Używanie olejów we wtryskarkach i znaczenie ich pielęgnacji

Bardzo dokładna filtracja stwarza podstawowe przesłanki dla dużej powtarzalności pracy wtryskarek, nawet po wielu latach.

Można ogólnie stwierdzić, że jakość wykonania komponentów układów hydraulicznych oraz maszyn w ostatnich latach uległa znaczącej poprawie. Już dawno zauważono, że przy optymalnej czystości oleju maszyny pracują z mniejszą ilością zakłóceń, a ich trwałość może ulec znacznemu wydłużeniu. Dla uniknięcia zużycia konieczny jest zatem wymóg absolutnie czystej cieczy roboczej. Jest to technicznie możliwe, ale wiąże się ze zbyt wysokimi kosztami.

Faza 1 - klasy czystości od 22/19/16 do 20/17/14
Dokładność filtracji wynosi od 10 do 12μm, przy równoczesnym niskim stopniu separacji na filtrze i niewielkiej wydajności cyrkulacji filtrowanego oleju przez jednostkę zbiornikową. Pielęgnacja oleju nie jest przeprowadzana. Występują wysokie koszty awarii komponentów układu hydraulicznego.

Faza 2 - klasy czystości od 19/16/13 do 18/15/12
Filtry o dokładności od 10 do 12μm mają większy stopień separacji, a wydajność cyrkulacji przez zbiornik została podwyższona. Nie jest przeprowadzana dodatkowa pielęgnacja oleju. Dyspozycyjność urządzeń wzrasta.

Faza 3 - klasy czystości od 17/14/10 do 13/10/07
Dokładność filtracji od 5 do 12 μm z dużym stopniem separacji, wysoka wydajność cyrkulacji przez zbiornik i dodatkowa filtracja obejściowa o dokładności od 1 do 3 μm. Filtracja ciśnieniowa o dokładności 3 μm i wysokim stopniu cyrkulacji. Filtr umieszczony w odgałęzieniu z 4- do 5-krotną cyrkulacją przez zbiornik na godzinę i dokładnością od 1 do 3 μm. Realizowana jest dodatkowa pielęgnacja oleju, jakość oleju jest mierzona i kontrolowana. Należy przy tym podkreślić, że przy wysokiej dokładności filtracji (1 do 3 μm) koszty pielęgnacji początkowo wzrastają w wyniku czyszczenia zbiornika. Jednak po oczyszczeniu jednostki zbiornikowej ponownie spadają. Dyspozycyjność urządzenia jest optymalna.

Faza 4 - duże nakłady na pielęgnację oleju
Przy dużych kosztach pielęgnacji oleju klasa czystości ulega tylko minimalnej dalszej poprawie. Dyspozycyjność urządzeń również wzrasta tylko nieznacznie.

Wysokie koszty powstają przy tym z następujących przyczyn:

• koszty zakupów i rosnące zużycie energii wskutek zbyt rozbudowanej koncepcji filtracji,
• duże nakłady na obsługę wskutek zastosowanych dodatkowo filtrów bez ich automatycznej kontroli przez układ sterowania maszyny,
• drogie urządzenia dodatkowe do pielęgnacji oleju, które muszą być kontrolowane i przełączane przez personel z maszyny na maszynę,
• za małe filtry o wysokich początkowych różnicach ciśnienia i krótkiej trwałości.

Konieczne staje się zdefiniowanie klasy czystości możliwej do technicznego zrealizowania, gwarantującej optymalne zabezpieczenie przed zużyciem, a równocześnie możliwej do utrzymania w praktyce przy dających się zaaprobować nakładach.

Klasy czystości zalecane dla wtryskarek
W praktyce skuteczna okazała się uzyskana w oparciu o przeciętną licznych pomiarów klasa czystości o wartościach 15/12/09 wg ISO 4406 (1999).

Dopiero przy tej klasie czystości udało się znacząco obniżyć koszty awarii i uszkodzonych zespołów konstrukcyjnych, i to przy dających się zaakceptować kosztach pielęgnacji oleju. Ważne jest uzyskanie ustalonej klasy czystości w krótkim czasie po uruchomieniu i ciągłe jej utrzymywanie. Tylko przy takim założeniu można mówić o optymalnym zabezpieczeniu przed zużyciem z zapewnieniem wysokiej powtarzalności.

Należy przy tym zauważyć, że każdy pomiar klasy czystości obrazuje zawsze pewien stan chwilowy, a tym samym podlega wahaniom występującym w układzie. Dla praktyki oznacza to, że często klasa jakości zostaje zmierzona jako nawet o dwa stopnie lepsza lub gorsza. Można przy tym stwierdzić, że przy tej klasie czystości, stanowiącej przeciętną licznych pomiarów, na maszynie panują optymalne warunki. Takie klasy czystości są jednak możliwe do osiągnięcia dopiero przy zastosowaniu filtracji bardzo dokładnej.

Przy okazji stwierdza się, że przy filtracji bardzo dokładnej 1μm z oleju hydraulicznego oddzielone zostają dodatki modyfikujące. Dotychczas niemożliwe było potwierdzenie tego przypuszczenia w praktyce. Warto zaznaczyć, że nie przetestowano poprzez eksploatację wzorcową wpływu czyszczenia elektrostatycznego na dodatki modyfikujące.

Zabezpieczenie wtryskarek przed zużyciem rozpoczyna się wraz z konstruowaniem i montażem w zakładzie producenta.

W wytwarzaniu podzespołów i maszyn można stwierdzić znaczne różnice jakościowe. Optymalnym rozwiązaniem jest, gdy już przy dostawie przez poddostawców komponentów do producenta maszyn zwraca się uwagę na ich optymalną czystość. Oznacza to, że poddostawcy pomp, bloków hydraulicznych, węży hydraulicznych, zbiorników, itp. muszą wytwarzać swoje elementy konstrukcyjne w czystych warunkach, przepłukiwać je dodatkowo zapewniając zdefiniowaną czystość komponentów i w takim stanie dostarczać je do producenta maszyn.

Podczas montażu czystość jest najwyżej postawionym nakazem. Maszyna jest napełniana olejem przefiltrowanym z dokładnością od 3 do 6μm, a podczas pracy próbnej jest uwalniana od zanieczyszczeń montażowych przy pomocy filtracji w strumieniu obejściowym, również z dokładnością od 3 do 6μm.

Częściowo przechodzi się do praktyki polegającej na zastępowaniu szczególnie wrażliwych zaworów przez płyty płuczące, które w pierwszym okresie pracy maszyny chronią zawory, lub na czyszczeniu maszyn przy pomocy odpowiednich programów przepłukiwania. Maszyna powinna być wyposażona przez konstruktora w optymalny system filtracji dla umożliwienia użytkownikowi realizacji wymaganej ochrony przed zużyciem. Filtracja bardzo dokładne jest na razie oferowana w wyposażeniu podstawowym jedynie w przypadku niewielu typów maszyn. Zasadą jest zdefiniowanie jej jako wyposażenia dodatkowego podwyższającego cenę zakupu.

Jeśli te maszyny, chronione podczas pracy próbnej przez filtrację bardzo dokładną, są następnie napełniane przez użytkownika niefiltrowanym olejem hydraulicznym, to cały wysiłek producenta maszyn był nadaremny. Szczególne znaczenie ma dalsze postępowanie przy uruchamianiu maszyn w zakładach przetwórstwa wtryskowego. Teraz od użytkownika zależy, czy w dalszym ciągu będzie korzystał na co dzień z zabezpieczeń przed zużyciem.

Przez napełnienie układu hydraulicznego niefiltrowanym olejem już w pierwszych godzinach pracy zaprogramowane zostaje niejako zużycie maszyny.

Zaleca się napełnianie przez filtr umieszczony w odgałęzieniu o dokładności filtracji od 3 do 6μm. Filtr nie powinien posiadać przewodu obejściowego ani dysponować wyłączaniem silnika uzależnionym od różnicy ciśnień. Należy przy tym zwracać uwagę na to, że np. filtr do napełniania o dokładności 3 μm może poprawić jakość oleju maksymalnie o dwie klasy czystości. Jeśli zastosowany zostaje olej hydrauliczny o klasie czystości równej 20/17/15 lub gorszej, co obecnie ma przeważnie miejsce, to przy napełnianiu przez filtr 3 μm można uzyskać jego poprawę co najwyżej do wartości 18/15/13. Celowe jest tutaj wspomaganie systemu filtracji maszyny w pierwszych dniach przez dodatkowy filtr umieszczony w odgałęzieniu dysponujący wystarczającą wydajnością przepływu.

Należy również zwracać uwagę na temperaturę przechowywania oleju: im niższa jest temperatura magazynowania, tym napełnianie jest bardziej problematyczne z powodu wysokiej lepkości. Jeśli w miesiącach zimowych dokonywane jest napełnianie dużych maszyn z samochodu-cysterny, to w przypadku typowych cystern niemożliwe jest napełnianie przez filtr. Przy filtrowaniu z przewodem obejściowym zimny olej natychmiast go otwiera i przepływa nieprzefiltrowany do zbiornika, a przy filtrowaniu bez obejścia proces napełniania trwa zbyt długo. Dlatego w przypadku bezpośredniego napełniania maszyn należy zażądać od dostawcy dostarczenia oleju podgrzanego do temperatury 40 st. C w cysternie z termoregulacją.

Przykłady zespołów konstrukcyjnych pochodzących z maszyn dysponujących filtracją bardzo dokładną
Wyniki bazują na badaniach komponentów z przezbrojonych wtryskarek z filtracją bardzo dokładną. Zespoły te zostały wymienione przy współpracy z producentem maszyn i przekazane do laboratorium badawczego w celu skontrolowania efektów ochrony przed zużyciem przy pomocy filtracji bardzo dokładnej. Żaden z zespołów nie spowodował zakłóceń w pracy maszyny.

Wyciągi z protokołu z badań sprawności hydraulicznej pompy zębatej z zazębieniem wewnętrznym w firmie Voith:

• Typ pompy: IPH / 5-/ 50
• Zamontowana w wtryskarce firmy Krauss-Maffei KM 200/900 B1 jako HP 02
• Czas pracy pompy: 62.946 godzin roboczych
• Q w l/min przy prędkości obrotowej 1247 min-1: 61,1
• Sprawność objętościowa pompy: 96,7 proc.
• Wartość zadana sprawności objętościowej nowej pompy: 96,0 proc.

Przy demontażu pompy stwierdzono wadliwe elementy konstrukcyjne. Zauważono, że pierścień oporowy i uszczelka o przekroju okrągłym tłoka sterującego były pęknięte wskutek zwykłego zużycia, a powierzchnia zewnętrzna wkładki była lekko dotarta.

Po związanej z niewielkimi kosztami wymianie uszkodzonych elementów sprawność objętościowa tej pompy zmierzona na stanowisku badawczym wyniosła 99 proc. Aby potwierdzić ten wynik, w 2003 r. firma Voith jeszcze raz przebadała pod kątem zużycia pompę podwójnego działania z dzieloną wkładką, którą wymontowano z wtryskarki pracującej od początku z filtracją bardzo dokładną (z zakładu wzorcowego): maszyna: Krauss-Maffei KM 650 / 5700 BM – godzin pracy: 34.042, Pompy: IPC/H 6/5 – 125/40

Ocena pompy podwójnego działania:
Elementy uszczelniające były stwardniałe z powodu zestarzenia. Nie wykazywały jednak żadnych uszkodzeń wpływających negatywnie na działanie pompy. Tuleje łożyskowe, tłoki sterujące i wkładki były jeszcze w bardzo dobrym stanie. Miejsca ułożyskowania na wałku zakończonym zębnikiem były jak nowe.

Zmierzony na stanowisku badawczym współczynnik sprawności tej będącej w niemal nienaruszonym stanie pompy podwójnego działania wyniósł po 34 tys. godzinach pracy 95,8 i 99,7 proc.

Powyższe przykłady pokazują pozytywny wpływ filtracji bardzo dokładnej, zastosowanej jako zabezpieczenie przed zużyciem, na elementy konstrukcyjne wtryskarki. Nie tylko parametry hydrauliczne po tak długich czasach pracy dorównywały parametrom nowej maszyny, także przebieg regulacji nie wykazywał żadnych odstępstw. Filtracja bardzo dokładna stwarza podstawowe przesłanki dla dużej powtarzalności pracy wtryskarek, nawet po wielu latach.

Wykorzystano informacje z publikacji Klausa Lange „Zarządzanie płynami, klucz do profilaktycznej pielęgnacji wtryskarek”.