ПОВЫШЕНИЕ ПРОТИВОИЗНОСНЫХ СВОЙСТВ ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ И ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОК

Полный текст

Основным условием успешного ведения современного сельского хозяйства является использование высокопроизводительной энергонасыщенной и, как правило, дорогостоящей автотракторной техники. Несмотря на все достижения научно-технического прогресса, трение и износ являются, на сегодняшний день, неотъемлемыми «паразитическими» процессами, сопровождающими работу технических объектов. Для снижения трения в большинстве узлов машин и механизмов подшипники скольжения заменяют подшипниками качения. Современные подшипники качения наиболее ответственных узлов трения характеризуются высокой стоимостью, поэтому методы снижения износа их деталей можно считать одним из важнейших резервов снижения эксплуатационных расходов при производстве сельскохозяйственной продукции. Трансмиссия и ходовая часть автомобилей и тракторов являются системами, включающими в свою конструкцию наибольшее количество подшипников качения. Очевидно, что помимо работоспособности данных систем подшипники качения обеспечивают и безопасность эксплуатации автотракторной техники. Основные методы, используемые для повышения износостойкости деталей подшипников качения, применяются на этапе конструирования и изготовления. При этом большинство известных конструктивных и технологических мероприятий [1, 2], в значительной степени исчерпали свои принципиальные возможности. Одним из альтернативных методов снижения износа деталей подшипников качения является повышение противоизносных свойств применяемых смазочных материалов. При эксплуатации большинства подшипников качения техники в сельском хозяйстве применяют трансмиссионные масла и пластичные смазки с противоизносными и противозадирными присадками. Однако многие из них имеют ряд существенных недостатков: повышенная коррозионная агрессивность некоторых компонентов присадок к сталям; снижение контактной выносливости материала деталей подшипников; низкая стабильность при эксплуатации и хранении; высокая токсичность и т.д. Не имеют большинства перечисленных недостатков смазочные материалы, модифицированные наноразмерными порошками (НРП) металлов, их соединений и сплавов [1]. Цель исследований - повысить противоизносные свойства трансмиссионного масла ТСП-15к и пластичной смазки Литол-24 путём их модификации наноразмерными порошками (НРП), полученными методом плазменной переконденсации. Задачи исследований: 1) Выполнить исследования влияния НРП оловянной бронзы БрО10Ф1 в сочетании с фторопластом, нитридом бора, фосфором и оксидом алюминия на противоизносные свойства трансмиссионного масла ТСП-15к ГОСТ 23652-79. 2) Провести сравнительные противоизносные испытания товарной пластичной смазки Литол-24 ГОСТ 21150-87 и экспериментальных смазочных композиций, полученных на её основе с использованием НРП никеля, железа, цинка, а также сплавов меди с оловом, меди со свинцом, алюминия со свинцом, железа с никелем и железа с цинком. Материалы и методы исследований. Анализ существующих технологий получения НРП позволил выбрать метод плазменной переконденсации, основанный на испарении крупнодисперсного порошка (сырья) в плазменном потоке с температурой 5000-8000 К и конденсации пара до частиц требуемого размера [3]. Данным способом синтезированы следующие НРП: а) чистые - Cu, Zn, Ni, MoS2, Al, BN; б) бинарные - Cu-Zn, Cu-Ni, Cu-Sn, Cu-Pb; в) легированные - Cu-Zn-P, Cu-Zn-S, Cu-Ni-P, Cu-Ni-S, Cu-Sn-P, Cu-Sn-S, Cu-Pb-P, Cu-Pb-S; г) композиционные - Cu-Al2O3, Cu-BN, Cu-MoS2. Эффективность модификации трансмиссионных масел НРП, полученными методом плазменной переконденсации, оценивали по результатам противоизносных испытаний экспериментальных смазочных композиций на машине трения МИ-1М по схеме «ролик-ролик». Ролики изготавливали из стали ШХ-15 ГОСТ 2590-88 с твёрдостью рабочих поверхностей 60-62 HRC и шероховатостью Ra 0,8 мкм. Наружный диаметр роликов составлял 50 мм, ширина нижнего ролика - 12 мм, ширина верхнего - 10 мм. Износ роликов определяли по результатам их взвешивания на аналитических весах ВЛА-200-М ГОСТ 24104-80Е с точностью 0,1 мг до и после испытаний. Испытания проводили на следующих режимах: нагрузка Р = 2,7 кН, частота вращения нижнего ролика n = 600 мин-1, проскальзывание в контакте l = 10%, время испытаний t = 3 ч. Полученные результаты сравнивали с результатами испытаний трансмиссионного масла ТСП-15к. Испытаниям подвергали пять смазочных композиций, которые получали модификацией масла ТСП-15к наноразмерным порошком (НРП) оловянной бронзы БрО10Ф1 ГОСТ 613-79. Кроме того, модифицирующее действие НРП БрО10Ф1 (Бр) в каждом экспериментальном составе пытались усилить одним из следующих компонентов: фторопластом (Фт), нитридом бора (BN), фосфором (Р) и оксидом алюминия (К). Выбор перечисленных компонентов обусловлен результатами анализа литературных источников и проведенных ранее трибологических испытаний [2, 4-7]. Для определения эффективности использования НРП, полученных плазменной переконденсацией, для повышения противоизносных свойств пластичных смазочных материалов также проводили сравнительные лабораторные испытания на машине трения МИ-1М. Испытаниям подвергали пластичную смазку Литол-24 и смазочные композиции, изготовленные на её основе с использованием НРП Fe, Ni, Zn, Cu-Pb, Al-Pb, Cu-Sn. Результаты испытаний экспериментальных смазочных композиций сравнивали с данными, полученными при испытании товарной пластичной смазки Литол-24. Перед началом эксперимента ролики прирабатывали на товарной пластичной смазке Литол-24 в течение 3 ч. Смазку осуществляли погружением нижнего ролика на 1/5 диаметра в смазочную среду. После окончания приработки ролики промывали в бензине, высушивали на воздухе и взвешивали на аналитических весах. Испытания проводили на следующих режимах: нагрузка Р = 1,2 кН, частота вращения нижнего ролика n = 500 мин-1, проскальзывание в контакте l = 10%, время испытаний t = 6 ч. Полученные результаты сравнивали с результатами испытаний пластичной смазки Литол-24. По окончании испытаний ролики подвергали повторному взвешиванию. Результаты исследований. Результаты испытаний (рис. 1) показали, что модификация трансмиссионного масла ТСП-15к наноразмерным порошком оловянной бронзы во всех пяти случаях улучшает его противоизносные свойства. Рис. 1. Износ роликов после испытания следующих смазочных составов: 1 - ТСП-15к; 2 - ТСП-15к+Бр; 3 - ТСП-15к+Бр+ВN; 4 - ТСП-15к+Бр+Фт; 5 - ТСП-15к+Бр+Р; 6 - ТСП-15к+Бр+К При модификации товарного масла НРП бронзы без дополнительных компонентов износ снизился по сравнению с результатами испытаний базового масла ТСП-15к в 2,1 раза. Введение в имеющийся состав дополнительных компонентов привело к получению следующих результатов: ВN позволил снизить износ в 1,9 раза, Фт - в 2,2 раза, Р - в 1,5 раза, К - в 2,5 раза. Таким образом, наилучшие результаты получены при испытании смазочной композиции, полученной с использованием сочетания НРП оловянной бронзы БрО10Ф1 и оксида алюминия. Помимо узлов, для смазывания которых используются трансмиссионные масла, в сложных конструкциях современной сельскохозяйственной техники для многих подвижных сопряжений использование жидких масел с конструкторской точки зрения не рационально. В таких случаях применяют пластичные смазки. Результаты сравнительных противоизносных испытаний товарной пластичной смазки Литол-24 и экспериментальных смазочных композиций представлены на рисунке 2. Рис. 2. Результаты противоизносных испытаний пластичных смазочных композиций: 1 - Литол-24; 2 - Литол-24 + Ni; 3 - Литол-24 + Fe; 4 - Литол-24 + Zn; 5 - Литол-24 + Cu-Sn; 6 - Литол-24 + Cu-Pb; 7 - Литол-24 + Al-Pb; 8 - Литол-24 + Fe-Ni; 9 - Литол-24 + Fe-Zn Анализ представленных результатов показывает, что модификация пластичной смазки Литол-24 НРП металлов и их сплавов во всех случаях позволила повысить противоизносные свойства товарного смазочного материала: использование Ni не только привело к снижению износа, но и обеспечило прирост массы роликов за 6 ч испытаний на 0,4 мг, введение Fe снизило износ в 17 раз, Zn - в 11 раз, Cu-Sn - в 3,4 раза, Cu-Pb - в 1,9 раза, Al-Pb - в 3 раза, Fe-Ni - в 4,2 раза, сплав Fe-Zn также как и Ni позволил получить прирост массы роликов на 0,4 мг. Заключение. Таким образом, на основании результатов лабораторных испытаний установили высокую эффективность модификации трансмиссионных масел и пластичных смазочных материалов НРП, полученными методом плазменной переконденсации. Так, наноразмерные частицы оловянной бронзы БрО10Ф1 в сочетании с фторопластом, нитридом бора, фосфором и оксидом алюминия могут повысить противоизносные свойства трансмиссионного масла ТСП-15к от 1,5 до 2,5 раз. Наилучшие результаты зафиксированы при испытании смазочной композиции, полученной с использованием сочетания НРП оловянной бронзы и оксида алюминия. Результаты сравнительных лабораторных испытаний пластичной смазки Литол-24 и экспериментальных смазочных композиций, приготовленных на её основе с использованием НРП Ni, Fe, Zn и сплавов Cu-Sn, Cu-Pb, Al-Pb, Fe-Ni, Fe-Zn, показали, что используемые наноразмерные компоненты повышают противоизносные свойства товарной пластичной смазки от 1,9 до 17 раз. Наилучшие результаты получены при использовании НРП Ni и сплава Fe-Zn, которые на примере модельной пары трения «ролик-ролик» позволили реализовать восстановительный эффект.

Об авторах

Валентин Владимирович Сафонов

ФГБОУ ВПО Саратовский ГАУ

Email: safonow2010sgau@yandex.ru
д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой «Технический сервис и технология конструкционных материалов» 410600, г. Саратов, ул. Советская, 60

Александр Сергеевич Азаров

ФГБОУ ВПО Саратовский ГАУ

Email: azarov444@yandex.ru
канд. техн. наук, доцент кафедры «Технический сервис и технология конструкционных материалов» 410600, г. Саратов, ул. Советская, 60

Евгений Юрьевич Халов

ФГБОУ ВПО Саратовский ГАУ

Email: xaxol64@yandex.ru
аспирант кафедры «Технический сервис и технология конструкционных материалов» 410600, г. Саратов, ул. Советская, 60

Список литературы

Дополнительные файлы