Изменение свойств трансмисионных масел при длительной бессменой работе

Изменение свойств трансмисионных масел при длительной бессменой работе

Статьи/Обзоры | 7

Рассмотрены факторы, влияющие на изменение свойств работающих трансмиссионных масел. Наибольшее влияние на ухудшение функциональных свойств масел оказывает температура агрегатов и смазочной среды. Вода как трибохимический компонент смазочной среды оказывает влияние на свойства масел в зависимости от их рецептурного сосотава и стойкости присадок к гидролизу.

Работа трансмиссионного масла в агрегатах трансмиссий современных машин отличается рядом специфических особенностей. Во-первых, трансмиссионное масло значительную часть времени выполняет свои функции в условиях граничного трения фрикционных пар. Второй особенностью является длительная бессменная работа масла, находящегося в картере редуктора или узле трения. Третья, причем очень важная особенность, активное воздействие на масло различных факторов, способствующих его старению: высоких удельных давлений, высоких и низких температур, влаги, продуктов износа и дорожной пыли, конструкционных материалов. Являясь важным конструкционным элементом, трансмиссионное масло в этих условиях должно полностью сохранять работоспособность в течение заданного времени. Вполне естественно, что в таких сложных экстремальных условиях качество масла будет изменяться. Знание допустимого уровня или тенденции этих изменений необходимо как для обеспечения надежной работы агрегатов трансмиссий, так и для прогнозирования сроков смены масел.

Увеличение удельных мощностей и скоростей движения машин с одновременным повышением компактности их трансмиссионных агрегатов привело к существенному росту энергонапряженности трансмиссий и, как следствие, резкому повышению уровня рабочих температур агрегатов и смазочного масла. Специалисты считают, что появился, своего рода, тепловой барьер, когда теплонапряженность становится одним из решающих факторов, определяющих работоспособность трансмиссий и трансмиссионных масел.

Трансмиссионное масло, являясь важным конструкционным элементом агрегатов трансмиссий, оказывает существенное влияние на их тепловое состояние как среда выделяющая, воспринимающая и передающая тепловую энергию внутри агрегатов. В большинстве агрегатов рабочая (установившаяся) температура масла достигает в летнее время 130?160°С и выше. Например, в повышающих редукторах («гитарах») тяжелых гусеничных машин рабочая температура масла (в объеме) достигает 165?170°С. Практика показывает, что такие температуры отрицательно воздействуют на функциональные свойства трансмиссионных масел.

1. Во-первых, возрастает вязкость работающих масел. Этому способствуют окисление масла, термоокислительная деструкция противозадирных присадок, каталитическое воздействие конструкционных материалов, насыщение масла кислородом воздуха из-за интенсивного перемешивания и барботирования, образование эмульсии типа ВМ («Вода в масле») при рабочей температуре масла ниже 100°С и её разрушение при возрастании температуры выше 120?130°С, образование мазеобразных (липких) отложений.

Из-за возросшей вязкости, окисления масла и образования отложений ухудшаются теплофизические свойства масла, увеличиваются потери энергии на внутреннее трение (вязкостные потери), возникают затруднения в трогании машин при низких температурах окружающего воздуха, масло не соответствует исходному классу вязкости по классификации SAE. При увеличении вязкости на 50 %, по сравнению с исходной (замер при 100° С), рекомендуется произвести его замену, т.к. в масле произошли глубокие процессы изменения функциональных свойств. Рост вязкости до указанного уровня и выше интегрально учитывает эти процессы и является критерием предельной работоспособности масла.

Следует особо отметить, что при температуре масла в объеме выше 170-175°С может происходить снижение поверхностной твердости зубьев шестерен, тел качения подшипников, валов и шлицевых соединений.

Из приведенных данных следует, что тепловой режим агрегатов трансмиссий и других узлов трения является, своего рода, интегральной характеристикой их конструктивного совершенства и показателем технологического уровня завода-изготовителя. Поэтому любые мероприятия – способ смазки, форма корпуса редуктора, уровень масла в редукторе или узле трения, очистка внешней поверхности редуктора от замасленной грязи, очистка салунов, обдув картеров и узлов трения встречным потоком воздуха, подбор масла с оптимальными функциональными свойствами, приводящие к уменьшению рабочей температуры масла, увеличивают их надежность, долговечность и экономичность работы.

2. Изменение смазывающих свойств работающих масел. Способность масла снижать трение и изнашивание всех видов оценивают по его противоизносным, противозадирным и противопиттинговым свойствам, а способность снижать трение – по антифрикционным свойствам. Классификация API (США) делит масла по смазывающим свойствам на шесть уровней – от GL–1 до GL–6; аналогичная классификация России делит масла на пять уровней – от ТМ–1 до ТМ–5. Масла группы GL–1 (ТМ-1) не содержат присадок для улучшения смазывающих свойств; масла группы GL–3 (ТМ–3) обеспечивают работу средненагруженных передач, имеющих червячные или спирально-конические зацепления; масла групп GL–4 — GL-6 предназначены для смазывания тяжелонагруженных гипоидных передач.

Выше отмечалось, что если рабочая температура масла в объеме превышает допустимую для данного типа присадок, то происходит их термоокислительная деструкция (разрушение). Антиокислительные присадки, которые могут быть в рецептуре масла, к сожалению, не способны предотвратить деструкцию противозадирных присадок. Они являются ингибиторами окисления базового масла; присадки, предотвращающие деструкцию противозадирных присадок еще не созданы; отдельные опытные ингибиторы деструкции противозадирных присадок, снижая их деструкцию, к сожалению, значительно снижали их противозадирную эффективность.

В качестве примера для иллюстрации этой проблемы рассмотрим поведение универсального трансмиссионного масла ТАД-17и, использованного для смазывания трансмиссии тяжелой быстроходной гусеничной машины. Масло содержит высокоэффективную многофункциональную присадку типа Англамол-99, уровень смазывающих свойств ТМ-5, вязкость при 100°С равна 17,2 сСт, класс вязкости SAE-90. В коробке передач и в бортовых передачах рабочая температура масла не превышала 150?155°С, в повышающем редукторе (в «гитаре») рабочая температура находилась в пределах 165-170°С. При этой температуре присадка подвергалась деструкции, резко возросла химическая активность масла, усилился коррозионно-механический износ, начался усталостный износ тел качения подшипников, а затем и зубьев шестерен. Оценка работавшего масла, отобранного из «гитары», показала, что противоизносные свойства масла ухудшились на 40%, противопиттинговые – на 37%, антифрикционные – на 55%. Уровень смазывающих свойств масла в повышающем редукторе снизился с ТМ-5 до ТМ-3. Повышение химической активности смазочной среды за счет деструкции присадок усиливает коррозию медных сплавов и коррозионно-механическое изнашивание ювенильных поверхностей фрикционных пар.

3. Влияние воды на функциональные свойства работающих масел. В работающих трансмиссионных и редукторных маслах часто обнаруживают воду – от следов до 4-6%, которая накапливается в агрегатах особенно в период осенне-зимней эксплуатации за счет конденсации при перепаде температур.

Обводненное масло, выполняя свои функции в условиях сильного перемешивания, представляет собой эмульсию типа ВМ – «вода в масле», физико-химические и эксплуатационные свойства которой существенно отличаются от свойств товарного масла. Смазочная среда в виде эмульсии отличается от товарного масла реологическими, теплофизическими, демпфирующими, смазывающими и другими свойствами.

Антифрикционные свойства большинства масел, содержащих эмульсионную воду, улучшаются. Активными адсорбатами, снижающими трение, являются продукты взаимодействия воды с присадками, входящими в состав масел.

Снижение силы трения способствует уменьшению усталостного изнашивания тел качения подшипников и зубьев шестерен. Масляная эмульсия, кроме того, снижает химическую активность смазочной среды, что также уменьшает усталостный износ

К сожалению, если присадки и продукты их термоокислительной деструкции подвергаются гидролизу (разложению под действием воды), наблюдается значительное ухудшение противоизносных и противозадирных свойств масел. Смазывающие свойства могут снижаться (необратимо) с уровня ТМ-5 до уровня ТМ-3. В качестве примера такого явления можно назвать гипоидное масло ТСп-14гип. В результате гидролиза противозадирной присадки ХлорЭФ-40 оно теряет свои высокие противозадирные свойства и не обеспечивает надежную работу гипоидных передач грузовых автомобилей.

4. Защитные (консервационные) свойства работающих масел, т.е. способность защищать детали от электрохимической коррозии, как правило, улучшаются. Это связано с накоплением в работающем масле поверхностно-активных веществ. Товарные масла типа ТАД-17и обладают отличными консервационными свойствами и способны работать без ухудшения функциональных свойств даже при содержании воды в массе до 6-8%.

5. Моющие свойства масел, подвергнувшихся глубокому окислению, а также обводненных масел обычно ухудшаются вследствие образования осадков, липких и мазеобразных отложений. Это приводит к ухудшению теплоотвода от трущихся деталей и к дальнейшему росту температуры работающего масла и трущихся деталей.

6. В процессе длительной работы между маслом и резино-техническими изделиями, находящимися в агрегатах трансмиссии, устанавливается равновесное состояние. Установлено, что свежее масло более активно «вымывает» ингредиенты из резин, что приводит к ухудшению их уплотняющей способности и долговечности.

7. Противопенные свойства работающих масел, которые содержат воду, следы пластичной смазки и другие ПАВ, могут ухудшаться.

Практика показывает, что современные трансмиссионные масла могут работать без замены 100-150 тыс. км пробега машин. При частой замене масел резко увеличивается приработочный износ, а слитое из агрегатов работавшее масло редко подвергается разумной утилизации и может способствовать загрязнению окружающей среды. Установлено, в частности, что 1 см3 трансмиссионного масла (свежего или работавшего) приводит в негодность 1 м3 питьевой воды.

С целью дальнейшего повышения уровня эксплуатационной надежности машин необходимо добиться, чтобы все узлы и детали трансмиссии имели практически одинаковую надежность и долговечность, а трансмиссия в целом не лимитировала срок службы машины до выхода в капитальный ремонт или на списание и утилизацию.

Заскалько П.П., к.т.н., Пучков В.Н. к.т.н.

(Институт машиноведения РАН, г. Москва, Россия)

По материалам научно-практической конференции «Трибология – Машиностроению»

21 сентября 2006 г.

Яндекс.Метрика
121 - столько SQL запросов к базе.
1,254045 - за столько сгенерировалась страница.