Paineilmatoimisen laitteen voitelun tarkastelu
Koskinen, Karri (2017)
Koskinen, Karri
2017
Konetekniikka
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2017-06-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201705101360
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201705101360
Tiivistelmä
Uppoporaus on kallioporausmenetelmä, jossa kiven rikkomiseen käytetään yleensä paineilmatoimista vasaraa. Paineilman sekaan syötetään voiteluainetta, jonka tehtävä on pienentää kitkaa, estää korroosiota ja vähentää ohivuotoja. Tämän diplomityön tavoitteina oli selvittää voiteluaineen toimintaolosuhteita uppoporauksessa ja arvioida voiteluaineelta vaadittavia ominaisuuksia.
Merkittävin vasaran liukupintojen kuormitukseen vaikuttava tekijä on vasaran sisäisten iskupintojen välinen kulmapoikkeama. Iskun maksimivinous määritettiin laskemalla ja mittaamalla, minkä jälkeen vinon iskun vaikutuksia tarkasteltiin vasaran simulaatiomallin avulla. Simulaatiotulosten paikkansapitävyyttä tutkittiin tekemällä venymäliuskamittauksia oikealle vasaralle ja vertaamalla tuloksia keskenään.
Simulaatio- ja mittaustulosten välillä havaittiin monia eroavaisuuksia, minkä takia simulaatiomalliin tehtiin useita muutoksia. Lopulta tulokset saatiin vastaamaan melko hyvin toisiaan. Vasaran liukupintojen kuormituksia tutkittiin uudella simulaatiomallilla. Pintojen kosketuspaineita ei voitu ratkaista suoraan, joten ne laskettiin liukupintojen normaalivoimista ja pinta-aloista.
Vasaran liukupintojen välille ei synny kapenevaa rakoa, joka muodostaisi voiteluainekalvoon hydrodynaamista painetta. Koska liukupintojen kuormitus on enimmäkseen melko pientä, tapahtuu voitelu todennäköisesti etupäässä neste- tai sekavoitelun alueella. Simulaatioiden mukaan vino isku kuitenkin aiheuttaa liukupinnoille korkeita kosketuspaineita välittömästi iskuhetken jälkeen. Tällöin öljykalvon puserrusvaikutuksella on ratkaiseva merkitys pintojen voitelulle.
Paineilman laajeneminen vasaran sisällä laskee ilman ja voiteluöljyn lämpötilaa. Matala lämpötila ja pintojen välinen paine kasvattavat voiteluöljyn viskositeettia voimakkaasti. Öljyn korkea viskositeetti parantaa voitelukalvon kuormankantokykyä, minkä ansiosta voitelu voi tapahtua myös välittömästi iskuhetken jälkeen sekavoitelun alueella. Jos voitelu kuitenkin siirtyy rajavoitelun alueelle, riippuu pintojen välinen vuorovaikutus vain pintakerrosten ominaisuuksista. Tällöin metallipinnoilla voi esiintyä voimakasta adheesiota ja kulumista. Liukupintojen voitelua voidaan parantaa merkittävästi, mikäli vasaran voiteluun käytetään pintoja suojaavia lisäaineita sisältävää öljyä.
Merkittävin vasaran liukupintojen kuormitukseen vaikuttava tekijä on vasaran sisäisten iskupintojen välinen kulmapoikkeama. Iskun maksimivinous määritettiin laskemalla ja mittaamalla, minkä jälkeen vinon iskun vaikutuksia tarkasteltiin vasaran simulaatiomallin avulla. Simulaatiotulosten paikkansapitävyyttä tutkittiin tekemällä venymäliuskamittauksia oikealle vasaralle ja vertaamalla tuloksia keskenään.
Simulaatio- ja mittaustulosten välillä havaittiin monia eroavaisuuksia, minkä takia simulaatiomalliin tehtiin useita muutoksia. Lopulta tulokset saatiin vastaamaan melko hyvin toisiaan. Vasaran liukupintojen kuormituksia tutkittiin uudella simulaatiomallilla. Pintojen kosketuspaineita ei voitu ratkaista suoraan, joten ne laskettiin liukupintojen normaalivoimista ja pinta-aloista.
Vasaran liukupintojen välille ei synny kapenevaa rakoa, joka muodostaisi voiteluainekalvoon hydrodynaamista painetta. Koska liukupintojen kuormitus on enimmäkseen melko pientä, tapahtuu voitelu todennäköisesti etupäässä neste- tai sekavoitelun alueella. Simulaatioiden mukaan vino isku kuitenkin aiheuttaa liukupinnoille korkeita kosketuspaineita välittömästi iskuhetken jälkeen. Tällöin öljykalvon puserrusvaikutuksella on ratkaiseva merkitys pintojen voitelulle.
Paineilman laajeneminen vasaran sisällä laskee ilman ja voiteluöljyn lämpötilaa. Matala lämpötila ja pintojen välinen paine kasvattavat voiteluöljyn viskositeettia voimakkaasti. Öljyn korkea viskositeetti parantaa voitelukalvon kuormankantokykyä, minkä ansiosta voitelu voi tapahtua myös välittömästi iskuhetken jälkeen sekavoitelun alueella. Jos voitelu kuitenkin siirtyy rajavoitelun alueelle, riippuu pintojen välinen vuorovaikutus vain pintakerrosten ominaisuuksista. Tällöin metallipinnoilla voi esiintyä voimakasta adheesiota ja kulumista. Liukupintojen voitelua voidaan parantaa merkittävästi, mikäli vasaran voiteluun käytetään pintoja suojaavia lisäaineita sisältävää öljyä.