Peter Hammarstedt

Vt 2013

Examensarbete, 15 hp Högskoleingenjörsprogrammet i maskinteknik, 180 hp

Oljeanalyser i kvalitetssyfte

Komatsu Forest

Peter Hammarstedt

Förord Med detta examensarbete avslutar jag min högskoleingenjörsutbildning i maskinteknik vid Umeå Universitet. Under perioden 4 april till 5 juni 2013 har arbetet genomförts på Komatsu Forest i Umeå. Jag vill tacka Per Hedström som givit mig mycket god handledning genom hela arbetet. Tack till uppdragsgivare Tommy Svensson för denna möjlighet att bidra och samtidigt få erfarenhet. Slutligen vill jag tacka Anna för stöd och hjälp, Jon på ITH för åsikter och erfarenheter samt alla anställda på QA för hjälp och trevligt bemötande.

Sammanfattning Detta arbete är utfört på uppdrag av Komatsu Forest i Umeå. Ett eventuellt problem som uppmärksammats vid företagets kvalitetsavdelning sedan länge är kiselhalten som syns i resultaten från skogsmaskinernas hydrauloljeanalyser. För att få en fördjupad kunskap om föroreningar i hydraulolja och bättre kunna utnyttja data från oljeanalyser, har underlag tagits fram för att bättre kunna avgöra om kiselhalt i hydraulolja är skadlig. Två målfrågor är: Vilket förhållande har kisel med andra tillgängliga faktorer som drifttid, grundämnen, syratal, vattenhalt och viskositet? Är kisel en tydlig indikator på inträngning av föroreningar från yttre miljö? Då hydrauloljans sammansättning förnyades har arbetets underlag fokuserats på analyser på den nya oljan. En nulägesanalys som ger information om tidigare arbete i ämnet är utförd. Provsvarsanalysens resultat indikerar inget samband mellan kisel och eventuell förekomst av sand och stoft i hydrauloljan. Oljans vattenhalt och syratal är viktiga indikatorer att bevaka.

Summary This work is performed on behalf of Komatsu Forest in Umeå. A potential problem observed at the company's quality assurance department is silicon content that is seen in the results of forest machines hydraulic oil analysis. To gain a deeper knowledge of contaminants in hydraulic oil and better utilize data from oil analysis, documentation has been developed to better determine if the silicon content in the hydraulic oil is harmful. Two questions: What relationship has silicon with other available elements such as uptime, chemical elements, acid number, water content and viscosity? Is silicon a clear indicator of the ingress of contaminants from external environment? Since the hydraulic fluid composition has renewed the work has been focused on the analysis of the new oil. A situation analysis that provides information about previous work on the subject is completed. The result from analysing test data indicates no connection between the silicon and the presence of sand and dust in the hydraulic oil. The oil's water content and acidity are important indicators to monitor.

Nomenklatur Abrasiv nötning: När ett mjukare material ger vika för ett hårdare.

Additiv, additivpaket: Tillsatser i exempelvis hydraulolja som kan verka som

rostskydd, förslitningsskydd, renhållning och neutralisering av syror.

Axialkolvpump: I detta sammmanhang: Arbetspump som arbetar i öppen krets

mellan tank och pump och har variabelt deplacement.

Hydrolys: Vid närvaro av vatten kan nedbrytning (klyvning av molekyler) ske, av

exempelvis olja.

Hydrolytisk stabilitet: Hydraulvätskans förmåga att motså kemiska reaktioner med

vatten.

Hyrostatpump: Transmissionspump som arbetar i sluten krets och variabelt

deplacement.

Korrelation: Samband mellan två variabler.

Morän: Samlingsnamn för en jordart som delas in i ler-, silt-, sand-, grus-, och

blandkornsmorän.

Polymerkedjor: Kemiska föreningar som består av mycket långa kedjor uppbyggda av

repeterande enheter.

Termisk stabilitet: Hydraulvätskans förmåga att klara höga arbetstemperaturer utan

närvaro av syre.

Viskositet: Egenskap hos vätska som beskriver tjockhet på vätskan, dess inre friktion.

Innehållsförteckning 1. Inledning ................................................................................................................................. 1

1.1 Bakgrund .......................................................................................................................... 1

1.2 Syfte .................................................................................................................................. 1

1.3 Mål .................................................................................................................................... 1

1.4 Avgränsningar ................................................................................................................... 2

1.5 Hjälpmedel ....................................................................................................................... 2

2. Metod ..................................................................................................................................... 3

2.1 Projektplan ....................................................................................................................... 3

2.2 Faktainsamling .................................................................................................................. 3

2.3 Nulägesanalys ................................................................................................................... 3

2.4 Provsvarsanalys ................................................................................................................ 3

2.5 Framtagande av utbildningsmaterial ............................................................................... 3

3. Teori ........................................................................................................................................ 4

3.1 Skördare och skotare ........................................................................................................ 4

3.2 Oljeanalys ......................................................................................................................... 5

3.3 Provtagning ...................................................................................................................... 5

3.4 Hydraulolja ....................................................................................................................... 5

3.4.1 Viskositet ....................................................................................................................... 5

3.4.2 Vattenhalt ...................................................................................................................... 6

3.4.3 Syratal ............................................................................................................................ 6

3.4.4 Kisel, Si ........................................................................................................................... 6

3.5 Blanda oljor ...................................................................................................................... 7

3.6 Nötning ............................................................................................................................. 7

4. Resultat ................................................................................................................................... 8

4.1 Nulägesanalys ................................................................................................................... 8

4.2 Provsvarsanalys ................................................................................................................ 8

4.3 Genomsnitt av halter i marken ........................................................................................ 9

5. Slutsatser .............................................................................................................................. 10

6. Diskussion ............................................................................................................................. 11

Referenser ................................................................................................................................ 12

Bilageförteckning Bilaga 1 .................................................................................................................................... I

Bilaga 2 ................................................................................................................................... II

Bilaga 3 .................................................................................................................................. III

Bilaga 4 .................................................................................................................................. IV

Bilaga 5 ................................................................................................................................. VII

Bilaga 6 .................................................................................................................................. XI

Bilaga 7 ................................................................................................................................. XII

1

1. Inledning

1.1 Bakgrund Komatsu Forest är en internationell koncern med huvudkontor och teknikcentrum i Umeå. Med ca 1300 anställda och tillverkning i Sverige och USA är Komatsu Forest en av världens största skogsmaskintillverkare och finns representerad på samtliga marknader där mekaniserat skogsbruk bedrivs. Kundrelationerna världen över hanteras av egna säljbolag och återförsäljare. Fabriken i Umeå har en kundorderstyrd produktion av skotare, skördare och aggregat. Produkterna är av högteknologisk karaktär med hydralsystem som är mycket avancerade. Hydraulvätskans kvalitet är en mycket viktig faktor, både för systemkomponenternas livslängd och för systemens verkningsgrad. Företagets kvalitetsavdelning, QA (Quality Assurance), hanterar problem och frågor gällande produktkvalitet samt produktions- och leverantörskvalitet. Ärenden kommer till företagets kännedom antingen genom reklamationer eller rapporter från fält. Ett eventuellt problem som uppmärksammats sedan länge är kiselhalten som syns i resultaten från skogsmaskinernas hydrauloljeanalyser. När kiselhalten överskrider larmnivån på 15 ppm (mg/kg) är laboratoriets utlåtande: Förhöjd Si, troligen sand från yttre miljö. Maskinägarna blir oroliga och frågeställningar som finns är bland annat: Var kommer kiselhalterna från? Är det verkligen skadligt? Sedan 2005 finns 30 000 oljeanalyser i en databas som är grunden för uppdraget. Kisel bedöms vara en indikator för inträngning av föroreningar från yttre miljö som kan förorsaka förslitningar i hydraulsystemen.

1.2 Syfte Syftet med arbetet är att få en fördjupad kunskap om föroreningar i hydraulolja samt att bättre kunna utnyttja data från oljeanalyser. Önskemål finns om underlag för att bättre kunna avgöra om kiselhalten är skadlig. Vilka är de viktigaste indikatorerna på skadlig förslitning? Ett underlag för eventuell ändring av larmnivå för kiselhalt vid oljeprover är önskvärt.

1.3 Mål Målet med detta arbete är att ge svar på följande frågeställningar:

Vilket förhållande har kisel med andra tillgängliga faktorer som drifttid, grundämnen, syratal, vattenhalt, och viskositet?

Är kisel en tydlig indikator på inträngning av föroreningar från yttre miljö?

Vid vilka drifttimmar är det högst förekomst av grundämnen som klassas som förslitningsämnen?

Vilka förslitningsämnen eller föroreningar indikerar trendbrott i provresultaten, vilka komponenter i skogsmaskinerna kan härledas till dessa ämnen?

2

I mån av tid: Utforma ett utbildningsmaterial som visar vilka slutsatser man kan dra vid värdering av oljeanalyser och viktiga punkter att tänka på vid provtagning. Till exempel om hög halt av järn visar sig bör följande kontrolleras. Om högt syratal osv.

1.4 Avgränsningar Fakta i form av resultat från oljeprover utgör en grund för arbetet. Den delen avgränsas i första hand till prover som gjorts efter att receptet på hydrauloljan förnyades, då dessa prover är mest intressanta. Vid granskning av förslitningsämnen avgränsas antalet till 2 ämnen. Komponenter som kan härledas till vissa förslitningsämnen avgränsas till stora komponenter som pump och motorer. Utbildningsmaterialet kommer att påbörjas i mån av tid.

1.5 Hjälpmedel

Dator med Excel och Word samt dubbla skärmar. Dataset med provsvar Muntliga intervjuer med nyckelpersoner vid SGU, ITH och Komatsu Forest Referenslitteratur

3

2. Metod Här presenteras de metoder som använts under arbetets gång.

2.1 Projektplan Projektplanen var starten för arbetet. Tillsammans med företagshandledare formulerades mål och syfte samt en första version av de metoder som sedan använts.

2.2 Faktainsamling För att kunna tyda provsvar och få en nyanserad frågeställning samlas fakta som grund för att sedan kunna göra egna bedömningar. Fakta i form av tidigare arbete kring detta ämne finns tillgängligt, företagshandledare Per Hedström är mycket insatt i ämnet. Facktidskrifter, ITH (Institutionen för tillämpad hydraulik) i Örnsköldsvik och Exova är intressansta källor för detta arbete.

2.3 Nulägesanalys Syftet med nulägesanalysen är att se vad företaget hittills har kommit fram till och utifrån det kunna använda delar som är av värde för detta arbete. Då företagshandledaren är insatt i tidigare undersökningar börjar nulägesanalysen med intervjuer med handledaren som sedan ingår i kommande kapitel.

2.4 Provsvarsanalys Då det finns en mängd tillgängliga provsvar måste de intressanta svaren från maskiner med den nya oljan sorteras fram. Alla provsvar finns tillgängliga i Excel-format. Sorteringen görs med ett macro som, baserat på ställda vilkor, tar bort de mindre intressanta provsvaren. Mer om sorteringen och den nya oljan i kapitel 4.2 Provsvarsanalys. Proven jämförs och sammanställs för att få grafer och kunna se eventuella trender och eventuell korrelation med kisel och andra faktorer. Enskilda maskiner väljs ut och undersöks för att kunna se samband med eventuella fel på maskinkomponenter och avvikelser i provsvar. För att kunna utläsa om det finns en trend som visar på att förslitningsämnen som järn och koppar har hög förekomst vid vissa drifttimmar krävs fler än de utsorterade proverna. Detta för att få med maskiner som är äldre och har fler drifttimmar och därmed en längre provhistorik. En teori kring frågan om kisel är en tydlig indikator på inträngning av föroreningar från yttre miljö, är att mäta hur höga halter av spårbara ämnen som finns i marken där maskinerna opererar. Sveriges lantbruksuniverstet, SLU, och Sveriges geologiska undersökning, SGU, är möjliga källor vid denna undersökning. Om föroreningar från marken tänger in bör det synas en trend som följer årstid.

2.5 Framtagande av utbildningsmaterial Ett utbildningsmaterial som visar vilka slutsatser kunden, leverantören och andra intressenter, kan dra när de får ett oljeprovsvar presenterat utformas i samarbete med företagshandledaren.

4

3. Teori

3.1 Skördare och skotare Komatsu Forest tillverkar och säljer skördare och skotare i olika sorlekar och utföranden. Skördaren avverkar, kvistar och kapar stammarna i rätta längder. Vad som är rätt längd räknar en av skördarens datorer ut, den uppdateras ofta med aktuella parametrar för att avverkningen ska bli så effektiv som möjligt. Skördaren i Figur 1 är en 911.4, den väger cirka 17.3 ton och har en hydrauloljetank som rymmer cirka 200 liter [I1].

Figur 1. Skördare modell 911.4

Skotaren är skördarens följeslagare, vars uppgift är att samla upp de avverkade stammarna och transportera lasten till tillgängliga platser för timmerbil. Med sina 8 hjul väger den 15.6 ton och tanken rymmer 100 liter.

Figur 2. Skotare modell 840.4

Båda maskintyperna har en axialkolvpump som ger arbetstryck i hydraulsystemet [I1]. Flera glidytor i denna pump består av eller är belagda med brons [M1]. Dieselmotorn driver denna pump som i sin tur driver hydrostatpumpen. Hydrostatpumpens uppgift är att sköta den steglösa utväxlingen för framdrivningen.

5

3.2 Oljeanalys Grundämnesanalys av hydraulolja benämns ofta SOAP, spectrografic oil analysis program. En vanlig metod för grundämnesanalys är induktivt kopplad plasma. Spårmetaller kan detekteras genom att induktivt kopplad plasma producerar exiterade atomer och joner, som i sin tur avger elektromagnetisk strålning vid olika våglängder. Strålningens våglängd och intensitet indikerar vilket ämne och vilken koncentration [I2]. En standard för denna metod är ASTM D 5185-09 mod. Metoden ger i denna tillämpning resultat av halter för 22 grundämnen och kan indikera nötning [I3]. Ämnen mäts i mg/kg som ofta benämns ppm, part per million. För att inse hur lite det rör sig om finns ett expempel: Du har en liter olja och tänker dig att du löser upp ett gem av standardstorlek, gjort av järn, i oljan. En oljeanalys på den oljan bör visa på 500 ppm (mg/kg) [I4].

3.3 Provtagning Kunden tar ett prov av hydrauloljan från en mätpunkt för kontroll av hydraultryck. Hydraulolja tappas till en liten flaska som sedan skickas till företaget Exova som i dagsläget utför analyserna av de svenska maskinernas hydraulolja. Tillsammans med flaskprovet skickas ett maskinkort där kunden fyller i vilken olja som används, datum för provtagning, drifttid och maskinnummer. Exova utför grundämnesanalys enligt standarden ASTM D 5185-09 mod. Provsvaren rapporteras till kunderna i form av Excelblad med oljans referensprov och aktuella halter samt provhistorik med tillhörande grafer, se bilaga 4. Provtagning rekommenderas med 500 drifttimmars mellanrum [M1]. Komatsu Forest har tillgång till alla provsvar via Exovas webbaserade databas.

3.4 Hydraulolja Den hydraulolja som maskinerna levereras med heter Komatsu HE-46 Natura [M1], den tillhör gruppen HEES i indelningen av miljöanpassade hydraulvätskor enligt ISO 6743/4 [L1]. Det är en syntetisk ester, den är mer stabil än rapsolja som är en naturlig ester[L1]. Rapsoljan oxiderar snabbt då den är känslig för vattenförorening [L1]. Rapsoljan får då högt syratal och kan vara aggressiv mot färg och tätningar. Den syntetiska estern består av en basolja och olika additivpaket som ger oljan dess egenskaper [L1]. HE-46 Natura har goda smörjande egenskaper och goda åldringsegenskaper [L1]. Den uppfyller de miljökrav som ställs i svensk standard 15 54 34, Hydraulvätskor - Krav och provningsmetoder [I5][M1]. Fyra egenskaper som i första hand beaktas är:

Biologisk nedbrytbarhet

Giftighet mot vattenlevande organismer

Giftighet/påverkan på djur och människor

Basoljans ska vara förnyelsebar Komatsu Forest säljer en mineralolja som heter Valmet HM-46. Den användes mer tidigare då miljökraven inte låg på samma nivå som idag, men förekommer fortfarande [M1].

3.4.1 Viskositet Viskositeten är en viktig egenskap hos oljan, den bestämmer oljans förmåga att bilda en dynamisk smörjfilm mellan två rörliga ytor. Om ett lager har metallisk kontakt under belastning kan det bero på att oljans viskositet är för låg. Viskositeten kan då inte hålla smörjfilmen mellan ytorna. Smörjfilmen bryts ner och det kan resultera i att lagret, eller andra rörliga ytor, skadas eller i värsta fall skär [L1]. Enheten för viskositet är mm²/s.

6

3.4.2 Vattenhalt Oljan kan binda en viss vattenhalt, cirka 400 ppm vid normal arbetstemperatur [L1], sedan kommer fenomenet ”fritt vatten” att uppträda. Rost och dålig smörjning är två vanliga följder av fritt vatten i systemet. Lagerbanor utmattas snabbare om vattenmolekyler tränger ner i lagerytans mikrosprickor, detta för att lagerytan blir spröd. Vintertid kan ventiler frysa fast och iskristaller kan blockera filter [L2]. Oavsett om vattnet är bundet eller fritt så gör det att oljan oxiderar snabbare [L1][L2]. Sommartid medför högre arbetstemperatur och då kan vattnets avdunstning öka [L1].

3.4.3 Syratal Syratalet är ett mått på oljans oxidation, enheten är mg KOH/g. När oljan oxiderar bryts den ned [I6]. Hydrolys, nedbrytning på grund av vatten, ger produkter som resulterar i högre syratal. ”Syratalet är ett viktigt mått på hydraulvätskans hälsotillstånd. Ett förhöjt syratal kan orsaka driftstörningar genom angrepp på pumpens metallytor och andra lagerytor”1. När basoljan oxiderar ökar syratalet, men när additiven oxiderar förbrukas dessa. Eftersom additiv i en hydraulolja kan vara sura kan syratalet reduceras när de förbrukas [L1]. Ett syratal som visar små förändringar under drift indikerar på att additiven i oljan fungerar som de ska och att oljan därför åldras minimalt. Oljan är då termiskt stabil, hydrolytiskt stabil och oxidationsstabil. Om syratalet visar på ett trendbrott och stiger snabbt är det mycket troligt att additiven är förbrukade och då tappar oljan sina goda egenskaper [M2].

3.4.4 Kisel, Si Kisel är det näst vanligaste grundämnet på jorden och finns i många mineraler i naturen. Det förekommer oftast i form av kiseldioxid och en vanlig källa till kiseldioxid är sand. I lättmetallegeringar med aluminium och legeringar med järn används kisel för att få hög hållfasthet [I7][I8]. Silikon består av polymerkedjor av kisel och syre och är ett av de största användningsområdena för kisel. Silikon används som tätningsmedel i form av silikongummi och som smörjmedel [I7][I8]. I hydraulolja används skumdämpare som additiv för att förhindra bildandet av skum i tanken. Detta är extra viktigt i mobila system som har liten oljetankvolym, där oljan inte hinner vila utan snabbt pumpas ut i systemet igen efter att den returnerats i tanken [M2]. Skumdämpare innehåller silikonpolymerer [L1], det vill säga kiseldioxid. När sand tränger in i ett hydraulsystem är det vanligt att det syns på provsvar i form av stigande kisel- och aluminiumhalter. Det typiska förhållandet mellan dessa ämnen brukar då vara 3.4:1, Si:Al. En ökning av de båda ämnena samtidigt bör resultera i abrasiv nötning med stigande järn- och kopparhalter [I9]. När enbart kiselhalten stiger kan det tyda på utfällningar från silikonbaserade tätningar och packningar. Rester från gjutna komponenter i form av gjutsand kan vara en orsak till stigande kiselhalt, speciellt från nya komponenter i en ny maskin [I9].

1 [L1]Hedengren, Hydraulvätskan –ett konstruktionselement

7

Institutionen för Tillämpad hydraulik, ITH i Örnsköldsvik, har nyligen gjort mätningar i sin rigg där lager i hydrauloljesystem testas. Resultat av oljeanalyser visar att kiselhalten stiger när begynnande lagerskador finns. En närmare undersökning kring detta fenomen kommer att utföras [M2].

3.5 Blanda oljor Blandning av oljor kan leda till ofömåga att avskilja vatten[L1], vilket kan resultera i ökad vattenhalt. Om oljorna inte är kompatibla kan additivens funktioner slås ut [I10]. Det kan då resultera i minskat skydd mot slitage och minskad oxidationsstabilitet. Om en mineralolja blandas med en esterbaserad hydraulolja kan den vara en förorening och orsaka nedbrytning av den esterbaserade oljan [L1]. Kalcium, Ca, och zink, Zn, ligger under 1 ppm i hydrauloljans referensprov, se bilaga 2. Som additiv verkar kalcium som rostskydd på ytor av järnföreningar, och förhindrar eller minskar avlagringar i system som arbetar vid hög temperatur. Zink minskar slitaget vid stål mot stål, verkar mot oxidation av oljan samt skyddar lager och andra metallytor mot korrosion[L1]. Motorolja är rik på kalcium och zink, referensprov visar på halter över 500 ppm, se bilaga 3.

3.6 Nötning En viss nötning av maskinernas komponenter är förväntad och halter av järn och koppar på ca 10 repsektive 5 ppm anses vara normalt.När abrasiv nötning uppträder i en axialkolvpump sker materialöverföring av gulmetall (brons, koppar) från kolvskorna till krypskivan, se figur 3. Om sand skulle cirkulera med oljan skulle det slita hårt på glidskor och ventilskiva, vilket skulle visa på höga kopparhalter [L1][M1].

Figur 3. Axialkolvpump

Både pumpar och motorer innehåller lager som vid abrasiv nötning släpper järn ut i oljan [M1][M2].Om järn och kisel ökar tillsammans tyder det troligtvis på inträngning av sand och annan smuts från yttre miljö, med nötning som följd [I9].

8

4. Resultat I denna del presenteras resultat från de genomförda metoderna

4.1 Nulägesanalys 2008 undersökte Komatsu Forest om det fanns något samband med andra faktorer och höga kiselhalter i hydrauloljan. Sammanfattningsvis ”visar undersökningen inga tydliga samband mellan inre och yttre faktorer och höga halter av kisel i oljeproverna. Det förefaller troligt att Valmets miljöanpassade hydraulolja på kemisk väg löser ut kisel från någon komponent i systemet och bär runt den i oljan” (citat från Komatsus undersökning av kisel i hydraulolja, 2008). 2010 utfördes en multivariabel dataanalys på oljeproverna, den innefattar både HM-46 och den gamla HE-46 Natura. Slutsatser från analysen är att kisel inte har någon samband med drifttid. Syratal och nötningsmetaller som järn och krom stiger med en ökad drifttid. Syratal och kisel visar på ett starkt samband. Se bilaga 1 för tidigare resultat från denna analys.

4.2 Provsvarsanalys Enligt oljeleverantören har oljan fått ett nytt additivpaket som ändrat dess egenskaper. Två tydliga indikatorer som kännetecknar den nya oljan är högre viskositetet och en fosforhalt på 170ppm (mg/kg), vilket är mindre än hälften av halten i den ursprungliga HE-46 Natura [M1]. Densiteten vid 15 °C är 921 kg/m³, vilket ger 170 ppm = 157 mg/l . Viskositeten vid 40 °C är nu 47.2 mm²/s mot tidigare 42.1 mm²/s. Dessa indikatorer syns på provsvaren och gör det möjligt att urskilja maskiner med den nya oljan. För en jämförelse mellan den gamla och nya oljan, se bilaga 2. Oljeleverantören uppger att oljans egenskaper förbättrats genom lägre syratal, ökad hydrolytisk och termisk stabilitet, ett mycket högre innehåll av förnybara råmaterial samt en lägre korrosion på bronsdetaljer [M1]. Hydrolytisk stabilitet är förmågan att stå emot nedbrytning på grund av inblandning av vatten [L1]. Termisk stabilitet gör att oljan behåller egenskaperna vid högre temperaturer. Ett äldre exempel på termisk stabilitet är att för varje tiotals grad temperaturökning över cirka 70 °C halveras hydrauloljans livslängd [M1]. Ett ungefärligt brytdatum för maskiner som har det nya receptet av denna olja från fabrik är mars 2012 [M1]. Då oljans namn inte ändrats är det svårt att direkt sortera bort alla analyssvar med den gamla oljan. Det förekommer också en övergångsperiod när maskinen är fylld med nya oljan från fabrik och kunden fyller på med den gamla oljan ute i fält. Det finns alltid ett visst läckage från maskinerna och det förekommer att hydraulslangar brister, vilket resulterar i ytterligare förlust av olja. Därför sorteras oljeproverna som är analyserade under 2012 och 2013 med hjälp av ett tillverkat macro i excel som tar bort prover där viskositeten är under 45 mm²/s och fosforhalten är över 300 ppm. En sammanställning av de återstående provresultaten i form av grafer återfinns i bilaga 5. Där visas halter, av de tillgängliga ämnena i provsvaren, över drifttid för samtliga maskiner. Observera att olika skalor används på Y-axlarna.

9

Graferna i bilaga 5 visar att både kisel och zink ökar betydligt mer än järn och koppar. Det indikerar att kiselhalten inte kommer från sand eftersom nötningsmetaller som järn och koppar inte stiger betydligt. Vid 8100 och 12560 drifttimmar syns toppar på vattenhalt och järn samt ett förhöjt syratal, vilket indikerar på rost från komponenter och oxidation av oljan på grund av extremt hög vattenhalt. Förhållandet mellan kisel och aluminium är närmare 10:1 än 3.4:1 vilket tyder på att kisel inte kommer från inträngning av sand och stoft från yttre miljö. Något annat förhållande är svårt att avgöra. Vid undersökning av maskiner med längre historik och därmed den gamla HE-46 Natura oljan kan jag inte se något samband med hög förekomst av förslitningsämnen och drifttimmar. Det som ofta syns på äldre maskiner, över 7000 drifttimmar, är att det är vanligt att syratalet, vattenhalt, järn och koppar stiger tydligt. Det tyder på att additivpaket i oljan som ska förhindra oxidation tar slut [M2]. Pumpar och motorer är komponenter som är troliga orsaker om trendbrott syns i form av stigande järn- och kopparhalter [M1][M2]. En iaktagelse vid provsvarsanalysen visar att vattenhalten har en tendens att följa årstid. På hösten och vintern stiger vattenhalten och under vår och sommar sjunker den, vilket troligtvis beror på högre arbetstemperatur som medför högre avdunstning. I bilaga 6 syns 4 exempel på denna tendens. Kalcium är ett ämne som normalt finns i oljan när maskinen levereras från fabrik [M1]. Det beror troligtvis på att komponenter testas med kalciumrik olja hos leverantörer och rester från den oljan följer med och Halter upp till cirka 4 ppm är vanligt vid tidiga prov, cirka 500 drifttimmar. Vid senare prov är det normala att kalciumhalten sakta dalar. Tydliga trendbrott i form av förhöjd kalciumhalt kan härledas till inblandning av motorolja, se bilaga 7.

4.3 Genomsnitt av halter i marken Genomsnittshalterna i tabell 1 är bestämda från kartmaterial från SGU, Sveriges Geologiska Undersökning. De tillhandahållna kartorna visar halter av ämnen i moränens C-horisont, vilket innebär ca 60-70 cm under markytan [M3]. Någon trend som visar att kisel följer stiger under vår och sommar, och sjunker under vintern, syns inte.

Grundämne ppm i genomsnitt

Kisel 720

Zink 55

Järn 30

Natrium 30

Koppar 20

Kalcium 17

Magnesium 13

Tabell 1. Genomsnitt grundämnen i C-horisont

10

5. Slutsatser Vattenhalten är oerhört viktig på grund av att den bidrar till en snabbare oxidation av oljan och angriper lagerbanor och andra järnhaltiga ytor, därav följer korrosion och ett förhöjt syratal samt försämrar hydrauloljans egenskaper. Vattenhalten sjunker vid torrare luft och varmare miljö då den avdunstar i högre grad. Oljan påverkas i stor utsträckning av vattenhalten och är en viktig indikator som bör bevakas. Ett förhållande mellan kisel och aluminium 10:1 indikeras. Det är långt ifrån 3.4:1 som indikerar på sand-och stoftförorening med abrasiv nötning som följd. Tidigare undersökningar visar på starkt samband mellan kisel och syratal. Både kisel och zink ökar betydligt mer än järn och koppar vilket inte tyder på abrasiv nötning. Förhållandet mellan kisel och zink i marken är 13:1, vilket inte indikeras i provresultaten där zink uteslutande har högre halter än kisel. Kisel följer inte årstid. Inget av dessa resultat indikerar samband mellan kisel och eventuell förekomst av sand och stoft i hydrauloljan. Provsvaren tyder på att kiselhalten är normal upp till 25 ppm. Intressant är att följa upp ITH:s undersökning kring lagerhaverier och stigande kiselhalt i framtiden. Befintliga referensprovet i Exovas provsvar är från 2004 och avser den gamla oljan Komatsu HE-46 Natura. Planen är att referensprovet för den nya oljan från 2012 ersätter det gamla provet från 2004. Det är av stor vikt att olika hydrauloljor inte blandas i maskinerna. En sammanblandning av mineral- och syntetesterolja kan resultera i att oljans egenskaper förändras och additivens funktioner kan slås ut. Det finns flera exempel som indikerar på inblandning av motorolja, detta på grund av förhöjd kalciumhalt. Det går inte att se något tydligt samband med drifttid och hög förekomst av förslitningsämnen. Höga järn- och kopparhalter indikerar trendbrott och kan härledas till pumpar och motorer. Planen på att utforma ett utbildningsmaterial kvastår. Detta arbete har i nuläget inte påbörjats.

11

6. Diskussion Avgränsningen kring nyttjandet av den nya oljan är svår att specificera och det vore önskvärt med fler drifttimmar i det sorterade datamaterialet. Det vore dock svårare att tolka resultaten om oljor med olika egenskaper inkluderades i denna analys. Av den anledningen inriktades denna studie på den olja som maskinerna idag levereras med. Fullständiga data om varje enskild maskin saknas, exempelvis syns inte alla haverier och det är mycket svårt att veta hur maskinen är skött. Oljebyte kan vara svårt att upptäcka om det bara är bytt olja i tanken och resten av systemet lämnats orört, vilket i sin tur kan resultera i försämrade oljeegenskaper om det är bytt till en annan sorts olja. Det kan vara svårt att ta ut ett representativt prov vid provtagningen, man kan få med sedimenterat material som samlas vid mätpunkten för hydraultryck. Möjlighet att ta oljeprov från hydraultanken direkt efter maskinen varit i drift bör ge ett säkrare prov. Uppgifterna från SGU är inte optimala för detta arbete men jag anser att samtliga resultat ger en tillräcklig grund för att dra slutsatsen att det inte finns indikationer på att kisel har samband med eventuell inträngning av sand och stoft. Jag anser att vattenhalt och syratal är de två viktiga indikatorerna tillsammans med järn och koppar. Vattenhalten finns inte med i multivariabel-analysen, vilket enligt min åsikt är en stor brist. Analys av begagnade oljefilter kan vara intressant ur uppföljningssynpunkt. Tankar för vidare undersökning: Var ligger gränsen för hur mycket vatten den nya oljan kan binda innan det blir fritt vatten i systemet? Maskiner med bra värden: Hur fylls olja? Med slang från en tank vid ex. baracken? Eller via dunkar? Svar bör kunna erhållas från kunder med bra värden på hydrauloljan. Utvecklingen kring ITH:s undersökning av lagerskador och kiselhalt.

12

Referenser

Litterära källor [L1] Hedengren, B. Hydraulvätskan - ett konstruktionselement. Fluid Scandinavia,

facktidskrift för hydraulik och pneumatik. Utgivare ITH, Örnsköldsvik (publiceringsår saknas)

[L2] Stark, G. Smutsavskiljning och renlighet. Institutionen för Tillämpad Hydraulik (1991)

Internet [I1] http://www.komatsuforest.com/default.aspx?id=1475&ptid=0&rootID=1475 [I2] http://en.wikipedia.org/wiki/Inductively_coupled_plasma_atomic_emission_spectroscopy [I3] http://www.astm.org/Standards/D5185.htm [I4] http://www.machinerylubrication.com/Read/476/oil-annalysis-report [I5] http://www.sp.se/km/hydraul [I6] http://ith.se/ithanalys/acidvalueandmoisture [I7] http://www.sgu.se/sgu/sv/geologi/geologi_vardag/kisel.html [I8] http://sv.wikipedia.org/wiki/Kisel [I9] http://www.machinerylubrication.com/Read/377/silicon-dirt-oil-analysis [I10] http://www.machinerylubrication.com/Read/1135/mixing-lubricants

Muntliga källor [M1] Samtal med företagshandledare Per Hedström, Product quality coordinator, Komatsu Forest [M2] Samtal med Jon Sandström, VD/Provning, Institutionen för Tillämpad Hydraulik. [M3] samtal med Madelen Andersson, statsgeolog berggrund och geokemi, Sveriges geologiska undersökning.

I

Bilaga 1, resultat från tidigare multivariabel analys av den gamla Komatsu HE-46 Natura

II

Bilaga 2, jämförelse mellan den gamla och nya Komatsu HE-46 Natura

Provdata

Referensvärden från Exova Leverantör Leverantör Exova

Oljetyp:komatsu HE 46

Natura gamla

Old Komatsu

HE-46 Natura

New Komatsu

HE-46 Natura

Komatsu HE 46

Natura nya

Provdatum: 2004-09-30 - - 2012-01-19

Flask nr: 3338 - - A7320

Resultat

provnr 7307 - - 774

SOAP-analys

Nötningsmetaller enhet

larm-

gräns

Silver, Ag ppm <0,10 - - <0,05

Aluminium, Al ppm <1,00 - - 0,96

Kadmium, Cd ppm <0,05 - - <0,05

Krom, Cr ppm <0,10 - - 0,13

Koppar, Cu ppm 20 <0,10 - - <0,02

Järn, Fe ppm 20 0,24 - - 0,54

Mangan, Mn ppm <0,10 - - <0,01

Molybden, Mo ppm <0,40 - - <0,20

Nickel, Ni ppm <0,10 - - <0,20

Bly, Pb ppm <3,00 - - <0,50

Tenn, Sn ppm 5,27 - - <0,50

Titan, Ti ppm 0,17 - - 0,01

Vanadin, V ppm <0,10 - - <0,05

Additiver

Bor, B ppm 0,33 <1 <1 <0,50

Barium, Ba ppm <0,05 - - <0,01

Kalcium, Ca ppm 50 0,44 <1 <1 0,15

Magnesium, Mg ppm <0,05 <1 <1 <0,20

Kväve, N ppm - 200 450 -

Fosfor, P ppm 560 580 170 170

Svavel, S ppm - 845 1476 -

Zink, Zn ppm 50 0,89 <1 <1 0,66

Föroreningar

Natrium, Na ppm 15 <0,50 - - 0,37

Kisel, Si ppm 15 1,07 <1 <1 <0,20

Vattenhalt - KF mg/kg 500 280 315 195 180

Andra analyser

Utseende grön klar grön, klar gul, klar gul, klar

Viskositet vid 40 °C mm²/s 35 44,47 42,1 47,2 47,12

Syratal, TAN mg KOH/g 4,0 1,74 1,87 0,48 0,72

Partikelräkning antal/100 ml

> 4 µm (c) 158 000

> 6 µm (c) 51 000

> 14 µm (c) 5 760

> 21 µm (c) 1 800

> 38 µm (c) 140

> 70 µm (c) 20

ISO kod 18/16/13

III

Bilaga 3, referensprov motorolja Valmet EO 15W/40

Maskintyp: Ny olja

Serie/Chassi nr: från fabrik Bevak.gräns Larmgräns

Provdata

Drifttid:

Oljetyp: Valmet EO 15W/40

Provdatum:

saknas

Oljepåfyllning:

Flask nr:

A1311

Resultat

Årtal

2007

Vårt provnr

7087

SOAP-analys Nötningsmetaller

Silver, Ag

ppm

<0,10

Aluminium, Al

ppm

<1,00

Kadmium, Cd

ppm

<0,05

Krom, Cr

ppm

<0,10

Koppar, Cu

ppm

<0,10

Järn, Fe

ppm

0,70

Mangan, Mn

ppm

0,25

Molybden, Mo

ppm

<0,40

Nickel, Ni

ppm

<0,10

Bly, Pb

ppm

<3,00

Tenn, Sn

ppm

<1,50

Titan, Ti

ppm

<0,10

Vanadin, V

ppm

<0,10

Additiver

Bor, B

ppm

0,25

Barium, Ba

ppm

<0,05

Kalcium, Ca

ppm

>500

Magnesium, Mg

ppm

11,1

Fosfor, P

ppm

760

Zink, Zn

ppm

>500

Föroreningar

Natrium, Na

ppm

<0,50

Kisel, Si

ppm

4,11

Vattenhalt - KF

mg/kg

190

Andra analyser

Utseende

brun klar

Viskositet vid 100 °C

mm²/s

14,52

Bastal, TBN

mg KOH/g

9,1

Sothalt

vikt%

<0,1

Kommentar

SE. Referensolja, ingen kommentar

IV

Sida 1(1)

Kund

M Björks Maskintjänst

Furugatan 93

827 35 Ljusdal http://oilcare-online.exova.com

Analys av oljeprov från Valmet 901 - 11155

Inledning: Oljeprov märkt enligt nedan ankom till Exova AB 2013-02-27

Resultat: Flask nr: Referensolja B3288

Maskintyp: - 901

Serie/Chassi nr: - 11155

Drifttid: - 3002

Oljetyp:

Oljepåfyllning: - -

Provdatum: 2004-09-30 2013-02-20

Vårt provnr 7307 2093

Provad egenskap Enhet Metod Mätosäkerhet

SOAP-analys mg/kg ASTM D 5185-09 mod') ±30% vid 10 ppm

Nötningsmetaller

Silver, Ag <0,10 <0,05

Aluminium, Al <1,00 1,04

Kadmium, Cd <0,05 <0,05

Krom, Cr <0,10 0,63

Koppar, Cu <0,10 1,12

Järn, Fe 0,24 6,26

Mangan, Mn <0,10 0,14

Molybden, Mo <0,40 <0,20

Nickel, Ni <0,10 <0,20

Bly, Pb <3,00 <0,50

Tenn, Sn 5,27 <0,50

Titan, Ti 0,17 <0,01

Vanadin, V <0,10 <0,05

Additiver

Bor, B 0,33 <0,50

Barium, Ba <0,05 <0,01

Kalcium, Ca 0,44 <0,10

Magnesium, Mg <0,05 <0,20

Fosfor, P 560 180

Zink, Zn 0,89 13,4

Föroreningar

Natrium, Na <0,50 0,63

Kisel, Si 1,07 4,82

Vattenhalt - KF 280 400 ASTM D 6304-07 mod*) ±25% (50-1000mg/kg)

Andra analyser

Utseende grön klar brun, klar

Viskositet vid 40 °C mm²/s 44,47 46,88 ASTM D 445-11a ±0.3%

Syratal, TAN mg KOH/g 1,74 1,33 ASTM D 664-07 mod*) ±26% vid 1.5

*) Ackrediterad metod

2013-03-05

Fuel & Lubricant Testing, Chemical Analysis, Linköping

Lena Janefjord

Ansvarig för provningen

Exova AB is a division of the Exova Group Limited.

Registered Office: Exova (UK) Ltd, Lochend Industrial Estate, Newbridge, Midlothian EH28 8PL, United Kingdom, Reg No.SC 70429

Exova ABEuropean Technology Center Testing, Advising, Assuring

Box 1340 Box 431 Box 613 Email: info@exova.com

581 13 Linköping 691 27 Karlskoga 611 82 Nyköping Org.nr. 556097-0187

Telefon 013-16 90 00 Telefon 0586-810 55 Telefon 0155-22 14 76 www.exova.comFax 013-16 90 40 Fax 0586-585 15 Fax 0155-26 31 25

Handläggare

2012-08-20

Kommentar

Valmet HE 46

Natura

lena.janefjord@exova.com

Tel 013-169119

Rapportfördelning

Fax 013-169040

OFF12-0083 Lena Janefjord

Beställningsdata

Valmet HE 46

Natura

Granskad

PROVNINGSRAPPORT utfärdad av ackrediterat provningslaboratorium

TEST REPORT issued by Accredited Testing Laboratory

PRR13-02093-1.xls

Publiceras på internet:

Normala värden för olja i drift.

Ackrediterad av signatär till EA och ILAC MLA/MRA för provning. Angivna resultat hänför sig enbart till i rapporten beskrivna och registrerade föremål. Denna rapport får endast

återges i sin helhet, om inte utfärdande laboratorium i förväg skriftligen godkänt annat. Angivna resultat hänför sig enbart till i rapporten beskrivna och registerade föremål.

Marie Svernestam Beställaren 1 ex

Bilaga 4, exempel på Exovas provsvar

V

Mas

kin

typ

:90

1

Ser

ie/C

has

si n

r:11

155

Larm

grän

ser:

Ref

eren

solja

Pro

vdat

a

Drif

ttid:

3002

2500

2076

1597

1063

531,

3

Olje

typ:

Val

met

HE

46

Nat

ura

Val

met

HE

46

Nat

ura

Sak

nas

Val

met

HE

46

Nat

ura

Val

met

HE

46

Nat

ura

Val

met

HE

46

Nat

ura

Val

met

HE

46

Nat

ura

Pro

vdat

um:

2004

-09-

3020

13-0

2-20

2012

-11-

0120

12-0

9-06

2012

-06-

1920

12-0

4-18

Olje

påfy

llnin

g:ja

Fla

sk n

r:33

38B

3288

B28

42B

2849

B74

B10

0B

391

Res

ult

atÅ

rtal

2004

2013

2013

2012

2012

2012

2012

Vår

t pro

vnr

7307

2093

994

1130

782

5061

3541

28

SO

AP

-ana

lys

mg/

kg

Nö

tnin

gsm

etal

ler

Silv

er, A

g<

0,10

<0,

05<

0,05

<0,

05<

0,05

<0,

05<

0,05

Alu

min

ium

, Al

<1,

001,

041,

031,

081,

191,

050,

86

Kad

miu

m, C

d<

0,05

<0,

05<

0,05

<0,

05<

0,05

<0,

05<

0,05

Kro

m, C

r<

0,10

0,63

1,23

1,38

1,58

1,32

0,58

Kop

par,

Cu

20<

0,10

1,12

1,50

2,18

2,86

2,47

1,11

Jär

n, F

e20

0,24

6,26

9,71

7,39

7,14

5,04

2,43

Man

gan,

Mn

<0,

100,

140,

240,

200,

280,

260,

21

Mol

ybde

n, M

o<

0,40

<0,

20<

0,20

<0,

20<

0,20

<0,

20<

0,20

Nic

kel,

Ni

<0,

10<

0,20

<0,

20<

0,20

<0,

20<

0,20

<0,

20

Bly

, Pb

<3,

00<

0,50

0,70

0,79

0,63

<0,

50<

0,50

Ten

n, S

n5,

27<

0,50

<0,

50<

0,50

<0,

50<

0,50

<0,

50

Tita

n, T

i0,

17<

0,01

<0,

01<

0,01

0,02

<0,

010,

03

Van

adin

, V<

0,10

<0,

05<

0,05

<0,

05<

0,05

<0,

05<

0,05

Ad

dit

iver

Bor

, B0,

33<

0,50

0,56

0,64

<0,

50<

0,50

<0,

50

Bar

ium

, Ba

<0,

05<

0,01

0,03

0,01

0,04

0,03

0,04

Kal

cium

, Ca

500,

44<

0,10

0,33

0,47

0,25

0,23

<0,

10

Mag

nesi

um, M

g<

0,05

<0,

20<

0,20

<0,

20<

0,20

0,32

<0,

20

Fos

for,

P56

018

019

016

017

018

018

0

Zin

k, Z

n50

0,89

13,4

19,5

18,4

23,7

28,3

17,7

Fö

rore

nin

gar

Nat

rium

, Na

15<

0,50

0,63

0,65

0,73

0,71

0,64

<0,

30

Kis

el, S

i15

1,07

4,82

7,61

7,46

9,21

8,14

6,08

Vat

tenh

alt -

KF

mg/

kg50

028

040

039

030

034

045

032

0

An

dra

an

alys

er

Uts

eend

egr

ön k

lar

brun

, kla

rbr

un, k

lar

brun

, kla

rbr

un, k

lar

brun

kla

rbr

un, k

lar

Vis

kosi

tet v

id 4

0 °C

mm

²/s

3544

,47

46,8

847

,19

47,2

447

,29

47,0

846

,69

Syr

atal

, TA

Nm

g K

OH

/g4,

01,

741,

331,

791,

621,

571,

320,

80

(+1)

= E

nhet

en få

r än

dras

max

1 e

nhet

Ko

mm

enta

r

Nor

mal

a vä

rden

för

olja

i dr

ift.

VI

Maskintyp: 901 Provdatum: 2013-02-20

Systemets renhet

Oljans återstående livslängd

Oönskade föroreningar/Ökat slitage

Komponentslitage

Övriga oönskade föroreningar

Serie/

Chassi 11155

20

25

30

35

40

45

50

0 1000 2000 3000 4000

mm

²/s

Drifttid (h)

Viskositet

0

100

200

300

400

500

600

700

0 1000 2000 3000 4000

mg

/kg

Drifttid (h)

Vattenhalt

0

1

2

3

4

5

0 1000 2000 3000 4000

mg

KO

H/g

Drifttid (h)

Syratal

0

10

20

30

40

50

60

0 1000 2000 3000 4000

pp

m

Drifttid (h)

Zink, Zn

Larmgräns - mg/kg

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1000 2000 3000 4000

pp

m

Drifttid (h)

Kisel, Si

0

5

10

15

20

25

0 1000 2000 3000 4000

pp

m

Drifttid (h)

Järn, Fe

Larmgräns - mg/kg

0

5

10

15

20

25

0 1000 2000 3000 4000

pp

m

Drifttid (h)

Koppar, Cu

Larmgräns - mg/kg

0

10

20

30

40

50

60

0 1000 2000 3000 4000

pp

m

Drifttid (h)

Kalcium, Ca

Larmgräns - mg/kg

0

4

8

12

16

20

0 1000 2000 3000 4000

pp

m

Drifttid (h)

Natrium, Na

Larmgräns - mg/kg

Larmgräns - mg/kg15

50

20 20

50 15

VII

Bilaga 5, sammanställning provsvar nya Komatsu HE-46 Natura

VIII

IX

X

XI

Bilaga 6, vattenhalt-årstid

XII

Bilaga 7, Exempel på stigande kalciumhalt

0

10

20

30

40

50

60

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

pp

m

Drifttid (h)

Kalcium, Ca

Larmgräns - mg/kg

0

10

20

30

40

50

60

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

pp

m

Drifttid (h)

Kalcium, Ca

Larmgräns - mg/kg

0

10

20

30

40

50

60

0 3000 6000 9000 12000 15000 18000 21000

pp

m

Drifttid (h)

Kalcium, Ca

Larmgräns - mg/kg