5.3. Трансмісійні оливи

Умови роботи трансмісійних і моторних олив суттєво відрізня­ються. Трансмісійні оливи працюють в умовах високих тисків і швид­костей ковзання, в граничному або піврідинному режимі мащення, їх застосовують для автомобілів, дорожньо-будівельних машин, сільськогосподарської та іншої техніки, що працює в широкому діа­пазоні температур. Тому трансмісійні оливи повинні мати, насампе­ред, високі мастильні і в'язкісно-температурні властивості.

При рідинному мащенні антифрікційні властивості оливи зале­жать, в основному, від складу і будови вуглеводнів, що входять до оливи; при граничному - від наявності поверхнево-активних речо­вин (ПАР) і спеціальних присадок. Термічна активність граничного шару, утвореного поверхнево-активними речовинами, невелика, при температурах вищих за 70-100 °С відбувається десорбція ПАР, які входять до складу граничного шару. Коефіцієнт тертя при цьому зростає.

Якщо до складу олив входять хімічно-активні речовини (у виг­ляді присадок, добавок), то при підвищених температурах коефіцієнт тертя може зменшуватись за рахунок утворення міцної хімічної плівки на поверхні металу. Склад хімічно-активної речовини, що додається до оливи, швидкість взаємодії' з металом відіграють ве­лику роль у зношуванні металу. Якщо швидкість хімічної взаємодії при невисокій температурі мала, то зношування металу відповідно буде незначне; якщо вона дуже велика, то мастильні властивості різко падають і замінюються корозійним або корозійно-механічним зношуванням.

При великих і тривалих навантаженнях граничний шар, утворе­ний поверхнево-активними речовинами, не забезпечує високих ма­стильних властивостей. Метал руйнується: з'являються подряпи­ни, задирки значних поверхонь. Хімічна активність поверхнево-ак­тивних речовин невелика. Тому до олив, що працюють у важких умовах, додають хімічно-активні органічні речовини, які містять сірку, фосфор, хлор у своєму складі. У такому випадку забезпечуються високі мастильні властивості за рахунок адсорбції ПАВ і хемосорбції хімічно-активних речовин на металевих поверхнях.

Трансмісійні оливи призначені для змащування агрегатів меха­нічних і гідравлічних трансмісій та інших механізмів (коробок пере­дач, ведучих мостів, роздавальних коробок та коробок відбирання потужності, гідромеханічних коробок передач тощо) різної техніки. Агрегати трансмісії - це в основному різновидність зубчастих пере­дач, які змащуються занурюванням та розбризкуванням оливи, що заливається в картер. В деяких агрегатах застосовують комбінова­ну систему змащування: примусова подача оливи насосом до під­шипників і на зуби шестерен та розбризкування.

При передачі великих навантажень на поверхні зубів шестерен виникають високі тиски при великих швидкостях ковзання. При цьо­му на вузенькій смузі контакту зубів підвищується температура. Та­ким чином, плівка оливи, що знаходиться в зоні контакту, витримує дуже високі тиски, температуру і швидкості ковзання одночасно. Для запобігання зношування поверхонь зубів шестерен олива повинна мати високі протизношувальні і протизадирні властивості. Ефектив­ність роботи оливи в механічних передачах зумовлюється темпера­турою, швидкістю обертання шестерен та тиском у зоні контакту.

Гідравлічна трансмісія складається з гідромуфти, гідротранс­форматора, механічної коробки передач і системи автоматичного регулювання. На відміну від механічної передачі, в гідравлічних си­стемах є свої специфічні особливості роботи, які полягають, пере­дусім, в передачі енергії за допомогою оливи. За принципом роботи розрізняють гідродинамічні (гідромуфта, гідродинамічна коробка передач - ГКП) та гідрооб'ємні (насос, гідродвигун) передачі.

Трансмісійна олива є невід'ємним елементом конструкції агре­гату, ефективність роботи якого обумовлена її експлуатаційними властивостями. Трансмісійні оливи повинні знижувати зношування тертьових пар, втрати енергії на подолання тертя, захищати мета­леві поверхні від корозії, знижувати шум і вібрацію шестерен, по­м'якшувати в них ударні навантаження. До них ставляться загальні вимоги щодо забезпечення високих мастильних, в'язкісно-темпера-турних, антикорозійних, захисних, протизадирних, поотизношуваль-них, антипінних властивостей, економії палива, охорони праці та навколишнього середовища. Трансмісійні оливи повинні забезпе­чувати зменшення коефіцієнта тертя та зношування тертьових пар. Такі властивості забезпечуються шаром мастильного матеріалу в умовах гідродинамічного змащування, яке залежить від в'язкості ба­зової оливи з комплексом відповідних присадок та добавок (модифі­каторів тертя тощо). Гідродинамічне мащення може утворюватися при постійних режимах роботи.

Трансмісії сучасних машин працюють в умовах високих наван­тажень та температур, для них характерним є граничний режим мащення. Усі зубчасті передачі мають граничний режим мащення під час пуску та зупинок незалежно від режиму змащування. Змен­шити зношування та задири пар тертя можна підбором рівня в'язкос­ті: чим більша в'язкість, тим більші навантаження витримує мастиль­ний шар. Але підвищення в'язкості оливної основи погіршує в'язкіс­

но-температурні властивості і збільшує втрати енергії на тертя. Тому можливості покращення мастильних властивостей оливи для транс­місії за рахунок в'язкості не надійні (табл. 61).

Для покращення мастильних, протизношувальних, протизадир­них та ін. властивостей олив до складу базової оливи вводять відповідні присадки. Присадки, що містять в своєму складі сірку, фосфор, хлор тощо, при високій температурі руйнуються і взаємо­діють з металом, внаслідок чого на поверхні металу утворюються плівки хлоридів, сульфідів, фосфидів заліза. Завдяки пластинчатій структурі плівки мають невеликий опір на зсув, що забезпечує зни­ження коефіцієнта тертя.

За протизношувальними і мастильними властивостями, що зменшують зношування тертьових та контактуючих пар чи повер­хонь, малов'язкі оливи з високоефективними присадками показу­ють кращі результати порівняно з високов'язкими оливами без при­садок. Про це свідчить, наприклад, порівняння властивостей олив ТСз-9гип та МС-20 (див. табл. 61), в яких цифри 9 та 20 - рівень в'язкості при 100 °С в мм²/с.

Значення в'язкості трансмісійної оливи впливає на втрати енергії при подоланні тертя, тобто на витрати палива. Чим менше в'язкість, тим більше ККД трансмісії і тим менше витрати палива. Врахову­ючи, що в загальній системі агрегатів трансмісії (коробки передач, ведучий міст тощо) втрати потужності, що передається колесам для забезпечення руху, досить великі, бажано використовувати оливи для двигуна і трансмісії з невеликою в'язкістю. Тут має місце проти­річчя: для забезпечення холодного пуску трансмісії при низьких тем­пературах оточуючого повітря та зменшення втрат енергії на подо­лання тертя в агрегатах трансмісії вибирається в'язкість оливи мен­шого значення; для забезпечення несучої спроможності оливного шару та зменшення витікання оливи через нещільності, забезпе­

чення демпферних та ущільнюючих властивостей в'язкість оливи повинна мати високе значення. Втрати енергії (витрати палива) тим більше, чим вище в'язкість оливи та нижче температура оточуючого середовища (табл. 62). Тому важливим показником якості транс­місійних олив є низькотемпературні властивості, індекс в'язкості.

В агрегатах сучасних трансмісій внаслідок удосконалення їх конструкції основним видом є тертя в тонкому шарі мастильного матеріалу (граничне змащування) і тому мастильні властивості для таких передач грають основну роль, а не значення в'язкості. Су­купність високих мастильних, низькотемпературних, антикорозійних, захисних та інших властивостей трансмісійних олив забезпечують надійну і бездоганну роботу агрегатів трансмісій довгий період часу (іноді до списання техніки).

Виготовляють трансмісійні оливи дуже ретельно, досягаючи високої якості оливної основи (мінеральної чи синтетичної) і дода­ючи до неї високоефективні присадки у вигляді пакету присадок.

Необхідність заміни трансмісійної оливи залежить від ЇЇ окис­лення та спрацювання присадок. При роботі трансмісійні оливи окис­люються, і швидкість цього процесу залежить від якості оливи, часу роботи та температури оливи, каталітичної дії деяких металів тощо. У процесі окислення оливи погіршуються її в'язкісно-температурні, антикорозійні, протизношувальні властивості. В оливі утворюються і накопичуються органічні кислоти, смоли. Антикорозійні властивості різко погіршуються при попаданні води в оливу, яка прискорює іржа­віння, електрохімічну корозію металів. Найбільш інтенсивно ці про­цеси проходять при довгочасному зберіганні техніки, а також при використанні олив з низькими захисними властивостями.

Позначення та класифікація трансмісійних олив здійснюєть­ся за нормативними документами, що діють в Україні. Так, згідно з ГОСТом 17479.2-85 трансмісійні оливи розподіляють за рівнем в'яз­кості та за експлуатаційними властивостями.

За рівнем в'язкості трансмісійні оливи поділяють на чотири кла­си в'язкості: 9, 12, 18 та 34.

За експлуатаційними властивостями трансмісійні оливи поділя­ють на 5 груп:

перша група - це оливи без присадок;

друга - з протизношувальними присадками (можуть працюва­ти при температурах в об'ємі не вище 150 °С і низьких навантажен­нях);

третя - з протизадирними присадками помірної ефективності та деякими іншими (призначена для всіх видів передач, за винят­ком гіпоїдних);

четверта - має більш ефективні присадки порівняно з третьою групою;

п'ята - з комплексом високоефективних присадок (призначена для гіпоїдних передач).

Приклад позначення оливи:

ТМЗ-18, де: ТМ - трасмісійна олива ("масло"), 3 - третя група за експлуатаційними властивостями (для всіх передач, за винятком гіпоїдних), 18 - клас в'язкості (середнє значення кінематичної в'яз­кості при 100 °С, мм²/с).

Позначення трансмісійних олив за нормативними документами України подібні до їх позначення за ГОСТом 17479.2-85, наприклад:

ОТ 5-18, де ОТ - олива трансмісійна, 5 - п'ята група за експлуата­ційними властивостями (для гіпоїдних передач), 18 - клас в'язкості.

Оливи з таким, наприклад, позначенням ТАп-15В, ТСп-15К, ТАд-17и, розшифровуються так: Т - трансмісійна (олива), А - авто­мобільна, С - селективна очистка, п - присадка, Д - в'язкісна присад­ка (поліметакрилат "Д"), В - технологія Волгоградського НПЗ, 15 та 17 -(поліметакрилат "Д"), В - технологія Волгоградського НПЗ, 15 та 17 - клас в'язкості (середня в'язкість при 100 °С, мм²/с, К - олива для агрегатів автомобілів КамАЗ. Олива ТАп-15В значно поступаєть­ся оливі ТСп-15К за протизношувальними та низькотемпературни­ми властивостями. Олива ТАд-17и призначена для гіпоїдних пере­дач (її часто називають "жигулівською") з імпортними присадками (літера "и").

Згідно з міжнародною класифікацією SAE трансмісійні оливи за рівнем в'язкості розподіляють:

• для зимової експлуатації, наприклад, SAE 80W, SAE 85W, тоб­то з літерою "W";

• для літньої експлуатації, наприклад, SAE 90;

• для всесезонної експлуатації', наприклад, SAE 80W/90, SAE 85W/I40 (мають подвійне позначення). Олива із класом в'язкості 75W/90 використовується всесезонно в умовах України, якщо вона синтетична. Оливи з класом в'язкості 80W/140, використовують для техніки, що працює з великими навантаженнями, наприклад, дорож­ньо-будівельна.

Приблизна відповідність класів в'язкості за ГОСТом 17479.2-85 і SAE

П риблизна відповідність класів в'язкості і значення кінематич­ної в'язкості за ГОСТом 17479.2-85 і SAE наведені в таблиці 63.

Для позначення олив з підвищеними протизадирними власти­востями іноді вводять різні індекси, наприклад: ЕР - Extreme Pressure, HD - Heavy Duty, SHPD - Super High Performance Diesel (для високопотужних дизелів).

Згідно з міжнародною класифікацією АРІ за умов експлуатації, з урахуванням конструкційних особливостей агрегатів трансмісії, трансмісійні оливи розподіляють на п'ять груп:

API GI-1, API GI-2, API GI-3, API GI-4, API GI-5.

Найбільш поширеними оливами є оливи третьої та четвертої групи, які застосовуються для всіх передач, за винятком гіпоїдних, і п'ятої - для гіпоїдних передач. В технічній документації на обслугову­вання будь-якої техніки обов'язково зазначені марки олив, рекомен­довані заводом (фірмою) - виготовлювачем техніки, терміни заміни.

Не слід змішувати трансмісійні оливи однакового призначення, виготовлені різними фірмами, або однієї фірми, але різного призна­чення, бо може бути несумісність присадок. Для можливості змішуван­ня різних олив має бути дозвіл фірми-виготовлювача оливи.

Оливи для гідромеханічних передач повинні мати високі анти­корозійні, анти пінні властивості, сумісність з конструкційними і з різ­ними ущільнюючими матеріалами, забезпечувати інші вимоги щодо їх якості. Конструкційні особливості гідромеханічних передач вима­гають оливи, що мають деякі властивості, протилежні властивостям трансмісійних олив. Це стосується в'язкісних, фрикційних, протиз-ношувальних та антиокислювальних властивостей.

Найважливішими є фрикційні властивості, від значення яких за­лежить ефективність роботи фрикційних дисків. Відсутність або низькі фрикційні властивості оливи під час переключення швидкос­тей можуть призвести до проковзання дисків. Мастильний шар оли­ви повинен забезпечувати контакт дисків з відносно високим коефі­цієнтом тертя. Така олива викликає великі втрати енергії на подо­лання тертя в інших вузлах.

Інше протиріччя полягає в протизношувальних властивостях. До складу оливи разом із фрикційною присадкою може входити про-тизношувальна присадка (модифікатор тертя), яка зменшує ко­ефіцієнт тертя. На етикетках деяких олив окремих специфікацій вка­зується на наявність або відсутність модифікатора тертя. Оливи без модифікатора тертя забезпечують високий коефіцієнт статичного тертя, з модифікатором - низький.

Для підвищення ККД при високих швидкостях потоків оливи в гідромуфтах та гідротрансформаторах, забезпечення можливості роботи при низьких температурах олива повинна мати мінімально допустиме значення в'язкості та низьку температуру застигання.

Для поліпшення мастильних властивостей до складу олив вво­дять спеціальні присадки. До складу олив можуть входити інші при­садки, такі як миючі та інші. У складі олив є комплекс присадок, се­ред яких слід підкреслити наявність фрикційних присадок, які знач­но впливають на коефіцієнти динамічного та статичного тертя, час включення передачі, Таких присадок немає в моторних та звичай­них трансмісійних оливах (для зубчастих та гіпоїдних передач).

Під час роботи в оливі накопичуються продукти старіння, які, відкладаючись на фрикційних дисках зачеплення, порушують їх роботу, спричинюють так зване "засалювання".

Оливи для гідравлічних передач використовують в автоматич­них трансмісіях та гідротрансформаторах, насосах гідравлічного підсилення рульового керування, коробках передач з переключен­ням ступенів за допомогою сервоприводу, а також у різних гідравліч­них механізмах з крильчастими та поршневими насосами.

Для гідротрансформаторів і автоматичних коробок передач за­стосовується олива "Масло А"; для гідропідсилювачів - МГТ; для гідропідсилювача рульових керувань - "Масло Р"\ для гідросистем керування крокуючих екскаваторів - "Масло ЕШ"; для об'ємних гідроприводів ведучих коліс сільськогосподарської техніки - гідрав­лічна олива МГ-30В; для планетарних коробок передач, планетар­них бортових передач, у системі гідрокерування гусеничних машин - моторна олива; в агрегатах трансмісій колісних та гусеничних ма­шин з планетарними зубчастими редукторами, а також у гідросис­темі - малов'язка трансмісійна олива.

Всі необхідні марки та сорти олив вказані в документації по об­слуговуванню техніки і вибирати їх необхідно згідно з рекомендаці­ями виготовлювачів техніки.

Особливі вимоги автоматичних коробок передач до якості транс­місійних олив (рідин) призвели до виробництва спеціальних рідин ATF (Automatic Transmission Fluid), які випускаються різними фірма­ми з переліком (на етикетках) техніки, для якої рекомендована дана рідина. Для автоматичних коробок передач, що випускають ведучі фірми GM (Genera! Motors) та Ford, ATF мають деякі відзнаки у вла­стивостях. Тому вибирати ATF для техніки треба згідно з рекомен­даціями виготовлювачів цієї техніки.

Змішувати трансмісійні рідини для автоматичних коробок пере­дач, виготовлені різними фірмами, тобто доливати одну в другу, не можна, якщо відсутні подібні рекомендації заводів-виготовлювачів ATF, бо відхилення від таких рекомендацій може вивести з роботи коробки передач.