تزليق
التزليق Lubrication اسم مشتق من اللاتيني Lubrican ومعناه حدوث الانزلاق بين سطحين بوجود مادة سائلة أو لزجة أو غازية لتخفيض عامل الاحتكاك بينهما. وخير مثال لعملية التزليق هو السائل الزلالي في مفاصل البشر.
تكمن أهمية التزليق في تخفيض الاحتكاك والاهتراء والتغلب على الأوزان الثقيلة عند انزلاقها على سطح ثابت بوجود المادة الزالقة، مثال على ذلك إمكانية تحريك خزانة الملابس ذات الوزن الكبير، وذلك بوضع قليل من الصابون والماء على الأرض في الاتجاه المراد ثم دفعها فتتحرك بسهولة.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
المخطط العام لمنظومة التزليق وترابط عناصرها
يتكون هذا المخطط من عناصر رئيسية تشمل: السطحين المعدنيين المعالجين بعناية دقيقة ومن الوسط الفاصل بينهما. وإن عدم وجود هذا الوسط يؤدي إلى تلاصق وتماسك السطحين بعضهما ببعض عندما ينزلقان، ويطلق على هذه الحالة الانزلاق الجاف، أمّا في حال وجود الوسط سائلاً مثل الزيت أوالماء غازياً (هواء وغيره)، فيطلق عليه التزليق المائي الساكن أو السكوني الهدروستاتيك. وعند إيصال السائل أوالهواء عن طريق تولّد الضغط بين السطحين نتيجة شكلهما وحركتهما فيطلق عليه التزليق المائي الحركي الهدروديناميك. وفي كلتا الحالتين يجب أن يبقى السطحان منفصلين بعضهما عن بعض بالحفاظ على ضغط طبقة السائل أو الهواء بتوازن الثقل على الأسطح المنزلقة.[1]
طوّر رينولدز Reynolds نظرية طبقة التزليق السائلة عام 1886 بعد اكتشاف العالم بوشامپ تاور Beauchamp Tower التزليق الهدروديناميكي لمقرات المحامل في عربة سكة حديد في إنكلترة عام 1885.
أنواع مواد التزليق وخواصها
استخدم الإنسان قديماً الوحل وعيدان القصب لتزليق الزلاجات في مباريات الجر وسحب جذوع الأشجار والصخور، كما استخدم الشحم الحيواني والزيوت النباتية لتزليق محاور العربات. وعندما نشأت الصناعة البترولية في القرن التاسع عشر، صارالبترول المصدر الرئيسي للحصول على مواد التزليق، وجرى تطويرها لتناسب الاحتياجات المطلوبة في تزييت المركبات والطائرات والآلات المختلفة، ويمكن تصنيفها إلى:
1ـ مواد التزليق البترولية: ومعظمها مواد من فحوم هدروجينية تجمع المزايا المرغوبة وهي توفرها بدرجات لزوجة ملائمة، انخفاض درجة تطايرها، مقاومة تدهورها، الوقاية ضد الصدأ وانخفاض كلفتها. ويدخل في هذه المجموعة (البرافين أو النافثينNaphthene أو المختلط) بحسب احتوائها نسبة جزئية عالية من البرافين أو النافثين. ومع تطور طرائق التكرير، والحصول على مواد تزليق ذات نوعية عالية ظهرت إلى الأسواق نوعيات تزليق مختلفة.
2ـ مواد التزليق التركيبية: وهي مواد سائلة زيتية لها بعض الصفات المشابهة لمواد التزليق البترولية، لكن خصائصها تختلف باختلاف تركيبها الكيماوي ومثالها الأملاح الحامضية ثنائية القاعدة التي تستخدم كزيت للأدوات الميكانيكية،وأملاح الفوسفات المستخدمة كسائل هدروليكي ولمقاومة النيران، والسيليكونات التي تستخدم كسائل مخمد، ومركبات الأثير متعددة الغليكول المستخدمة كزيت تركيبي للمحروقات.
3ـ شحم التزليق: مادة شبه جامدة تحتوي على مركب مُكثف في مادة سائلة. مع صوابين الألمنيوم والباريوم والكالسيوم والليثيوم والصوديوم والسترونتيوم Strontium، وهي مركبات تكثيف صابونية. أما مركبات التكثيف غير الصابونية، فتتألف من مركبات غير عضوية مثل الصلصال المعدل والسيليكات الناعمة أو من مواد عضوية مثل أريلورياس Aryloreas وفثالوسيانين Phthalocyanine.
4ـ مواد التزليق الجامدة: توضع في هذه الحالة طبقة من مواد جامدة بين سطحين محتكين تتكون من:
- مركبات لاعضوية متراكمة: مثل مولي سولفايد Moly sulphide والگرافيت، وثاني كبريتيد المولبدنم وثاني كبريتيد التنگستن والميكا ونتريد البورون والبوروكس borox وكبريتات الفضة ويوديد الكادميوم ويوديد الرصاص. وهناك مواد لينة مختلفة مثل الرصاص الأبيض والجير والتالك ويوديد الفضة وأحادي أكسيد الرصاص والبنتونايت Bentonite. يضاف إلى ذلك مواد متحركة كيمياوياً بوساطة التفاعل الكيمياوي مثل طبقات السلفيد والكلور والفوسفات والأكسالات Oxalate.
- مركبات عضوية: مثل الصوابين والشموع والشحوم المعدنية (الألمنيوم والكالسيوم والصوديوم والليثيوم Lithium) والشموع الحيوانية المنشأ مثل شمع النحل bees wax وشمع العنبر Sprem wax والأحماض الدهنية مثل الحمض الدهن الأستياري Stearic acid والحمض النخيلي Palmitic acide، والأملاح الدهنية مثل الشحم الحيواني. يضاف إلى ذلك مواد بولميرية ذات طبيعة تركيبية مثل رابع فلورات الإتيلين المتشعب Polytetra fluorethylene، ورابع كلور الإتيلين المتعدد Polychlora fluoroethylene. تتميز مواد التزليق هذه بمقاومتها لتدهور صفاتها وعدم تأثير العناصر الأخرى فيها. لذلك تستخدم بثخانة نصف بوصة في الإنشاء الإسمنتي الحديث مسبق الإجهاد كي تسمح بالحركة الحرارية في العوارض المستقرة فوق الأعمدة، وتساعد على تمدد عناصر البناء وتقلصها. كما تستخدم في الآلات الصناعية المختلفة.
- طبقات معدنية: يجب أن تكون رقيقة وطرية تتوضع على طبقة صلبة وتشتمل على الرصاص والقصدير.
- الطبقات المترابطة: تكون على هيئة مسحوق مع مركب ربط الالتصاق من قطر النشا (القطر الصناعي) Corn syrup والأكريليك Acrylic والفينول Phenolie وراتينجات الإيبوكس Epoxy resins، وسيليكات وفوسفات الصوديوم وفوسفات الصوديوم ومعادن منخفضة الانصهار.
- الغـازات: التزليق بوساطة الغازات مشابه في كثير من النقاط للتزليق بالسائل، لكنه يختلف عنه في نقطتين مهمتين هما: أن لزوجة الغاز أقل بكثير من لزوجة السائل. و انضغاط الغاز أكبر بكثير من انضغاط السائل. ويفضل في الآلة التي تتعامل مع أنواع مختلفة من الغازات تزليق الأسطح المتحركة بالغاز بغية تبسيط تصميم الآلة وتقليل تلوث مادة التزليق والتلوث الصادر عنها.
- مزلقات لأغراض خاصة: تنفرد كل عملية تزليق بصفات خاصة بحاجتها إلى مادة تزليق معينة لتفي بالمتطلبات الفريدة لها. وبما أن هذا الاتجاه غير عملي لذلك تسعى الشركات إلى تقليل عدد مواد التزليق بجعل الخصائص المطلوب توافرها في الزلقات لأغراض خاصة شاملة تقريباً، مثل مقاومة التأكسد، والثبات الحراري واللزوجة الحرارية الجيدة والمتانة العالية للطبقة ومقاومة التآكل....إلخ
الطرق المختلفة للتزليق
يؤمن الزيت إلى الأسطح المتحركة للآلة بطرائق مختلفة أهمها:
- التقطير: تعتمد على خاصية وزن السائل، وتتم يدوياً أو بالقطارة أو بالرش أو الإحاطة (حلقة زيتية) أو بالغمر أو بالفائض.
- بالاستقرار: حيث تستخدم مضخة توصل الزيت إلى مجموعة نقاط التزييت.
- بالرذاذ: يجري بتثبيت الزيت تحت تيار من الهواء لرفعه وتوزيعه.
- التزليق الذاتي: هنا تزود الأسطح المنزلقة بكمية من الزيت يحافظ عليها من الضياع بإحكام مكان وجودها. وعند استخدام الشحم للتزليق يتم توصيله إلى الأسطح المحتكة يدوياً أو بوساطة جهاز ضاغط للشحم.
| المادة | اللزوجة النسبية (الهواء =1) | ثخانة الطبقة النموذجية (بوصة) عند الاستخدام في المحامل |
وحدة الحمل في المحامل (رطل/ بوصة مربعة) |
|---|---|---|---|
| الهواء | 1 | 0.00005-0.0004 | 1-10 |
| الماء | 33 | 0.0004-0.001 | 25-75 |
| الزيت | 1000 | 0.002-0.004 | 200-500 |
وظائف مواد التزليق
ترجع الوظيفة الأساسية لمادة التزليق إلى تقليل الاحتكاك والاهتراء كما تؤدي عدداً من الوظائف الأخرى أهمها:
- التحكم بالاحتكاك: الذي يتناسب طرداً مع درجة لزوجة السائل وأقا بـ 200 مرة في الأسطح ذاتها غير الزيتية، ويوضح الجدول (1) خصائص ثلاث مواد تزليق نموذجية، اللزوجة النسبية، وثخانة الطبقة، ووحدة الحمل في المحامل (المدارج) عند التحكم بالاحتكاك.
- ضبط التآكل: باستخدام موانع الأكسدة والصدأ أثناء عمل الآلة أو توقفها عن العمل.
- التحكم بدرجة الحرارة: من خلال تخفيض الاحتكاك ونقل الحرارة المتولدة.
- نقل القدرة: في أجهزة نقل الحركة وغيرها.
- إزالة الملوثات والشوائب الصلبة في أثناء عمل الآلة.
- العزل: للمحولات والمفاتيح الكهربائية.
- تخميد الصدمات: في أجهزة التعليق.
- الإحكام الجيد بالشحم: وحجز نفوذ الزيت ومنع وصول الملوثات إليه.
خواص الزيوت المعدنية ومواصفاتها والمتطلبات الضرورية لها
مع وجود مواد كثيرة تعمل كمزلقات ضمن شروط معينة، لا يمكن تعداد جميع خصائصها ومواصفاتها، وقد يكون من المفيد ذكر أهمها:
- اللزوجة تحدد حجم الاحتكاك بين الأسطح المتحركة، وتقاس لمعرفة معدل التدفق لمادة التزليق ويعبر عنها بالسنتي بويز Centipoise أو رقم رينولدز أو بمقياس سيوبولت Seconds saybolt universal، وذلك حسب نظام القياس للمتبع.
- نقطة الانصباب: هي درجة الحرارة التي يتوقف عندها جريان مادة التزليق، وتعد عاملاً رئيسياً في اختيار مادة تزليق معينة من ضمن مجموعة مختلفة الخصائص.
- نقطة الوميض: تساعد في تحديد خصائص مقاومة النيران، وتعد في بعض الحالات الأساس في اختيار مادة التزليق الملائمة.
- درجة الزيتية: تبين مقدرة السائل على العمل تحت شروط التزليق الجزئي.
- رقم التعادل: مؤشر على درجة تحلل بالأكسدة للمحتوى الحامضي أو القلوي للزيت.
- رقم الاختراق: يعرف على خصائص طبقة الشحم بإلقاء مخروط قياس على عينة، وكلّما كان الرقم مرتفعاً كان الشحم أكثر سيولة.
- خصائص مختلفة مثل إيجاد محتوى الكلور وثابت العازلية الكهربائية والوزن النوعي، والتوتر السطحي، والتآكل والاستحلاب والإرغاء والأكسدة والتكربن والتصبن.
| المادة المضافة | الهدف | المادة المضافة | الهدف |
|---|---|---|---|
| ديتوفوسفات التوتياء | مانع تأكسد | مركبات الكلورين | محسن المتانة |
| ديتوفوسفات التوتياء | مانع تآكل | بوليميرات سيليكونية | مضاد للارتخاء |
| تراي كريسيل الفوسفات | مانع اهتراء | صوابين دهنية | مستحلب |
| حمض السالفونيك | مشتق تنظيف | صوابين، غضار ناعم | تكثيف القوام |
| صوابين معدنية | مانع صدأ | بوليميرات سيليكونية عضوية | طارد ماء |
| بولميرات أملاح | كابح الضباب | حوامض دهنية | شبت لوني |
| بولميرات أكريلية | محسن اللزوجة | بولميرات ألدهيدية | ضبط الرائحة |
| زيوت دهنية | درجة الزيتية | الفينول | مطهر |
التحسينات التقنية لأنواع الزيوت
تضاف بعض المواد إلى الزيوت لتحسين خصائصها الفيزيائية والحد من تغيرها الكيمياوي. ويبين الجدول (2) الإضافات الأكثر شيوعاً والهدف منها. خواص الشحوم المعدنية ومواصفاتها أهم خواصها هي:
- التجانس: أي مقاومة عمليات الانفكاك عند تخزينها واستخدامها.
- درجة الليونة: وتحدد لزوجتها وتركيبها وتماسكها، وتعرف عند درجات الحرارة التي تصل إلى 75 درجة مئوية.
- درجة حرارة التسيب: وتتعلق بنوع المادة الإضافية للشحم ومواصفاتها.
- خاصية التماسك الكيماوي: أي قدرتها على مقاومة الأكسدة، وتعد الشحوم الهدروكربونية أكثر الشحوم تماسكاً.
- نسبة الشوائب المعدنية: لا يسمح بوجودها لمنع حدوث التآكل في الأجزاء المتحركة.
- نسبة القلويات الحرة والحموض العضوية: يجب أن لا تزيد على 0.02٪ بسبب تأثيرها في المعادن وتشكل الصدأ.
- نسبة الماء: لا يسمح بوجوده في الشحوم الهدروكربونية والصودية، أما الشحوم البوتاسية فيجعلها متماسكة أكثر بوجود كمية ضئيلة جداً.
دارة التزييت في المحركات والمركبات
يقصد بدارة التزييت في المحرك، النظام الذي يتم تصميمه لتوصيل الزيت إلى ما بين القطع المحتكة ثم تبريده وتصفيته بعد القيام بعمله لإعادة استعماله، كما في المخطط المبين في الشكل 1.
أما بنية المحرك وأجزاؤه التي يصل إليها زيت التزييت فمبينة في الشكل 2. وتتم عملية التزليق في المركبة للقطع والمجموعات الاحتكاكية مثل المحاور وتوابعها (المدارج المختلفة)، وأجهزة القيادة و التعليق (النوابض الحلزونية والصفائحية) وقطبي المدخرة وغيرها، ويستخدم لذلك الشحوم. أما ما يتصل بعلبة السرعة والجهاز التفاضلي فتستخدم مجموعة من الزيوت لهذا الغرض. والشكل 3 يبين أماكنها.
ويصنع اليوم أكثر من (12) نوعاً من زيوت المركبات يختلف بعضها عن بعض بلزوجتها ودرجة تصلبها وطريقة تصفيتها والمواد المضافة إليها، ومثال عنها زيت المحرك ذو اللزوجه 10×6-10 م2/ثا تقريباً، ونسبة النفايات (0.02- 0.35)٪ و درجة حرارة اشتعاله 200 درجة مئوية، ومن ثمّ فإن الزيت المستخدم صيفاً يمكن أن يختلف عنه شتاءً لاختلاف الشروط الاستثمارية للمحرك.
انظر أيضاً
- Machinery Lubrication magazine
- International Council for Machinery Lubrication
- مزلق
- نظرية التزليق
- Bearing (mechanical)
- شحم (تزليق)
- Fluid management
- زيوت
- Society of Tribologists and Lubrication Engineers
- Penetrant
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
المصادر
|
مراجع للاستزادة
- علي صبح، الوقود والزيوت والشحوم (كلية الهندسة الميكانيكية والكهربائية، جامعة دمشق 1992).
- أحمد شنوان ديب، معادلات الزيوت المتداولة في شركة محروقات وأسس اختيارها (الشركة السورية لتخزين وتوزيع المواد البترولية 1992).
