3157

Автомобильные эксплуатационные материалы. Специальные жидкости, используемые при эксплуатации автомобильного транспорта

Книга

Логистика и транспорт

Рассмотрены общие вопросы получения и качества смазочных материалов и конкретные марки смазочных масел и смазок. Представлены специальные жидкости, используемые при эксплуатации автомобильного транспорта. Изложены вопросы рационального и безопасного...

Русский

2015-01-16

2.64 MB

401 чел.

Рассмотрены общие вопросы получения и качества смазочных материалов и конкретные марки смазочных масел и смазок. Представлены специальные жидкости, используемые при эксплуатации автомобильного транспорта. Изложены вопросы рационального и безопасного применения горючесмазочных материалов.

Для студентов и преподавателей кафедр, изучающих эксплуатацию автомобильной техники, а также для инженерно-технических работников автотранспортных и авторемонтных предприятий.


Введение

При организации технически правильной, длительной и безотказной эксплуатации автомобильного транспорта необходимо постоянное и неослабное внимание уделять вопросам грамотного применения автомобильных эксплуатационных материалов.

Самый совершенный по конструкции автомобиль будет показывать низкие эксплуатационные качества и может быстро выйти из строя при использовании несоответствующих или некачественных марок горючего, смазочных масел, пластичных смазок, а также специальных жидкостей.

При изучении предлагаемого материала целесообразно повторить основы неорганической и органической химии. Нефтепродукты и синтетические материалы используемые для обеспечения чёткой и длительной работы узлов и агрегатов автомобиля должны отвечать требованиям стандартов и технических условий. Каждый автомобилист должен знать эти требования и уметь их определять. Это так же важно, как и содержание автомобиля в технической исправности. Широчайший ассортимент предлагаемых эксплуатационных материалов также определяет необходимость свободно ориентироваться в показателях качества.

В пособии рассмотрены основные требования к эксплуатационным материалам, производимым за рубежом и широко поставляемым в Россию.

По всем видам масел, смазок и специальных жидкостей, применяемых на автомобильном транспорте, приведены требования стандартов и технических условий к качеству. Требования сведены в таблицы для удобства сопоставления.

 

Глава 1

Смазочные материалы

 

 Работа даже самых простых механизмов требует определённых условий. Прежде всего, это обеспечение перемещения двух сопряжённых частей с минимальными потерями энергии на трение. Эти вопросы рассматривает трибология (от греч. tribos – трение и логия) – научное направление, изучающее взаимодействие поверхностей, движущихся одна относительно другой и испытывающих взаимное трение с целью обеспечения более длительного функционирования рабочих элементов машин и механизмов.

Наиболее простой и надёжный способ снижения затрат энергии на трение – разделение трущихся поверхностей средой, в которой трение минимально. И постоянно, сколько существуют механизмы, техническая мысль ищет наиболее рациональные пути снижения трения. Сохранились сведения, что в обозе Александра Невского при посещении им Золотой Орды было несколько телег с запасами животного жира для смазывания осей колёс. Кроме того, применяли растительные масла – конопляное, сурепное, касторовое, оливковое, пальмовое и др. С появлением паровых машин потребности в смазочных материалах возросли. Использование дорогостоящих животных жиров и растительных масел стало невыгодно, к тому же это – продукты питания. Обратили внимание на масла минерального происхождения. После разгонки нефти оставался густой мазеобразный продукт – мазут. Использование чистого мазута в качестве смазочного материала желаемых результатов не принесло. Начали смешивать мазут с животными и растительными маслами, экономя ценные продукты. Великий учёный Д. И. Менделеев обратил внимание на мазут как сырьё для получения смазочных масел. Но возможность производить качественные смазочные материалы появилась только после исследования русским учёным Н. П. Петровым вопросов трения и роли смазочных материалов. Он разработал гидродинамическую теорию смазки и чётко сформулировал требования к смазочным материалам. Руководствуясь этими требованиями, химики обосновали технологии получения различных масел и смазок.

Поверхности любых, даже обработанных с высокой чистотой деталей, имеют выступы и впадины. Чем тоньше обработка, тем меньше шероховатостей на поверхности. Но идеально ровных поверхностей добиться нельзя, а повышение чистоты обработки удорожает стоимость деталей и механизма в целом. Поэтому идут по другому пути. Между трущимися деталями помещают слой смазки. Прилегающие к поверхностям деталей слои смазки захватываются шероховатостями и перемещаются с такой же скоростью. Но между слоями смазки трение незначительно, чем и достигается энергосберегающий эффект. По наличию смазочного материала различают следующие виды трения:

трение без смазочного материала (сухое). Между трущимися поверхностями отсутствует слой смазки, и выступы поверхностей цепляют друг за друга, оказывая сопротивление перемещению. Вершины выступов обламываются, создавая заклинивающий эффект. В зонах контакта трущихся поверхностей возникают высокие температуры, в точечных зонах контакта возможно сваривание металла, в результате чего образуются задиры;

граничное трение. Поверхности деталей в этом случае покрыты тонким слоем смазки, разделяющим эти поверхности. Но плёнка смазывающего материала весьма незначительна и легко разрушается при увеличении нагрузки. Наступает трение без смазочного материала;

полужидкостное трение. Слой смазки при этом виде трения больше, чем при граничном. Происходит соприкосновение лишь отдельных выступов на поверхностях, разделённых слоем смазки, т.е. имеет место точечное граничное трение;

жидкостное трение. В этом случае трущиеся поверхности полностью разделены слоем смазки. Потери на трение сводятся к преодолению незначительных усилий перемещения слоёв смазки между собой.

На рис. 6.1 показана схема, которая упрощённо показывает механизм процесса гидродинамической смазки узла вал-подшипник скольжения [1]. В нерабочем положении вал под действием собственного веса и постоянной нагрузки занимает эксцентрическое положение (рис. 1.1а). При этом по обе стороны вала образуются клиновидные щели, а в верхней части – максимальный зазор. При вращении вала тонкий слой масла, адсорбированный поверхностью металла, увлекает последующие слои и нагнетает их в суженную часть клиновидного зазора. Так как масло практически несжимаемо, оно стремится к растеканию в продольном направлении и по направлению вращения вала. Ограниченность зазоров препятствует свободному истечению масла, и в результате создается гидродинамическое давление, воздействующие на вал. Вал приподнимается и смещается в сторону вращения (рис. 1.1б). Равновесное положение вала в подшипнике наступает тогда, когда проходное сечение достаточно для пропуска части масла. При достижении определённой для данного механизма частоты вращения центры вала и отверстия совпадают.

Гидродинамическое давление обеспечивает разделение поверхностей вала и подшипника. Трение между поверхностями заменяется внутренним трением слоёв масла.

Гидродинамический режим смазывания нарушается при работе  двигателя  с резкими колебаниями нагрузки, попадании в зазор абразивных частичек, изменения заданной геометрической формы вала, деформированости узла, изменении вязкости масла.

 

Рис. 1.1. Схема образования масляного клина в условиях: гидродинамического смазывания узла вал – подшипник:

а – вал в нерабочем положении; б – действие гидродинамических сил

При работе двигателя могут наблюдаться различные режимы трения (табл. 1.1) [12].

 

    Таблица 1.1

Величины коэффициентов трения в зависимости от вида смазки

Режим трения

Коэффициент трения

Жидкостный (гидродинамический)

0,002–0,01

Полужидкостный (смешанный)

0,01–0,2

Граничный:

     смазанные поверхности

     несмазанные поверхности   (окисление)

0,05–0,4

0,2–0,8

Кроме основного назначения – снижения затрат энергии на трение – смазочные материалы обеспечивают сохранность техники при её хранении, уплотнение зазоров сопряженных деталей являются рабочим телом в различных системах гидроприводов. Уплотнительные свойства смазочных масел широко используют для упрощённой диагностики кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов. При снижении компрессии в цилиндр через свечное отверстие (отверстие для форсунки) заливают 10–20 мл моторного масла. Масло, растекаясь, заполняет зазор между цилиндром и поршнем. Если после этого компрессия резко ненадолго (масло стечёт в поддон) возрастает, то налицо износ цилиндро-поршневой группы. Если компрессия остаётся прежней, значит, негерметичны клапаны.

В соответствии с основными предназначением смазочные материалы подразделяют:

– на антифрикционные;

– консервационные;

– гидромеханические;

– уплотнительные;

– электроизоляционные.

Общая классификация смазочных материалов показана на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Общая классификация смазочных материалов

Наиболее распространены антифрикционные смазочные материалы, предназначенные для снижения затрат энергии на трение. К ним относят моторные и трансмиссионные масла, а также антифрикционные пластичные смазки.

К консервационным относят защитные масла и смазки. Гидромеханиче-скими являются маловязкие жидкости для гидравлических, тормозных и амортизаторных систем различного назначения. В качестве уплотнительных используют пластичные смазки. К электроизоляционным относят трансформа-торные масла (катушка зажигания).

По агрегатному состоянию смазочные материалы подразделяют на жидкие, пластичные и твёрдые.

Среди смазочных материалов преобладают нефтяные продукты с различными присадками, улучшающими эксплуатационные свойства. Животные жиры и растительные масла в виде самостоятельных материалов используются ограниченно, чаще они служат добавками к смазочным маслам.

Ассортимент пластичных смазок представлен большим числом марок, различающихся по составу загустителей и жидкой фазы, а также по наличию наполнителей.

1.1. Получение смазочных масел

Как указывалось выше, основную часть смазочных материалов вырабатывают из нефти. Основными компонентами масел, смазок и некоторых специальных жидкостей являются жидкие масла, извлекаемые из мазута. Их ещё называют минеральными.

Первый в мире завод по производству смазочных масел был построен в Нижнем Новгороде в 1876 году нефтепромышленником В. И. Рагозиным. Масла получали разгонкой мазута с последующей очисткой дистиллятов серной кислоты и щелочью. Большую роль в технологии производства масел сыграли труды Д. И. Менделеева.

Как и горючие, смазочные масла  для двигателей внутреннего сгорания представляют собой смесь различных углеводородов. Только в маслах углеводороды имеют большую молекулярную массу, число атомов углерода в них достигает 50. Кроме того, в смазочных маслах, получаемых из мазута, всегда присутствуют сопутствующие соединения: нафтеновые (органические) кислоты, сернистые соединения и смолисто-асфальтовые вещества.

Дистиллятные масла получают разгонкой мазута до выделения из него не менее трёх фракций, разделяемых по температуре кипения на:

– лёгкие (300…400 ºС);

– средние (400…450 ºС);

– тяжёлые (450…500 ºС).

Далее фракции, подвергшиеся очистке, составляют компоненты для получения масел.

Чтобы предотвратить крекинг мазута, который может начаться при высоких температурах, разгонку производят под разрежением и при продувке водяным паром. Остаток от мазута после отбора из него наиболее вязкого высококипящего масляного дистиллята называется гудроном. Он используется для получения битумов при производстве асфальта, из него получают высоковязкие масла и т.д.

Остаточными маслами называют очищенные гудроны. Они содержат больше высокоплавких углеводородов и смолисто-асфальтовых веществ, следовательно требуют более тщательный очистки. Остаточные масла применяют в качестве трансмиссионных или авиационных (для поршневых двигателей).

Основная часть ассортимента смазочных масел представляет собой смесь масляных дистиллятов. Вырабатывают также и компаундированные масла – смесь дистиллятных и остаточных масел.

1.2. Очистка масел

Для того чтобы обеспечить работу двигателя, агрегатов и узлов современных автомобилей все смазочные масла без исключения подвергаются очистке от нежелательных соединений. Применяют следующие методы очистки масел.

1. Обработка щелочью (NaOH) позволяет нейтрализовать органические (нафтеновые) кислоты. Продукты реакции и остатки щёлочи вымывают водой.

2.  Кислотно-щелочная очистка масла заключается в обработке масла 92–96% серной кислотой. Кислота разрушает смолисто-асфальтовые и ненасыщенные соединения. Результаты реакции и оставшаяся кислота выпадают в осадок, образуя кислый гудрон. Завершает очистку промывка масла водой и просушивание перегретым паром или горячим воздухом.

Кислотную очистку с контактным фильтрованием через отбеливающие (улучшающие прозрачность) земли называют кислотно-контактной очисткой.

3. Контактная очистка производится с использованием отбеливающих глин (земель). Тонко помолотые и специально обработанные глины (земли) обладают сильно развитой поверхностью, на которой адсорбируются смолы, серная и органические кислоты, продукты окисления и полимеризации и другие вещества. Очистка заключается в тщательном перемешивании (контакти-ровании) порошка с очищаемым дистиллятом, выдержке полученной смеси при определённых времени и температуре и последующей фильтрации для отделения очищенного масла от загрязненной глины. После очистки содержание смол, имеющих тёмный вид, в масле гораздо ниже. Масло становится более светлым и прозрачным (отсюда и название – отбеливающие глины). При качественной контактной очистке с большой степенью адсорбции на порошке кислых продуктов отпадает необходимость обработки масла щёлочью.

4.   Очистка селективными растворителями является современным и эффективным способом очистки масел. Селективные растворители могут быть использованы многократно при отделении их от удаляемого из масла продукта. В качестве растворителей используют фурфурол, фенол и др.

При селективной (избирательной) очистке подбирают растворитель, который при определённой температуре и количественном соотношении с очищаемым маслом выборочно растворяет в себе все нежелательные примеси и плохо или совсем не растворяет очищаемый продукт. При смешивании очищаемого масла с селективным растворителем, основная часть растворённых вредных примесей легко расслаивается с маслом при отстаивании. Получается слой очищенного масла (рафинадный слой) и слой растворителя с вредными, удалёнными из масла, примесями. Этот слой называют экстрактом. Слои разделяют. После доочистки рафината контактным способом получается глубокоочищенное масло (масло глубокой очистки). 

Для получения качественной очистки высоковязких остаточных масел используют метод парных растворителей. При этом один из них должен выборочно растворять нежелательные примеси, а другой – очищенное масло. Например, для растворения примесей применяют креозол с 30–50% фенола, а для растворения рафината – пропан в жидком состоянии (при давлении до 2 МПа).

5. Гидрогенизация – процесс, аналогичный гидроочистке топлив. Проводят его под давлением до 2 МПа в присутствии водорода при температуре 380…400 ºС.

6. Депарафинизация, как и у дизельных топлив, производится с целью удаления наиболее высокоплавких (в основном парафиновых) углеводородов с целью получения масел с требуемой температурой застывания. В качестве растворителя применяют ацетон, метилэтилкетон с толуолом. Масло с растворителем охлаждают до определённой температуры, жидкие углеводороды растворяются, а твёрдые выпадают в виде кристаллов, отделяемых при фильтрации.

Легко видеть, что депарафинизация, как и деасфальтизация (удаление из гудрона асфальто-смолистых и полициклических ароматических углеводоро-дов) представляют собой разновидности селективной очистки.

7. Наиболее современным способом является очистка масла при его фильтрации через специальные мембраны, фильтрующие на молекулярном уровне. Мембраны, например, пропускают молекулы углеводорода и задерживают молекулы продуктов окислительной полимеризации и другие нежелательные примеси.

1.3. Эксплуатационные свойства масел и

улучшение их присадками

Для обеспечения оптимальных условий работы мощных и высокооборотных современных двигателей внутреннего сгорания требуются высококачественные смазочные масла. Такие масла могут быть получены из нефти в весьма незначительных количествах или же их получение вообще невозможно. Для придания всего необходимого комплекса эксплуатационных свойств в масла добавляют присадки, которые улучшают один или несколько показателей качества. Присадки, улучшающие сразу несколько показателей качества называют комплексными или многофункциональными.

Рассмотрим основные эксплуатационные свойства масел, присадки, улучшающие эти свойства и механизм действия присадок. К таким свойствам относят:

– вязкостно-температурные;

– моюще-диспергирующие;

– расклинивающие и полирующие;

– противоизносные;

– антикоррозионные;

– антифрикционные;

– пенообразующие;

– физическую и химическую стабильность;

– защитные свойства.

1. Вязкостно-температурные свойства  являются важнейшими, определяющими качество масел. Масла, особенно моторные, работают в широком диапазоне температур – от температуры окружающего воздуха (зимой до минус 40 и даже 50 ºС) и до 150…160 ºС в картере прогретого двигателя при повышенных нагрузках. Как и у всех жидкостей вязкость масел возрастает при понижении температуры и снижается при нагревании. Для некоторых масел эта зависимость показана на рис. 1.3. Особенно сильно меняется вязкость при температурах близких к 0 ºС.

Большая вязкость снижает прокачиваемость масел и подачу парам трения (трибоузлам), вызывая интенсивный износ. Низкая вязкость уменьшает расклинивающий эффект, в результате чего происходит граничное трение, опять же с повышенным износом. Поэтому к маслам предъявляется требование возможно меньшего изменения вязкости при колебаниях температуры.

Рис. 1.3. Зависимость вязкости масел от температуры t для марок:

1 – М-10 Г2; 2 – М-6А; 3 – М-4з/6В1

Вязкостно-температурные свойства отечественных масел в ГОСТах показывают при помощи индекса вязкости.

Индекс вязкости – условный параметр, отражающий результат сопостав-ления по вязкостным показателям данного масла с двумя эталонными маслами, вязкостно-температурные свойства одного из которых приняты за 100 (незначительные колебания вязкости при изменении температуры), а второго за 0 единиц (большое изменение вязкости). Чем выше значение индекса вязкости, тем меньше изменяется вязкость в диапазоне колебаний температуры.

Для существенного улучшения вязкостно-температурных свойств масел в них добавляют в количестве 2–5% загущающие присадки, наиболее распространенной из которых является полиизобутилен с молекулярной массой в пределах 10000–20000. Применяют также полиметакрилаты, полиалкил-стиролы и др. Действие загущающих присадок следующее: молекула полимера, имеющая длинную нитевидную структуру, при низких температурах свёрнута в «клубок» и существенно не влияет на вязкость масла. При нагревании масла молекула «разворачивается», уменьшая его текучесть. Для загущения подбирают масла с небольшой вязкостью – 3–6 сСт. После загущения вязкость масла несколько повышается (до 10–16 сСт) и от этих значений при колебаниях температуры отклоняется незначительно по сравнению с незагущенными маслами. Такие масла называют всесезонными и используют и зимой, и летом.

Для понижения температуры застывания смазочных масел при эксплуатации автомобилей в зимний период, а также в условиях крайнего Севера  в масло добавляют до 1% депрессорных присадок. Они понижают температуру застывания масла за счёт снижения интенсивности образования кристаллов парафина при низких температурах. Для этого используют, например, полиметакрилат. Депрессор представляет собой поверхностно-активное вещество. Его частицы постоянно находятся во взвешенном тонкодисперсном состоянии и адсорбируются мелкими кристаллами парафинов. В результате изменяется характер кристаллизации – прекращается рост кристаллов, образуется непрочная кристаллическая решётка, что способствует сохранению подвижности масла при низких температурах. Товарные депрессорные присадки при введении в масло в количестве 0,5% снижают температуру застывания масла на 17…24 ºС.

2. Моюще-диспергирующие свойства характеризуют способность масла обеспечивать поддержание чистоты деталей двигателя, поддерживать продукты окисления и загрязнения во взвешенном состоянии в слое масла до их улавливания фильтрами. Детали двигателя остаются чистыми, как бы вымытыми, отсюда и название. Добавляют моющее-диспергирующие присадки в количестве 3–10%. Различают две группы моюще-диспергирующих присадок:

зольные – сульфонаты, феноляты, салицилаты металлов (бария, кальция, магния и др.). Механизм действия зольных моющих присадок объясняют их адсорбцией на поверхности нерастворимых в масле частиц. В результате адсорбции вокруг каждой частицы образуется оболочка из углеводородных радикалов. Эта оболочка препятствует слиянию частиц в более крупные. Кроме того, одноимённые электрические заряды снаружи оболочек соседних частиц вызывают отталкивание друг от друга даже достаточно крупных частиц. При работе двигателей на топливах с высоким содержанием серы щелочные моюще-диспергирующие присадки препятствуют нагаро- и лакообразованию на деталях двигателя в результате нейтрализации кислот, образующихся из продуктов сгорания топлива.

Металлосодержащие моющие присадки повышают зольность масла, что может приводить к таким нежелательным явлениям, как образование зольных отложений в камере сгорания, закорачивание электродов свечей зажигания, преждевременное воспламенение рабочей смеси или детонация, прогорание выпускных клапанов, абразивной износ. Поэтому сульфатную зольность масел обычно ограничивают верхним пределом. Её значение зависит от конструкции двигателя, расхода масла на угар и условий эксплуатации, в частности от содержания серы в топливе.

Некоторые водители стремятся использовать моторное масло более высокого качества, чем рекомендуемое. Но качество масла повышают добавлением в него присадок, в том числе и моющих. И если двигатель не предназначен для работы при повышенных зольных отложениях, происходит повышенный абразивный износ деталей.

беззольные присадки – это чисто органические соединения: сукциними-ды, сополимерные продукты и т. д.

Итак, действие моюще-диспергирующих присадок основано на их способности:

– стабилизировать нерастворимые продукты окисления углеводородов масел в тонкодисперсном состоянии, не допуская укрупнения этих частиц, их выпадения из масла и оседания на деталях;

– диспергировать уже образовавшиеся крупные частицы и переводить их в мелкодисперсное состояние, т. е. размельчать;

– переводить в коллоидный раствор продукты окисления на разных стадиях процесса окислительной полимеризации масла;

– нейтрализовать кислые продукты, образующиеся при сгорании топлива и окисления масла;

– формировать на металлических поверхностях деталей, или на границе твёрдое тело-масло двойной электрический слой, обладающий отталкивающим действием и препятствующий образованию отложений.

Действие диспергирующих присадок особенно заметно проявляется при работе двигателя на низкотемпературных режимах при резкой интенсификации загрязнения масла. Добавление в моторное масло эффективных диспергирую-щих присадок позволяет увеличить срок службы бумажных фильтрующих элементов полнопоточных масляных фильтров в 3–4 раза.

Потеря диспергирующего эффекта в процессе работы масла в двигателе неизбежно сказывается на ускорении загрязнения масла и деталей. Отсюда вывод: снижение моюще-диспргирующих свойств масла – сигнал к его замене.

Отложения на деталях узлов и агрегатов можно разделить на 2 вида:

– низкотемпературные (осадки, шлам);

– высокотемпературные (лаки, нагары).

Низкотемпературные отложения осаждаются на поддоне картера двигателя, на стенках картеров агрегатов трансмиссии, в маслопроводах, на фильтре, сетке приёмника масляного насоса, в клапанной коробке в виде липких мазеобразных веществ серо-коричневого или чёрного цвета. Состав осадка:

– масло – 50–80%;

– вода – 5–35%;

– продукты окисления масла;

– механические примеси.

Негативное влияние низкотемпературных отложений:

– загрязнение системы смазки;

– снижение пропускной способности маслопроводов;

– увеличение сопротивления фильтров прохождению масла;

– снижение (до прекращения) подачи масла к трибоузлам.

Интенсивность отложений зависит в основном от присутствия воды в картерах агрегатов. Поэтому при эксплуатации двигателя зимой желательно не допускать конденсации паров воды в картере. Для этого необходимо поддерживать оптимальный тепловой режим (75…85 ºС) и следить за исправ-ностью системы вентиляции картера.

Большее количество осадков образуется при работе двигателя на обогащенной смеси – с прикрытой воздушной заслонкой и на режиме холостого хода. Поэтому прогревать двигатель целесообразно на повышенных оборотах, не прикрывая воздушную заслонку.

При попадании в картер большого количества отработавших газов происходит интенсивное окисление масла, что вызывает рост образования низкотемпературных отложений

Высокотемпературные отложения (лаки и нагары) образуются на деталях подверженных воздействию высоких температур, но встречаются и на сепараторах сильно нагретых подшипников качения. Там, где температура достигает 80…150 ºС и масло расположено тонким слоем, происходит образо-вание плёнки, похожей на лаковое покрытие. Плёнка имеет цвет от светло-жёлтого и коричневого до чёрного и состоит из 81–85% углерода, 7–9% водорода и 6–10% кислорода, очень прочно удерживаясь на поверхности деталей.

Поршневые кольца должны свободно перемещаться в своих канавках. Лаковые отложения способствуют пригоранию (залеганию) колец. Это ведёт к снижению компрессии, понижению мощности двигателя и ускоренному окислению масла прорывающимися в картер отработавшими газами. Лаковый налёт является хорошим теплоизолятором, вызывая перегрев деталей со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Степень лакообразования зависит от теплового режима двигателя, технического состояния цилиндро-поршневой группы и качества применяемого масла. Чем напряжённее тепловой режим работы двигателя (выше степень сжатия), тем интенсивнее процесс лакообразования. В процессе работы двигателя на лаковую плёнку непрерывно попадают новые порции масла, сажи, частиц кокса и т. д. Загрязнение масляной плёнки продуктами сгорания приводит к образованию нагара. При росте слоя нагара, его поверхность будет нагреваться всё сильнее и наступает такой момент, когда отложение нагара в камере сгорания прекратится, так как новые порции масла будут сгорать полностью, образуя такие соединения, которые не смогут удерживаться на поверхности нагара.

Причины нагарообразования:

– тепловой режим двигателя (чем выше тепловая напряжённость, тем, как правило, меньше образуется нагара, вследствие сгорания частиц верхнего слоя);

– качество моторного масла;

– вязкость масла (жидкое масло легче попадает в камеру сгорания);

– устойчивость масла к окислению при высоких температурах (чем она меньше, тем быстрее увеличивается слой нагара);

– содержание зольных присадок, увеличивающее нагарообразование.

Моющие свойства масел определяют на установке ПЗВ, состоящей из двигателя, электромотора и пульта управления. Сущность метода заключается в испытании масла на установке, имитирующей малолитражный одноцилиндровый двигатель, и в последующей оценке образовавшегося на боковой поверхности поршня лака по цветной эталонной шкале по семибальной системе – от 0 до 6 баллов. Совершенно чистый поршень имеет балл 0. По мере загрязнения боковой поверхности поршня балл увеличивается, максимальное покрытие поршня тёмно-коричневыми лаковыми отложениями характеризуется баллом 6.

Тщательно промытый двигатель собирают, предварительно нагревают электронагревателями до температуры головки блока 250 ºС, а середины цилиндра 190 ºС, затем включают электродвигатель и выводят двигатель на рабочий режим:

– частота вращения – 2500 ± 50 мин-1;

– температура головки цилиндра – 300 ± 2 ºС;

– температура середины цилиндра –255 ± 1 ºС;

– температура масла в картере – 125 ± 1 ºС;

– температура воздуха на всасывании – 220 ± 20 ºС;

– количество испытуемого масла – 250 мл;

– время испытания – 2 часа.

Затем двигатель разбирают, снятый поршень промывают в бензине. После просушки смазывают 2–3 каплями масла и сравнивают степень лакообразования с цветной эталонной шкалой.

Для нормальной работы автомобильного двигателя лакообразование не должно превышать 0,5–1 балла.

3. Расклинивающие и полирующие свойства масел оказывают существенное влияние на интенсивность износа трущихся поверхностей.

Расклинивающее действие связано со смазывающими свойствами масла, т. е. способностью смазочного материала образовывать между трущимися поверхностями граничную масляную плёнку, обладающую определённой прочностью и препятствующую непосредственному контакту металла с металлом. Прочность плёнки прежде всего зависит от химического состава масел и наличия в них соединений с электрозаряженными (поляризованными) молекулами. Атомы в таких молекулах расположены так, что на одном конце вытянутой молекулы образуется положительный, а на другом – отрицательный заряд, т.е. молекула, образует диполь. К таким веществам относят некоторые сернистые соединения, органические кислоты, смолы, а также специально вводимые в масла противоизносные и противозадирные присадки.

Схематично можно представить, что полярно-активные молекулы притягиваются к поверхности металла, образуя плёнку толщиной в одну молекулу, на которой наращиваются последующие слои. Аналогичное явление происходит и на другой поверхности (рис. 1.4). Рентгеноструктурные исследования показывают, что строгая ориентация полярных молекул доходит до 500 слоёв, что соответствует толщине слоя примерно в 1 мкм. Следовательно, трущиеся поверхности разделены плёнками смазочного масла, наружные молекулы которых имеют одинаковый электрический заряд         (рис. 1.4). Так как одноименные заряды отталкиваются, то их электрических межмолекулярных взаимодействий достаточно для того, чтобы предотвратить непосредственный контакт металлов поверхностей даже при значительных удельных нагрузках. В толще масла, разделяющей поверхности молекулы расположены хаотично. При условии невытекания масла из зазора между трущимися поверхностями (для этого устраивают различные уплотнения), оно поддерживает нагруженную поверхность в «плавающем» положении даже при значительных нагрузках, т. е. имеет место режим жидкостного трения.

Рис. 1.4. Схема образования граничных плёнок.

Масло в двигателе с течением времени окисляется. Из-за окисления нестойких углеводородов увеличивается содержание органических кислот и смол, которые являются поляризованными молекулами и способствуют утолщению масляной плёнки на поверхностях  трения. Но при этом возрастает интенсивность образования различных отложений и коррозионный износ цветных металлов. Поэтому сроки службы масел, несмотря на некоторое улучшение плёнкообразующих свойств, ограничивают.

Расклинивающие действие масла пар трения вал-отверстие рассмотрено выше (см. виды трения).

Полирующее действие масел проявляется в местах непосредственного контакта выступов трущихся поверхностей, в которых возникают высокие температуры (точки вспышки). К числу активных элементов масла, взаимодействующие при этих условиях с металлом, относятся некоторые сернистые соединения, а также вводимые в составе присадок хлор и фосфор. В результате химических реакций образуются соединения этих элементов с металлом, имеющие более низкие температуры плавления, чем у металла, большую пластичность и текучесть. Эти соединения служат как бы смазкой, предотвращая сваривание расплавленных точек поверхностей. На рис. 1.5 показана схема полирующего (выступы сглаживаются) действия смазочного материала, где а – возникновение «точек вспышки»; б – образование продуктов взаимодействия активных элементов смазочного масла с металлом; в – полирующее действие смазочного масла.

Рис. 1.5. Полирующее действие смазочных масел

Полирующий эффект наблюдается в первую очередь в механизмах, работающих при высоких удельных  давлениях и температурах: в зубчатых передачах, особенно гипоидных; высоконагруженных подшипниках качения.

4. Противоизносные свойства определяют способность масел снижать интенсивность износа трущихся поверхностей.

При работе узлов и механизмов всегда происходит износ поверхностей трущихся пар. Основной вид трения в процессе эксплуатации автомобиля – полужидкостное. Жидкостное трение, практически исключающее износ, обеспечивать во всех узлах трения экономически невыгодно. Полужидкостное трение в некоторых случаях переходит в граничное, тогда износ значительно увеличивается. При значительных и резко изменяющихся по величине (ударных) нагрузках наблюдается разрыв масляной плёнки и наступает так называемое масляное голодание. При этом на поверхностях деталей могут возникать задиры.

Кроме механического износа поверхности деталей подвергаются и химической коррозии – коррозионному износу. Детали двигателей соприкасаются с химически агрессивными веществами, находящимися в горючесмазочных материалах и образующихся в процессе использования эксплуатационных материалов.

Предохранение трущихся поверхностей от износа является основным предназначением любого смазочного материала. Второй по важности задачей можно назвать снижение затрат энергии на трение.

Противоизносные свойства масел оценивают по следующим показателям:

– плёнкообразующая способность;

– вязкость;

– индекс вязкости;

– наличие механических примесей.

Образование масляной плёнки на поверхностях трущихся пар деталей подробно рассмотрено в предыдущем пункте. Раньше считалось, что для уменьшения износа необходимо использовать высоковязкие масла, образующие прочный масляный слой – так называемые «нигролы». Сейчас доказано, что максимальный износ происходит при пуске и прогреве механизма, когда густые высоковязкие масла создают сильное «масляное голодание» при работе холодных агрегатов. Высокая эффективность таких масел достигается только при предварительном нагреве перед пуском до рабочей температуры.

Самые высококачественные масла не обеспечат работы механизмов без износа если в них будет находиться хотя бы небольшое количество механических примесей. Количество механических примесей жёстко ограничивается и для моторных масел должно быть не более 0,015%. Определение производят с помощью аналитических весов.

С целью снижения содержания в маслах механических примесей масло должно обладать высокими диспергирующими свойствами для предотвращения оседания этих примесей. Это обеспечит циркуляцию примесей по системе и задерживание их в фильтрах. Для тщательной очистки масла используют самые различные фильтры: от щелевых – грубой очистки до центробежных, которые при высоких частотах вращения (более 5000 мин-1) обеспечивают отделение пылевидных частиц.

Степень износа можно снизить введением противоизносных и противозадирных присадок. По механизму действия эти присадки можно условно разделить на две группы:

– поверхностно-активные вещества (ПАВ), адсорбирующиеся на рабочих поверхностях деталей и образующие ориентированную структуру в пристеночном слое (физическая адсорбция), т. е. образование масляной плёнки;

– химически активные вещества, при действии которых на поверхности металла образуются новые соединения (хемосорбция), т. е. полирующее дейст-вие масел.

Используемая для определения смазывающих свойств и соответственно износа четырёхшариковая машина трения (ЧШМ) не даёт полной характеристики противоизносных свойств масел. В этой машине три шарика зафиксированы треугольником. К центру этих шариков с определённым усилием прижимается вращающийся четвёртый. Испытания производят в масляной ванне. Определяют износ шариков, критическую нагрузку, нагрузку сваривания и индекс задира.

Наиболее достоверными методами являются различные способы замера износа деталей. При моторных испытаниях противоизносные свойства масел оценивают по потере массы поршневых колец, задиру или питтингу (выкрашиванию) кулачков и толкателей, линейному износу перечисленных деталей и цилиндров.

5. Антикоррозионные свойства масел являются важным показателем их эффективности при применении, т.к. одним из назначений смазочного масла является защита металлических поверхностей от коррозии. Однако в ряде случаев масла и сами могут быть коррозионно активны. Особенно сильную коррозию вызывают минеральные кислоты, поэтому их присутствие в маслах не допускается. Но при использовании сернистых и высокосернистых топлив, сера, сгорая, образует сернистый и серный газы. Они, соединяясь с водой, образуют сернистую и серную кислоты, очень агрессивные по отношению к металлам, особенно цветным. Моющие присадки частично нейтрализуют серную кислоту, образуя неактивные соли, задерживаемые фильтрующими устройствами.

Увеличение применения более дешёвых топлив с высоким содержанием серы предопределило специальные меры для защиты поверхности деталей от коррозии, в частности – разработку и применение антикоррозионных присадок.

Агрессивность органических кислот значительно ниже, они более активны по отношению только к цветным металлам и их сплавам. Эти кислоты присутствуют в маслах всегда, ограничивают только их количество, которое определяют кислотным числом. Кислотное число показывает, сколько миллиграммов едкого калия необходимо для нейтрализации кислот, содержащихся в 1 г масла. В процессе использования масла количество органических кислот в нём увеличивается. Они способствуют разрушению подшипниковых сплавов, бронзовых и латунных втулок и других деталей.

Значительно усиливает коррозию присутствие воды. В свежих маслах присутствие воды не допускается, но она может накапливаться при хранении, транспортировании и применении масел. Попадает вода и с прорывающимися в картер из камеры сгорания продуктами горения топлива.

Коррозийность масел оценивают по потере массы пластинки (чаще – свинцовой), выраженной в граммах на квадратный метр поверхности (г/м2) при омывании пластин горячим маслом в течение определённого времени.

Таким образом, коррозионные свойства масел проявляются при присутствии в них агрессивных веществ, а также соединений, образующихся при окислении ингредиентов масла. Чем дольше служит масло, тем оно более коррозионно агрессивно. Поэтому в масла добавляют различные антиокислители и антикоррозионные присадки.

Антиокислители по механизму действия делят на присадки, тормозящие образование активных радикалов в начальной стадии цепного окисления, и на вещества, не только тормозящие это образование, но и разлагающие уже образовавшиеся пероксиды, переводящие их в стабильное к окислению состояние, не давая тем самым распространяться цепной реакции. К антиокислительным присадкам относят также вещества, уменьшающие активность каталитического действия металлов, их оксидов и солей на процесс окисления – пассиваторы металлов. Пассиваторы являются одновременно и антикоррозионными присадками. Они образуют на поверхности металлов стойкие адсорбционные или химически связанные плёнки, не допуская каталитического воздействия металлов на процесс окисления, а также обеспечивают защиту металла от коррозионного действия всё – таки образова-вшихся продуктов окисления.

Антикоррозионные присадки – это, в основном, органические соедине-ния, содержащие в молекуле серу или фосфор или оба эти элемента. Они способны образовать на поверхности металла стойкие защитные плёнки, предохраняющие детали от коррозии.

Для предотвращения коррозионного действия продуктов окисления, а главное – нейтрализации коррозионно-агрессивных продуктов сгорания сернистых топлив, в масла вводят также щелочные присадки, например, сульфонаты. С увеличением в масле концентрации нейтрализующих (щелочных) присадок заметно снижается коррозионный износ деталей цилиндропоршневой группы.

6. Антифрикционные свойства смазочных масел определяют величину потерь энергии, образующейся при сгорании горючего, на преодоление сил трения в двигателе. Эти потери снижают мощность, снимаемую с маховика коленчатого вала. Для того чтобы получить необходимую мощность приходится увеличивать подачу горючего, что вызывает его перерасход. Повышают способность масла снижать затраты на трение с помощью присадок. Широкое распространение получили маслорастворимые молибдено-органические соединения, например дитиосульфаты молибдена, а также дисперсии дисульфида молибдена МоS2, графита. Применяют и многие поверхностно-активные вещества: жирные кислоты, их эфиры и соли, а также синтетические жиры. Адсорбированные ПАВ удерживаются на поверхности металла непрочно и при температуре выше 140 ºС они обычно десорбируются с поверхности, т. е. их антифрикционное действие прекращается.

При необходимости в масла могут быть введены и фрикционные присадки, которые обеспечивают значение статического коэффициента трения меньше, чем коэффициента трения при взаимном перемещении деталей. Такие присадки обеспечивают плавное, без скачков, трение. К фрикционным присадкам относится спермацетовое масло.

Стеарат алюминия, азотсодержащие производные фосфорных и дитиофосфорных кислот и аминные соли  диалкилдитиофосфорных кислот (последние эффективны в малых концентрациях) являются также и противоизносными присадками, т. е. их можно назвать многофункциональны-ми.

В России выпускаются антифрикционные присадки ПАФ-4 «Фриктол» на основе трисульфида молибдена МоS3, а также усовершенствованная присадка ПАФ-4-«экомин», добавление которой в масло снижает износ двигателя и даёт экономию горючего.

7. Пенообразующие свойства масел в большой степени влияют на их эффективность при смазке. В процессе работы узлов и агрегатов масло активно перемешивается, взбалтывается и разбрызгивается, в результате чего в него попадают воздух, пары топлива и отработавшие газы. Они изменяют химическую структуру масла, а выходя из масла образуют пену. Наличие пены резко ухудшает плёнкообразующие свойства масел, вызывает граничное трение. Вспененное масло легче, возрастают потери через сапуны, маслоналивные отверстия. При интенсивном пенообразовании возможно появление пены у маслоприёмника масляного насоса, что вызовет масляное голодание.

На пенообразование сильно влияет наличие в масле воды, а также смол, играющих роль поверхностно-активного вещества, интенсифицирующего процесс пенообразования. Чем выше вязкость масла, тем стабильнее пузырьки пены.

Основным методом борьбы с пенообразованием является добавление в масло антипенных присадок – полисилоксанов или силиконов. Механизм их действия заключается в том, что они способствуют образованию на границе раздела сред масло-воздух тончайшей плёнки, которая ускоряет «схлопывание» пузырьков пены и препятствует проникновению газов  в масло. Наиболее распространенной антипенной присадкой является ПМС-200А, используемая и для моторных, и для трансмиссионных масел. Присадку добавляют в количестве 0,002–0,005%. Необходимо помнить, что при сгорании противопенной присадки образуется абразивный оксид кремния SiO2.

8. Стабильность масел определяет сохранение физических свойств масла: вязкости, температуры кипения, плотности, фракционного состава. Основной фактор, влияющий на изменение указанных показателей – испарение лёгких фракций.

Химическая стабильность показывает способность масла противостоять химическим превращениям составляющим его веществ с образованием новых соединений.

Все масла, полученные из мазута, обладают при температурах ниже     +50 ºС высокой физической и химической стабильностью. При транспортирова-нии и хранении они заметно не изменяют своих свойств, если не считать обратимого нарушения однородности, вызываемого кристал-лизацией парафинов при охлаждении и исчезающего при нагревании. Поэтому запасы масел в резервуарах и таре можно хранить от 6 до 10 лет в зависимости от марки.

В тех случаях, когда температура масел превышает +50 ºС, что постоянно наблюдается при их использовании, их стабильность (и физическая, и химическая) резко снижается. Рабочая температура даже трансмиссионных масел у многоосных автомобилей (колёсная формула 8x8) при длительной работе достигает 200 ºС. Смазываемые детали кривошипно-шатунного механи-зма нагреваются до 400 ºС (днище поршня).

Изменение физических свойств масел происходит при его интенсивном испарении с ростом температуры. Кроме того, уменьшается количество масла в системе смазки. Чтобы уменьшить расход и изменение свойств масла необходимо применять масла определённого для данного двигателя фракционного состава. Самый простой метод оценки фракционного состава смазочных масел – определение температуры вспышки паров, т. е. мини-мальной температуры, при которой интенсивность испарения возрастает настолько, что смесь его паров и воздуха вспыхивает (и сразу гаснет) при поднесении открытого пламени. По температуре вспышки можно ориентировочно оценить испаряемость масел, а также установить наличие у них легколетучих фракций. Чем выше температура вспышки, тем меньше испаряемость масла, т. е. выше его физическая стабильность.

Особенно негативное влияние оказывает недостаточная химическая стабильность, вызывающая химические превращения в масле. В результате образуются коррозионно-агрессивные соединения, возникают лаковые отложения. Окисление (сгорание) масла при высоких температурах в камере сгорания вызывает образование нагара (см. пункт 6.3). Чем выше термо-окислительная стабильность масла, тем меньше образуется нагара, тем надёжнее работает двигатель.

Для снижения склонности масел к окислению, в них вводят антиокислительные присадки.

Стойкость масел к окислению повышается при введении в них диалкил- и диарилдитиофосфатов цинка и других металлов. Часто их комбинируют друг с другом, либо вводят в сочетаниях с беззольными антиокислителями. К числу последних относятся амины, беззольные тиофосфаты и другие. Проявляют антиокислительные свойства и некоторые моюще-диспергирующие присадки, в частности алкилсалицилатные и алкилфенольные.

Действие антиокислительных присадок двояко: они разлагают образующиеся оксиданты и пассивируют (покрывают плёнкой, отделяют) металлы, являющиеся сильными катализаторами окисления.

Антиокислительные свойства моторных масел оценивают по увеличению вязкости при работе двигателя (лабораторной установки).

9. Защитные свойства смазочных масел – способность защищать поверхность металла от коррозионного воздействия воды, газов и других веществ, вызывающих коррозию. Различают два вида защиты рабочих поверхностей деталей и агрегатов от коррозии:

– защита от коррозионного воздействия продуктов химических превраще-ний масла и сгорания топлива;

– защита от коррозии при длительном хранении.

Как указывалось выше, при определённых условиях само масло может быть коррозионно-агрессивным. В то же время необходимо надёжно защитить трущиеся поверхности, которым подаётся масло и которые подвержены наиболее интенсивному износу. Коррозионное воздействие в основном, создается органическими и минеральными кислотами. Для борьбы с этим необходимо обеспечить эффективную вентиляцию картера, работу двигателя при оптимальном тепловом режиме и нейтрализацию кислых соединений. Последнее обеспечивается приданием маслу щелочных свойств с помощью присадок.

На скорость коррозионного разрушения значительно влияет вода, попадающая с обводнённым маслом, отработавшими газами, прорывающимися в картер, а также при конденсации на холодных наружных стенках блока при прогреве двигателя. Для повышения защитных свойств масел необходимо строго соблюдать условия их хранения и транспортирования, поддерживать двигатель в технически исправном состоянии и грамотно его эксплуатировать.

Под защитными свойствами масел при длительном хранении техники, находящейся на консервации понимают способность защищать металлические  поверхности от негативного воздействия влаги, кислорода и других химически активных газов, находящихся в атмосфере. Защита ведётся по двум направлениям:

1. Защита поверхностей созданием масляной плёнки, препятствующей доступу агрессивных веществ к металлу физическая защита. Однако масляная плёнка, утончаясь со временем, не может служить надёжной преградой. Кроме того, в ней возможно образование коррозионно-агрессивных веществ. Проникая через масляную пленку, влага и содержащиеся в ней вещества способствуют развитию электрохимической коррозии. Поверхно-стный слой разрыхляется и разрушается, вызывая ускоренный износ при эксплуатации. Этот вид коррозии наиболее сильно проявляется при длительных перерывах в работе – например сезонном использовании сельскохозяйственной техники и большей части индивидуального легкового транспорта. Так, износ деталей двигателей сезонно используемой сельскохозяйственной техники в 3–5 раз больше, чем двигателей круглогодичной эксплуатации. Установлено также, что значительная коррозия деталей имеет место при малых суточных пробегах [7].

Основным способом защиты поверхностей от коррозии является использование консервационных или рабоче-консервационных масел. Последним отдают предпочтение, так как  не требуется смены масла при снятии техники с хранения. Такие масла получают при добавлении в смазочное масло специальных ингибиторов коррозии, создающих на поверхности деталей прочные защитные плёнки. Созданы различные ингибиторы для разнообразных условий применения – водорастворимые, водомаслорастворимые и маслораст-воримые. При введении в масло ингибиторов коррозии, а также противокоррозионных и антиржавейных присадок, оно приобретает рабоче-консервационные свойства. Защитные свойства таких масел определяют по физико-химическим показателям, влаго- и газопроницаемости, сползаемости и смываемости, а также по состоянию поверхности металлических пластин с нанесённым покрытием путём проведения электрометрических испытаний и натурной проверки защищаемых образцов.

 

1.4. Перспективы смазочных масел

Постоянное совершенствование автомобилей и их двигателей, возрастание мощности, частоты вращения и нагрузок на узлы и агрегаты требует новых, более качественных смазочных масел. Поэтому ведутся поиски новых материалов. Перспективы развития смазочных масел можно ориентировочно разделить на три направления:

– синтетические масла;

– твёрдые смазочные материалы (покрытия);

– добавки к смазочным маслам.

1. Синтетические масла. Впервые процесс получения синтетических углеводородных смазочных масел был разработан русским учёным А. М. Бутлеровым в 70-х годах 19 века. Он показал, что газообразные и лёгкие жидкие непредельные углеводороды в присутствии различных катализаторов образуют сложные молекулы углеводородов, которые могут быть составной частью смазочных масел. Однако практического применения его разработок долгое время не было. Сравнительно несложные конструкции автомобилей и их двигателей обеспечивались смазочными материалами, производимыми из нефти.

Современный транспорт располагает мощными высокооборотными двигателями, имеет большие скорости и грузоподъёмность, которые требуют принципиально новых эксплуатационных материалов. Поэтому в конце прошлого века всё шире начали применять искусственные, синтетические масла.

Первыми синтетическими маслами были углеводородные. Они обладают высокой  термической стабильностью, низкой испаряемостью и хорошими вязкостно-температурными свойствами. Синтетические масла хорошо смешиваются с нефтяными, образуя так называемую «полусинтетику», и с различными присадками.

Производятся и применяются и неуглеводородные синтетические:

диэфирные масла на основе сложных эфиров многоатомных спиртов и карбоновых кислот. Однако следует помнить, что они агрессивны по отношению к уплотнительным материалам, в качестве которых можно применять стойкие фторуглеводородные полимеры. Эти масла широко применяют для приготовления незаменяемых смазок закрытых подшипников (сцепления, крестовин карданных валов и др.);

полигликолевые масла получают из этилена и пропилена. Это высококачественные масла, но в силу высокой стоимости, они применяются в качестве добавок к моторным маслам и как составная часть тормозных жидкостей;

силиконы – полимерные кремнийорганические соединения (силоксаны, полиорганосилоксаны), содержащие чередующиеся атомы кремния и кислорода; кремний также связан с органическими радикалами. Это бесцветные, прозрачные, маслянистые жидкости различной вязкости. Они обладают высокими температурно-вязкостными свойствами. Некоторые силиконы не изменяют свойств в течение 1000–1500 часов работы. Недостаток – плохие смазывающие свойства – устраняют путём введения противоизносных присадок. Используются как основа высококачественных пластичных смазок, в качестве антипенных присадок и добавок к амортизаторным жидкостям.

фосфорорганические масла – сложные эфиры ортофосфорной кислоты. Обладают исключительно высокими смазочными свойствами и стойкостью к окислению. Образуют на поверхности деталей плёнки из фосфидов металлов, сильно удлинняя срок службы подшипников и других узлов трения. Широко используются как смазочные масла, технические и гидравлические жидкости, противоизносные и антикоррозионные присадки.

Из перечисленных синтетических масел наиболее перспективными являются диэфирные масла.

 Свойства синтетических масел в сравнении с минеральными:

– высокий индекс вязкости – 150–170 ед.;

– ниже температура застывания – до минус 65 ºС;

– вязкость при температурах 250…300ºС в 2–3 раза выше, чем у равновязких им при 100 ºС минеральных масел;

– выше термическая стабильность;

– более низкая испаряемость, т. е. лучшая физическая стабильность;

– меньше склонность к образованию высокотемпературных отложений (применяемость в высокофорсированных теплонапряжённых двигателях);

– большая стойкость к окислению;

– срок службы до 5 и даже до 10 раз дольше, расход на угар меньше на 30–40%.

Несмотря на высокую стоимость (до 3–6 раз больше, чем у минеральных) применение долгоработающих и обеспечивающих значительное увеличение межремонтного пробега синтетических масел экономически целесообразно. В некоторых механизмах минеральные масла просто не обеспечат необходимых условий работы.

2. Твёрдые смазочные материалы (покрытия) применяются для обеспече-ния работы наиболее нагруженных деталей в условиях граничной смазки при тяжёлых эксплуатационных условиях. При этом исключить граничную смазку экономически невыгодно и не всегда возможно технически. Поэтому для обеспечения достаточной долговечности деталей, узлов и агрегатов применяют различные виды твёрдых смазочных материалов (покрытий). Основу таких смазочных материалов составляют дисульфиды молибдена МoS2, графита, солей олова, кадмия, свинца, а также полимерные материалы – политетрафтор-этилен и другие. Твёрдые смазочные покрытия снижают вероятность задира высоконагруженных деталей в условиях масляного голодания, тем самым увеличивая ресурс узлов трения.

Трущиеся пары покрываются прочной плёнкой дисульфида молибдена, надёжно изолируются друг от друга как при жидкой смазке, обеспечивая высокие антифрикционные условия работы узла трения. Эти плёнки прочно сцепляются с деталями, устойчивы к контактным нагрузкам, имеют большое сопротивление разрыву и легко поддаются деформации. Твёрдые смазочные покрытия на основе МoS2 выдерживают нагрузку до 30 МПа, их коэффициент трения уменьшается с повышением нагрузки и температуры. Плёнки обладают высокой химической и термической стабильностью и сочетаются со всеми видами смазок. Нетоксичны. Твёрдые смазочные покрытия на основе МoS2 наносят на высоконагруженные детали газораспределительного механизма, карданных валов, агрегаты трансмиссии и другие. Практикуется нанесение таких покрытий и на юбки поршней. Ресурс работы деталей с покрытиями МoS2 возрастает на 30–50%, выше надёжность их работы. Для поддержания защитного слоя в смазочные масла вводят присадки, содержащие дисульфид молибдена. Рекомендуемая толщина плёнки 5–15 мкм, более толстый слой подвержен растрескиванию и скалыванию при высоких нагрузках.

В последние годы всё более широкое применение находят твёрдые смазочные полимерные материалы, например на основе политетрафторэтилена или тефлона. Эти покрытия рекомендуются для всех двигателей.

 Политетрафторэтилен добавляют в горячее, свежее масло работающего двигателя в соотношении 1:5. Образующаяся суспензия в течение пробега около 5000 км обволакивает все детали двигателя, проникает в микронеров-ности и образует прочно сцепляющееся полимерное покрытие толщиной      1–2 мкм. Применяется один раз на весь срок службы двигателя. Снижается трение, износ деталей и расход топлива.

3. Добавки к смазочным маслам получили в последнее время широкое распространение. Они могут улучшать условия трения, как на срок службы залитого масла, так и на более продолжительное время. В своём роде это дополнительные присадки к смазочным маслам, улучшающие те или иные их качества.

Интерес вызывают добавки препаратов, восстанавливающих изношенные поверхности путём своеобразного «напыления». В качестве примера можно привести препарат «Metal-5» (Франция). Этот препарат представляет собой дисперсию микрочастиц цинка, меди и серебра в масле. Его заливают в двигатель и микрочастицы металлов оседают в местах максимального трения сопряжённых пар (стенки цилиндров, подшипники трения и т. д.). В результате такой металлизации трущихся поверхностей, восстанавливается геометриче-ская форма деталей, возрастает мощность и снижается расход топлива и масла.

Представляется перспективной и добавка в моторные масла микрочастиц керамики, которые образуют защитный слой, как и в случае применения твёрдых смазочных покрытий, но этот слой, в силу пористости керамики, удерживает запас масла на трущихся поверхностях, обеспечивая смазку при невысоких нагрузках даже при отсутствии моторного масла в картере двигателя.

Необходимо отметить, что, к сожалению, часто встречаются добавки сомнительного качества и даже просто неработоспособные, могущие принести вред. Поэтому при использовании тех или иных добавок необходимо убедиться в их эффективности или избегать их применения.

Высококачественные добавки к смазочным маслам существенно повышают эксплуатационные и экономические показатели работы двигателей и автомобилей в целом.

 

 

Глава 2

Моторные масла

 Из всех смазочных масел к моторным маслам предъявляют наиболее жёсткие требования. Это объясняется специфичностью их работы, влиянием качества масел на условия работы и долговечности основного агрегата автомобиля – двигателя.

2.1. Условия работы автомобильных моторных масел

и требования к маслам

В современных двигателях применяют комбинированную систему смазки деталей. В такой системе смазка производится подачей масла под давлением или же разбрызгиванием и самотёком (при стекании масла в поддон).

Под давлением смазываются шейки коленчатого валов, втулки коромысел и верхние наконечники штанг. На некоторых двигателях под давлением смазываются втулки верхней головки шатуна и поршневые пальцы.

Пространство картера при разбрызгивании масла коленчатым валом, другими вращающимися деталями и выпрыскивании масла через отверстие в верхней головке шатуна заполняется мельчайшими частицами масла – масляным туманом. Туман, осаждается на деталях, проникает в зазоры и смазывает их. Разбрызгиванием масла, масляным туманом и самотёком смазываются кулачки распределительного вала, нижние наконечники штанг, механизмы вращения выпускных клапанов, привод во вращение распределительного вала и другие детали и механизмы.

Одним из важнейших аспектов специфики условий работы моторных масел является температурный режим. В двигателе внутреннего сгорания можно выделить три зоны:

– высокотемпературную, к которой относят камеру сгорания, днище поршня и верхнюю часть цилиндра. Температура горящих газов достигает до 2500 ºС, отсюда нагрев днища поршня составляет до 400 ºС, а выпускных клапанов даже до 800 ºС. Масло, попадающее в эту зону, сгорает с образованием нагара (расход масла на угар);

– среднетемпературную, включающую боковую поверхность поршня, верхнюю часть шатуна и стенки цилиндра. Максимальная температура в этой зоне развивается в области верхних поршневых колец (до 300…350 ºС), поэтому верхнее компрессионное кольцо иногда помещают в чугунную вставку и хромируют. Масло в этой зоне находится в тонком слое. На него каталитически действуют металлы, ускоряющие процесс образования отложений. В результате уплотнения продуктов окисления в этой зоне образуются лаковые отложения в виде плёнки;

– низкотемпературную – область коленчатого вала, картер и т. д. Наиболее высокая температура масла в этой зоне (до 180 ºС) может быть в области коренных и шатунных подшипников коленвала. Температура масла в картере работающего двигателя зимой равна 40…50 ºС, летом – 70…80 ºС и при высоких нагрузках может повышаться до 120…130 ºС. Нахождение масла в этой зоне в туманообразном состоянии способствует его окислению. Основными продуктами окисления являются органические кислоты. Высокомолекулярные кислоты и продукты их превращения могут выпадать из масла в виде липкого осадка вместе с механическими примесями и водой (низкотемпературные отложения).

Постоянный процесс совершенствования поршневых двигателей вызывает возрастание нагрузок, скоростей скольжения и температуры в узлах трения. Удельные давления  в различных узлах двигателей в значительной степени различаются по величине. В зоне компрессионных колец они составляют 0,15–0,30 Мпа, маслосъёмных – 0,5–1,3 Мпа, подшипников коленчатого вала – 20–30 Мпа, а в паре кулачок-толкатель они достигают 1000–2000 Мпа.

Скорости движения поршня в средней части цилиндра составляют    20–25 м/с, а скорости скольжения в подшипниках коленчатого вала – до 15 м/с.

Отличительные особенности процессов смазки двигателей внутреннего сгорания связаны больше всего со специфичностью работы в цилиндропоршневой группе, где создаются благоприятные условия для образования на поршнях лаковой плёнки. Эта плёнка вызывает фиксацию (залегания) поршневых колец в канавках и является термоизолятором.

Исходя их вышеизложенного, моторные масла для ДВС должны отвечать следующим требованиям:

– пологая температурно-вязкостная характеристика;

– достаточный уровень противоизносных и антифрикционных свойств;

– обеспечение минимального количества лаковых отложений;

– защита смазываемых деталей от коррозии;

– уплотнение зазоров в сопряжениях деталей и, в первую очередь, пары поршень-цилиндр;

– отвод тепла от трущихся деталей;

– удаление загрязнений из зон трения;

– физическая и химическая стабильность;

– лёгкое отделение от воды, достаточная деэмульгирующая способность;

– обеспечение надёжного пуска двигателя и быстрый его прогрев при низких температурах с минимальным износом;

– большой срок эксплуатации и малый расход;

– обеспечение экономии топлива;

– нейтральность к конструкционным материалам;

– минимальное нагаро- и осадкообразование;

– высокие антипенные свойства;

– взаимозаменяемость;

– широкая сырьевая база, экологичность, нетоксичность, дешевизна.

Только отвечающие перечисленным свойствам моторные масла могут обеспечить полноценную работу высокооборотных, мощных современных двигателей внутреннего сгорания.

2.2. Особенности эксплуатационных свойств             моторных масел

В настоящее время основными направлениями двигателестроения являются: увеличение мощности, повышение экономичности и надёжности, улучшение пусковых свойств и уменьшение массы и габаритов. Для обеспечения работы постоянно модернизируемых двигателей необходимы высококачественные моторные масла. Состояние и перспективы применения моторных масел могут быть рассмотрены на основе их эксплуатационных свойств.

Вязкостно-температурные свойства являются основными, определяющими лёгкость пуска холодного двигателя и его минимальный износ при выходе на рабочий режим. Вязкость масла при прогреве двигателя от температуры минус 18 С до 100 С может изменяться более, чем в 1000 раз (всесезонное масло с вязкостью 6з/10). Кроме того, при запуске двигателя в зимних условиях в первые минуты масло практически не поступает к главной паре трения – поршень-цилиндр. Так, в двигателе Д-75 зимой (минус 20 оС) масло с вязкостью при 100 оС равной 8 сСт в главной масляной магистрали появляется через 60 с, а с вязкостью 10 сСт – через 81 с после пуска. Это вызывает интенсивный износ, по некоторым источникам, равный износу при пробеге  до 600 км. Для обеспечения минимального износа деталей двигателя лучше использовать масла большей вязкости. Однако такое увеличение, особенно для двигателей, не прогретых до рабочей температуры, кроме износа, вызывает ухудшение топливно-экономических показателей. Снижается прокачиваемость масел, а чем ниже прокачиваемость, тем выше износ и ниже надёжность работы двигателя. И всё-таки, при прогретом двигателе, износ двигателей тем меньше, чем выше вязкость масла ( рис. 2.1).

Рис. 2.1. Зависимость износа поршневых колец автомобильного карбюраторного двигателя от вязкости масла

Следовательно, оптимальным является вариант, когда масло перед пуском двигателя прогревают до рабочей температуры.

Для оптимизации температурно-вязкостных свойств моторных масел применяют высококачественные загущающие присадки, дающие отличные результаты: при пуске двигателя ЯМЗ-238 при температуре минус 30 оС время до поступления загущенного масла 5 з/10 в нижнюю часть цилиндра такое же, как при 0оС на незагущенном масле с вязкостью 8 сСт при 100 оС.

Для определения индекса вязкости используют различные методы. Расчётный предполагает сравнение с эталонными маслами и требует справочных таблиц. Гораздо проще определить индекс вязкости по номограмме (рис. 2.2). Для этого необходимо определить вязкость исследуемого масла при 50 ºC и 100 ºC, затем восстановить перпендикуляры и определить на какую линию приходится точка пересечения. Около каждой линии указан индекс вязкости.

Рис. 2.2. Номограмма для определения индекса вязкости

Загущенные моторные масла имеют достаточный уровень вязкости при рабочих температурах и низкую вязкость при отрицательных температурах пуска. Индекс вязкости загущенных моторных масел находится в пределах 115–140 против 80–90 у незагущенных. Кроме того, при высоких скоростях сдвига загущенные масла способны снижать вязкость, приближаясь к уровню нефтяной основы. Это благоприятно влияет на экономические характеристики двигателя (табл. 2.1).

Повышение экономических характеристик двигателя достигается облегчённым пуском, быстрым прогревом, снижением механических потерь и повышением мощности до 7%.

               Таблица 2.1

Снижение расхода топлива при использовании загущенного масла

(автомобиль Урал - 375)

Температура воздуха, ºC

Расход топлива, л/100 км

Снижение расхода топлива, %

двигатель – масло   8 сСт, трансмиссия – масло 16 сСт

двигатель и трансмиссия – загущенное масло 5з/10

5

–10

–14

–23

54

59

63

91

51

53

54

62

5,5

10,3

14,3

31,9

В качестве загущающих присадок для моторных масел используют присадку ИХП-234 (полиизобутилен – сульфонат кальция), получаемую сульфатированием полиизобутилена КП-10 с последующей нейтрализацией кислот гидроокисью кальция. Это наиболее эффективная присадка, применяют и другие. Работы по созданию новых присадок ведутся постоянно. Это связано прежде всего с тем, что высокий температурный режим современных двигателей может вызвать термическую или механическую деструкцию (разрушение) вязкостных присадок, в результате чего произойдёт необратимое падение величины вязкости масла со всеми вытекающими последствиями. Кроме того, загущающие полимеры снижают эффективность некоторых моющих присадок, подавляя их функциональные группы.

Моюще-диспергирующие свойства, показывающие склонность к отложениям во многом определяют возможность применения моторных масел на тех или иных двигателях.

Рассмотренный в предыдущей главе механизм лакообразования обуславливает состав моторных масел, введение в них соответствующих присадок, которые должны препятствовать протеканию химических процессов уплотнения молекул, процессов адсорбции и коагуляции. Присадки, предупреждающие процессы образования лаковой плёнки, называют моющими.

Абсолютное большинство используемых в настоящее время моторных масел содержит в своём составе моющие присадки зольного типа – сульфонатные (СБ-3, ПМС-А), алкилфенольные (БФКу, ВНИИ НП-370) и другие. Многие из них проявляют высокий моющий эффект:

– удерживают тяжёлые продукты окисления во взвешенном состоянии;

– переводят нерастворимые в масле продукты окисления в коллоидный раствор;

– препятствуют адсорбции продуктов окисления на нагретых металлах благодаря образованию на них поверхностно-активных слоёв – проявляют экранирующий эффект.

При попадании масла с моющими присадками в камеру сгорания  образуются абразивные частицы, основой которых являются продукты окисления присадок, содержащих в своём составе металлы.

В настоящее время ведутся работы по созданию моторных масел с беззольными диспергирующими присадками. Примером таких присадок являются сукцинимидные продукты (дипол-45, ЛЗ-325, С-5А), отличающиеся между собой количеством аминогрупп, длиной и разветвленностью алифатических цепей.

Сукцинимиды не только не образуют абразивные частицы, но и по эффективности диспергирующего действия превосходят многие зольные присадки. Недостаток – невысокая термическая стабильность: при температурах выше 280 ºC (в зоне верхнего поршневого кольца) они разрушаются.

Нагарообразование в основном определяется составом и концентрацией присадок. Так, присутствие серы в составе присадок повышает твёрдость отложений настолько, что они могут стать абразивными продуктами. Наличие металлов по действию аналогично, но вклад их в увеличение количества, повышение прочности и плотности нагаров более значителен. В связи с этим при введении в масла присадок различного назначения следует учитывать их влияние на образование нагаров.

Нагарообразующую способность масел характеризуют коксуемостью, количеством нагара, образующегося в стандартных условиях, зольностью. Суть методов определения коксуемости сводится к нагреву до высокой температуры навески масла и определению количества образующегося кокса. Зольность определяют прокаливанием в муфельной печи навески масла.

Низкотемпературные отложения (осадки) зависят от содержания в масле механических примесей и воды. На треть они состоят из образующейся в картере или попадающей туда воды. Однако значительное влияние на осадкообразование оказывает и качество топлива. Несгоревшее топливо и продукты его горения, попадая в масло, снижают вязкость и ухудшают диспергирующую способность последнего. Значительный вклад в образование осадков вносят окислы свинца при применении этилированных бензинов. В дизелях масла загрязняются попаданием в них углистых частиц и большим количеством сернистых соединений. Окислы азота, оказывая сильное каталитическое действие на ускорения реакций окисления и уплотнение углеводородов также способствуют образованию отложений. Непосредственно склонность моторных масел к осадкообразованию не определяют, косвенно – по оценке химической и физической стабильности.

Довольно эффективным методом по борьбе с нагаром является движение в течение нескольких часов с повышенной скоростью и нагрузками. Такой режим работы двигателя способствует расслоению и удалению нагара из камеры  сгорания.

Расклинивающие и полирующие свойства масел в значительной мере определяют антифрикционные и противоизносные свойства моторных масел, применяемых на современных двигателях внутреннего сгорания.

Антифрикционные и противоизносные действия в условиях двигателя, так же, как в общем случае, проявляют адсорбированные на поверхности металла слои молекул масла и модифицированные слои поверхности металла, образующиеся в результате его химического взаимодействия с активными молекулами  масла. Особенности проявления антифрикционных и противо-износных свойств связаны со специфичностью работы двигателя, отдельных его узлов, для которых характерны переменные нагрузки, скорости и температуры. В этих условиях особое значение приобретают скорости процессов разрушения и формирования смазочных слоёв. Так, медленная многостадийная десорбция молекул масла при повышении температуры является благоприятной, так как в результате этого обеспечивается смазка многих участков трения.

Антикоррозионные свойства моторных масел обеспечиваются введением высокоэффективных антиокислительных присадок. Это вызвано тем, что масло находится в виде тонкой плёнки, особенно в высокотемпературной зоне, а также в виде масляного тумана. Для предотвращения ускоренных в таких условиях химических реакций и применяют присадки. Это препятствует образованию химически активных соединений, вызывающих коррозию. Учитывается также и действие аналогичных соединений, образующихся в результате воздействия топлива и продуктов его горения.

Химическая стабильность моторных масел предопределяет продолжи-тельность их работы. Пока сроки смены устанавливают по километражу пробега (количеству моточасов работы двигателя). Более  рационально производить смену масел по их фактическому состоянию. Это вызвано различными условиями работы двигателей на транспортных, специальных машинах или в стационарных условиях. В общем виде качество моторных масел определяют по вырабатыванию присадок, изменению вязкости, обводнению и загрязнению.

Химическая стабильность моторных масел обеспечивается их составом и введением присадок. Увеличивается стабильность повышение содержания ароматических и циклановых углеводородов, особенно конденсированных. Широко применяют присадки. Присадки, проявляющие только антиокисли-тельный эффект (МБ-1, НГ-2246 и другие), в настоящее время применяют редко. Обычно используют многофункциональные присадки МНИИ ИП-22К, ВНИИ НП-360, ДФ-11 и другие, улучшающие несколько свойств масла.

Физическая стабильность моторных масел имеет большое значение, так как во многих случаях определяет возможность их применения. Наиболее важны такие показатели, как вспениваемость и испаряемость. Пена неизбежно образуется в двигателе, где много быстро вращающихся и перемещающихся деталей. Присадки должны уменьшать прочность оболочки пузырьков и разрушать их. Антипенные присадки плохо растворяются в маслах и имеют малое поверхностное натяжение. Концентрируясь на границе раздела фаз, они предупреждают образование пузырьков газа и способствуют исчезновению появившихся. Испаряемость является определяющим показателем расхода масла. Чтобы сократить испарение моторных масел, при их производстве используют базовые масла узкого фракционного состава. Так, температуры выкипания моторных масел среднего значения вязкости (8–10 сСт при 100 ºC) составляют 410…480 ºC. Кроме того, при увеличении испаряемости, повышается лакообразование на деталях. Поэтому маловязкие нефтяные фракции, используемые для получения загущенных масел, имеют меньший диапазон выкипания – 370…410 ºC.

При рассмотрении защитных свойств масел особое внимание обратим на консервационные свойства. Много индивидуального транспорта, а также большая часть промышленного используется периодически. Скорость  коррозии при хранении машин и механизмов в значительной степени связана с возможностью попадания в двигатель воды, создающей предпосылки к электрохимической коррозии. Неблагоприятна и кратковременная эксплуатация техники. Этот вопрос рассмотрен в предыдущей главе.

Моторные масла обладают плохими защитными свойствами, так как не в состоянии преградить доступ к металлическим поверхностям влаги и кислорода воздуха, а также других агрессивных продуктов окружающей среды. Для улучшения защитных свойств в моторные масла вводят присадки. Прежде всего для защиты чёрных металлов – АКОР-1, концентрат КП, ИНГА-1 и другие. Лучшими свойствами их них обладает присадка ИНГА-1 (нитрооксиалкил-сукцинимид мочевины). Она обладает хорошими защитными свойствами и является термостабильной – до 300 ºC против 180 ºC у АКОР-1 и КП.

Защитными свойствами обладают некоторые многофункциональные присадки. Наиболее активно защищают детали от коррозии сульфонаты магния и сверхщелочные сульфонаты кальция, менее эффективно – низкощелочные сульфонаты кальция и бария, сукцинимиды.

Присадки, применяемые для улучшения качества моторных масел в обобщённом виде представлены в табл. 2.2, 2.3.

Таблица 2.2

Основные типы присадок к моторным маслам

Тип

Функциональное назначение

Химические соединения

Вязкостные (загущающие)

Уменьшают степень изменения вязкости с изменением температуры

Полиизобутилен, полиметакрилат, сополимеры стирола с буталеном и др.

Моющие (детергенты)

Уменьшают и предотвращают образование высокотемпературных отложений, обеспечивают чистоту деталей, нейтрализуют продукты окисления топлива и масла

Масляные и синтетические сульфонаты металлов кальция, магния и др. фосфонаты салицилаты

     Окончание табл. 2.2

Тип

Функциональное назначение

Химические соединения

Диспергирующие (дисперсанты)

Поддерживают загрязняющие примеси в масле в мелкодисперсном состоянии и предотвращают образование низкотемпературного шлама

Сукцинимиды                (янтарной кислоты)

Антиокислительные и антикоррозионные

Снижают скорость окисления и образования нерастворимых, а также коррозионно-агресивных продуктов  в масле. Уменьшают рост вязкости и предотвращают коррозию деталей из цветных сплавов

Диалкилдитиофосфат цинка, дитиокарбамат цинка, эфиры, бензотриазол

Противоизносные и противозадирные

Предотвращают  разрушение контактирующих поверхностей деталей при граничном трении, снижают износ за счёт образования на поверхностях трения защитных плёнок

Дитиофосфаты металлов, нафтенат свинца, трикрезилфосфат,     олеиновая кислота

Депрессорные

Понижают температуру застывания масла за счёт снижения интенсивности образования кристаллов парафина при низких температурах

Полиметакрилат и др.

Ингибиторы коррозии

Предотвращают коррозию (ржавление) деталей из чёрных металлов

Сульфонаты магния и кальция

Антифрикционные (модификаторы трения)

Уменьшают трение в сопряженных парах, снижают расход топлива двигателем

Дисульфид молибдена, дитиофосфаты молибдена, соединения графита, бораты

Противопенные

Предотвращают образование пены в двигателе

Полисилоксаны

 Таблица 2.3

Присадки к моторным маслам, допущенные

Волжским автомобильным заводом

Присад-ка

Состав (активный компонент)

Назначение

Применение

Деста

Дисперсия ультрадисперсных частиц алмаза и графита

Улучшает микроструктуру поверхности трения, особенно при приработке отремонтированных двигателей

Используется не более одного раза до капитального ремонта

Экон

Дисперсия ультрадисперсных частиц алмаза и графита, малорастворимые соединения меди

То же

То же

Фриктол

Сложные малорастворимые соединения молибдена

Способствует снижению сил трения и износа, ускоряет приработку

При постоянной эксплуатации

Экомин

То же

То же

То же

Моли-Приз

Моликом

Моли-Кристалл

Органический эфир животного происхождения

Способствует снижению сил трения и износа

Озерол

Соединения азота

Способствует снижению износа

Экомин ДМ

Дисперсия дисульфида молибдена в

масле с функциональными присадками

Снижает износ деталей и потерь на трение, способствует ускорению приработки

Экомин ДМГ

Дисперсия дисульфида молибдена и графита в масле с функциональными присадками

То же


     
Окончание табл. 2.3

Присад-ка

Состав (активный компонент)

Назначение

Применение

Ресурс, Ресурс-супер

Дисперсия в масле микропорошка медного сплава

Снижает износ деталей, способствует восстановлению показателей изношенных двигателей по компрессии и мощности

В любой период эксплуатации, кроме гарантийного

Ремол-1

Дисперсия в масле микропорошка меди

То же

То же

Дека-Приз

Способствует удалению загрязнений различного типа с деталей двигателя (промывочное средство)

Вводится в работающее масло в количестве 0,5 л. промывка проводится в течение 2 ч на эксплуатационных режимах

Высокие эксплуатационные свойства моторных масел обеспечивают работу бензиновых и дизельных двигателей на всех режимах, с минимальными потерями энергии на трение, с высокими технико-экономическими показателями и с высокой степенью защиты от износа и коррозии в течение длительной эксплуатации.

2.3. Классификация моторных масел

Первые двигатели внутреннего сгорания были малой мощности, с невысокой частотой вращения и не требовали высококачественных смазочных материалов. Потом частоту вращения и мощность стали повышать, что потребовало улучшения эксплуатационных свойств моторных масел. Изобретение дизельного двигателя потребовало создание нового класса моторных масел.

Условия применения масел в карбюраторных двигателях являются более мягкими. Однако тенденция форсирования двигателей, повлекшая за собой возрастание термических и механических нагрузок вызывает необходимость использования масел с более высокой стабильностью, меньшей способностью к образованию отложений, лучшими противоизносными свойствами. В дизельных двигателях гораздо выше степень сжатия, что увеличивает нагрузки в сопряжениях деталей, где находится масло. В масло попадают продукты неполного сгорания более тяжёлых, по сравнению с бензинами, топлив. Углистые частицы являются центрами коагуляции тяжёлых молекул масла и способствуют образованию лаковой плёнки и нагара. Продукты сгорания серы и её соединений обладают повышенной коррозионностью, их необходимо нейтрализовать. Эти и другие факторы определяют дополнительные требования к дизельным моторным маслам.

Настоятельное требование к современным моторным маслам – их унификация. Большой ассортимент масел вызывает затруднения и ошибки при их использовании. Реализация требований унификации в области моторных масел привела к созданию универсальных (единых) масел для бензиновых двигателей и дизелей.

До 1964 г. за основу маркировки был принят способ производства масел. Например, обозначение АСЗп-6: А – автотракторное масло; С – селективной очистки; З – загущенное; п – с присадками; 6 – номинальная кинематическая вязкость в мм2/с (сантиСтокс (сСт)) при 100 оС. Такое обозначение не содержало сведений о том, для каких двигателей по степени форсирования (мощности) и быстроходности это масло предназначено.

В 1964 г. Была разработана новая классификация моторных масел, для удобства пользования которой масла маркировались по величине вязкости и температурным режимам двигателей, их степени форсирования и качеству топлива. Эта классификация была утверждена ГОСТ 17479-72, а затем ГОСТ 17479.1-85.

Здесь следует отметить, что ГОСТ 17479 определяет не только моторные масла:

– ГОСТ 17479.1-85 – моторные масла;

– ГОСТ 17479.2-85 – трансмиссионные масла;

– ГОСТ 17479.3-85 – гидравлические масла;

– ГОСТ 17479.4-85 – индустриальные масла.

Эти стандарты определяют классификацию и обозначение каждый своей группы масел.

2.3.1. Обозначение моторных масел

Являющийся основой отечественной системы обозначения моторных масел, ГОСТ 17479.1-85 предусматривает указание в обозначении принадлежность моторного масла к определённым классам по вязкостным и эксплуатационным свойствам. По вязкостному классу можно определить возможность применения масла летом, зимой или всесезонно. По эксплуатационным свойствам масла определяют: работу каких двигателей по степени форсированности данное масло может обеспечить. Степени форсирования двигателя подразделяют по литровой мощности (количеству кВт, приходящихся на 1 литр рабочего объёма двигателя), степени сжатия и частоте вращения коленчатого вала.

В зависимости от величины кинематической вязкости, моторные масла делят на классы (табл. 2.4).

Для всех классов указывают пределы кинематической вязкости при      100 ºС, а для зимних и всесезонных – дополнительно нормируется величина кинематической вязкости при минус 18 ºС. Но в настоящее время проводится разработка ГОСТР и  изменений к ним по введению для зимних масел вместо кинематической вязкости при минус 18 ºС, динамической вязкости при температурах ниже 0 ºС (аналогично зарубежной классификации).

Таблица 2.4

Классы вязкости моторных масел

Класс вязкости по ГОСТ 17479,1

Вязкость кинематическая при температуре

100 С

Не менее

Не более

3,8

4,1

5.6

5.6

6

5.6

7,0

8

7,0

9,3

10

9,3

11,5

12

11,5

12,5

14

12.5

14,5

16

14,5

16.3

20

16,3

21,9

24

21,9

26,1

3з/8

7,0

9,5

4з/6

6,6

7,0

4з/8

7,0

9,3

4з/10

9,3

11,5

5з/10

9,3

11,5

5з/12

11,5

12,5

5з/14

12,5

14,5

6з/10

9,3

11,5

6з/12

11,5

12.5

6з/14

12,5

14,5

6з/16

14,5

16,3

Загущенные масла невысокой вязкости 3з, 4з, 5з, 6з и незагущенные 6 и   8 сСт рекомендуется применять зимой.

Незагущенные масла с вязкостью при 100 ºС от 10 сСт и выше считают летними. Масла, обозначаемые через дробь – всесезонными. Например, 5з/10. Цифра в числителе обозначает вязкость исходного масла до загущения, буква «з» указывает на применение загущающих присадок и цифра 10 – кинематическая вязкость масла при 100 ºС после загущения. Иногда букву «з» расшифровывают как «зимнее» масло, что, в общем, правильно.

Эксплуатационные свойства масел, т. е. способность обеспечить работу тех или иных двигателей обозначают буквами русского алфавита. Все двигатели внутреннего сгорания, которые применялись и применяются в настоящее время на автотранспортных средствах, делят на группы. Эти группы отражены в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Группы моторных масел в зависимости от уровня

эксплуатационных свойств в области их применения

Группа

Рекомендуемая область применения

А

Нефорсированные бензиновые двигатели и дизели

Б

Малофорсированные бензиновые двигатели и дизели

Б1

Б2

Малофорсированные бензиновые двигатели, работающие в условиях, способствующих образованию высокотемпературных отложений и коррозии подшипников

Малофорсированные дизели

В

Среднефорсированные бензиновые двигатели и дизели

В1

В2

Среднефорсированные карбюраторные двигатели, работающие в неблагоприятных условиях, способствующих окислению масла и образованию всех видов отложений

Среднефорсированные дизели, предъявляющие повышенные требования к антикоррозионным, противоизносным свойствам масел и их склонности к образованию высокотемпературных отложений

Г

Высокофорсированные бензиновые двигатели и дизели

Г1

Г2

Высокофорсированные карбюраторные двигатели, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях, способствующих окислению масла, образованию всех видов отложений, коррозии и ржавлению.

Высокофорсированные дизели без наддува или с умеренным наддувом, работающие в неблагоприятных эксплуатационных условиях, способствующих образованию высокотемпературных отложений.

Д

Высокофорсированные дизели с наддувом, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях или когда применяемое топливо требует использования масел с высокой нейтрализующей способностью, антикоррозионными и противоизносными свойствами, малой склонностью к образованию всех видов отложений.

Е

Лубрикаторные системы смазки цилиндров дизелей, работающих на топливе с высоким содержанием серы.

Принадлежность масел к той или иной группе устанавливают на основании результатов моторных испытаний на специальных одноцилиндро-вых или полноразмерных двигателях. Для масел различных групп установлены нормы на оценочные показатели, предусмотренные методами испытаний на двигателях.

Отнесение масла к соответствующей группе свидетельствует об определённом уровне его эксплуатационных свойств (антиокислительных, моюще-диспергирующих, противокоррозионных и т. д.), характеризующих качество масла данной группы. Повышение эксплуатационных свойств (группы эксплуатации), как правило, достигается путём расширения ассортимента и общего количества присадок в маслах [12]:

Группа масла    А Б1 В1 Г1

Содержание присадок, %  3,5 5,5 8,0 10–15

Определить группу двигателя по степени форсированности с достаточной степенью точности, быстро и просто можно по степени сжатия. Степень сжатия является определяющим фактором при повышении мощности двигателя     (табл. 2.6). Нефорсированные бензиновые и дизельные двигатели, а также малофорсированные в настоящее время считают устаревшими и на автомобили не ставят.

Так как к бензиновым и дизельным двигателям одной группы предъявляют разные требования, что определено условиями работы, то для различия масел после буквы, обозначающей группу эксплуатации ставят цифру, определяющую тип двигателя:

1 – бензиновые двигатели (В1, Г1);

2 – дизельные двигатели (В2, Г2).

Если цифра отсутствует, это означает, что масло универсальное, т. е. может быть применено на бензиновых и дизельных двигателях этой группы.

Таблица 2.6

Определение степени форсированности двигателя по степени сжатия ()

Двигатели

Среднефорсированные      (группа В)

Высокофорсированные (группа Г)

Бензиновые

Дизельные

После группы эксплуатации строчными буквами иногда указывают дополнительную информацию:

к – масло для двигателей семейства КамАЗ;

и – масло имеет импортные присадки;

рк – масло рабоче-консервационное;

цл-20 – масло для ДВС с циркуляционной (ц) и лубрикаторной (л) системами смазки, имеющие щелочное число около 20 мг КОН/г;

тс – масло может использоваться и в агрегатах трансмиссии (т), по составу синтетическое (с);

у – масло с увеличенным сроком службы.

Например:

1. Масло М 10 Г2(к) – масло моторное для высокофорсированных (Г) дизельных (2) двигателей семейства КамАЗ (к) летнее (вязкость 10сСт).

2. Масло М 6з/14 Г1(и) – масло моторное для высокофорсированных (Г) карбюраторных (1) двигателей всесезонное (загущенное масло с вязкостью после загущения 14 сСт – 6з/14). При изготовлении масла использованы импортные присадки.

3. Масло М 6з/10 В(у) – масло моторное для среднефорсированных (В) двигателей универсальное (цифра после буквы В отсутствует), т. е. может использоваться на бензиновых и дизельных двигателях, всесезонное (6з/10), с увеличенным сроком службы (у). Иногда это масло называют долго-работающим.

2.4. Старение моторного масла

В процессе использования машины (работы двигателя) масло неизбежно подвергается изменениям. В масло попадают механические примеси и вода, в нём накапливаются и химические соединения: растворимые и нерастворимые продукты окисления, образующиеся как в самом масле, так и при сгорании топлива. Чем больше степень форсированности двигателя, тем быстрее окисляется масло. Происходят также физико-химические превращения вводимых в масло присадок.

Старение (загрязнение) масла является основной причиной образования отложений на деталях и в масляных магистралях и каналах, что снижает надёжность и долговечность работы двигателей.

При работе двигателя на нагретых до высокой температуры деталях образуются высокотемпературные отложения в виде лаков и нагаров. На низкотемпературном режиме резко ухудшается процесс сгорания. Это легко определить: отработавшие газы имеют явный запах бензина. Неполное сгорание способствует увеличению поступления в картер двигателя частично окисленных продуктов сгорания, в том числе и водяных паров. В результате образуются мазеобразные и шламовые низкотемпературные отложения.

Старение масла и образование высоко- и низкотемпературных отложений на деталях двигателя может вызвать:

– закоксование поршневых колец, их пригорание и полную потерю подвижности – «залегание» в канавках поршня;

– повышение температуры деталей вследствие ухудшения тепловода через теплоизолирующие отложения;

– заклинивание клапанов в направляющих втулках – «зависание» клапанов;

– трещины и прогар клапанов;

– уменьшение проходного сечения каналов и магистралей;

– загрязенение сеток маслоприёмников насосов, фильтрующих элементов, жиклёров центрифуг, дренажных отверстий в маслосъёмных кольцах и поршне;

– повышение коррозионного износа деталей цилиндропоршневой группы;

– абразивное изнашивание деталей твёрдыми частицами механических примесей;

– повышенную коррозию подшипниковых сплавов и ржавление железо-содержащих деталей.

Современные масла с повышенным содержанием присадок, попадая в камеру сгорания, в процессе естественного угара сгорают с образованием зольных отложений. Откладываясь на деталях, эти отложения ухудшают теплоотвод, что приводит к оплавлению, растрескиванию и обгоранию поршней и выпускных клапанов (впускные охлаждаются поступающей горючей смесью). Особенно это характерно для двигателей с воздушным охлаждением, у которых температурный режим работы повышен.

Для моторных масел характерно также загрязнение пылью, попадающей с поступающим для горения воздухом или с недостаточно чистым (очищенным) топливом.

В работающих маслах всегда накапливается вода. Больше всего её попадает в масло из камеры сгорания с прорывающимися газами – при сгорании 1 кг топлива образуется 1,2–1,4 кг воды. Вода может поступать и через неплотности системы охлаждения, а также конденсироваться на внешних стенках картера и поддона остановленного двигателя, так как они остывают быстрее. Вода, при нахождении её в масле, приводит к повышению коррозионности и ухудшению смазывающих свойств. Для предотвращения этих явлений необходимо поддерживать в исправном состоянии систему вентиляции картера, обеспечивать ускоренный прогрев двигателя и постоянно поддерживать оптимальный тепловой режим работающего двигателя.

У бензиновых двигателей возможно неполное сгорание горючего при повышенном содержании тяжёлых углеводородов (выше температура конца перегонки). Несгоревшие остатки стекают по стенкам цилиндров и смывают масло, увеличивая износ. Затем они попадают в масляный поддон. В зависимости от качества масла и технического состояния двигателя в масле может накапливаться до 5–10% несгоревшего топлива, что более чем вдвое понижает температуру вспышки масла и ухудшает его смазывающую способность.

У дизелей состав горючей смеси более бедный. Повышенное содержание воздуха ускоряет загрязнение масла пылью из атмосферы. Кроме того, повышено загрязнение масла продуктами неполного сгорания тяжёлого топлива (сажистыми частицами) и окислами серы.

В результате старения и загрязнения меняется внешний вид масла – оно темнеет. При сильном увеличении в толще масла можно заметить много различного размера взвешенных частиц. В этом случае значительно возрастает роль фильтров. Дизели оборудуют высокоэффективными центробежными фильтрами, часто сдвоенными, полнопоточными.

Необходимо отметить, что в процессе эксплуатации введённые в масло присадки «срабатываются». Скорость процесса зависит от типа и теплонапряжённости двигателя, его техничекого состояния, условий работы, качества топлива и других факторов. Прежде всего, присадки  расходуются при выполнении своих основных функций, а образующиеся вещества задерживаются фильтрами. Своевременная замена масла позволяет поддерживать концентрацию присадок на должном уровне. Значительно влияет на разложение присадок попадающая в масло вода. Они разлагаются и выпадают в осадок, причём наиболее активные [6]. Ещё более вредное действие оказывает сера, точнее её окислы. Поэтому для двигателей, работающих на высокосернистом топливе, рекомендуется использование масел группы Е, содержащих присадки, нейтрализующие образующиеся на основе серы кислоты.

При всём вышеизложенном следует иметь в виду, что, несмотря на глубокие изменения качества масла при работе в двигателях, основой его углеводородный состав меняется незначительно. Если из масла удалить все механические примеси и продукты окисления (всего 4–6%), ввести недостающие выработанные присадки, то можно получить качественное моторное масло (регенерация масел).

2.5. Сроки замены масел

Сроки замены масел, указанные в руководствах по эксплуатации двигателей, определяют при стендовых испытаниях разработанных моделей и всестороннем контроле качества масел и техничесокго состояния двигателей в ходе испытаний. Поэтому рекомендации заводов-изготовителей ДВС являются основополагающими.

В процессе эксплуатации зазоры в сопряжениях, подлежащих смазке, увеличиваются, возрастают утечки масла из трибоузлов. В этом случае применяют масла той же группы, но следующего класса вязкости в сторону увеличения, не забывая о том, что, при низких температурах во время запуска холодного двигателя, смазка узлов и агрегатов ухудшается.

Каждый двигатель, даже одной и той же марки, работает в разных условиях и изнашивается по разному. Факторов, определяющих эксплуатацию, очень много. Поэтому чётко определить срок работы масла нельзя и рекомендации завода-изготовителя являются ориентировочными. Средняя продолжительность работы моторного масла в бензиновых и дизельных двигателях внутреннего сгорания составляет 10–20 тысяч километров пробега автомобиля. Современные моторные масла должны иметь ресурс 20–40 тысяч километров пробега или 500–1000 моточасов [14].

2.5.1. Основные факторы, влияющие на срок службы масла

1. Вид горючего оказывает значительное влияние на продолжительность работы масла в двигателе. В карбюраторных двигателях с меньшей степенью сжатия и меньшей жесткостью работы масло работает дольше. Но очень сильно увеличивает срок службы масла газообразное топливо. Оно сгорает, не оставляя жидкого остатка, который, стекая в поддон, перемешивается с маслом. Масло сохраняет качество при вдвое большем пробеге: 24 и 48 тыс. км для ГАЗ-24, 15 и 30 тыс. км для ЗИЛ-130.

2. Тип масляного фильтра определяет тонкость фильтрации, задержива-ние примесей, негативно влияющих на качество масла. Желателен, например, такой фильтр, который удерживал бы частицы, диспергированные моющими присадками и пропускал последние. Так, фильтр НАМИ-ВГ-10 обеспечивает работу масла при пробеге автомобиля 18–24 тыс. км, а фильтр КФМ всего 9–12 тыс. км. Высокие фильтрующие свойства показывают центробежные фильтры (центрифуги) – ≈ 15 тыс. км.

3. Конструкция системы вентиляции обеспечивает отвод газов из  картера в атмосферу. Таким образом, уменьшается вредное действие газов, прорвавшихся в картер в из камеры сгорания и ухудшающих качество масла, особенно окислов серы у дизельных двигателей. При закрытой системе газы циркулируют внутри двигателя. Моторное масло, имеющее высокие антиокислительные свойства работает в двигателе ЗМЗ-24-01: 24 тыс. км при открытой системе вентиляции и 18 тыс. км при закрытой.

4. Синтетические масла имеют срок службы значительно более 20 тыс. км пробега автомобиля, а некоторые образцы служат 80–100 тыс. км без смены. В этом нет ничего удивительного, ведь эти масла изготавливают искусственно с наперёд заданными свойствами. Расход синтетических масел на угар на 30–40% ниже, чем у минеральных [12]. Поэтому нелишне подсчитать: может быть дешевле один раз купить дорогое, но качественное и долгоработающее масло, чем несколько раз дешёвое, для обеспечения одного и того же пробега автомобиля.

Кроме перечисленных факторов, на срок службы влияют физико-химические свойства масел, качество присадок, условия эксплуатации, техническое состояние двигателя и другие.

При установлении сроков службы масел и определения пригодности масла к дальнейшей эксплуатации, применяют так называемые браковочные показатели, значения которых должны быть в допустимых пределах (табл. 2.7).

    Таблица 2.7

Предельные значения показателей качества моторных масел

Показатель качества

Бензиновые двигатели

Дизельные двигатели

1. Изменение вязкости, %

минимальное значение

максимальное значение

20

25

20

35


  
Окончание табл. 2.7

Показатель качества

Бензиновые двигатели

Дизельные двигатели

2. Содержание примесей, нерастворимых в бензине, %, не более

1,0

3,0

3. Щелочное число, мг КОН/г не менее

0,5–2,0*

1,0–3,0*

4. Снижение температуры вспышки, оС, не более

20

20

5.Содержание воды, % не более

0,5

0,3

6. Содержание топлива, %, не более

0,8

0,8

7. Диспергирующие свойства по методу масляного пятна, усл. ед., не менее

0,3–0,35

0,3–0,35

*Большие значения для масел высших групп.

Метод «масляного пятна» – экспресс-метод без применения лабораторного оборудования. Необходима лишь фильтрованная бумага «синяя лента». Сразу после остановки двигателя капля масла со щупа наносится на фильтрованную бумагу. Через 2 часа образуящаяся хроматограмма может быть использована для оценки диспергирующих свойств.

На хроматограмме различают: центральное тёмное пятно (диаметр – d) и кольцо, очерченное нерастворимыми в масле продуктами загрязнения вокруг центрального пятно – диаметр Д (рис. 2.4) чем больше площадь диффузии, тем выше оценивается диспергирующая способность  масла.

   

Рис. 2.4. Метод «масляного пятна» для оценки диспергирующих

свойств масла (ДСМ):

а – низкий уровень ДСМ; б – высокий уровень ДСМ.

Уменьшение ширины зоны диффузии указывает на срабатывание присадки или наличие в масле воды. Для оценки диспергирующей способности работающего масла определяют площадь зоны диффузии на хроматограмме по выражению:

ДС=1-d22,

где: d – средний диаметр центрального ядра;

      Д – средний диаметр внешнего кольца зоны диффузии, мм.

Полученная величина является численным показателем диспергирующего свойства меньше 0,3 усл. ед. При этом необходима смена масла.

Основные эксплуатационные характеристики моторных масел для бензиновых и дизельных двигателей приведены в табл. 2.8, 2.9 и 2.10. В таблицах указаны класс вязкости и эксплуатационные свойства по зарубежной классификации.

 

Таблица 2.8

Масла моторные универсальные

Марка

ГОСТ, ТУ

Класс вязкости по SAE

Экспл. класс по API

Экспл. класс по ГОСТ 17479.1

Вязкость при        100 оС, мм2

Индекс вязкости min

В. С.

1 сорт

Темпер. вспышки в о. т., оС, min В. С.

1 сорт

Темпер. застыва-ния, оС, max

Щелоч-ное число, мг КОН/1г,

min

Золь-ность суль-фат-ная, % масс, max

Масс. доля актив-ных элем., %, min

М-8-13

ГОСТ

10541-78

20W-20

SD/CB

B

7,5…8,5

93

207

–25

4,2

0,95

Са 0,16

Zn 0.09

Fe max 0.09

М-5з/12Г

ТУ 38.301-29-93-98

10W-30

SF/CC

Г

11,0

120

200

–30

5,0

1,0

Са 0,15

Zn 0.09

М-5з/14Г

ТУ 38.301-29-93-98

10W-40

SF/CC

Г

14,0

120

205

–30

5,0

1,0

Са 0,15

Zn 0.09

М-6з/14Г

ТУ 38.301-29-93-98

15W-40

SF/CC

Г

14,0

120

210

–30

6,5

1,2

Са 0,23

Zn 0.10

Fe max 0.11

Лукойл

М6з/12Г

ТУ- 0253-011-00151 742-95

15W-30

SE/CC

Анало-гов нет

11,5..-12,5

120

205

Окончание табл. 2.8

Марка

ГОСТ, ТУ

Класс вязкости по SAE

Экспл. класс по API

Экспл. класс по ГОСТ 17479.1

Вязкость при      100 оС, мм2

Индекс вязкости min

В. С.

1 сорт

Темпер. вспышки в о. т., оС, min В. С.

1 сорт

Темпер. застыва-ния, оС, max

Щелоч-ное число, мг КОН/1г,

min

Золь-ность суль-фат-ная, % масс, max

Масс. доля актив-ных элем., %, min

Лукойл-люкс полусин-тетичес-кие

ТУ-0253-017-00148-599-2001

5W-40

SJ/CF

Анало-гов нет

12,5–14,5

150

210

–35

9,0

1,3

Ca 0,18

Zn 0,10

Fe max 0,12

Лукойл-супер полусин-тетичес-кие

ТУ 38.301-29-107-2000

10W-40

SG/CД

Анало-гов нет

12,5–16,3

120

200

–30

9,5

1,3

Ca 0,18

Zn 0,11

Лукойл-супер мине-

ральное

ТУ-38.301-29-107-2000

15W-40

SG/CД

Анало-гов нет

12,5–16,3

120

210

–25

9,5

1,3

Ca 0,18

Zn 0,11

Лукойл-супер мине-

ральное

ТУ-0253-018-00148599-2001

15W-40

SG/CF-4

Анало-

гов нет

12,5–14,5

130

205

–30

8,5

1,5

Ca 0,28

Zn 0,12

Fe max 0,12

Таблица 2.9

Масла для бензиновых двигателей

Марка

ГОСТ, ТУ

Класс вязкос-ти по SAE

Экспл. класс по API

Экспл. класс по ГОСТ 17479.1

Вязкость при 100оС, мм2

Индекс вязкости min

В. С.

1 сорт

Темпер. вспышки в о. т., оС, min В. С.

1 сорт

Темпер. застыва-ния, оС, max

Щелоч-ное число, мг КОН/1г,

min

Золь-ность суль-фатная, % масс, max

Масс. доля актив-ных элем., %, min

М-8-В1

ГОСТ 10541-78

20

SD

В1

7,5–8,5

90

200

–25

4,0

0,95

Ca 0,16

Zn 0,09

P 0,09

М-8-Г1

ГОСТ 10541-78

20

SE

Г1

7,5–8,5

100

210

–30

8,5

1,3

Ca 0,23

Zn 0,10

P  0,10

М-12-Г1

ГОСТ 10541-78

30

SE

Г1

11,5–12,5

95

220

–20

8,5

1.3

Ca 0,23

Zn 0,10

P  0,10

М-6з/10-В

ГОСТ 10541-78

20W-30

SD/CB

B

9,5–10,5

120

190

–40

5,5

1,3

М-6з/10-Г1

ГОСТ 10541-78

20W-30

SE

Г1

0,5–10,5

125

210

–32

10,5

1,65

Ca 0,30

Zn 0,10

P  0,10

М-5з/10-Г1

ГОСТ 10541-78

15W-30

SE

Г1

9,5–10,5

120

200

–38

5,0

0.9

М-6з/12-Г1

ГОСТ 10541-78

20W-30

SE

Г1

11,5–12,5

115

210

–30

7,5

1.3

Таблица 2.10

Масла моторные для дизельных двигателей

Марка

ГОСТ, ТУ

Класс вязкос-ти по SAE

Экспл. класс по API

Экспл. класс по ГОСТ 17479.1

Вязкость при 100оС, мм2

Индекс вязкости min

В. С.

1 сорт

Темпер. вспышки в о. т., оС, min В. С.

1 сорт

Темпер. застыва-ния, оС, max

Щелоч-ное число, мг КОН/1г,

min

Золь-ность суль-фатная, % масс, max

Масс. доля актив-ных элем., %, min

МТ-16П

ГОСТ 6360-83

40

15,5–16,5

85

210

–25

4,0

0,6–1,0

М-8-Г2 (к)

ГОСТ 8581-78

20W

CC

Г2

7,5–8,5

95       90

210      200

–30

6,0

1,15

Са 0,19

Р 0,05

Zn 0,05

М-10-Г2 (к)

ГОСТ 8581-78

30

СС

Г2

10,5–11,5

95        85

220      205

–18    –15

6,0

1,15

Са 0,19

Р 0,05

Zn 0,05

М-14-Г2 (к)

ТУ 38.401-58-98-94

40

СС

Г2

14,0–15,0

90

215

–25

6,0

1,15

Са 0,19

Р 0,05

Fе мах 0,05

М-10-Г2 (цс)

ГОСТ 12337-84

30

СС

Г2

10,0–11.0

92

210

–1

9,0

1,5

Ca 0,28

Zn 0,045

P  0,04

Лукойл М-8-ДМ

ГОСТ 8581-78

20W

СD

Д

8,0–8,5

102

195

–30

8,5

1,5

Ca 0,3

Zn 0,09

Лукойл М-10-ДМ

ГОСТ 8581-78

30

СD

Д

11,4

90

220

–18

8,2

1,5

Р 0,3

Zn 0,09

 

Глава 3

Трансмиссионные масла

Двигатель автомобиля вырабатывает механическую энергию, снимаемую с коленчатого вала. Затем крутящий момент необходимо передать к ведущим колёсам или другим потребителям. Эту задачу выполняет силовая передача (трансмиссия). Для обеспечения работы трансмиссии разработан класс смазочных материалов – трансмиссионные масла (ТМ).

3.1. Способы передачи крутящего момента

В зависимости от назначения того или иного узла трансмиссии на автомобилях применяют различные способы передачи и преобразования крутящего момента:

1. Зубчатые передачи. Используются наиболее широко. Передаваемые параметры (крутящий момент и частота вращения) определяют типы зубчатых передач [16]:

– цилиндрические прямозубые и косозубые;

– реечные;

– конические;

– червячные цилиндрические;

– глобоидные (глобоидальные).

2. Гидромуфты и гидротрансформаторы. Применяют при необходи-мости мягкого бесступенчатого увеличения крутящего момента от нуля до максимально возможного. Передаточное число муфты достигает единицы, а трансформатора – до шести [4].

Шестерни и колёса гидроустройств вращаются на валах, а также вместе с валами в стенках картеров агрегатов трансмиссии. Для этого используются подшипники скольжения и качения.

3.2. Условия применения и требования к качеству  трансмиссионных масел

Наиболее ответственными узлами агрегатов механических трансмиссий являются шестерёночные (зубчатые) передачи различной конструкции.

Широко используют цилиндрические передачи с параллельными осями ведущего и ведомого валов. Такие устройства имеют ряд преимуществ – большие передаточные числа, надёжность и долговечность. Недостаток – повышенная шумность. Поэтому при малых нагрузках применяют прямозубые шестерни, при больших –  косозубые.

При необходимости передачи крутящего момента под углом, когда оси ведущего и ведомого валов пересекаются, применяют конические передачи с прямыми, косыми и криволинейными зубьями.

Червячные передачи представляют собой компактные редукторы со скрещивающимися осями. Бесшумны. Передают большие крутящиеся моменты при относительно невысоких напряжениях, т. к. одновременно контактируют несколько зубьев.

Гипоидная (гиперболоидная) – вид винтовой зубчатой передачи, осущест-вляемый двумя коническими колесами со скрещивающимися, смещенными друг относительно друга осями. Нагрузочная способность гипоидных передач выше, чем в других передачах со скрещивающимися осями, благодаря линейному контакту и увеличению числа зубьев, находящихся в зацеплении. Отличаются плавной и бесшумной работой из-за хорошего притирания сопряженных поверхностей. Недостаток – повышенная опасность заедания как следствие скольжения контактирующих поверхностей с большими относительными скоростями вдоль линии контакта.

Условия работы зубчатых передач характеризуются высокими нагрузками в зоне контакта зубьев, относительно большими скоростями взаимного перемещения трущихся поверхностей и значительными температурами в зоне контакта.

В цилиндрических, конических и червячных передачах удельные нагрузки в полюсах зацепления составляют 0,5 ГПа, в гипоидных – до 3 ГПа и более. Это может вызвать разрушение масляной пленки и, как следствие, сухое трение.

Фактические скорости скольжения в цилиндрических и конических передачах составляют на входе в зацепление 1,5–3,0 м/с, для гипоидных – до 15 м/с, а для червячных – 20–25 м/с.

В цилиндрических и конических передачах вектор скорости направлен по профилю вдоль эвольвентой образующей  нормально к линии контакта, вследствие чего преобладает трение качения, когда контактирующие поверхности при вращении колес катятся друг по другу. В отличие от этого в гипоидной и червячной передачах происходит дополнительное движение – проскальзывание поверхностей в течение всего времени зацепления, что создает дополнительные напряжения в зоне трения.

Рабочая температура масла в картере агрегата трансмиссии зависит от количества энергии, выделяемой при трении зубьев передач, температуры окружающего воздуха, вязкости масла, его уровня в картере и других факторов.

Минимальная температура масла определяется температурой окружаю-щего воздух в момент начала работы агрегата.

Средняя температура поддерживается на протяжении времени работы агрегата. Для большей части современных автомобилей в умеренной климатической зоне она достигает 120…130 ºC, а иногда до 150 ºC.

Максимальная температура устанавливается при экстремальных режимах и может достигать 200 ºC.

В гидромуфтах и гидротрансформаторах передача крутящего момента осуществляется при воздействии рабочей жидкости (маловязкого масла) отбрасываемой лопатками насосного колеса на лопатки турбинного колеса. Кроме того, это же масло должно обеспечить и смазку узлов трения.

Температурный диапазон применения масел для гидромеханических передач шире, чем у механических. Начальная температура равна наружной. При работе, в моменты сцепления фрикционных дисков, температура их на поверхности составляет 200…300 ºC, при непродолжительных скачках до 350…550ºC. Средние, рабочие температуры масел поднимаются до 150 ºC и выше.

Применение фрикционов обуславливает наличие у рабочих масел гидродинамических силовых передач фрикционных свойств. А в автоматических трансмиссиях фрикционные свойства рабочей жидкости приобретают особо важное значение, влияя на их классификацию [17].

Вышеизложенные условия применения масел для обеспечения работы узлов и агрегатов трансмиссии (трансмиссионных масел) определяют предъявляемые к ним требования:

– высокий уровень смазывающих свойств для предупреждения износа, заедания и питтинга (выкрашивания);

– необходимый уровень фрикционных свойств, обеспечивающих сцепление фрикционных дисков в гидродинамических трансмиссиях;

– высокая термическая и термоокислительная стабильность;

– высокая физическая стабильность при хранении;

– защита смазываемых поверхностей от коррозийного воздействия агрес-сивных веществ, попадающих в масло или образующихся в нем при работе;

– противоэмульсионная и антипенная устойчивость;

– пологая температурно-вязкостная кривая и малая вязкость при низких температурах;

– нейтральность к конструкционным материалам,

– снижение шума и вибрации агрегатов и узлов трансмиссии;

– отвод тепла и удаление продуктов износа;

– нетоксичность и экологичность.

3.3. Состав трансмиссионных масел

Как и моторные, трансмиссионные масла имеют основу и функциональные присадки для улучшения эксплуатационных свойств.

Основой трансформаторных масел служат высококачественные дистиллятные или остаточные минеральные масла, получаемые при перегонке нефти. Они подвергаются специальной очистке и депарафинизации. Используют и фракции нефти асфальтового основания, а также высокополимерные соединения. Для сложных и ответственных узлов и агрегатов применяют высококачественные дорогие синтетические масла.

Дистиллятные масла имеют слишком малую вязкость при высоких температурах, а остаточные – высокую вязкость при низких температурах. Эти и другие недостатки устраняют введением в основу различных присадок, улучшающих эксплуатационные свойства ТМ.

Для улучшения вязкостно-температурных свойств применяют высоко-полимерные загущающие присадки. Наиболее широко используют полиизобутилены, полиметакрилаты, виниполы и др. Добавление этих присадок позволяет получить масло, работоспособное при весьма низких температурах и не слишком разжижающееся при рабочих и максимальных.

Противоизносные и противозадирные присадки – это в основном поверхностно-активные вещества, упрочняющие масляную плёнку, препятствующую непосредственному контакту трущихся поверхностей. Хорошие противоизносные и противозадирные присадки – серосодержащие соединения: дисульфиды, полисульфиды, олефиновые полимеры и т. д. В условиях повышенных нагрузок и температур эти соединения взаимодействуют с металлом. На трущихся поверхностях образуется пленка сульфида железа, имеющая меньшую температуру плавления, чем основа. При повышении температуры эта пленка плавится и является дополнительной смазкой, препятствующей износу и задиру.

Противозадирный эффект проявляется и при использовании хлорсодержащих присадок: гексахлорэтана, хлорированного парафина, ароматических углеводородов и др. Однако хлорсодержащие соединения коррозийно-агрессивны, особенно в присутствии воды. Необходимы дополнительные присадки, устраняющие этот недостаток.

И противозадирный, и противоизносный эффекты достигаются также фосфорсодержащими присадками – органическими производными фосфорных и фосфористых кислот, их средними эфирами, солями кислых эфиров и др. Фосфорсодержащие присадки эффективно повышают нагрузку заедания трущихся поверхностей при малых скоростях скольжения, но недостаточно эффективны при высоких скоростях и ударном нагружении.

В товарные масла вводят присадки с несколькими активными элементами: SCl, SP, ClP. В этом случае действие одного активного элемента при изменении условий трения дополняются действием другого.

Антиокислительные присадки препятствуют возможному окислению компонентов масла при работе последнего в условиях повышенных температур. Этим предотвращается существенное изменение свойств трансмиссионных масел. К антиокислительным присадкам относятся соединения типа фенолов, а также соединения содержащие серу, фосфор, аминные и другие функциональные группы.

Для защиты деталей от коррозии в масло добавляют антикоррозийные присадки – соединения, содержащие серу, фосфор, серу и фосфор в одной молекуле, образующие каталитически неактивную плёнку на поверхности металла, предохраняющую металл от воздействия все-таки образующихся продуктов окисления масла.

Противопенные присадки предотвращают пенообразование. Это в основном кремнийорганические соединения. Их добавляют в количестве не более 0,01%.

Депрессорные присадки применяют для понижения температуры застывания масел и повышения их текучести при низких температурах. Для этого используют полиметакрилаты, окисленный петролитум и др. Эффективность действия этих присадок зависит от химической природы масла, его вязкости, содержания углеводородов, застывающих при сравнительно высоких температурах. Эти присадки понижают температуру застывания масла на 5…25 ºC.

Моюще–диспергирующие присадки по действию аналогичны присадкам, применяемым при производстве моторных масел.

Антифрикционные присадки добавляют в трансмиссионные масла, используемые в узлах и агрегатах силовой передачи механического типа.

Многофункциональные или универсальные присадки содержат в одном соединении несколько различных функциональных групп и обладают противоизносными, противозадирными, моющими, антикоррозийными, антиокислительными, депрессорными свойствами. Примером таких присадок являются соли кислых эфиров диалкилдитиофосфорной кислоты.

Весьма перспективными являются синтетические масла. Для получения таких масел используют синтетические углеводородные масла, сложные эфиры двухосновных карбоновых кислот, сложные эфиры многоатомных спиртов полисилоксановые жидкости и другие соединения. Изготавливаемые специально для заданных условий работы, эти вещества, естественно, наиболее полно отвечают требованиям, предъявляемым к трансмиссионным маслам. Например, обеспечивают температуру вспышки до 230 ºC, а температуру застывания минус 57 ºC. Поскольку эти соединения искусственные, их стоимость в три-четыре раза выше, чем минеральных масел, но и работают они дольше.

3.4. Обозначение и ассортимент трансмиссионных масел

Большое разнообразие конструкций узлов и агрегатов трансмиссии влечет за собой широкий ассортимент трансмиссионных масел.

Масла для силовых передач классифицируют согласно ГОСТ 17479.2-85 «Обозначение нефтепродуктов. Масла трансмиссионные».

В обозначении трансмиссионных масел, как и моторных, указывают их принадлежность к  классам и группам в зависимости от их вязкостных и эксплуатационных свойств. Вначале две буквы «ТМ» определяют вид масла – трансмиссионное масло.

Цифра, следующая через дефис за обозначением вида, характеризует группу эксплуатационных свойств. Группы различают по присадкам, добавляемым в минеральное масло и характеристикам областей применения (тип передач, рабочие температуры и контактные напряжения). Затем, через дефис, указывают класс вязкости. Деление масел на классы вязкости и эксплуатационные группы показано в табл. 3.1. и 3.2.

Таблица 3.1

Классы вязкости трансмиссионных масел

Класс вязкости

Кинематическая вязкость при температуре 100 ºC, мм2/с (сСТ)

Температура, при которой динамическая вязкость не превышает 150 Па·с, ºC, не выше

9

6,00 – 10,99

–35

12

11,00 – 13,99

–26

18

14,00 – 24,99

–18

34

25,00 – 41,00

Таблица 3.2

Группы трансмиссионных масел по эксплуатационным свойствам

Группа

Состав масла

Характеристика области применений

1

Минеральное масло без присадок

Цилиндрические, конические и червячные передачи, работающие при контактных напряжениях от 900 до 1600 МПа и температуре масла в объеме до 90 ºC

2

Минеральное масло с противоизносными присадками

То же, при контактных напряжениях до 2100 МПа и температуре масла в объеме до 130 ºC

3

Минеральное масло с противозадирными присадками умеренной эффективности

Цилиндрические, конические, спирально-конические и гипоидные передачи, работающие при контактных напряжениях  до 2500 МПа и температуре масла в объеме до 150 ºC

4

Минеральное масло с протизадирными присадками высокой эффективности

Цилиндрические, спирально-конические и гипоидные передачи, работающие при контактных напряжениях  до 3000 МПа и температуре масла в объеме до 150 ºC

5

Минеральное масло с протизадирными присадками высокой эффективности и многофункционального действия, а также универсальные масла

Гипоидные передачи, работающие с ударными нагрузками при контактных напряжениях выше 3000 МПа и температуре масла в объеме до 150 ºC

В зависимости от температуры окружающей среды используют трансмиссионные масла различных классов: чем  ниже температура воздуха, тем ниже должна быть вязкость масла. Естественно, учитывается и рабочая температура узлов и агрегатов.

По эксплуатационным свойствам трансмиссионные масла делят на пять групп:

К группе ТМ-1 относят нигролы зимний и летний (ТУ 38.101529-75), применявшиеся в агрегатах трансмиссий старых автомобилей. Это неочищенные остатки от прямой перегонки нефти. На современных автомобилях не применяются.

К группе ТМ-2 относят масло для коробок передач и рулевого управления – ТС (ОСТ 38.01260-82), класс вязкости 18. Ввиду низких эксплуатационных качеств применяется только на старых моделях легковых автомобилей.

К группе ТМ-3 относятся масла ТСп-10, Тап-15В, ТСп-15к, выпускаемые по ГОСТ 23652-79.

ТСп-10 смесь деасфальтизата с маловязким низкозастывающим дистиллятным маслом типа велосита и трансформаторного, содержащая противозадирную депрессорную и антипенную присадки. Масло широко применяется в агрегатах трансмиссий различных автомобилей при температуре окружающего воздуха до минус 45 ºC, контактных напряжениях до 2500 МПа и скоростях скольжения до 17 м/с.

ТАп-15В – смесь экстрактов остаточных масел фенольной очистки и дистиллятных масел или фильтрата обезмасливания парафинов, содержащая противозадирную и депрессорную присадки. Применяется всесезонно в агрегатах трансмиссий и зубчатых редукторов при температуре окружающего воздуха до минус 25 ºC, контактных напряжениях до 2500 МПа и скоростях скольжения до 17м/с. Совместимо с маслами марок ТСп-15к и ТСп-10 в любых соотношениях.

ТСп-15к – смесь дистиллятного и остаточного масел селективной очистки, содержащая противозадирную, антипенную, антиокислительную и противоизносную (комплексную), а также депрессорную присадки. Применяется всесезонно в агрегатах трансмиссий автомобилей, зубчатых редукторах (кроме гипоидных), работающих при температуре окружающего воздуха до минус 30 ºC, контактных напряжениях до 2500 МПа и скоростях скольжения до 17м/с.

К группе ТМ-4 относят масла ТСз-9гип (ОСТ 38.101158-78), ТСп-14гип (ГОСТ 23652-79) и ТСгип (ОСТ 38.01260-82).

ТСз-9гип – смесь маловязкого низкозастывающего масла с остаточным высоковязким маслом, загущенная полиметакрилатом. Присутствуют противозадирная, антикоррозийная, депрессорная и антипенная присадки. Применяется для смазки агрегатов трансмиссий автомобилей, включая и гипоидные главные передачи, эксплуатирующихся в холодном климатическом регионе при температуре окружающего воздуха до минус 50ºC.

ТСп-14гип – смесь остаточного и дистиллятного масел из сернистых нефтей, селективной очистки, содержащая противозадирную, антиокис-лительную и моющую (комплексную), депрессорную и антипенную присадки. Масло применяется для гипоидных передач грузовых автомобилей, эксплуатирующихся при температуре окружающего воздуха до минус 35 ºC, контактных напряжениях до 3500 МПа и скоростях скольжения до 18м/с. При температуре ниже минус 35 ºC допускается добавление 10–15% дизельного топлива марки З или А.

ТСгип – осернённая смесь нигрола или экстракта нитробензольной очистки остаточных масел с маловязким маслом. Масло применяется для ведущих мостов легковых автомобилей с гипоидной главной передачей (за исключением автомобилей ВАЗ), работающих при температуре окружающего воздуха до минус 20 ºC, контактных напряжениях до 3500 МПа и скоростях скольжения до 16 м/с. Кинематическая вязкость масла ТС-9гип при темпера-туре 100 ºC в пределах 21–32 мм2/2.

Группа ТМ-5 включает масла ТМ-5-12рк (ТУ 38.101844-80) и ТАД-17и (ГОСТ 23652-79).

Масло ТМ-5-12рк – перспективное универсальное рабоче-консерва-ционное масло. Представляет собой низкозастывающее масло селективной очистки, загущенное полиметакрилатом, с добавлением многофункциональной и антипенной присадок, а также ингибитора коррозии. Применяется для агрегатов трансмиссий и различных зубчатых редукторов, имеющих цилиндрические, конические, спирально-конические, гипоидные и некоторые червячные передачи при скоростях скольжения до 17 м/c и контактных напряжениях в зацеплении зубьев до 4000 МПа, обеспечивая эксплуатацию и хранение техники без коррозийного поражения в течение не менее 10 лет.

ТАД-17 и базовое масло – ТБ-20, содержащие депрессорную, много-функциональную и антипенную присадки. Это универсальное всесезонное масло. Применяется в умеренном климатическом районе для смазывания агрегатов трансмиссий автомобилей ВАЗ и другой техники при температуре окружающего воздуха до минус 30 ºC.

Основные показатели перечисленных марок трансмиссионных масел отражены в табл. 3.3.

 

Таблица 3.3

Основные эксплуатационные характеристики масел для механических трансмиссий

Показатель

ТМ-5-12рк

ТСп-10

ТСз-9гип

ТАп-15В

ТСп-15к

ТСп-14гип

ТСгип

Вязкость динамическая, Па·с, при температуре:

–50 ºC…………………

–40 ºC…………………

–30 ºC…………………

–20 ºC…………………

–10 ºC…………………

0 ºC………………….

Вязкость кинематическая,

мм2/с, при температуре:

50 ºC………………..

100 ºC………………

Температура застывания, ºC, не выше

Температура вспышки в открытом тигле, ºC, не ниже

Смазывающие свойства:

удельная нагрузка заедания шестерен стенда

IАЕ, МПа, не менее…….

280–350

30–60

7,5–13

2,5–4,5

1,4–1,7

0,6–0,8

48–55

не менее 12

–45

180

3150

3000–8000

300–700

40–100

9–25

3–6

1–2

55–60

не менее 10

–40

128

2340

35–100

8–20

2–5

1–2

0,5–0,9

0,2–0,5

36–40

не менее 9

–50

160

2900

3000–5000

200–300

20–40

5–10

130–140

14–16

–20

180

2270

4500–8000

300–550

40–70

8–15

2–3

95–100

не менее 15

–25

180

2480

4000–8000

300–500

не более 80

10–20

2–5

95–100

не менее 14

–25

180

3000

300–10000

400–1000

55–150

15–30

200–300

20,5–32,4

–20

170

2840

Показатель износа

(ГОСТ 9490 – 75), мм,

не более……………….

0,6

0,7–0,9

0,8–1,1

0,6–0,8

0,5

0,7–0,8

0,9–1,2

  Продолжение табл. 3.3

Показатель

ТМ-5-12рк

ТСп-10

ТСз-9гип

ТАп-15В

ТСп-15к

ТСп-14гип

ТСгип

Примерный темпера-

турный  диапазон приме-

нения,  ºC………………...

От –50

до 150

От –45

до 140

От –50

до 100

От –25

до 130

От –30

до 150

От –35

до 130

От –50

до 150

Продолжение табл. 3.3

 

Показатель

ТСЗп-8

МТ-8п

Шарнирное ВНИИ

НП-25

Вязкость динамическая, Па·с, при температуре:

   –50 ºC……………………

  –40 ºC……………………

–30 ºC…………………

–20 ºC…………………

–10 ºC…………………

             0 ºC………………….

50–80

11–15

3,8–4,8

1–1,5

0,4–0,7

0,2–0,3

30

4,6

1,6

0.8

не более 55 000

15

4,0

1,5

0,7

Вязкость кинематическая,

мм2/с, при температуре:

50 ºC………………..

              100 ºC………………

26–30

7,5–8,5

28–32

8–9

40

не менее 9,8

Температура застывания, ºC, не выше

–50

–30

–54

Температура вспышки в открытом тигле, ºC, не ниже

170

180

135

Смазывающие свойства:

удельная нагрузка заедания шестерен стенда

IАЕ, МПа, не менее…….

2840

1900

     Окончание табл. 3.3

Показатель

ТСЗп-8

МТ-8п

Шарнирное ВНИИ

НП-25

Показатель износа (ГОСТ 9490 – 75), мм,  не более……………….

0,4–0,5

0,4–0,5

Примерный температурный  диапазон применения,  ºC………………..............................

От – 50 до 150

От – 35  до 150

От – 45 до 130

 

3.4.1. Масла для гидромеханических и

гидрообъемных передач

Особенностью масел для гидромеханических и гидрообъемных передач является наличие фрикционных свойств, позволяющих организовать четкую работу фрикционных дисков включения передач.

Фрикционные свойства масел обеспечиваются за счет силы взаимодействия его молекул между собой и с поверхностью дисков. В результате создается сопротивление сдвигу больше, чем передаваемый крутящий момент. Фрикционные свойства оценивают коэффициентом трения, который находится в пределах 0,1–0,18 и зависит от фрикционных свойств масла и скорости скольжения. Коэффициент трения обычно стабилизируется при скорости скольжения больше 0,1 м/с.

Антифрикционные, противоизносные и другие свойства масел для гидромеханических трансмиссий в соответствии с предъявляемыми к ним требованиями обеспечиваются их вязкостными характеристиками, наличием присадок, механизм действия которых аналогичен действию в механических трансмиссиях.

На технике, имеющей гидромеханические коробки передач широко используются масла марок А (ТУ 38.101179-79), МГТ (ТУ 38.401494-84), а для обеспечения работы гидроусилителей рулевого управления – масло Р             (ТУ 38.101179).

А – маловязкое масло глубокой селективной очистки, загущенное полиизобутиленом, содержащее антиокислительную и противоизносную (универсальную), детергентно-диспергирующую, депрессорную и антипенную присадки. Применяется всесезонно в гидромеханических коробках передач и гидротрансформаторах автомобилей, тягачей и других машин в умеренной климатической зоне. Обладает высокой термоокислительной стабильностью, хорошими низкотемпературными свойствами. Дублирующее масло марки МГТ. Масла совместимы в любых соотношениях. Масло марки А может применяться в качестве рабочей жидкости в различных гидравлических системах, в гидроамортизаторах, в гидроусилителях руля.

МГТ – маловязкое, низкозастывающее масло, загущенное низкомоле-кулярным полимером, содержащее комплекс высокоэффективных присадок. Применяется всесезонно до минус 50 ºC аналогично маслу марки А.

В гидромеханических передачах тяжелых многоосных автомобилей может быть использована также смесь 30% М-16-А(т) и 70% веретённого АУ. Для улучшения защитных свойств к смеси добавляют до 10% присадки     АКОР-1. Смесь может применяться в качестве дублирующего масла марки А.

Масло марки Р – маловязкое малосернистое масло типа веретенного АУ, содержащее антиокислительную и противоизносную присадку, а также детергентно-диспергирующую и антипенную присадки. Имеет достаточно высокую термоокислительную стабильность и хорошие низкотемпературные свойства. Используется для гидрообъёмных передач и гидроусилителей рулей.

Основные характеристики масел для гидромеханических и гидрообъёмных передач приведены в табл. 3.4.

Таблица 3.4

Основные характеристики масел для

гидромеханических и гидрообъёмных передач

Показатели

Для гидротрансформаторов и

автомеханических передач

Для гидро-

усилителя руля, марка Р

А

МГТ

Вязкость кинематическая (мм2/с) при температуре:

50 ºC

20–30

12–14

100 ºC

6–7

–20 ºC

2100

Вязкость динамическая при температуре  минус 50 ºC – не более,  Па·с

400

Температура вспышки – выше, ºC

175

160

163

Температура застывания – ниже, ºC

–40

–55

–45

Испытания на коррозию стальных  пластин

Выдерживает

Увеличение массы резины после выдерживания ее в масле в течение 72 ч при температуре 130 ºC – не более, %

Марка 81-90

2

Марка В-1И

5,0

2,5

Испытание на вспенивание при температуре 125 ºC

Пена должна исчезать не более чем через 30с

Индекс задира, Из

40

2

Критическая нагрузка, Н

720

900

Нагрузка заедания, Н

2240

2000

Диаметр пятна износа, мм (4ч,200Н)

0,55

0,50

3.5. Эксплуатационные свойства трансмиссионных масел

Качество трансмиссионных масел оценивают по показателям, отраженным в ГОСТ, ТУ и т. д. Эти показатели определяют и регламентируют важнейшие эксплуатационные свойства, такие как противоизносные, вязкостные, термоокислительная стабильность, защитные и др. При соответствии показателей качества требованиям, предъявляемым к ним, обеспечивается длительная, надежная эксплуатация узлов и агрегатов силовой передачи.

Притивоизносные (смазывающие) свойства масел должны предохранять детали трансмиссии от изнашивания и особенно крайне нежелательного явления заедания, усталостного разрушения, истирания и т. д. Интенсификация этих явлений вызывает отказы в работе и поломки деталей трансмиссии. Противоизносные свойства трансмиссионных масел улучшают путем увеличения вязкости, сохранения или добавления природных полярно-активных веществ. С увеличением вязкости возрастает толщина и стойкость к механическим воздействиям масляного слоя между трущимися поверхностями. Величина вязкости сказывается на интенсивности усталостного изнашивания (питтинга) деталей трансмиссии.

Питтинг – следствие контактной усталости металлов, работающих в условиях циклических нагрузок, под действием которых на поверхности металлов образуются микротрещины. В дальнейшем они развиваются, и происходит выкрашивание кусочков металла с образование оспинок на поверхности трения. Это приводит к уменьшению площади фактического контакта, увеличению удельного давления и в конечном итоге к резкому возрастанию скорости изнашивания и ухудшению работы агрегатов трансмиссий. Исследователями русских и зарубежных ученых установлено, что с увеличением вязкости масла момент начала выкрашивания наступает позднее и интенсивность усталостного разрушения снижается (рис. 3.1). При увели-чении толщины масляного слоя нагрузка на площадке контакта зубьев распределяется более равномерно.

Рис 3.1. Влияние вязкости масла МС-14 на образование питтинга

Однако чрезмерно большое увеличение вязкости масла приводит к интенсификации изнашивания вследствие ухудшения поступления масла в зону трения, снижения теплоотвода и выноса загрязнений.

При установлении нижнего допустимого уровня вязкости трансмиссион-ных масел исходят из необходимости обеспечения заданного уровня противоизносных свойств и предотвращения утечек масла из агрегатов через неплотности.

Природные полярно-активные вещества образуют масляную пленку и предотвращают изнашивание зубьев передач в условиях относительно небольших нагрузок и невысоких температур. При более тяжелых условиях работы агрегатов в масла вводят противоизносные и противозадирные присадки. Эффективность действия присадок различна. В универсальных маслах пятой эксплуатационной группы (ТМ-5-12рк, ТАД-17и) дорогие, но высокоэффективные присадки обеспечивают нормальную работу передач всех типов при любых рабочих температурах, различных нагрузках и скоростях скольжения.

Вязкостно-температурные свойства трансмиссионных масел не-посредственно связаны со снижением потерь энергии на преодоление трения. Это обратная связь: чем меньше вязкость, тем больше К.П.Д. трансмиссии, который вообще-то весьма низок. Если 25% так называемой полезной мощности двигателя поступает к трансмиссии без учета потерь, то в общей системе агрегатов трансмиссии за счет собственных потерь в агрегатах эта мощность, передаваемая ведущим колесам, снижается уже до 12% [18]. Однако стремление к применению масла низкой вязкости сдерживается необходи-мостью обеспечения высокой несущей способности масляной пленки и возможностью утечек маловязкого масла через уплотнения.

Применение качественных конструкционных материалов и совершенствование конструкций агрегатов трансмиссий позволило основным видам трения определить граничное, при котором вязкость масла теряет свое первостепенное значение. А снижение вязкости масла улучшает условия смазки в период начала движения при низких температурах. Так, время попадания масла в масляные каналы подшипников коробки передач и ведущих мостов ощутимо зависит как от вязкости масла, так и от его температуры (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Зависимость времени достижения маслом канавки подшипника  от температуры t:

1– масло ТМ-5-9А; 2–ТМ-5-12В; 3ТАД-17и.

Наиболее худшие температурные условия работы масла в ведущих мостах, ввиду интенсивного их охлаждения потоком встречного воздуха.

Термоокислительная стабильность. В период работы зубчатых передач, подшипников и других узлов трансмиссий наблюдается повышение температуры масла за счет трения и перемешивания. Эта температура может достигать 150 ºC, а при экстремальных режимах и в  агрегатах большегрузных многоосных машин и до 200 ºC. При такой температуре происходит окисление масел и образование нерастворимых соединений, выпадающих в осадок. Кроме того, окисление масла вызывает изменение других физико-химических и эксплуатационных свойств (увеличение вязкости, кислотности, ухудшение противоизносных свойств и др.)

Скорость и глубина окисления масла, кроме температуры, зависят от длительности окисления, каталитического действия металла, концентрации кислорода в воздухе.

Процессы окисления замедляются действием присадок, связывающих кислород воздуха, с образованием безвредных соединений, или препятс-твующих взаимодействию компонентов масла с кислородом.

Антиокислительные свойства масел оценивают на экспериментальных установках, имитирующих условия работы масел при повышенных температурах. Наилучшие показатели имеют масла на очищенной основе:   ТАД-17и, ТСп-15к, ТСп-14гип, ТМ-5-12рк, что позволяет использовать их для продления срока службы агрегатов.

Защитные свойства масел важны тем, что на поверхностях металлов создаются условия протекания коррозийных процессов. Защитные свойства масляных фракций и обычных функциональных присадок, содержащихся в маслах низкие. Такие масла способны защищать детали агрегатов трансмиссий от коррозии только при постоянной, без длительных перерывов, эксплуатации.

Хорошими защитными свойствами обладают универсальные масла   ТАД-17и, ТМ-5-12рк. Особенностью этих масел является их высокая способность активно вытеснять воду с поверхности металла, что и становится предпосылкой хорошей защитной способности в условиях влажной среды.

Защитные свойства масел могут ухудшаться после введения в них некоторых противозадирных присадок. Особенно часто это проявляется при введении хлорсодержащих присадок.

Для улучшения защитных свойств в трансмиссионные масла могут добавляться ингибиторы коррозии – АКОР-1, КП-1, НГ-107т и др. Наличие ингибиторов коррозии улучшает защитные свойства весьма эффективно, образуя рабоче-консервационные масла (ТМ-5-12рк – с ингибитором НГ). Кроме того, ингибиторы коррозии способны улучшать и некоторые другие свойства, т. е., по сути, могут быть многофункциональными присадками. Например, при введении защитной присадки сукцинимидного типа способствовало снижению склонности масла к термоокислительной деструкции.

3.6. Применение трансмиссионных масел

При разработке новых конструкций узлов и агрегатов трансмиссий конструкторы ориентируются на существующие марки масел или же заказывают нефтепереработчикам новые марки, указывая требования, которым должны отвечать необходимые смазочные масла. В любом случае спроектированные агрегаты и разработанные масла проходят тщательную проверку на лабораторных установках, имитирующих разнообразнейшие режимы и условия работы. Поэтому важнейшим условием применения смазочных масел является строгое выполнение рекомендаций завода-изготовителя.

Но имеются факторы, возникающие в различных условиях эксплуатации техники и определяющие рабочие условия для масел. Безотказная работа механизмов и увеличение срока эксплуатации зависит от учета этих факторов.

Важнейшим фактором, определяющим срок службы масла и исправность трансмиссий, являются условия эксплуатации автомобилей. Наиболее нагружены агрегаты трансмиссии при эксплуатации автомобиля на грунтовых дорогах (нагруженность характеризуется передаваемой энергией на 1км пробега), в наименьшей степени – на скоростных магистралях. Если принять удельную энергию при движении по скоростной дороге за 1, то в других условиях движения она составит соответственно: по булыжной дороге – 1,66; в городских условиях – 1,89; в горных условиях – 1,94; на грунтовой дороге – 2,21 [5].

Необходимым условием длительного сохранения эксплуатационных свойств трансмиссионных масел является надежная защита агрегатов от пыли и влаги.

При эксплуатации автомобиля рабочая температура масла изменяется в значительных пределах – от минусовой температуры окружающего воздуха зимой до максимальной рабочей 100…150 и  даже 200 ºC. Учитывая значительный объёмный тепловой коэффициент расширения углеводородов, картеры агрегатов силовой передачи сообщают с атмосферой при помощи сапунов. Если устанавливать фильтр, то это усложняет конструкцию, а при засорении неизбежно повышение давления и выход из строя уплотнений вращающихся деталей. Прямоточные сапуны надежнее, но возможно попадание пыли в картер. Наличие в картере дорожной пыли, по сути являющейся абразивом, резко снижает противоизносные свойства масел, что невозможно компенсировать самыми эффективными присадками.

Поступление воды в масло также ухудшает его противоизносные и противозадирные свойства. При попадании в масло ТСгип 5% воды нагрузка сваривания масла снижается в 2 раза, а диаметр пятна износа возрастает в 2 раза.

В большинстве случаев критерием для установления срока смены масла служит изменение его физико-химических показателей (вязкости, кислотности, содержание активных элементов присадок)  или противоизносных свойств, а также состояние агрегатов трансмиссии. Одним из важнейших параметров, определяющих необходимость замены масла, считают повышение вязкости на 50%.

Сроки службы масел для автомобилей находятся в широких приделах: от 20 до 100 тысяч километров пробега [15]. Это обусловлено различным качест-вом масел, конструкцией трансмиссии, условиями эксплуатации автомобилей.

В легковых автомобилях масло может работать до 60–75 тысяч километров пробега [5]. В некоторых моделях масло не меняют в течение всего срока службы. Необходима замена только при обкатке, когда происходит приработка поверхностей и образование защитных поверхностных соединений за счет активных добавок. Все это, разумеется, при высоких эксплуатационных свойствах и надежном предотвращении попадания загрязнений и воды.

В трансмиссиях грузовых автомобилей смена масла осуществляется в зависимости от условий эксплуатации через 24–72 тысячи километров пробега, но не реже одного раза в год [12].

В табл. 3.5 [15] приведены рекомендации по применению марок трансмиссионных масел на различных автомобилях, типу передачи, пробегу и значению минимальных температур окружающей среды.

Таблица 3.5

Рекомендации по применению трансмиссионных масел

Масло

Тип передачи

Срок замены

масла,

тыс. км

Минимальная

температура, ºC

ТСгип

Ведущие мосты старых моделей легковых автомобилей

24–30

–20

ТАД-17и*

Коробки передач и ведущие мосты легковых и грузовых автомобилей

60–80

–30

Тап-15В

Коробки передач грузовых автомобилей с карбюраторными двигателями; ведущие мосты грузовых автомобилей с негипоидными передачами

24–72

–25

ТСп-15

Коробки передач, ведущие мосты грузовых автомобилей с негипоидными передачами

36–72

–30

ТСп-14гип

Ведущие мосты грузовых автомобилей с гипоидными передачами

36

–30

ТСп-10**

Коробки передач грузовых автомобилей с карбюраторными двигателями; ведущие мосты грузовых автомобилей с негипоидными передачами

35–50

–45


Окончание табл. 3.5

Масло

Тип передачи

Срок замены

масла,

тыс. км

Минимальная

температура, ºC

ТСз-гип

Коробки передач и ведущие мосты на Севере

Зимний период эксплуата-ции

–50

ТМ-5-12рк

Коробки передач и ведущие мосты грузовых автомобилей

50

–50

Примечания.

*На автомобилях ВАЗ переднеприводных в трансмиссии используется моторное масло, которое заливается в двигатель.

**При отсутствии масла ТСп-10 и ТМ-5-12рк в зимний период допускается использовать смесь масел Тап-15В или ТСп-15к с 10–20% дизельного зимнего или арктического топлив (смесь работоспособна при температуре минус 40…50 ºC).

В связи с тем, что у трансмиссионных масел, по сравнению с моторными, повышена вязкость (до 41 сСТ при 100 ºC) при эксплуатации автомобилей в условиях низких температур в заводских инструкциях и руководствах по эксплуатации автомобилей содержатся рекомендации о разбавлении трансмиссионных масел дизельным топливом [5]. Эти рекомендации отражены в табл. 3.6.

 

Применение трансмиссионных масел при низких температурах                                                          Таблица 3.6

Температура, обеспечивающая

свободное трогание техники, ºC

Масла

Область применения

Товарные

партии

масел

При добавлении дизельного, арктического или зимнего топлива по ГОСТ 305-82

Трансмиссионное автомобильное ТАп-15В     (ТМ-3-18)  ГОСТ 23652-79

Масло общего назначения для смазки коробок передачи, ведущих мостов, раздаточных коробок, коробок отбора мощностей, конечных редукторов, рулевых механизмов и других машин на их базе (кроме гипоидных передач)

До –25

До –30

До        –35

До –40

До –45

Трансмиссионное ТСп-15К  (ТМ-3-18) ГОСТ 23652-79

До –30

До –40

До        –45

До – 50

До –55

Трансмиссионное северное ТСп-10                (ТМ-3-9) ТУ 38.401 809-90

До –45

До –50

До        –55

Масло трансмиссионное гипоидное           ТСп-14гип (ТМ-4-18) ГОСТ 23652-79

Для гипоидных передач грузовых автомобилей ГАЗ-53, ГАЗ-66, ГАЗ-52, ЗИЛ-133 всех модификаций и др. машин на их базе.

До –30

До –40

До     –45

До– 50

До –55

Масло для гипоидных передач, легковых автомобилей, ТСгип

(ТМ-4-34), ТУ 38.1011232-90

Для гипоидных передач легковых автомобилей «Чайка», «Волга», «Москвич», и др. машин на их базе

До –20

До –25

До      –30

При более низких t можно использовать масло ТАЛ-17 и с 10-15% дизтоплива

Трансмиссионное ТАД-17 и (ТМ-5-18)          ТУ 38.401739-88

Агрегаты трансмиссий с гипоидными передачами, коробки передач и рулевое управление легковых автомобилей; всесезонное, работоспособно до –30 ºC

До –30

До –40

До

–45

До –50

До –55

Трансмиссионное арктическое ТС3-9гип (ТМ-4-9), ТУ 38.101 1238-89

Для зимней смазки агрегатов трансмиссий автомобилей и спецмашин с гидравлическими коробками передач

До –55

Марка «А» для гидромеханических автоматических коробок передач,                  ТУ 38.101 1282-89

Для гидромеханических коробок передач автомобилей типа МАЗ-537, БелАЗ, автобусов ЛиАЗ-677 и др. машин

До –35 разбавление дизтопливом не рекомендуется. При t ниже  –35ºследует применять смесь марки типа

«А» с маслами трансформаторными или МС-8 в соотношении 1:1. смесь работоспособна до –50 ºC

МГТ, ТУ 38.101 1103-87

То же

До –50

Марка «Р» для гидрообъемных передач и систем гидравлического усиления рулей автомобилей,  ТУ 387101 1282-89

Для гидрообъемных передач, систем гидроусиления рулей автомобилей, гидравлического управления машин

До –40

До –45

 

Глава 4

Пластичные смазки

Современные смазочные масла успешно обеспечивают работу различных узлов трения. Но для их применения необходим картер, куда это масло заливают, устройства для залива, слива масла, контроль уровня. Для входящих и выходящих валов нужно обеспечить уплотнения. Кроме того, для предотвращения повышения или понижения давления масла при изменениях температуры, что приводит к выходу из строя уплотнений (сальников), необходимо сообщение с атмосферой (сапуны), через которое в картер могут попадать вода и механические примеси.

В случае сложных узлов и агрегатов, таких как коробка передач, раздаточная коробка, главная передача, выполнение вышеперечисленных требований оправдано. Но для обеспечения смазки одного подшипника качения или скольжения или шарнира рулевой трапеции и т. п. чрезмерное усложнение конструкции нецелесообразно. В этом случае применяют пластичные смазки. Смазки позволяют удерживать вокруг узла трения запас смазочного масла, сочетая в себе свойства твердого тела и жидкости. Грубой моделью смазки может служить кусочек ваты, пропитанный маслом: волокнистое тело удерживает форму и запас масла, а под нагрузкой деформируется, уподобляясь вязкой жидкости.

Другой, более точный пример – сотовый мед. Жидкий мед, находясь в сотах, не растекается, а под нагрузкой вместе с мягкими сотами меняет форму. Конечно, в пластичной  смазке ячейки с маслом не такой правильной формы, как соты, а хаотичной, но в целом аналогия есть. Однако и эти сравнения не в полной мере характеризуют состав и предназначение пластичных смазок.

В соответствии с ГОСТ 26098-84 «Нефтепродукты. Термины и определения» под пластичной смазкой понимается нефтепродукт или синтетический продукт, отличающийся наличием структурного каркаса, образованного частицами загустителя, в ячейки которого включено масло, и предназначенный для снижения износа трущихся уплотнений и соединений.

По объёму производства пластичные смазки уступают смазочным маслам, однако число механизмов и узлов трения, смазываемых пластичными смазками, значительно больше, чем маслами. Это обуславливается малым расходом пластичных смазок. В большинстве случаев количество смазки, вводимое в узел трения, исчисляется в граммах, а иногда и в миллиграммах. К тому же сроки смены смазок обычно гораздо больше, чем масел. В ряде случаев смазки не требуют смены в течение всего срока службы механизмов.

К числу типичных узлов трения в автомобиле, смазываемых пластичными смазками, можно отнести узлы трения шасси и управления, подшипники крестовин, подшипники агрегатов электрооборудования.

По сравнению со смазочными маслами пластичные смазки обладают рядом преимуществ:

– не вытекает под действием собственной массы из открытых узлов терния;

– надёжней предохраняют узлы трения от загрязнения, воздействия влаги и различных коррозионно-агрессивных продуктов, удерживая их на поверхности;

– снижаются, и значительно, затраты на смазочные материалы, несмотря на сравнительно высокую стоимость пластичных смазок;

– эффективнее снимают шум и вибрацию в ряде узлов трения.

В то же время пластичные смазки имеют и недостатки:

– удержание во взвешенном состоянии металлических частиц износа трущихся деталей;

– не всегда приемлемые низкие температуры плавления и высокие температуры застывания;

– невысокая теплопроводность – плохой отвод тепла от трущихся деталей.

Требования, предъявляемые к пластичным смазкам:

– необходимые механические свойства, оцениваемые прицелом прочности, эффективной вязкостью и пенетрацией;

– достаточная теплостойкость, оцениваемая температурой каплепадения;

– водостойкость;

сохранение однородности – не расслаиваться при хранении и в узлах трения на масло и загуститель (коллоидная стабильность);

– хорошие защитные и противокоррозийные свойства;

– надежное уплотнение смазываемых узлов и герметизируемых соединений;

– технологичность в изготовлении;

– невысокая стоимость;

– нетоксичность и экологичность.

4.1. Состав пластичных смазок

Пластичные смазки состоят из трёх основных компонентов – базовой основы, загустителя и присадок. Соединения, входящие в состав этих компонентов, отражены на рис. 4.1 [17].

 

 

Возможность применения смазок зависит от их эксплуатационных свойств, которые определяются составом смазок:

1. Базовая основа (жидкая фаза) в большинстве смазок составляет наибольшую часть – 75–90%.

2. Загустители имеют небольшой объём – до 25%.

3. Присадки улучшают структуру, стабильность, противоизносные, адге-зионные и другие свойства.

В качестве жидкой фазы большинства смазок используются нефтяные масла. Такие смазки недефицитны, обладают рядом преимуществ по сравнению со смазками на синтетических продуктах. Вязкость масел, используемых для производства смазок, в основном до 10 сСт при 100 ºC, но иногда применяют и авиационные масла МС-20, и цилиндровые 52, и др.

Для особо жестких условий работы (при низких и высоких температурах, при контакте с агрессивными продуктами) применяют смазки, жидкую фазу которых составляют продукты органического синтеза – синтетические масла. На их основе можно получить химически стойкие смазки с интервалом рабочих температур от минус 60 до 200 ºC; с высокими противоизносными свойствами, нейтральные к резине.

Эксплуатационные свойства смазок в основном определяют не смазочные масла, а входящие в состав пластичных смазок загустители. Поэтому, классифицируя смазки по составу, прежде всего выделяют вид загустителя. По природе загустителя все смазки подразделяют на мыльные, углеводородные, неорганические и органические.

Наиболее распространены мыльные загустители. Мыла – это соли высших жирных кислот, которые получают при нейтрализации высших жирных (органических) кислот гидроокисями металлов (NaOH, Ca(OH)2  и т. д.):

где Ме – катион металла;

      R – алифатический радикал.

 На практике для изготовления мыл, используемых в смазках, применяют индивидуальные жирные кислоты, получаемые из природных жиров, сами природные жиры, жирные синтетические кислоты, образующиеся при окислении парафина.

В качестве оснований для нейтрализации кислот используют гидроокиси многих металлов – лития, натрия, кальция, магния, цинка, стронция, бария, алюминия, свинца, серебра. Особенно широко распространены кальциевые, натриевые, литиевые и алюминиевые смазки.

Кальциевые смазки – Са-смазки (солидолы) обладают низкими темпера-турами плавления, их применяют в узлах, где температура не превышает  70 ºC. Преимущества же солидолов – достаточно высокая водостойкость, хорошие защитные и противоизносные свойства

Отличительными от солидолов свойствами обладают смазки на комплексных кальциевых мылах – кСа-мыло. Буква «к» указывает, что в составе загустителя находится несколько мыл, но химический символ и название определяют по тому мылу, которого в смеси больший процент. Основное преимущество таких смазок – высокая термостабильность. Некоторые из них сохраняют работоспособность до 200 ºC и выше. Они так же, как и солидолы, относятся к водостойким смазкам, но в ряде случаев имеют высокую гигроскопичность.

Натриевые смазки (Na-смазки) обладают лучшей термической стойкостью, чем Са-смазки. Их применяют в узлах с температурой нагревания до 110…130 ºC. Основной недостаток Na-смазок – их низкая водостойкость.

Литиевые смазки (Li-смазки) получают все большее распространение. Они применяются при температуре до 120 ºC и выше и нерастворимы в воде.

Алюминиевые смазки (Al-смазки) обладают высокой водостойкостью, даже в контакте с морской водой, что и определяет их применение.

Углеводородные смазки получают сплавлением нефтяного масла с твердыми углеводородами (парафинами, церезинами, петролатумом). Это самые дешевые смазки. Высокие водостойкость и защитные свойства предопределили их широкое использование в качестве консервационных материалов.

Органические загустители (пигменты, производные мочевины и др.) улучшают эксплуатационные свойства смазок.

Пигментные смазки (Pg-смазки) отличаются весьма высокой термической стойкостью. Многие из них сохраняют стабильность при температуре  250…300 ºC и выше. Внешне Pg-смазки отличаются ярким цветом.

Примером смазок, получаемых загущением производными мочевинами, являются уреатные (Ur-смазки). Они также относятся к термически стабильным смазкам.

Среди неорганических смазок наиболее распространены силикагелевые (Si-смазки). Силикагель устойчив к окислению и действию агрессивных сред, но Si-смазки обладают низкими защитными и противоизносными свойствами. К неорганическим загустителям  относятся и полимеры: политетрафторэтилен, поливинилхлорид и др. Многие из них, особенно галоидоорганические, отличаются стойкостью к агрессивным средам.

Присадки (добавки) существенно улучшают эксплуатационные свойства пластичных смазок. Некоторые смазки наряду с загустителем содержат наполнители – твердые добавки (дисульфид молибдена, графит, слюду и др.), повышающие эффективность применения смазок.

Во многих смазках важную роль играют поверхностно-активные вещества, например глицерин и часто вода, стабилизирующие коллоидные системы мыло-масло. Количество воды в смазках зависит от свойств мыла и содержания других поверхностно-активных веществ и составляет в некоторых смазках до 2%, а в других – сотые доли процента.

Ряд смазок в своём составе содержит присадки. Наибольшее распространение в качестве присадок к пластичным смазкам получили антиокислительные. Распространены также антикоррозийные и противо-износные присадки. Последние добавляют к смазкам, имеющим невысокие защитные свойства. В качестве таких присадок используют жирные кислоты, их мыло, некоторые амины, соли нафтеновых и сульфоновых кислот.

Противоизносные присадки представляют собой обычно соединения серы, хлора и фосфора в различных сочетаниях, соединения некоторых металлов. В ряде случаев используют осернённые растительные и животные жиры.

При введении присадок обязательно учитывают возможные вредные побочные воздействия их на структуру и свойства смазок. Например, дисульфид молибдена, снижая скорость изнашивания металлов в условиях трения, в большинстве случаев повышает коррозионность смазок. Следовательно, при введении присадок как в процессе изготовления смазок, так и в ходе их применения обязательно изучение всего комплекса воздействия этих присадок как на саму смазку, так и на конструкционные материалы.

  1.  Обозначение пластичных смазок

Чрезвычайно широкое применение пластичных смазок предопределило их огромный ассортимент. Используемые ранее наименования смазок не раскрывали их основных свойств. Поэтому в настоящее время, кроме наименования, установлено и обозначение пластичной смазки, как это определено ГОСТ 23258-78 «Смазки пластичные. Наименование и обозначение».

1. Наименование марок пластичных смазок условно, состоит из одного слова, а для различных модификаций одной смазки, дополнительно к наименованию допускается использование буквенных или цифровых индексов. Например: солидол «Ж», Литол-24 и т. д.

2. Обозначение пластичных смазок указывается во вводной части нормативно-технической документации. Это обозначение состоит из пяти буквенных или цифровых индексов, характеризующих назначение, состав и некоторые свойства смазок.

I. На первом месте в обозначении указывается назначение пластичной смазки. По этому признаку смазки разделяют на четыре группы:

– антифрикционные – для снижения износа и трения скольжения сопрягаемых деталей;

– консервационные – для предотвращения коррозии при хранении, транспортировании и эксплуатации;

– канатные – для предотвращения коррозии и износа стальных канатов;

– уплотнительные – для герметизации зазоров, облегчения сборки и разборки арматуры, манжет, резьбовых, разъемных и других подвижных соединений.

Наиболее обширная группа смазок – антифрикционные. Большинство смазок, применяемых на автомобилях, относятся к этой группе. Смазки этой группы делятся на подгруппы, обозначаемые буквами русского алфавита в соответствии с индексами:

С – смазки общего назначения (работоспособны до 70 ºC);

О – для повышенной температуры (до110 ºC);

М – многоцелевые, т. е. работоспособны от минус 30 ºC до 130 ºC и в условиях повышенной влажности;

Ж – термостойкие (более 150 ºC);

Н – морозостойкие (ниже минус 40 ºC);

И – противоизносные и противозадирные;

Х – химически стойкие;

П – приборные;

Т – редукторные (трансмиссионные);

Д – приработочные пасты;

Консервационные смазки обозначают буквой З (защитная).

Канатные смазки обозначаются буквой К.

Уплотнительные смазки включают три подгруппы и обозначаются:

А – арматурные (для манжет);

Р – резьбовые;

В – вакуумные (для уплотнения в вакуумных системах).

В зависимости от применения смазки ещё могут быть разделены на смазки общего назначения, многоцелевые и специализированные.

Канатные и уплотнительные смазки для автомобильной техники применяют ограничено.

II. На втором месте в обозначении указывают тип загустителя. Тип загустителя обозначают буквами русского алфавита в соответствии с индексами (табл. 4.1)

        

Таблица 4.1

Обозначение типа загустителей пластичных смазок

Загуститель

Индекс

Мыло

Алюминиевое

М

Ал

Бариевое

Ба

Кальциевое

Ка

Литиевое

Ли

Натриевое

На

Свинцовое

Св

Цинковое

Цн


Окончание табл. 4.1

Загуститель

Индекс

Комплексное

КМ

Смесь мыл

М1 – М2

Углеводороды твердые

Органические вещества

Т

О

Пигменты

Пг

Полимеры

Пм

Уреаты

Ур

Фторуглероды

Фу

Неорганические вещества

Глины (бентонитовые и др.)

Н

Бн

Сажа

Сж

Силикагель

Си

Комплексное мыло обозначают строчной буквой «к» русского алфавита, после которой указывают индекс соответствующего мыла (кБа, кКа и т.д.).

Смесь двух и более загустителей обозначают составным индексом       (Ка-На, Ли-Бн, Си-Пг, и т. д.). На первом месте ставят индекс загустителя, входящего в состав смазки в большей концентрации.

Индексы М, О, Н ставят только тогда, когда загуститель, входящий в эти группы, не предусмотрен перечнем табл. 9.1.

III. На третьем месте указывают рекомендуемый температурный диапазон применения смазок. Диапазон указывают в виде дроби: числитель – отрицательные температуры, уменьшенные в 10 раз, без знака «минус», знаменатель – положительные температуры, также уменьшенные в 10 раз. Например, дробь 3/11 указывает, что смазка может быть применена при температурах от минус 30 ºC до плюс 110 ºC.

IV. На четвертом месте строчными буквами русского алфавита индексами указывают тип дисперсионной среды (жидкой основы) и присутствие твердых добавок. Индексы жидкой основы и твердых добавок приведены в табл. 9.2.

Таблица 4.2  

Индексы дисперсионной среды и твердых добавок пластичных смазок

Дисперсионная среда

Индекс

Нефтяное масло

н

Синтетические углеводороды (алкилароматические, изопарафиновые и др.)

у

Кремнийорганические жидкости

к

Сложные эфиры

э

Галогенуглеродные жидкости

ж


Окончание табл. 4.2

Дисперсионная среда

Индекс

Фторсилоксаны

ф

Перфторалкилполиэфиры

а

Прочие масла и жидкости

п

Прочие добавки

Графит

г

Дисульфид молибдена

д

Порошки:

свинца

меди

цинка

с

м

ц

Прочие твердые добавки

т

Смесь двух и более масел обозначают составным индексом («н», «уэ» и    т. д.). На первом месте – индекс масла с большей концентрацией.

Индекс «п» ставят если масла нет в перечне. При изготовлении смазки на нефтяном масле индекс «н» не указывают, а ставят прочерк. Индекс «н» используют только при изготовлении смеси нефтяного и какого-либо другого масла.

При наличии в смазке твердых добавок их обозначают также строчной русской буквой в соответствии с индексами, приведенными в табл. 9.2. Индекс указывают через тире после индекса температурного интервала или индекса дисперсионной среды. Например: к-г – жидкая основа это кремний- органическая жидкость с добавкой графита.

V. На пятом месте указывают класс пенетрации, т. е. характеристику консистенции (густоты) смазки. Для обозначения пенетрации автомобильные смазки разделены на классы, обозначаемые: три ноля, два ноля, ноль, единица и далее до 7, всего 10 классов. Определение класса пенетрации производят с помощью прибора – пенетрометра, имеющего круглую шкалу. Стрелка шкалы соединена с конусом, массой 150 г, погружающимся в смазку при 25 ºC в течение 5 секунд. Чем гуще смазка, тем меньше глубина погружения конуса. Один миллиметр погружения конуса соответствует десяти градусам пенетрации.

По градусам пенетрации определяют класс пенетрации (табл. 4.3).

Таблица 4.3 

Пенетрационные классы смазок

Градусы пенетрации при температуре 25 С

Индекс класса пенетрации

445…475

000

400…430

00

355…385

0


Окончание табл. 4.3

Градусы пенетрации при температуре 25 С

Индекс класса пенетрации

310…340

1

265…395

2

220…250

3

175…205

4

130…160

5

85…115

6

Ниже 70

7

Смазки класса пенетрации 000 и 00 представляют собой аналог очень густого масла и применяются для смазки, например, подшипников самых малых диаметров. Смазка класса пенетрации 7 аналогична мылу и служит для смазки, например, седельного устройства тягачей.

4.3. Основные марки пластичных смазок

Примером смазок общего назначения, являются солидол С, пресс-солидол С, графитная УСс-А, жировая 1-13. Солидолы и графитную смазку готовят на кальциевых мылах. Они водостойки, стабильны при хранении, имеют хорошую коллоидную стабильность. Верхний предел работоспособности 60…80 С, что позволяет использовать их лишь в малонагруженных узлах. Графитная смазка содержит мелкоизмельченный графит и служит для смазывания рессор. Смазку 1-13 готовят на натриевых (18%) и кальциевых (3,5%) мылах. Она применяется в нагруженных узлах трения при температурах до 110 С. Хотя смазка содержит кальциевое мыло, водостойкость её невысока и её относят к водорастворимым смазкам.

Многоцелевая смазка Литол-24 готовится на литиевых мылах и нефтяном масле. Внешне это мягкая мазь вишневого (при добавлении красителя) или коричневого (при отсутствии красителя) цвета. Водостойкая. Используется при температурах до 130 ºC. Сохраняет работоспособность при температурах до минус 40 С. Можно применять в подшипниках качения и скольжения, шарнирах, зубчатых и иных передачах. Смазка достаточно надежно защищает металлы от коррозии. Успешно заменяет солидолы всех марок и ряд других смазок.

Термостойкие смазки предназначены для механизмов, рабочие температуры которых превышают 120 ºC. Это смазки: ЦИАТИМ-221, ВНИИ НП-207, ВНИИ НП-231, ВНИИ НП-246 и ПФМС-4с. Последние три марки можно применять при кратковременном повышении температуры соответственно 300, 250 и 400 ºC. Смазки обладают хорошими низкотемпературными свойствами, что позволяет применять их в широком интервале температур.

Морозостойкие смазки предназначены для механизмов, в которых при низких температурах (до минус 50 ºC) смазки общего назначения не обеспечивают нормальную работу. К морозостойким относят смазки ЦИАТИМ-201, ЦИАТИМ-203, МС-70, МУС-3а и Лита. Смазка Лита имеет в своем составе, кроме мыла, церезин (6%). Она обладает ещё и хорошими противоизносными и защитными свойствами. Смазки МС-70 и МУС-3а водостойки даже в контакте с морской водой.

Химически стойкие пластичные смазки работоспособны в контакте с кислотой, щелочью и другими химически активными веществами. В этих смазках применяют загустители: углеводородные, галоген- и фторорганические и силикагелевые. Это смазки: ЦИАТИМ-205, №8, 10-ОКФ, 3ф, ВНИИ НП-279, ВНИИ НП-282.

Смазка ЦИАТИМ-205 углеводородная, загуститель – белый церезин. Наиболее массовая химически стойкая смазка. Водостойкая. Не рекомендуется использовать в контакте с кислородом.

Смазка № 8 фторуглеродная. Производство ограничено, рекомендуется для использования при длительном контакте с кислотами и их парами, а также с газообразным кислородом. Смазка 10-ОКФ представляет собой хлорфторуглеродное масло 4ф, загущенное твердым полимером трифторхлорэтилена. Рекомендуется при контакте с сильными окислителями. Взаимозаменяема с аналогичной смазкой 3ф.

Смазки ВНИИ НП-279 и ВНИИ НП-282 – силикагелевые. Основа – синтетические масла. Дорогостоящие. Особо высокостойкие в любых агрессивных средах.

  1.  Эксплуатационные свойства пластичных смазок

Применяемые на автомобилях пластичные смазки должны иметь определенные эксплуатационные свойства для создания оптимальных условий эксплуатации и хранения техники. Это такие свойства, как термостойкость, упругопластичные свойства, противоизносные свойства, стабильность, водостойкость, тиксотропные свойства, испаряемость и термоупрочнение.

Термостойкость смазки определяет возможность ее использования при повышенных температурах. При нагревании смазки разжижаются (плавятся) или расслаиваются. По температуре, при которой смазка начинает течь, судят о верхнем пределе работоспособности смазки. Это свойство смазки условно оценивают по показателю, который называется температурой каплепадения.  Температура каплепадения нормируется для большинства смазок и изменяется в широком диапазоне от 40 до 200 ºC и выше. Решающую роль при этом играет загуститель. Углеводородные смазки имеют низкую температуру каплепадения. Смазки, загущенные литиевыми, натриевыми и особенно комплексными загустителями, имеют высокую температуру каплепадения.

В зависимости от температуры каплепадения, смазки по наибольшей температуре применения разделяют на:

  – низкоплавкие (до 65 ºC);

– среднеплавкие (до 100 ºC);

–  тугоплавкие (более 100 ºC).

Температура каплепадения позволяет установить верхний температурный предел применения смазок. Обычно рекомендуется, чтобы температура каплепадения была на 15…20 ºC выше рабочей температуры.

Температура каплепадения пластичных смазок это такая температура, при которой через отверстие в чашечке прибора, нагреваемого в определенных условиях, падает первая капля или вытянутый столбик смазки касается дна пробирки (расстояние 25 мм).

Кроме температуры каплепадения, определяют температуру сползания смазки с нагретой поверхности.

Упругопластичные свойства пластичных смазок – их прочность и удерживаемость на поверхности, как и температура каплепадения, во многом определяется температурным режимом. Но, в данном случае, большое значение имеет и механическое воздействие на смазку. Смазки, имеющие невысокий предел прочности сбрасываются с движущихся деталей, стекают с наклонных и вертикальных поверхностей, плохо удерживаются в негерметизированных узлах трения. Завышение предела прочности также нежелательно: хуже прокачиваемость смазок и поступление их в узкие зазоры узлов трения. Это происходит в результате возрастания сопротивления разрушению каркаса.

Верхняя граница предела прочности смазок при рабочих температурах не должна превышать 500 Па. В целом величина предела прочности смазок для большинства узлов и механизмов должна быть в пределах от 100 до 500 Па.

Вязкость смазок, как и предел прочности, имеет большое эксплуатационное значение. Она определяет возможность подачи смазок в узлы трения. Существующими солидолонагнетателями можно вводить в узлы трения смазки вязкостью не более 1100 Па·с. Для большинства машин вязкость смазок при минимальной рабочей температуре и скорости деформации 10 с-1  не должна превышать 2000 Па·с.

Противоизносные свойства смазок проявляются в их способности предупреждать все виды изнашивания и предотвращать заедание трущихся деталей. Особенно большое значение противоизносные свойства пластичных смазок имеют в узлах с тяжелыми условиями трения, в подшипниках скольжения, гипоидных и червячных передачах.

Обычно смазки обладают лучшими противоизносными свойствами, чем масла, на основе которых они изготовлены. Это объясняется рядом причин. Прежде всего, необходимо учитывать противоизносную способность загустителей, являющихся в большинстве своем эффективными поверхностно-активными веществами. В некоторые смазки вводят специальные добавки – вещества, повышающие противоизносную способность пластичных смазок. Вязкость смазок выше, чем масел, что создает большую надежность обеспечения гидродинамической смазки.

Смазки на силиконовых жидкостях и неорганических загустителях имеют недостаточный уровень противоизносных свойств, поэтому в них обычно вводят противоизносные присадки.

Для особо тяжелых режимов трения, когда контактные нагрузки достигают 5 МПа, используют смазки с антифрикционными добавками (МоS2, графит). Весьма эффективен в качестве эффективной и многоцелевой антифрикционной добавки дисульфид молибдена МоS2 в литиевых смазках. Его концентрация в смазках изменяется в широких пределах, в основном, в зависимости от назначения смазок. В подшипниках качения – 3–5%, редко до 10%. В механических передачах до 30%, а в резьбовых смазках – до 50–80%. Нежелательно присутствие в дисульфиде молибдена кремнезема SiO2 в количестве более 2%.

Табл. 4.4 дает наглядное представление об уменьшении износа (в процентах) деталей автомобилей при применении дисульфида молибдена в составе твердого смазочного покрытия. Для подпитки этих покрытий рекомендуется дополнительно вводить в масла и смазки присадки на основе МоS2 типа «Моликот» и т. п.

Таблица 4.4

Уменьшение износа деталей автомобиля

при использовании твердых смазочных материалов на основе МоS2

Наименование узла

Уменьшение износа на, %

Крестовины карданной передачи

30

Детали рулевого механизма

38

Шкворень поворотного кулака

57

Шарниры равных угловых скоростей

59

Шаровые опоры передней подвески

87

Шаровые пальцы рулевых тяг

88

Графит уступает по противоизносным свойствам дисульфиду молибдена, и графитсодержащие смазки применяют в основном в рессорах, узлах подвески, открытых зубчатых передачах и т. п.

В качестве присадок используют соединения серы, хлора, фосфора, фтора.

Эффективность присадок зависит и от природы смазок. Так, хлорфторсодержащие присадки хорошо улучшают противоизносные свойства Са- и Li- смазок. Гораздо худшие результаты дает их введение в Al-смазки.

Стабильность смазок очень важна, так как смазки рассчитаны на длительное использование, поэтому сохранение качества весьма актуально. Чем стабильнее смазка, тем меньше она изменяет свои свойства, тем надежнее работа узла трения и более длительны возможные сроки её хранения и применения.

Коллоидная стабильность антифрикционных смазок имеет эксплуатацион-ное значение. Смазки с достаточной коллоидной стабильностью не расслаиваются в условиях нагрузок и температур, возникающих в узлах трения. Однако и завышение коллоидной стабильности нежелательно – смазки не будут выделять достаточного количества масла для смазки деталей. Такие смазки называют «сухими». Оптимальная коллоидная стабильность позволяет длительно хранить смазки без ограничения объема тары и сроков хранения.

Высокой коллоидной стабильностью отличаются углеводородные смазки, представляющие собой плотные гомогенные сплавы минеральных масел с твердыми углеводородами, распределенными в смазках в виде тонких мономолекулярных слоев.

Смазки, загущенные мылами менее стабильны, так как их структурный каркас не так плотен, а кристаллическая решетка менее маслоёмка, чем кристаллическая решетка углеводородов.

Повышение коллоидной стабильности смазок достигается введением дополнительных загустителей, модифицирующих структуру смазок и приближающих её к углеводородным. Увеличение вязкости масла также повышает стабильность.

Выделение масла из смазок ускоряется под действием нагрузок – собственной массы, прилагаемого давления, центробежных сил и при повышении температуры.

Химическая стабильность антифрикционных смазок является решающим фактором при определении сроков службы и хранения пластичных смазок. Для высокотемпературных смазок окисление является одной из причин потери качества. Существенно окисление смазок проявляется при рабочих температурах уже выше 50 ºC. Химически стабильными считают смазки, у которых эксплуатационные свойства остаются в пределах нормы в течение всего срока службы, исчисляемого обычно годами. При окислении возрастает кислотность и, как следствие, коррозийность смазок, а также уплотнение (редко – разжижение).

Химическая стабильность смазок определяется их составом: жидкая основа должна быть химически стабильной. Загустители влияют на стабильность в меньшей степени. Стабильность смазок возрастает по ряду металлов, входящих в мыла загустителей: LiNaCaMgBaKAl.

Очень высокая стабильность у смазок на основе синтетических загустителей. Углеводородные и  мыльные смазки по стабильности примерно равноценны.

Большое влияние на химическую стабильность смазок оказывает наличие примесей: глицерина, органических кислот, влаги, щелочей, увеличивающих скорость окисления. Задерживают окисление соединения фенольного типа.

Заметно усиливается окисление смазки при уменьшении толщины её слоя (рис. 4.2). Количество щелочи, необходимой для нейтрализации образовавших-ся кислот возрастает.

Рис. 4.2. Изменение кислотного числа смазки ЦИАТИМ-201 в зависимости от толщины ее слоя на стеклянной пластине

(при 120 С за 5 ч)

Водостойкость антифрикционных смазок – важнейшее эксплуатацион-ное свойство, определяющее их работоспособность. Водостойкость определяется двумя факторами. Первый – растворимость смазок, их способность не смываться водой с поверхности металлов и не вымываться из узлов трения. Второй – степень гигроскопичности и изменения свойств под действием попавшей в смазку воды.

Растворимость в  воде нежелательна для всех смазок и определяется  главным образом природой загустителя. Абсолютное большинство загустителей в воде не растворяется. Исключение составляют некоторые мыла. Ряд уменьшения растворимости в воде мыл некоторых металлов выглядит так: KNaLiMgCaHgPbAl. Влияет на растворимость в обратной зависимости и длина цепи карбоновых кислот, использующихся для получения мыла. Высокая растворимость калиевых и натриевых смазок обусловила очень малое распространение первых и все более ограниченное – вторых. Снижает смываемость смазок с металлов и увеличение их адгезии.

Гигроскопичность – поглощение воды не только при контакте с ней, но и из воздуха. Однозначно говорить о вредности гигроскопичности нельзя. Вода в большинстве случаев ухудшает эксплуатационные свойства смазок, но, поглощая воду, смазка предотвращает проникновение ее к металлу. Высокой гигроскопичностью обладают комплексные кальциевые смазки (кСа-смазки). Они поглощают воду из воздуха при его относительной влажности более 60%. В условиях меньшей влажности возможна обратимость процесса. Возможно насыщение влагой из воздуха и Na-смазок. Это происходит при негерметичности тары и узлов трения. Из числа водостойких смазок наиболее гигроскопичны кальциевые, менее – литиевые и еще меньше поглощают влагу углеводородные смазки.

Тиксотропные свойства  смазок – быстрое восстановление разрушенного при механическом воздействии каркаса и приобретение свойств твердого тела после снятия нагрузки. При механическом воздействии снижается предел прочности и вязкого сопротивления смазки. Тиксотропное восстановление структуры очень важно для смазок, особенно предназначенных для открытых узлов трения.

После изготовления в смазках имеется большое число особо прочных связей. Восстанавливаются они не все (тиксолабильность). Поэтому уделяется большое внимание организации возможно большего числа менее прочных, но быстро (практически мгновенно) восстанавливающихся связей.

Смазки, загущенные мылами Са, Na или Li, имеют практически одинаковые способности сохранять свои свойства при механическом перемешивании.

Смазки на комплексных  мылах при отдыхе после механического воздействия даже упрочняются. Их вязкость и предел прочности измеренные сразу после окончания деформирования, не изменяются, а предел прочности, в некоторых случаях даже увеличивается (кСа-смазки), что является недостатком.

Малой склонностью к тиксотропным изменениям обладают смазки на неорганических загустителях. Это объясняется прочностью частиц дисперсионной фазы (загустителя), а также интенсивной предварительной гомогенизацией смазок во время изготовления.

Синтетические смазки (на жирных синтетических кислотах) изменяют свои свойства больше, чем смазки на основе натуральных кислот и естественных жиров.

Температура на большую часть Са- и Li-смазок и некоторых Na-смазок почти не влияет. Улучшение механической стабильности наблюдается у таких Na-смазок, как консталины и 1-13.

Испаряемость смазок наблюдается при их длительном использовании, особенно при нанесении тонким слоем, а также при повышенной температуре. Чрезвычайно ускоряет испарение высокое разрежение. На испаряемость влияет фракционный состав жидкой основы. При испарении масла смазки растрескиваются, на поверхности слоя смазки появляются корочки. После сильного испарения на поверхности металла остаются только мыла, образующие сухие, иногда осыпающиеся слои. В целом испарение ведет к уплотнению смазок и ухудшению их вязкостно-температурных характеристик, особенно при низких температурах.

Влияние загустителя, присадок и технологии приготовления смазок на испаряемость смазок практически отсутствует.

Испарение сильно замедляется при герметизации узлов трения, а в герметичной таре испарения даже самых легких масел не наблюдается.

Термоупрочнение смазок имеет отрицательное значение, т. к. при этом происходит повышение предела прочности, что приводит к затруднению поступления смазки в зоны трения.

Термоупрочнение зависит от свойства смазок. Оно определяется изменением сил связи между частицами загустителя, влиянием на этот процесс масла и поверхностно-активных веществ.

Изменение сил связи между частицами загустителя мыльных смазок связывают с полярностью и поляризуемостью молекул. Чем ниже полярность и выше поляризуемость молекул загустителя, тем интенсивнее протекает термоупрочнение.

Склонны к термоупрочнению смазки на Na-мылах, а Li-смазки практически не термоупрочняются. Сильно термоупрочняются некоторые неорганические смазки при нагреве до 200…250 ºC, что объясняется главным образом образованием «спаек» между частицами загустителя. Снижает термоупрочнение наличие в составе смазок поверхностно-активных веществ. Влияет на термоупрочнение и температура, причем весьма разнообразно: у некоторых смазок термоупрочнение развивается за несколько минут, у других, например у Na-смазок узких фракций жидких синтетических кислот, оно достигает десятков часов.

4.5. Применение пластичных смазок

Обширный перечень пластичных смазок позволяет подобрать смазку для каждого конкретного узла трения. При этом учитывают условия работы смазки и возможность использования широкораспространенной, наиболее дешевой смазки, в тоже время отвечающей всем предъявляемым в данном случае требованиям. Кроме того, желательно сокращать перечень смазок для смазывания отдельных автомобилей.

При надежной герметизации срок службы большей части пластичных смазок в узле может достигать нескольких лет.

Необходимо четко соблюдать рекомендации заводов-изготовителей автомобилей и требований инструкций и карт смазки в отношении смазываемых узлов по месту  и марке смазки (её заменителей), а также по срокам смазки. Эти рекомендации получены в результате всестороннего исследования работы узлов трения во всем диапазоне рабочих условий и применения различных смазок.

При использовании пластичных смазок необходимо соблюдать следующие правила:

– не применять смеси различных смазок без специальных рекомендаций ввиду их возможной химической несовместимости;

– не использовать обводненные и загрязненные смазки, т. к. при работе механизма частицы загрязнения и влага накапливаются, как правило, на внешнем слое смазки и там удерживаются;

– не заполнять узлы трения смазкой до отказа, особенно при высоких рабочих температурах;

– при использовании марки смазки, отличной от рекомендованной, тщательно проверить соответствие её физико-химических показателей предстоящим условиям работы;

– тщательно выполнять правила и сроки хранения пластичных смазок во избежание потери их качества;

– использовать до заполнения узлов смазки рекомендованные устройства;

– следить за исправностью защитных устройств, предотвращающих попадание в узлы трения воды, механических примесей и др. веществ.

Рекомендации заводов-изготовителей по применению пластичных смазок на легковых автомобилях приведены в табл. 9.5.

 Таблица 4.5

Пластичные смазки, применяемые при сборке на заводах

ВАЗ, УАЗ, АЗЛК и ГАЗ

Тип смазки

Смазываемые узлы

«ЛСЦ-15»  

«ЦИАТИМ-221»        

«ВНИИ НП-207»                

Акселератор, опора вилки выключения сцепления и дистанционная втулка, пальцы толкателей поршней главных цилиндров, концы оттяжных пружин и пружины усилителя выключателя сцепления, сфера наконечника толкателя выключения сцепления, ручной тормоз, наружный привод коробки передач, посадочное место тормозного барабана на полуоси, центрирующее кольцо эластичной муфты кардана, ось ролика стеклоподъемника, выключатель замка передней двери, ось петли дверей, стержень и ролик ограничителя дверей, привод замка крышки багажника, ось крышки багажника, ось крышки воздухопритока, рабочие участки упора капота

«Литол-24»

«Литол-42Р»

Подшипники: водяного насоса, выключения сцепления, задних и передних колес, промежуточной опоры кардана, верхнего вала руля, вала рулевого управления, карданного шарнира руля, поводковое кольцо привода стартера, шлицевой наконечник прямого вала руля, уплотнитель вала руля по щитку, нижнее контактное кольцо рулевого колеса, привод спидометра

«ВТВ-1»

Наконечники и зажимы аккумулятора, замок крышки  багажника. Ось петли капота, трос привода замка капота, дверной замок, петли пружины люка наливной  горловины

«Фиол-1»

«Фиол-2»

«Фиол-2у»

«Фиол-3»

Трос провода воздушной заслонки, направляющие    салазок сидений, замок переднего сиденья, тяга   отопителя, защитные трубки тросиков управления, механизм стеклоподъемника, замки дверей, фиксаторы замков, штифты замка зажигания

«ДТ-1»

Торцевые поверхности поршней толкателя главных    цилиндров и рабочего цилиндра выключения сцепления,  поршни суппортов дисковых тормозов, хвостовик поршня регулятора давления

«ШРБ-4»

Шаровые шарниры, наконечники тяг рулевой трапеции

«Фиол-2у»

или «№ 158»

Подшипники крестовин и крестовины карданного вала


Окончание табл. 4.5

Тип смазки

Смазываемые узлы

«ШРУС-4»,

«Фиол-2у»

Шарниры привода передних колес, подшипники сцепления, сальник телескопической стойки

«Лциол»

Шаровой палец шарнира с тефлоном

«Силикол»

Вакуумный усилитель тормозов

«Моликот-111»

Гидрокорректор фар

«Униол-1»

Пальцы, направляющие суппорта дискового тормоза, пыльник реечного рулевого механизма

Физико-химические свойства наиболее широко применяемых пластичных смазок представлены в табл. 4.6.

Таблица 4.6

Характеристики смазок в соответствии с классификацией

по областям применения

Товарное наименова-ние  

Температу-ра каплепа-

дения, °С, не менее

Пенетра-ция при

25 °С,

10–1 мм

Предел прочности при  20 °С, Па

Вязкость при 0 °С и 10с–1 , Пас

Коллоидная стабильность, %, не более

Антифрикционные смазки общего назначения

Солидол С

85–105

260–310

200–500

(при 50 °С)

190

1–5

Пресс-солидол С

85–95

310–350

100–400 (при 50 °С)

90

2–10

Солидол Ж

78

230–290

190

(при 50 °С)

250

Графитная

77

250

100

(при 50 °С)

100

5

1-13

120

180–250

500–1000

500

20

Консталин

130

225–275

150–300

250—500

8–20

Смазки многоцелевые

Литол-24

185

220–250

500–1000

280

12

Фиол-1

185

310–340

250

200

25

Фиол-2

188

265–295

300

250

16

Фиол-2М

180

265–295

300

250

15

Алюмол

230

220–250

500–1000

250

12

Смазки термостойкие

ЦИАТИМ-221

200

280–360

250–450

80–200

7


Продолжение табл. 4.6

Товарное наименова-ние  

Температу-ра каплепа-

дения, °С, не менее

Пенетра-ция при 25 °С, 101 мм

Предел прочности при  20 °С, Па

Вязкость при 0 °С и 10с 1, Пас

Коллоидная стабильность, %, не более

ВНИИ НП-207

250

220–245

250–500

180–200

7

ВНИИ НП-246

345

80–240

(при –80 °С)

500

(при –40 °С)

10

Униол-1

200

260–320

200–500

160

10

Графитол

250

265–295

350–700

300–600

8

ПФМС-Yс

180–200

200–250

1,6

Силикол

250

220–250

700–1000

550

9

Лимол

240

310–340

250

250

3

Смазки низкотемпературные

ЦИАТИМ-201

175

не нормир.

250–500

1100

( –50 °С)

26

ЦИАТИМ-203

160

250–300

250

(при 50 °С)

1000

(–30 °С)

10

Лита

170

240–265

550–750

1000

(–30 °С)

20

Зимол

190

240–290

300–1000

2000

(–50 °С)

20

ГОИ-54п

61

200–245

150

1200

(–50 °С)

6

Консервационные (защитные смазки)

Пушечная (ПВК)

60

90–150

1–4

ВТВ-1

54

1000

100—150

4–5

Уплотнительные смазки

Бензоупор-ная

35

30–80

2500

1,2

Замазка

33К-3у

115

40–80

2000

Смазки автомобильные

АМ карданная

115

220–270

500–700

300–600

10–15

ЛСЦ-15

185

250–280

500

280

15

ШРБ-4

230

265–295

200

80–160

10

ШРУС-4

190

250–280

300–700

250

16


Окончание табл. 4.6

Товарное наименова-ние  

Температу-ра каплепа-

дения, °С, не менее

Пенетра-ция при  25 °С,    101 мм

Предел прочности при  20 °С, Па

Вязкость при 0 °С и 10с 1, Пас

Коллоидная стабильность, %, не более

Фиол-2у

180

255–295

300

170

12

N158

132

305

150–500

400

23

МЗ-10

70

270

210

70–220

8

ЛЗ-31

188

220–250

500–620

280

12

Автомобиль-

ная

150

Не нормир.

180

(при 50 °С)

200

 Примечания:

  1.  Коллоидная стабильность смазок – количество масла, отпрессовываемого из смазки на специальном приборе в стандартных условиях.
  2.  Предел прочности – минимальное напряжение сдвига, при котором разрушается каркас загустителя смазки, определяемое на специальном приборе в стандартных условиях.

 

Глава 5

Специальные жидкости

 Для обеспечения долговечной и надёжной работы автомобиля необходим целый ряд эксплуатационных жидкостей, так называемых специальных жидкостей (СЖ). Специальные жидкости обеспечивают и оптимизируют работу двигателя, органов и систем управления, подвески и облегчают запуск двигателя и работу автомобиля в целом в разнообразных условиях эксплуатации.

К специальным жидкостям, обеспечивающим работу автомобиля, относят следующие:

– охлаждающие;

– тормозные;

– амортизаторные;

– гидравлические;

– пусковые;

– антиобледенительные;

– автоочистители;

– электролит для аккумуляторных батарей.

По условиям работы и сходным требованиям к качеству тормозные, амортизаторные и гидравлические жидкости можно объединить в группу жидкостей для гидравлических систем.

5.1. Охлаждающие жидкости

В двигателях внутреннего сгорания в механическую работу превращается тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива. Но далеко не вся тепловая энергия используется по назначению. К сожалению, коэффициент ДВС невысок. На рис. 5.1 показано примерное распределение энергии, заключенной в топливе (разработки кампании ВР).

Для качественного смесеобразования, полноты сгорания топлива и обеспечения оптимальных условий для смазки двигателя необходимо поддерживать определённый температурный режим. В современных двигателях температурный режим поддерживается с помощью воздушной или жидкостной систем охлаждения. В подавляющем большинстве – жидкостными системами. Температура охлаждающей жидкости должна быть 90…100 С.

Рис. 5.1. Распределение тепловой энергии в ДВС

5.1.1. Условия работы и требования к

охлаждающим жидкостям

Охлаждающие жидкости находятся в герметичной системе, включающей рубашку охлаждения двигателя, радиатор, водяной насос, термостат и систему трубопроводов. В рубашке охлаждения жидкость забирает тепло от нагретых деталей и отдаёт его потоку воздуха в радиаторе. По рубашке охлаждения и трубкам радиатора жидкость прокачивается центробежным насосом. После длительной стоянки автомобиля вне помещения охлаждающая жидкость имеет температуру окружающего воздуха, зимой – гораздо ниже нуля. Детали системы охлаждения выполнены из чёрных и цветных металлов и сплавов. Прокладки и трубопроводы (шланги) – из неметаллических материалов (технического картона, паронита, резины и др.).

Требования к охлаждающим жидкостям:

– высокие теплоёмкость и теплоотдача;

– невысокая вязкость;

– низкая температура замерзания и высокая температура кипения;

– отсутствие склонности к образованию отложений (накипи);

– коррозионная нейтральность к конструкционным материалам;

– невысокий коэффициент теплового расширения;

– нетоксичность;

– пожаробезопасность;

– дешевизна, недефицитность и широкая сырьевая база.

В настоящее время жидкостей, полностью отвечающих всем перечисленным требованиям, не существует. В качестве охлаждающих используют следующие жидкости и смеси:

– вода;

– смесь воды и этиленгликоля;

– водоглицериновые смеси;

– водоспиртовые смеси.

Теплофизические характеристики некоторых жидкостей приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Теплофизические характеристики некоторых жидкостей

Теплофизические характеристики

Продукт

Удельная теплоём-

кость,

кДж/(кгК)

Скрытая теплота испарения, ккал

Коэффициент теплопровод-ности, ккал/мград

Коэффициент теплоотдачи при вынужденной конвекции, ккал/м2град

Вода

4,21,0

539

51510– 3

  500–10000

Этиленгликоль

4,20,575

220

214610–3

Этиловый спирт

4,20,669

216

15110–3

Жидкость марки 40 (этиленгликоль 53 %, вода 46,6 %)

4,20,849

36010–3

5.1.2. Эксплутационные свойства охлаждающих жидкостей

Охлаждающая способность наиболее высока у воды. Этиленгликоль, глицерин и спирт, а также их смеси с водой имеют более низкую охлаждающую способность. Температурный режим двигателя, особенно при высоких температурах воздуха и больших нагрузках, наиболее устойчиво поддерживается системой охлаждения, заправленной водой.

Низко- и высокотемпературные свойства. Температурный диапазон применения охлаждающих жидкостей определяется температурами замерзания и кипения. Для понижения температуры замерзания используют смесь воды и различных жидкостей. В результате удаётся понизить температуру замерзания до минус 65 С, что вполне достаточно для эксплуатации автомашин в любом климатическом поясе России. Для повышения температуры кипения систему охлаждения герметизируют, в ней при нагревании жидкости повышается давление и температура кипения возрастает. Это даёт дополнительное время водителю для того, чтобы принять меры и не допустить закипания охлаждающей жидкости в двигателе.

На низший температурный предел применения жидкости большое влияние оказывает вязкость. При чрезмерном возрастании вязкости значительно увеличивается сопротивление циркуляции жидкости по системе, особенно через трубки радиатора.

Спирты, гликоли и глицерин в смеси с водой имеют низкие температуры замерзания. Но при повышенных температурах спирты легко испаряются из смеси, что приводит к повышению температуры замерзания и увеличивает пожароопасность.

Коррозионность – важное эксплуатационное свойство охлаждающих жидкостей, в значительное мере влияющее на долговечность системы охлаждения. Коррозионное воздействие жидкостей на конструкционные материалы прежде всего определяется содержанием в охлаждающих жидкостях кислорода и хлора. Поэтому вода, используемая как охлаждающая жидкость или как компонент смеси должна содержать хлора не более 0,0007%. Водопроводная вода в целях обеззараживания хлорируется, содержание хлора в ней около 0,01% поэтому она коррозионно агрессивна.

Водные растворы этиленгликоля и спиртов обладают повышенной коррозионностью по отношению к металлам. Для устранения этого недостатка в смеси вводят присадки:

1) двузамещённый фосфорно-кислый натрий Na2HPO4 в количестве 2,5–3,5 г/л предохраняет от коррозии чугунные, стальные и медные детали;

2) декстрин картофельный (изомер крахмала С6Н10О5) в количестве   1–1,1 г/л защищает припои, алюминий и медь;

3) присадки на основе бензойно-кислого натрия, нитрата натрия и буры защищают от коррозии все сплавы металлов в системе охлаждения.

Этиленгликолевые жидкости вызывают коррозию цинковых покрытий, поэтому хранение их в оцинкованных бочках не допускается.

При необходимости дополнительную защиту цинка обеспечивают введением в антифриз 7,5–8% молибденовокислого натрия (Na2MoO4). В этом случае в маркировке вводится строчная буква «м» – антифриз марки 40 м; 65 м.

Вспениваемость охлаждающих жидкостей ухудшает отвод тепла, так как воздух проводит тепло значительно меньше, чем вода. В чистом виде гликолевые жидкости не склонны к пенообразованию, но при попадании в них нефтепродуктов образуется обильная и устойчивая пена.

Высокую вспениваемость водоглицериновых смесей снижают добавлением спирта.

Токсичностью в наибольшей степени обладает этиленгликоль. Для человека смертельной дозой считается попадание внутрь 50–100 мг чистого этиленгликоля. Этиловый спирт менее ядовит.

Пожароопасность смеси этиленгликоля и воды невысока. При содержании воды более 20% возгорания смеси не происходит. Температура самовоспламенения этиленгликоля на воздухе выше 400 С. Смеси этилового спирта и воды горят при содержании в них спирта более 30–40% в зависимости от температуры.

5.1.3. Вода как охлаждающая жидкость

Наиболее полно отвечает предъявляемым к тормозным жидкостям требованиям простая вода. Сравнительно высокие теплоёмкость, теплопроводность и коэффициент теплоотдачи, а также незначительная вязкость (1,02 мм2/с при 20 С), нетоксичность и неограниченное количество делают воду ценным теплопередатчиком. Однако у воды есть и весьма существенные недостатки:

– высокая температура замерзания (0 С);

– низкая температура кипения (100 С);

– значительный коэффициент объёмного расширения при замерзании

(9%);

– склонность к образованию отложений (накипи);

– коррозионность к деталям системы охлаждения.

Несмотря на перечисленные недостатки, наряду с высокой стоимостью смесей воды с другими веществами, она широко применяется в системах охлаждения грузовых автомобилей. Эти системы имеют большую вместимость, поэтому затраты на заполнение и доливы специальными жидкостями велики.

Следует иметь ввиду, что попадание минеральных масел в воду взывает сильное пенообразование, что значительно ухудшает теплопередачу. Аналогичное действие оказывает присутствие даже небольшого количества масел в накипи.

При использовании воды в качестве охлаждающей жидкости необходимо постоянно помнить о её склонности к образованию осадков на стенках системы охлаждения. Накипь ухудшает теплоотдачу от нагретых деталей. На образование накипи основное влияние оказывает жёсткость воды.

Жёсткость воды определяют по содержанию в ней солей кальция и магния. Единица жёсткости – содержание 1 миллиграмм-эквивалента (мг-экв) ионов кальция и магния в 1 литре воды. Одному мг-экв жёсткости соответствует содержание 20,04 мг/л Са++ или 12,16 мг/л Мg++. Деление воды группы жёсткости показано в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Классификация воды и режим технического обслуживания

системы охлаждения двигателей

Класс воды

Происхожде-ние воды

Группа жёсткости

Общая жёст-кость,      мг-экв/л

Влияние на накипеобразова-ние

Атмосферная

Дождевая, снеговая

Очень мягкая

До 1,5

Накипи не образует


Окончание табл. 5.2

Класс воды

Происхожде-ние воды

Группа жёсткости

Общая жёст-кость,      мг-экв/л

Влияние на накипеобразова-ние

Поверхност-ная

Речная, озёрная, северные водоёмы

Центральные и южные районы

Очень мягкая

Мягкая

Мягкая

Средне-жёсткая

До 1,5

1,5–4,0

1,5–4,0

4,0–8,0

Накипи почти не образует

Образует накипь. Необходимо не реже 2 раз в год удалять накипь.

Грунтовая

Родниковая, колодезная, артезианская

Жёсткая и очень жёсткая

8,0–12,0

и более

Быстро откладывается значительная накипь. Не рекомендуется применять воду без предварительного умягчения

Общая жёсткость воды является суммой карбонатной (временной) и некарбонатной, главным образом сульфатной, жёсткостей. Жёсткость воды легко определить (ориентировочно) при намыливании рук: в мягкой воде пена устойчивая, а в жёсткой воде пена быстро гаснет и на руках остаётся сальный осадок.

Для устранения вредного влияния жёсткости – образования накипи – в систему охлаждения вводят антинакипины или умягчают воду перед заливом (табл. 5.3).

Таблица 5.3

Способы предупреждения образования накипи

Операция

Реактивы и их действие

Порядок применения

Введение антинакипинов

Хромпик К2Сr2O7 или нитрат аммония NH4NO3 переводят соли накипи в растворимое состояние

Готовят концентрат: 100 г реактива на 1 л воды. На 1 л среднежёсткой воды берут 30–50 мл концентрата; для жёсткой 100–130 мл. При помутнении воды в системе охлаждения воду меняют.

Умягчение воды

Гексамет (NaPO3)6 удерживает соли накипи во взвешенном состоянии

Добавляют в среднежёсткую воду 0,2, а в жёсткую – 0,3 г/л., периодически удаляют отстой через краники


              
Окончание таблицы 5.3

Операция

Реактивы и их действие

Порядок применения   

Перегонка

Все растворимые соли остаются  в перегонном кубе

Получают воду без солей жесткости

(дистиллированную)


Кипячение

Соли карбонатной и частично сульфатной жесткости выпадают в осадок

Воду кипятят 20–30 мин, отстаивают и фильтруют от осадка

Обработка химическими реагентами

Кальцинированная сода Na2CO3 – 53 мг/л на одну единицу жесткости

Тёплую воду перемешивают с реактивом 20–30 мин, отстаивают и фильтруют от осадка

Применение антинакипинов эффективно снижает скорость образования накипи в системе охлаждения (рис. 5.2).

Рис. 5.2.  Динамика нарастания количества накипи в системе охлаждения, заправленной водой с антинакипином (2) и без него (1)

При образовании накипи её удаляют различными способами:

1) Техническая молочная кислота (600 г на 10 л воды);

2) Хромпик (200 г на 10 л воды);

Растворы хромпика вызывают ожоги кожи!

3) 6–10% раствор НСl с добавками различных ингибиторов.

Растворы заливают в систему охлаждения, удалив термостат, и выдерживают:

– в технической молочной кислоте – до прекращения выделения

углекислого газа;

– хромпике – 8–10 часов;

– соляной кислоте – 0,5–1 час.

Затем растворы сливают и тщательно промывают систему охлаждения водой.

Промышленность выпускает большое количество препаратов для удаления накипи, например «Автоочиститель-1».

При использовании воды в качестве охлаждающей жидкости зимой необходимо помнить о возможности замерзания воды в радиаторе при циркуляции по малому контуру системы. Особенно это возможно при постоянном вращении вентилятора приводными ремнями.

Для увеличения температуры кипения в герметичной системе охлаждения повышается давление. В результате возрастает и температура закипания воды:

– при 0,05 Мпа – 112 С;

– при 0,12 Мпа – 124 С.

5.1.4. Низкозамерзающие жидкости (антифризы)

Как отмечалось выше, при всех достоинствах вода как охлаждающая жидкость имеет серьёзный для нашего климата недостаток – высокую температуру замерзания. Этот недостаток влечёт за собой и следующий – объёмное расширение при замерзании, достигающее 9%, т. к. плотность воды при 3,98 С составляет 1000 кг/м3, а льда при 0 С – 916,8 кг/м3. Это приводит к разрыву рубашки охлаждения. Температура кипения также относительно невысока.

Всё это вынудило эксплуатационников искать более приемлемые охлаждающие жидкости. Так было положено начало применению в качестве охлаждающей жидкости в двигателях внутреннего сгорания смеси этиленгликоля и воды.

Этиленгликоль С2Н4(ОН)2 – простейший двухатомный алифатический спирт, сиропообразная () бесцветная жидкость сладкого вкуса. Температура замерзания минус 12,3 С, кипения плюс 197,6 С, плотность     1113 кг/м3 при 20 С. При добавлении воды температура замерзания понижается до минус 75 С при содержании в растворе трети воды, а при дальнейшем увеличении концентрации воды – повышается. Зависимость нелинейная. Температура замерзания может быть определена не только по концентрации воды и этиленгликоля, но и по плотности смеси.

Низкозамерзающие охлаждающие жидкости для заправки систем «тосолы». Эти жидкости имеют ряд преимуществ по сравнению с водой:

– низкая температура замерзания;

– выше температура кипения;

– хорошие смазочные свойства, что обеспечивает больший ресурс

работы водяного насоса;

– при замерзании образуется рыхлая масса, почти не увеличивающаяся в

объёме и не вызывающая разрушения системы охлаждения.

Но тосолам присущи и недостатки:

– токсичность;

– коррозионное воздействие на конструкционные материалы;

– высокая просачиваемость по сравнению с водой;

– большой коэффициент теплового расширения.

Основной недостаток этиленгликолевых жидкостей – токсичность, даже при невысоких концентрациях гликолей. При попадании в организм человека наблюдаются тяжёлые отравления. Поэтому при использовании тосолов необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

Современные тосолы представляют собой смесь этиленгликоля и воды с добавлением присадок:

– антикоррозионной;

– антифрикционной;

– противопенной.

Характеристика антифризов приведена в табл. 5.4.

Таблица 5.4

Характеристика антифризов

Показатели

Лена-40

Лена-65

Тосол А

Тосол А-40

Тосол А-65

ТУ-6-01-7-153-85

ТУ 6-02-751-86

Внешний вид

Слегка мутная маслянистая жидкость

Цвет

Жёлто-зелёный

Голубой

Голубой

Красный

Плотность при

20 °С, кг/м3

1075–1085

1085–1100

1140

1075–1085

1075–1095

Температура крис-таллизации, °С

–40

–65

–11,5

–40

–65

Температура кипения,  °С

108

115

170

108

115

Этиленгликоль,

% по массе

52

64

96

53

63

Вода по массе

47

35

3

44

35

Присадки, г/л:

декстрин,

1,0

1,0

1,0

0,4

0,5

динатрий фосфат,

антивспениваю-щая,  композиция анти-        коррозионных

2,5–3,5

 

3,0–3,5

 

0,1

5,0

0,05

2,55

0,08

2,95

Применение тосолов требует выполнения ряда правил, обусловленных свойствами этих жидкостей:

  1.  Заполнять систему охлаждения следует на 6–8% ниже полной вместимости. Это вызвано большим коэффициентом объёмного расширения. При нагревании жидкости до рабочей температуры система охлаждения будет заполнена полностью. В последнее время на автомобилях устанавливают расширительные бачки, изменение уровня жидкости в которых компенсирует тепловое расширение антифриза.
  2.  Необходимо тщательно проверить герметичность соединений в системе охлаждения, так как антифризы обладают повышенной просачиваемостью.
  3.  Через некоторое время после залива следует внимательно осматривать соединения на наличие подтеканий. Антифризы растворяют накипь. Неплотности, закупоренные накипью могут дать течь. Растворение накипи не снижает качество антифризов. После фильтрации их снова можно заливать в систему.
  4.  Необходимо полностью удалить накипь со стенок системы охлаждения перед заливом антифриза. Накипь вступает в химическую реакцию с динатрийфосфатом, который находится в антифризе для защиты от коррозии чёрных металлов и латуни.
  5.  Температуры кипения антифризов выше, чем воды. Снижение уровня при отсутствии подтеканий свидетельствует о выкипании воды и повышении концентрации этиленгликоля. В этом случае необходимо доливать чистую воду. При снижении уровня вследствие подтеканий компенсировать потери следует стандартным антифризом.

Необходимо периодически проверять концентрацию антифриза в системе охлаждения. Проверка производится с помощью гидрометра – разновидности ареометра, с термометром, но с двойной шкалой, оттарированной на процентное содержание этиленгликоля в смеси и соответствующие температуры замерзания. Шкала рассчитана на определения при температуре антифриза равной 20 С. При других температурах неизбежны ошибки, поэтому перед измерением необходимо привести температуру антифриза к значению 20 С. При невозможности корректировки температуры поправки к показанию гидрометра можно определять по таблице 5.5.

Таблица 5.5

Поправки к показанию гидрометра

t°С

жидкости

Содержание этиленгликоля в жидкости, % по объёму

+30

17

19

21

23

25

27

29

31

33

35

37

39

41

43

45

46

48

50

52

54

56

58

60

61

62

64

66

28

18

20

22

23

25

28

30

32

33

36

38

39