ในการใช้งานเฟืองและชุดเฟืองนั้นสิ่งที่ขาดไม่ได้คือสารหล่อลื่น และสารหล่อลื่นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือน้ำมันหล่อลื่น ซึ่งเป็นสารหล่อลื่นที่อยู่เคียงคู่กับการทำงานของชุดเฟืองมาโดยตลอด
เฟืองกับรายละเอียดที่น่ารู้ (Gearing)
ตอนที่ 3 การหล่อลื่นเฟือง
อาจหาญ ณ นรงค์
ผู้ช่วยผู้จัดการแผนกซ่อมบำรุง
บริษัท โยโกฮาม่า ไทร์ แมนูแฟคเจอริ่ง (ประเทศไทย) จำกัด
ในการใช้งานเฟืองและชุดเฟืองนั้นสิ่งที่ขาดไม่ได้คือสารหล่อลื่น และสารหล่อลื่นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือน้ำมันหล่อลื่น ซึ่งเป็นสารหล่อลื่นที่อยู่เคียงคู่กับการทำงานของชุดเฟืองมาโดยตลอด ซึ่งบทความต่อไปนี้ผู้เขียนจะนำเสนอถึงรายละเอียดของสารหล่อลื่นและเกณฑ์ในการพิจารณาใช้สารหล่อลื่นกับเฟืองที่สภาวะการทำงานต่าง ๆ
การเลือกใช้สารหล่อลื่นให้เหมาะสมกับเฟือง
ปัญหาที่เกิดขึ้นกับเฟืองที่ใช้งานอยู่ตามปกติส่วนใหญ่แล้วมีสาเหตุเกี่ยวข้องจากสารหล่อลื่น ซึ่งส่วนมากจะมาจากการขาดการดูแลและเอาใจใส่และตรวจสอบสภาพหรือขาดความรู้ของผู้ที่รับผิดชอบ ซึ่งในบางครั้งความเสียหายอาจเริ่มจากความผิดปกติเล็ก ๆ น้อย ๆ ของชุดเฟือง และปัญหาอาจค่อย ๆ เกิดขึ้นอย่างเงียบ ๆ แต่เมื่อขาดการตรวจสอบและดูแลเอาใจใส่ปัญหาเหล่านั้นจะลุกลามและกลายเป็นปัญหาใหญ่ในที่สุด
ปัญหาที่เกิดขึ้นนั้นจะเกิดขึ้นง่ายหรือยากเป็นผลจากสภาพแวดล้อมของน้ำมันหล่อลื่นซึ่งถ้าจะแบ่งกันแบบง่าย ๆ ก็สามารถแบ่งได้ตามประเภทของชุดเฟือง
1. ห้องเกียร์แบบปิด (Gear Box, Close System) เป็นการทำงานในระบบปิดเนื่องจากชุดเฟืองจะถูกติดตั้งไว้ในห้องเกียร์ ดังนั้นโดยทั่ว ๆ ไปแล้วน้ำมันหล่อลื่นที่ใช้กับระบบเฟืองแบบนี้จะมีความสะอาดมากกว่าเนื่องจากการทำงานจะเป็นไปในห้องปิด แต่เพียงแค่เราต้องดูแลเอาใจใส่สิ่งต่าง ๆ ดังต่อไปนี้ เฟืองก็จะมีอายุการใช้งานที่ยาวนานยิ่งขึ้น
รูปที่ 1 ห้องเกียร์ (Gearbox)
* สภาพน้ำมันหล่อลื่น อาจจะตรวจสอบด้วยตัวเองหรือส่งไปตรวจสอบโดยห้องแลปภายนอกตามความเหมาะสม การตรวจสอบสภาพน้ำมันตามระยะเวลานั้นจะสามารถบอกถึงสภาพของน้ำมัน สภาพการชำรุดสึกหรอของเฟืองและสาเหตุแห่งความเสียหายที่เกิดขึ้นได้
* อุณหภูมิทำงานของน้ำมันหล่อลื่น หากอุณหภูมิทำงานของน้ำมันหล่อลื่นสูงเกินไปจะส่งผลให้อายุการใช้งานของน้ำมันสั้น ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพในการหล่อลื่นลดต่ำลงไปด้วย โดยสภาวะปกติอุณหภูมิของน้ำมันหล่อลื่นหรือน้ำมันที่ใช้กับเครื่องจักรจะต้องไม่เกิน 60 ๐C
* การรั่วซึมของน้ำมันหล่อลื่น เนื่องจากการรั่วซึมของน้ำมันที่เกิดขึ้นจะเป็นตัวบ่งบอกถึงระดับน้ำมันที่อาจมากเกินไปและเมื่อเกิดการรั่วซึมขึ้นโดยที่ไม่ได้รับการดูแลเอาใจใส่ก็จะทำให้ระดับน้ำมันลดลงจนอาจส่งผลต่อการหล่อลื่นได้ นอกจากนี้การรั่วของน้ำมันหล่อลื่นที่เกิดขึ้นจะเป็นตัวบอกถึงสภาพที่ชำรุดหรือผิดปกติของซีล โอริงหรืออุปกรณ์กันรั่วที่ใช้กับห้องเกียร์
รูปที่ 2 Air Breather Filter แบบต่าง ๆ
* สภาพของชุดกรองอากาศหรือ Air Breather เนื่องจากในการทำงานของชุดเฟืองในห้องเกียร์นั้น เวลาที่ทำงานอุณหภูมิของน้ำมันหล่อลื่นและอากาศด้านบนผิวน้ำหล่อลื่นจะมีอุณหภูมิสูงจึงทำให้อากาศดังกล่าวขยายตัวและอากาศส่วนหนึ่งจะถูกดันออกนอกไปนอกห้องเกียร์ แต่เมื่อหยุดทำงานอุณหภูมิด้านในห้องเกียร์จะเย็นททำให้เกิดการหดตัวของอากาศ อากาศจากด้านนอกจะถูกดูดเข้ามาด้านในโดยจะผ่านเข้ามาทางชุดกรองอากาศ (Air Breather) ความชื้นหรือฝุ่นผงสกปรกจะถูกตัวกรองอากาศของชุด Air Breather ดักเอาไว้ไม่ให้เข้ามาปะปนกับน้ำมัน
* สภาพทั่วไปของฟันเฟือง ควรจะทำการตรวจสอบและถ่ายรูปเก็บไว้ทำการเปรียบเทียบสภาพที่เปลี่ยนไปของฟันเฟือง อย่างน้อยปีละ 1 ครั้ง เป็นการติดตามสภาพการสึกหรอของชุดฟันเฟืองว่ามากน้อยเพียงใดในแต่ละช่วงเวลา
* สภาพผิดปกติอย่างอื่น เช่น เสียงผิดปกติขณะทำงาน หรือสภาพความสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นของชุดเฟืองในห้องเกียร์
2. ห้องเกียร์แบบเปิด (Open Gear Box) ชุดห้องเกียร์แบบเปิดจะเป็นชุดเฟืองที่ทำงานในสภาวะเปิดโล่ง ส่วนมากจะทำงานที่ความเร็วรอบช้าและรับภาระ (Load) ที่ค่อนข้างสูง จากสภาวะการทำงานที่เปิดโล่งของชุดเฟือง ปัญหาที่พบมากของชุดเฟืองเปิด (Open Gear Box) คือการปนเปื้อนของน้ำมัน เช่น การปนเปื้อนของน้ำ ฝุ่นผงต่าง ๆ ทำให้น้ำมันหล่อลื่นเสื่อมสภาพเร็ว และฟันเฟืองเสียหายเร็วกว่าปกติดังนั้นจึงควรที่จะทำการตรวจสอบสิ่งต่าง ๆ เหล่านี้คือ
* สภาพน้ำมันหล่อลื่น ควรที่จะทำการตรวจสอบในระยะเวลาที่ถี่กว่าห้องเกียร์ ในการตรวจสอบน้ำควรตรวจสอบสภาพ สีน้ำมัน การปนเปื้อนของฝุ่นผง และการปนเปื้อนของน้ำ
* ตรวจสอบสภาพของฟันเฟือง ว่ามีการผิดรูปของฟันเฟือง เสียงและการสั่นสะเทือนของฟันเฟืองผิดปกติหรือไม่
รูปที่ 3 ห้องเกียร์แบบเปิด (Open Gearbox)
โดยทั่ว ๆ ไปแล้วในฐานะผู้ใช้งาน การดูแลและบำรุงรักษาเครื่องจักรตลอดไปจนถึงเฟืองและชุดเฟืองนั้น โดยทั่วไปจะยึดตามคู่มือการบำรุงรักษาของผู้ผลิตที่ให้มา ซึ่งในความเป็นจริงแล้ว รายละเอียดตลอดจนคำแนะนำในการดูแลบำรุงรักษาที่ทางผู้ผลิตให้มานั้นจะเป็นในลักษณะกลาง ๆ ซึ่งในการใช้งานจริงนั้นเราต้องพิจารณาจากสภาพการใช้งานและสภาพแวดล้อมจริงของเครื่องจักร เช่น ภาระ (Load) ที่เครื่องจักรหรือชุดเฟืองรับมากหรือน้อยไปกว่าที่ผู้ออกแบบมา อุณหภูมิ ความชื้น การสั่นสะเทือน ซึ่งระยะเวลาหรือรายละเอียดต่าง ๆ เราสามารถที่จะปรับเปลี่ยนได้ เช่นในกรณีของชุดเฟือง ถ้าเอามาใช้งานที่ภาระมากหรือรอบในการทำงานส่วนใหญ่น้อยกว่าปกติ หรือในสภาวะการทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่าปกติเราก็อาจเพิ่มความหนืดของน้ำมันให้สูงขึ้นกว่าเดิม
ถ้าภาระในการทำงานน้อยกว่าปกติ รอบในการหมุนมากกว่าปกติ หรืออุณหภูมิในการทำงานน้อยกว่าปกติเราก็อาจพิจารณาลดค่าความหนืดของน้ำมันหล่อลื่น ในสภาวะการทำงานที่มีความชื้น ฝุ่นผง อุณหภูมิและความสั่นสะเทือนมากกว่าปกติระยะเวลาในการตรวจสอบและเปลี่ยนถ่ายน้ำมันหล่อลื่นก็ควรที่จะพิจารณาให้น้อยกว่าเดิมทั้งนี้และทั้งนั้นต้องขึ้นอยู่กับความเหมาะสมในการใช้งานด้วย
หลักเกณฑ์ในการเลือกใช้น้ำมันหล่อลื่นให้เหมาะสมกับสภาพการทำงานของเฟือง
ในกรณีที่ไม่มีคู่มือการใช้งานของเครื่องจักร เราจะพิจารณาเลือกใช้น้ำมันหล่อลื่นให้เหมาะสมกันสภาพการทำงานของเฟืองหรือชุดเฟืองนั้นมีหลักกการพื้นฐานดังนี้คือ
* ค่าความหนืดของน้ำมันหล่อลื่น (Viscosity) เป็นคุณสมบัติที่สำคัญของน้ำมันหล่อลื่นที่จะพิจารณาให้เหมาะสมกับสภาพการหล่อลื่นเป็นอันดับแรก
* ชนิดของน้ำมันพื้นฐาน (Base Oil Type) คือชนิดของน้ำมันที่ใช้เป็นน้ำมันพื้นฐานของน้ำมันหล่อลื่น ซึ่งโดยทั่ว ๆ ไปจะมี 3 ประเภทคือ น้ำมันแร่ (Mineral Oil) น้ำมันกึ่งสังเคราะห์ (Semi Synthetic Oil) และน้ำมันสังเคราะห์ (Fully Synthetic Oil) ซึ่งในการพิจารณาเลือกใช้ก็ต้องคำนึงถึงสภาพการทำงาน สภาพแวดล้อมในการทำงานและมูลค่าของเครื่องจักร ซึ่งจะได้กล่าวถึงรายละเอียดของหัวข้อต่าง ๆ ของน้ำมันหล่อลื่น
* ชนิดของสารหล่อลื่นและสารเพิ่มคุณภาพ (Gear Lubricant Type and Additive Selection) เป็นสารเคมีที่เติมเข้าไปเพื่อที่จะเพิ่มคุณสมบัติบางอย่างของน้ำมันให้เป็นไปตามต้องการ เช่น ทำให้น้ำมันรับแรงกดที่รุนแรงได้ดีกว่าปกติ ป้องกันการเกิดฟอง ป้องกันการแข็งตัว เป็นต้น ซึ่งสารคุณภาพที่ใช้ก็จะขึ้นอยู่กับว่าน้ำมันนั้นจะถูกนำไปใช้งานในสภาวะใหน
1. ค่าความหนืดของน้ำมันหล่อลื่น (Viscosity of Lubricant Oil)
ค่าความหนืดของน้ำมันหล่อลื่น เกี่ยวข้องและส่งผลต่อประสิทธิภาพของการหล่อลื่นโดยตรงกับชิ้นส่วนที่ต้องการหล่อลื่น น้ำมันหล่อลื่นที่มีความหนืดต่ำเหมาะสำหรับการหล่อลื่นที่ชิ้นส่วนทำงานที่ความเร็วสูง เช่น เฟืองที่หมุนด้วยความเร็วรอบสูง หรือชิ้นส่วนอื่น ๆ ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วรอบที่สูงและทำงานที่อุณหภูมิต่ำ ส่วนน้ำมันหล่อลื่นที่มีความหนืดสูงเหมาะกับสภาวะการหล่อลื่นชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่ำ รับภาระ (Load) สูงและมีอุณหภูมิการทำงานสูง
รูปที่ 4 รายละเอียดความหนืดตามมาตรฐานต่าง ๆ
ในการระบุคุณสมบัติของน้ำมันหล่อลื่นมีหลายมาตรฐานที่ใช้กันตามลักษณะและประเภทการใช้งานของการใช้งานน้ำมันหล่อลื่นนั้น ๆ เช่น มาตรฐานของน้ำมันอุตสาหกรรมจะใช้มาตรฐาน ISO (International Organization for Standardization) หรือ ISO VG( Viscosity Grade) จะใช้สำหรับน้ำมันในอุตสาหกรรมซึ่งจะแบ่งความหนืดน้ำมันหล่อลื่นตามความหนืดที่อุณหภูมิ 40 ๐C ซึ่งเป็นอุณหภูมิใช้งานโดยทั่ว ๆ ไปของน้ำมันที่ใช้สำหรับเครื่องจักรในงานอุตสาหกรรม เช่น น้ำมันเบอร์ ISO VG46 จะมีความหนืด 40 เซ็นติสโตรกที่อุณหภูมิ 40 ๐C (40cSt @ 40 ๐C) หรือน้ำมันเบอร์ ISO VG680 จะมีความหนืด 680 เซ็นติสโตรกที่อุณหภูมิ 40 ๐C (680cSt @ 40 ๐C)
อีกมาตรฐานหนึ่งซึ่งเป็นที่นิยมใช้คือ AGMA (American Gear Manufacturers Association) หรือสมาคมผู้ผลิตเฟืองแห่งอเมริกา จะใช้เป็นตัวเลขตัวเดียว ดังในรูปที่ 6 ซึ่งการใช้ตัวเลขตัวเดียวเพื่อความสะดวกในการเรียกชื่อและเลือกใช้ แต่สำหรับในบ้านเราน้ำมันหล่อลื่นอุตสาหกรรมที่ใช้จะอิงตาม ISO VG ซึ่งสามารถเปรียบเทียบกับน้ำมันเกียร์ตามมาตรฐาน AGMA ได้ตามตารางที่ 1
ตารางที่ 1 เปรียบเทียบค่าความหนืดน้ำมันระหว่าง AGMA Grade กับ ISO VG
ดังที่กล่าวไว้แล้วในตอนต้นว่า ในการพิจารณาเลือกความหนืดของน้ำมันหล่อลื่นให้เหมาะสมกับเฟืองนั้นอันดับแรกให้เราทำตามคู่มือของเครื่องจักรก่อนเพราะผู้ผลิตเครื่องจักรแต่ละรายจะทำการคำนวณรายละเอียดของสิ่งต่าง ๆ เหล่านี้มาแล้ว แต่ในกรณีที่เครื่องจักรไม่มีคู่มือแนะนำ เรามีวิธีการในการพิจารณาหาความหนืดที่เหมาะสมกับเฟืองได้โดยพิจารณาตัวแปรต่าง ๆ ของเฟืองและสภาพในการทำงานของเฟืองได้ดังนี้คือ
1.1 ความเร็วในการหมุนและภาระ (Load) ของเฟือง เนื่องจากความเร็วในการหมุนและภาระที่เฟืองรับจะเป็นตัวแปรที่ทำให้ความหนาของฟิล์มน้ำมันเที่เคลือบผิวหน้าของฟันเฟืองปลี่ยนแปลง แต่เป็นการยากที่จะหาภาระที่เฟืองนั้น ๆ รับว่าเท่าไหร่ ดังนั้นโดยทั่ว ๆ ไปสิ่งที่นำมาพิจารณาแทนคือความเร็วพิตต์ (Pitch Line Velocity) ในการหมุนของเฟือง
โดยทั่วไปแล้วในการหาความเร็วของเฟืองจะใช้มาตรฐานของ ANSI (American National Standards Institute) และ AGMA (American Gear Manufacturers Association) Standard ANSI/AGMA 9005-E02 ซึ่งตามวิธีการนี้ได้รวมเอาภาระ (Load) ดัชนีความหนืด (Viscosity Index) แรงดันและประสิทธิภาพในการหล่อลื่นให้มาอยู่ในตารางเดียวกันดังตารางที่ 2 ซึ่งตารางนี้จะใช้ได้กับ เฟืองตรง (Spur Gear) เฟืองตัวหนอน (Helical Gear) เฟืองดอกจอก (Beveled Gear)
ในการพิจารณาเลือกความหนืดของน้ำมันหล่อลื่นชุดเฟืองโดยใช้ตารางที่ 2 นั้น สิ่งที่จะต้องนำเอามาพิจารณาก็คือ ชนิด รูปร่างและขนาดของชุดเฟือง และความเร็วในการทำงานตอนที่ชุดเฟืองหมุนด้วยความเร็วช้าที่สุดในการทำงานของชุดเฟืองโดยการพิจารณาตามลำดับดังนี้คือ
1 คำนวณหาความเร็วพิตต์ของชุดเฟือง (Pitch-line Velocity, PLV) ของความเร็วช้าที่สุดในการหมุนของชุดเฟืองนั้น ๆ ที่ต้องยึดเอาความเร็วช้าที่สุด เนื่องจากที่ความเร็วช้านั้นเฟืองต้องรับภาระ (Load) ที่มากที่สุด
2 นำความเร็วพิตต์ของเฟืองที่ได้มาเปรียบเทียบกับค่าความหนืดในตารางที่ 1 โดยพิจารณาที่อุณหภูมิทำงานของน้ำมันหล่อลื่นด้วย
สำหรับความเร็วพิตต์ของเฟืองสามารถคำนวณได้จากสมการ
PLV = rP ………(1)
ตารางที่ 2 การเลือกใช้ค่าความหนืดของน้ำมันให้เหมาะกับสภาพการทำงานของเฟือง
โดยที่ PLV คือความเร็วพิตต์ของเฟือง ซึ่งเฟืองที่ขบกันแต่ละคู่นั้นจะมีความเร็วพิตต์ที่เท่ากัน, m/s
rP คือรัศมีพิตต์ของเฟือง,m (รูปที่ 5)
คือความเร็วเชิงมุมพิตต์ของเฟือง (=2Ns)
Ns คือความเร็วรอบของเฟือง, รอบ/วินาที
รูปที่ 5 ความเร็วพิตต์ของเฟือง
1.2 น้ำมันฐานที่ใช้ (Base Oil)
น้ำมันฐาน (Base Oil) คือน้ำมันที่เป็นใช้เป็นน้ำมันฐานของน้ำมันหล่อลื่น โดยทั่ว ๆ ไปจะมีอยู่สองชนิดคือ
ก. น้ำมันแร่ (Mineral Oil) เป็นน้ำมันที่ได้จากกระบวนการกลั่นปิโตรเลียม ข้อดีคือราคาถูกกว่า สามารถใช้ได้ในสภาวะอุณหภูมิทำงานที่ไม่สูงหรือต่ำเกินและสภาวะการใช้งานที่ปกติ ข้อเสียคือ ระยะเวลาการใช้งานจะน้อย เมื่อเทียบกับน้ำมันสังเคราะห์และดัชนีความหนืด (VI) ต่ำ
ข. น้ำมันสังเคราะห์ (Synthetic Oil) เป็นน้ำมันที่ได้มาจากการสังเคราะห์ ดังนั้นเราจึงสามารถสังเคราะห์ออกมาให้ได้คุณสมบัติตามที่ต้องการ แต่มีราคาที่แพงกว่าน้ำมันแร่ ข้อดีคือมีค่าดัชนีความหนืดสูงจึงสามารถใช้งานได้ในอุณหภูมิการทำงานที่สูงหรือต่ำกว่าอุณหภูมิปกติมาก ๆ ฟิล์มน้ำมันมีความแข็งแรงกว่า และมีระยะเวลาในการใช้งานหรือการเปลี่ยนถ่ายที่นานกว่า
ดังนั้นในการที่จะเลือกใช้น้ำมันหล่อลื่นที่มีน้ำมันพื้นฐานแบบใหนก็ต้องขึ้นอยู่กับสภาพของการหล่อลื่น เช่นอุณหภูมิ ภาระของเฟือง ระยะเวลาในการเปลี่ยนถ่ายที่ต้องการ และค่าใช้จ่ายที่ต้องใช้ ดังนั้นในการพิจารณาใช้ก็จะขึ้นอยู่กับการพิจารณาของผู้ที่รับผิดชอบ
1.3 ชนิดของสารหล่อลื่นและสารเพิ่มคุณภาพ
หลังจากที่เราได้ค่าความหนืด (Viscoscity Grade) ที่จะใช้ในการหล่อลื่นแล้ว สิ่งต่อมาที่จะพิจารณาก็คือ สภาพการทำงานและสภาพแวดล้อมในการทำงานของชุดเฟือง เพื่อที่จะเลือกใช้ชนิดของน้ำมันหล่อลื่นและสารเพิ่มคุณภาพให้ตรงกับความต้องการของสภาพการหล่อลื่น เช่น สารป้องกันการเกิดการออกซิเดชันและสนิม (Rust and Oxidation Inhibited, R&O) สารป้องกันการขีดข่วน (Anti Scuff) หรือสารที่ช่วยให้น้ำมันรับแรงกด (EP or Extream Pressure Additive) สารป้องกันการสึกหรอ (Anti Wear) ซึ่งมีรายละเอียดคร่าว ๆ ของสารเพิ่มคุณภาพในน้ำมันหล่อลื่นโดยทั่วไปมีดังนี้คือ
รูปที่ 6 ลักษณะฟิล์มน้ำมันหล่อลื่น
1.3.1 สารชะล้าง (Detergent)
สารชะล้างจะทำงานโดยการจับเอาส่วนผสมที่เป็นกรดหรือเป็นกลางในน้ำมัน โดยตัวของสารชะล้างนั้นจะมีฤทธิ์เป็นด่าง (Alkaline) และจะทำปฏิกิริยากับกรดเข้มข้น เช่น กรดซัลฟูริก (Sulphuric) และกรดไนตริก (Nitric) ที่เกิดขึ้นเนื่องจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงและความร้อน เนื่องจากกรดดังกล่าวจะเป็นสาเหตุให้ชิ้นส่วนต่าง ๆ เกิดสนิมในเวลาต่อมา หากขาดการตรวจสอบ สารชะล้างที่เป็นกลาง (Neutral Detergents) ดังกล่าวยังทำหน้าที่เป็นส่วนหนึ่งของ สารป้องกันสนิม (Anti-corrosion) ป้องกันการสึกหรอ (Anti-wear) และสารที่ช่วยในการรับแรงดันในทางอ้อมอีกด้วย
สารชะล้างเป็นส่วนผสมของธาตุจำพวกเกลือ เช่น ธาตุที่เป็นด่าง (Alkaline) ต่าง ๆ เช่น แคลเซียมและแมกนีเซียมนอกจากนั้นยังมีส่วนผสมที่เป็นธาตุอย่างอื่นที่ทางผู้ผลิตน้ำมันหล่อลื่นเติมเข้าไปเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการชะล้างให้ดีขึ้นกว่าเดิม
1.3.2 สารป้องกันการเกิดการออกซิเดชั่นและสนิม (Rust and Oxidation Inhibited, R&O)
การเกิดออกซิเดชั่นหรือการรวมตัวหรือจับตัวกับอากาศซึ่งในที่นี้คือโมเลกุลของออกซิเจนในอากาศจะเกิดขึ้นจากการที่น้ำมันผ่านการใช้งานมานานระยะหนึ่งและหรือปริมาณอากาศที่ผสมอยู่ในน้ำมันมีมาก อันเนื่องมาจากเกิดการฟุ้งกระจายของน้ำมันหล่อลื่นในเวลาที่ทำหน้าที่หล่อลื่น
เช่น ในขณะที่น้ำมันทำงานอยู่ในห้องเกียร์ หรือน้ำมันมีการไหลที่ปั่นป่วนและมีพื้นที่ที่สัมผัสกับอากาศได้มาก หรือเกิดการรั่วเล็กน้อยบริเวณทางดูดของปั้มเป็นผลให้อากาศจำนวนหนึ่งถูกดูดเข้าไปผสมกับน้ำมันในระบบ การเกิดออกซิเดชั่นจะส่งผลให้น้ำมันหล่อลื่นมีความหนืดเพิ่มขึ้นและถึงขั้นเหนียวเป็นยางในที่สุด สารป้องกันการเกิดออกซิเดชั่นที่เติมลงไปโดยมากจะทำงานที่ตั้งแต่อุณหภูมิ 100 ?C ขึ้นไป เช่นสาร ZDTP (Zinc Dialkyldi Thio Phosphate)
คุณสมบัติทั่วไปของสารป้องกันการเกิดออกซิเดชั่นและสนิมคือ (R&O) คือ
o ช่วยให้น้ำมันหล่อลื่นมีความสเถียรทางเคมี (Chemical Stability)
o ป้องกันน้ำมันรวมตัวกับน้ำ (Demulsibility)
o ป้องกันการเกิดสนิมและฟอง (Corrosion Prevention and Foam Suppression)
โดยทั่ว ๆ ไปจะใช้กับสภาวะการหล่อลื่นกับเฟืองที่ทำงานที่ความเร็วสูง ภาระ (Load) น้อยและภาระการทำงานที่คงที่ไม่มีการรับภาระแบบรุนแรง ซึ่งสารเพิ่มคุณภาพตัวนี้เหมาะสมสำหรับการหล่อลื่นแบบเป็นฟิล์มน้ำมัน (Hydrodynamic) ซึ่งจะเป็นการหล่อลื่นแบบ Rolling and Sliding ที่หน้าสัมผัสของเฟือง และการหล่อลื่นแบบ Elastohyrodynamic Lubrication (EHD or EHL) ซึ่งเป็นการหล่อลื่นแบบกดทับหรือกดอัดที่สารหล่อลื่นต้องรับภาระมากกว่าแบบแรกดังรูปที่ 8
สารปรุงแต่ง R&O จะไม่สามารถป้องกันการขูดขีดหรือขีดข่วนภายใต้สภาวะการหล่อลื่นแบบ Boundary Lubrication
รูปที่ 7 การหล่อลื่นแบบ Hydrodynamic
รูปที่ 8 การหล่อลื่นแบบ Elastohyrodynamic
รูปที่ 9 การหล่อลื่นแบบ Boundary
1.3.3 สารป้องกันการขูดขีดและลดการสึกหรอ (Antiscuff, Anti ware or Extreme Pressure) Gear Lubricants
การลดการสึกหรอของเฟืองคือการป้องกันไม่ให้ผิวของเฟืองสัมผัสกันโดยตรง ซึ่งเป็นหน้าที่ของสารป้องกันการสึกหรอในน้ำมันหล่อลื่น ซึ่งก็คือสารเคมีประเภทสังกะสีและสารเคมีจำพวกฐานฟอสฟอรัส (Zinc and Phosphorus-based) ซึ่งสารเคมีเหล่านี้จะทำหน้าที่เพิ่มความแข็งแรงให้กับฟิล์มน้ำมันหล่อลื่นไม่ให้ขาดหรือฉีกในขณะที่รับแรงกดที่รุนแรง (Extreme Pressure, EP) ระหว่างหน้าสัมผัสของเฟืองทั้งคู่ซึ่งเราเรียกสารเพิ่มความสามารถในการรับแรงกดของฟิล์มน้ำมันนี้ว่า EP (Extreme Pressure)
สารป้องกันการสึกหรอในน้ำมันหล่อลื่นโดยปกติจะใช้ในงานที่ต้องรับภาระ (Load) มากหรือ Extream Pressure, EP ซึ่งที่สภาวะดังกล่าว สารปรุงแต่งป้องกันการสึกหรอจะมีความสามารถในการดีกว่าน้ำมันที่มีสาร R&O เพียงอย่างเดียว สารป้องกันการสึกหรอหรือ EP จะทำให้ฟิล์มน้ำมันมันมีความแข็งแรงมากขึ้นเพื่อที่จะรองรับกับแรงกดอัดจำนวนมากที่มากระทำกับฟิล์มน้ำมันได้และสามารถส่งถ่ายภาระ (Load) จำนวนมากผ่านฟิล์มน้ำมันได้และช่วยไม่ให้เกิดการสึกหรอแบบยึดติดและป้องกันการสึกหรอภายใต้การหล่อลื่นแบบ Boundary
การหล่อลื่นที่ต้องการสารป้องกันการสึกหรอหรือ EP Additive คือสภาพการทำงานของชุดเฟืองที่
o ใช้งานหนัก รับภาระ (Load) มาก
o ความเร็วในการทำงานหรือความเร็วรอบในการหมุนต่ำ
o รับภาระ (Load) อย่างกะทันหัน (Shock Load)
สำหรับสารเคมีที่ใช้เป็นสารป้องกันการสึกหรอส่วนมากจะเป็นซัลเฟอร์ (Sulfur) ฟอสฟอรัส (Phosphorous) และ Zinc Dialkyl Dithio Phosphate (ZDDP) นอกจากนั้นยังมีสารหล่อลื่นที่เป็นของแข็งด้วยเช่น Molybdenum-disulfide, MoS2 (Moly) กราไฟต์และบอเรต ซึ่งในการที่จะเลือกใช้ตัวไหนนั้นก็ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการทำงานของจุดที่ต้องการการหล่อลื่น
รูปที่ 10 การทำงานของสาร ZDDP
รูปที่ 11 การทำงานของสาร MoS2
1.3.4 สารป้องกันการเกิดฟอง (Anti Foam Additive)
สารป้องกันการเกิดฟองจะทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้น้ำมันหล่อลื่นเกิดฟองมากในขณะทำหน้าที่หล่อลื่นชิ้นส่วนต่าง ๆ ของเครื่องจักร และการป้องกันไม่ให้ฟองอากาศที่เกิดขึ้นเกิดการสัมผัสกับพื้นผิวของชิ้นส่วนของเฟืองหรือวัสดุ เนื่องจากภายในฟองอากาศจะมีอากาศซึ่งมีส่วนประกอบของออกซิเจนอยู่และเมื่อฟองอากาศดังกล่าวแตกตัวในจังหวะที่สัมผัสกับพื้นผิวของเฟืองและโลหะอื่น ๆ ก็จะเป็นการเพิ่มโอกาสในการเกิดออกซิเดชันขึ้นในบริเวณดังกล่าว
1.3.5 สารช่วยการกระจายตัว (Dispersants)
สารช่วยการกระจายตัวจะทำหน้าที่แยกโคลนหรือตะกรันที่เกิดจากการเผาไหม้ออกจากน้ำมันหล่อลื่นเพื่อป้องกันการเกิดตะกรัน ขี้เลน และการเกิดยางเหนียวบนชิ้นส่วนต่าง ๆ ซึ่งหลังจากสิ่งที่กล่าวมานี้แยกตัวออกจากน้ำมันหล่อลื่นแล้วจะถูกดักออกโดยระบบกรอง (Filter) ของน้ำมันหล่อลื่น จำเป็นอย่างมากกับการหล่อลื่นเครื่องยนต์สันดาปภายใน
1.3.6 สารลดจุดไหลเท (Pour Point Depressants)
น้ำมันหล่อลื่นที่มีฐานจากน้ำมันแร่ (Mineral Oil) โดยปกติจะมีความหนืดสูงและมีความบริสุทธิ์ต่ำ ประกอบด้วย Paraffin Waxes ซึ่งเป็นแว็กหรือขี้ผึ้งที่เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนเป็นจำนวนมาก ซึ่ง Paraffin Waxes ดังกล่าวจะมีความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำเป็นเหตุให้ค่าความหนืดของน้ำมันสูงขึ้นอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิแวดล้อมต่ำ ๆ จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเพิ่มสารเคมีเช่นสารโพลีเมธาไครเลต (Polymethacrylates) ที่มีความสามารถในการป้องกันการแข็งตัวหรือป้องกันความหนืดของน้ำมันที่อุณหภูมิดังกล่าว
1.3.7 สารเพิ่มความแข็งแรงของฟิล์มน้ำมัน (Polymer Thickeners)
สำหรับสารเพิ่มความแข็งแรงของฟิล์มน้ำมันนั้นจะใช้ในน้ำมันหล่อลื่นที่มีคุณลักษณะที่ต้องใช้งานที่อุณหภูมิที่แตกต่างกันมาก ๆ เช่นน้ำมันมัลติเกรด โดยจะทำให้ฟิล์มน้ำมันยังคงความแข็งแรงแม้อุณหภูมิสูง เช่นน้ำมันไฮดรอลิกที่ต้องใช้กับอุณหภูมิสูง ๆ
1.3.8 สารป้องกันการเกิดสนิม (Corrosion Protection)
ช่วยในการปกป้องพื้นผิวของวัสดุที่ต้องการการหล่อลื่นไม่เกิดปฏิกิริยาทางเคมีกับสภาวะแวดล้อม เช่น ไม่ให้ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศหรือความชื้น ทำให้ช่วยลดการเกิดสนิมและการกัดกร่อน
สำหรับรายละเอียดของสารเพิ่มคุณภาพของน้ำมันหล่อลื่นที่กล่าวมานั้นแต่ความจำเป็นในการใช้งานจะขึ้นอยู่กับลักษณะงานหรือลักษณะการหล่อลื่น ดังนั้นสารเพิ่มคุณภาพบางอย่างอาจจำเป็นสำหรับงานประเภทหนึ่ง แต่อาจไม่มีความจำเป็นสำหรับงานอีกประเภทหนึ่งก็ได้ ซึ่งการเลือกใช้นั้นก็อยู่ที่ความรู้ของผู้ใช้งานและค่าใช้จ่ายที่ตามมา เนื่องจากน้ำมันที่ผสมสารเพิ่มคุณภาพมากหรือสารคุณภาพหลายชนิดก็ย่อมมีราคาสูงขึ้นไปด้วยเช่นกัน
ตารางที่ 3 รายละเอียดโดยสรุปของสารเพิ่มคุณภาพในน้ำมันหล่อลื่น
สรุป
การหล่อลื่นกับการทำงานของเฟืองและชุดเฟืองนั้นเป็นสิ่งที่ขาดกันไม่ได้ ดังนั้นจากบทความที่ผ่านมาผู้เขียนหวังว่าคงทำให้ผู้อ่านมีความเข้าใจรายละเอียดในการเลือกสารหล่อลื่นให้เหมาะสมกับสภาพการทำงานของเฟืองและชุดเฟืองบ้างไม่มากก็น้อย และสามารถนำความรู้นี้ไปประยุกต์ใช้กับงานที่ท่านรับผิดชอบอยู่ได้เป็นอย่างดี
เอกสารอ้างอิง
[1] Jarrod Potteiger, "What You Need to Know When Selecting Gear Oils". Machinery Lubrication Magazine.
September 2006
[2] http://www.tribology.co.uk
[3] ANSI/AGMA 9005-E02 Industrial Gear Lubrication
สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.
ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด
Thailandindustrycom_official
