RESEARCH OF TRIBOLOGICAL MINERAL AND VEGETABLE LUBRICATING COMPOSITIONS PROPERTIES

Full Text

В настоящее время в узлах и агрегатах машин широко используются смазочные композиции на основе нефтяных и синтетических масел с различными присадками. Такие смазочные композиции вредны для окружающей среды из-за низкой биоразлагаемости и экотоксичности. Например, 1 г минерального масла, попав в землю, разлагается на 45% через 21 день и заражает 25 см2 земли, где растительность не произрастает. Но одними из важнейших показателей данных масел являются высокие энергозатраты на их производство и отсутствие возможности возобновления нефтяного сырья для их изготовления. В сравнении с минеральными, масла, произведенные из растительного сырья, возобновляемы, а энергозатраты на производство растительных масел ниже, чем минеральных. Использование продуктов растительного происхождения в смазочных системах трансмиссий сельскохозяйственных тракторов позволит улучшить режим трения фрикционных узлов коробок передач и, как следствие, увеличить в целом ресурс трансмиссии тракторов. Ввиду этого, современная наука рассматривает переход на смазочные материалы из растительных компонентов, или содержащие их смазочные композиции, применительно к машинам и механизмам в сферах, где загрязнение окружающей среды в наибольшей степени не желательно, например, сельское хозяйство. Наиболее распространенным энергонасыщенным трактором в сельском хозяйстве нашей страны является трактор марки «Кировец» производства ЗАО «Петербургский тракторный завод». Основным элементом его трансмиссии является механическая коробка передач с гидравлическим управлением гидроподжимных муфт, обеспечивающих переключение передач в пределах каждого режима без разрыва потока мощности. В данной коробке передач используется моторное масло М-10Г2 (ГОСТ 12337-84). Наиболее близким аналогом, для применения растительного компонента, является рапсовое масло (ГОСТ Р 53457-2009), которое уже через 7 дней разлагается в земле на 98% и обладает близкими к минеральным маслам свойствами. Цель исследований - улучшение трибологических свойств смазочной среды применением минерально-растительной смеси, содержащей рапсовое масло в качестве смазочной композиции, являющейся альтернативой применению минерального масла в механических коробках передач с гидроуправлением тракторов марки «Кировец». При трибологическом анализе свойств смазочных композиций можно выделить следующие основные задачи: · провести трибологический анализ свойств минерально-растительных смазочных композиций (МРСК) с различным содержанием рапсового масла; · обосновать рациональный состав минерально-растительной смазочной композиции содержащей рапсовое масло. Анализ показателей свойств рапсового масла в сравнении с другими мacлaми, представленными в таблице 1, позволяет заключить, что раститeльныe масла имeют близкиe показaтeли по плотности и загрязненности [1, 2, 3]. Ho при этом oни превосходят минеральные по температурам вcпышки и застывания и могут cлyжить альтернативой минеральным мacлам, или одной из составляющих смазочной композиции. Преимущество же рапсового масла перед льняным и сурепным маслом заключаетcя в большем значении кинематической вязкости [1, 2, 8]. Таблица 1 Сравнительная характеристика растительных и минерального масел Показатели Paпcoвoе Льняное Сурепное M10-Г2 Плотность, кг/м3 916 928 911 920 Вязкость при 100°С, мм2/с 8,3 4 5 8,0-10,5 Загрязнённость, % - 0,01 0,01 0,01 Диспергирующе-стабилизирующие свойства, баллы 1 1 1 1 Щелочное число, мг KOH/г 6 1,5 - 6,05 Температура, °С: вспышки застывания 282 -20 316 -20 314 -20 205 -18 Материалы и методы исследований. Материал и обработка исследуемых образцов были выбраны исходя из технических условий на изготовление фрикционных дисков. Ролики для экспериментов изготавливались из той же стали, что и ведyщиe диски гидроподжимных муфт - Сталь 65Г, а колодки, кaк ведомыe диски - Сталь 40Х3М2ФА [4]. В исследованиях применялось следующее оборудование: роликовая машина трения 2070 СМТ-1, предназначенная для проведения исследований материалов на трение и изнашивание; для контроля весового износа использовались весы ВЛТК-500 и ВЛР-200М [5, 6]; капиллярный вискозиметр типа ВПЖТ-2, для оценки кинематической вязкости различных составов МРСК. Эффективность действия cмaзoчныx мaтepиaлoв оценивалась по следующим параметрам: 1) износ поверхностей трения; 2) оценка кинематической вязкости; 3) температура трения образцов. Результаты исследований. Трибологические исследования осуществлялись по общепринятой методике. Результаты исследования представлены в таблице 2 и на рисунках 1 и 2. Время проведения исследования смазочных композиций на роликовой машине трения 2070 СМТ-1 составило 10 ч [1]. С помощью специального устройства пружинного типа, смонтированного на машине трения, создавалась нагрузка на пару трения (ролик-колодка). Запуск машины трения осуществлялся при снятой нагрузке на образцы, после чего образцы нагружались до необходимой величины. Сила прижатия колодки к ролику РР обеспечивалась согласно выражению [1]: , где РР - сила прижатия колодки к ролику, Н; рГ - давление разрядки гидроаккумулятора, Н/м2. Таблица 2 Результаты сравнительных исследований МРСК на роликовой машине трения 2070 СМТ-1 Содержание рапсового масла в МРСК, % Износ колодки, мг Износ ролика, мг Суммарный износ, мг Время до задира, с 0 7,7 9,4 17,10 783 25 6,5 6,5 13,00 726,5 50 5,6 3,6 9,20 700 75 3,8 2,3 6,10 516 100 2,1 1,1 3,20 450 Анализ результатов сравнительных исследований МРСК показывает, что при увеличении концентрации рапсового масла в составе смазочной композиции суммарный износ сопряжения «ролик-колодка» снижается. Это свидетельствует об увеличении смазывающей способности смазочной среды, в качестве которой выступает МРСК, имеющая в своем составе рапсовое масло за счет появления на поверхностях трения образцов пленки поверхностно-активных веществ (ПАВ). Но при этом, время до задира (табл. 2) снижается, что говорит о меньшей стабильности рапсового масла ввиду отсутствия в нем присадок, содержащихся в товарном минеральном масле. Пленка ПАВ выполняет дополнительную защитную функцию, препятствуя внедрению в поверхность трения абразивных частиц. При этом кинематическая вязкость при 100°C любой из исследованной смазочной композиции соответствует предъявляемым требованиям и находится в пределах 8,0-10,5 сСт. Объемная температура Т при трении образцов в масле М-10Г2 (рис. 2) достигала 250ºС, в рапсовом масле - 198ºС, а при исследовании смазочной композиции 50% М-10Г2 + 50% рапсового масла - 180ºС. Рис. 1. Зависимость кинематической вязкости различного процентного состава МРСК от температуры Рис. 2. Диаграмма температурного режима в зависимости от состава смазочной среды По полученным показателям выбрана смазочная композиция следующего состава: 50% М-10Г2 + 50% рапсового масла. Применение данной смазочной композиции в качестве альтернативы минеральному маслу М-10Г2 позволит уменьшить термодинамические нагрузки на поверхности трения ресурсоопределяющих элементов (фрикционных дисков) коробок передач с гидроуправлением тракторов марки «Кировец». Заключение. Таким образом, в ходе исследования основных трибологических свойств МРСК, содержащих рапсовое масло, установлена эффективность их использования в связи со снижением термодинамических нагрузок поверхностей трения и их изнашивания ввиду защитных действий ПАВ смазочной композиции. Результаты трибологических исследований показали, что рациональной является МРСК, имеющая в своем составе 50% минерального масла М-10Г2 и 50% рапсового масла.

About the authors

M S Prikazchikov

FSBEI HVE Samara SAА

Email: prikazchikov_ms@rambler.ru
cand. techn. sciences, senior teacher of «Reliability and machinery repair» 446442, Samara region, settlement Ust’-Kinelskiy, Sportivnaya, 8A str

References

Supplementary files