Memperpanjang umur bantalan melalui pelumasan gemuk yang efektif

Upaya penelitian &pengembangan SKF diarahkan untuk mendukung pengembangan produk dalam bantalan dan segel di mana pemahaman tentang pelumasan gemuk sangat penting, karena sebagian besar kegagalan bantalan disebabkan oleh pelumasan yang tidak tepat.

SKF memiliki kompetensi internal untuk menganalisis pelumas dan dampak pelumasan pada kinerja bantalan melalui berbagai peralatan kimia, pengukuran, dan pengujian yang canggih.

Pelumas dan sistem pelumasan sering diintegrasikan ke dalam sistem bantalan di mana gemuk tertentu dipilih, yang didedikasikan untuk aplikasi. SKF tidak memproduksi gemuk tetapi, dalam kemitraan dengan pemasok pilihan, telah mengembangkan berbagai gemuk, baik untuk pengisian awal maupun purnajual.

Pengetahuan tentang pelumasan juga meluas ke pelumas otomatis, pelumas multi-titik dan satu titik, sistem pelumasan terpusat, dan sistem pelumasan total-rugi dan sirkulasi terpusat.

SKF juga memberikan pelatihan dalam pemilihan pelumas, penanganan pelumas, inspeksi, pembuangan, dan pemeliharaan keandalan. Unit bisnis SKF yang terpisah, Layanan Rekayasa dan Konsultasi, membantu mengembangkan produk yang berkaitan dengan poros berputar atau aplikasi bantalan. Jelas, pelumasan (terutama pelumasan gemuk) sangat penting di sini. Rekayasa aplikasi, layanan konsultasi, pelatihan, manajemen pelumasan, pemantauan kondisi, pemeliharaan keandalan, dukungan teknis, alat, produk, dan sistem bersama-sama membentuk solusi pelumasan SKF yang lengkap.

Pelumasan gemuk untuk aplikasi bantalan
Bantalan yang sempurna akan bebas pelumas. Namun demikian, pelumas diperlukan untuk memisahkan elemen rolling dari raceways untuk mencegah kerusakan akibat slip (mikro). Media pemisah yang ideal adalah cairan, yang mampu menampung geser dengan kerugian gesekan rendah dan dapat mengisi kembali permukaan bantalan (tindakan penyembuhan sendiri).

Gemuk pelumas banyak digunakan karena konsistensinya, yang membuatnya mudah digunakan; itu tidak akan mudah bocor, dan memberikan beberapa tindakan penyegelan. Gemuk melindungi dari korosi dan menurunkan nilai gesekan, dibandingkan dengan pelumasan oli, asalkan gemuk dengan kualitas dan laju pengisian yang baik diterapkan.

Gemuk pelumas memiliki masa pakai yang terbatas [2,3], yang umumnya lebih pendek dari umur kelelahan bantalan [1]. Ada model masa pakai bantalan yang canggih, dan karena masa pakai gemuk sering kali mendominasi masa pakai bantalan, model masa pakai gemuk sangat diinginkan. Sayangnya, kerumitan pelumasan gemuk [2] berarti bahwa tidak ada model fisik untuk prediksi masa pakai gemuk yang tersedia saat ini. SKF telah mengembangkan model empiris di mana masa pakai gemuk (atau interval pelumasan ulang) dapat dihitung untuk “gemuk berkualitas baik”.

Gambar 1.

Untuk bantalan bola dalam alur, SKF telah mengembangkan konsep Faktor Kinerja Gemuk (GPF) [3] (gbr.1) untuk prediksi masa pakai gemuk yang terkenal di mana data tersedia. GPF=1 sesuai dengan kinerja "gemuk berkualitas baik". Banyak jenis gemuk yang mengungguli “kualitas baik” standar dan akan memiliki GPF lebih besar dari 1. Gambar 1 menunjukkan masa pakai gemuk sebagai fungsi suhu, kecepatan (n dm) dan kualitas gemuk [3].

SKF merekomendasikan batas kinerja suhu dengan baik dalam batas suhu standar (Gambar 2). Di antara batas kinerja yang direkomendasikan, “zona hijau” dari konsep lampu lalu lintas SKF, gemuk akan berfungsi dengan andal dan masa pakai gemuk (dan interval pelumasan) dapat ditentukan [8].

Gambar 2.

Suhu di zona kuning di kedua sisi zona hijau harus terjadi hanya untuk waktu yang sangat singkat. Seiring waktu, suhu, kerja mekanis, penuaan dan kemungkinan masuknya kontaminan, gemuk dalam bantalan memburuk dan kehilangan sifat pelumasnya. Setelah pengisian gemuk awal selama pemasangan, pelumasan ulang gemuk tambahan dapat mewujudkan masa pakai yang diinginkan. Tiga faktor untuk pelumasan ulang penting untuk mencapai keandalan:jenis gemuk, jumlah gemuk dan frekuensi aplikasi. Kuantitas dan frekuensi pelumasan yang dipasok tergantung pada kondisi pengoperasian dan metode pemberian:secara manual, atau dengan pelumas otomatis atau sistem pelumasan. Pengetahuan ini diwujudkan dalam sistem pakar:LubeSelect, LuBase dan DialSet, tersedia melalui Internet.

Fisika pelumasan gemuk
Memahami fisika dan kimia pelumasan gemuk sangat penting dalam memprediksi kinerja gemuk pada bantalan. Pengujian masa pakai gemuk dalam kondisi aplikasi biasanya tidak mungkin, karena aplikasi akan dirancang untuk daya tahan yang sangat lama, yang akan menyebabkan waktu pengujian yang sangat lama. Dalam praktiknya, kondisi pengujian dipilih untuk lebih parah (misalnya, suhu yang lebih tinggi dan/atau kecepatan yang lebih tinggi) daripada dalam aplikasi. Selain itu, rig uji masa pakai gemuk terkadang dioperasikan dengan bantalan standar, yang berbeda dari aplikasinya.

Kinerja gemuk pelumas tidak hanya bergantung pada sifat gemuk, tetapi juga pada geometri internal dari jenis bantalan tertentu. Bahkan dalam jenis bantalan, kinerjanya bergantung pada geometri internal, di mana dimensi internal, solusi penyegelan, konfigurasi sangkar, dan material sangkar adalah yang paling penting.

Dengan mengetahui fisika dan kimia gemuk pelumas, hasil pengujian dapat "diekstrapolasi" ke kondisi di mana data pengujian tidak tersedia. Selain itu, data uji masa pakai gemuk digunakan untuk memvalidasi model fisik yang dikembangkan untuk pelumasan gemuk. Pusat Rekayasa &Penelitian SKF telah mengembangkan pengetahuan dan model mutakhir dalam tribologi/pelumasan dan fisika/kimia, yang mendukung pemahaman tentang pelumasan gemuk. Bidang ilmiah yang mendukung pengembangan model prediksi gemuk meliputi reologi, dinamika fluida, kimia, pelumasan elasto-hidrodinamik, dan statistik.

Pada tahap awal operasi bantalan, gemuk akan mengalir. Sebagian besar minyak berakhir berdekatan dengan raceways dan beberapa tetap berada di dalam "area yang disapu". Distribusi internal gemuk di dalam bantalan selama dan setelah fase ini memerlukan pemahaman tentang dinamika fluida dan sifat reologi gemuk. Menerapkan teori dinamika fluida pada aliran gemuk tidaklah sederhana; lagi pula, gemuk pelumas sebenarnya bukan cairan. Gemuk menua oleh pekerjaan mekanis dan termal, yang parah pada bantalan, menambah kerumitan masalah. Dinamika fluida/teori reologi juga digunakan untuk memprediksi sifat oil-bleeding dari gemuk. Pemahaman kimia dalam pelumasan gemuk penting untuk memprediksi oksidasi minyak dasar dan pengental [4]. Selain itu, kimia gemuk menentukan sifat pelumasan batas.

Gemuk pelumas seharusnya mengembangkan film pemisah, yang mungkin merupakan film batas atau dapat dibentuk oleh aksi hidrodinamik. Dalam bantalan gelinding, deformasi elastis dari badan yang bersentuhan akan menghasilkan geometri saluran masuk yang menguntungkan untuk pembentukan film, dan fenomena ini disebut "pelumasan elasto-hidrodinamik" (EHL). Teori ini berkembang dengan baik untuk pelumasan oli tetapi belum untuk pelumasan gemuk, di mana ketebalan film didominasi oleh ketersediaan pelumas pada lintasan lari (umumnya disebut sebagai “starved EHL” [5]) dan oleh “partikel” pengental. Gambar 3 menunjukkan gambar interferometri dari kontak yang dilumasi gemuk. Film tidak mulus, karena partikel pengental masuk ke kontak.

Akhirnya, proses pelumasan gemuk tidak deterministik. Ada distribusi statistik dalam kegagalan, yang semakin memperumit prediksi. SKF telah mengembangkan pengetahuan yang baik tentang statistik Weibull, yang digunakan untuk mengevaluasi masa pakai bantalan dan data uji masa pakai gemuk [6].

Pengujian pelumas
Untuk memprediksi masa pakai gemuk pelumas pada bantalan, SKF telah mengembangkan mesin uji yang digunakan di seluruh industri. Secara tradisional, ini adalah rig uji R0F (bantalan bola) dan R2F (bantalan rol bulat). Rig uji R0F telah ditingkatkan (R0F+), menjadikannya sangat fleksibel dalam hal kecepatan, beban, dan suhu. Sejumlah besar R0F dan R0F+ dapat ditemukan di SKF Engineering &Research Center, memungkinkan 140 pengujian dilakukan secara bersamaan (Gambar 4).

Gambar 4.

Selain pengujian umur gemuk, pengujian fungsional dilakukan pada torsi start-up, gesekan, ketahanan korosi, getaran (V2F), kebisingan gemuk (BeQuiet+), dll. Laboratorium kimia yang lengkap mendukung evaluasi hasil pengujian.

Pengembangan produk dan pelumasan gemuk
Beberapa contoh menunjukkan bagaimana pemahaman tentang pelumasan gemuk telah memengaruhi pengembangan produk baru, termasuk generasi baru bantalan SKF Hemat Energi. Gambar 5 menunjukkan bantalan bola dalam alur SKF Hemat Energi (E2). Bantalan bola dalam alur SKF E2 memiliki kerugian gesekan yang setidaknya 30 persen lebih rendah jika dibandingkan dengan bantalan SKF standar dengan ukuran yang sama. Dikembangkan untuk aplikasi berpelumas gemuk, bantalan SKF E2 juga mengonsumsi lebih sedikit pelumas.

Gambar 5.

Perbandingan antara masa pakai gemuk dalam bantalan bola dalam alur standar dan SKF E2 (Gambar 6) menunjukkan masa pakai gemuk berlipat ganda, secara efektif menggandakan masa pakai bantalan. Pengurangan gesekan dapat dianggap berasal dari pelumasan gemuk yang lebih baik – yaitu, gemuk yang unik dalam kombinasi dengan geometri internal yang ditingkatkan dan desain sangkar yang baru. Ini adalah contoh yang baik tentang bagaimana pengembangan gemuk telah diintegrasikan ke dalam desain bantalan.

Gambar 6.

Gemuk baru dengan sifat anti-false brinelling yang sangat baik untuk blade turbin angin dan bantalan yaw muncul ketika SKF mengembangkan rig pengujian internalnya sendiri dan metode untuk brineling palsu. Gambar 7 memplot hasil pengujian dengan pelumas standar dan blade baru dan pelumas bantalan yaw, di mana gesekan dipantau sebagai fungsi dari jumlah osilasi. Jika gesekan terus meningkat dari waktu ke waktu, maka kegagalan akan segera terjadi. Garis biru mewakili pengukuran untuk pelumas komersial. Garis hijau adalah pengukuran dengan gemuk SKF LGBB 2, yang membentuk lapisan tribo pelindung dan menunjukkan nilai gesekan yang sangat rendah untuk banyak siklus dan akan memperpanjang masa pakai bantalan.

Gambar 7.

Gambar 8 menunjukkan jendela operasi untuk berbagai gemuk dalam kondisi seperti bantalan pisau. Dalam kasus slip parsial, osilasi sangat kecil sehingga pusat kontak Hertzian akan menempel, dan slip hanya terjadi di tepi kontak. Slip kasar terjadi ketika osilasi sangat kuat sehingga bahkan bagian tengah kontak akan meluncur. Fretting biasanya terjadi antara permukaan yang dimaksudkan untuk diperbaiki, namun mengalami osilasi kecil dan ditandai dengan puing-puing keausan yang dihasilkan yang tetap terperangkap di dalam area kontak. Gemuk SKF LGBB 2 memiliki sifat anti-resah yang sangat baik dan juga dapat digunakan untuk osilasi besar. Gemuk bekerja dengan baik pada suhu rendah dan memiliki sifat anti-korosi yang baik, sehingga sangat cocok untuk aplikasi blade turbin angin dan bantalan yaw.

Gambar 8.

Untuk aplikasi pabrik kertas, SKF telah mengembangkan “SKF polimer kental pelumas”, atau pelumas polimer, menggantikan pengental sabun tradisional dengan polimer [7]. Polimer bersifat non-polar, yaitu sabun tidak bersaing dengan permukaan logam untuk menarik aditif. Gemuk konvensional mengandung 10 hingga 20 persen pengental sabun berbahan dasar logam (polar) dan 80 hingga 90 persen minyak dasar, termasuk paket aditif. Pelumas yang ditebalkan dengan polimer mengandung 10 hingga 13 persen polipropilen (PP), bahan non-polar, dan 87 hingga 90 persen minyak, termasuk paket aditif. Proses unik untuk pembentukan gemuk yang mengental polimer adalah operasi pemanasan dan pendinginan yang inovatif dari polimer, yang dilarutkan dalam minyak. Hal ini menghasilkan struktur jaring tiga dimensi, yang berfungsi seperti gemuk “normal” yang mengental sabun dari logam. Gemuk memberikan masa pakai yang lama pada rig uji R0F, bahkan tanpa aditif, membuatnya lebih ramah lingkungan dengan interval pelumasan ulang yang lebih lama. Ini akan menyebabkan konsumsi minyak berkurang. Gemuk polimer baru memiliki kinerja suhu rendah yang sangat baik, dan lebih sedikit energi yang dibutuhkan dalam produksinya.

Persyaratan gemuk untuk bantalan poros utama di turbin angin berhubungan dengan lingkungan yang keras di mana gemuk harus mencapai keandalan yang tinggi di bawah beban kontak yang berat, kecepatan rendah dan kondisi berosilasi dan diam. Tantangan tambahan muncul untuk turbin angin yang dipasang di lepas pantai dan iklim dingin. SKF telah mengembangkan tiga gemuk berbeda untuk aplikasi poros utama turbin angin. Tabel 1 menunjukkan sifat gemuk. Ketiga gemuk tersebut banyak digunakan dan disetujui oleh berbagai OEM turbin angin. Pilihan gemuk bergantung pada jenis penyegelan, kondisi pengoperasian, dan lingkungan.

Tabel 1.

SKF menawarkan solusi pelanggan yang lengkap untuk aplikasi poros utama yang mencakup gemuk, housing, seal, konfigurasi bantalan, sistem pelumas, mur pengunci, layanan pemasangan, pelumas dan analisis serta pemantauan kondisi.

Kesimpulan
SKF berkontribusi pada keberlanjutan dan mendukung solusi ramah lingkungan melalui pengembangan lebih lanjut dan penerapan pengetahuannya dalam pelumasan gemuk, sehingga memperpanjang masa pakai sistem bantalan dan mengurangi gesekan, yang mengarah pada konsumsi energi yang lebih sedikit. Masa pakai yang lebih lama dan interval pelumasan ulang menyebabkan lebih sedikit kebutuhan akan perawatan dan pengurangan limbah. Hal ini dicapai dengan menggunakan pengetahuan yang diperoleh dari R&D dasar dan pengembangan model yang dikombinasikan dengan pengembangan produk.

Referensi

[1] E. Ioannides, G. Bergling, dan A. Gabelli. Formulasi analitis untuk umur bantalan gelinding. Acta Polytechnica Scandinavia, Seri Teknik Mesin, Akademi Teknologi Finlandia, (137), 1999.

[2] P.M. Lug Review tentang pelumasan gemuk pada bantalan gelinding. Transaksi Tribologi, 52(4):470-480, 2009.

[3] B. Huiskamp. Masa pakai gemuk dalam bantalan bola alur dalam yang dilumasi seumur hidup. Evolution, 2:26–28, 2004.

[4] A. van den Kommer dan J. Ameye. Prediksi sisa masa pakai gemuk- pendekatan dan metode baru dengan voltametri sapuan linier. Prosiding Konferensi Esslingen, halaman 891–896, 2001.

[5] M.T. van Zoelen, C.H. Venner, dan P.M. Lug Prediksi peluruhan ketebalan film pada kontak yang dilumasi secara elasto-hidrodinamis kelaparan menggunakan model lapisan film tipis. Prosiding Institusi Insinyur Mesin. Bagian J, Jurnal tribologi teknik, 223(3):541-552, 2009.

[6] T. Anderson. Tes daya tahan dalam teori. Jurnal Ball Bearing, 217:14–23, 1983.

[7] D. Meijer, D. Polimer mengentalkan minyak pelumas. Permohonan Paten Eropa (EP 0 700 986 A3), 1996.

[8] Katalog Umum SKF, 6000/I (2008)