Влияние смазочных материалов на долговечность элементов машин

В соответствии с современными требованиями моторные масла должны обладать противоизносными, противозадирными, вязкостными, моющими, противокоррозионными и антиокислительными свойствами. Кроме того, моторные масла, используемые в зимнее время в условиях холодного климата, должны иметь низкую температуру застывания. При низкой температуре окружающей среды рабочая температура (вследствие интенсивного охлаждения) значительно ниже, а вязкость выше, чем в теплое время, поэтому зимние сорта моторного масла должны обладать пониженной кинематической вязкостью. Моторные масла выбирают с учетом степени форсирования двигателя. Масла групп А, Б и В предназначены соответственно для нефорсированных, мало- и среднефорсированных двигателей. Для высокофорсированных двигателей применяют масла группы Г, при работе двигателя в тяжелых условиях — масла группы Д (табл. 2 ).

Моторные масла, имеющие в маркировке индекс «1», предназначены для бензиновых двигателей, индекс «2» — для дизелей. Маркировка масел представляет сочетание букв, цифр и индексов

 

Таблица 2 Классификация моторных масел

 

 

Для современных дорожных и строительных машин наиболее широко применяют  моторные масла группы Г₂, содержащие композиции присадок, которые обеспечивают моющие, антиокислительные, противоизносные и противопенные свойства масел. В зимние сорта масел дополнительно вводят депрессорные присадки для уменьшения температуры застывания.

В целях нейтрализации коррозионного  воздействия на детали двигателя  продуктов неполного сгорания топлива, особенно с высоким содержанием  серы, в моторные масла вводят присадки, повышающие щелочное число до 14 мг КОН/г.

Трансмиссионные масла. Эти масла применяют для коробок передач, редукторов и элементов механических передач дорожных и строительных машин. Они работают в условиях высоких давлений и поэтому должны обладать повышенной смазочной способностью, т.е. хорошими противоизносными и противозадирными свойствами. Трансмиссионные масла имеют более высокую вязкость, чем моторные. Если эти масла используют в жаркой, теплой и умеренной климатической зоне, их кинематическая вязкость при температуре 100 °С должна быть 14... 16 мм²/с, если в холодной климатической зоне — 8... 10 мм²/с.

Особые требования предъявляют  к трансмиссионным маслам, используемым при отрицательной температуре. С повышением вязкости масла возрастает предел прочности на сдвиг и, соответственно, увеличиваются потери на преодоление сил внутреннего трения.

В зависимости от степени и характера нагружения сопряжений трансмиссионные масла подразделяют на три группы:

 первая — для цилиндрических  и конических передач машин,  которые работают при умеренных давлениях 1 ...2 ГПа и температурах до 120 °С;  

вторая — для передач со спирально-коническими  шестернями, работающими при давлении выше 2 ГПа и температуре, превышающей 120 °С;

третья — для передач с  гипоидным зацеплением, для которого характерна высокая степень относительного проскальзывания рабочих поверхностей и большие удельные нагрузки.

Для улучшения эксплуатационных свойств трансмиссионных масел в их состав вводят противоизносные, противозадирные, антиокислительные и депрессорные присадки.

Масла, используемые в гидромеханических  передачах, должны обладать повышенной плотностью, высокой физико-химической стабильностью, низкой вспениваемостью, хорошими противокоррозионными свойствами. В масла для гидромеханических передач добавляют моющие, противоизносные, антиокислительные, противокоррозионные присадки.

Для элементов гидромеханических  передач применяют масла марки  А (для гидротрансформаторов и автоматических коробок передач) и марки Р (для гидроусилителей рулевого привода и гидрообъемных передач).

Основные показатели эксплуатационных свойств трансмиссионных масел, используемых в дорожных, строительных и сельскохозяйственных машинах, приведены в табл. 3.

 

Таблица 3 Эксплуатационные свойства трансмиссионных масел

Показатель	ТМ-3-18	ТМ-4-18	Гипоидное для грузовых автомобилей	ТМ-5-18	ТМ-2-9	ТМ-4-9
Кинематическая вязкость при 100 °С, мм2/с	14...16	14,5... 15,5	14	17,5	10	9
Температура застывания, "С, не выше	-20	-25	-25	-25	-40	-50
Содержание механических примесей, %, не более	0,03	0,01	0,01		0,02	0,05
Температура вспышки в открытом тигле, °С, не ниже	180	180	180	200	130	160
Нагрузка сваривания, Н, не менее	36	36	38	38	37	35

 

 

Рабочие жидкости гидросистем. В качестве рабочих жидкостей гидравлических систем машин используют индустриальные масла, обогащенные специальными присадками. В зависимости от вязкости эти масла подразделяют на легкие, средние и тяжелые. Вязкость масел первых двух групп нормирована при температуре 50 °С, последней — при 100 °С. В маркировке индустриальных масел буква «Г» означает, что масло получено методом гидрирования. Масла, прошедшие селективную очистку, имеют букву «С», щелочную — букву «В», сернокислотную — только цифру, которая во всех случаях означает среднее значение кинематической вязкости.

Рабочие жидкости, применяемые в  гидравлических системах дорожно-строительных машин, должны обладать:

• хорошими вязкостными свойствами, обеспечивающими оптимальную вязкость в интервале рабочих температур;
• хорошей смазочной способностью, характеризующейся высокой липкостью и нерастекаемостью;
• высокой стабильностью против окисления и старения;
• высоким модулем объемной упругости, характеризующим низкую сжимаемость масел;
• низкими показателями вспениваемости и эмульгируемости;
• достаточно высокой температурой вспышки для обеспечения пожарной безопасности.

         Кроме того, гидравлические масла не должны вызывать коррозию металлических деталей, а также не должны оказывать разрушающего воздействия на детали из неметаллических материалов (манжеты, уплотнения и др.).

Для рабочих  жидкостей гидросистем необходимо обеспечить чистоту масел в процессе транспортирования, хранения и использования. Это обусловливается высокой точностью элементов гидропривода, малыми зазорами в сопряжениях и необходим мостью обеспечить высокую долговечность прецизионных деталей сборочных единиц, работающих в условиях трения и изнашивания.

Показатели  основных эксплуатационных свойств  рабочих жидкостей гидросистем дорожных и строительных машин приведены в табл.4.

 

Таблица 4. Эксплуатационные свойства рабочих жидкостей

Показатель	МГ-15-13	МГ-40-Б	МГ-22-Б	МГ-15-Б	И-12А	И-20А
Кинематическая вязкость, мм2/с, при температуре, °С: 100 50 -15	4 10 150	6,3 30 4000	3,9 12 650	4,5 10	12	20
Индекс вязкости, не менее	130	85	—	130	85	85
Температура застывания, "С, не выше	-60	-35	-45	-60	-30	-15
Кислотное число, мг КОН/г, не более	0,05	0,06	0,07	0.05	0,05	0,05
Плотность при 20 "С, г/см3	0,855	0,855	0,855	0,855	—	—

 

        Пластичные смазочные материалы. Требования, предъявляемые к смазочным материалам, определяются их назначением и условиями использования. Пластичность смазочных материалов позволяет их использовать для защиты открытых металлических поверхностей от воздействия внешней среды при консервации машин перед длительным хранением. Нанесенные на наклонные и даже вертикальные поверхности пластичные смазочные материалы не стекают. Они должны выполнять свои защитные функции в течение нескольких лет. Нетекучесть ПСМ позволяет широко использовать их для герметизации и уплотнения различных сопряжений. В связи с тем что эти материалы применяют в открытых узлах трения машин, к их вязкостно-температурным характеристикам предъявляют повышенные требования. Пластичные смазочные материалы должны обладать высокими антифрикционными, противоизносными и противозадирными свойствами для обеспечения минимальных потерь на трение и максимальной долговечности сопряжений, работающих в условиях изнашивания.

Одним из важнейших требований, предъявляемых  к ПСМ, является водостойкость. Они не должны растворяться в воде, смываться, поглощать воду в процессе работы сопряжения. Для обеспечения длительного срока службы пластичных смазочных материалов в условиях интенсивного динамического нагружения и изменения температуры в широком интервале они должны обладать высокой механической, коллоидной и химической стабильностью.

Пластичные смазочные материалы, используемые при низких температурах в зимнее время в северных районах, должны иметь хорошие низкотемпературные свойства. Высокая морозостойкость  ПСМ обеспечивается введением в  их состав масел низкой вязкости, синтетических жидкостей и присадок.

Эксплуатационные  свойства пластичных смазочных материалов, как и у масел, обеспечиваются с помощью соответствующих присадок. Основные показатели свойств ПСМ, применяемых в дорожно-строительных, автотранспортных и сельскохозяйственных машинах, приведены в табл. 5.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5 Показатели свойств пластичных смазочных материалов.

 

 

4.Присадки к смазочным  материалам

       Для улучшения эксплуатационных свойств смазочных масел и пластичных материалов в их состав вводят присадки. Содержание присадки в смазочном материале колеблется в зависимости от типа масла или ПСМ от 0,01 до 20 % и более. Присадки классифицируют по назначению и составу.

 По назначению различают следующие присадки:

Адгезионные присадки предназначены для повышения липкости и нерастекаемости масел. В эту группу входят полярно-активные вещества, повышающие адгезионные силы притяжения пленки масла к твердой поверхности детали.

Моющие присадки служат для предотвращения отложений и нагарообразования на поверхностях деталей, работающих при повышенной температуре.

Деэмулъгаторы — присадки, разрушающие водомасляные эмульсии и, таким образом, способствующие снижению содержания воды в смазочном материале.

Антиокислительные присадки используют для замедления процессов старения и окисления масел.

Депрессорные присадки предназначены для снижения температуры застывания и, как правило, входят в состав масел, рекомендуемых для применения в зимнее время и условиях холодного климата.

  Назначение присадок остальных типов очевидно из их наименования.

 противопенные,

 вязкостные,

 противокоррозионные, 

 приработочные,

 фрикционные ,

 противозадирные ,

 противоизносные,

 многокомпонентные.

   Для улучшения эксплуатационных свойств масел в их состав вводят композицию нескольких присадок — так называемые многокомпонентные присадки, которые обеспечивают противоизносные, антиокислительные, противокоррозионные и моющие свойства. Состав композиции зависит от назначения присадок и совместимости компонентов.

По составу различают серо-, фосфор- и азотсодержащие присадки. Кроме этих элементов в состав присадок могут входить кислород, хлор, свинец, бор и др.

Механизм действия серосодержащих заключается в том, что молекула дисульфида RSSR сначала адсорбируется на поверхности металла. В результате химического взаимодействия присадки с металлом происходит разрыв связей S —S с образованием молекул меркаптида RSM.

Механизм действия фосфорсодержащих присадок основан на хемосорбции. Первой стадией противозадирного действия диалкилфосфитов, входящих в состав присадки, является образование фосфорных кислот, которые при взаимодействии с металлом трущейся поверхности образуют соли фосфорных кислот.

На второй стадии происходит гидролиз солей, ведущий к образованию на поверхности металла слоя неорганического фосфорсодержащего продукта. Этот слой уменьшает молекулярную составляющую сил трения, благодаря чему снижается интенсивность изнашивания поверхностей деталей сопряжения.

В процессе изнашивания микроскопические участки поверхности детали постоянно обнажаются вследствие разрушения оксидных пленок, поэтому более эффективное смазочное действие будут обеспечивать соединения, которые обладают наибольшей скоростью взаимодействия с металлом. Примерами таких фосфорсодержащих соединений являются диэтилфосфат, диэтилфосфит, дибутилфосфит.