14. Смазка машин и оборудования

14.1. Классификация смазочных материалов

Надежность и долговечность машин в значительной степени зависит от правильного выбора смазочных материалов и режимов смазки. Это способствует повышению производительности машин и снижению эксплуатационных

расходов.

Смазочные материалы снижают потери мощности на трение, уменьшают интенсивность изнашивания деталей, удаляют с поверхности трения продукты износа, уплотняют зазоры, тем самым, защищая соединения от попадания посторонних частиц, очищают поверхности деталей от загрязняющих отложений, отводит тепло от соединения, и стабилизируют температуру деталей, предохраняют детали от коррозии, амортизируют ударные нагрузки в сочленениях.

В зависимости от происхождения смазочные материалы разделяют на следующие группы: минеральные, получаемые из нефти, угля и других минералов; растительные, получаемые из растений (хлопка, подсолнечника и др.); животные, получаемые из жира животных (свиное сало, тюлений, китовый, рыбий жиры и др.); синтетические, получаемые в результате химического синтеза.

В настоящее время наибольшее распространение имеют смазочные материалы минерального, в первую очередь нефтяного, происхождения вследствие своих сравнительно высоких качеств и невысокой стоимости, но все шире применяются и высококачественные синтетические материалы.

По физическим свойствам смазочные материалы подразделяют на смазочные масла, консистентные смазки и твердые смазочные материалы (графит, тальк). К смазочным маслам относятся смазочные материалы, которые сохраняют текучесть при 10 – 15 ⁰С; консистентные смазки при этой температуре переходят в мазеподобное состояние.

14.2. Смазочные масла

Минеральные масла получают вакуумной перегонкой и химической обработкой мазута, оставшегося после первичной переработки нефти. При этом выделяются следующие масляные дистиллаты: легкие, средние и тяжелые индустриальные масла; цилиндровые масла; масляный гудрон.

С целью удаления вредных примесей масляные дистиллаты очищают следующими способами:

- добавлением в масло серной кислоты H₂SO₄, которая вступает в сое-

динения с примесями и образует отстаивающиеся соединения;

- обработкой масла щелочами (например, NаOH);

• воздействием на масла специальных веществ (адсорбентов) – земель, в

порах которых происходит адсорбция содержащихся в масле примесей;

- обработка масла специальными растворителями (фенолом, фурфу-

ролом, нитробензолом, пропаном), обеспечивающими растворение вредных примесей;

- обработкой масла водородом под повышенным давлением, чем дос-

тигается высокая степень его очистки от серы.

Очищенные дистиллаты (рафинаты) подвергают специальной обработке для придания маслам необходимых физических и химических свойств. Введением в масла присадок (добавок) улучшающих их эксплуатационные свойства.

Основными физико-химическими свойствами минеральных масел являются плотность, вязкость, температура вспышки, температура застывания, маслянистость, содержание механических примесей и воды, химическая стойкость.

Плотность минеральных масел находится в пределах 0,87 – 0,95 г/см³.

Вязкость характеризует внутреннее трение и обусловливает образование масляной пленки на поверхности детали. От вязкости масел зависят потери на преодоление сил трения в сопряжениях, скорость изнашивания деталей, легкость запуска двигателей внутреннего сгорания, степень уплотнения сопряжений типа гильза – поршень и т. д. Вязкость масел определяют капиллярными вискозиметрами – сосудами с калиброванными насадками, в которых замеряют время истечения жидкости.

Различают вязкость динамическую и кинематическую и условную.

Под динамической (абсолютной) вязкостью понимают силу сопротивления взаимному перемещению двух параллельных слоев жидкости. За единицу динамической вязкости и принимают Пас (пуаз).

Кинематическая вязкость – это отношение динамической вязкости жидкости к ее плотности при измеряемой температуре. Единицей кинематической вязкости является м²/с (стокс).

Дистиллированная вода при температуре +20C имеет вязкость равную 10^-6 м²/с = 1 ст.

Кинематическая вязкость приводится в ГОСТах и входит в обозначение марки масла.

Для определения вязкости масел при различных температурах используют специальные номограммы.

Вязкостно-температурные свойства масел оцениваются индексом вязкости. Чем выше индекс вязкости, тем лучше масло. Масло с индексом 80 – 90 считается хорошим, а с индексом 100 и более – очень хорошим.

Обычно вязкость масла определяется при температуре +50 С и для очень вязких масел – при +100 С.

Условная вязкость – отношение времени истечения через калиброванное отверстие вискозиметра типа ВУ 200 мл исследуемой при определенной температуре жидкости ко времени ко времени истечения того же количества дистиллированной воды при температуре +20 ⁰С.

Вязкость масла зависит от температуры и давления. С повышением температуры вязкость масел уменьшается и с понижением увеличивается. Масла, вязкость которых изменяется с изменением температуры незначительно, являются наиболее качественными. С повышением давления вязкость масел увеличивается. Например, при увеличении давления до 10⁷ Н/м² (10 МПа) вязкость масел увеличивается в 20 раз [2].

Температурой застывания называется температура, при которой масло теряет свою подвижность. При этом мениск масла в наклоненной под 45⁰ пробирке не должен менять своей формы в течение 1 мин. Температура застывания масла характеризует его пригодность для использования в различных климатических условиях. Температура застывания минеральных масел находится в пределах от – 5 С до – 30 С.

Температурой вспышки называется температура, при которой масло загорается при поднесении к нему открытого пламени и горит не менее 5 с. Температура вспышки минеральных масел равна 200 – 300 С.

Маслянистость характеризует смазывающие качества масел, т. е. их способность обеспечивать граничное трение между сопрягаемыми поверхностями за счет образования адсорбированных молекулярных пленок. Маслянистость оценивается прочностью масляной пленки и коэффициентом трения. Масла животного и растительного происхождения обладают большей маслянистостью, чем нефтяного.

Химическая стойкость масел оценивается несколькими показателями. Кислотное число характеризует коррозионные свойства масел и

представляет собой количество миллиграммов едкого калия (КОН), необходимое для нейтрализации органических кислот в 1 г масла.

Зольность масла показывает содержание в нем минеральных примесей. Она оценивается количеством оставшейся воды в процентах после медленного выпаривания 50 г масла в тигле и прокаливания остатка до полного сгорания углерода. Для индустриальных масел зольность допускается до 0,007 % и для автотракторных масел – до 0, 025 %.

Термоокислительная способность масла показывает его склонность к образованию лаковых отложений в зоне высоких температур.

Наличие воды в масле является причиной образования вредных эмульсий, снижения вязкости и липкости масла, способствует окислению.

Попадание в масла различных механических примесей в виде абразивных веществ или их образование в прцессе работы в результате осадков и нагаров способствует скорости изнашивания поверхностей. увеличению износа.

Положительными качествами масел являются низкий коэффициент внутреннего трения, высокая стабильность и чистота, хорошая работоспособность при значительных скоростях и температурах, способность отводить тепло, а отрицательными качествами – пожароопасность, применение сложных уплотнений, значительный расход из-за утечек.

Высокие требования, предъявляемые к смазочным материалам удовлетворить обычные масла не могут. Для придания необходимых свойств в них добавляют специальные присадки, повышающие вязкость, понижающие температуру застывания, предотвращающие отложение нагара и смолистых осадков в двигателях, улучшающие антикоррозийные свойства и т.д.

Для повышение вязкости маловязких масел и сообщения им свойств всесезонных масел (не теряют вязкости при повышении температуры и не застывают при ее понижении) используют присадки винипол ВБ-2, КП-20, полиизобутилен и полиметакрилат, добавляемые к маслу в пределах до 5%.

Снижение температуры застывания масла достигается с помощью добавки депрессаторов в количестве 0,1 – 2%. Наиболее распространенные депрессаторы – АзНИИ, АФК.

Антикоррозийные присадки способствуют образованию на поверхности металла изолирующей пленки, нейтрализуют в маслах продукты, вызывающие коррозию. НИИ ГСМ 12 - 0,5-3%).

Есть присадки, увеличивающие нагрузочную способность масла, антиокислительные свойства, улучшение смазочных свойств и т.д. Смазочные масла выпускаются в соответствии с требованиями ГОСТов, ОСТов, МРТУ и других нормативных документов.

Буквы в маркировке масел обозначают область применения, способ очистки, а цифры – вязкость. Например, масло, АКЗ_П-6 расшифровывается следующим образом: А – автотракторное, К – кислотно-контактной очистки, З – загущенное, п – с присадками, : 6 – кинематическая вязкость при 100⁰С, равная 610^-6 м²/с. Масло ДС – 8 – дизельное, селективная очистка, вязкость 810^-6 /с.

По двойной классификации масла разделены, кроме того, на шесть групп по эксплуатационным свойствам: А, Б, В, Г, Д, Е (применительно к международной классификации) и на семь групп по вязкости: 6,8,10,12,14,16,20. По этой классификации масла имеют обозначение АКЗ_п-6 (М6Б), где в скобках приводится новая марка масла. Буква М показывает на то, что масло моторное, цифра показывает вязкость масла при 100 ⁰С, буква б определяет группу масла, характеризующую область его применения.

Смазочные масла, используемые для горных машин, подразделяются на следующие основные группы:

1) индустриальные масла, применяемые для смазки деталей, работающих в нормальных условиях (И-12А – легкие, И-20А и И-40А – средние, И-50А – тяжелые);

2)трансмиссионные, применяемые для смазки тяжело нагруженных

передач (трансмиссионное зимнее и летнее, для гипоидных передач, ТА_п10, ТА_п –15, ТС-14,5, ТС-8, ТС-10, МТ-14П, МТ-16П);

3) турбинные масла, применяемые для смазки деталей, работающих с большими скоростями и выдерживающих высокие удельные нагрузки (турбинное Т₄₆, Т_{57 .}и др.);

4) моторные, применяемые для смазки деталей и сопряжений в двигателях внутреннего сгорания [автотракторные – АКЗ_п-6 (М6Б), АКЗ_п-10 (М10Б), АС-6 (М6Б), АС-8 (М8Б),АС-10 (М10Б); дизельные – ДС-8 (М8Б), ДС11 (М10Б), Д_п-8]

5) компрессионные масла, применяемые для смазки деталей и сопряжений, работающих в условиях высокого давления и высокой температуры (12М, 19М, 19Т, КС-19);

6) цилиндровые масла, применяемые для смазки деталей в тяжело нагруженных узлах, работающих при высокой температуре (цилиндровое 11, цилиндровое 24 и др.);

7) специальные масла – железнодорожные, трансформаторные, приборные (осевое Л, З, С, приборное МВП).