowodorów badanej próbki na starcie i po
upływie 21 dni. W trakcie trwania testu, roztwór badanej próbki wraz z po\
ywką i odpowiednią
dawką mikroorganizmów poddawany jest wytrząsaniu w ciemności. Równolegle badaniu podda-
wane są dwie substancje kalibracyjne, odpowiadające niskiemu i wysokiemu stopniowi biodegra-
dacji. Substancją kalibracyjną na niski stopień biodegradacji jest olej biały, ulegający rozkładowi
w 25-40%, zaś na stopień wysoki - związek chemiczny o nazwie adypinian-di-izotridecylu, roz-
kładający się w czasie 21 dniowej próby w 75-95%. Oznaczenie biodegradacji ww. metodą jest
powszechnie stosowane, zarówno dla cieczy bazowych, dodatków jak i do produktów finalnych.
Wiele krajów wprowadziło specjalne znaki graficzne (logo), wyró\
niające biodegradowalne
środki smarowe, które spełniają
100
wg. CEC-L-33-T-82
wymagania niezbędne dla przy-
%
*wg. OECD
znania znaku "Niebieskiego
80
Anioła" (w Niemczech) lub
"Nordyckiego A
abędzia" (w
krajach skandynawskich).
60
Aby środek smarowy mógł
uzyskać znak "Niebieskiego
40
Anioła", to rozkład biologiczny
w teście CEC-L-33-T-82 lub
20
mu podobnych jak STURM,
MITI, czy AFNOR, musi wy-
nosić co najmniej 80%. Przy-
kłady stopnia rozkładu biolo-
olej olej polietyleno- estry oleje
gicznego niektórych olejów
mineralny wazelinowy glikole syntetyczne roS
linne
smarowych pokazano na
Rys.10.3. Biodegradowalność ró\
nych gatunków oleju
rys.10.3.
10.3.2.2. Toksyczność środków smarowych
Określa się ją powszechnie w czterostopniowej skali ich szkodliwości dla wody. Europejski
system klasyfikacji surowców i finalnych produktów pod kątem ich toksyczności zastał opraco-
wany w Niemczech i definiuje cztery klasy szkodliwości środków smarowych dla wody (Wasser-
gef�hrdungsklassen), z których klasa:
WGK 0 - środek ogólnie nie zagra\
ający wodom
WGK 1 - słabo zagra\
ający wodom
WGK 2 - zagra\
ający wodom
WGK 3 - mocno zagra\
ający wodom.
6
W literaturze angielskojęzycznej występują a\
trzy oznaczenia, będące odpowiednikami kla-
syfikacji WGK: WHL (Water Hazard Levels), WHC (Water Hazard Classes), a tak\
e WPC (Wa-
ter Polution Classes). Oznaczenia te nale\
y traktować jako synonimy.
Przypisanie klasy WGK nie jest wynikiem jednego testu, lecz podsumowaniem trzech oznaczeń:
- testu toksyczności dla ssaków
- testu toksyczności dla ryb,
- testu toksyczności dla bakterii.
Tabela 10.3. Testy toksyczności stanowiące podstawę do obliczania liczby szkodliwości LS
Badana cecha metoda badań Liczba szkodliwości LS
1. Toksyczność dla ryb OECD 203 LS1 = 1,9 - 6
2. Toksyczność dla bakterii DIN 38412 L8 LS2 = 1,9 - 6
3. Toksyczność dla szczurów
OECD 401 LS3 = 1 - 7
lub dafni - oznaczenie LD50
Ka\
dy test kończy się określonym wynikiem liczbowym (tabela 10.3), który mo\
na by w ję-
zyku polskim nazwać "liczbą szkodliwości" (LS), co odpowiadałoby niemieckiej nazwie "Wass-
ergef�hrdungszahl" (WGZ), czy angielskiej AN (assesment number). Wypadkowa liczba szko-
dliwości jest średnią arytmetyczną wyników trzech niezale\
nych testów toksyczności, które poda-
je się w określonych granicach liczbowych (p. tabela 10.4).
Wypadkowa liczba szkodliwości obliczana jest ze wzoru: LS = (LS1+LS2+LS3)/3
Tabela 10.4. Określenie klasy WGK na podstawie wypadkowej liczby szkodliwości
Liczba szkodli-
0 - 1,9 2 - 3,9 4 - 5,9
e"6
wości
Klasa WGK 0 1 2 3
Aby produkt mógł uzyskać certyfikat Niebieskiego Anioła, klasa jego toksyczności nie mo\
e
przekraczać wartości LS odpowiadających 0 lub 1 klasie WGK. W Polsce testy ekotoksyczne, do-
tyczące szkodliwości produktów smarowych dla ssaków, bakterii, skorupiaków i ryb są wykony-
wane wybiórczo przez ró\
ne jednostki badawcze, zajmujące się ochroną lub in\
ynierią środowi-
ska - brak jednak jak dotąd informacji o tym, \
e w kraju prowadzi się kompleksowe badania na
określenie klasy toksyczności WGK.
10.3.2.3. Rakotwórczość (kancerogenność) i mutagenność
Wywołują ją w środkach smarowych między innymi wielopierścieniowe węglowodory aroma-
tyczne (WWA np. fluoren C13H10, piren C16H10, benzopiren C20H12), zawarte zwykle w olejach
mineralnych, stanowiących 80% stosowanych w świecie produktów smarowych. Udział WWA w
mineralnych olejach smarowych wynika ze sposobu rafinacji frakcji ropy naftowej, z której wy-
twarzane są te oleje. Zjawisko oddziaływania rakotwórczego jest przedmiotem powa\
nych badań,
prowadzonych zarówno przez producentów olejów bazowych jak i organizację IARC (Międzyna-
rodowa Organizacja Badań Raka), będącą agendą Naczelnej Organizacji Zdrowia przy ONZ.
Sposób rafinacji olejów bazowych jest uzale\
niony od rafinerii i mo\
liwości technicznych jej
instalacji. W Polsce najstarsze technologie w tym zakresie reprezentują rafinerie rozlokowane na
południu kraju. Bardziej nowoczesne instalacje posiada rafineria w Płocku i Gdańsku. Oprócz
7
sposobu rafinacji, istotny wpływ na zawartość WWA w produktach finalnych ma tak\
e pocho-
dzenie ropy naftowej.
Dla określenia rakotwórczości i mutagenności środków smarowych, przeprowadza się kosz-
towne i długotrwałe testy, które podzielić mo\
na na dwie grupy:
- Testy in-vivo prowadzone na \
ywych ssakach, w dłu\
szym okresie (nawet do dwóch lat) prze-
bywających w kontakcie z badanym produktem smarowym. Testy te pozwalają określić całość
zjawisk hormonalnych i immunologicznych zachodzących w organizmie zwierząt doświadczal-
nych (najczęściej myszy).
- Testy in-vitro przeprowadzane na wyizolowanych kulturach komórek ssaków lub na koloniach
bakterii, na poziomie biologiczno-molekularnym.
Tabela 10.5. Wpływ procesów rafinacji na zawartość WWA, rakotwórczość i mutagenność pro-
duktów smarowych
Rakotwór- IM WWA w
Frakcja olejowa
czość w % % masy
Frakcje olejowe nierafinowane
destylowany ekstrakt aromatyczny 85 17,0 19,0
lekki destylat parafinowy 54 10,0 12,0
mieszanina cię\
kich destylatów naftenowych 50 4,1 4,1
Frakcje olejowe po rafinacji metodą Edeleanu
ekstrahowany destylat parafinowy, rafin. SO2 i benzenem 4 2,4 3,1
destylat naftenowy rafinowany SO2 2 0 0,7
destylat naftenowy rafin. SO2 i ziemią odbarwiającą 0 0 0,2
Frakcje olejowe po selektywnej rafinacji rozpuszczalnikowej
destylat naftenowy rafinowany furfurolem 0 0 0,7
destylat parafinowy średnio rafinowany furfurolem 0 0 0,6
olej biały (techniczny i medyczny) 0 0 0,3
Frakcje olejowe po hydrorafinacji
hydrorafinowany ekstrakt oleju maszynowego 46 9,7 9,1
hydrorafinowany, neutralizowany destylat naftenowy 8 4,0 3,1
hydrorafinowany olej parafinowy o niskim WL 10 6,5 5,2
Frakcja olejowa po rafinacji ziemią odbarwiającą
destylat naftenowy, rafinowany ziemią odbarwiającą 26 9,1 10
Na podstawie wyników takich testów mo\
na udowodnić matematyczną zale\
ność między
zawartością WWA w oleju, a jego mutagennością oraz potencjalną rakotwórczością. Współczyn-
nik korelacji między indeksem mutagenności (IM) a zawartością WWA wynosi 0,974, zaś w
przypadku skórnej rakotwórczości 0,862. Zamieszczona powy\
ej tabela 10.5, ilustruje ten zwią-
zek w kategoriach ilościowych.
8
Poza WWA, działanie rakotwórcze wykazują niektóre dodatki wchodzące w skład środków
smarowych. W badaniach emulsji chłodząco-smarujących wykryto np., \
e związkami takimi są
ró\
nego typu azotyny, stosowane jako emulgatory i substancje stabilizujące. Są one nie tylko ra-
kotwórcze ale równie\
nierozkładalne biologicznie co powoduje ich akumulowanie się w glebie i
w wodzie.
Na listę rakotwórczych związków wciągnięto ostatnio w USA równie\
związki baru, stoso-
wane jako mydła zagęszczające w produkcji smarów plastycznych, sporządzanych na bazie ole-
jów syntetycznych. Przepisy odnoszące się do eliminowania rakotwórczych składników z produk-
tów smarowych, obowiązujące w USA zablokowały np. tamtejszy rynek zbytu dla powszechnie
stosowanych i wysoko cenionych smarów plastycznych z rodziny ISOFLEX, produkowanych
przez znaną firmę Kl�ber Lubrication (RFN). Aby ratować sytuację firma ta musiała w krótkim
czasie opracować zastępcze receptury tych smarów, bez udziału mydeł barowych.
Dla polepszenia właściwości u\
ytkowych współczesnych olejów technicznych i smarów pla-
stycznych dodaje się do nich, obok składnika podstawowego jakim jest zwykle olej mineralny,
syntetyczny lub naturalny, szereg dodatków uszlachetniających. Niektóre z nich są powa\
nym za-
gro\
eniem dla człowieka bezpośrednio (alergie, nowotwory skóry, podra\
nienia oczu itp.) i dla
środowiska (akumulacja, długi rozkład biologiczny). W wielu krajach obowiązuje np. przestrze-
ganie zakazu stosowania do uszlachetniania środków smarowych związków chloru i fosforu,
formaldehydu, polichlorowanych bifenyli (PCB), wspomnianych ju\
azotynów i związków baru.
10.3.3. Oleje bazowe
Podstawowym, jak dotąd składnikiem środków smarowych tak płynnych jak i plastycznych
są oleje mineralne. Dominują one równie\
w grupie olejów hydraulicznych i technologicznych.
W ostatnich latach mo\
na zauwa\
yć zdecydowaną tendencję do zmian, mających swoje wielora-
kie uzasadnienie, a le\
ących w szczególności w obszarze uwarunkowań ekologicznych. Ich udział
w ogólnym bilansie zu\
ycia olejów wynosi obecnie 80% i systematycznie spada. Swoją przodują-
cą pozycję zawdzięczają one niskiej stosunkowo cenie i opanowanej technologii rafinacji. Z racji
swojej małej trwałości termooksydacyjnej, niekorzystnej charakterystyce temperaturowo-
lepkościowej, i du\
ej odparowalności, nie mogą być stosowane powy\
ej temperatur od 90 do
120�C. W zestawieniu z innymi olejami wygląda to jak w poni\
szej tabeli 10.6.
Tabela 10.6. Biodegradowalność i dopuszczalne temperatury ciągłej pracy olejów technicznych
Dopuszczalna temp. pra-
Rodzaj oleju Biodegradowalność w %
cy w �C
estry oleju rzepakowego 90-100 50 - 60(80)
oleje mineralne 20-30 90 - 120
polietylenoglikole (PEG) 90 150
polialkiloglikole (PAG) 10-60 150 - 160
polialfaolefiny (PAO) 0-60 170 - 180
oleje dwuestrowe > 90 170 - 180
polialkoholowe estry aromatyczne 0-20 200 - 240
Oleje pochodzenia organicznego, aktualnie stanowią zaledwie 1% w ogólnym bilansie, za-
czynają jednak odgrywać coraz większą rolę i to co najmniej z dwóch zasadniczych powodów:
- bo uzyskiwane są z surowców odnawialnych, zatem nie uszczuplają naturalnych zasobów ziemi,
- są biodegradowalne i w mniejszym stopniu ni\
inne oleje zanieczyszczają środowisko.
9
Najtańszym olejem organicznym jest olej rzepakowy. Przy zbiorach rzędu 25-30 q/ha, rocz-
nie z 1 hektara pola mo\
na uzyskać około 1 tony oleju rzepakowego. Nowoczesne odmiany rze-
paku - niskoerukowe (NE), zwane te\
jednozerowe, mają obni\
ony poni\
ej 0,5% szkodliwego dla
zdrowia poziom kwasu erukowego, a najnowsze odmiany, tzw. dwuzerowe, mają ponadto znacz-
nie obni\
ony poziom związków siarki.
Naturalny olej rzepakowy zbudowany jest z cząstek trójglicerydów, trójestrów, gliceryny i
kwasów tłuszczowych. Oleje organiczne w swej surowej postaci nie nadają się do zastosowań
przemysłowych. W procesach zwanych transestryfikacją uzyskuje się przetworzone formy natu-
ralnego oleju rzepakowego w postaci glicerynowych estrów kwasów karboksylowych wy\
szych
rzędów. Podobnie jak i pozostałe oleje roślinne zawiera on nietrwałe termicznie wiązania węglo-
wodorowe i etylenowe oraz grupy estrowe, łatwo podlegające hydrolizie w środowisku wodnym,
co zresztą decyduje o ich szybkiej biodegradowalności. Mimo tych bardzo powa\
nych wad, oleje
rzepakowe stosowane są ju\
obecnie na szeroką skalę w przemyśle, między innymi jako do-
mieszki (do 3%) do olejów napędowych dla silników wysokoprę\
nych, poprawiając między in-
nymi pod względem ekologicznym skład spalin. W dziedzinie smarowania maszyn, stosowane są
ju\
powszechnie jako oleje smarowe do pił spalinowych, w kolejnictwie (smarowanie rozjazdów
oraz obrze\
y kół), jako oleje do form w budownictwie, a tak\
e coraz częściej jako oleje hydrau-
liczne do agregatów hydraulicznych występujących w maszynach rolniczych i drogowych. W tej
ostatniej dziedzinie zastosowania widać wyraz
nie zwiększający się z roku na rok udział olejów
roślinnego pochodzenia w ogólnym bilansie olejów hydraulicznych.
Tabela 10.7. Porównanie właściwości oleju rzepakowego i mineralnego
Rodzaj oleju Olej rzepakowy Olej mineralny
Cecha z rafinacji solvent
Gęstość w g/ml 0,919 0,872
Lepkość w cSt 36 30
Wskaz
nik lepkości (VI) 214 105
Temperatura zapłonu w �C > 250 220
Liczba zasadowa mg KOH/g 0,3 < 0,01
Zawartość siarki w 0 19 300
Biodegradowalność w % 90 -100 30
Zawartość azotu w 0 21 150
Odparowalność mała (du\
y cię\
ar molekul.) du\
a
Odporność termooksydacyjna bardzo słaba mierna
Agresywność na uszczelnienia taka sama jak oleju mineralne- mierna
go
lepsze od oleju mineralnego
Własności tribologiczne (bardzo dobra smarność i anty- dobre
korozyjność)
Własności oleju smarowego, sporządzonego na bazie oleju rzepakowego w zestawieniu z
analogicznymi własnościami oleju mineralnego przedstawiono w tabeli 10.7. Z dodatkami uszla-
chetniającymi, inteligentnie dobranymi, rafinat oleju rzepakowego uzyskuje doskonałe własności
antykorozyjne, antyzu\
yciowe i antypienne. Bez inhibitorów znacznie zwiększa swoją lepkość w
procesie starzenia, co jest wynikiem procesów polimeryzacyjnych. Ten efekt starzenia stwarza
10
pewne problemy eksploatacyjne np. w układach hydraulicznych gdzie z powodu tworzących się w
rozdzielaczach osadów, mogą wystąpić zakłócenia w sterowaniu. W zastosowaniu do pojazdów
szynowych wycieki spolimeryzowanego (zu\
ytego) oleju rzepakowego mogą powodować okleja-
nie szyn i tym samym problemy z hamowaniem. Estry oleju rzepakowego mieszają się z olejem
mineralnym w ka\
dym stosunku - z wodą bardzo słabo (0,1%). Przepracowanych olejów rzepa-
kowych nie mo\
na poddawać powtórnej rafinacji - podlegają one spalaniu.
Coraz szersze stosowanie oleju rzepakowego w przemyśle ma te\
swoje uzasadnienie w a-
spekcie kształtowania polityki rolnej państw, w których występuje nadprodukcja \
ywności np. w
krajach Europy Zachodniej (zmniejszenie areału ziemi le\
ącej odłogiem i jednoczesne zmniej-
szenie importu ropy naftowej). W Polsce, zajmującej trzecie miejsce na liście światowych produ-
centów rzepaku, pod uprawę rzepaku mo\
na wykorzystać rozległe tereny, ska\
onej przez prze-
mysł ziemi Zagłębia Miedziowego lub Górnego Śląska.
Poza olejem rzepakowym stosuje się w przemyśle równie\
takie oleje roślinne jak: lniany,
słonecznikowy i inne, a tak\
e tłuszcze zwierzęce, w szczególności łój.
- Oleje syntetyczne tworzy liczna, wcią\
rozrastająca się, grupa olejów uzyskiwanych na drodze
syntezy chemicznej. Wyró\
niają się one dobrą charakterystyką lepkościową, stabilnością termo-
oksydacyjną i małą odparowalnością, co umo\
liwia ich zastosowanie do smarowania węzłów tar-
cia, w których występują wysokie temperatury. Najbardziej popularne z grupy olejów syntetycz-
nych są - oleje estrowe. Otrzymuje się je między innymi z surowców pochodzenia roślinnego. Na
obecnym etapie technologii olejów estrowych istnieje mo\
liwość uzyskiwania du\
ej ró\
norodno-
ści kompleksowych estrów w szerokiej gamie lepkości. Rozró\
nia się:
- alifatyczne estry kwasu dwukarboksylowego,
- polialkoholowe estry,
- aromatyczne estry,
- kompleksowe estry.
Oleje estrowe nie podlegają hydrolizie, nawet w podwy\
szonych temperaturach i nie są roz-
puszczalne w wodzie. Ta ostatnia cecha ogranicza migrację oleju w gruncie, co tym samym zapo-
biega ska\
eniu wód gruntowych. W porównaniu z olejem rzepakowym oleje estrowe mają ni\
szą
temperaturę krzepnięcia. Podstawowe własności fizyczne i tribologiczne produkowanych olejów
estrowych pokazano w tabeli 10.8.
Tabela 10.8. Własności fizyczne i tribologiczne olejów estrowych
Rodzaj oleju Cię\
ar właśc. Temp. krzep. Lepkość Wskaz
nik Względny
w g/ml w �C w cSt/40�C lepkości VI wskaz
nik zu\
.
olej rzepako-
0,98 -5 32 210 1,0
wy
kompleksowy
1,05 -30 800 175 0,5
olej estrowy
jw. o m. lepk. 1,01 -35 75 130 0,7
trójmetylopro-
0,96 -50 37 155 1,0
penowy ester
Oleje estrowe znajdują zastosowanie w szczególności jako oleje bazowe do sporządzania
smarów plastycznych, "konstruowanych" pod określone potrzeby. Jako zagęszczacze mo\
na sto-
11
sować zarówno stearynian litu jak i zagęszczacz krzemowy czy bentonitowy. Oleje estrowe są
niezwykle cennym składnikiem wszelkiego rodzaju suspensji, nadając im wyjątkową trwałość -
większą ni\
suspensji na bazie oleju mineralnego. Bardzo dobre efekty uzyskuje się przez stoso-
wanie estrów do smarowania węzłów tarcia wykonanych z tworzyw sztucznych np. pary
PCV/Polietylen.
Oleje estrowe mają szereg cennych zalet:
- mieszają się z wszystkimi olejami i niemal wszystkimi dodatkami uszlachetniającymi,
- mają dobre własności smarne,
- niską odparowalność, a są przy tym trudnopalne, (folia)
- nie wykazują lub mają niewielką toksyczność,
- dobra biodegradowalność (84% ale nie wszystkich estrów),
- mają du\
ą trwałość termooksydacyjną (wydłu\
one okresy wymiany oleju),
- naturalny brak skłonności do pienienia,
- nie pozostawiają osadów i nagarów,
- mają bardzo dobre własności w niskich temperaturach,
- dobre własności antykorozyjne,
- dobrą filtrowalność (znacznie lepszą ni\
oleje rzepakowe).
Z racji swoich licznych, cennych zalet oleje estrowe znajdują szerokie zastosowanie w tech-
nice smarowania maszyn. Niektóre z nich wymieniono w zestawieniu pokazanym w poni\
szej ta-
beli 10.9.
Tabela 10.9. Przykłady zastosowania olejów estrowych
Zastosowanie oleje oleje oleje do oleje oleje sil- oleje do oleje
Rodzaj hydraul. przekład. smarów do pił nikowe sprę\
arek turbi-
oleju estrowego plastycz. motor. nowe
dwuestry alifatyczne X X X - X X X
dwuestry aromatyczne - X X - - X -
estry polialkoholowe X X X - X - X
estry polimerowe - X X - X - -
estry kompleksowe X X - - X - -
estry naturalne (o. rzep.)
X - - X - - -
- Oleje poliglikolowe. Jest to grupa olejów syntetycznych o zró\
nicowanych właściwościach.
Wszystkie jednak charakteryzuje niska temperatura krzepnięcia i korzystna charakterystyka � =
f(T). Wskaz
nik WL (VI) = 150-270. Gęstość 0,9-1,1 g/ml. Lepkość od 20-40 cSt/40�C. Mogą być
stosowane w szerokim zakresie temperatur od -50 do + 200�C. Du\
a odporność na starzenie i ma-
ła odparowalność umo\
liwiają nawet pięciokrotne wydłu\
enie okresu wymiany oleju. Nie wolno
ich mieszać z olejami mineralnymi. Są agresywne w stosunku do lakierów, uszczelnień konwen-
cjonalnych, a nawet aluminium. Polietylenoglikole (PEG) są higroskopijne i dlatego nie powinny
być stosowane w otwartych układach smarowania. Pod względem biodegradowalności, tylko
PEG uznać mo\
na za olej, który odpowiada wymogom zakwalifikowania go do grupy olejów
szybko neutralizowanych w naturalnym środowisku.
- Oleje silikonowe stosuje się w szerokim zakresie temperatur od -50 do 250�C. Mają dobrą cha-
rakterystykę � = f(T) i du\
ą odporność na starzenie. Są nieprzydatne do smarowania silnie obcią-
12
\
onych powierzchni. W przypadku ło\
ysk tocznych nie powinno się ich stosować gdy P/C > 0,03.
Z racji bardzo niskiej temperatury krzepnięcia stosuje się je w technice kosmicznej i lotniczej, i to
najczęściej jako oleje bazowe do sporządzania silikonowych smarów plastycznych.
Cię\
ar właściwy - 1,2 g/ml. WL = 190 - 500 (!), � = 80 -170 cSt/40�C.
10.3.3.1. Mieszalność olejów technicznych
Z uwagi na mo\
liwość wystąpienia antagonizmów chemicznych, niedopuszczalne jest w za-
sadzie mieszanie olejów syntetycznych z olejami mineralnymi. Wyjątek stanowią tu oleje estro-
we. Równie\
mieszanie olejów syntetycznych między sobą jest w większości przypadków niedo-
puszczalne. Pewien pogląd na problem daje poni\
sza tabela 10.10.
Tabela 10.10. Mieszalność olejów smarowych
Rodzaj oleju estrowy poligli- silikonowy silikonowy alkoxyflu- mine-
kolowy metylowy fenylowy orowy ralny
estrowy - + O + O +
poliglikol. + - O O O O
silik.-metyl. O O - + O O
silik.-fenyl. + O + - O O
alkoxyfluor. O O O O - O
mineralny + O O O O -
+ - mieszanie dopuszczalne, O - mieszanie niedopuszczalne
10.3.4. Smary plastyczne
Są to środki smarowe często błędnie nazywane smarami stałymi, gdy tymczasem są to sub-
stancje koloidalne, składające się z oleju zagęszczonego mydłami i z licznych na ogół dodatków
uszlachetniających. W zakresie chemii smarów plastycznych nastąpił w ostatnich kilkunastu la-
tach ogromny postęp, w efekcie którego pojawiła się na rynku bardzo zró\
nicowana paleta sma-
rów zarówno wielofunkcyjnych jak i  skonstruowanych pod ściśle określone potrzeby. Mówi się
w takich przypadkach o smarach specjalnych lub specjalistycznych, spełniających warunki sta-
wiane przez określone węzły tarcia lub technologie (smary technologiczne).
W przeszłości smary plastyczne spełniały drugorzędną rolę w technice smarowniczej. Ich
stosowanie uzasadnione było tylko w przypadkach, w których ze względów konstrukcyjnych kło-
potliwe, lub wręcz niemo\
liwe było stosowanie oleju. W nowoczesnej technice smarowniczej,
smary plastyczne skutecznie wypierają smarowanie olejowe i to nawet w takich maszynach i
przypadkach, w których do niedawna było to nie do pomyślenia. Za przykład mo\
e tu posłu\
yć
smarowanie ło\
ysk tocznych wysokoobrotowych wrzecion obrabiarek.
Wzrost popularności i znaczenia smarów plastycznych przypisać mo\
na równie\
upo-
wszechnianiu się idei skąpego smarowania, którą w sposób najprostszy, a zarazem skuteczny
mo\
na praktycznie zrealizować stosując tzw. smarowanie bezobsługowe smarem plastycznym w
czasie monta\
u określonego węzła tarcia. Podstawową cechą fizyczną smarów plastycznych jest
ich konsystencja (tabl. 10.11).
Za powszechnie obowiązującą przyjęto klasyfikację NLGI (National Lubricating Grease In-
stitut - USA), która dzieli smary plastyczne na 9 klas konsystencji (p. tabela 10.11). Polska norma
(PN-58/C-04133) przyjęła amerykańską klasyfikację. Podstawą klasyfikacji jest tzw. penetracja.
Jednostką penetracji jest liczba niemianowana, odpowiadająca zagłębieniu się w smarze znorma-
lizowanego sto\
ka penetracyjnego, o wadze 150 g przy temperaturze 25�C, w czasie 5 sekund.
13
Zagłębienie to wyra\
a się w dziesiątych częściach mm. Im zatem większa jest liczba wyra\
ająca
penetrację, tym bardziej miękki jest smar plastyczny.
Tabela 10.11. Klasy konsystencji smarów plastycznych
Klasa Penetracja w 250C po ugniataniu Stan Uwagi
konsystencji NLGI PN-72/C-04095
000 445-475 powy\
ej 440 prawie płynny smary plastyczne wykazu-
00 400-430 powy\
ej 395 prawie płynny jące w temperaturze poko-
0 355-385 350-390 wyjątkowo miękki jowej własności cieczy
1 310-340 305-345 bardzo miękki smary plastyczne w
2 265-295 260-300 miękki konsystencji wazeliny
3 220-250 215-255 średnio miękki
4 175-205 170-210 średnio twardy smary plastyczne  twarde
5 130-160 125-165 twardy o własnościach zbli\
onych
6 85-115 80-120 bardzo twardy do własności wosku
Drugą po konsystencji wa\
ną cechą smaru jest rodzaj zagęszczacza. Do zagęszczania oleju
stosuje się najczęściej związki metali: glinu, litu, sodu, wapnia, baru lub tzw. mydła komplekso-
we. Jako zagęszczacze mogą równie\
słu\
yć substancje nieorganiczne typu grafit, dwusiarczek
molibdenu lub bentonit. Coraz częściej pojawiają się te\
smary plastyczne syntetyczne, sporzą-
dzane na bazie olejów i zagęszczaczy syntetycznych np. mocznikowych. Odrębną grupę stanowią
smary węglowodorowe np. wazelina lub smary czarne. Są to oleje mineralne zagęszczone wę-
glowodorami typu parafina, cerezyna, lub asfalt.
Wa\
ną, z punktu widzenia u\
ytkownika cechą smaru plastycznego jest temperatura jego kro-
plenia. W przybli\
eniu mo\
na uznać ją za temperaturę topnienia smaru. Temperatury robocze
powinny być ni\
sze od temperatury kroplenia o 20 - 30�C, a nawet więcej.
Smarnością nazywa się właściwość substancji, charakteryzującą się oddziaływaniem na ele-
menty maszyn w warunkach smarowania granicznego. Opisuje ona podatność do wytworzenia
warstwy granicznej, w wyniku adsorpcji chemicznej substancji smarnej na powierzchniach wę-
złów tarcia. Miarą smarności jest trwałość warstwy granicznej, mierzona zwykle metodami po-
średnimi, przez pomiar współczynnika tarcia, oporów tarcia lub stopnia zu\
ycia elementów w o-
kreślonych warunkach.
Jedną z cech smaru plastycznego lub oleju jest jego odporność na utlenianie, czyli na tworze-
nie związków chemicznych z tlenem. Zale\
y ona od składu chemicznego oraz skuteczności od-
działywania dodatków przeciwutleniających. Większą podatność na utlenianie posiadają smary
zawierające zagęszczacze mydlane, mniejszą - zagęszczacz wodorowy. Utlenianie smaru powo-
duje zmiany jego składu chemicznego, wskaz
nika penetracji i innych cech. Podczas utleniania
powstają substancje kwaśne i alkaliczne, zwiększające korozję metalu. Inną cechą oleju lub sma-
ru jest odporność na pienienie się w wyniku nasycania się oleju powietrzem. Zachodzi ono w wy-
niku intensywnej pracy powodującej mieszanie oleju. Powstawanie nadmiernej ilości piany jest
przyczyną strat oleju i zanieczyszczenie środowiska, bowiem olej wypływa przez zawory odpo-
wietrzające i przez nieszczelności. Bardziej podatne na pienienie się podatne są oleje lekkie, o
małej lepkości, ale wytworzona piana nie jest trwała. Oleje cię\
kie (o większej lepkości) trudniej
się pienią, ale wytworzona piana jest trwała.
Zbiorcze zestawienie własności najpopularniejszych smarów plastycznych podano w tabeli
10.12.
14
Tabela 10.12. Ogólne własności smarów plastycznych
RODZAJ SMARU W A
A S N O Ś C I + + + b. dobre, + + dobre, + przeciętne, - złe
ZAG
SZCZACZ Olej Zakres Temp. Odporność Ochrona Odporność Relacja Przydatność UWAGI
rodzaj mydło bazowy temp. 0C kropl. 0C na wodę korozyjna na naciski cenowa * dla ło\
. toczn.
pracuje w obecności wody
normalny glinowe mineralny -20....70 120 + + + + 2,5 - 3 +
nie reaguje z wodą (działa uszczel-
wapniowe -30....50 80....100 + + + + + + 0,8 +
niająco).
+ + + + + + 1 + + + smar wielofunkcyjny
litowe -35....130 170....200
- + + + + + 0,9 + + emulguje z wodą (wymywany
sodowe -30....100 150...190
przez wodę)
komplex glinowe mineralny smar wielofunkcyjny
-30....160 260 + + + + + + + 2,5 - 4 + + +
barowe smar wielofunkcyjny, odporny na
-30....140 220 + + + + + + + 4 - 5 + + +
parę wodną
wapniowe -30....160 240 + + + + + + 0,9 - 1,2 + + + smar wiel., skłonny do twardn.
sodowe -30....130 220 + + + + + 3,5 + + + smar wielofunkcyjny
litowe -30....150 240 + + + + + 2 + + smar wielofunkcyjny
w niskich temperaturach. i wyso-
normalny litowe estrowy -60....130 190 + + + 5 -6 + + +
kich prędkościach obrotowych
komplex barowe estrowy -60....130 200 + + + + + + + 7 + + + niskie temp., wysokie prędkości
obrotowe, średnie obcią\
enie
litowe estrowy -40....180 240 + + + + 10 + + + dla szczeg. szerok. zakresu temp.
litowe silikonowy -40....180 240 + + + - 20 + + jw., jednak P/C<0,03
bentonitowy poli- mineralny -20....150 nie występ. + + + - + 2 - 6 + + wysokie temp., niskie naciski
mocznikowy -25....160 250 + + + + + + 3 + + + szeroki zakres temp., średnie obc.
polimocznikowy silikonowy -40....200 250 + + + + - 35 - 40 + + wys. i niskie temp., małe obcią\
.
polimocznikowy fluoro-
-40....200 250 + + + + + 100 + + + wys. i niskie temp., śr. obcią\
.
silikonowy
PTFE (czterofluoro- alkilo- obydwa smary do stosowania w
-50....250 nie wyst. + + + + + + 150-400 + + +
etylen) fluorowy ekstremalnie szerokim zakresie
FEP (fluoroetylen, flu- fluorowo- temp. B. dobra odporność na
-40....230 nie wyst. + + + + + + 120 + + +
oropropylen) silikonowy chemikalia i rozpuszczalniki.
* Odniesiona do ceny smaru litowego na bazie oleju mineralnego z
ródło: FAG Publ. Nr 81 115DA
15
10.3.4.1. Smary plastyczne a środowisko
W przeciwieństwie do olejów smarowych, smary plastyczne niemal w całości przechodzą z
procesów smarowania (węzłów tarcia) do środowiska, a są to ilości niemałe - około 1000 ton
rocznie dla Dolnego Śląska i np. 35.000 ton dla RFN. Ze względu na stosunkowo skromny udział
(5-8%) smarów plastycznych w ogólnym bilansie środków smarowych, od niedawna dopiero za-
częto prowadzić systematyczne badania nad ich biodergradowalnością i opracowywaniem no-
wych receptur, które pozwoliłyby wyprodukować smary plastyczne spełniające kryteria przyzna-
wania certyfikatu "Niebieskiego Anioła". W ostatnich latach pojawia się coraz więcej smarów,
które odpowiadają tym kryteriom w pełni, lub z du\
ym przybli\
eniem. Ogólnie rzecz biorąc re-
ceptura rozkładalnego biologicznie smaru plastycznego zawiera:
OLEJ BAZOWY w ilości 75 -95%, który powinien być z grupy:
- naturalnych, rzepakowych olejów estrowych (trójglicerydy),
- syntetycznych estrów,
- olejów glikolowych.
ZAG
SZCZACZ w ilości 5 -20%, z grupy:
- mydła metalowe (litowe(?), wapniowe, litowo-wapniowe),
- zagęszczacze nieorganiczne (bentonity, krzemian glinu, grafit, tlenki i
wodorotlenki metali np. tlenek cynku)
- zagęszczacze organiczne (polimocznikowe, polimery),
- aluminiowe mydła kompleksowe.
DODATKI w ilości 1 - 8%
(wg. normy RAL-UZ 64 muszą być biodegradowalne gdy ich udział przekracza 5%)
- antyoksydacyjne (aminy, fenole),
- inhibitory korozji (pochodne kwasów tłuszczowych),
- dodatki typu EP (związki siarki i fosforu).
Dodatki są wa\
nym składnikiem smaru i często decydują o jego jakości i mo\
liwości zasto-
sowania maszynie. Często są to dodatki wielofunkcyjne, jak sole cynkowe i sole innych metali
np. Acorox88, MNIIP22, Lubrizol 944. Dodatki smarne (1-1,5%) zwiększają trwałość filmu ole-
jowego. Są to zwykle organiczne związki siarki jak Anglomol 31, Santopoid 22, 32, 44. Dodatki
przeciwkorozyjne nie dopuszczają do bezpośredniego oddziaływania chemicznego z metalem
tlenków i kwasów powstałych w czasie starzenia oleju. Ponadto zobojętniają one związki kwa-
śne. Są to równie\
pochodne organiczne siarki, a tak\
e fosforu, najczęściej jest to Santolube AR
lub MT-4. Dodatki EP (na wysokie naciski) mają za zadanie polepszyć zdolność oleju i smaru do
przenoszenia du\
ych obcią\
eń i właściwe smarowanie przy du\
ych naciskach jednostkowych.
Często jeden dodatek spełnia wiele ró\
nych zadań w smarze.
Nie ulega wątpliwości, \
e rozkładalny biologicznie smar plastyczny wymaga stosowania do
jego produkcji biodegradowalnych olejów bazowych. Będą to w szczególności oleje estrowe -
rzadziej poliglikole i oleje organiczne. Co się tyczy zagęszczaczy, to najczęściej (90 -95% przy-
padków) stosuje się do zagęszczania oleju mydła metali ziem rzadkich - litu, wapnia, sodu czy
baru, rzadziej substancje nieorganiczne jak np. bentonit. Z wymienionych wy\
ej zagęszczaczy
zadawalający stopień i szybkość biodegradacji wykazują jedynie mydła wapniowe. Nierozkładal-
ne, ale zarazem neutralne dla środowiska są zagęszczacze nieorganiczne, które w przyszłości z
pewnością odgrywać będą większą rolę ni\
dotąd. Korelację między biodegradowalnością olejów
16
bazowych i sporządzonych na ich bazie smarów (rys.10.4) plastycznych mo\
na stwierdzić wyraz
-
nie porównując wykresy na rys.10.3 i rys.10.4.
100
Ju\
dziś, przewidu-
% wg. CEC-L-33-T-82
jąc konsekwencje za-
ostrzających się przepi-
80
sów ochrony środowi-
ska, podjęto w wyspe-
60
cjalizowanych firmach
prace nad nowymi re-
cepturami smarów pla-
40
stycznych, przeznaczo-
nych w głównej mierze
20
dla taboru samochodo-
wego i szynowego oraz
maszyn budowlanych i
rolniczych. Jako pierw-
NLGI-K2 NLGI-K00/000 NLGI-K2 NLGI-K00/000 NLGI-K2
olej olej polietyleno- estry oleje sza w Europie, firma
mineralny wazelinowy glikole syntetyczne roS
linne
KAJO (RFN) opraco-
wała w 1992 roku, na
Rys.10.4. Biodegradowalność ró\
nych gatunków smarów plastycznych
bazie oleju estrowego,
dwa biodegradowalne smary plastyczne, które zdobyły certyfikat "Niebieskiego Anioła , spełnia-
jąc wymogi obowiązującej w tym zakresie normy RAL-UZ 64. Są nimi: niskotemperaturowy,
samochodowy smar KAJO-BIO G - do stosowania w temperaturze do 125�C, sporządzony na ba-
zie syntetycznych estrów i smar wielfunkcyjny KAJO-BIO-Gel-222, sporządzony na bazie oleju
rzepakowego i z powodzeniem stosowany w układach centralnego smarowania pojazdów samo-
chodowych i szynowych, np. do smarowania obrze\
y kół szynowych (w RFN 5000 ton rocznie).
Równie\
w ofercie firmy Aral znajdują się biodegradowalne smary plastyczne jak np. wap-
niowy smar Aral BAB 000, sporządzony na bazie olejów syntetycznych, przeznaczony do ukła-
dów centralnego smarowania pojazdów samochodowych i szynowych oraz maszyn drogowych,
rolniczych i budowlanych. Na bazie syntetycznych estrów sporządzono te\
inny smar tej firmy -
Aral BAB EP, przeznaczony dla silnie obcią\
onych węzłów tarcia w ww. maszynach.
10.3.5. Zagro\
enie dla środowiska i trwałość olejów i smarów (Uwaga  ten rozdział  NIE)
Oleje smarowe i smary plastyczne stanowią zagro\
enie dla środowiska na wszystkich eta-
pach ich stosowania. Mogą trafiać do otoczenia w czasie produkcji, transportu, napełniania ukła-
dów smarowania, w czasie pracy maszyny, wymiany, utylizacji, a szczególnie w czasie niekontro-
lowanych zrzutów bez utylizacji. Nie zagospodarowane produkty naftowe trafiają do gleby oraz
wód powierzchniowych i gruntowych, w czasie spalania emitowany jest dwutlenek siarki i metale
cię\
kie. Cechą wszystkich węglowodorów, zawartych w olejach mineralnych, jest ich znikoma
rozpuszczalność w glebie oraz skłonność do tworzenia na powierzchni wody trwałych, cienkich
warstewek, odcinających zbiornik wodny od dostępu atmosfery. Jeden kilogram produktów naf-
towych mo\
e zdyskwalifikować przydatność do celów spo\
ywczych około 1mln litrów wody.
Właśnie to skład chemiczny oleju determinuje jego wpływ na środowisko, stąd zwrot w kierunku
olejów biodegradowalnych. Ocenia się, \
e rocznie trafia do ekosystemu około 6 mln ton produk-
tów naftowych, z czego połowę stanowią zu\
yte oleje lub smary. Rocznie zbiera się 15 mln ton, z
17
czego 1,5 mln ton podlega powtórnemu przetworzeniu, zaś około 10,5 mln ton zu\
ywa się jako
paliwa energetycznego. Pozostała część trafia niestety do biosfery w nieprzetworzonej postaci.
Nawet w krajach rozwiniętych około 50% olejów i smarów ulega bezpowrotnemu zu\
yciu, prze-
dostając się do środowiska (odparowanie, wycieki, rozlania, wylania, mgła olejowa). Szczególnie
toksyczne są dodatki w olejach silnikowych. Zawierają one związki ołowiu, baru, azotyny, fosfo-
ran trójkrezylu, chlor. Nic więc dziwnego, \
e ciągle zwraca się uwagę na mo\
liwości poprawy ja-
kości tych olejów, właśnie pod kątem ekologii. Podejmuje się równie\
działania zmierzające do
wprowadzania zmian w konstrukcji silników tłokowych.
Oleje, przede wszystkim silnikowe, ulegają podczas eksploatacji zanieczyszczeniu substan-
cjami pochodzenia wewnętrznego i zewnętrznego. Jednym z głównych powodów zu\
ycia oleju
jest jego zanieczyszczenie produktami stałymi. Są to nierozpuszczalne produkty zu\
ycia smaro-
wanego urządzenia oraz pyły z atmosfery. Rozmiary zanieczyszczeń mieszczą się w granicach 10
do 200 �m. Po usunięciu zanieczyszczeń mechanicznych i wody większość eksploatowanych ole-
jów mo\
na nadal wykorzystać zgodnie z poprzednim przeznaczeniem. Specyficzną grupę zanie-
czyszczeń stanowią produkty starzenia, powstające w wyniku utleniania, rozkładu i polimeryzacji
węglowodorów oraz dodatków uszlachetniających, prowadzące do zmiany chemicznego składu
oleju. Zmianom podlega, co prawda, tylko część objętości środka smarnego, ale wystarcza to do
utraty kluczowych jego właściwości i zdolności smarnych. Zu\
yty olej w silniku staje się silnym
kwasem i grozi przyspieszoną korozją silnika. Rzecz dość dziwna, ale zu\
ywanie oleju w silniku
(np. przez wycieki) zmusza do stosowania dolewek, co odnawia olej, spowalnia procesy starzenia
i obni\
a zu\
ycie elementów silnika.
Jak dotąd brak jest wygodnych i wiarygodnych metod diagnostyki i kontroli stanu środka
smarowego w trakcie jego eksploatacji. Zatem decyzję o konieczności wymiany oleju podejmuje
się intuicyjnie, zwykle przedwcześnie, poniewa\
stan niezdatności oleju mo\
e być identyfikowa-
ny w sposób bardzo kosztowny - przez awarię maszyny lub silnika. Oczywiście, nawet częste
wymiany oleju są w takiej sytuacji bardziej opłacalne ni\
konieczność remontu, czy wymiany ma-
szyny. Dla silnika okres pomiędzy wymianą oleju ustala się na podstawie warunków eksploatacji,
np.: na podstawie przebiegu pojazdu, na podstawie czasu pracy silnika lub na podstawie ilości
zu\
ytego przez silnik paliwa. Po przewidzianym okresie olej jest wymieniany, niezale\
nie od je-
go stanu. Wydaje się, \
e wymagania ochrony środowiska będą coraz surowiej zmuszać u\
ytkow-
ników do:
- zmniejszenia emisji przepracowanych olejów do środowiska,
- podniesienia kultury eksploatacji olejów,
- zmniejszenia zu\
ycia olejów przez wydłu\
enie czasu ich pracy,
- zmniejszenie kosztów skupu olejów, regeneracji i utylizacji.
Wydłu\
anie czasu pracy oleju mo\
na uzyskać przez usuwanie z niego zanieczyszczeń me-
chanicznych. Nale\
y jednak pamiętać, \
e w miarę wydłu\
ania czasu pracy oleju zwiększa się w
nim ilość szkodliwych toksyn. Toksyczność przepracowanych olejów jest przede wszystkim wy-
nikiem kumulowania się w nich produktów przemiany składników oleju, a w silnikach, tak\
e pa-
liwa. Obecność substancji toksycznych mo\
e być tak\
e wynikiem niewłaściwie prowadzonej
zbiórki, przechowywania i transportu oraz zastosowania nieodpowiedniej metody przetwarzania i
regeneracji.
Rosnące zagro\
enie środowiska naturalnego stawia problem zagospodarowania przepraco-
wanych olejów w rzędzie kluczowych problemów ekologicznych. Najbardziej niebezpieczne dla
człowieka są substancje dobrze rozpuszczające się w tłuszczach obecnych w organizmie. Wiele
18
substancji wykazuje zdolność do kumulowania się w organizmach \
ywych. Tymczasem regene-
racja przepracowanych olejów jest kosztowna, a rozmiary instalacji nie pozwalają na jej stosowa-
nie u u\
ytkownika, nawet zu\
ywającego stosunkowo du\
e ilości olejów. Dlatego podstawową
metodą zmniejszenia zagro\
enia jest zbiórka i utylizacja olejów. Dodaje się je do ropy naftowej i
przetwarza równolegle z nią bądz
regeneruje się i ponownie wykorzystuje zgodnie z przeznacze-
niem. Kolejnym sposobem utylizacji jest spalanie oleju lub zu\
ycie go jako materiału impregna-
cyjnego. Regeneracja oleju jest droga z uwagi konieczność usunięcia z niego substancji toksycz-
nych i z uwagi na konieczność kontroli skuteczności tego procesu. Zatem najczęściej są one spa-
lane co prowadzi do nieracjonalnej gospodarki zasobami paliwowo-energetycznymi i do zanie-
czyszczania środowiska spalinami.
10.3.6. Smary stałe
Odmienną, niekonwencjonalną, ale odgrywającą coraz większą rolę grupę smarów tworzą
ciała stałe o budowie krystalicznej lub bezpostaciowej. Nale\
ą do nich takie substancje jak:
- grafit
- dwusiarczek molibdenu MoS2
- dwusiarczek wolframu WS2
- azotek boru
- proszki metali plastycznych (Ag, Au, Sn, Pb)
- proszki PTFE i innych tworzyw sztucznych
Pod względem ekologicznym smary tej grupy mo\
na uznać za neutralne, nie zanieczyszcza-
jące środowiska. Taka kwalifikacja jest umotywowana spełnieniem przez nie niemal wszystkich
kryteriów, jakie powinny cechować środki smarowe, których przedostawanie się do środowiska
nie powoduje w nim ujemnych skutków.
Mechanizm działania smarów stałych polega między innymi na tym, \
e "uzbrajają" po-
wierzchnie, wypełniając mikronierówności, a tym samym zwiększają rzeczywistą powierzchni
nośną współpracujących elementów. Niektóre smary stałe o specyficznej budowie krystalicznej
zawdzięczają swoje smarujące działanie zró\
nicowanej sile wiązań atomowych, działających w
poszczególnych płaszczyznach rozmieszczenia atomów, np. węgla w heksagonalnym układzie
krystalograficznym grafitu lub molibdenu i siarki w przypadku dwusiarczku molibdenu.
Dwusiarczku molibdenu lub wolframu nie powinno się stosować do smarowania powierzch-
ni nara\
onych na obecność wody z uwagi na mo\
liwość elektrochemicznej korozji.
W warunkach tarcia granicznego, kiedy to lokalnie na współpracujących powierzchniach
mogą wystąpić wysokie temperatury, dochodzi do reakcji chemicznej siarki z \
elazem o korzyst-
nych dla procesu tribologicznego konsekwencjach
MoS2 + 2 Fe 2FeS + Mo
Siarczek \
elaza podobnie jak dwusiarczek molibdenu ma budowę krystaliczną ze stosunko-
wo słabymi wiązaniami pomiędzy płaszczyznami rozmieszczenia atomów siarki, wolny molibden
natomiast dyfunduje do warstw przypowierzchniowych, uszlachetniając je pod względem wła-
ściwości antyciernych. Ułatwione jest dzięki temu wywołanie poślizgu między płaszczyznami o
słabych wiązaniach atomowych. Model działania smaru typu MoS2, FeS czy grafitu mo\
na przed-
stawić jak na rysunku 10.5.
19
Podło\
e
Podłoże
S
Powierzchnie
Mo
C
adhezji
S
i poS
lizgu Powierzchnie
i poślizgu
poS
lizgu
poślizgu
Mo
S
Mo
S
Mo
Podłoże
Podło\
e
Podło\
e
Podłoże
S
Struktura krystaliczna grafitu
MoS2
Podłoże
Podło\
e
Rys.10.5. Modele działania smarów stałych MoS2 i FeS.
W obecności tlenu MoS2 skutecznie chroni współpracujące powierzchnie przed zatarciem je-
\
eli temperatura tych powierzchni nie przekroczy 400�C, podczas gdy grafit mo\
na stosować do
600�C. W pró\
ni granice te le\
ą znacznie wy\
ej (1000 i 2000�C).
Smary stałe stosuje się w następujących postaciach:
- jako dodatki do olejów (2-3%) lub smarów plastycznych (do 10%) dla zapewnienia funkcji sma-
rowniczych w przypadku wystąpienia tarcia mieszanego, które mogło by być wynikiem du\
ych
nacisków lub małej prędkości względnej. Są to dodatki typu EP,
- jako pasty monta\
owe (du\
a gama past grafitowych i molibdenowych),
- sproszkowane substancje smarowe, do wcierania w uprzednio piaskowane powierzchnie,
- jako smary suche (lakiery), nanoszone na piaskowane lub fosforanowane powierzchnie aeroso-
lem lub pędzlem, z pomocą szybko odparowujących rozpuszczalników (powłoki T-S-T, co o-
znacza Tribo-System-Trockenschmierstoffe, AF-Coating),
- jako pasty wysokotemperaturowe,
- jako powłoki galwaniczne,
- jako samosmarujące materiały konstrukcyjne (liczna i rozrastająca się szybko grupa materia-
łów).
10.3.7. Samosmarujące materiały konstrukcyjne
Smarowanie węzłów tarcia jest w wielu przypadkach koniecznością i wyborem mniejszego
zła, mającym swoje uzasadnienie tak techniczne jak i ekonomiczne. Bezwzględnie jednak lepsze
są takie rozwiązania konstrukcyjne węzłów tarcia, które nie wymagają smarowania. Do ich bu-
dowy stosuje się samosmarujące materiały konstrukcyjne, wykazujące specyficzne właściwości
tribologiczne. We współczesnych konstrukcjach maszyn, nie tylko precyzyjnych, coraz częściej
wykorzystuje się materiały nie wymagających wcale, lub w ograniczonym tylko stopniu, smaro-
wania. Polimerowe, samosmarujące materiały konstrukcyjne takie jak poliamid czy polietylen z
domieszką grafitu, dwusiarczku molibdenu, proszki metali miękkich znajdują zastosowanie we
wszystkich niemal gałęziach przemysłu. Oferuje się je w postaci łatwych w u\
yciu, gotowych ło-
\
ysk, folii lub taśm, stwarzających atrakcyjną alternatywę proekologicznego rozwiązania proble-
20
mów tribologicznych.
Szczególnie cenne właściwości u\
ytkowe mają tworzywa sztuczne drugiej generacji takie jak
tetrafluoroetylen (teflon, PTFE), polieteroketony (PEK), poliamidy (PI), polietero-sulfony
(PES), stosowane jako materiały jednorodne, zmieszane ze sobą bądz
produkowane z dodatkiem
wypełniaczy. Mogą być stosowane przy znacznie większym obcią\
eniu ni\
porównywalne wy-
miarowo ło\
yska ślizgowe, smarowane olejem lub smarem plastycznym i to w zakresie tempera-
tur do 250-300�C. Ich trwałość jest uzale\
niona od obcią\
enia węzła i prędkości ruchu względne-
go współpracujących powierzchni.
Do samosmarujących materiałów konstrukcyjnych zaliczają się równie\
duroplasty, w szcze-
gólności epoksydowe i fenolowe \
ywice z domieszką stałych smarów typu grafit lub dwu-
siarczek molibdenu. Gotowe do monta\
u elementy ło\
yskowe uzyskuje się na drodze skrawania
z półwyrobów, lub nanosi się je na powierzchnie metodą szpachlowania po zmieszaniu \
ywicy z
utwardzaczem, gdy znajdują się jeszcze w stadium półpłynnym. Z takich materiałów wykonuje
się między innymi koszyki ło\
ysk tocznych nie wymagających smarowania, okładziny w połą-
czeniach prowadnicowych itp.
Przedstawicielem tej grupy materiałów jest Turcite-B, stosowany od wielu ju\
lat do budowy
połączeń prowadnicowych ró\
norodnych maszyn, a w szczególności obrabiarek. Turcite-B jest
spiekanym kompozytem zbudowanym na bazie teflonu (PTFE). Dobra obrabialność i wyjątkowo
du\
a odporność na ścieranie stwarzają dla tego materiału szerokie pole zastosowań.
Turcite-B produkuje się w postaci taśm, słu\
ących wyklejaniu powierzchni nara\
onych na
ścieranie (np. prowadnic, tulei itp.). Najlepsze właściwości tribologiczne wykazuje we współpra-
cy z bardzo twardymi (60 HRC lub 240 HB w przypadku \
eliwa) i gładkimi (Ra = 0,2 - 0,4 (0,8)
�m) powierzchniami. Do zasadniczych zalet tego materiału zaliczyć nale\
y:
- zapewnienie wolnego od stick-slipu przesuwu (mały, niemal stały współczynnik tarcia),
- du\
ą odporność na zu\
ycie ścier-
ne i du\
a w związku z tym trwa-
łość,
- niewra\
liwość na zatarcie i mo\
-
liwość pracy na sucho,
- niewra\
liwość na zabrudzenia,
- zdolność do tłumienia drgań,
- niska cena.
Współczynnik tarcia pary pro-
wadnicowej Turcite-B współpracu-
jącego w ró\
nych parach prowad-
Rys.10.6. Zale\
ność współczynnika tarcia od prędkości
nicowych pokazano na rysunku
10.6.
10.3.8. Nowoczesne materiały na uszczelnienia
Obcią\
enie środowiska, w procesach smarowania, jest w du\
ej mierze uzale\
nione od sku-
teczności zastosowanych uszczelnień. Skuteczne zabezpieczenie połączeń ruchowych przed wy-
ciekami środków smarowych, w przypadku gdy są to uszczelnienia dotykowe, w du\
ej mierze
uzale\
nione jest od jakości materiałów stosowanych na uszczelnienia. W ostatnich dwóch dzie-
21
sięcioleciach opracowano nowe kompozycje materiałów, o znacznie wydłu\
onej, w porównaniu
do dotychczasowych, trwałości. Wynika ona z małej wartości współczynnika tarcia oraz z du\
ej
odporności tych materiałów na ścieranie, oddziaływanie chemiczne i starzenie. Przykładem takiej
kompozycji materiałowej mogą być elastomery fluorowe, występujące na rynku pod firmową
(Du Pont) nazwą VITON. Jeszcze większą trwałością cechują się uszczelnienia wykonane z ma-
teriału o nazwie KALREZ (Du Pont), skutecznie spełniające swoje funkcje równie\
w podwy\
-
szonych temperaturach, nawet do 300�C.
Niezawodność i trwałość uszczelnień dotykowych mo\
na polepszyć stosując tzw. uszczel-
nienia hybrydowe. Tworzą je zwykle elastyczny rdzeń z kauczuku fluorowego lub silikonowego
powleczony cienką warstwą kopolimeru czterofluoroetylenu (TEFLON) z perfluo-ropropylenem
(FEP).
10.4. Techniki skąpego smarowania
10.4.3. Proekologiczne techniki smarowania
Stopień ska\
enia środowiska, wynikający ze stosowania określonej techniki smarowania jest
tym większy im więcej środków smarowych przedostanie się wprost lub pośrednio do środowiska
w procesie smarowania maszyny. .Mało obcią\
ające środowisko, techniki smarowania to takie, w
których:
- smarowanie odbywa się w układzie zamkniętym,
- stosuje się małe ilości środka smarowego,
- stosuje się oleje (smary) biodegradowalne, przyjazne środowisku,
- uzyskuje się maksymalną sprawność smarowanych węzłów (globalny aspekt energetyczny).
10.4.4. Racjonalność skąpego smarowania
Dwa ostatnie z wymienionych wy\
ej kryteriów, przyczyniły się w ostatnich kilkunastu latach
do zasadniczej rewizji dotychczasowych poglądów odnośnie do racjonalnego smarowania. Nie-
poślednią rolę odegrał równie\
rozwój teorii elastohydrodynamicznego (EHD) smarowania, która
pozwoliła wyjaśnić wiele niemo\
liwych do zinterpretowania, przy pomocy klasycznej teorii sma-
rowania hydrodynamicznego (HD,) zjawisk w smarowanych stykach Hertza. Pozwoliła ona rów-
nie\
na określenie naukowej definicji skąpego smarowania.
Przez skąpe smarowanie nale\
y rozumieć taki szczególny przypadek smarowania, w którym
ilość środka smarowego nie wystarcza, w warunkach pracy węzła tarcia, na wytworzenie się w
stykach Hertza (ło\
yska toczne, przekładnie zębate itp.) filmu smarowego o pełnej grubości, wy-
nikającej z teorii EHD-smarowania.
Badania i praktyka przemysłowa ostatnich lat potwierdziły wielokrotnie, \
e takie smarowanie
wcale nie musi oznaczać przyspieszonego zu\
ycia węzłów tarcia, a w przypadku du\
ych prędko-
ści ruchu względnego smarowanych powierzchni pozwala na znaczne zwiększenie sprawności
wysokoobrotowych ło\
ysk tocznych. Przykładem mogą być przytoczone dalej wyniki badań in-
tensywności zu\
ycia skąpo smarowanego ło\
ysk (rys.10.7) i strat energetycznych mierzonych dla
zespołu ło\
ysk tocznych wrzeciona szlifierki do otworów, smarowanych olejem podawanym w
ró\
nych ilościach (rys.10.8).
Skąpe smarowanie upraszcza równie\
problem doboru odpowiedniego co do lepkości oleju,
zmuszający często konstruktorów i u\
ytkowników maszyn do podejmowania kompromisowych
22
Rys.10.7. Intensywność zu\
ywania się skąpo sma-
Rys.10.8. Wpływ ilości oleju i prędkości obro-
rowanych ło\
ysk tocznych
towej ło\
ysk na straty mocy
decyzji. Przy pełnym smarowaniu EHD grubość
warstwy smarowej i z nią związane, negatywne konsekwencje energetyczne, zale\
ą bowiem bar-
dzo wyraz
nie od lepkości stosowanego do smarowania oleju. Przy skąpym smarowaniu nie tyle
lepkość co ilość oleju będącego w dyspozycji
węzła tarcia determinować będzie grubość war-
stwy smarowej. Za przykład mo\
e słu\
yć wy-
kres pokazany na rys.10.9.
Do proekologicznych technik smarowania,
najlepiej spełniających wymienione wy\
ej kryte-
ria, zalicza się bez wątpienia ka\
dy rodzaj sma-
rowania bezobsługowego, będącego specyficz-
nym przypadkiem smarowania w układzie za-
mkniętym. Realizowane ono mo\
e być z u\
y-
ciem smarów stałych, smarów plastycznych, lub
z pomocą oleju związanego w specjalnego typu
Rys.10.9. Straty mocy w ło\
yskach przy stosowaniu
porowatych materiałach konstrukcyjnych lub re-
ró\
nych gatunków oleju
zerwuarach oleju w postaci poduszek filcowych,
samoczynnych dozowników itp.
W przypadku konieczności stosowania olejowego smarowania węzłów tarcia w układach
otwartych, nacisk nale\
y poło\
yć na spełnienie drugiego kryterium (mała ilość oleju). Jest ono
wa\
ne w szczególności wówczas gdy du\
e są prędkości ruchów względnych smarowanych po-
wierzchni, bo zapewnia równocześnie maksymalną sprawność węzłów. Do techniki skąpego sma-
rowania olejowego zalicza się:
- smarowanie mgłą olejową,
- smarowanie powietrzno-olejowe,
- smarowanie natryskowe.
Na podkreślenie zasługuje fakt, \
e w nie wymienionej wy\
ej, a często jeszcze stosowanej,
23
technice centralnego smarowania impulsowego, zaznaczył się w ostatnich latach równie\
znaczą-
cy, proekologiczny rozwój. Pojawiły się bowiem na rynku dozowniki o nominałach 30 i 10
mm3/impuls, a w maszynach, w których stosuje się tę technikę, coraz częściej wykorzystuje się
komputerowo sterowane smarowanie adaptacyjne, umo\
liwiające dostosować intensywność sma-
rowania do intensywności pracy smarowanych węzłów.
Najprostszą jednak pod względem technicznym, najstarszą i najtańszą bez wątpienia techniką
skąpego smarowania będzie smarowanie z u\
yciem smarów plastycznych.
10.4.5. Dziedziny oraz racjonalne zasady stosowania smarów plastycznych
Smary plastyczne stosuje się zarówno w budowie maszyn jak i w ró\
nego rodzaju procesach
technologicznych. Bezsprzecznie dominującą dziedziną ich zastosowania jest smarowanie ło\
ysk
tocznych. Rozró\
nia się przy tym dwie techniki:
- smarowanie przewidujące dosmarowywanie węzłów tarcia w okresie ich eksploatacji,
- smarowanie bezobsługowe (for life lubrication), nie przewidujące dosmarowywania.
W zasadzie tylko ta ostatnia technika mo\
e być uznawana za technikę skąpego smarowania,
spełniającą w całej rozciągłości podaną wcześniej definicję. Mo\
liwość i skuteczność smarowa-
nia ło\
ysk tocznych smarami plastycznymi jest uwarunkowana:
- konstrukcją samego ło\
yska,
- wartością parametru n�"dm, charakteryzującego prędkość ruchu współpracujących powierzchni,
- obcią\
eniem ło\
yska,
- właściwościami samego smaru.
W sposób graficzny reguły stosowania sma-
rów plastycznych do ło\
ysk tocznych mo\
na
przedstawić jak na rys. 10.10.
W naszych, polskich warunkach, sceptycyzm
co do skuteczności i niepowodzenia przy stosowa-
niu smarów plastycznych mają często swoje z
ró-
dło w nieprzestrzeganiu elementarnych zasad czy-
stości przy przechowywaniu i u\
yciu smaru.
Otwarte i niezabezpieczone przed zanieczyszcze-
niem pojemniki ze smarem są częstym obrazem,
jaki napotyka się nawet w takich zakładach, w któ-
rych ogólna kultura techniczna jest nie najgorsza.
Konstruktorzy kształtując węzły ło\
yskowe nie
zawsze pamiętają o potrzebie istnienia tzw. komór
nadmiarowych, o regulatorach ilości smaru, o sku-
tecznym uszczelnieniu węzła. Niedostateczną
uwagę poświęcają zarówno producenci jak i u\
yt-
kownicy maszyn poprawnemu przeprowadzeniu
Rys.10.10. Reguły stosowania smarów pla-
tzw. fazy rozruchowej, w czasie której następuje
stycznych
uło\
enie się smaru w ło\
ysku.
10.4.5.1. Znaczenie i organizacja fazy rozruchowej
Właściwe przeprowadzenie fazy rozruchowej ma fundamentalne znaczenie dla dalszej pracy
ło\
yska tocznego, w szczególności wówczas gdy musi ono pracować z du\
ymi prędkościami ob-
rotowymi. Fazę rozruchową nale\
y przeprowadzać zarówno po zmontowaniu maszyny u produ-
24
centa, jak i po ka\
dym dosmarowywaniu ło\
ysk przez u\
ytkownika. Chodzi o to aby uzyskać po-
prawne rozło\
enie się smaru w ło\
ysku, a nie jego wytopienie, co zwykle ma miejsce przy nie-
umiejętnym przeprowadzeniu tej fazy.
Faza rozruchowa to krótkotrwałe okresy pracy przedzielone długimi zwykle okresami stu-
dzenia węzła ło\
yskowego. Je\
eli istnieje mo\
liwość pracy z ró\
nymi prędkościami, to wskazane
jest w poszczególnych cyklach fazy rozruchowej stopniowo zwiększać prędkość obrotową. Przy-
kład poprawnie zorganizowanej fazy rozruchowej pokazano na rysunku 10.11. Zaleca się kontro-
lowanie temperatury węzła w czasie trwania procesu układania się smaru w ło\
ysku. Nie powinna
ona przekraczać 80�C.
Nr cyklu Prędkość obrotowa x 103 obr/min U w a g i
0,5 1 1,5 2 2,5 3
W fazie rozrucho-
5 minut wej wskazana jest
1. 5 minut kontrola tempera-
1 minuta tury ło\
ysk.
Przerwa (minimum 2h)
5 minut Przyrost temperatu-
2. 2 minuty ry powy\
ej 80�C
Przerwa (minimum 2h) jest kryterium nad-
10 minut rzędnym, ograni-
3. 5 minut czającym czas
Przerwa (minimum 2,5h) trwania cyklu
15 minut
4. 5 minut
Przerwa (minimum 3h)
15 minut
5. 10 minut
Przerwa (minimum 4h)
15 minut
6. 20 minut
Rys.10.11. Przykład zorganizowania fazy rozruchowej
10.4.5.2 Smarowanie bezobsługowe
Jest to takie smarowanie, które wyklucza potrzebę dodatkowego smarowania węzłów tarcia
w okresie u\
ytkowania maszyny. Węzły tarcia, najczęściej ło\
yska toczne, są przez producenta
maszyny, zespołu lub wytwórcę samych ło\
ysk tocznych nasmarowane na cały okres ich póz
niej-
szej eksploatacji. Przykładem takich węzłów mogą być ło\
yska o budowie zamkniętej typu ZZ
(rys.10.12), ło\
yska zespołów wrzecionowych (rys.10.13), silników elektrycznych, sprzętu go-
spodarstwa domowego itp. - nie wymagające troski u\
ytkownika o ich dosmarowywanie.
10.4.5.3. Dosmarowywanie, regulatory ilości smaru
Je\
eli konstrukcja węzła tarcia, warunki jego pracy lub właściwości samego smaru nie za-
pewniają po\
ądanej trwałości, to konieczne jest dosmarowywanie. O potrzebie i częstotliwości
25
dosmarowywania decyduje
wielkość i prędkość obrotowa
ło\
yska, jego konstrukcja i ro-
dzaj smaru. Wykres na rysunku
10.14 informuje jakiego rzędu
okresy trwałości reprezentują
sobą wielofunkcyjne smary li-
towe, stosowane najczęściej do
smarowania ło\
ysk tocznych a
jaką smary na bazie olejów syn-
tetycznych. Tabela 10.13 poda-
Rys. 10.12. Uszczelnienia ło\
ysk typu ZZ o budowie zamkniętej,
je wartości współczynnika kt,
nasmarowanych na cały okres ich eksploatacji
niezbędnego do określenia wartości ilo-
czynu ktndm, opisującego oś odciętych
wykresu na rys. 10.14. W zale\
ności od
częstotliwości dosmarowywania - tygo-
dniowej, miesięcznej czy rocznej, zaleca
się stosować ilości smaru:
m1 = D �" �"
�" B �" x [ g ]
�" �"
�" �"
gdzie: x = 0,002 dosmarowywanie coty-
godniowe,
x = 0,003 co miesiąc,
x = 0,004 raz na rok.
Rys.10.14. Trwałość wielofunkcyjnych smarów
litowych i smarów syntetycznych
Przez odpowiednie ukształtowanie ele-
mentów węzła ło\
yskowego nale\
y zadbać o
to by w bezpośrednim otoczeniu ło\
yska zna-
lazły się komory nadmiarowe stanowiące
równie\
pewnego rodzaju rezerwuary smaru,
do których wypchnięty zostanie z ło\
yska je-
Rys.10.13. Przykłady ło\
yskowych zespołów wrzeciono-
go nadmiar. Sposób w jaki konstrukcyjnie
wych nasmarowanych smarem plastycznym na cały
mo\
na regulować ilość smaru w ło\
ysku po-
okres ich eksploatacji oraz przyrost temperatury w
kazano równie\
na rysunku 10.13.
przedniej podporze w funkcji prędkości obrotowej
wrzeciona (współczynnika szybkobie\
ności)
26
Tabela 10.13 Wartości współczynnika kt do określenia iloczynu ktndm dla wyznaczenia trwałości
smaru z rys.10.14
Rodzaj ło\
yska kt Rodzaj ło\
yska kt
kulkowe jednorzędowe 0,9-1,1 walcowe jednorzędowe 1,8-2,3
kulkowe dwurzędowe 1,5 walcowe dwurzędowe 2
k. skośne jednorzędowe 1,6 walcowe pełne (bez koszyka) 25
k. skośne dwurzędowe 2 walcowe wzdłu\
ne 90
0,75 igiełkowe 3,5
k. skośne wrzecionowe ą=15�
0,9 sto\
kowe 4
k. skośne wrzecionowe ą=25�
kulkowe czteropunktowe 1,6 baryłkowe 10
kulkowe wahliwe 1,3-1,6 baryłkowe wahliwe bez prowadz. 7-9
kulkowe wzdłu\
ne 5-6 baryłkowe wahliwe z prowadz. 9-12
k. wzdłu\
no-skośne dwurzędowe 14
10.4.6. Smarowanie mgłą olejową
Ogólny schemat układu smarowa-
nia mgłą olejową pokazano na
rys.10.15. Taką technikę skąpego sma-
rowania, stosowano w przeszłości przy
smarowaniu wysokoobrotowych ło\
ysk
tocznych i przekładni zębatych. Ma ona
szereg wad, o których będzie mowa w
zestawieniach porównywujących jej za-
lety i wady z właściwościami bardziej
nowoczesnej, jej pokrewnej, techniki
smarowania powietrzno-olejowego (p-
o). Zasadniczą wadą tej metody jest
Rys.10.15. Zasada pracy układu smarowania mgłą ole-
brak mo\
liwości ochrony otoczenia
jową
przed przedostawaniem się do niego
mgły olejowej, negatywnie oddziaływującej tak na człowieka jak i na samą maszynę. Z tej te\

przyczyny technikę tę coraz częściej eliminuje smarowanie p-o.
10.4.7. Smarowanie powietrzno-olejowe (p-o)
Jest ono stosunkowo młodą techniką, często uto\
samianą ze smarowaniem mgłą olejową.
Wspólne obu technikom jest jednak tylko to, \
e mogą funkcjonować jedynie z pomocą sprę\
one-
go powietrza. Na tym jednak podobieństwo się kończy, a pozostają istotne ró\
nice.
10.4.7.1. Zasada pracy układów smarowania p-o
Schemat klasycznej struktury takiego układu pokazano na rys.10.16. Zasada pracy takiego
układu polega na tym, \
e przepływające w sposób ciągły w przewodach powietrze, "ciągnie" olej
podawany okresowo, w niewielkich ilościach, do przewodów rozprowadzających układu. Olej ten
wolno, nie mieszając się po drodze z powietrzem, przepływa po wewnętrznych ściankach rurek,
w kierunku dyszy wylotowej, gdzie dociera w formie mniej lub bardziej równomiernej mikro-
strugi, rozbijanej w dyszy na nielotne mikrokrople, kierowane na smarowane powierzchnie.
W klasycznym układzie smarowania p-o ka\
dy punkt smarowania połączony jest z tzw. cen-
27
tralą niezale\
nym przewodem, zwykle rurką o średnicy
wewnętrznej 2-3 mm. Niezale\
ne jest te\
dozowanie oleju
do ka\
dego punktu, które mo\
e być regulowane w szero-
kich granicach, od zera do kilkudziesięciu mm3. Czas
trwania okresu mo\
na regulować elektronicznie w szero-
kich granicach. Fundamentalne znaczenie dla poprawnego
dozowania ma niezawodne działanie zaworów zwrotnych,
oddzielających część hydrauliczną od pneumatycznej
układu. Zawory te muszą być niezwykle czułe i jednocze-
śnie zapewnić absolutną szczelność w kierunku zaporo-
wym. Od spełnienia tych warunków zale\
ą bowiem do-
kładność dozowania i niezawodność pracy układu. Przy-
kład prostego, niezwykle skutecznego zaworu, jaki zasto-
Rys.10.16. Schemat klasycznego ukła-
du smarowania p-o
sowano w układzie USPO-5 pokaza-
no na rysunku 10.17.
Je\
eli przewody są dostatecznie
długie, to olej, podawany okresowo
do przewodów, dociera do dysz wy-
lotowych w postaci quasiciągłej mi-
krostrugi, z pewną inercją czasową,
tym większą im dłu\
sze i bardziej
stromo uło\
one są rurki rozprowa-
Rys.10.17. Schemat prostego, absolutnie szczelnego,
dzające oraz im mniejsza będzie
zaworu zwrotnego
prędkość powietrza transportującego
i większa lepkość oleju. Schemat i mechaniczną zasadę transportu oleju w przewodach uło\
onych
pionowo lub poziomo mo\
na przedstawić jak na rysunku 10.18.
Rys.10.18. Mechanizm transportu oleju w przewodach układu smarowania p-o, a) "pod górę", b)
przy poziomym uło\
eniu przewodów
Próby wykazały i\
do poprawnego funkcjonowania transportu oleju w sieci, zbudowanej z
rurek polipropylenowych o średnicy wewnętrznej 3 mm, zakończonych dyszami o średnicy 0,8-1
mm, wystarczające jest ciśnienie powietrza transportowego rzędu 0,05 MPa. Przy takich parame-
28
trach pracy układu, zu\
ycie powietrza wynosi około 0,1
normalnego m3/h dla ka\
dej dyszy. Zapotrzebowanie na
sprę\
one powietrze przy innych warunkach pracy ukła-
du, obrazuje wykres pokazany na rys. 10.19.
10.4.8. Porównanie właściwości technik smarowania
p-o i mgłą olejową
Sprę\
one powietrze, stosowane w obu technikach,
powinno być odwodnione i wolne od zanieczyszczeń
stałych, mogących mieć negatywny wpływ na trwałość
smarowanych węzłów. Do zasadniczych zalet smarowa-
nia p-o, pozytywnie odró\
niającą tą technikę od smaro-
wania mgłą olejową, nale\
y zaliczyć to, \
e:
- nie generuje lotnych mikrocząstek oleju i tym samym
nie zanieczyszcza środowiska,
- umo\
liwia 10-krotne zmniejszenie zu\
ycia oleju,
- olej jest dostarczany do punktów smarowania w for- Rys.10.19. Zapotrzebowanie na sprę\
one
mie quasiciągłej mikrostrugi, powietrze w układzie smaro-
- układ jest prosty w konstrukcji oraz w monta\
u, wania p-o
- sterowanie i nadzorowanie układu mo\
na realizować z dowolnym stopniem automatyzacji,
łącznie z mo\
liwością wykorzystania techniki mikroprocesorowej.
Tabela 10.14. Zestawienie właściwości u\
ytkowych układów smarowania p-o i mgłą olejową
Układ smarowania
powietrzno-olejowy mgłą olejową
Właściwość
Zasilanie:
- elektryczne 220 V, 110 V lub 24 V/10W zbędne
- sprę\
onym powietrzem 0,2-0,3 MPa 0,2-0,3 MPa
Lepkość oleju dowolna w szerokim zakresie, ograniczona, oleje o du\
ej lep-
kości wymagają podgrzewania
do 1500cSt/40�C
Stosunek olej/powietrze mo\
liwe niezale\
ne regulowa- mo\
liwy do nastawienia ale
nie dla ka\
dego punktu smaro- obowiązujący dla całego ukła-
wania i w dowolnej proporcji du
Indywidualna zmiana ilo- mo\
liwa przez niezale\
ną ograniczona przez wymianę
ści oleju podawanego do zmianę nastawy pomp dozują- dysz zagęszczających lub ich
węzłów tarcia cych lub wymianę dozowni- liczby
ków
Tworzenie lotnych mikro- nie występuje występuje
cząstek oleju
Zanieczyszczenie środ. nie występuje występuje
Usytuowanie centrali dowolne w najni\
szym punkcie układu
Przewody rozprowadzają- małej średnicy, dowolnie uło- du\
ej średnicy, ze spadkiem w
ce \
one kierunku centrali
Automatyzacja sterowania sterowanie i pełna, automaty- mo\
liwa w ograniczonym za-
i diagnostyki pracy układu czna kontrola funkcjonowania kresie
29
Pełne zestawienie właściwości obu technik smarowania ujęto w tabeli 10.14. Koszt inwesty-
cyjny techniki smarowania p-o jest porównywalny z kosztem zakupu układów do smarowania
mgłą olejową. Koszt eksploatacyjny natomiast jest ni\
szy, co wynika zarówno z oszczędności
oleju jak i mniejszego zu\
ycia sprę\
onego powietrza. Niezawodność układów jest du\
a. Nawet w
najbardziej surowych warunkach przemysłowych jakie np. panują w hutnictwie, od wielu ju\
lat
technika smarowania p-o znajduje zastosowanie wszędzie tam gdzie dotąd stosowano smar pla-
styczny lub smarowanie mgłą olejową.
10.4.9. Dziedziny zastosowania sma-
rowania p-o
Choć technika smarowania p-o jest
młodą, to znalazła ona ju\
szerokie za-
stosowanie w wielu ró\
norodnych przy-
padkach, zarówno do smarowania wę-
złów tarcia w maszynach jak i do wspo-
magania procesów technologicznych. Jej
znaczenie docenili sami producenci ło-
\
ysk tocznych (np. SKF czy japońska
firma NSK), którzy w swojej ofercie
produkcyjnej proponują wyrafinowane
często układy smarowania p-o. Histo-
rycznie najstarsze i pionierskie zastoso-
wanie tej techniki miało miejsce w bran-
\
y hutniczej, na początku lat 70-tych, do
smarowania ło\
ysk tocznych, pracują-
cych w klatkach walcarek hutniczych.
Przykład tak smarowanego węzła poka-
Rys.10.20. Smarowanie p-o w zastosowaniu do ło\
ysk czopa wału
zano na rys. 10.20. W przypadku tym,
walcarki hutniczej
obok energo- i materiałooszczędnego
smarowania chodziło w szczególności o wytworzenie nadciśnienia w smarowanych węzłach, któ-
re miało je chronić przed przedostawaniem się do nich wody technologicznej i zanieczyszczeń.
Nieco póz
niej, bo na początku lat 80-tych zaczęto budować zespoły wrzecionowe obrabiarek
ze smarowaniem p-o. Przykładem mo\
e tu być nowoczesny, wysokoobrotowy zespół wrzeciono-
wy dla centrów obróbkowych pokazany na rys.10.21. W zastosowaniach do smarowania ło\
ysk
wrzecion obrabiarek chodzi w szczególności o realizację skąpego smarowania w celu uzyskania
jak najmniejszych strat tarcia i małego obcią\
enia termicznego konstrukcji, a tym samym dobrej
stabilności termicznej.
Smarowanie p-o coraz częściej wypiera starą technikę smarowania mgłą olejową w wysoko-
obrotowych maszynach przemysłu drzewnego. Wa\
ne jest w tym przypadku realizowanie przez
tę technikę obu wy\
ej wymienionych zadań: zminimalizowanie strat energetycznych w smarowa-
nych węzłach i uszczelnienie ich przed pyłem drzewnym, towarzyszącym pracy maszyn drzew-
nych.
Jest wreszcie stale poszerzająca się dziedzina zastosowania techniki smarowania p-o, a mia-
nowicie wspieranie procesów technologicznych. W tym zastosowaniu tej techniki chodzi przede
30
wszystkim o wykorzystanie mo\
liwości oszczędzania coraz to dro\
szych środków smarowych, a
tak\
e o zmniejszenie zanieczyszczenia części obrabianych, maszyn i bezpośredniego ich otocze-
nia. Na pierwszy plan wysuwają się przy tym aspekty: ekonomiczny i ekologiczny.
Rys.10.21. Przykład wysokoobrotowego zespołu wrzecionowego centrum obróbkowego z ło\
y-
skami smarowanymi olejem podawanym techniką p-o
10.4.10. Rozbudowane układy smarowania p-o
Dzięki swym zaletom, technika smarowania p-o podlega ciągłemu rozwojowi i rozpowszech-
nianiu. W układzie klasycznym, przedstawionym w punkcie 10.4.5.1 (rys.10.16), ka\
dy punkt
smarowania połączony jest z centralą niezale\
nym przewodem. Taka koncepcja stwarza określo-
ne problemy przy stosowaniu tej techniki do maszyn przestrzennie rozbudowanych, z du\
ą liczbą
punktów smarowania. W takich przypadkach bezwzględnie konieczna jest budowa sieci składają-
cej się z jednostki centralnej, przewodów magistralnych, rozdzielaczy głównych i lokalnych, od
których prowadzą indywidualne rurki zasilające
1
.
poszczególne punkty smarowania.
.
R1 .
.
.
.
.
.
Najmłodszą ze znanych koncepcji centralnej
6
sieci smarowania p-o, zasilającej rozbudowane 7
R2
przestrzennie maszyny, z du\
ą liczbą punktów
8
smarowania, pokazano na rys. 10.22. Olej i po-
9
Jednostka
R h .
.
wietrze płynące z jednostki centralnej są rozdzie-
centralna R3
13
lane w rozdzielaczu głównym Rh na kilka strug,
. 14
które dalej są ponownie dzielone w kolejnych .
. .
.
.
.
rozdzielaczach lokalnych R1,2,3...i. Cechą charak- p .
Ri
n
terystyczną tego rozwiązania jest kaskadowy
0,4-0,6MPa
spadek ciśnienia na poszczególnych odcinkach
około 0,05MPa
około 0,05MPa
rozkład ciS
nień
rozkład ciśnień
sieci, umo\
liwiający dzielenie mikrostrugi oleju
w rozdzielaczach głównych i lokalnych, o dosto-
Rys.10.22. Koncepcja sieci smarowania po-
sowanej do potrzeb liczbie wyjść. Zasada działa-
wietrzno-olejowego
nia rozdzielaczy jest niezwykle prosta, a rozdzie-
lacz taki z czterema wyjściami przedstawiono na rys.10.23. Powietrze z olejem dopływają do te-
go rozdzielacza przewodem 2, dysza 1 rozbija olej na nielotne krople, które padają na odpowied-
nio profilowaną powierzchnię 4 i przewodami 5 kierowane są do punktów smarowania. Rozdzie-
lacze tego typu umo\
liwiają dzielenie strumienia oleju dopływającego na du\
ą liczbę strumieni
31
wylotowych (2-16), przy czym pod względem ilościowym natę\
enie przepływu oleju na ka\
dym
z wyjść mo\
e być jednakowe lub zró\
nicowane. Przykłady efektów równomiernego i nierówno-
miernego dzielenia strugi oleju pokazano dla rozdzielaczy z czterema oraz z trzema wyjściami na
wykresach na rys. 10.24.
Rys.10.24. Przykład równo- i nierównomiernego dzielenia oleju
10.4.11. Hybrydowe układy smarowania p-o
W przypadku rozbudowanych systemów maszynowych stosu-
je się równie\
dwuprzewodowe układy smarowania p-o pokazane
na rys. 10.25. Stanowią one w swej koncepcji zmodyfikowane
układy centralnego smarowania impulsowego, w których do roz-
Rys.10.23. Rozdzielacz R4 z
prowadzenia oleju do punktów smarowania wykorzystuje się
4-ma wyjściami
sprę\
one powietrze, doprowadzone do lokalnych rozdzielaczy
niezale\
nym przewodem. W górnej części rysunku 10.25 pokazano przekrój przez jedną z sekcji
rozdzielacza wraz z dozownikiem, którego zasadę działania przedstawiono obok w trzech fazach
pracy - spoczynku, dozowania oleju (impuls smarowniczy) i w fazie napełniania olejem komory
dozownika. Zaletą rozwiązania jest mo\
liwość wykorzystania elementów znanej i szeroko roz-
powszechnionej techniki smarowania impulsowego, a tym samym łatwość modernizacji maszyn
wyposa\
onych w takie układy smarowania. Wadą natomiast są ograniczone mo\
liwości skąpego i
dokładnego dozowania oleju, uwarunkowane dostępnymi na rynku dozownikami. Dozowanie jest
często zbyt obfite, zmieniać je mo\
na w sposób wyłącznie stopniowany, a dokładność dozowania
bywa problematyczna.
Korzystną modyfikację pokazanego wcześniej układu stanowi rozwiązanie przedstawione na
rys. 10.26. Ró\
nica w stosunku do poprzedniego rozwiązania polega na tym, \
e dwuprzewodowa
sieć magistralna słu\
y wyłącznie do zasilania lokalnych rozdzielaczy w sprę\
one powietrze, na-
pędzające okresowo lokalne pompy dozujące (przewód I) i przepływające w sposób ciągły dla
transportu oleju do punktów smarowania (przewód II). Olej jest natomiast dostarczany do układu
z lokalnych zbiorników. Takie rozwiązanie pozwala na stosowanie w jednym układzie ró\
nych
rodzajów oleju, dobranych do potrzeb określonej grupy punktów smarowania.
32
Rys.10.25. Dwuprzewodowy układ smarowania p-o jako zmodyfikowany układ
smarowania impulsowego
10.4.12. Smarowanie natryskowe
Smarowanie natryskowe jest
znane i stosowane od dawna,
zwłaszcza jako technika smaro-
wania otwartych przekładni
zębatych lub łańcuchowych oraz
jako smarowanie wspomagające
procesy technologiczne. Wykorzy-
stywanie tej techniki do skąpego
smarowania ło\
ysk tocznych i
przekładni zębatych jest
praktykowane od niedawna i, jak
dotychczas, na niewielką skalę.
Smarowanie natryskowe mo\
na
traktować jako szczególną odmia-
nę smarowania p-o, charakteryzu-
jącego się tym, \
e zarówno środek
smarowy, którym mo\
e być olej
Rys.10.26. Dwuprzewodowy, zmodyfikowany układ smarowania
lub smar plastyczny, jak i powie-
p-o z lokalnymi rozdzielaczami, pompami zasilają-
trze dostarczane są do punktów
cymi i z kilkoma zbiornikami napełnionymi olejem
smarowania okresowo, a nie w
ró\
nego gatunku
sposób ciągły. Pod względem
33
strukturalnym układy smarowania natryskowego są podobne do układów smarowania p-o. Na rys.
10.27 pokazano schemat takiego układu.
W strukturze sieci mogą wystąpić grupowe
rozdzielacze dozujące (a) lub indywidualne gło-
wice natryskowe (b), zawierające wymienne lub
nastawialne dozowniki oraz zawory dławiące
przepływ sprę\
onego powietrza. Sieć magistral-
Zbiornik oleju
na układów smarowania natryskowego jest
Zawory zwrotne
dwuprzewodowa. Odcinki przewodów od miej-
Multiplikator
sca w którym następuje spotkanie oleju i powie-
trza powinny być, w odró\
nieniu od układów
smarowania p-o, mo\
liwie krótkie. Czas trwania
natrysku trwa zwykle kilka sekund, a stosowane
ciśnienia są znacznie większe od ciśnień stoso-
wanych przy smarowaniu p-o (0,3-1,0 MPa).
Kształt i rozmiary pola natrysku zale\
ą od kon-
Rys.10.27. Układ smarowania natryskowego
strukcji dyszy oraz jej odległości od smarowanej
powierzchni.
Do zalet tej techniki smarowania zaliczyć mo\
na: - małe zu\
ycie sprę\
onego powietrza i środ-
ków smarowych, - du\
ą energię kinetyczną nadawaną mikrokroplom oleju, gwarantującą ich do-
tarcie do smarowanych powierzchni oraz równomierne rozprowadzenie smaru na du\
e po-
wierzchnie.
Jest oczywiste, \
e przy tej technice smarowania, chłodzenie smarowanego węzła praktycznie
nie występuje, a ponadto ograniczone jest w tym przypadku smarowania, wspomagające działanie
sprę\
onego powietrza dla uszczelnienia smarowanego węzła.
10.5. Techniki komputerowo regulowanego i nadzorowanego smarowania
Rozpowszechnienie komputerowego sterowania pracą maszyn stworzyło dogodne warunki
do racjonalizacji dotychczas stosowanych technologii ich smarowania. Zło\
ony cykl pracy oraz
zło\
ona budowa nowoczesnych maszyn sprawiają, \
e występuje w nich zazwyczaj kilka układów
smarowania i występują zró\
nicowane pod względem zapotrzebowania na olej grupy węzłów tar-
cia.
Analizując funkcjonowanie poszczególnych zespołów zło\
onej maszyny, np. obrabiarki,
mo\
na stwierdzić, \
e występują w nich węzły tarcia nierównomiernie obcią\
one. Dotyczy to w
szczególności połączeń prowadnicowych. Jest ich zazwyczaj kilka. Równoczesna praca wszyst-
kich par jest rzadkością. Najczęściej występują sytuacje w których jedna lub kilka takich par
spełnia jedynie rolę połączenia spoczynkowego. Smarowanie w tym czasie tych połączeń jest
bezsensowne. Coraz częściej problem ten rozwiązuje się przez sterowanie elementami układu
smarowania impulsowego, z wykorzystaniem ogólnego, komputerowego programu sterowania
obrabiarką. W programie takim korzystać mo\
na z informacji o warunkach pracy zespołów i sto-
sownie do tej informacji sterować odpowiednimi elektrozaworami, blokującymi lub aktywizują-
cymi wybrane fragmenty centralnego układu smarowania impulsowego. Taki sposób smarowania
prowadnic od lat stosuje firma DECKEL produkująca frezarki. Z polskich producentów obrabia-
rek jedynie DEFUM stosuje w niektórych typach wiertarko-frezarek komputerowo kontrolowane
34
smarowanie prowadnic.
Choć jak dotąd nie stosuje się adaptacyjnie sterowanych układów smarowania, to nie ma w
zasadzie \
adnych technicznych przeszkód, które by uniemo\
liwiały sterowanie intensywnością
smarowania, dostosowaną do intensywności eksploatacji, uzale\
niając ją np. od prędkości obro-
towej lub obcią\
enia.
Obok komputerowego sterowania układami smarowania, mo\
na je równie\
w sposób auto-
matyczny nadzorować. Odpowiednie sensory, rozmieszczone w układzie smarowanie mogą do-
starczać operatorowi maszyny lub do komputera sterującego, w ka\
dej chwili, niezbędne infor-
macje o poprawności działania układu dotyczące między innymi: stanu napełnienia zbiorników
olejowych, ciśnienia w wybranych punktach układu(ów) smarowania, o temperaturze oleju, o ist-
nieniu lub braku jego przepływu.
Nie ulega wątpliwości, \
e upowszechnienie komputerowego sterowania maszyn stworzy do-
godne warunki harmonijnego dostosowania pracy układów smarowania do potrzeb wynikających
ze specyfiki pracy maszyny, budowy oraz obcią\
enia jej węzłów tarcia.
10.6. Energetyczne aspekty smarowania
10.6.1. Mechaniczne i hydrodynamiczne opory ruchu
W ka\
dym węz
le tarcia występuje dyssypacja energii, polegająca na zamianie energii mecha-
nicznej na energię cieplną. Na dyssypację tę składa się wiele zjawisk przyczynowych, których na-
tura jest ró\
norodna. Straty energetyczne mogą bowiem być spowodowane:
- stratami histerezy zarówno plastyczne-
go jak i sprę\
ystego odkształcania sty-
ku, pod wpływem obcią\
enia przeno-
szonego przez współpracujące ze sobą
elementy,
- pokonywaniem sił adhezji przeciw-
stawiających się względnemu ruchowi
stykających się w węz
le powierzchni,
- stratami histerezy wynikającej ze sprę-
\
ania i rozprę\
ania środka smarujące-
go, rozgraniczającego współpracujące
ze sobą powierzchnie,
Rys.10.28. Wpływ warunków smarowania na intensywność
- koniecznością pokonywania sił ścina-
nagrzewania się węzła ło\
yskowego
nia w warstwie filmu smarnego, wy-
stępujących podczas względnego ruchu smarowanych powierzchni.
Bezpośrednim skutkiem oporów ruchu w węzłach tarcia jest ich nagrzewanie się w czasie pra-
cy, co w wielu przypadkach stanowi powa\
ny problem dla konstruktorów i u\
ytkowników ma-
szyn. O tym w jak znacznym stopniu intensywność nagrzewania się węzłów ło\
yskowych zale\
y
od warunków ich smarowania, mo\
na przekonać się na przykładzie wykresu pokazanego na rys.
10.28. Widać z niego, \
e kilkudziesięciogodzinna przerwa w smarowaniu kroplowym dwurzędo-
wego ło\
yska walcowego NN3018K prowadziła do znacznego obni\
enia przyrostu temperatury
jego pracy do poziomu jaki występował przy stosowaniu smarowania wielofunkcyjnym smarem
plastycznym A
T4S2. Po wtryśnięciu do ło\
yska niewielkiej ilości oleju (1cm3) nastąpiło pogor-
35
szenie energetycznych warunków pracy ło\
yska, objawiające się gwałtownym przyrostem tempe-
ratury jego pracy. Uzyskany wynik wskazuje na to, \
e w racjonalnym smarowaniu tkwią du\
e,
niewykorzystywane zazwyczaj mo\
liwości zwiększenia sprawności węzłów tarcia.
10.6.2. Opory ruchu ło\
ysk tocznych w funkcji ilości przepływającego przez nie oleju
Systematyczne badania w tym zakresie zapoczątkował pod koniec lat 50-tych Palmgren. Z te-
go okresu pochodzi, do dziś często cytowany w literaturze technicznej, wykres pokazany na
rys10.29. Przedstawia on związek między ilością oleju smarującego, przepływającego przez po-
przeczne ło\
ysko kulkowe, a oporami ruchu i temperaturą jego pracy.
Badania póz
niejsze, którymi objęto ró\
ne typy ło\
ysk tocznych, pracujących w zró\
nicowa-
Rys.10.29. Związek między ilością oleju smaru-
jącego a oporami ruchu i temperaturą
Rys.10.30. Zale\
ność mocy tarcia ło\
ysk
ło\
yska
tocznych od ilości przepływają-
nych warunkach pracy, potwierdziły i rozszerzyły
cego przez nie oleju
obserwacje Palmgrena. Szczególnie wymowne są
wyniki badań Schemela z ło\
yskami stosowanymi do wrzecion obrabiarek. Wszystkie te badania
dały zgodne, nie tylko pod względem jakościowym ale i ilościowym wyniki, czego dowodem
mo\
e być wykres przedstawiający je w bezwymiarowym ujęciu względnym, pokazanym na
rys.10.30. Jest oczywiste, \
e ilości oleju zapewniające maksymalną sprawność energetyczną ło-
\
ysk będą zró\
nicowane dla poszczególnych typów ło\
ysk, i to znacznie, o skali rozpiętości od
około 1 (ło\
yska poprzeczne) do 1000 (ło\
yska wzdłu\
ne).
10.6.3. Wpływ grubości filmu smarowego na straty energetyczne w ło\
yskach tocznych
Środek smarowy w czasie pracy ło\
yska tocznego podlega ciągłemu procesowi sprę\
ania i
rozprę\
ania, wywołanemu przez przetaczające się względem bie\
ni elementy toczne. Procesowi
temu towarzyszy dyssypacja energii, wyra\
ająca się zamianą energii mechanicznej na cieplną,
traconą wskutek tarcia w cieczy smarowej rozdzielającej współpracujące ze sobą powierzchnie,
36
cieczy  uwięzionej" jak gdyby w stykach elementów tocznych z bie\
niami. Nie ulega wątpliwo-
ści, \
e wielkość tych strat zale\
y od grubości filmu, poniewa\
ona determinuje ilość oleju podle-
gającego ustawicznemu sprę\
aniu i rozprę\
aniu w stykach EHD, w których ciśnienia dochodzą
do setek, a nawet tysięcy MPa. Z tego te\
względu
w pracy ło\
yska tocznego, mo\
na by dopatrzyć się
pewnej analogii do wieloobwodowej pompy hy-
draulicznej, z liczbą (2 �" i) niezale\
nych obwodów
pracy, gdzie  i wyra\
a liczbę elementów tocz-
nych, biorących udział w przenoszeniu obcią\
enia
w danym ło\
ysku.
Energia niezbędna do napędu pompy jest
wprost proporcjonalna do jej wydajności i ciśnie-
nia. Im większa zatem będzie objętość tłoczonego
przez pompę medium, tym więcej energii będzie
pochłaniać ten proces. Tę korelację między grubo-
ścią filmu smarowego, a oporami ruchu wielo-
krotnie stwierdzono w licznych eksperymentach.
Za przykład mogą tu słu\
yć, pokazane na
rys.10.31 wyniki badań eksperymentalnych, uzy-
Rys.10.31. Moment tarcia i grubość filmu w
walcowym ło\
ysku wzdłu\
nym,
smarowanym obficie i skąpo
Rys.10.32. Przykład efektów racjonalnego
smarowania ło\
ysk tocznych
skane w laboratoriach SKF, w których bezpo-
średnio określono ilościowe związki między
zmianami grubości filmu EHD a towarzyszą-
cymi tym zmianom efektami energetycznymi.
Rys.10.33. Opory ruchu wrzeciona przy stosowaniu
ró\
nych środków smarowych
37
10.6.4. Przykłady energetycznych efektów skąpego smarowania
Celowość stosowania smarowania skąpego jest uzasadniona nie tyle oszczędnością środków
smarowych, co oszczędnością energii, wynikającą ze zwiększenia sprawności skąpo smarowa-
nych ło\
ysk tocznych, sprzęgieł i przekładni zębatych, w szczególności wysokoobrotowych ukła-
dów napędowych. W takich zespołach maszynowych jak wrzeciona obrabiarek, zysk energetycz-
ny jest znaczący, co ma równie\
swoje odbicie w polepszeniu stabilności termicznej obrabiarek i
podwy\
szonej dokładności prowadzonej na nich obróbki.
Wymowne przykłady pozytywnych efektów racjonalnego smarowania pokazano na wykre-
sach, rys. 10.32 (ło\
yska toczne walcowe poprzeczne i ło\
yska wzdłu\
ne), i rys. 10.33 (ło\
yska
zespołu wrzecionowego smarowane olejem lub smarem plastycznym).
Sporo nieporozumień i fałszywych wyobra\
eń istnieje wśród konstruktorów i u\
ytkowników
maszyn w kwestii roli jaką odgrywa olej smarujący w chłodzeniu węzłów tarcia. W wielu przy-
padkach efekt taki trudno jest uzyskać. Obfitym smarowaniem prędzej mo\
na spowodować prze-
grzanie ło\
ysk, a w skrajnych przypadkach nawet zatarcie smarowanego węzła. Taki przypadek
miał np. miejsce przy stosowaniu obfitego smarowania ło\
ysk reduktora tokarki TZC.
Nieuzasadnione w wielu przypadkach jest równie\
, a pomimo to zalecane przez producentów
wielopłytkowych sprzęgieł, obfite ich smarowanie, przez kłopotliwe podawanie oleju na płytki
sprzęgła od środka poprzez drą\
ony wał, na którym są one osadzone. Celem takiego smarowania
jest przede wszystkim chłodzenie trących się powierzchni sprzęgła. W rzeczywistości skutecz-
ność chłodzenia jest niewielka, natomiast obfite ich smarowanie jest przyczyną zwiększonych
strat mocy. Sprzęgła w maszynie mogą pracować jako załączone, kiedy przenoszą moment obro-
towy, lub jako rozłączone. W wielu przypadkach stosuje się w jednym łańcuchu napędowym kil-
ka sprzęgieł. I tak w tokarce konwencjonalnej na jednym, dzielonym wałku, zastosowano trzy
sprzęgła (rys.10.36). Dwa z nich, 1 i 2, wraz z kołami zębatymi 43/45oraz 38/34/40 spełniają rolę
nawrotnicy, zaś sprzęgło 3, przytwierdzone do korpusu maszyny, spełnia rolę hamulca. W czasie
pracy maszyny włączone jest tylko jedno ze sprzęgieł  1 lub 2, drugie zaś sprzęgło i hamulec po-
zostają rozłączone. Analiza układu kinematycznego z rys. 32 prowadzi do wniosku, \
e zewnętrz-
na i wewnętrzna część rozłączonego sprzęgła obracają się wtedy w przeciwnych kierunkach, co
zwiększa względną prędkość ich ruchu. W czasie hamowania i zatrzymania wrzeciona (wałek
VIII na rys.10.36) załączony jest hamulec 3, sprzęgła zaś pozostają rozłączone. Według zaleceń
producentów sprzęgieł nale\
y je smarować przez
rys10_30_a.dwg
W
polewanie olejem ich zewnętrznych powierzchni
60
Sprzeglo ETM-092 rozlaczone
gdy prędkość względna trących się powierzchni nie
lepkosc oleju - 23 cSt n=1500 obr/min
czas pracy - 60 minut
przekracza połowy prędkości dopuszczalnej, przy
większych prędkościach zaleca się smarowanie od-
40
środkowe. Zalecana ilość oleju, zale\
na od wielko-
ści sprzęgieł, wynosi od dziesiątych części do kilku
n=500 obr/min
dm3/min.  im większe sprzęgło tym większy wyda-
n=300 obr/min
20
tek oleju. Podjęte w latach 70-tych XX wieku bada-
nia wykazały, \
e ilość oleju podawanego do wielo-
n=200 obr/min
płytkowych sprzęgieł ciernych ma znaczny wpływ
na wielkość traconej w nich mocy. Przykład wyni-
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
ków takich badań pokazano na rys.10.34. Przedsta-
3
ilosc oleju polewajacego sprzeglo Q dm /min
wione starty mocy wyznaczono po 60 minutach pra-
Rys.10.34. Wpływ ilości oleju polewają-
cego sprzęgło na wartość traco-
nej w nim mocy
38
straty mocy w sprzegle
cy sprzęgła. Zatem brak podawania do niego oleju (Q=0 na poziomej osi wykresu) oznacza, \
e na
powierzchniach płytek utrzymywał się po godzinie ich pracy film olejowy, który skutecznie je
rozdzielał, zaś tracona moc była wtedy najmniejsza.
rys10_30_a.dwg
o
C Oczywiście po dłu\
szym czasie takiej pracy dochodzi-
42
łoby do tarcia mieszanego, czy wręcz suchego, a nawet
do zatarcia sprzęgła. Jednak z wykresu tego nale\
y
wnioskować, \
e dla uzyskania małych strat mocy w ta-
38
60 kich sprzęgłach nale\
y stosować w ich eksploatacji
techniki smarowania minimalnego.
Sprzeglo ETM-092 rozlaczone
Efekt chłodzenia sprzęgieł, w wyniku podawania do
lepkosc oleju - 23 cSt
czas pracy - 120 minut
34
nich oleju w du\
ych ilościach, nie jest mo\
liwy do uzy-
skania, bowiem jak wynika z rys. 10.35 wraz ze wzro-
stem natę\
enia przepływu oleju ustalona (po 120 minu-
3
dm /min
30
tach pracy) temperatura pracy sprzęgła wzrasta. Rów-
0 0,4 0,8 1,2
nie\
w tym przypadku najni\
szą temperaturę pracy
ilosc oleju polewajacego sprzeglo Q
sprzęgła uzyskano przy braku podawania do niego oleju.
Rys.10.35. Wpływ ilości oleju polewają-
Wymowne wyniki wpływu  obfitości smarowania
cego sprzęgło na temperaturę płytek
sprzęgieł na straty mocy w układzie napędowym przed-
stawiono na rys.10.36. W konkretnym przypadku zastosowanie obfitego smarowania odśrodko-
wego ( chłodzenia ) sprzęgieł i hamulca wielopłytkowego, w napędzie wrzeciona tokarki TUR-
630M, powodowało straty energetyczne na wale sprzęgłowym  1-1a rzędu 1900W, a w konse-
kwencji silne nagrzewanie się wrzeciennika. Po odcięciu dopływu oleju starty mocy w sprzęgłach
osadzonych na tym wale spadły do 100 W. Gdy zastosowano smarowanie ( chłodzenie ) przez
polewanie olejem sprzęgieł i hamulca z zewnątrz, zmierzone straty wynosiły zaledwie 150W (p.
Rys.10.36. Straty mocy w sprzęgłach wielopłytkowych przy ró\
nych sposobach
smarowania
39
ustalona temperatura plytek
rys. 10.36).
10.6.5. Wpływ smarowania na straty energii w przekładniach zębatych
Przekładnie zębate stanowią najlicz-
niejszą, po ło\
yskach tocznych, grupę
wewnętrznych z
ródeł ciepła w wielu ma-
szynach. Sposób smarowania kół zęba-
tych ma istotny wpływ na sprawność
energetyczną przekładni. Składnikami bi-
lansu strat, zale\
nymi od smarowania,
będą:
- dyssypacja energii w warstwie oleju
wypełniającego szczeliny styków EHD
współpracujących zębów,
- praca związana z wypieraniem oleju z
przestrzeni międzyzębnej podczas obta-
czania się kół tworzących przekładnię,
- praca przyśpieszania i odwirowania ole-
ju przez obracające się koła zębate,
- praca związana z pokonywaniem opo-
rów brodzenia, w przypadku smarowa-
nia zanurzeniowego.
W porównaniu z ło\
yskami tocznymi
brak dla przekładni zębatych ogólnych i
prostych zale\
ności, które pozwoliłyby na
matematyczne zamodelowanie strat ener-
gii natury hydrodynamicznej w przekład-
ni. W badaniach eksperymentalnych ze-
brano jednak przekonywujące wyniki,
wskazujące na mo\
liwość znacznego
ograniczenia hydrodynamicznych strat
Rys.10.37. Straty mocy w nieobcią\
onej przekładni
energetycznych, przez stosowanie skąpe-
zębatej
go smarowania, które, podobnie jak w
przypadku ło\
ysk tocznych, godne jest uwagi w szczególności w zastosowaniu do przekładni wy-
sokoobrotowych. Na wykresach (rys.10.37) pokazano związki między momentem oporowym Mo,
zmierzonym przy pracy przekładni bez obcią\
enia, a warunkami smarowania, na które jak widać,
wyraz
ny wpływ ma tak\
e prędkość obwodowa (z uwagi na oddziaływanie sił odśrodkowych)
smarowanych kół zębatych. Z rys. 10.37b wynika, \
e decydujący wpływ na opory współpracy kół
zębatych ma ilość oleju doprowadzanego na wejście zębów w zazębienie. Przy prędkości obwo-
dowej kół równej 20 m/s zmiana ilości podawanego oleju z 2 dm3/min na 0,125 dm3/min prowa-
dzi do ponad dziesięciokrotnego spadku oporów ruchu.
ekspl 4.doc
40


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
ESKPL 3

więcej podobnych podstron