Жидкие смазочные материалы.

 Вязкость - характеристика внутреннего трения жидкого смазочного материала, возникающего между его молекулами и слоями при их относительном перемещении под действием внешней силы. Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость.

Динамическую вязкость η измеряют силой внутреннего трения (Н) на единицу площади (м²) одной из двух горизонтальных плоскостей, расположенных на расстоянии друг от друга, равном единице (1 м), при условии, что одна из этих плоскостей неподвижна, другая движется со скоростью, равной единице (1 м/с), а пространство между ними заполнено исследуемым маслом. Единица динамической вязкости - паскаль-секунда (Па*с).

Кинематическая вязкость ν - отношение динамической вязкости η к плотности ρ. Единица кинематической вязкости – квадратный метр на секунду (м²/с). В стандартах вязкость приводится при температуре 50° С (иногда - 100° С).

ν₅₀ - вязкость определяют при 50⁰С

ν₁₀₀ - вязкость определяют при 100⁰С

Условная вязкость представляет собой отношение времени истечения 200 мл масла через отверстие вискозиметра типа ВУ при температуре испытания ко времени истечения такого же количества дистиллированной воды при температуре 20° С. Число условных градусов обозначает ВУт, причем индекс "т" означает температуру испытания. Условную вязкость вычисляют по формуле:

ВУ₅₀=Т₅₀/Н₂0, Т₂₀  илиВУ₁₀₀=Т₁₀₀/Н₂0, Т₂₀.

В динамическую вязкость условную пересчитывают так:

η = ρ(0,000716ВУ_т - 0,000618)/ВУ_Т.

Для средних значений ρ = 0,92 кг/л

η= (0,00066ВУ_Т -0,00057)/ВУ_Т .

Формула для перевода условной вязкости в кинематическую:

ν = (0,0731ВУ_Т - 0,631)/ВУ_Т.

Для быстрого пересчета условной вязкости в кинематическую и динамическую пользуются следующими приближенными формулами:

ν≈0,0072ВУ_т,

η≈0,0065ВУ_Т.

Эксплуатационное значение вязкости масла исключительно велико. Чем больше вязкость масла, тем меньше его текучесть. От вязкости зависит коэффициент трения, и следовательно, надежность и экономичность работы машин, агрегатов и узлов трения. Для каждой машины, агрегата или узла трения необходимо подбирать смазочное масло определенной вязкости. Использование масла низкой вязкости приводит к повышению трения, нагреву и усиленному изнашиванию деталей. Использование масел чрезмерно высокой вязкости ведет к потерям мощности и, в конечном итоге, к снижению КПД машины.

Вязкость смазочного масла изменяется в зависимости от температуры: при нагревании вязкость масла уменьшается, а при охлаждении - увеличивается.ъ

Зависимость вязкости от температуры принято характеризовать отношением кинематической вязкости при Т = 50° С к кинематической вязкости при Т = 100° С. Чем меньше это отношение (ближе к 1), тем выше вязкостно-температурные свойства масла (лучше масло).

Вязкость масла зависит также от давления:

η_р =η₀а^р

где η_р - вязкость масла при давлении Р; η₀- вязкость масла при атмосферном давлении; а - константа (для минеральных масел а = 1,002... 1,004).

Вязкость масла повышается с увеличением давления (это достоинство).

Температура вспышки масла — это та наименьшая температура, при которой пары масла с окружающим воздухом образуют смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени (и горят не более 0,5-1 с). Температура вспышки характеризует огнеопасность масла и повышается, как правило, с увеличением вязкости. Температурой вспышки определяется содержание легкокипящих или легкоиспаряющихся частей, а также пригодность масла для работы в соприкосновении с сильно нагретыми поверхностями.

Температура воспламенения масла - температура, при которой нагреваемое масло при поднесении к нему пламени не только вспыхивает, а и горит не менее 5 с.

Температура застывания масла - температура, при которой масло теряет свою подвижность и остается неподвижным в пробирке не менее 1 мин. По мере охлаждения масло не замерзает, как вода, а постепенно застывает, причем вязкость его увеличивается. Температура застывания определяет пригодность масла для использования его в определенных температурных условиях. Масло Цилиндровое 17 застывает при температуре +11⁰С.

Липкость и ъмаслянистость масла означают его способность в большей или меньшей степени прилипать к смазываемым поверхностям механизмов и смачивать их. Эта способность масла препятствовать выдавливанию масла из зазора между трущимися поверхностями. Масла, содержащие смолы, отличаются большей липкостью, чем хорошо очищенные продукты. Растительные масла и животные жиры обладают этой способностью в большей мере, чем нефтяные. Среди растительных масел наибольшей маслянистостью отличается касторовое, из минеральных - цилиндровые масла.

Кислотность и щелочность указывают на степень промывки масла при его очистке. Наличие свободной кислоты или щелочи может вызвать коррозию металла. Кроме того, щелочь способствует образованию густого клейкого осадка, нарушающего правильность действия смазочной системы. Кислотность масел выражают так называемым кислотным числом, которое представляет собой число миллиграммов едкого калия (КОН), потребного для нейтрализации свободных кислот в 1 г масла.

Зольностью масла называют количество оставшейся золы, в процентах от первоначального количества масла. Содержание золы в масле характеризует качество его очистки и степень загрязнения минеральными примесями. Определяют содержание золы медленным выпариванием 50 г масла в тигле и прокаливанием остатка до полного сгорания углерода. У хороших масел – это в сотых долях, а очень хороших – в тысячных.

Содержание смол в масле нежелательно, так как они легко выделяют клейкие осадки, которые, отлагаясь на местах прохождения масла, могут забить фильтры, уменьшить диаметры маслопроводов и в результате уменьшить подачу масла на трущиеся поверхности.

Наличие влаги в масле не допускается. Если масло влажное, то его нагревают до 1000⁰С и вода выпаривается. Отсутствие воды в масле обязательно, так как обводненность масла часто становится причиной образования вредных эмульсий, уменьшения вязкости и липкости масла, а также способствует окислению. Воду в масле можно обнаружить по его мутному виду или по водяным каплям, осевшим на дно либо повисшим на стенках сосуда.

Пластичные (консистентные) смазочные материалы.

Пенетрация - показатель густоты (консистентности). Смазку помещают в специальный прибор, называемый пенетрометром, при помощи которого по глубине погружения под действием собственного веса в смазочный материал металлического конуса стандартных размеров и формы при определенной температуре в течение 5 с определяют число пенетрации. Глубина погружения конуса в смазку за 5 с., выраженная в долях, и есть число пенетрации. Чем мягче смазочный материал, тем глубже погружается конус и тем больше число его пенетрации.

Температурой каплепадения называют такую температуру, при которой из небольшого къоличества нагреваемого смазочного материала отделяется и падает первая капля. По температуре каплепадения определяют предел работоспособности смазочного материала. Масло можно применять при температуре нагрева машины на 20 °С ниже температуры каплепадения. Не допускается, чтобы смазка в машине расплавилась (вытекла).

Предел прочности характеризует способность смазочных материалов сопротивляться сбросу с движущихся деталей, вытекать и выдавливаться из негерметизированных узлов трения, сползать с вертикальных и наклонных поверхностей.

Термоупрочнение показывает увеличение предела прочности смазочного материала после нагрева его ниже температуры плавления.

Механическая стабильность определяет способность смазочного материала сохранять свойства после интенсивного его деформирования и последующего отдыха.

Коллоидная ъстабильность характеризует склонность смазочного материала к расслоению при хранении.

Химическая стабильность определяет склонность смазочного материала к окислению при эксплуатации.

Коррозионность характеризует свойство смазочного материала вызывать коррозию.

Вода, механические, кислотные и щелочные примеси являются вредными и их допустимое количество нормируют.

Твердые смазочные материалытребуют определения многих химических и физических характеристик. Так, у порошкообразных смазочных материалов исследуются присутствие, характер и концентрация загрязнений, размер частиц, плотность, температура плавления, термическая стабильность, антикоррозионные и антиокислительные свойства.

Рабочие жидкости

Требования к рабочей жидкости:

· негорючесть и взрывобезопасность;

· нетоксичность;

· антикоррозийность;

· невысокая вязкость;

· агрегатная устойчивость;

· инертность к резиновым и полимерным материалам, применяющимся в машинах;

· невысокая стоимость.

Раньше в качестве рабочей жидкости в различных гидравлических системах, тормозах и т.д. применяли минеральные масла ИС 12, ИС20, а также их смешивали с автотракторными маслами. Но они имели ряд недостатков: дорогие, пожароопасные, с высокой вязкостью.

Сейчас применяют водомасляные эмульсии, т. е. коллоидный раствор масла и воды. Эмульсии обладают следующими преимуществами:

· абсолютная негорючесть и взрывобезопасность,

· меньшая вязкость и большая стабильность,

· меньшее воздействие на уплотнения,

· низкая стоимость.

Для приготовления эмульсий используются присадки. Ранее использовались присадки ВНИИ НП-117, затем Аквол-3.

В настоящее время применяются рабочие жидкости на основе эмульсола ФМИ-РЖ.

Для снятия напряжения на границе воды и минерального масла применяют эмульгаторы. Эмульгаторы есть в кишечнике и в желудке как у животных, так и у человека, для расщепления жиров. В качестве эмульгатора применяют олеиновую кислоту.

Порядок приемки эмулъсола ФМИ-РЖ. В соответствии с ГОСТ эмульсол ФМИ-РЖ транспортируется в железнодорожных цистернах или металлических бочках по согласованию с заказчиком. От каждой партии эмульсола, поступившей на базу УМТС, должна быть отобрана проба для входного контроля. Порядок отбора проб определяется по ГОСТ 2517 - 85. Отбор проб должен производиться из цистерны или бочки перед сливом, а не из емкости хранения. В целях исключения смешивания ФМИ-РЖ с другими нефтепродуктами сливное оборудование должно использоваться только для слива этого эмульсола. Для слива ФМИ-РЖ в зимнее время целесообразно оборудовать обогреваемый тамбур.

Для приготовления эмульсии применяют воду и присадки. Вода должна быть невысокой жесткости. Используют угольные фильтры для смягчения воды. Для приготовления рабочей жидкости с эмульсолом ФМИ-РЖ используется питьевая вода по ГОСТ 2874 -82. В смягченную воду, прогретую до 40⁰С льют присадку, механически перемешивают и получают эмульсию. Эмульсия имеет цвет молока.

Рабочая жидкость с ФМИ-РЖ должна иметь концентрацию 2,5...3,0 % .

Присадки

Присадки - вещества, добавляемые в незначительных количествах к топливам, смазочным материалам и специальным жидкостям для придания им новых свойств или с целью изменения существующих. Присадки не применяют в чистом виде, но их добавление (иногда в малых количествах) существенно улучшает те или иные эксплуатационные свойства жидких масел и пластичных смазок.

В технике применяется значительное количество разнообразных по назначению присадок. Смазочные и гидравлические масла для ПТМ могут содержать противозадирную, антикоррозионную, противопенную и деэмульгирующую и другие присадки.

Противозадирная присадка повышает способность смазочного материала препятствовать заеданию трущихся поверхностей или уменьшает его интенсивность и продолжительность. Эти присадки представляют собой органические соединения, содержащие серу, хлор или фосфор, которые могут реагировать с поверхностью трения стальных деталей, образуя на ней сульфидные, хлоридные, фосфатные пленки железа, например, осерненный октол, АБЭС и др.

Противоржавейная присадка повышает способность смазочного материала защищать от ржавления поверхности деталей из сплавов на основе железа. В качестве присадки используют жирные кислоты, сульфонаты, нитрованные нефтепродукты, комбинированные присадки АКОР-1, КП и др.

Антикоррозионная присадка обеспечивает защиту от коррозии деталей из цветных сплавов. Для смазочных масел различного назначения применяется присадка АКОР-1. Часто функции антикоррозионной защиты помогают выполнять вводимые в масла многофункциональные присадки, например, ВНИИНП-370 и др.

Противоизносная присадка уменьшает скорость изнашивания поверхности трения. Наиболее распространенные фосфоросодержащие и серохлорфосфоросо-держащие соединения, например, ДФ-1 - антиокислительная присадка.

Противопенная присадка препятствует вспениванию смазочного материала. Пена образуется в картере, когда в масло при взбалтывании и разбрызгивании заносятся воздух, пары бензина и отработанные газы, особенно, если масло содержит поверхностно-активные вещества. Противопенная присадка сокращает длительность существования пузырьков воздуха, способствует быстрому разрушению пены. Наиболее известны противопенные присадки силиконового происхождения. Например, ПМС-200А представляет собой полиметил-силоксан, который вводят в масла в количестве 0,001...0,005%.

Антифрикционная присадка — необходима для снижения коэффициента трения. Действие присадок основано на их химическом взаимодействии с трущимися поверхностями металла и образовании соединений в виде пленок со свойствами, обеспечивающими уменьшение коэффициента трения. Для этого используют органические соединения металлов в сочетанин с соединениями серы,хлора, фосфора (например, свинцовое мыло и осерненные жиры). Наиболее эффективны многокомпонентные присадки, содержащие попарно или вместе хлор, серу и фосфор.

Адгезионная присадка — для повышения липкости смазочного материала. Применяют добавки смолистых углеводородов (в основном битумов), а также окисленных продуктов (окисленный парафин). Такие присадки эффективны для открытых зубчатых передач, открытых подшипников, в цепных передачах, т. е. там, где необходимы полугустые смазки, которые бы не сбрасывались под действием центробежных сил. В закрытых зубчатых передачах хорошие результаты дает применение высоковязких малоочищенных или неочищенных продуктов, а также добавление к очищенным маслам животных или растительных жиров.

Противоокислительная присадка — для повышения устойчивости масла против действия кислорода воздуха и удлинения сроков его смены. Используют комплексы соединений серы и фосфора и полисилоксановые жидкости, добавляемые в ничтожно малых количествах (тысячные доли про цента).

Депрессоры — для понижения температуры застывания и улучшения вязкостно-температурных свойств масла. Действие депрессоров основано на том, что они разделяют кристаллы парафина и препятствуют их когезии (сращиванию). В качестве депрессоров используют продукты конденсации парафина и нафталина.

Противопригарная (моющая) присадка— для уменьшения образования нагаров.6.5. Смазывание

Смазывание - подведение смазочного материала к поверхностям трения. Следует выделить следующие виды смазывания.

При смазывании кольцом смазочный материал подается к поверхности трения кольцом, увлекаемым во вращение валом. Применяется в узлах трения, имеющих корпус подшипника типа буксы с масляной ванной, в которую окунается нижняя часть кольца, например, в системах трансмиссионных передач, для осей крановых тележек, в редукторах подъемных машин. Недостатком такого вида смазывания является затруднение в смазке узлов при пуске машины.

При смазывании погружением поверхность трения частично или полностью, периодически или постоянно погружается в ванну с жидким смазочным материалом. Широко применяется в редукторах, где подача смазочного материала осуществляется зубьями колес большого диаметра вследствие их погружения в масляную ванну. Характеризуется простотой и безотказностью в эксплуатации, однако область применения ограничивается окружной скоростью υ: при υ > 10 м/с масло срывается с поверхности зубьев и не попадает в зону контакта.

Смазывание разбрызгиванием - жидкий смазочный материал подается к поверхностям трения благодаря его разбрызгиванию движущимися деталями. Так, например, смазываются подшипниковые узлы редукторов картерного типа, где разбрызгивание масла осуществляется зубчатыми колесами.

При смазывании под давлением масло подается в зазор между втулкой и валом под давлением, превышающим нагрузку на подшипник. При этом вал как бы всплывает. Применяется при малой угловой скорости, когда масляный клин не образуется.

В технике применяются и другие виды смазывания: набивкой, масляным туманом и т. п.

Объем масла, заливаемого в корпус закрытой зубчатой передачи, рассчитывают по глубине погружения зуба в масло:

V_p=(h₁₊h₂)F₀,

где h₁ - глубина погружения зуба в масло: в цилиндрической передаче большее зубчатое колесо должно быть погружено в масло на глубину, равную 1/3 высоты зуба, а в конических передачах зуб должен быть погружен в масло на всю высоту; h₂ - зазор между зубчатым колесом и основанием корпуса; F₀ - площадь основания корпуса.

Так же можно определить V_p по передаваемой редуктором мощности:

V_p=KN,

где К - коэффициент пропорциональности; К = 0,34...0,68 л/кВт; N - передаваемая мощность, кВт.

Расход масла для зубчатых передач закрытого типа, г/сут:

q_p=K_pV_p,

где K_p- коэффициент расхода; K_p = 1,6...0,6 г/л; при увеличении V_p уменьшается К_р.

Количество масла, подаваемого в подшипник скольжения, г:

Q_n.c.. = 1/4π(d²_п-d²_в)lρ,

d_п - диаметр подшипника, мм; d_в- диаметр вала, мм; l- длина подшипника, мм; ρ - плотность масла, г/мм³.

Расход масла для подшипников скольжения, работающих в условиях жидкостного трения, г/ч:

q_n.c.=4,6РΔ³/(сη),

где Р - давление шипа, Па;

Δ - диаметральный зазор в подшипнике, мм;

 с = l/d - отношение длины цапфы к ее диаметру;

η- динамическая вязкость масла, Па·с.

Ориентировочный расход масла для подшипников качения, г/ч:

Q_n.к.. =7,5·10^-4db,

где d и b - соответственно внутренний диаметр и толщина подшипника.

Количество масла, г, на одно смазывание направляющих скольжения ориентировочно можно определить по формуле:

Q_н=KF,

где F - площадь трения, мм²; К - коэффициент, равный 1,6...0,8 для горизонтальных направляющих и 2,4... 1,4 - для вертикальных.

Количество масла для смазывания ходовых винтов, г:

ъъ

Q_в=0,ld_в l_в,

где d_в - диаметр винта, мм; l_в - длина винта, м.

Количество смазочного материала, г, для смазывания канатов подсчитывается по формуле:

Q_к=5d_к l_к,

а количество смазочного материала для разового смазывания –

Q_к.р.=1,6d_к,

где d_к - диаметр каната, мм; l_к - длина каната, м.

Количество высоковязкого масла или пластичного смазочного материала, г, для смазывания открытой зубчатой передачи можно определить следуъющим образом:

Q_з.л = 10^-3B(D + d),

где В - ширина зуба, мм; D + d - сумма диаметров зубчатого колеса и шестерни.

Смазывание машин осуществляется на основании схемы смазывания и химмотологической карты, представленных в руководстве по эксплуатации, разработанном заводом-изготовителем. Смазка машины базируется на научных результатах химмотологии (химия, мотор, логика-логия).

Схема смазывания - это схематическое изображение изделия в одной или нескольких проекциях, на которых указаны заливочные, заправочные, сливные и контрольные устройства (отверстия). Эти устройства обозначаются жирными точками, нумеруются арабскими цифрами (по часовой стрелке) и называются позициями смазки. Одинаковые по назначению устройства обозначаются порядковыми номерами, записанными друг под другом, причем верхний номер относится к видимой позиции, нижний - к невидимой. В нашем случае –это упрощенное изображение машины с указанием позиций – точек смазки.

Химмотологическая карта содержит указания по обеспечению изделия смазочными материалами и оформляется в виде таблицы (таблица 1).. Она имеет 23 графы, а строк столько, сколько точек смазки. Химмотологическая карта введена во 2-ой половине XX века.

В колонке 1 химмотологической карты записываются наименования составных частей или сборочных единиц изделия с заливочными, сливными и контрольными устройствами и указываются позиции схемы смазки в нарастающей последовательности.

В колонках 2-5 записываются типы и присоединительные размеры устройства смазки. Полные наименования и марки смазочных материалов приводъъъятся в колонке 6. В числителе указывается основной смазочный материал, в знаменателе - его заменитель. В понятие смазочных материалов входят смазочные масла, пластичные смазки, рабочие и промывочные жидкости. При использовании в качестве рабочей жидкости водомасляной эмульсии в колонке 6 записываются ее наименование, марка присадки или эмульсиола, номер ТУ или ГОСТ и процентное содержание их в воде по массе. В колонку 7 вносятся аналогичные данные о промывочной жидкости.

В колонки в и 9 записываются массы первоначальных заправок смазочных материалов и промывочной жидкости, необходимой при проведении периодических полных замен.

В колонках 10 и 11 указывается периодичность выполнения плановых работ по полным заменам и доливкам смазочных масел и рабочих жидкостей и пополнения пластичными смазками. Периодичность выражается в единицах наработки - машино-часах.

Колонка 12 при выполнении задания не заполняется. В колонках 13 и 14 указываются наименование и характеристики технических средств (инструментов и приспособлений), необходимых для проведения работ, связанных с обеспечением составных частей и сборочных единиц смазочными материалами или рабочей жидкостью.

В колонках 15-21 указываются нормы расхода свежих смазочных материалов, относящиеся к принятой периодичности полных замен.

Колонки 22 и 23 предназначены для записи нормы сбора отработанных нефтепродуктов. Для подземного оборудования сбор отработанных нефтепродуктов не предусматривается, поэтому колонки 14,22 и 23 не заполняются.

Выбор типа и марки смазочного материала осуществляется на основании приведенных ниже положений.

В целом при выборе основных смазочных материалов или их заменителей необходимо учитывать следующее:

- узлы трения с большими удельными давлениями и небольшой скоростью смазывают более вязкими маслами (чем меньше давление и больше скорость, тем менее вязкими должны быть масла);

- с увеличением зазора в сопряжениях и температуры применяют материалы более высокой вязкости;

- в системах с принудительной циркуляционной или проточной смазкой применяют масло небольшой вязкости;

- для деталей сопряжений, которые должны удерживать смазку на своей поверхности, используют консистентные смазки;

- водомасляные эмульсии, содержащие незначительные (до 3%) количества присадок, могут одновременно выполнять и функции смазывания соприкасающихся поверхностей взаимно перемещающихся деталей.

При выборе смазочных материалов для узлов трения и консервации изделий руководствуются рассмотренными характеристиками смазочных материалов. При этом должны тщательно анализироваться и учитываться условия их использования. При выборе жидких масел следует стремиться максимально приблизиться к условиям жидкостного трения согласно формуле. Предварительный подбор смазочных материалов и режимов смазки для типовых узлов трения (подшипников скольжения и качения, плоских поверхностей скольжения, зубчатых и червячных редукторов, открытых зубчатых передач, зубчатых муфт, цепных передач, ходовых винтов, стальных канатов и др.) проводят по формулам, таблицам и диаграммам, приведенным в специальных справочниках (Справочник по применению и нормам расхода смазочных материалов. М.: Химия, 1977- 768с.). Но расчетным путем трудно полностью учесть влияние режимов работы (нагрузки, скорости, температуры и др), технического состояния машины и фактических условий ее эксплуатации (окружающая среда, коэффициент загрузки и т. д.). Поэтому подобранные по справочникам режимы смазки нужно откорректировать с учетом экспериментальных данных или эксплуатационного опыта.