Лекция 6 Смазочные масла

ТРАНСМИССИОННЫЕ МАСЛА
СИСТЕМА СМАЗКИ ТРАНСМИССИИ
Передача усилий от двигателя (привода) непосредственно к исполнительному механизму в технике осуществляется с помощью специальных устройств.
Для этого между приводом и исполнительным механизмом устанавливают шестереночные и червячные передачи самых разнообразных типов и размеров.
К числу основных агрегатов трансмиссий относятся:
- коробка передач,
- ведущий мост,
- коробка отбора мощности,
- раздаточная коробка.

ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ МАСЕЛ
Рабочая температура масла в агрегатах трансмиссии изменяется в довольно широких пределах.
Она колеблется в зависимости от температуры окружающего воздуха до температуры, установившейся в процессе работы, и может достигать 120—150° С из-за диссипативного процесса трения.
Приведенные значения характерны для температуры масла в объеме.
Фактическая же температура масла в зоне контакта зубьев шестерен может достигать 200—250°С и более.
Температура масла зависит от удельных нагрузок и скорости вращения шестерен, определяемой скоростью скольжения в зоне контакта.
Одна из причин повышения температуры — высокие скорости потоков масла вследствие быстро вращающихся рабочих колес (скорости масла могут достигать 80—100 м/с).

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
Смазочные свойства
Ввиду больших нагрузок, трансмиссии работают в режимах либо жидкостной, либо граничной смазки.
Основными видами разрушения шестерен агрегатов трансмиссий являются:
- износ (нормальный износ или истирание),
- заедание (задир),
питтинг.
Противоизносные свойства масел можно улучшить, варьируя вязкость масла (повышая – лучшие нагрузочные характеристики или понижая – меньше потерь на трение) и вводя в его состав противоизносные присадки.

Вязкостно-температурные свойства
Вязкостно-температурные свойства являются важной эксплуатационной характеристикой трансмиссионных масел.
От вязкости зависят:
- потери мощности на трение,
- способность масла удерживаться в узле трения,
определяет уровень смазочного действия.
Температурный режим работы масла в трансмиссии определяется следующими температурами:
- минимальной, имеющей место в момент начала работы передачи после длительного перерыва и равной самой низкой температуре окружающего воздуха;
- максимальной, устанавливающейся при экстремальных для данной передачи условиях работы;
средне-эксплуатационной, характеризующей наиболее вероятное значение температуры во время работы масла за весь период эксплуатации.
Масла с пологой ВТК обеспечивают надежную эксплуатацию техники при более низких температурах окружающего воздуха.

Антиокислительные, противокоррозионные и защитные свойства
Трансмиссионное масло в процессе работы окисляется.
Скорость и глубина окисления зависят от:
- продолжительности процесса,
- температуры масла,
- каталитической активности металла,
- концентрации кислорода и промоторов окисления.
В процессе окисления ухудшаются вязкостно-температурные свойства масла, происходит накопление кислых продуктов, способствующих повышенной коррозии.
Коррозионная активность возрастает до 1700С, после ослабевает, что связано с ускорением процесса конденсации и полимеризации кислотных соединений и увеличением содержания в масле продуктов более глубокого окисления — смол.
Смолистые вещества отлагаются на металлических поверхностях, образуя лакообразные пленки, которые препятствуют контакту поверхности металла с коррозионно-агрессивной средой.

Снижение коррозионной агрессивности достигается либо за счет изменения содержания в масле присадок разного функционального назначения, либо за счет добавления в композицию деактиватора или пассиватора металла.
Повышение коррозионной агрессивности масел возможно при обводнении смазочного материала.
В зависимости от условий эксплуатации содержание воды в трансмиссионном масле колеблется от десятых долей до нескольких процентов, достигая в ряде случаев 5—8%.
В воде содержится некоторое количество неорганических солей и коррозионно-агрессивных компонентов, попадающих во внутренние полости механизмов из вне, либо образующихся в процессе старения масла.
Это создает благоприятные условия для возникновения и протекания электрохимической коррозии, которая интенсифицируется при хранении техники.
Для устранения коррозии при остановках и хранении в масло вводят защитные присадки.

Комплексы испытаний, маркировка
Предусматривается оценка вязкостно-температурных свойств масел, коррозионной агрессивности, противоизносных и противозадирных свойств и др.
С целью получения наиболее полного представления о заданных свойствах предлагается использовать как лабораторные приборы, так и стенды.
При оценке качества трансмиссионных масел на четырехшариковой машине трения (ЧШМ) определяют ряд показателей:
- критическую нагрузку Рк,
- нагрузку сваривания PC,
- показатель износа Ди,
- индекс задира И3.

В качестве базовых для получения современных трансмиссионных масел используют дистиллятные или остаточные масла различного уровня вязкости.
Также вовлекаются синтетические компоненты.
Трансмиссионные масла получают преимущественно путем смешения высоковязких нефтепродуктов с маловязкими или загущения маловязких масел высокополимерными присадками.
Для приготовления товарного трансмиссионного масла к основе добавляют функциональные присадки — противоизносные, противозадирные, антиокислительные и др.
Среди них особое значение придается присадкам, снижающим износ и заедание.

В нашей стране в соответствии с ГОСТ 17479-85 производятся трансмиссионные масла пяти групп. Группы ГОСТ и API совпадают.

Трансмиссионные масла делятся на 4 основных класса по вязкости
По стандартам России и SAE выпускают следующие виды трансмиссионных масел

Трансмиссионные масла могут иметь следующие марки

Отечественная маркировка трансмиссионных масел:
Т – трансмиссионное;
М – масло;
1, 2, 3, 4, 5 – область применения масел (группа масел).
Зарубежная маркировка масел:
W – зимнее масло;
GL – главная смазка (General – главный, Lube – масло);
90 – класс вязкости (номер масла соответствующей вязкости);
API – Американский институт нефти (указывает область применения масел);
SAE – Общество американских инженеров автомобилистов (указывает класс вязкости масел).
Например, ТМ-5-18 – трансмиссионное масло, 5-й группы, всесезонное, классом вязкости 18 (вязкость 14–25 мм2/с, при 100 оС).
API GL-5, SAE-70W/90 – масло трансмиссионное, 5-й группы, всесезонное, классом вязкости 90 (вязкость 13,5–24 мм2/с, при 100 оС).
70W - -55; 75W - -40; 80W - -26; 85W - -12; температуры при которых динамическая вязкость достигает 150 Пас.

ИНДУСТРИАЛЬНЫЕ МАСЛА И МАСЛА ПРОЧЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

ИНДУСТРИАЛЬНЫЕ МАСЛА
Требования к качеству масел
В промышленности существуют разнообразные агрегаты и механизмы, требующие смазки.
К числу смазываемых деталей относятся радиальные роликовые подшипники прокатных станов, зубчатые, червячные и винтовые передачи металлорежущих и деревообрабатывающих станков, прессов и др.
Смазываемые узлы и детали промышленного оборудования значительно отличаются по скоростям скольжения, нагрузкам, реализуемым в зоне контакта, и по многим другим характеристикам.
Такое различие в условиях работы промышленного оборудования определяет и большой ассортимент индустриальных масел.

Можно выделить общие требования, предъявляемые к индустриальным маслам.
Для обеспечения нормальной и безотказной работы промышленного оборудования индустриальные масла должны обладать хорошими:
- смазочными,
- противокоррозионными,
- антиокислительными,
- защитными,
- противопенными свойствами.
Кроме общих требований имеются специальные - высокие деэмульгирующие свойства, ими должны обладать масла, использующиеся в сталеплавильной, угольной и бумажной отраслях промышленности, где возможно попадание в масло значительных количеств воды.

Эксплуатационные свойства
Индустриальные масла должны обладать достаточными смазочными свойствами для обеспечения нормального функционирования узлов трения машин и механизмов.
Смазочный материал, используемый, например, для смазки направляющих, должен не только снижать износ, но и уменьшать трение для предотвращения скачкообразного движения при относительно низких скоростях скольжения.
Явление скачкообразного трения приводит к движению с резкими толчками. Это, в частности, отрицательно сказывается на работе металлорежущих станков при необходимости особенно точной обработки изделий.
Для предотвращения окислительных и коррозионных процессов в масла рекомендуется вводить специальные присадки.
Необходимо также, чтобы масла имели высокие адгезионные свойства и не смывались водой с контактируемых металлических поверхностей.

Классификация индустриальных масел
Классифицируют индустриальные масла
- по назначению,
- по уровню кинематической вязкости при 40°С,
- по качеству (отсутствию и наличию присадок и особым свойствам).
С учетом этого индустриальным маслам присвоен индекс И.
Разделяют масла на 18 классов по уровню вязкости при 40°С и на 5 класса по качеству и особым свойствам.
При индексации масел класс вязкости указывается в виде численного значения вязкости масла при 40°С после буквы И.
Основные ГОСТы:
ГОСТ 17479.4-87 Масла индустриальные. Классификация и обозначение.
ГОСТ 20799-88. Масла индустриальные. Технические условия.

В зависимости от назначения, эксплуатационных свойств и состава (наличия соответствующих функциональных присадок) индустриальные масла подразделяют на группы, подгруппы и классы вязкости.

Соответствие групп и подгрупп индустриальных масел по настоящему стандарту классификации ИСО

Примеры обозначения индустриальных масел:
И-Г-В-46, где
И - индустриальное масло,
Г - масло предназначено для гидравлической системы,
В - масло с антиокислительными и антикоррозионными присадками для машин и механизмов промышленного оборудования с повышенными требованиями к условиям работы,
46 - класс вязкости при 40 С;

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАСЛА
Гидравлические масла используются в качестве рабочих жидкостей в гидравлических системах дорожно-строительных машин, экскаваторах, подъемных кранах, станках и другой технике.
Рабочая жидкость гидравлических систем должна обладать:
1) хорошими смазывающими свойствами;
2) минимальной зависимостью вязкости от температуры в требуемом диапазоне рабочих температур (минус 50 до плюс 80 оС);
3) низкой упругостью насыщенных паров и высокой температурой кипения;
4) нейтральностью к применяемым материалам, особенно к резиновым уплотнениям;
5) высоким модулем объемной упругости, малым содержанием растворенного воздуха в масле;
6) минимальной токсичностью и длительным сроком службы.

Гидравлическим приводом называют устройство, служащее для привода в движение машин и механизмов путем использования рабочей жидкости, находящейся под давлением.
В общем случае гидропривод состоит из:
- источника энергии (насоса),
- исполнительного механизма (силового цилиндра или гидромотора),
- системы управления потоком жидкости,
- предохранительных устройств,
- трубопроводов.
Обозначение гидравлических масел производится в соответствии с ГОСТ 17479.3-85 «Обозначение нефтепродуктов. Масла гидравлические».
Состоит из группы знаков:
- первая из которых обозначается буквами «МГ» (минеральное, гидравлическое);
- вторая группа знаков – цифрами и характеризует класс кинематической вязкости при плюс 40 0С;
- третья – буквами и указывает на принадлежность масла к группе по эксплуатационным свойствам

Класс вязкости гидравлических масел

Группы гидравлических масел по эксплуатационным свойствам

Масло МГ-22-В
МГ - минеральное гидравлическое;
22 – средняя кинематическая вязкость при 40 0С;
В - для гидрообъёмных систем автомобилей производят на основе веретённого масла, в которое добавляют моющую, противоизносную, антиокислительную и противопенную присадки. Максимальное давление в системе > 25МПа и температура в объёме свыше 90 0С.
Масло обеспечивает запуск систем при температурах выше минус 350С без специального подогрева.
Максимальная кратковременно допустимая при эксплуатации температура масла плюс 125 0С, оптимальная рабочая температура плюс 50–60 0С, температура застывания минус 45 0С.

МАСЛА РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Приборные масла
Приборные масла используют для смазки приборов и аппаратов.
Их условно делят на три подгруппы:
- масла общего назначения,
- специального назначения,
- часовые масла.
Приборные масла получают как на нефтяной, так и на синтетической основе.
К маслам специального назначения на синтетической основе используют для смазки микроэлектродвигателей и точных приборов.

Масла для прокатных станов
Для смазки прокатного оборудования используют масла без присадок с вязкостью при 100°С от 11 до 40 мм2/с.
Их применение должно быть эффективным в условиях циркуляционной системы смазки при наличии в масле заметных количеств воды.
К маслам данной подгруппы относятся масла нефтяного происхождения.

Турбинные масла
Основное назначение турбинных масел — смазывание и охлаждение узлов различных турбоагрегатов, используемых в технике (паровые турбины, гидротурбины, газовые турбины, турбонасосы и др.).
К числу наиболее важных конструкционных элементов турбоагрегатов, требующих смазки и охлаждения, относятся подшипники.
Типичными и универсальными представителями турбоагрегатов, широко распространенными на практике, являются паровые турбины.
В них кинетическая энергия струи пара трансформируется во вращение вала турбины.
Поскольку турбинные масла предназначены для смазки и охлаждения трущихся деталей турбоагрегата, большое значение приобретает выбор оптимального уровня их вязкости.

Масла должны быть достаточно вязкими для образования гидродинамической смазки, и вместе с тем слой смазки должен быть достаточно тонким для обеспечения условий эффективного охлаждения.
Удовлетворение требований, предъявляемых к турбинным маслам, возможно либо при использовании высокоочищенных масел, либо при введении в масла функциональных присадок — антиокислительных, противокоррозионных и др.
С учетом этого ассортимент турбинных масел включает две группы — масла с присадками и масла без присадок.

Компрессорные масла
Компрессорные масла предназначены для смазки различных узлов и деталей компрессорных машин, а также для создания уплотнительной среды.
Напряженность работы масла в компрессоре определяется:
- особенностями его конструкции,
- характером компримируемого агента,
- температурой нагнетания,
- степенью сжатия и т. и.
Например, с увеличением температуры нагнетания и степени сжатия повышается и напряженность работы масла в компрессоре.
Требования к качеству масел, предназначенных для смазки компрессоров, аналогичны требованиям, предъявляемым к качеству моторных масел.

Масла для холодильных машин
На холодильных машинах установлены преимущественно поршневые, винтовые и ротационные пластинчатые холодильные компрессоры.
При работе компрессоров не исключена вероятность контакта смазочного масла с хладагентом.
В качестве хладагентов используют аммиак, диоксид углерода, галогенопроизводные (фреоны) и др.
При использовании в качестве хладагентов таких соединений, как диоксид серы, фреоны и др., повышается вероятность химического взаимодействия между хладагентом и маслом.
Реакционная способность и взаимная растворимость компонентов возрастают с повышением температуры.

Помимо общих требований, предъявляют и дополнительные требования:
- стабильность в смеси с хладагентами,
- температура помутнения масел в контакте с хладагентом,
растворимость масла в хладагенте.
Образование нерастворимых продуктов — явление нежелательное, поскольку они могут отлагаться в различных системах холодильной машины и нарушать ее работу.
Противоречий при подборе масла для компрессорной холодильной машины заключается в том, что лучшие условия смазки и уплотнения компрессоров достигаются при использовании масел с низкой растворимостью, в то время как нормальная циркуляция масла в системе обеспечивается при хорошей взаимной растворимости.
Исходя из этого, необходимо добиваться оптимальной растворимости масла в хладагенте с учетом условий работы холодильной машины.

РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ В ТЕХНИКЕ

СМАЗОЧНОЕ МАСЛО — ЭЛЕМЕНТ КОНСТРУКЦИИ СМАЗЫВАЕМОГО ОБЪЕКТА
Между качеством смазочного материала и условиями работы смазываемого объекта существует тесная связь.
С одной стороны, правильно подобранное смазочное масло обеспечивает надежную и безотказную работу соответствующего узла и агрегата.
А с другой — аномальные отклонения в работе объекта, например перегрузки, поломки и т. п., могут приводить к необратимым изменениям, происходящим в масле, и резкому ухудшению его качества.
Рекомендуется рассматривать смазочный материал как элемент конструкции того объекта, для смазки которого его используют.
Причем это следует учитывать на стадии конструктивных разработок.
В одном случае для обеспечения нормальной и безотказной работы машины или механизма целесообразно повышать требования в качеству масла, в другом — рациональнее вводить определенные изменения в конструкцию объекта.
При этом необходимо выбирать такой путь, который в первую очередь оправдан экономически.

ИЗМЕНЕНИЕ КАЧЕСТВА МАСЕЛ В ПРОЦЕССЕ РАБОТЫ
При работе масла в машине или механизме оно «стареет», т. е. постепенно качество его ухудшается.
Это происходит вследствие:
- уменьшения содержания (срабатывания) функциональных присадок,
- изменения вязкости,
- накопления в масле продуктов окисления и износа,
- механических примесей,
воды.
Под срабатыванием (или срабатываемостью) присадок в более широком смысле понимают потерю их функциональных свойств, что возможно в результате термического разложения присадок, адсорбции их на металлических поверхностях различных деталей, на масляных фильтрах и т. д.

Например:
Срабатывание антнокислительных присадок наблюдается при их взаимодействии с продуктами окисления, в частности с радикалами, образующимися на ранней стадии процесса окисления.
Срабатывание зольных моющих присадок происходит также за счет их взаимодействия с продуктами кислотного характера и нейтрализации последних.
Противоизносные присадки срабатываются по мере образования на поверхности металлов химически модифицированных слоев.
Высокие рабочие температуры масла интенсифицируют процесс срабатывания присадок по разным направлениям и содержание их в масле снижается.
Уменьшение концентрации присадок отмечается не только при работе, но и при хранении масла вследствие их выпадения из объема масла в осадок (физическая или коллоидная нестабильность).
Выпадение осадка инициируется наличием воды в масле и гидролизом присадок.
Выбраковка моторных масел производится при снижении щелочного числа на 50% или балансом щелочного и кислотного чисел.

Наряду со срабатыванием присадок в процессе работы масла наблюдается изменение его вязкости.
Окисление масла приводит к повышению его вязкости вследствие образования высокомолекулярных продуктов.
Повышению вязкости масла способствует испарение из него легких фракций.
С другой стороны, разбавление масла топливом (в двигателе внутреннего сгорания) и деструкция загущающих присадок, содержащихся в масле, наоборот приводит к уменьшению вязкости последнего.
Интенсивность изменения вязкости масла зависит от его химического состава, режима работы объекта и особенностей эксплуатации.
Как правило, с изменением вязкости масла в процессе работы ухудшаются и его вязкостно-температурные свойства.
Наряду с этим в процессе работы происходит накопление в масле механических примесей, продуктов износа, увеличение кислотности и т. п.
Выбраковка моторных масел по изменению вязкости производится в случае перехода вязкостных показателей в другой класс.
«Старение» масла приводит к необходимости его замены.

Увеличение сроков смены масел — это реальный путь экономии нефтяных ресурсов.
С учетом необходимости рационального подхода к расходу масел и обеспечения надежности работы смазываемых ими машин и механизмов следует разумно подходить к установлению сроков его смены.
Технический путь продления сроков службы масла связан с установлением предельной длительности работы масла без смены его в машине или механизме по фактическому качеству, т. е. фактическим показателям.
Поскольку число определяемых показателей у масла может быть большим, что, безусловно, затрудняет контроль качества масла в процессе работы, выбирают по возможности интегральные показатели.
Эти показатели не являются однозначными и меняются в зависимости от назначения масла и условий его работы.

Одним из основных интегральных показателей для трансмиссионного масла может служить повышение вязкости до 50% по сравнению с вязкостью исходного (свежего) масла.
В ряде случаев трансмиссионные масла можно использовать без смены на весь ресурс работы объекта.
Для трансмиссионных масел основным предельным показателем является содержание механических примесей, которое не должно превышать 0,01%, а для рабочих жидкостей этот показатель не должен превышать 14 кл. по ГОСТ 17216-2001
В зависимости от специфики эксплуатации и назначения масла число интегральных или браковочных показателей может меняться.
В частности, такими показателями могут служить:
- степень разбавления масла топливом,
- содержание в масле механических примесей,
продуктов износа и т. д.
Такой подход — один из наиболее рациональных при повышении эффективности использования смазочных масел в технике.
Следует отметить, что увеличение срока смены масла дает дополнительный экономический эффект за счет сокращения затрат на техническое обслуживание машины или механизма.

Унификация смазочных масел.
В настоящее время используется большой ассортимент масел различного назначения и значительно отличающихся по качеству.
В том числе применяют и устаревшие сорта масел, не отвечающие современным требованиям развития техники.
Это приводит к затруднениям в хранении, транспортировании и обеспечении смазочными материалами разных потребителей.
Одновременно усложняется эксплуатация техники, увеличиваются трудовые и материальные затраты, а также время на техническое обслуживание техники и ее ремонт.
Одним из эффективных направлений решения проблемы является унификация масел.
Она выражается в сокращении ассортимента смазочных масел за счет исключения из него в первую очередь устаревших и малоэффективных сортов, а также сортов, не обеспеченных сырьевой базой.
Унификация создает благоприятные возможности для экономного и рационального использования смазочных масел в технике без снижения надежности работы последней.

Регенерация масел.
В процессе работы машин и механизмов смазочные масла сливают при замене как отработанные.
Они являются значительным источником загрязнения окружающей среды.
Сбросы их в землю и водоемы, а также загрязнение ими окружающей среды превышает потери нефтепродуктов при добыче, перевозке и переработке нефти.
В то же время ресурсы отработанных масел оцениваются в 50% и более от потребления свежих масел.
Отработанные масла — это уникальное сырье для повторной переработки.
Выход масла из такого сырья составляет 80% и более, в то время как из нефти — в лучшем случае 10— 15%.

Использование отработанных масел может осуществляться по следующим основным направлениям:
регенерация отработанных масел с последующим добавлением в полученную таким образом основу присадок различного функционального назначения;
смешение основы после регенерации с основой, полученной по обычной технологии;
добавление отработанных масел в сырую нефть и последующее производство масел по полной технологической схеме.
Регенерация представляется одним из наиболее эффективных и экономичных путей использования отработанных масел.