یاتاقانها از جمله حیاتیترین قطعات متحرک در هر موتور سنگین هستند. وظیفه اصلی آنها ایجاد سطح تماس کنترلشده میان میللنگ، شاتون یا سوپاپ و بدنه است تا امکان چرخش روان و بدون اصطکاک قطعات فراهم شود.
اما در بسیاری از موتورهای دیزلی و دریایی، خرابی زودرس یاتاقان (Premature Bearing Failure) یکی از متداولترین و پرهزینهترین مشکلات تعمیراتی بهشمار میرود — خرابیای که نهتنها باعث از بین رفتن یاتاقان میشود، بلکه میتواند کل میللنگ را نیز غیرقابلاستفاده کند.
۱. ساختار و وظیفه یاتاقان در موتورهای سنگین
در موتورها، یاتاقانها در چند موقعیت حیاتی استفاده میشوند:
این یاتاقانها معمولاً از چند لایه تشکیل میشوند:
انتخاب دقیق متریال و تلرانس میان این لایهها عامل کلیدی در عمر و کارایی یاتاقان است.
خرابی زودرس یاتاقان، معمولاً ترکیبی از چند عامل مکانیکی، حرارتی و روانکاری است.
در ادامه رایجترین دلایل را بهصورت تخصصی بررسی میکنیم:
۲.۱. روانکاری ضعیف و افت فشار روغن
یاتاقانها برای کارکرد صحیح، به فیلم روغن یکنواخت با فشار پایدار نیاز دارند.
کاهش فشار روغن یا آلودگی آن باعث میشود تماس فلز با فلز برقرار گردد و بهتدریج نشانههای زیر بروز کند:
علتهای زمینهای میتواند شامل گرفتگی صافی روغن، تشکیل لجن (sludge)، عدم تعویض بهموقع روغن یا استفاده از ویسکوزیته نامناسب باشد.
۲.۲. آلودگی روغن (Contamination)
ورود ذرات فلزی یا غبار سیلیسی از هوا به مدار روغن موجب سایش ساینده در سطح تماس میشود.
در میکروسکوپ، این سایش بهشکل خراشهای طولی و الگوهای خطی مشاهده میشود.
در موتورهای صنعتی با فیلتر روغن آسیبدیده یا O-Ring فرسوده، این اتفاق بهسرعت رخ میدهد و منجر به abrasive wear میشود.
۲.۳. بارگذاری بیش از حد (Overloading)
افزایش فشار احتراق (بهخصوص در موتورهای با تنظیم نادرست سوخترسانی) یا استفاده طولانیمدت در گشتاور بالا، سبب افزایش نیروهای شعاعی میشود.
در نتیجه، فیلم روغن شکسته میشود و بخشهایی از یاتاقان دچار سایش چسبی (Adhesive Wear) یا خستگی سطحی (Fatigue Pitting) میگردد.
۲.۴. همخط نبودن یاتاقانها (Misalignment)
کوچکترین زاویه یا خطای نصب در یاتاقانها منجر به تماس غیریکنواخت و تمرکز تنش میشود.
در این حالت، یک طرف یاتاقان بیش از حد فشار میبیند و معمولاً نشانهی آن سایش یکطرفه است.
دلایل میتواند شامل شاتون تابدار، میللنگ تراشخورده غیردقیق، یا نصب اشتباه یاتاقان باشد.
۲.۵. دمای بالا و شکست حرارتی
در موتورهای صنعتی بزرگ، افزایش حرارت در اثر نارسایی در خنککاری یا روانکاری باعث از بین رفتن خاصیت مکانیکی لایهها و ذوب نقطهای میشود.
سطح یاتاقان مات، تاولدار و تغییر رنگیافته خواهد شد.
۲.۶. انتخاب نامناسب متریال
یکی از خطاهای رایج در تعمیرات غیرتخصصی، استفاده از یاتاقانهایی با آلیاژ اشتباه است. مثلاً نصب یاتاقان آلومینیومی در موتوری که باید یاتاقان دوجزئی CuPbSn داشته باشد.
این امر منجر به اختلاف ضریب انبساط حرارتی، تغییر لقی در دماهای کاری و سایش سریع میشود.
۳. علائم و نشانههای ظاهری خرابی یاتاقان
یاتاقان معیوب معمولاً با علائم زیر تشخیص داده میشود:
در کارگاه DGS، تجزیهوتحلیل ظاهری یاتاقانها بر اساس الگوی سایش، شدت حرارت و نواحی تماس، میتواند علت دقیق خرابی را مشخص کند.
۴. روش تشخیص و تحلیل خرابی (Failure Analysis)
در مجموعه DGS، هر یاتاقان آسیبدیده پیش از بازسازی تحت فرآیندهای زیر قرار میگیرد:
| مرحله | توضیح |
|---|---|
| ۱. معاینه بصری دقیق | بررسی سطح تماس، تغییر رنگ، ترکها و اثرات ذوب |
| ۲. آنالیز متالوگرافی و سختیسنجی | تعیین نوع آلیاژ و تغییرات ریزساختاری بر اثر حرارت |
| ۳. بررسی انحراف و هممحوری میللنگ | بهوسیله ابزار Dial Gauge و Templates اختصاصی |
| ۴. آزمون فشار و روانکاری شبیهسازیشده | برای ارزیابی ضخامت فیلم روغن و اصطکاک واقعی |
| ۵. تهیه گزارش علل ریشهای (Root Cause Report) | جهت اصلاح طراحی، تلرانس یا سیستم روغنکاری |
۵. راهکارهای فنی برای افزایش عمر یاتاقان در موتورهای سنگین
DGS با تجربه طولانی در بازسازی و بازطراحی یاتاقانهای صنعتی، چند اقدام کلیدی را برای افزایش عمر عملکردی پیشنهاد میکند:
اصلاح تلرانسها و کنترل ابعادی دقیق
هر موتور بسته به نوع میللنگ و فشار کاری باید لقی شعاعی خاصی بین لایه یاتاقان و ژورنال داشته باشد. تلرانسهای عمومی معمولاً در محدوده ۰٫۰۳–۰٫۰۶ میلیمتر است، اما در سیستمهای توربوشارژ ممکن است نیاز به تنظیم دقیقتری باشد.
انتخاب متریال مناسب برای شرایط کاری
برای بارهای زیاد و دمای بالا، آلیاژهای پایه قلع (CuPbSn10) یا برنزهای مقاوم در برابر خستگی عملکرد بهتری دارند.
در کاربردهایی با بار سبکتر، یاتاقانهای آلومینیومی دارای وزن کمتر و پاسخ حرارتی بهتر هستند.
استفاده از پوششهای ضدسایش و ضدخوردگی
پوششهای ویژه مثل Babbitt Overlay یا پوششهای پلیمر-فلزی (PTFE-based) در برخی پروژههای DGS، مقاومت سایش را تا چند برابر افزایش دادهاند.
بهبود سیستم روغنکاری
طراحی مجدد مسیرهای روغن، اصلاح زوایای ورودی، استفاده از فیلترهای چندمرحلهای و نظارت بر فشار پویا میتواند از اصلیترین گامهای پیشگیرانه باشد.
کنترل دمای کاری و خنککاری موضعی
استفاده از کانالهای خنککننده مکمل (Oil Jet Cooling) در موتورهای بزرگ باعث پایداری دمای لایه یاتاقان و جلوگیری از softening متریال میشود.
در DGS، خرابی یاتاقان صرفاً یک «تعویض قطعه» تلقی نمیشود، بلکه دادهای مهندسی برای اصلاح سیستم است.
رویکرد ما سهمرحلهای است:
نتیجه این چرخه، افزایش عمر یاتاقان تا دو برابر در کاربردهای صنعتی خاص و کاهش توقفات ناگهانی است.
خرابی زودرس یاتاقانها در موتورهای سنگین معمولاً محصول یک نقص جزئی نیست، بلکه نتیجه تعامل چندین عامل فیزیکی، حرارتی و طراحی است.
درک صحیح از این روابط به شما کمک میکند تا بهجای تعویض مکرر یاتاقانها، علت اصلی را حذف کنید.
در DGS، ما از تحلیل متالوگرافی، دادههای عملکردی و تجربه میدانی استفاده میکنیم تا راهکار واقعاً اجرایی ارائه دهیم؛ از تعویض ساده تا بازطراحی کامل یاتاقان و سیستم روانکاری.
اگر در موتور یا تجهیزات صنعتی خود دچار افت فشار روغن، صدای ضربه یا خرابی مکرر یاتاقان هستید، بهجای تعویض پیاپی، آن را برای آنالیز فنی DGS ارسال کنید.
تیم مهندسی ما با بررسی نمونه و شرایط کاری، علت اصلی خرابی و طرح اصلاحی را در قالب یک گزارش مهندسی عملیاتی ارائه میدهد.
