Лекция 17 горюче-смазочные материалы, применяемые при использовании спасательной техники и базовых машин

17.1. Моторные и трансмиссионные масла Свойства масел

Масла, применяемые на спасательной технике, подразделяются на:

• моторные; -

• трансмиссионные;

• консервационные.

Масла состоят из основы (базового масла) и присадок. На долю присадок приходится в среднем 3...8%, в отдельных случаях количество их достигает 20%.

Химический состав базовых масел зависит от качества нефти, пределов выкипания отбираемых масляных фракций, методов и степени их очистки и колеблется довольно широко.

Базовые масла вырабатывают из мазута, являющегося отходом прямой перегонки нефти.

Масла предназначены для:

• снижения трения между движущимися относительно друг друга деталями машин и механизмов;

• уменьшения их износа;

• отвода тепла, выделяемого при трении.

Кроме этих трех основных функций масло выполняет ряд дополнительных:

• предохраняет детали от коррозии;

• обеспечивает уплотнение зазоров между деталями;

• в некоторых случаях маслом охлаждаются детали двигателей (например, поршень в поршневых двигателях).

Условия работы масел в агрегатах техники постоянно усложняются. Форсирование нагрузочных и скоростных режимов ДВС, увеличение

удельных нагрузок на детали агрегатов трансмиссии и сочетания различных видов нагружения приводят к росту температуры агрегата и, как следствие, к интенсификации процессов старения масла.

К основным эксплуатационным требованиям, предъявляемым к маслам, можно отнести:

• бесперебойное поступление ко всем узлам трения в агрегате;

• удерживание масла в узлах трения на всех режимах работы агрегата, в том числе и в период остановки;

• образование и удержание надежных и прочных масляных пленок на трущихся поверхностях;

• охлаждение трущихся деталей и отвод тепла от мест трения;

• вынос продуктов изнашивания из зоны трения и защита этих зон от проникновения в них вредных реагентов из внешней среды;

• уплотнение зазоров в сопряжениях работающего агрегата;

• возможно большая стабильность при окислении, механическом воздействии и обводнении, позволяющая обеспечить большой срок службы масла до замены без ущерба для надежности агрегата;

• минимальная токсичность, низкая стоимость и широкая сырьевая

база.

Соответствие масел указанным требованиям возможно в том случае, если масла будут:

обладать оптимальными вязкостными свойствами, обеспечивающими надежную и экономическую работу агрегатов на всех режимах;

иметь хорошую смазывающую способность для предотвращения интенсивного изнашивания деталей;

обладать достаточной химической стойкостью, обеспечивающей минимальное изменение структуры и образование коррозийно-активных включений и отложений;

обладать устойчивостью к процессам испарения, вспенивания и образования эмульсий, а также к выпадению присадок;

защищать трущиеся поверхности от воздействия агрессивных сред.

Присадки и их влияние на масла. Несмотря на применение самых совершенных методов очистки, свойства получаемых масел не всегда полностью удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям. Чтобы обеспечить соответствие качества масел с непрерывно возрастающими требованиями к ним, в настоящее время широко применяют введение в готовые масла специальных синтетических присадок, улучшающих одно или несколько свойств одновременно.

К присадкам, добавляемым к базовым маслам, относятся: вязкостные, де-прессорные, противоизносные, антиокислительные, моющие, противокоррозионные, защитные и другие.

Нередко одна и та же присадка улучшает два или более свойства масла, тогда ее называют многофункциональной. В последнее время к маслам иногда добавляют композицию присадок, представляющих собой смесь не­скольких многофункциональных присадок. В таком комплексе положительные действия отдельных присадок, как правило, взаимно усиливаются.

В зависимости от свойств, назначений и требований, предъявляемых к маслам, в них используются присадки следующих типов.

Загущающие присадки - повышают вязкость масел и позволяют получать масла, для которых является типичным меньшее изменение вязкости с изменением температуры.

Депрессорные присадки - понижают температуру застывания и улучшают при низких температурах подвижность масел.

Противоокислителъные присадки используются для повышения устойчивости масел к окислению. Такие вещества известны также под названием ингибиторов окисления или антиокислителей.

Антикоррозийные присадки предназначаются для снижения коррозии.

Моющие присадки предназначаются для уменьшения образования углеродистых отложений на деталях двигателей внутреннего сгорания и

сохранения их длительное время чистыми.

Противоизносные, противозадирные, антифрикционные присадки -

улучшают смазочные свойства масел.

Противопенные присадки - предотвращают вспенивание масла.

Основными физико-химическими свойствами масел являются:

• вязкость;

• температура вспышки;

• температура застывания;

• содержание золы;

• моющие свойства;

• смазывающие свойства;

• химическая стойкость;

• антикоррозионные свойства;

• защитные свойства.

Вязкость. Наиболее важным показателем, в значительной мере определяющим возможность использования масла в том или ином механизме, является вязкость.

Вязкость - основной показатель качества масла, влияющий на образование жидкостного трения. Вязкость при рабочей температуре агрегата должна иметь оптимальное значение, так как повышенная вязкость ведет к увеличению сопротивления передвижения деталей, а пониженная - к нарушению величины минимального зазора, необходимого для существования жидкостного трения.

Вязкостно-температурные свойства характеризуют изменение вязкости масла при изменении температуры и оцениваются индексом вязкости. Чем выше этот показатель, тем лучше вязкостно-температурные свойства масла, тем меньше изменяется его вязкость при изменении температуры, тем лучше пусковые качества масла.

Под вязкостными свойствами понимается величина вязкости, зависи­мость вязкости от температуры и потеря текучести.

Величина вязкости. Вязкостью называют свойство жидкости, прояв­ляющееся в сопротивлении взаимному перемещению ее слоев под действием внешней силы. Препятствие перемещению слоев жидкости создают силы межмолекулярного притяжения. Внешне вязкость проявляется в степени подвижности жидкости: чем меньше вязкость, тем жидкость подвижнее, и наоборот.

Основным показателем качества масел является кинематическая вязкость, выражаемая в стоксах с размерностью см -с (1Ст=100сСт).

По величине вязкости и ее изменению в зависимости от температуры масла разделяют на:

зимние - благодаря небольшой вязкости обеспечивают холодный пуск при низких, но не обеспечивают надежного смазывания двигателя при высоких температурах;

летние - не обеспечивают холодный пуск при температуре окружающего воздуха ниже 0° С, но благодаря большой вязкости надежно смазывают двигатель при высоких температурах;

всесезонные - при низких температурах обладают вязкостью зимних, а при высоких - летних масел. Всесезонные масла вытесняют летние и зимние по двум причинам: нет необходимости заменять их при смене сезона и они более эффективны как энергосберегающие.

Температура вспышки характеризует огнеопасность масел или присутствие в них легкоиспаряющихся фракций.

Температура застывания - температура, при которой масло теряет подвижность.

Содержание золы. Зольность характеризует в маслах с присадками количество присадки, а в маслах без присадок - количество несгораемых примесей. Содержание бария, кальция, цинка и фосфора характеризует наличие присадки, содержащей данные металлы.

Моющие свойства. Моющие свойства характеризуют склонность масла образовывать отложения на стенках поршней и вызывать пригорание

поршневых колец.

Смазывающие свойства. Под смазывающими свойствами понимают способность смазочных материалов предупреждать или снижать изнашивание трущихся деталей путем образования на их поверхностях прочной граничной пленки, препятствующей непосредственному контакту металла с металлом. Часто это свойство смазочных материалов называют противоизносным.

Образование граничной пленки может происходить путем адсорбции (прилипания) полярно-активных компонентов смазочного материала или благодаря химическому взаимодействию активных элементов масла с металлом. При адсорбции пленка разобщает трущиеся детали настолько, что они перестают непосредственно касаться друг друга. Это свойство смазочного материала называют расклинивающим. Иногда его называют маслянистостью, липкостью, все эти термины одинаковы по своему смыслу. Во втором случае трущиеся поверхности защищаются образовавшейся на них пластичной пленкой, сглаживающей неровности. Свойство смазочного материала, способствующее сглаживанию поверхностей деталей, называют полирующим.

Химическая стойкость. В двигателях внутреннего сгорания, агрега­тах трансмиссий и других системах смазочное масло неизбежно подвергается химическим превращениям. В результате этого изменяются первоначальный состав масла, его физико-химические свойства и образуются вещества, вредно отражающиеся на состоянии трущихся деталей.

Способность масла противостоять изменению своих свойств под воздействием кислорода, температуры и других факторов называется химической стойкостью.

Высокотемпературные отложения возникают там, где на тонкий слой масла действует высокая температура. К ним относятся лаковые отложения и нагар.

Лаковые отложения образуются в основном в двигателях внутреннего

сгорания, но обнаруживаются и на сепараторах сильно нагретых подшипников качения. Место образования лака в двигателе - это поверхность поршня, канавки поршневых колец, поршневые кольца, верхняя головка шатуна. По своему составу лаковые отложения представляют собой оксикислоты, асфальтены и другие продукты глубокого окисления масла.

Лаковые отложения ухудшают теплопроводность деталей, вызывают пригорание колец, в результате чего уменьшается мощность двигателя из-за потери компрессии, увеличиваются потери энергии на трение, усиливается изнашивание, часто сопровождаемое поломкой колец и заклиниванием поршней.

Забивание маслосъемных колец и дренажных отверстий на поршне увеличивает расход масла и его загрязнение.

На лакообразование влияют термоокислительная стабильность и моющие свойства масла. Термоокислительная стабильность характеризует устойчивость масла против окисления в тонком слое при повышенной температуре. Она определяется временем в минутах, в течение которого образуется лаковая пленка стандартной прочности. Обычно это время находится в пределе 20...40 мин. Чем больше оно, тем стабильнее масло.

Моющие свойства характеризуют устойчивость масла к химическим превращениям и его способность удерживать в себе в форме дисперсии продукты окисления, препятствуя их отложению на нагретых деталях в виде лаковой пленки.

Нагар - это твердые коксообразные отложения на днищах поршней, стенках камер сгорания и клапанах. Нагар на стенках камеры сгорания нару­шает тепловой режим двигателя и способствует возникновению детонации. Закоксование электродов свечей вызывает перебои в зажигании. Раскаленные частицы нагара служат причиной преждевременной вспышки (калильное зажигание) рабочей смеси. Частицы нагара, попадая в масло, ухудшают его качество, усиливают осадкообразование при низкой температуре.

Источниками нагара являются масло и частично топливо. Количество

образующегося нагара зависит в основном от температурного режима двигателя. Качество масла и топлива влияет на свойства нагара и его способ­ность удерживаться на деталях камеры сгорания. С повышением температуры нагара становится меньше, так как он быстрее выгорает. Чем менее химически стойко масло и чем больше его расход, тем быстрее образуется предельное количество нагара.

Антикоррозионные свойства. О коррозионности при оценке качества масла судят по наличию в нем органических и водорастворимых кислот, щелочей, а также воды как среды для протекания электрохимической коррозии.

Защитные свойства. Под защитными свойствами смазочного материала понимается способность его защищать поверхность металла от коррозии в окружающей атмосфере, в которой содержатся влага, кислород и другие активные газы. Наиболее сильно атмосферная коррозия может проявиться при длительных перерывах в работе, т. е. при хранении машины. Коррозионное разрушение двигателей и механизмов при длительном хранении иногда превосходит естественное изнашивание при нормальной их эксплуатации: разрушаются трущиеся поверхности, загрязняется смазочное масло и горючее, сокращается срок службы оборудования. Особенно важно защитить от коррозии трущиеся поверхности.

Защита слоем смазочного материала, находящегося на поверхности металла, складывается из простой физической ее изоляции от агрессивных веществ и способности активных компонентов смазочного материала или ингибиторов коррозии, формировать на поверхности металла адсорбированную или химическую пленку, стойкую в отношении коррозионных агентов.

Моторные, трансмиссионные и другие масла с добавкой защитных при­садок называют рабоче-консервационными, так как они помимо своих основ­ных рабочих функций защищают трущиеся поверхности от коррозии при хранении и в этом смысле являются как бы едиными. Рабоче-

консервационное масло нет необходимости сливать при постановке техники на хранение. Автомобиль, заправленный таким маслом, всегда готов к эксплуатации. Такое единое масло не только способствует повышению боеготовности техники, но и увеличению моторесурса двигателя, надежности его работы.

Классификация моторных масел

Моторные масла классифицируются по вязкости, по уровню эксплуатационных свойств и областям применения по следующим документам:

• ГОСТ 17479.1-85 (Россия);

• по классификациям SAE (общество автомобильных инженеров США);

• API (Американский институт нефти);

• АСЕ А (Ассоциация европейских конструкторов автомобилей).

В соответствии ГОСТ 17479.1-85 масла классифицируются на:

классы (по вязкости);

группы (по назначению и уровню эксплуатационных свойств).

По классам вязкости масла подразделяются на:

летние - 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20;

зимние - З₃, 4₃, 5₃, 6₃ (буква «з», стоящая радом с цифрой, указывает на принадлежность к зимнему классу);

всесезонные - имеющие двойное обозначение: первая цифра указывает на зимний класс, которому соответствует низкотемпературные характеристики масла, вторая - на летний: 3₃/8, 4₃/6, 4₃/8, 4₃/10, 5₃/14, 6₃/10, 6₃/16 .

Во всех перечисленных классах чем больше числовое значение, тем выше уровень вязкости.

Группы по эксплуатационным свойствам обозначаются буквами русского алфавита от А до Е (свойства масел улучшается от А к Е) индексами:

1. - для бензиновых двигателей;

2. - для дизелей.

Группы масел для двигателей и классы вязкости

Буква без индекса обозначает универсальное масло, пригодное для использования в обоих типах двигателей. Группы масел для двигателей и классы вязкости приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Группа масел по эксплуатационны м свойствам		Рекомендуемая область применения
А		Нефорсированные карбюраторные и дизельные двигатели
Б	Bi	Малофорсированные карбюраторные двигатели
	б2	Малофорсированные дизельные двигатели
В	В!	Среднефорсированные карбюраторные двигатели
	в2	Среднефорсированные дизельные двигатели
Г	Г1	Высокофорсированные карбюраторные двигатели
	г2	Высокофорсированные дизельные двигатели
д		Высокофорсированные дизельные двигатели, работающие в тяжелых условиях
Е		Дизельные малооборотные двигатели, работающие на тяжелом топливе (мазуте)

Примеры обозначения масла по ГОСТ: М-6₃Г_Ь

где М - обозначение моторного масла;

6₃ - класс вязкости зимнего масла;

Г\ - эксплуатационные свойства масла группы 1 для бензиновых двигателей.

М-6₃Г₂ - то же самое для дизельных двигателей.

М-6₃Г - универсальное масло для карбюраторных и дизельных двигателей.

М-63/8-В2Г1 - всесезонное масло (зима-лето) для карбюраторных и дизельных двигателей.