shadow
Изменение свойств трансмисионных масел при длительной бессменой работе

Изменение свойств трансмисионных масел при длительной бессменой работе

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.