книги из ГПНТБ / Эксплуатационные свойства и применение горючего, смазочных материалов и специальных жидкостей учебное пособие

К маслам для гидромеханических трансмиссий предъявляются следующие специфические требования. Они должны обладать большой плотностью, что позволяет уменьшить габариты агрегата при передаче одинаковой мощности; иметь хорошие фрикционные свойства для обеспечения нормальной работы дисков сцепления. Масла не должны коррозировать металлические и разрушать ре­ зиновые уплотнительные детали, а также сильно вспениваться.

Масла для гидромеханических передач в основном получают путем загущения маловязкой нефтяной основы вязкостными при­ садками с добавлением антиокислительных, противоизноснйх и антипенных присадок.

Для гидромеханических трансмиссий в настоящее время выпу­ скают масло марок А и Р.

Масло марки А получают путем загущения маловязкого масла селективной очистки полиизобутиленом с добавкой 2,5% присадки MACK, 2% — ДФ-11 и 0,005% — ПхМС-200А. Масло имеет вязкость при 50° С 25—30 сст и температуру застывания ниже — 40° ^ П р и ­ меняется для гидротрансформаторов и автоматических коробок передач автомобилей.

Масло марки Р получают таким же способом, как и масло мар­ ки А, но загущают до меньшего уровня вязкости. Оно имеет вяз­ кость 12—14 сст при 50° С и температуру застывания ниже — 45° С. Предназначено для гидроусилителей рулей и гидрообъемных пе­ редач машин.

В гидромеханических передачах масла заменяют при сезонном обслуживании машин.

ИНДУСТРИАЛЬНЫЕ МАСЛА

К индустриальным относятся масла, применяемые для смазки механизмов различного промышленного оборудования. Они ис­ пользуются также при производстве консистентных смазок, в ка­ честве рабочих жидкостей для гидравлических систем машин. Мо­ гут служить заменителями моторных масел.

Для большей части станков и оборудования, имеющих неболь­ шие нагрузки и температуры в узлах трения не выше 40—60° С, обычно используют маловязкие масла. Лишь в некоторых станках с интенсивным режимом работы применяют масла с повышенной вязкостью.

Индустриальные масла должны обладать определенным уров­ нем вязкости, достаточной стабильностью против окисления и на­ дежно защищать смазываемые детали от коррозии.

По назначению и уровню вязкости они делятся на три группы: легкие, средние и тяжелые.

К легким относятся масла с вякостью до 10 сст при 50° С, такие, как велосит, МПВ и др.

Велосит используется для высокоскоростных механизмов, конт­ рольно-измерительных приборов, маломощных электромоторов

300

Масло МВП применяют для легконагруженных узлов трения

счислом оборотов 5—8 тысяч в минуту и некоторых приборов.

Вгруппу средних индустриальных масел входят масла с вяз­ костью от 10 до 60 сст при 50° С, которые вырабатывают из несер-

иистых и сернистых нефтей.

Масла этой группы используют для смазки станков и механиз­ мов, в гидравлических системах различных машин и кораблей, для получения моторных масел и при производстве многих консистент­ ных смазок.

Тяжелые индустриальные масла включают небольшую группу масел с вязкостью 9—30 сст при 100° С. Их применяют для смазки тяжелонагруженных механизмов и оборудования, например, ре­ дукторов с цилиндрическими шестернями, прокатных станков и т. и.

КОМПРЕССОРНЫЕ МАСЛА

Масла этой группы предназначены для смазки компрессоров различных типов. ;

Для обеспечения надежного уплотнения зазоров между порш­ нем и цилиндром и уменьшения износа деталей при высоком дав­ лении сжатия (от 5 до 250 кг/см2 и более) компрессорные масла должны иметь сравнительно высокую вязкость. Вязкость этих ма­ сел при 100° С обычно лежит в пределах 12—22 сст. Оптимальная величина вязкости масла для компрессора данной конструкции определяется его типом, конструкцией, степенью и конечным дав­ лением сжатия.

Компрессорное масло контактирует с нагретым до высокой тем­ пературы воздухом (А = 100—250° С ). При этой температуре мас­ ло испаряется и окисляется.

На клапанах и крышке цилиндров образуются углеродистые отложения, нарушающие нормальную работу компрессора. Части­ цы нагара могут быть источником взрыва смеси масляных паров и воздуха. По этой причине компрессорное масло должно обладать высокой термоокислительной стабильностью. В нем не должны со­ держаться легкие фракции (температура вспышки должна быть в пределах 220—275°С).

Компрессорные масла выпускают следующих марок: К-12 (М), К-19 (Т), К-28 из малосернистых нефтей и КС-19 из сернистых нефтей. К-12 и К-19 получают смешением авиационного масла МК-22 с маслом индустриальным 50 и цилиндровым 11. КС-19 яв­ ляется смесью остаточного и дистиллятного компонентов из серни­ стых нефтей. К-12 применяют для одноступенчатых компрессоров низкого давления и двух-, трехступенчатых компрессоров среднего давления. Масла К-19 и КС-19 используют для многоступенчатых компрессоров высокого давления.

Кроме того, выпускаются масла для компрессоров холодильных машин, работающих на аммиаке и углекислоте. Для этих машин применяются нефтяные масла ХА-30, ХА-23, представляющие со­

301

бой смесь остаточного и дистиллятного компонентов селективной очистки.

В компрессорах холодильных машин, работающих на фреонах, используются масла ХФ-12-18 (дистиллятное кислотно-щелоч­ ной очистки с добавкой 0,2—0,3% ионола) и ХФ-22-24 (загущен­ ное виниполом), а также синтетическое масло ХФ-220-16 с присад­ кой ионола.

ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ МАСЛА

Трансформаторные масла применяют в электрических аппара­ тах: трансформаторах, реостатах, выключателях и др. В них масло предназначено для электроизоляции, отвода тепла, а в выключате­ лях и для гашения вольтовой дуги.

Для обеспечения интенсивной циркуляции в системе масло дол­ жно иметь небольшой уровень вязкости и низкую температуру за­ стывания. Этому требованию удовлетворяют масла с вязкостью 1200 сст при — 30° С и с температурой застывания не выше —45° С.

Трансформаторные масла должны обладать хорошими диэлект­ рическими свойствами, т. е. обеспечивать минимальные диэлектри­ ческие потери.

Диэлектрические потери тем больше, чем больше содержится в масле воды, кислых продуктов окисления и коррозии. Наличие во­ ды в масле, кроме того, снижает его пробивное напряжение.

При длительном пребывании в электрических аппаратах транс­ форматорные масла окисляются. Образующиеся при этом продук­ ты разрушают изоляцию и вызывают коррозию металлов, особен­ но цветных. Осадок, оседая на обмотках, в местах наибольшей на­ пряженности поля, ухудшают отвод тепла, что в конечном итоге может привести к короткому замыканию.

Для повышения стабильности к трансформаторным маслам до­ бавляют антиокислительные присадки параоксидифениламин и ионол.

Трансформаторные масла вырабатывают следующих марок: ТК, ТКп, ТС и ТГ. Масла ТК и ТКп получают путем кислотной очистки дистиллятов из бакинских и эмбинских нефтей, ТКп содер­ жит 0,2% присадки ионола. ТС изготавливают путем селективной очистки дистиллята из сернистых нефтей с добавкой антиокислительной присадки. ТГ получают также из сернистых нефтей, но подвергают гидроочистке.

Трансформаторные масла могут быть использованы для смазки ТРД, в качестве жидкости для гидросистем и для изготовления консистентных смазок.

ПРИБОРНЫЕ МАСЛА

Для смазки электронных, оптических, гироскопических, хроно­ метрических и других приборов, устанавливаемых на самолетах, вертолетах, артиллерийских системах и другой технике, применяют приборные масла.

302

Г л а в а 20. КОНСИСТЕНТНЫЕ СМАЗКИ

НАЗНАЧЕНИЕ, СОСТАВ И СТРУКТУРА

Назначение смазок. Консистентные смазки при обычных темпе­ ратурах представляют собой коллоидные структурные системы. По внешнему виду это обычно мазеобразные, пластичные ве­ щества, сочетающие в себе свойства твердых тел и жидкостей. Как смазочные материалы консистентные смазки обладают целым ря­ дом преимуществ по сравнению с маслами. Они не вытекают под действием собственного веса из открытых узлов трения, более на­ дежно предохраняют их от загрязнения, воздействия влаги и раз­ личных коррозионно-агрессивных продуктов. При использовании смазок затраты на смазочные материалы значительно меньше. В некоторых узлах трения смазки снижают шум и вибрацию. Кон­ систентные смазки применяют в следующих случаях:

—для открытых или трудно герметизируемых узлов трения;

—для узлов трения с ограниченным доступом к ним, работаю­

щих длительное время без смены смазки;

—для консервации металлических поверхностей машин, агре­ гатов и изделий;

—для уплотнения штуцеров, кранов и соединений топливопро­

водов, маслопроводов, газопроводов и т. д.;

— для технологических процессов при обработке металлов.

К числу типичных узлов трения, смазываемых консистентными смазками, относятся узлы трения шасси и управления автомоби­ лей, ходовой части тракторов, танков, шарнирные соединения ме­ ханизмов управления и взлетно-посадочных устройств самолетов. Смазки широко применяются во многих контрольно-измерительных приборах, устанавливаемых на самолетах, вертолетах и артилле­ рийских установках.

Наряду с положительными эксплуатационными свойствами смазки имеют и недостатки, ограничивающие область их примене­ ния. Они удерживают во взвешенном состоянии металлические ча­ стицы износа трущихся деталей, механические примеси, которые, попадая вместе со смазкой на трущиеся поверхности, вызывают абразивный износ. Многие из смазск при нагревании быстро разла­ гаются, теряют пластичные свойства и легко окисляются, а при охлаждении — сильно затвердевают. Смазки плохо отводят тепло от смазываемых деталей. Стоимость консистентных смазок более высокая, чем минеральных масел.

Состав смазок. Смазки состоят из жидкой фазы (дисперсионной среды), на долю которой приходится обычно от 75 до 90%, и за­ густителя (дисперсной фазы), составляющего 10—25%. Во многих смазках в небольших количествах содержатся вещества, улучшаю­ щие их структуру, стабильность, противоизносные, адгезионные и другие свойства.

304

В качестве жидкой фазы большинства смазок используются нефтяные масла. Для особо жестких условий работы (высокие на­ грузки и температуры) применяются смазки, жидкую фазу кото­ рых составляют продукты органического синтеза (кремнийорганические соединения, сложные эфиры, полиалкиленгликоли, фторхлоруглероды и др.). Например, морозостойкие смазки, сохраняю­ щие работоспособность при температуре до минус 70° С, приготав­ ливаются на базе силиконовых жидкостей и их смесей с минераль­ ными маслами.

Для смазывания деталей, соприкасающихся с сильными окис­ лителями, рекомендуются смазки на основе фторуглеродов и фторхлоруглеродов, отличающиеся высокой химической стабильностью.

Загустителями большинства смазок являются соли высших жирных кислот (мыла). Чаще всего применяют кальциевые, нат­ риевые, кальциево-натриевые, литиевые и алюминиевые мыла.

Мыла готовят на базе растительных масел, животных жиров или синтетических жирных кислот. Некоторые смазки получают, используя индивидуальные жирные кислоты (например, стеарино­ вую. лауриновую).

Процесс омыления кислот протекает по реакции

С17Н35СООН+ LiOH ^ C17H35COOU + Н20 .

Некоторые смазки в качестве загустителя содержат твердые углеводороды (парафины, церезины, петролатум).

Смазки, применяемые в особо жестких условиях работы, на­ пример, при очень высоких температурах и давлениях или сопри- | касающиеся с сильными окислителями, загущают продуктами ор­ ганического синтеза: уреатами, фталоцианиновыми соединениями,

фторуглеродами и др.

Наиболее распространенные смазки — солидолы и ряд других — готовят на мылах синтетических жирных кислот. Это позволяет вы­ свободить для использования в пищевой промышленности ежегод­ но несколько сотен тысяч тонн растительных масел и животных жиров.

Первоначально для приготовления смазок на базе синтетических кислот использовался технический продукт окисления парафина (оксидат), содержащий наряду с кислотами неокислившийся па­ рафин и неомыляемые продукты окисления. Однако смазки, полу­ чаемые на основе оксидата, быстро разжижались, теряли пластич­ ные свойства при нагревании и сильно затвердевали при охлажде­ нии. В настоящее время применяются выделенные термически об­ работанные синтетические кислоты с числом углеродных атомов в молекуле от 5 до 20, что обеспечивает смазкам требуемые экс­ плуатационные свойства.

В смазки, кроме основных компонентов, вводятся вещества, улучшающие диспергирование мыла в масле или стабилизирующие

коллоидную систему. Такими свойствами обладают жирные .кис­ лоты, высшие спирты жирного ряда, глицерин, фенолы, амины, и вода.

Структура смазок. Установлено, что при не слишком высокой температуре консистентных смазок мыла находятся в коллоидном или грубо дисперсном состоянии и создают пространственный структурный каркас, пропитанный маслом, который удерживает жидкую фазу и обусловливает пластичные свойства смазок.

Твердые углеводороды, применяемые для загущения смазок, образуют в маслах взвеси микроскопических и ультрамикроскопических кристаллических частиц, которые при достаточных концент­ рациях создают пространственный структурный каркас смазки.

Перемешивание смазок в процессе работы сопровождается раз­ рушением структурного каркаса. Однако благодаря силам молеку­ лярного взаимодействия в смазках снова воссоздается пространст­ венный каркас, свойства которого в значительной мере определяют коллоидную стабильность, тиксотропные и другие свойства смазок.

Требования к качеству. Требования к эксплуатационным свой­ ствам смазок определяются условиями их применения. Наиболь­ шее значение имеет рабочая температура. Существенное влияние оказывает влажность окружающей среды, наличие в ней окисли­ телей и продуктов, способных растворять смазку. На качество сма­ зок влияют также металлы, с которыми они соприкасаются. Для смазок, предназначаемых для узлов трения, учитывается нагруз­ ка, относительная скорость перемещения трущихся деталей, род трения, способ подачи смазки.

Антифрикционные смазки должны обеспечивать безотказную, надежную работу механизмов и минимальный износ трущихся де­ талей. Этим требованиям удовлетворяют только те смазки, кото­ рые сохраняют пластичные свойства во всем интервале рабочих температур, прочно удерживаются на смазываемых деталях и не сбрасываются под действием центробежных сил, обладают высо­ кой коллоидной и химической стабильностью.

Защитные смазки должны прежде всего обладать хорошими защитными свойствами. Для этого необходимо, чтобы они прочно прилипали к металлическим поверхностям и удерживались на них. толстым ровным слоем; надежно предотвращали диффузию паров, газов и жидкостей к металлическим поверхностям; имели высокую химическую и коллоидную стабильность; содержали вещества, ней­ трализующие кислые продукты, образующиеся в результате окис­ ления смазки, и сами не коррозировали бы металлические поверх­ ности.

Уплотнительные смазки, т. е. уплотняющие сальники, штуцеры, краны, резьбовые соединения и т. п., должны быть прежде всего устойчивыми против воздействия продуктов (жидкостей или га­ зов), с которыми они соприкасаются.

306

О С Н О В Н Ы Е С В О Й С Т В А С М А З О К

Упруго-пластичные свойства. Свойства консистентных смазок условно подразделяются на упруго-пластичные, защитные и ста­ бильность.

Упруго-пластичные свойства характеризуются главным обра­ зом предельным напряжением сдвига, вязкостью и тиксотропными свойствами. Эти свойства оказывают большое влияние на способ­ ность смазок удерживаться в открытых узлах трения, противодей­ ствовать выдавливанию и сбрасыванию под действием нагрузок,

атакже влияют на величину сопротивления при пуске механизмов

ив процессе их работы.

При малых напряжениях сдвига смазки претерпевают упругие деформации. Повышение напряжения после некоторой критичес­ кой величины, называемой пределом прочности, вызывает разру­ шение структурного каркаса, т. е. необратимые деформации, и в смазках начинается вязкое течение. Смазки, имеющие небольшой предел прочности, легко сбрасываются с быстро вращающихся де­ талей и вытекают из узлов трения, сползают с вертикальных по­ верхностей.

Предел прочности смазок зависит главным образом от концент­ рации и свойств загустителя и сильно понижается при нагревании. Предел прочности определяется с помощью приборов, называе­ мых пластометрами. Для более надежной оценки качества смазок предел прочности следует определять при наибольших рабочих температурах.

Предельное напряжение сдвига в г/см2 вычисляют по формуле

, = g i o o o ,

где р — давление, при котором происходит сдвиг смазки в капил­

Вязкость смазок при постоянной температуре изменяется в за­ висимости от скорости сдвига, т. е. скорости деформации, поэтому ее называют эффективной вязкостью и определяют из соотношения

свойств и концентрации загустителя, вязкости масла и ряда других факторов (рис. 89).

Эксплуатационное значение вязкости смазок заключается в том, что она влияет на величину стартового усилия при пуске ме-

ханизма в работу, на сопротивление в узле трения во время рабо­ ты и в мазепроводах при подаче к ним смазки.

Вязкость смазок определяется при помощи автоматического капиллярного вискозиметра.

Рис. 89. Зависимость вязкости смазок от скорости сдвига и концентрации мыла:

О—исходное масло; / —3°/6; 2 — 6,1%; 3—10%; 4 —13%.

Консистентные смазки как коллоидные системы обладают ярко выраженными тиксотропными свойствами, т. е. их сопротивление деформации уменьшается при воздействии нагрузки и восстанав­ ливается после прекращения действия нагрузки. Эти свойства хо­ рошо иллюстрируются характером изменения предела прочности

(рис. 90).

Тиксотропные свойства смазок характеризуют их механическую стабильность. От величины и скорости тиксотропных превраще­ ний зависит выдавливание смазки из узлов трения, сбрасывание ее под действием центробежных сил, а также изменение сопротив­ ления при пуске механимов.

Стабильность. Стабильность смазок характеризуется термоустойчивостью, коллоидной и химической стабильностью, испаряе­ мостью и водоустойчивостью.

При нагревании смазки разжижаются или расслаиваются и вы­ текают из узлов трения. О поведении смазок при нагревании су­ дят по их температуре каплепадения, т. е. температуре, при кото­ рой происходит падение первой капли смазки, помещенной в кап­ сюле стандартного прибора и нагреваемой в строго определенных

условиях.

Температура каплепадения недостаточно надежно характери­ зует эксплуатационные свойства смазок. И поэтому для новых сор-

308

лов смазок она не нормируется. Однако при наличии других пара­ метров можно судить о принадлежности данной смазки к тому или иному типу или сорту.

Например, температура каплепадения смазок, за­ гущенных твердыми угле­ водородами, составляет обычно 50—70° С; каль­ циевых и алюминиевых от 70 до 100° С; натрие­ вых и литиевых достигает

130—200° С.

При хранении и при­ менении консистентных смазок возможно выделе­ ние жидкой фазы, вслед­ ствие чего качество сма­ зок снижается. Это явле­ ние происходит в резуль­ тате постепенного дли­ тельного изменения струк­ турных форм, взаимосвя­ зи между составными ча­ стями смазки. Устойчи­

вость консистентных смазок против выделения жидкой фазы назы­ вается коллоидной стабильностью. Смазки, содержащие небольшое голичество загустителя и изготовленные на маловязких маслах, отличаются невысокой коллоидной стабильностью. Выделение мас- |ла из смазки усиливается при давлении, перемешивании и нагрева­ нии. Коллоидную стабильность смазок оценивают методами отпрессовывания масла или воздействия на смазку повышенных темпе­ ратур.

Смазки, обладающие лучшей коллоидной стабильностью, мож­ но хранить в течение более длительного времени.

Химическая стабильность характеризует устойчивость смазок против окисления кислородом воздуха или воздействия химически активных веществ во время работы и хранения. Особенно большое значение химическая стабильность имеет для защитных смазок и масел, применяемых в узлах трения, работающих в жестких усло­ виях и при контакте с химически активными веществами. Взаимо­ действие смазок с ними сопровождается образованием продуктов уплотнения и коррозионно-активных кислых веществ. Глубокие хи­ мические превращения приводят к резким изменениям структуры и разделению смазок на жидкую и твердую фазы.

Химическая стабильность смазок в значительной мере зависит от свойств их составных частей. Смазки, загущенные мылами, осо­ бенно малопредельных жирных кислот, менее стабильны, чем угле­ водородные. Стабильность смазок ухудшается при плохой очистке

309