книги из ГПНТБ / Гаркави, Н. Г. Эксплуатация средств технического вооружения железнодорожных и дорожных войск учебник

Г л а в а 19. СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

СМАЗОЧНЫЕ МАСЛА

Назначение и классификация смазочных масел

Боевая готовность военной техники, надежность и эффектив­ ность ее эксплуатации, а также межремонтные сроки службы раз­ личных машин в большой степени зависят от правильного подбора и применения смазочных масел.

При относительном перемещении сопряженных деталей раз­ личных машин и агрегатов всегда возникает трение. Затраты энер­ гии на преодоление трения могут достигать значительных вели­ чин. Так, в современном автомобиле они составляют около 20% всей мощности, развиваемой двигателем.

Смазочные масла, применяемые в машинах и механизмах, вы­ полняют следующие основные функции: уменьшают трение между относительно перемещающимися деталями, снижают износ тру­ щихся поверхностей и отводят от них тепло, защищают детали от коррозии, уплотняют зазоры в сопряжениях и удаляют частицы износа и загрязнения с поверхностей трения.

Все масла по назначению подразделяются на смазочные и не­ смазочные. К смазочным относятся: моторные, для реактивных двигателей, турбинные, трансмиссионные, индустриальные, при­ борные и специальные.

Вгруппу несмазочных масел входят электроизоляционные, ги­ дравлические, технологические и другие.

Для эксплуатации автотракторной техники и дорожно-эксплуа­ тационных машин важнейшее значение имеют моторные и транс­ миссионные масла. Группу моторных масел составляют автомо­ бильные, дизельные и авиационные масла.

ВСССР разработана и постепенно внедряется новая классифи­ кация моторных масел, по которой, масла вырабатываются с вяз­

костью 6, 8 , 10, 12, 14, 16 и 20 сСт при 100° С и подразделяются на 6 групп: А, Б, В, Г, Д и Е. Группы Б, В, Г. кроме того, имеют полгруппы: Б| и Бо; Bi и В2; Г] и Г2. Масла всех групп, кроме «А», содержат многофункциональные присадки или композиции приса­ док. улучшающие их эксплуатационные свойства.

По этой классификации моторные масла обозначаются сле­ дующим образом, например, МбБь М10В2, где:

М — масло моторное; Bi и В2 — подгруппы;

6 и 10 — вязкость масла в сСт при 100° С.

Масла группы «А» используют для карбюраторных двигателей и дизелей старых моделей. Масла группы «Б» предназначены для малофорсированных двигателей:

Б] — карбюраторных; Б2 — дизелей.

30 1

Масла группы «В» применяют для двигателей средней форси­ ровки:

Bi — карбюраторных; В2 — дизелей.

Масла группы «Г» используют для высокофорснрованных дви­ гателей:

Гj — карбюраторных; Го — дизелей.

Масла групп «Д» и «Е» предназначены для мощных форсиро­ ванных дизелей, устанавливаемых на судах, кораблях п других видах техники.

Для обеспечения надежной и эффективной эксплуатации раз­ личной техники смазочные масла должны обладать определенны­ ми эксплуатационными свойствами. Важнейшими из них являются антифрикционные, противоизносные и защитные свойства и ста­ бильность.

Антифрикционные свойства

Под антифрикционными свойствами масел понимают их спо­ собность снижать затраты энергии на преодоление трения в маши­ нах и агрегатах. Они характеризуются вязкостью и пластичностью (при низких температурах).

Вязкость — это свойство жидкости, проявляющееся в сопро­ тивлении относительному перемещению ее частиц под действием внешних сил. Величина вязкости определяет возможность созда­ ния жидкостного трения в узлах, т. е. условий, при которых сни­ жаются потери энергии на преодоление трения, а детали предо­ храняются от износа. От вязкости зависит также подача масла к узлам трения, охлаждение относительно перемещающихся по­ верхностей и предохранение их от загрязнения.

При работе двигателя (агрегата) на масле с большей вязко­ стью меньше износ деталей (рис. 61). Такое масло более надежно уплотняет детали цилиндро-поршневой группы двигателя, а также сальники и прокладки крышек картеров различных агрегатов, вследствие чего расход масла будет меньше (рис. 62).

Однако, в случае применения высоковязких масел, проявляют­ ся и их недостатки: возрастают потери мощности на трение внут­ ри смазочного слоя, затрудняется циркуляция масла в системе смазки, ухудшается отвод тепла.

Особенно сильно проявляется влияние вязкости в момент пуска двигателя при низкой температуре воздуха. Около 60—70% изно­ са основных его деталей приходится на период пуска. Это вызы­ вается недостаточной подачей холодного масла к узлам трения из-за повышенной вязкости (рис. 63).

Надежный пуск двигателя может быть осуществлен только при определенной величине вязкости масла,которая,в зависимости от типа двигателя, находится в пределах 80—100 Ст.

302

Для смазочных масел в стандартах нормируется динамическая и кинематическая вязкость.

Рис. 63. Износ двигателя в период пуска, в за­ висимости от вязкости масла.

Динамическая вязкость — внутреннее трение жидкости, обозна­ чается буквой т\( с индексом, указывающим температуру. Она измеряется следующими единицами:

—в системе «СИ» — Па • с= —5- ;

м2

— в системе СГС — пуаз (пз) и сантипуаз (спз)\ размерность

дин • с

см2 ’ 1 (пз) = 0,1 Н-с

м2

3 0 3

Кинематическая вязкость представляет собой отношение дина­ мической вязкости к плотности жидкости при той же температуре

Единицами кинематической вязкости являются:

— в системе СГС — стоке (Ст) или еантистокс (сСт) 1 Ст= 1 • 1 0 м2/с.

Величина кинематической вязкости нормируется в стандартах на моторные и трансмиссионные масла и используется при различ­ ных гидравлических расчетах.

Для смазочных масел важна не только величина вязкости при какой-то определенной температуре, но и характер ее изменения в зависимости от температуры, который определяется в основном их фракционным и углеводородным составом. Вязкость легких ди­ стиллятных масел в меньшей степени зависит от температуры, чем

жено несколько формул (Бачинского, Вальтера, Рамайя и др.). Однако на практике чаще пользуются номограммами, выполнен­ ными в логарифмическом виде, которые позволяют определять вязкость масел при любой температуре, если известна ее величина при двух других.

Вязкостно-температурные, свойства большей части автотрак­ торных и дизельных масел характеризуются условным показате­

304

лем, называемым индексом вязкости, для вычисления которого ис­ пользуют специальные номограммы. Чем больше величина этого показателя, тем положе кривая зависимости вязкости масла от

температуры.

При понижении температуры до определенного уровня масло теряет подвижность — застывает. Причиной застывания является кристаллизация обычно содержащихся в маслах высокомолеку­ лярных алкановых углеводородов нормального строения и образо­ вание кристаллами пространственного структурного каркаса. Об­ разовавшийся каркас связывает углеводороды масла, находящие­ ся в жидком состоянии, и весь продукт теряет подвижность. При разрушении структуры каркаса масло вновь приобретает подвиж­ ность. Вязкость его зависит от скорости деформации и является переменной величиной при постоянной температуре (аномалия вязкости). Показателем, характеризующим подвижность масел при низких температурах, является температура застывания. На практике принято, что смазочные масла можно применять при температуре воздуха на 10—15° С выше температуры застывания. Для понижения температуры застывания в масла вводят присад­ ки —депрессаторы. В качестве депрессаторов используют высоко­ молекулярные продукты конденсации: депрессатор АзНИИ и при­ садку АзНИИ-ЦИАТИМ-1. Присадка обволакивает кристаллы па­ рафина, предотвращает их сращивание ,и образование сплошного структурного каркаса. При введении в масло 0,5—1,0% присадки температура застывания его понижается на 20—30° С.

Противоизноспые свойства

В узлах трения, работающих при высоких нагрузках и темпе­ ратурах, а также при малых относительных скоростях сопряжен­ ных деталей, обычно наблюдается граничное трение, когда тру­ щиеся поверхности разделены тончайшим адсорбированным слоем смазочного масла.

В этих условиях большое значение приобретают противоизносные свойства масел, под которыми понимается их способность об­ разовывать на трущихся поверхностях прочную адсорбированную пленку, препятствующую непосредственному контакту поверхно­ стей и тем самым способствующую снижению коэффициента тре­ ния и износа деталей.

Противоизносные свойства масел связаны с наличием в их со­ ставе соединений, имеющих полярные группы (СОН, СО, СООН, COOR), или поверхностно-активных веществ, т. е. веществ, содер­ жащих атомы серы, фосфора и хлора.

Растительные масла, содержащие большое количество органи­ ческих кислот и эфиров, лучше защищают трущиеся поверхности от износа, чем равные им по вязкости минеральные масла.

Остаточные нефтяные масла, не подвергающиеся очистке, со­ держат большое количество смолистых веществ и в их составе

сернистые и кислородные соединения, и поэтому обладают сравни­ тельно хорошими противоизносными свойствами. Однако в силу их высокой вязкости и низкой стабильности применяются эти про­ дукты в основном в качестве компонентов трансмиссионных масел.

Для улучшения противоизносных свойств масел к ним добав­ ляют присадки. Все присадки этого типа по характеру действия могут быть разделены на две группы: расклинивающие и полирую­ щие. К расклинивающим присадкам относятся жирные кислоты, высокомолекулярные эфиры, кетоны и т. и. Действие присадок этого типа связано с адсорбцией полярных веществ на металличе­ ских поверхностях и образованием прочного масляного клина, раз­ деляющего их при взаимном перемещении. К полирующим при­ садкам относятся вещества, содержащие серу, фосфор и хлор. Практически применяются осерненные масла, сульфокислоты, ксантогеиаты, ксантаты, трибутилфосфит и тиофосфаты и другие вещества. Присадки этой группы химически взаимодействуют с металлом. В результате этого изменяется состав и свойства по­ верхностного слоя металла. Продукты реакции под действием местных высоких температур в точках действительного контакта плавятся и текут, неровности поверхностей сглаживаются, т. е. они полируются. Присадки добавляют к трансмиссионным и не­ которым моторным маслам.

Термоокислительная стабильность и моющие свойства

В процессе работы двигателей внутреннего сгорания, а также других машин и агрегатов смазочное масло контактирует с кисло­ родом воздуха, металлом, другими веществами и окисляется. В нем протекают реакции окисления, окислительной полимеризации, конденсации и термического разложения. В результате этого из­ меняется химический состав масла и ухудшаются его эксплуата­ ционные свойства.

Устойчивость масла против окисления кислородом воздуха называется антиокислительной стабильностью или просто стабиль­

ностью.

Направление процесса окисления зависит от химического со­ става масел. Циклановые, алкановые и моноциклические аромати­ ческие углеводороды с длинными боковыми цепями при окислении преимущественно образуют кислые продукты, а ароматические ядра и ароматические углеводороды с короткими боковыми це­ пями — нейтральные вещества и продукты уплотнения.

Среди групп углеводородов, входящих в состав минеральных масел, наиболее устойчивы к окислению ароматические углеводо­ роды, затем следуют циклановые и алкановые. Смолистые веще­ ства и сернистые соединения, содержащиеся в маслах, окисляются сравнительно легко с образованием продуктов уплотнения.

На окисление масла влияют внешние факторы, важнейшими из которых являются температура, продолжительность контакта с

306

воздухом, металлами и другими веществами. Все эти факторы ускоряют процесс окисления масла и его старение.

Наиболее сильно масла окисляются в двигателях внутреннего сгорания, меньше в других машинах и агрегатах. В двигателе окисление масла происходит в трех специфических зонах: в каме­ ре сгорания, на деталях поршневой группы и в картере. Эти зоны различаются между собой уровнем температуры и характером от­ ложений, образующихся на деталях.

Все углеродистые отложения, образующиеся на деталях дви­ гателя, подразделяются на нагары, лаки и осадки.

Нагары—темные, твердые углеродистые вещества, отлагаю­ щиеся на стенках камеры сгорания, клапанах, свечах и днище поршня.

Лаки — тонкие лакоподобные пленки от светло-коричневого до темного цвета, образующиеся на боковой поверхности поршня, особенно в зоне поршневых колец, на внутренней его стенке и верх­ ней головке шатуна.

Осадки представляют собой мазеобразные сгустки, оседаю­ щие на стенках картера, в маслопроводах и на фильтрах.

Особенно большие неполадки в работе двигателя вызывают лаковые отложения. Подобно нагару они ухудшают охлаждение двигателя. Лак вызывает пригорание поршневых колец, в резуль­ тате чего уменьшается мощность двигателя и увеличивается износ деталей цилиндро-поршневой группы. Кроме того, возрастают по­ тери энергии на трение, повышается расход масла и ускоряется его загрязнение.

Наиболее полно характеризуют склонность моторных масел к лакообразованию их моющие свойства. Под моющими свойствами масел понимается их способность препятствовать лакообразова­ нию на поверхностях нагретых деталей двигателя. Для улучше­ ния моющих свойств масел к ним добавляют присадки. Масла с такими присадками в течение длительного времени сохраняют по­ верхности поршней чистыми, без лаковых отложений. В качестве моющих присадок обычно используют сульфонаты, алкилфеноляты и тиофосфаты кальция и бария. Эти присадки добавляют к мо­ торным маслам в виде компонентов многофункциональных приса­ док. Моющие присадки являются поверхностно-активными веще­ ствами. Они адсорбируются на поверхности продуктов окисления масел и препятствуют слипанию их частиц друг с другом, а также прилипанию к металлическим поверхностям.

Моющие свойства масел оценивают на установке ПЗВ. О них судят по величине отложения лака на боковой поверхности поршня после испытаний и, сравнив с цветной эталонной шкалой, выра­ жают в баллах. Поршень без лака оценивается баллом 0, а пор­ шень с максимальным отложением лака — баллом 6. Чем меньше балл, тем лучше моющие свойства масла.

Масла без присадок имеют очень плохие моющие свойства (4—6 баллов), а с эффективными присадками—0,5—1,0 балл.

, Коррозионность и защ итные свойства

Форсирование двигателей внутреннего сгорания и рост нагру­ зок на подшипники привели к замене вкладышей из оловянистого баббита вкладышами из медно-свинцового (свинцовистая бронза),

ты. Низкомолекулярные карбоновые кислоты обладают наиболь­ шей коррозионной активностью. Однако основная часть их улету­ чивается из масла при высоких температурах. Поэтому главной причиной коррозии вкладышей подшипников двигателя в маслах является воздействие высокомолекулярных кислот, которые реаги­ руют с металлами только в присутствии другого окислителя. При низких температурах таким окислителем является вода, а при вы­ соких— органические перекиси. Особенно сильно возрастает кор­ розионность масла в присутствии воды.

Сернистые соединения, содержащиеся в масле, коррозируют, в основном, медь и серебро и только при высоких температурах могут вызывать коррозию черных металлов.

При использовании сернистых топлив в картер двигателя про­ никают сернистые газы и образуют сернистую и серную кислоты, которые усиливают коррозионность масла.

О коррозионной активности масла судят но кислотному числу, содержанию водорастворимых кислот, щелочей и воды, а также по потенциальной коррозионности. Последняя определяется по потере веса свинцовой пластинки, контактирующей с маслом и воздухом при 140° С в течение 10 часов, и выражается в г/м2.

Одним из наиболее эффективных методов борьбы с коррозией деталей двигателей внутреннего сгорания является добавление к маслам антикоррозионных присадок. Для улучшения защитных свойств масел применяют сульфиды, дисульфиды, тиоэфиры, эфи­ ры фосфорной и тиофосфорной кислот, осерненные масла и жиры. Механизм действия присадок заключается в образовании на по-

308

верхности металла (сплава) защитной пленки, предохраняющей его от контакта с коррозионными веществами. Присадки этого ти­ па при достаточной концентрации их в маслах обладают способ­ ностью восстанавливать защитную пленку при ее механическом или химическом разрушении.

Эффективность использования масла зависит и от таких его качественных показателей, как испаряемость, содержание механи­ ческих примесей и воды.

В процессе работы двигателей происходит частичное испарение легких фракций масел, что приводит к некоторому повышению их вязкости и увеличению расхода. О наличии в масле легких фрак­ ций углеводородов судят по температуре вспышки, которая для свежих автотракторных и дизельных масел лежит в пределах

170—220° С.

К механическим примесям относятся все твердые вещества, по­ падающие в масла при нарушении правил приема, хранения и вы­ дачи, а также при эксплуатации техники. В масло могут попасть пыль, песок, ржавчина, волокна и т. и. Наличие в масле абразив­ ных частиц приводит к усиленному износу трущихся деталей. В маслах с присадками допускается небольшое количество примесей неабразивного характера.

По зольности судят о содержании в масле, солей органических и минеральных кислот, других минеральных примесей, а также зольных присадок. Для масел без присадок зольность характери­ зует степень их очистки и не должна превышать определенной ве­ личины. Зольность масел с присадками свидетельствует о содер­ жании этих присадок в масле и не должна быть меньше стандарт­ ной нормы.

Вода в маслах может быть в растворенном состоянии или в ви­ де'эмульсии. Вода способствует образованию осадкой, вымывает присадки, усиливает коррозионность масла и приводит к его вспе­ ниванию.

Стандартами на масла предусматривается отсутствие в них во­ ды. Однако допускаются следы воды (не более 0,03%) в летний период эксплуатации.

Сорта и применение масел

При эксплуатации автомобилей, тягачей, тракторов, дорожноэксплуатационных машин и другой военной техники используют

типу и содержанию присадок. Основную часть масел по объему потребления и ассортименту составляют моторные и трансмисси­ онные масла.

Для эксплуатации автотракторных карбюраторных двигателей применяют автомобильные масла. Их вырабатывают из дистилля­ тов малосернистых и сернистых нефтей путем селективной и кис- лотно-контактной очистки.

3 0 9