การควบคุมการปนเปื้อนในเกียร์บ็อก (Gearbox)

การบำรุงรักษาเชิงรุกเป็นวิธีที่ใช้กันมาก และเข้าใจกันอย่างกว้างขวางว่าสามารช่วยให้หลายองค์การได้รับผลตอบแทนอย่างคุ้มค่าจากการทำโปรแกรมบำรุงรักษาเชิงรุกนี้  บทความนี้จะบอกเรื่องราวเกี่ยวกับพื้นฐานการปนเปื้อน ซึ่งจะทำให้ท่านเข้าใจและสามารถยืดอายุการใช้งานของเครื่องจักรออกไป ไม่ใช่เฉพาะเรื่องของน้ำมันเกียร์เท่านั้น แต่เป็นของเครื่องจักรทั้งระบบ
เกียร์บ็อกมีหลากหลายรูปแบบ แต่ทั้งหมดต้องการการหล่อลื่นที่ดี เพราะมีชิ้นส่วนที่ต้องเคลื่อนไหวส่งกำลังผ่านการหมุน นั่นหมายถึงการปนเปื้อนของน้ำมันไม่ได้แค่ทำให้อายุของน้ำมันสั้นลงเท่านั้น  แต่จะส่งผลให้ชิ้นส่วนที่มีการเคลื่อนไหวสึกหรอเร็วกว่ากำหนดและเสียหายในที่สุด

การเกาะตัว การขัดสี และกัดกร่อนระหว่างชิ้นส่วนโดยมากเกิดจากความสกปรกของน้ำมัน ซึ่งไม่ก่อให้เกิดการหล่อลื่นที่ดี สิ่งสำคัญสองอย่างของการหล่อลื่นเกียร์บ็อกก็คือ

• ต้องเลือกใช้น้ำมันให้เหมาะสมกับงาน

• น้ำมันต้องสะอาดปราศจากการปนเปื้อน

น้ำมันต้องเหมาะสมกับกับเครื่องจักร และต้องจัดเก็บอย่างดีก่อนที่จะเติมเข้าไปในเครื่องจักร พึงระลึกไว้เสมอว่าการออกแบบและผลิตเกียร์บ็อกได้พัฒนาไปมากในระยะหลังนี้ เทคโนโลยีในการชุบแข็ง และการพัฒนาทางด้านโลหะวิทยา ทำให้ผู้ผลิตสามารถผลิตเกียร์บ็อกที่มีขนาดเล็กลงในขณะที่แรงม้ายังคงเท่าเดิม  อย่างไรก็ตามการพัฒนาแบบนี้ทำให้เกิดภาระบนผิวเฟืองมากขึ้น และผิวที่แข็งนี้มีความหนาน้อย แม้ว่าผิวส่วนที่ชุบแข็งนี้จะสามารถทนต่อการสึกหรอแบบขัดสี (Sliding wear) ได้ดี แต่ก็ไม่ค่อยทนต่อการสึกหรอที่เกิดจากการกลิ้งของอนุภาคขนาดเล็กมากนัก (Rolling wear) การกลิ้งของอนุภาคมักจะเกิดในบริเวณเส้นพิทของเฟือง (Pitch line) ที่เป็นจุดที่ส่งผ่านกำลัง  เมื่อมีอนุภาคแข็งถูกกดในบริเวณนี้จะทำให้ผิวส่วนที่ชุบแข็งเกิดการล้า และหลุดร่อนออกมา  หรือไม่ก็เกิดเป็นหลุมขนาดเล็กโดยที่ขอบของหลุมนี้มีรอยนูนขึ้นมา การเสียรูปแบบพลาสติคของผิวเฟืองที่รอบ ๆ หลุมนี้จะทำให้คุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุที่ใช้ทำเฟืองเปลี่ยนไปอย่างมาก และทำให้เฟืองสึกหรอหรือล้าได้ง่ายขึ้น  นอกจากนี้การออกแบบสมัยใหม่ยังได้ออกแบบให้เกียร์บ็อกทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้น จึงมีความเสี่ยงเรื่องการหล่อลื่นไม่เพียงพอมากขึ้น

ด้วยเหตุผลข้างต้นและการเปลี่ยนแปลงอื่นๆ ในการออกแบบเกียร์บ็อก ทำให้การควบคุมการปนเปื้อนในเกียร์บ็อกเป็นเรื่องที่ต้องให้ความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง  ไม่ใช่แค่ให้ความสำคัญเรื่องการปนเปื้อนของระบบไฮดรอลิก ลูกปืน และเครื่องจักรที่มีความเร็วรอบสูงเหมือนที่เคยทำเท่านั้น  การควบคุมการปนเปื้อนในน้ำมันเกียร์จะทำให้เกิดผลดีหลายข้อ เช่นทำให้มีความเชื่อถือ (reliability) สูงขึ้น และลดต้นทุนในการซ่อมบำรุงได้

ระบุที่มาของการปนเปื้อน

โดยรวม สิ่งปนเปื้อนคือสิ่งแปลกปลอมที่เข้าไปในระบบและเป็นอันตรายกับเครื่องจักร หรือมีผลทำให้ประสิทธิภาพหรือการทำงานของเครื่องจักรเปลี่ยนแปลงไป  สิ่งปนเปื้อนที่พบโดยทั่วไปได้แก่ อนุภาคแข็ง ความชื้น อุณหภูมิที่สูงขึ้น และอากาศ  ส่วนสิ่งปนเปื้อนอื่นๆ ได้แก่ ผลของปฏิกริยาทางเคมี และสารอื่น ๆ ที่ได้รับจากสิ่งแวดล้อม
จุดที่สิ่งปนเปื้อนเข้าไปในระบบได้ ได้แก่ ซีล และช่องหายใจ (Breather)  ส่วนจุดอื่นซึ่งอาจจะพบน้อยกว่าคือผลที่เกิดจากการซ่อมบำรุง  เช่น การเติมน้ำมัน การถ่ายน้ำมัน ส่วนระดับการปนเปื้อนนี้จะมากหรือน้อยก็ขึ้นกับสภาพแวดล้อมในการทำงานของเกียร์บ็อก

ในสิ่งแวดล้อมที่ชื้นมีละอองน้ำ  การปนเปื้อนด้วยความชื้นจะมากเป็นพิเศษ แต่การปนเปื้อนด้วยฝุ่นผงจากภายนอกจะน้อยลง  ในทางกลับกันหากสิ่งแวดล้อมแห้ง ร้อน และมีลมพัด การปนเปื้อนด้วยความชื้นก็น้อยลง แต่การปนเปื้อนด้วยผงที่มีซิลิก้าเป็นส่วนประกอบจะมากขึ้น  นอกจากนี้ยังเป็นเรื่องของอุตสาหกรรมแต่ละประเภทซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วย เช่น อาจปนเปื้อนด้วย ผงถ่านหิน ผงแร่เหล็ก สารเคมีในโรงงานปิโตรเคมี หรือโรงงานกระดาษเป็นต้น  ปัจจัยอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องคือ กิจกรรมที่อยู่ในบริเวณใกล้เคียง เช่น ผงซีเมนต์จากโครงการก่อสร้างที่จะมีผลมากเมื่ออากาศแห้งและมีลมพัด

การจัดการกับต้นตอของการปนเปื้อน

หัวข้อข้างล่างนี้เป็นจุดที่สำคัญที่จะทำให้การควบคุมการปนเปื้อนประสบความสำเร็จ เราควรจะพิจารณาทั้งเรื่องการป้องกันการปนเปื้อน และการแยกสารปนเปื้อนออกจากน้ำมัน โดยคร่าว ๆ การแยกสารปนเปื้อนออกจากน้ำมันจะมีต้นทุนสูงกว่าการป้องการกันปนเปื้อน 10 เท่า  ควรพิจารณาหัวข้อข้างล่างนี้แล้วปรึกษากับผู้ผลิตหากต้องการให้เพิ่มลักษณะบางอย่างในเกียร์บ็อกตัวใหม่  สำหรับเกียร์บ็อกที่มีอยู่แล้วอาจต้องทำการดัดแปลงในสถานที่ที่ใช้งาน หากจำเป็นให้ปรึกษาผู้เชี่ยวชาญเพื่อให้ทุกอย่างง่ายขึ้น

ไม่ว่าท่านจะลงมือทำเอง หรือวางแผนปรับปรุงเรื่องการควบคุมการปนเปื้อนให้พิจารณาสิ่งต่อไปนี้

• ซีล  ลิปซีล (Lip seal) เป็นซีลที่มีราคาถูกแต่ต้องเปลี่ยนบ่อย ๆ  ความสามารถในการซีลป้องกันการรั่วไหลของน้ำมัน และป้องกันน้ำและสิ่งสกปรกเข้าไปในระบบจะด้อยกว่าซีลที่เป็นแบบแลบบะริน (Labyrinth seal)  แม้ว่าซีลแบบ แลบบะริน จะแพงกว่าในตอนแรก แต่จะป้องกันน้ำและสิ่งสกปรกได้ดีกว่า รวมทั้งลดการสูญเสียจากการรั่วซึมของน้ำมัน, ปัญหาปนเปื้อนในการผลิต และสิ่งแวดล้อม  หากเทียบเรื่องอายุการใช้งานแล้วซีลแบบ แลบบะริน จะมีต้นทุนต่ำกว่า เพียงแต่ต้องหลีกเลี่ยงการฉีดน้ำแรงดันสูงไปที่ซีลโดยตรง หากหลีกเลี่ยงไม่ได้ เช่นใน อุตสาหกรรมอาหาร และยา ที่จำเป็นต้องใช้น้ำทำความสะอาดบ่อย ๆ ควรติดตั้งตัวป้องกันซีลเพิ่มเติม

• ช่องหายใจ (Breathers) ในเกียร์บ็อกรุ่นเก่า ๆ ช่องหายใจเป็นเพียงท่อเปิดที่มีปลายงอลงด้านล่าง  เกียร์บ็อกรุ่นใหม่จะติดตั้งปลั๊กช่องหายใจ มันสามารถป้องกันการปนเปื้อนขนาดใหญ่ เช่นเศษหิน เศษผ้า แมลงที่จะตกเข้าไปในเกียร์บ็อก แต่ไม่สามารถป้องกันสิ่งปนเปื้อนที่มีขนาดเล็กกว่า 10 ไมครอนได้  ส่วนมากการปรับปรุงช่องหายใจสามารถลดการปนเปื้อนจากอนุภาคแข็งและน้ำได้  เราทำได้หลายวิธี เช่น ติดตั้งตัวกรองช่องหายใจที่ละเอียด 1 ไมครอนเพื่อกรองอนุภาคที่มากับอากาศให้มากที่สุด ความจริงแล้วไส้กรองแบบ Spin-on ก็สามารถใช้แทนตัวกรองช่องหายใจได้ ดังรูป 1

รูปที่ 1- Spin-On Filter/Breather

ในสิ่งแวดล้อมที่มีความชื้นสูง แนะนำให้ติดตั้งช่องหายใจที่สามารถดูดความชื้นได้  แม้ว่าจะมีสองแนวคิดในเรื่องนี้ คือว่า บางคนคิดว่าควรปล่อยอากาศภายในเกียร์บ็อกให้ออกสู่บรรยากาศโดยตรง คนอื่น ๆ คิดว่าควรเอาอากาศที่แห้งและอุ่น ๆ ผ่านสารดูดความชื้นเพื่อให้สารดูดความชื้นใช้งานได้นานขึ้น อย่างไรก็ตาม หากเปรียบเทียบกับถังน้ำมันไฮดรอลิก จะพบว่ามีอากาศเข้าและออกจากเกียร์บ็อกน้อยมาก  ส่วนใหญ่เราต้องการช่องหายใจเพื่อให้อากาศเข้าออกได้เมื่อเติมน้ำมัน, มีน้ำมันรั่วออกจากเกียร์บ็อก หรือ เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของน้ำมันเนื่องจากอุณหภูมิที่เปลี่ยนไป

สำหรับงานที่มีการเปลี่ยนแปลงปริมาตรน้ำมันในถังน้อยมาก เช่นเกียร์บ็อกนี้ การใช้ช่องหายใจแบบที่สามารถขยายตัวได้  (expansion chamber) เป็นทางเลือกหนึ่ง เพราะสามารถปิดกั้นน้ำมันจากบรรยากาศภายนอกได้ ถุงด้านในของมันจะขยายหรือหดตัวตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายในเกียร์บ็อก

• ช่องหายใจ/ไส้กรอง/ช่องเก็บตัวอย่าง  หากเราต้องทำการเก็บตัวอย่างน้ำมันบ่อย หรือต้องการกรองน้ำมันบ่อย ๆ  การมีช่องต่อหลาย ๆ อย่างไว้เป็นเรื่องดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อบริเวณที่ทำงานนั้นแคบ  เราต้องการความมั่นใจว่าน้ำมันต้องสะอาดก่อนที่จะเติมเข้าไปในเกียร์บ็อกโดยการเติมผ่านเครื่องกรองน้ำมัน  หรือใช้น้ำมันที่ได้บรรจุและซีลไว้อย่างดีที่มาพร้อมกับใบรับรองความสะอาด  ช่องเติมน้ำมันก็ต้องสะอาดและจะดีมากหากมีการติดตั้งข้อต่อสวมเร็วที่มีฝาครอบกันฝุ่นเข้ากับช่องเติมน้ำมัน  คล้ายๆ กับช่องเก็บตัวอย่างน้ำมันที่ต้องระวังการปนเปื้อนจากภายนอกเป็นพิเศษ

รูปที่ 2- Breather/Filter/Sampler Combo

• เครื่องกรองน้ำมันแบบเคลื่อนที่ได้  (Portable Off-line Filtration)  ในขณะที่เกียร์บ็อกบางตัวมีปั๊มขนาดเล็กอยู่แล้ว หรืออาจจะมีไส้กรองด้วยในตัว แต่เกียร์บ็อกส่วนใหญ่มักจะไม่มีกรอง  การดัดแปลงหรือติดตั้งเครื่องกรองเข้ากับเกียร์บ็อกเป็นเรื่องยากและต้องหยุดเครื่องจักรเป็นเวลานาน  กรณีนี้เราสามารถใช้เครื่องกรองแบบเคลื่อนที่ช่วยได้  โดยการติดตั้งติดตั้งข้อต่อสวมเร็ว (Quick-connect fitting) เข้าที่ช่องเติม และช่องถ่ายน้ำมัน เพื่อเป็นจุดเชื่อมต่อกับเครื่องกรอง  ให้เลือกเครื่องกรองน้ำมันที่เหมาะสมกับระดับความสะอาดที่ต้องการและควรเลือกไส้กรองที่สามารถดูดซับความชื้นได้บ้าง  จะดีที่สุดหากเรามีเครื่องกรองเฉพาะของน้ำมันแต่ละประเภททั้งนี้เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของน้ำมันต่างชนิดกันที่ตกค้างในเครื่องกรอง
การเลือกอัตราการไหลของเครื่องกรอง  สำหรับน้ำมันที่มีความหนืดสูงควรเลือกเครื่องกรองที่มีอัตราการไหลน้อย ๆ  และต้องให้น้ำมันผ่านเครื่องกรองอย่างน้อย 5-7 เท่าของปริมาตรน้ำมันในเกียร์บ็อกเพื่อให้มั่นใจว่าน้ำมันจะสะอาดอย่างเพียงพอ   นอกจากนี้ต้องคำนึงถึงความปลอดภัยด้วยกล่าวคือเครื่องกรองต้องมีระบบปล่อยความดันเมื่อความดันสูงเกินไป เพื่อป้องกันการระเบิดของถังกรอง

• เครื่องกรองน้ำมันที่ติดตั้งถาวร (Permanent Off-line Filtration)  ในเกียร์บ็อกที่มีขนาดใหญ่ มีน้ำมันมาก หรือต้องการรักษาระดับความสะอาดเป็นพิเศษ ต้องมีการติดตั้งเครื่องกรองแบบถาวร  ผลดีของการติดตั้งนี้คือสามารถกรองน้ำมันได้ตลอดเวลาไม่ว่าเกียร์บ็อกจะทำงานหรือหยุดทำงาน แม้ว่าการกรองในขณะที่เกียร์บ็อกทำงานจะให้อัตราการไหลที่ดีกว่าก็ตาม  นอกจากนี้หากมีการติดตั้งตัวระบายความร้อนออกจากน้ำมันด้วยก็จะเป็นการดี เพราะจะทำให้อายุการใช้งานของน้ำมันนานขึ้น มีสมรรถนะในการหล่อลื่นดีขึ้น

การเลือกที่จะใช้เครื่องกรองแบบเคลื่อนที่ หรือแบบติดตั้งถาวรนั้น ขึ้นอยู่กับความจำเป็นในการผลิต, ความปลอดภัย, ผลที่ตามมาหากเกียร์บ็อกเสียหาย,  การเข้าไปทำการกรองแต่ละครั้งเป็นเรื่องยุ่งยากขนาดไหน  การยืดอายุของเกียร์บ็อกก็สามารถทำได้ในงบประมาณที่ไม่มากนัก ทั้งนี้จะยืดอายุได้มากหรือน้อยขึ้นอยู่กับระดับความสะอาดของน้ำมันที่เปลี่ยนไป   การกำหนดเป้าหมายระดับความสะอาดของน้ำมันไม่ควรกำหนดโดยเกียร์บ็อกแต่ละตัว แม้ว่าในความเป็นจริงเกียร์บ็อกบางตัวไม่จำเป็นต้องสะอาดมากก็ตาม  น้ำมันในเกียร์บ็อกไม่จำเป็นต้องสะอาดมากเหมือนน้ำมันไฮดรอลิกก็จริง แต่การตั้งเป้าหมายที่จะลดระดับการปนเปื้อนจาก ISO */23/20  เป็น ISO */16/13  ก็เป็นเรื่องที่สมเหตุสมผล และหากสามารถรักษาความสะอาดของน้ำมันที่ระดับนี้ได้ก็จะทำให้อายุการใช้งานของเกียร์บ็อกยาวนานขึ้นอย่างน้อยสามเท่า

ความสะอาดของเกียร์บ็อกในช่วงที่เริ่มเดินเครื่องเป็นเรื่องจำเป็นมากที่จะเพิ่มความวางใจว่ามันจะใช้งานได้นาน  การพบสิ่งตกค้างจากการผลิตในเกียร์บ็อกเช่น ผงทราย เศษโลหะจากการขึ้นรูป เป็นเรื่องไม่ปกติ  ผู้ผลิตบางรายระบุว่าหากต้องการความสะอาดเป็นพิเศษต้องมีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม  ท่านก็ควรจะระบุไปในใบสั่งซื้อด้วย  และอย่างน้อยในการจัดซื้อเกียร์บ็อกลูกใหม่ ลูกค้าต้องมั่นใจว่าได้ระบุให้ผู้ผลิตติดตั้งตัวกรองช่องหายใจและใช้ซีลที่ดีที่สุด ช่องเปิดทุกจุดต้องมีปลั๊กอุด เพลาและเฟืองต้องเคลือบบาง ๆ ด้วยจาระบี หรือ ฟิล์มน้ำมัน ซึ่งจะต้องฟลัชล้างให้สะอาดก่อนการใช้งาน   ให้ใช้เครื่องกรองน้ำมันแบบเคลื่อนที่อีกตัวมาล้างเกียร์บ็อกก่อนที่จะใช้งาน  วิธีที่ดีที่สุดคือใช้น้ำมันประเภทเดียวกันที่มีความหนืดน้อยมาล้าง เพื่อให้มั่นใจว่าสิ่งตกค้างได้ตามจุดอับต่าง ๆ ได้ถูกชะล้างออกมาและได้ถูกกรองออกไป  ถ้าท่านต้องการให้ผู้ผลิตทำการล้างก็ต้องมั่นใจว่าเขาได้ทำอย่างถูกต้องและมีเอกสารรับรองระดับความสะอาด แม้อาจจะต้องมีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมบ้าง แต่มันก็คุ้มค่ามากเมื่อเทียบกับผลเสียที่จะตามมาหากไม่ได้ล้าง

เมื่อไหร่ก็ตามที่มีการเปิดเกียร์บ็อกออกมาเพื่อซ่อมบำรุง ท่านจะเห็นสิ่งสกปรกในเกียร์บ็อกได้อย่างชัดเจน และควรล้างห้องเกียร์ให้สะอาดก่อนประกอบกลับเข้าด้วยกันอีกครั้ง 

การบำรุงรักษาน้ำมันเกียร์เป็นเรื่องใหม่  เพราะเกียร์บ็อกสมัยใหม่ต้องการน้ำมันที่สะอาดมากขึ้น  ดังนั้นถ้าหากท่านต้องการเครื่องจักรที่ไว้ใจได้ ท่านต้องใส่ใจเรื่องการควบคุมการปนเปื้อนในน้ำมันในเกียร์บ็อกให้มากขึ้น

 Reference : Controlling Gearbox contamination, Machinery Lubrication magazine.

Share