Автомобильные эксплуатационные материалы. Рекомендации для подготовки студентов к экзамену, зачету. Учебное пособие

Щелочное число выражается в мг KOH на 1 г масла, и, согласно ГОСТу, не должно превышать 2…6 мг.

Чем выше щелочное число, тем меньше износ деталей, и наоборот.

Если в моторном масле будут моющие присадки и их концентрация начнет снижаться, то темп износа деталей увеличится, так как начнут накапливаться кислые продукты. И наоборот, если концентрация моющих присадок начнет повышаться, то темп износа деталей уменьшится. Кислые продукты будут нейтрализоваться щелочью.

Следовательно, основной функцией щелочных присадок (KOH) масла является нейтрализация кислот и защита металлов от коррозии. Поэтому одним из признаков, свидетельствующих о необходимости смены масла, может быть уменьшение щелочного числа.

5.5. Состав моторных масел

Масла для эксплуатации двигателей бывают:

•минеральные, получаемые из нефтяных фракций и очищенные от примесей;

•синтетические, получаемые из органических соединений многоступенчатым способом;

•полусинтетические, получаемые в результате смешивания минеральных и синтетических масел.

По составу это смеси очищенных базовых масел, и к ним добавлены присадки для достижения требуемых эксплуатационных свойств.

5.5.1.Минеральные базовые масла

Эти масла подразделяются на дистиллятные, остаточные и компаундные, т. е. смесь дистиллятных и остаточных компонентов. Поэтому качество базовых масел зависит от состава нефти, технологии дистилляции, способов очистки дистиллятов от примесей.

В России для производства базовых масел используют нефть, добываемую в Пермском крае и в Западной Сибири.

Пермские нефти имеют низкое содержание серы, смол и асфальтенов, но в них высокое содержание парафиновых и нафтеновых углеводородов.

51

Западно-сибирские нефти имеют повышенное содержание серы, смол, асфальтенов, но низкое содержание парафинов. Благодаря такому составу облегчается процесс депарафинизации, но усложняется процесс очистки от примесей.

Отечественные базовые масла по своим свойствам уступают маслам западных аналогов, у отечественных базовых масел:

•широкий фракционный состав;

•высокая испаряемость;

•низкий индекс вязкости;

•низкая температура вспышки;

•худший групповой углеводородный состав;

•худший химический состав;

•в них большое количество воды и азота.

5.5.2.Синтетические базовые масла

Эти масла получают в следующих процессах:

•полимеризации и алкилирования непредельных углеводоро-

дов;

•хлорирования алкановых и ароматических углеводородов;

•конденсации эфиров.

Синтетические базовые масла подразделяются на углеводородные, полиэфирные и силиконовые.

Углеводородные масла отличаются универсальными смазочными свойствами. Они могут работать в широком интервале температур, обладают высоким индексом вязкости и стабильностью свойств. Эти масла не вызывают коррозии металлов, не оказывают отрицательного влияния на материалы прокладок, манжет и уплотнений, хорошо смешиваются с минеральными маслами. Они самые дешевые из всех синтетических масел.

Эфиры карбоновых масел имеют низкие температуры застывания, высокие температуры вспышки, хорошие смазывающие и термические свойства. Они хорошо смешиваются с минеральными маслами.

Эфиры фосфорной кислоты применяют в качестве огнестойких гидравлических жидкостей и присадок к маслам и топливам.

Силиконовые масла (силиксоны) имеют высокие температуры кипения, низкую испаряемость, высокие температуры вспышки. Обладая высокой термической стабильностью, они имеют хорошую окислительную стабильность, химическую нейтральность и совме-

52

стимость с эластомерами. Недостаток силиконов – в них высокая растворимость воды.

Синтетические и полусинтетические базовые масла обладают следующими достоинствами:

•высоким индексом вязкости;

•лучшей вязкостно-температурной характеристикой при отрицательных температурах;

•более легким пуском двигателя при отрицательных температу-

рах;

•низкой испаряемостью;

•малой склонностью к образованию отложений;

•лучшими противоокислительными и диспергирующими свойствами;

•лучшими противоизносными и противозадирными характеристиками;

•меньшим расходом на угар.

Стоимость синтетических моторных масел в 2–3 раза выше, чем минеральных масел. Тем не менее, применение их целесообразно не только с эксплуатационной, но и с экономической точки зрения, так как они обладают большим сроком службы до замены.

Полусинтетические моторные масла – это минеральные масла,

улучшенные благодаря специальной технологии очистки и содержанию в них синтетических добавок. Они дороже минеральных, но обладают лучшими эксплуатационными свойствами и дешевле синтетических. Облегчают пуск двигателя при низких температурах и экономят от 2 до 5 % топлива за счет снижения потерь на трение

вгидродинамическом режиме смазки.

5.5.3.Присадки для базовых масел

Присадки в базовые масла нужны:

•для придания маслу новых свойств;

•улучшения имеющихся свойств масла;

•замедления нежелательных процессов.

Эффективность действия присадок обусловливается их химическими свойствами, концентрацией и приемистостью к базовым маслам.

Присадки классифицируются по функциональному действию:

• вязкостные, улучшающие индекс вязкости и снижающие температуру застывания. Их называют модификаторами вязкости, по-

53

вышающими текучесть масел при низкой температуре и стабилизирующими вязкость при высокой;

•улучшающие смазывающие свойства (модификаторы трения,

антифрикционные, противоизносные и противозадирные);

•антиокислительные, предотвращающие окисление масла (ан-

тиоксиданты). Они подавляют окисление масла в начальной его стадии путем взаимодействия с первичными продуктами реакции окисления – перекисями и обрывают цепные реакции окисления. Снижают образование кислот, являясь при этом антикоррозионными присадками;

•антикоррозионные (ингибиторы коррозии) нейтрализуют кислоты, образующиеся при окислении углеводородов, создают защитную пленку, которая препятствует реакции кислот с поверхностью металла, а также связывают влагу, вызывающую коррозию;

•моющие (детергенты) – по механизму действия их делят на де-

тергенты и дисперсанты. Детергенты – это вещества, защищающие поверхность деталей от прилипания и скопления на них продуктов окисления. Дисперсанты – вещества, подавляющие слипание продуктов окисления и осаждение смолистых веществ на поверхностях деталей;

• противопенные, снижающие пенообразование и предупреждающие вспенивание масел из-за снижения прочности поверхностных масляных пленок.

Таким образом, составы моторных масел – это смеси базовых минеральных и базовых синтетических масел с различными присадками.

5.6.Специфика работы моторного масла в двигателе

Взависимости от условий работы и химического изменения состава масла в двигателях выделяют три зоны:

• высокотемпературная, куда входят камеры сгорания, днища

поршней, верхние части цилиндров с клапанами, которые при температуре сгорающей рабочей смеси нагреваются до 800 °C. В эту зону частично попадает моторное масло, где сгорает вместе с топливом, но некоторая его часть остается на поверхности в виде густой смолистой массы. Эта масса в результате глубоких химических превращений преобразуется в твердые углеродистые вещества, называемые нагарами. Обильный нагар ухудшает охлаждение камеры

54

сгорания и уменьшает ее объем. В результате степень сжатия возрастает, возникает детонационный стук и мощность двигателя снижается. Кроме этого, возможно преждевременное воспламенение смеси от раскаленных частиц нагара, которые могут вызвать абразивный износ зеркальной поверхности гильз цилиндров и загрязнение моторного масла;

• среднетемпературная, куда входят поршневая группа, верхние части шатунов и стенки цилиндров, подвергающиеся максимальной температуре нагрева до 300…350 °C. В этой зоне углеводороды масла становятся недостаточно химически стабильными. Они окисляются и образуют плохо испаряющиеся, высоковязкие, практически нерастворимые в масле кислые смолы, осаждающиеся на поршнях и гильзах в виде тонкого блестящего слоя, называемого лаковым отложением. Эти отложения представляют собой богатые углеродом вещества, толщиной 50…200 мкм. Они ухудшают отвод тепла от деталей из-за теплоизоляционного воздействия лаковой пленки. В результате происходит пригорание поршневых колец, что вызывает прорыв газов в картер и снижение компрессии в цилиндрах. Происходит падение мощности двигателя. При этом увеличивается расход масла, увеличивается износ, появляются задиры на зеркалах цилиндров и происходит поломка поршневых колец;

• низкотемпературная,кудавходятколенчатыйваликартер,где температура в области коленных и шатунных подшипников скольжения достигает 180 °C. В этой зоне, несмотря на довольно мягкий тепловой режим, происходит процесс окисления масла. Продуктами окисления являются органические кислоты, преобразующиеся с кислые смолы в виде частиц до 30…40 мкм, которые под действием собственного веса выпадают в осадок, образуя мазеобразные сгустки в поддоне картера. Это происходит при пониженном тепловом режиме двигателя, когда ухудшается процесс сгорания топлива и возрастает попадание в картер продуктов неполного сгорания.

Эти мазеобразные осадки называются шламами, или низкотемпературными отложениями.

Если напряженный тепловой режим работы двигателя опасен образованием нагаров и лаков, то пониженный тепловой режим опасен образованием шламов.

Из-за шламов возможно прекращение подачи масла к трущимся поверхностям деталей двигателя.

55

Для предотвращения образования осадков необходимо выполнять следующие мероприятия:

•поддерживать оптимальный тепловой режим работы двигателя;

•применять масла с хорошей химической стабильностью;

•вводить в масла диспергирующие присадки;

•своевременно менять масляные фильтры и тщательно промывать картер, а также систему смазки перед заправкой свежим маслом.

Таким образом, химические изменения в составе моторного масла при работе двигателя происходят непрерывно, в зависимости от следующих факторов:

•вид и свойства применяемого топлива;

•качество моторного масла;

•тип, конструкция, техническое состояние, условия эксплуатации и режим работы внутреннего сгорания.

При таких химических изменениях качества масла основной его углеводородный состав меняется незначительно, а продукты окисления остаются и составляют приблизительно 4…6 % от общей массы. Если из такого масла удалить механические примеси и продукты окисления, то можно получить базовое масло хорошего качества. Процесс восстановления отработавшего масла и повторное его использование называются регенерацией. Отработавшие масла регенерируют различными методами:

•физическим, предусматривающим отстаивание, фильтрацию, отгон топливных фракций, центрифугирование, промывку водой, вакуумную перегонку и др.;

•физико-химическим, включающим коагуляцию загрязнений

поверхностно-активными веществами, контактную очистку отбеливающими глинами, селективную очистку пропаном, фенолом, фурфуролом и другими веществами;

• химическим, включающим обработку сернокислотными и щелочными растворами, а также гидрогенизационным воздействием.

Таким образом, в результате работы двигателя моторное масло, подвергаясь различным физико-химическим воздействиям, начинает стареть. Поэтому можно сделать выводы:

Термические и термоокислительные воздействия на масло приводят к образованию продуктов окисления, таких как органические кислоты и смолы, находящиеся в растворенном состоянии. Они увеличиваютвязкостьикислотноечисломасла,вызываякоррозионную агрессивность в масле.

56

В зависимости от степени термического воздействия смолистоактивного вещества образуют нагары, лаки и осадки с хорошей адгезией к деталям (шламы). Масло загрязняется пылью, продуктами сгорания, водяными парами, серной и сернистой кислотами, которые увеличивают коррозионный износ двигателя.

Изменения моторного масла можно уменьшить добавлением различных присадок, задерживающих окислительный процесс, тем самым увеличивая срок службы двигателя.

Контрольные вопросы

1.В чем заключается основная роль смазочных материалов?

2.Как классифицируются смазочные материалы?

3.Что такое минеральные, органические и синтетические смазочные материалы?

4.Какие эксплуатационные требования предъявляются к моторным маслам?

5.Какими свойствами должны обладать моторные масла?

6.Что такое вязкостно-температурные свойства масла и какую работу двигателя они предопределяют?

7.В чем заключаются противоизносные свойства масла?

8.В чем заключаются противоокислительные свойства масла?

9.В чем заключаются противокоррозионные свойства масла?

10.Что такое минеральные базовые масла?

11.Чтотакоесинтетическиеиполусинтетическиебазовыемасла?

12.Для чего нужны присадки к базовым маслам?

13.Как классифицируют присадки по функциональному их действию?

14.Какие зоны выделяют в двигателях в зависимости от условий работы масла?

15.Что происходит с моторным маслом в высокотемпературной зоне работы двигателя?

16.Что происходит с моторным маслом в среднетемпературной зоне работы двигателя?

17.Что происходит с моторным маслом в низкотемпературной зоне работы двигателя?

18.Какие мероприятия необходимо выполнять для предотвращения образования осадков в двигателе?

57

Глава 6 Трансмиссионные масла

Для смазки высоконагруженных зубчатых механизмов силовых передач механических, гидромеханических и гидрообъемных трансмиссий применяют трансмиссионные масла. В отличие от моторных масел они различаются по условиям работы. Во-первых, они не соприкасаются с горячими поверхностями работающего двигателя; во-вторых, не имеют контакта с продуктами сгорания топлива; в-третьих, они подвергаются высокому контактному давлению

сбольшой скоростью сдвига в сопряженных поверхностях.

Вгидродинамических и гидрообъемных передачах трансмиссионные масла выполняют двойную роль: служат средством передачи мощности, а также являются рабочей средой, которая заполняет регулирующие системы.

Таким образом, свойства этого масла находятся в прямой зависимости от конструкций трансмиссий и условий работы в них, т. е. от температуры, контактных напряжений, скорости скольжения и т. д.

Агрегаты трансмиссий могут иметь все виды передач и механизмов: зубчатые, фрикционные, гидродинамические и гидравлические. Следовательно, масла для них должны быть с универсальными свойствами и выполнять свои функции:

• как смазывающий материал в механических зубчатых передачах;

• как рабочее тело, которое обеспечивает сцепление во фракционных передачах;

• как жидкость, передающая мощность в гидравлических передачах.

Вмеханических трансмиссиях эти масла снижают износ, умень-

шают коэффициент трения, отводят тепло от трущихся поверхностей, защищают от коррозии, подавляют вибрации, смягчают нагрузки, удаляют продукты износа и загрязнения.

Вофрикционныхмеханизмахониобеспечиваютпрочныйконтакт смыкающихся поверхностей, обеспечивают коэффициент трения на разных скоростях скольжения, обеспечивают смазывание в экстремальных условиях, предотвращают проскальзывание пар трения

иподавляют вибрации.

Вгидромеханических передачах они снижают трение в зубчатых

передачах, обеспечивают необходимый коэффициент трения для

58

фрикционных механизмов, защищают от коррозии и отводят тепло от трущихся поверхностей. Поэтому масло, по возможности, должно быть несжимаемым и при этом:

•передавать мощность двигателя в гидротрансформаторе;

•поглощать и отводить тепло из гидротрансформатора в радиа-

тор;

•формировать давление в системе управления;

•обеспечивать охлаждение фрикционных элементов.

Такимобразом,дляобеспечениянадежнойиэффективнойработы узлов, механизмов и агрегатов трансмиссии масло должно обладать целым комплексом положительных эксплуатационных свойств:

•высокой смазывающей способностью, которая характеризует особенности и результат процессов трения;

•высокой термической стойкостью;

•высокой стойкостью к окислению, так как окисление вызывает изменения физико-химических и эксплуатационных свойств масла;

• антикоррозионной стойкостью, оцениваемой содержанием в масле водорастворимых кислот и оснований, кислотным числом, содержанием серы и воды и т. д.;

•совместимостью с уплотнительными эластомерами, т. е. с сальниками, манжетами, прокладками и другими резинотехническими деталями;

•стойкостью при хранении и взаимосмешиваемостью. Следовательно, трансмиссионное масло – это «жизненная осно-

ва» трансмиссии. Оно играет важную роль в ее долговечности и работоспособности. Наиболее предпочтительными могут быть минеральные масла, содержащие присадки, которые обеспечивают специальные свойства для работы трансмиссии.

Контрольные вопросы

1.Какое основное назначение трансмиссионных масел?

2.В каких условиях работают трансмиссионные масла?

3.Какие основные требования предъявляются к трансмиссионным маслам?

4.В чем заключается смазывающая способность трансмиссионных масел?

5.Что такое вязкость трансмиссионного масла?

59

6.В чем заключается температурная зависимость вязкости трансмиссионного масла?

7.Что такое термостабильность трансмиссионного масла и его стойкость к окислению?

8.В чем заключаются антикоррозионные свойства трансмиссионных масел?

9.Что такое эластомеры и в чем заключается совместимость трансмиссионного масла с ними?

Глава 7 Пластичные смазки

Это пастообразные смазочные материалы, применение которых является необходимым там, где смазывание обычными жидкими маслами невозможно либо нецелесообразно.

Суть смазывания пластичными смазками заключается в том, что благодаря своей структуре они обладают хорошими адгезионными свойствами, т. е. они постепенно выделяют масло, входящее в их состав, для смазывания трущихся поверхностей деталей и длительное время удерживаются в узлах трения, в которых обычные жидкие масла удерживаться не способны.

Пластичные смазки классифицируются:

•поназначению(антифрикционные,консервационные,уплотнительные);

•составу (в зависимости от применяемых загустителей);

•температурному диапазону применения (высокотемпературные, низкотемпературные);

•диапазону применения (обычные, специальные, многофункциональные);

•деформируемости (консистенции).

7.1.Состав пластичных смазок

Смазки представляют собой трехкомпонентную коллоидную систему, каждый из компонентов которой выполняет свою функцию:

•базовое масло (дисперсионная среда) смазывает поверхности трения;

•загуститель (дисперсная фаза) придает смазке густоту;

60