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預防保養解決齒輪異常故障

2009-06-05

作者吳世榮齒輪無預警的故障損壞，可能導致生產線嚴重的停擺。採行預防保養的措施如定期的維修，齒輪檢查，選擇應用適當的潤滑劑都可以減免這些故障損傷的產生。花小錢省大錢是執行預防保養的最佳寫照，許多的技師先進也都感同身受。在整體營運管理上，預防保養計劃所費不多，也不必花上特別的工夫。基本上，預防保養計劃的執行可以分成三部分： 1.定期的維護 2.齒輪設備的檢查，以及3.適當正確的潤滑油選擇和應用。 》定期的維護 定期的設備維護安排看似相當簡單的工作，但起初的安排也可能是千頭萬緒，所有的保養計劃按幾個需求重點來排定，首先1)要有一張設備清單，接著2)敘述需執行的維護工作，再者3)是訂定維護作業的間隔，這三項是最基本的要件。預防保養計劃執行上繁雜的程度決定於現場設備數量的多寡。一般我們周遭的中小型工廠，一兩位技術人員就可以有效的經手所有的維護工作。較大型的工廠就需要建立一套有效的標準作業程序，將維護計劃和報告經電腦化控管。如此一來，可以確實有效的執行保養計劃，並且定期的監控、考核。按工廠生產作業的複雜程度，可以分成幾條維護保養線，指定負責該線路的保養人員需自電腦或作業程序中取得機械設備清單，需潤滑的部位。例如渦輪機上的聯軸器，或者抄紙機各部位的軸承，每次潤滑的給油給脂量，什麼樣的潤滑劑，間隔多久應給油給脂的頻率等。下列幾個步驟可以幫助保養人員確保齒輪設備得到適當的潤滑保養：

檢視油槽的油位高低，以及各油封的完整無漏油。
檢查軸承及其油道，確定油道暢通無堵塞以保證適量的滑油流入軸承潤滑。
檢視熱交換器是否洩漏堵塞，尤其是外殼覆著的灰塵常常會影響散熱的效果。檢視油溫的變化也可以判斷熱交換器的冷卻效果是否正常，油溫較高的設備如果冷卻效果不良，會導致滑油快速的氧化劣化。
確認壓力錶、油泵、噴油嘴、刻度油尺及其他潤滑裝置維持正常的狀況。
清潔通氣孔和空氣濾芯，檢查是否確實的安裝。
檢查油槽底部是否有其他的沉積物或污染。
檢視齒輪設備的固定件及聯軸器是否鬆動。

設備數量	設備名稱	潤滑點	數量	潤滑劑用量	給油方法	頻率	潤滑劑名稱	附註
2	進給帶	減速機	1	30 L	油浴	每年	220 EP	檢視油位
8	砂料升降機	減速機密封	1	2~3行程*	滑脂槍	每季	NLGI 1 EP
		減速機	1	10 L	油浴	每年	320 EP	檢視油位
		聯軸器	1	排出舊滑脂為止	滑脂槍	每季	NLGI 1 EP
8	振動進給器	馬達軸承	2	4~5行程	滑脂槍	每季	NLGI 1 EP
* 行程 - 是手動滑脂槍完整的完成一個打滑脂的工作行程

上表是一鑄造工廠的部分設備潤滑管理工作表。表中詳列該潤滑的設備和機台數量，各機台的潤滑點和數量，使用的潤滑劑名稱，潤滑劑的數量，潤滑劑加給方法，給油頻率。 》定期的齒輪檢查 齒輪設備能夠維持長效運轉壽命的主要關鍵在於確切的掌握使用中的齒輪物理狀況。在定期的齒輪檢查中，目視的檢測、比對記錄以及潤滑劑的監控分析是確保齒輪維護保養計劃成功的必要條件。通常齒輪檢查都以年度執行計劃來安排，並且配合工廠的既定停機期間以利現場作業進行的方便。當然有些比較特殊的情況下，應增加檢查的頻率，例如：操作現場較髒、環境不佳、齒輪設備影響生產甚巨、設備昂貴、不易更換、其他極端的作業條件、或已有瑕疵的齒輪設備監控等。在齒輪檢查時應該儘可能的打開所有的可檢視口，避免漏掉任一輪齒。將齒輪現況和先前一年或半年的記錄作比對，如此可以更明確的看出齒輪外形輪廓的變化，預計齒輪設備的使用壽命，及計劃更新的時間。照片是記錄齒輪狀況最方便有效的方式。一架市售的單眼相機或幾百萬畫素以上的數位相機加上閃光燈，便足以完整的記錄所需的資訊。最重要的是從相同的方向、角度、距離拍攝同一齒輪輪齒的現狀，如此一來才能確保前後一致的記錄比對。當然拍照的穩定清晰品質是絕對必要的。對於非常大型的齒輪或極為重要得齒輪設備，也可以使用矽膠將齒輪外形作成膠模，記錄輪齒磨損的變化。這種方式可以很精確的記錄輪齒表面輪廓的尺寸和改變，當然所耗費的工夫成本及儲存費用等也是很大的考量。齒輪檢查長期下來所建立的趨勢記錄對於先期發覺齒輪磨損問題可是有著極大的價值。經由這些資訊報告的監控分析，可以有效的決定齒輪的更換使用年限，維護保養人員更可藉以分析判斷所採行的問題解決方案成效如何。潤滑油的檢測分析是配合齒輪檢查計劃的一項必要利器。油品的檢測分析可以提供兩方面的功能。第一，它可用來判斷油品的狀況及是否適合繼續使用。再者，油品分析經常能夠在齒輪輪齒顯現毛病之前，先行察覺問題以便及早採取有效的修正改善作法。由於設計安置的關係，有些齒輪箱並無適當的開口或停機來方便定期齒輪檢查，油品檢測分析就成為瞭解監控齒輪狀況唯一的辦法。無論是經由何種單位進行油品檢測分析，下列為必需要特別關注其變化走勢的項目，這些要求跟其他的機械設備滑油檢測分析有大部分是相類似的：

黏度的改變，這可能是污染、氧化、或者是加錯油品所造成的結果。
氧化產物，可能加速磨損的程度。
污染物質，水分、灰塵沙土、金屬微粒等會使磨損加劇。
磨耗金屬，磨耗量偏高，尤其是鐵含量是磨損產生的明確徵兆。

油品檢測分析對於直接顯示齒輪問題有極大的價值，而用以長期追蹤監控油品趨勢來預測可能的毛病其貢獻更大。許多營運維護優良的廠家都編列預算付出固定的費用確實執行定期的油品檢測，配合年度的齒輪檢查來有效掌握齒輪的狀況，並享受其帶來的效益。當然對於重荷齒輪或高污染作業環境，則應採取較密集的分析和齒輪檢查頻率。 》油品的薄膜潤滑 選用正確的潤滑油可以確保齒輪設備的長期高效運轉不至於出現異狀。使用適合的潤滑油不僅能使齒輪的壽命延長，更可以降低維護保養的成本。齒輪潤滑油的特性要求為：

按操作溫度選擇正確的黏度，以便均勻的將足夠的滑油分佈到相互摩擦的表面，並且在持續的速度和壓力條件下，建立有效的潤滑油膜層。
適當的低溫流動特性，以便在最低的起動溫度時仍可以適時的循環流到潤滑點，尤其是停開較頻繁的設備。
良好的化學穩定性，能抑制油品的高溫操作和擾動空氣所產生的氧化，確保潤滑油的長效使用壽命。
良好的抗乳化特性，能迅速的分離水分避免乳化物的產生影響潤滑。
防銹抗腐蝕特性，保護齒輪以及軸承免於生銹。因為運轉溫度及環境濕度的變化設備都可能會有水分的污染。同時也避免酸性生成物侵蝕齒輪和軸承。
抗泡性，能抑制油槽及齒輪箱過度的泡沫問題。
極壓添加劑、抗磨或摩擦調整劑，對絕大部分的齒輪箱減速機都是必要的保護特性。

選擇齒輪潤滑油還需要考慮到設計以及運轉的相關因素：

齒輪型式
齒輪速度
操作溫度
齒輪表面加工精度
運轉負載程度
應用方式

齒輪型式 - 黏度是齒輪潤滑油最重要的特性，無論是正齒輪、斜齒輪、螺旋齒輪、人字齒輪、及蝸線斜齒輪等的應用，齒輪潤滑油必須有足夠的黏度以提供兩嚙合輪齒表面之間有效的油膜層，同時又不會過於黏稠造成太大的流體摩擦阻力。蝸桿蝸輪的運轉絕大部分是滑動現象，會產生極為可觀的高熱且滑油極易從兩表面間被刮除，需選擇較高黏度加上抗磨、減摩添加劑的齒輪油。在這裡特別強調的是合成油經證實對於蝸輪的潤滑效益卓越，美孚的合成齒輪油在這方面有著紮實的經驗和實例。戢齒輪在臨界和混合潤滑條件下也有相當大部分的滑動接觸，極壓添加劑是其齒輪油中不可缺少的組成。齒輪速度 - 齒輪速度高有助於潤滑油膜的建立和維持，更多的滑油被送進齒輪運轉的核心處，滑油也比較不容易在輪齒嚙合的過程中被擠出接觸面；相反的，低速齒輪滑油的供給量少，而有更充裕的時間將滑油擠出嚙合處，所以需要選用黏度高的油品。操作溫度 - 環境溫度和運轉中可能的溫升都是潤滑油選擇的考慮因素。滑油應有夠低的黏度以提供良好的低溫起動潤滑，同時黏度需要足夠的濃稠以應付運轉高溫。這些高低溫相差很大的運轉條件時，合成齒輪油就是最佳的選擇。齒輪表面加工精度 - 齒輪表面的粗糙程度對於考慮適當潤滑的滑油油膜厚度有很重要的影響，比較粗糙的表面需要厚油膜層來作潤滑保護，而精緻加工的表面則得以由薄油膜層來保護。運轉負載程度 - 另一重要的油品選擇因素為齒輪的負載狀態。衝擊負荷的齒輪油膜可能在瞬間被破壞，需要高黏度油品來避免油膜的破壞。過度負載或重荷混合極端衝擊負荷的情況下，即使高黏度的油品可能都無法維持有效的油膜層，此時唯有極壓添加劑才得以提供適當的潤滑保護。除了考慮上述因素來選擇潤滑油外，遵循齒輪製造廠家的潤滑建議是最佳的途徑。尋求潤滑油供應廠商的意見也是很好的參考。定期的齒輪檢查，完整的預防保養計劃，配合正確的潤滑油應用，是避免設備故障損壞最好，也是最經濟的保證。在工廠的營運中，每年所使用的預防保養計劃費用遠低於一次嚴重的設備損壞停擺所造成的損失。