CC BY
182
© Э.Д. Пенджиев, 2015
УДК [621.892.5:62—728]:621.879.3 Э.Д. Пенджиев
ПЛАСТИЧНЫЕ СМАЗКИ ДЛЯ ЭКСКАВАТОРОВ С ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫМИ СИСТЕМАМИ СМАЗКИ
Большинство современных и модернизированных одноковшовых экскаваторов, находящих самое широкое применение в добывающей промышленности, оснащено автоматическими централизованными системами смазки. Этот фактор оказывает существенное влияние на требования к применяемым продуктам. Вместе с тем, одна и та же смазка в экскаваторе зачастую используется в различных узлах и режимах трения, что накладывает дополнительные ограничения. В статье рассмотрены наиболее важные для эксплуатации в экскаваторах параметры пластичных смазок, а также описаны современные методы их определения: сопротивление износу, вязкость, прокачиваемость, смываемость, адгезия, консистенция. Показано, что улучшение одних свойств может существенно ухудшить другие, поэтому следует использовать различные смазки с оптимальным для условий работы пар трения и окружающей среды набором свойств.
Ключевые слова: пластичная смазка, экскаватор, автоматическая централизованная система смазки, реология, скорость сдвига, вязкость, прокачиваемость, износ.
1. Введение
Большинство современных машин все чаще оснащают автоматическими централизованными системами смазки (далее — АЦСС). И чем больше габарит машины, тем более выгодными являются мероприятия по разработке и монтажу АЦСС как с точки зрения удобства и затрат времени на обслуживание, так и с точки зрения надежности и увеличения ресурса узлов трения. Одноковшовые экскаваторы, и прежде всего, карьерные и вскрышные экскаваторы, наиболее широко использующиеся при открытой добыче полезных ископаемых, сегодня повсеместно комплектуются АЦСС.
АЦСС, установленные на экскаваторах, рассчитаны на применение пластичных смазок, так как применение масел практически невозможно ввиду необходимости герметизации узлов
79
трения. Пластичные смазки в отличие от масел, содержат структурообразующий загуститель, придающий им консистенцию. За счет этого они удерживаются в узлах трения, и появляется возможность использовать в их составе твердые антифрикционные добавки.
В наиболее сложном с точки зрения разработки и применения смазки случае, на экскаваторе установлена лишь одна АЦСС. Это означает, что используемая пластичная смазка должна одинаково эффективно снижать износ в подшипниках скольжения (пальцы, втулки), в открытых и/или закрытых зубчатых передачах, в роликовых и шариковых подшипниках (опорно-поворотные устройства), а также на направляющих, при том, что все указанные элементы работают в различных режимах трения. Смазка должна обладать адгезией для хорошего удерживания на поверхностях, оптимизации расхода и сопротивления воздействию атмосферных осадков. И, наконец, смазка должна хорошо прокачиваться в АЦСС. Рассмотрим каждое из этих требований.
2. Снижение износа в парах трения
Общее представление о различных режимах трения можно получить из кривой Штрибека [8], представленной на рис. 1 и отражающей универсальную зависимость коэффициента трения от некоторых свойств пары трения и смазочного материала.
Оптимальный режим трения для подавляющего числа узлов и механизмов — так называемый эластогидродинамический режим («EHL» на рис. 1). При работе в этом режиме достигается минимальный коэффициент трения f: под воздействием относительно высоких скоростей v и нагрузок F пластичная смазка превращается в тонкую эластичную пленку масла, достаточную для эффективного разделения поверхностей и не создающей большого сопротивления перемещению деталей. К сожалению, маловероятно, что работа всех пар трения экскаваторов, смазывание которых происходит при помощи одной АЦСС и одной смазки, будет происходить в этом режиме трения.
Граничный режим трения («Boundary» на рис. 1) характеризуется очень низкими скоростями v и высокими нагрузками F. При этом толщина пленки смазки h между поверхностями трения существенно меньше шероховатости поверхностей Ra, и
80
A" Ra' ^F
Рис. 1. Кривая Штрибека — зависимость коэффициента трения f от безразмерного параметра X: Обозначения: h — толщина пленки смазочного материала, мм; Ra — шероховатость поверхности, мм; ц — динамическая вязкость смазочного материала, Пас; v — скорость перемещения поверхностей друг относительно друга, м/с; F — результирующая сила, действующая на поверхности трения, Н
при взаимном перемещении деталей происходит значительный износ. Влияние вязкости или консистенции смазки минимально. Такой режим трения характерен для линии зацепления любых зубчатых передач и для всех нагруженных пар трения при пуске или остановке (значение F велико, а v^0).
Для характеристики работы смазки в режиме граничного трения используют нагрузку сваривания Pc (англ. — weld load или weld point), которую определяют в лабораторных условиях на четырехшариковой машине трения по [5] или аналогичным методикам. Фактически значением Pc определяют точку, когда смазка полностью покинула пространство между поверхностями, и трение происходит в сухом режиме («Dry friction» на рис. 1) — режиме задира. Чем больше значение Pc, тем лучше. Обычно для зубчатых передач применяют смазки с Pc не менее 400—500 кгс [1]. Для этого в них либо добавляют твердые (порошковые) антифрикционные материалы, либо используют такие загустители, которые сами по себе обеспечивают высокие противозадирные характеристики, например, сульфонатные кальциевые или висмутовые мыла [7]. Первый прием является зачастую предпочтительным, поскольку твердые антифрикцион-
81
ные добавки при работе на зубчатых передачах могут накапливаться в зоне трения и образовывать относительно устойчивое противоизносное покрытие.
Роликовые и шариковые подшипники работают как в граничном, так и в смешанном («Mixed» на рис. 1) режимах трения. Граничный режим трения характерен для моментов пуска и остановки, смешанный проявляется при движении тел качения. В смешанном режиме вязкость смазки ц должна быть достаточной для образования пленки масла толщиной h, сопоставимой со значением шероховатости поверхностей Ra. В отношении подшипников качения экскаваторов, работа которых характеризуется относительно высокими нагрузками F и относительно низкими скоростями v, это означает, что вязкость смазки ц должна быть довольно большой. В смешанном режиме трения наблюдается низкий или умеренный износ.
Для характеристики работы пар трения в смешанном режиме также часто используют четырехшариковую машину трения. Определяемая на ней критическая нагрузка Рк указывает на переход режима трения из смешанного в граничный, поэтому чем выше значение этой величины, тем лучше. Смазки с Рк > 80 кгс считаются в большинстве случаев приемлемыми [2]. Часто определяют диаметр пятна износа DH (англ. — scar diameter) при фиксированной нагрузке в 40 кгс. Этот параметр характеризует противоизносные свойства смазочных материалов в смешанном режиме трения. Считается [6], что пластичные смазки для экскаваторов должны иметь DH< 0,7 мм. Для улучшения Рк и DH в состав смазок наиболее часто включают жидкие противо-износные присадки различных химических классов, а также вязкие масла и/или смеси масел с полимерами. Использование растворителей для улучшения прокачиваемости, что характерно для «зимних» смазок некоторых производителей, существенно ухудшает значения Рк и DH как раз из-за снижения вязкости.
Пары трения работают в гидродинамическом режиме («Hy-drodynamic» на рис. 1), когда поверхности надежно разделены пленкой смазочного материала, т.е. толщина пленки смазки h существенно больше величины шероховатости Ra. Фактически это безызносный режим трения, в котором должны работать подшипники качения (втулки, пальцы, вкладыши) и направля-
82
ющие. В реальном экскаваторе этот режим не может все время выдерживаться ввиду периодичности рабочих операций (при пусках и остановках механизмов и существенного разброса в нагрузках F. Подшипники качения и направляющие в экскаваторах работают при малых и средних скоростях V, а также при средних и высоких нагрузках F. Поэтому для обеспечения максимально длительной работы в гидродинамическом режиме трения вязкость смазки ц должна быть высокой. С другой стороны, если вязкость смазки будет чрезмерно большой, существенно увеличатся потери на трение (вырастет коэффициент трения I), смазка начнет нагреваться, и это может привести к ее преждевременному вытеканию из узла трения.
Очевидно, что именно вязкость является ключевым параметром для работы пластичной смазки в смешанном и гидродинамическом режимах трения. Рассмотрим его более подробно.
3. Вязкость пластичных смазок
Вязкостью называют свойство (газов и) жидкостей оказывать сопротивление необратимому перемещению одной их части относительно другой при сдвиге, растяжении и других видах деформации [3]. Фундаментальным законом для вязкости является зависимость, полученная Ньютоном:
Ц = ^ (1)
где т — динамическая вязкость, Пас; т — напряжение сдвига, Па; у — скорость сдвига, с-1.
Физическим смыслом скорости сдвига у является градиент скорости, который возникает в слое жидкости при приложении удельного усилия т. Иначе говоря, приложение усилия т к жидкости вызывает ее течение в слое и оно характеризуется скоростью сдвига у . Таким образом, динамическая вязкость ц (далее — вязкость) характеризует энергию, которую необходимо затратить на осуществление течения в определенном слое. Довольно часто, особенно для масел, используют термин кинематическая вязкость (обычные единицы измерения — мм2/с или сСт), которая представляет собой частное вязкости и плотности жидкости.
83
Наиболее важными параметрами, влияющими на вязкость смазки, а, следовательно, и на толщину смазочной пленки в парах трения, являются скорость сдвига и температура. Причем скорость сдвига следует рассчитывать как относительную скорость движения поверхностей в паре трения, отнесенную к толщине смазочного слоя между ними.
Изучение зависимости вязкости от различных параметров наиболее корректно проводить на современных реометрах — приборах, способных определять деформации тел под воздействием различных напряжений. В нашей лаборатории подобные исследования проводятся на модульном ротационном реометре Anton Paar MCR 102 с аэростатической опорой и с диапазоном изменения температур от -40 °С до +200 °С.
Влияние скорости сдвига на вязкость смазок иллюстрируют данные на рис. 2. Смазки изготовлены на маслах, имеющих одинаковую кинематическую вязкость (220 сСт при +40 °С), но содержат разные загустители. Очевидна простая зависимость: чем выше скорость сдвига, тем меньше вязкость пластичной смазки. И значения вязкостей с увеличением скорости сдвига стремятся к вязкостям масел, с использованием которых эти смазки изготовлены. Это объясняется тем, что по мере увели-
Рис. 2. Зависимость вязкости двух пластичных смазок от скорости сдвига при +40 °С. Смазки изготовлены с применением масла одной и той же вязкости
84
чения скорости сдвига (увеличение скорости или уменьшение расстояния между поверхностями трения) в смазке происходит разрушение структуры загустителей, придающих ей консистенцию. Однако следует обратить внимание на то, что скорости сдвига, при которых происходит полное разрушение структуры смазки, а именно порядка 10 000 с-1, характерны для подшипников качения, работающих преимущественно в смешанном режиме трения. Если же речь идет о подшипниках скольжения или направляющих, то скорости сдвига не всегда достигают таких высоких значений. Например, втулка диаметром 100 мм, вращающаяся с частотой 100 об/мин, будет создавать в слое смазки толщиной 0,1 мм скорость сдвига порядка 1700 с-1. И при этой скорости сдвига смазки в нашем примере имеют вязкости, отличающиеся почти в 2 раза. Поэтому более вязкий вариант будет предпочтительным.
Таким образом, при выборе пластичной смазки с точки зрения удовлетворительной работы в подшипниках качения, следует обращать внимание на вязкость масел, с применением которых смазка изготовлена. Эти масла называют базовыми, и большинство производителей предоставляют потребителям такую информацию (иногда в базовые масла добавляют полимеры для увеличения вязкости; в этих случаях часто указывают вязкость базовых масел с полимерами). Критерием достаточности вязкости базовых масел для подшипника качения являются обширные расчётные и экспериментальные данные, которые легко найти в литературе, например в [9].
Если же речь идет об оптимальной смазке для подшипников скольжения, в особенности крупных и тихоходных, следует обращать внимание и на вязкость пластичной смазки при относительно небольших скоростях сдвига. Далеко не каждый производитель готов предоставить подобного рода данные ввиду отсутствия соответствующих методов в лаборатории, поэтому в первом приближении можно ориентироваться на консистенцию.
Консистенция пластичных смазок определяется на пенетрометре по методике, описанной в [4] или аналогичных. Сущность методики состоит в определении глубины погружения (в 1/10 мм) стандартного металлического конуса в чашку с пластичной смазкой. В зависимости от полученного результата смазке присваивают класс консистенции по NLGI: от 000 (очень
85
жидкая) до 6 (твердая). Обычно для подшипников скольжения подходят смазки с классами консистенции при рабочей температуре 1, 2 или 3.
Зависимость вязкости двух пластичных смазок от температуры, полученная на реометре, представлена на рис. 3. Обе смазки — одного класса консистенции при + 25 °С (одинаковы по густоте), но при выбранной небольшой скорости сдвига в 100 с-1, характерной для пусковых моментов движения механизмов и их остановки, обнаруживают большую разницу в вязкостях при отрицательных температурах. Разница между смазками в том, что менее вязкий продукт изготовлен с использованием базовых масел вязкостью 60-80 сСт, в то время, как более вязкий — на маслах вязкостью 300 сСт. С точки зрения защиты от износа в моменты пусков и остановок предпочтительно использовать более вязкий продукт. С другой стороны, вязкость смазки при отрицательных температурах не должна быть слишком высокой, поскольку это может привести к существенным потерям на мощность и даже заклиниванию механизмов. Очень высокая вязкость может не позволить смазке покачиваться по АЦСС при пониженных температурах. Желательно, чтобы применяемые смазки при самой низкой температуре эксплуатации не приобретали класс консистенции выше NLGI 4.
10 ■ ■■■i■■■■i■■■■i■■■■i■■ ■■ i ■ ■■ ■ i ■■ ■■ i ■ ■■ ■ i ■■ ■■ -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 °С 60
Temperature Т
Рис. 3. Зависимость вязкости двух пластичных смазок одного класса консистенции от температуры при скорости сдвига 100 с1
86
Рисунок 3 также дает представление о снижении вязкости пластичных смазок при увеличении температуры. Для одного образца в интервале -30 °С...+60 °С вязкость снижается на один, для другого — на целых два порядка. При таком переходе велика вероятность трансформации режимов трения из гидродинамического — в смешанный, а из смешанного — в граничный. Для того чтобы снизить риски, связанные с потерей вязкости и износом, следует использовать смазки в более узком температурном диапазоне и, опять-таки, выбирать смазки, изготовленные с применением вязких базовых масел.
4. Адгезия
Адгезия — явление соединения приведенных в контакт конденсированных (негазообразных) фаз [3]. В большинстве практических случаев этот термин можно легко заменить прилипанием или липкостью. Универсальных методов определения адгезии не существует: обычно разрабатывают конкретную методику в зависимости от сферы применения материала.
Адгезия пластичной смазки в механизмах экскаватора неразрывно связана с понятием удерживания на открытых поверхностях трения. Чем лучше смазка держится на поверхностях, тем дольше она может работать в узле и тем более низким может быть ее расход. Чем выше липкость смазки, тем лучше она будет защищать поверхности от воздействия атмосферных осадков, прежде всего, дождей.
Исследование липкости смазок проводили на реометре в режиме программируемого отрыва верхней подвижной измерительной поверхности в форме диска от нижней неподвижной, между которыми помещается образец пластичной смазки. Высокая чувствительность реометра позволяет получить кривые липкости — см. рис. 4.
На рисунке представлены зависимости усилия отрыва от его длительности для двух смазок. Каждая кривая характеризуется наличием минимума. Это максимальное (по модулю) значение усилия, которое возникает в начале процесса, когда измерительный диск находится в полном контакте со смазкой. По мере увеличения времени отрыва, измерительный диск все дальше отходит от нижней неподвижной поверхности, образец смазки
87
2 4 6 8 10 12 в 14 1теп/а! "Пте -
Рис. 4. Зависимость усилия отрыва от времени отрыва (измерение липкости) для двух пластичных смазок
постепенно «вытягивается» и разрывается приблизительно через 15 с после начала теста. Таким образом, площадь (интеграл) под каждой кривой характеризует энергию, которую необходимо затратить на отрыв образца смазки от неподвижной поверхности. Эта площадь и представляет собой количественное выражение липкости.
Три нижние кривые построены для одной и той же смазки при снижении температуры на 10 °С. Очевидно, что снижение температуры приводит к увеличению липкости. Даже при максимальной рекомендованной рабочей температуре (верхняя из трех кривых) смазка обладает значимой липкостью (приблизительно в два раза меньшей, чем при наиболее низкой из измеренных температур). Для того, чтобы этот эффект наблюдался во всем диапазоне рабочих температур, в состав смазки были введены полимеры, способствующие адгезии к поверхности. Альтернативным методом является применение «липких» загустителей, например алюминиевых мыл. Однако применение полимеров является более предпочтительным, поскольку они также существенно увеличивают вязкость базовых масел, что
88
в большинстве случаев положительно сказывается на режиме трения в механизмах.
Верхняя кривая относится к товарной пластичной смазке, предназначенной для применения в экскаваторах, и получена при максимальной рекомендованной температуре эксплуатации. Очевидно, что при этой температуре смазка практически потеряла липкость. При ее использовании придется существенно увеличивать расход, так как она будет быстро покидать открытые участки узлов и механизмов.
Существует несколько методов определения стойкости смазок в отношении атмосферных осадков. Мы применяем стандартизированную «устойчивость смазок к смыванию водой с пластины» в соответствии с [10]. Сущность метода состоит в весовом определении потерь смазки, нанесенной тонким слоем на пластину, при воздействии на нее струи воды, распыляемой форсункой при давлении 2,76 бар в течение 5 мин при температуре +38 °С. Это наихудшие условия эксплуатации, моделирующие дождь в жаркое время года, когда адгезия смазки минимальна. Конечно, этот метод применим для тех продуктов, которые предназначены для работы летом. В случае тестирования густых смазок классов консистенции NLGI 2 или 3 отличным результатом является смываемость (потери) не более 5%. При испытаниях мягких смазок класса консистенции NLGI 1 или 0 смываемость, в соответствии с нашим опытом, должна быть не более 15%. Очевидно, что этот тест может быть проведен и при более низких температурах воды, однако в этом случае придется отдельно определять его воспроизводимость.
5. Прокачиваемость
Прокачиваемость пластичных смазок в АЦСС определяется четырьмя ключевыми параметрами: конструкцией АЦСС, температурой окружающей среды, пределом текучести и вязкостью смазки. Для разработчика и производителя смазок первые два параметра являются заданными величинами.
Течение жидкости по трубам в ламинарном режиме (именно в этом режиме происходит прокачивание смазок) описывается уравнением Пуазейля [3]:
^ = тщ<, (2)
89
где б — это объемный расход смазки, проходящий через трубку диаметром 1 и длиной I за время t Вязкость смазки ц, как установлено в (1), зависит от скорости сдвига ^ .
Поскольку АЦСС преимущественно оборудуются поршневыми или плунжерными насосами, и поэтому работают в периодическом режиме, расход смазки в системе меняется от нуля до максимума, зависящем от габаритов, настроек насоса и диаметра шлангов и трубок. Скорость сдвига в линиях АЦСС редко превышает 100 с-1. Зависимость вязкости смазок от скоростей сдвига, характерных для АЦСС, приведена на рис. 5.
Эта зависимость, построенная на реометре, подтверждает, как и в случае, рассмотренном на рис. 2, что вязкость смазок сильно уменьшается с увеличением скорости сдвига. Это означает, что момент начала движения смазки является решающим для ее прокачивания по системе, поскольку именно в этот момент создается максимальное сопротивление. Так, кривая 3 построена для смазки при средней рекомендованной температуре применения, а кривая 2 отображает поведение той же смазки при
10 -'-'—......'-'........'-'-'—......'-'-'—......
0,001 0,01 0,1 1 1/5 10
Рис. 5. Зависимость вязкости смазок от скорости сдвига в линиях АЦСС
90
минимальной рекомендованной температуре. Максимальная разность в вязкости составляет почти два порядка, а значит, давление, которое должен создавать насос АЦСС, должно быть почти в 100 раз выше.
Сравнение кривых 1 и 2 дает представление о влиянии твердых (порошковых) антифрикционных добавок (см. п. 2) на вязкость при одной и той же температуре: смазки отличаются только тем, что в образце 1 таких добавок на 50% больше, чем в образце 2. Очевидно, увеличение концентрации порошков в составе смазки несколько ухудшает кривую вязкости, и как следствие, прокачиваемость.
При определении пригодности смазки к работе в АЦСС не следует забывать о выводах, которые были сделаны при анализе рис. 3: смазки, приготовленные с использованием более вязких базовых масел, будут более вязкими, чем смазки, изготовленные на менее вязких маслах. Этот вывод особенно актуален для низких скоростей сдвига, характерных для АЦСС.
Предел текучести также является очень важным параметром при определении прокачиваемости смазок. Густые и мягкие смазки (а также полужидкие при низких температурах), находящиеся в состоянии покоя, обладают свойствами твердого тела. И лишь приложив к ним определенное усилие, величина которого будет зависеть как от состава, так и от температуры, смазки начинают проявлять свойства жидкостей и текут в соответствии с (2). Величину удельного усилия, достаточного для того, чтобы смазка превратилась в жидкость, и принято называть пределом текучести. Измерять этот параметр важно потому, что именно он характеризует сопротивление, которое создается в линии смазки в пусковой момент. Иначе говоря, если вязкость смазки указывает на скорость прокачивания и необходимую мощность, то предел текучести — на саму возможность прокачивания, так как если он не будет преодолен, то АЦСС не запустится. Предел текучести наиболее корректно определять в осцилляционном режиме работы реометра. Некоторые результаты представлены на рис. 6.
Смазка, характеризующаяся кривой 1, обладает пределом текучести 4 (его значение см. по правой шкале), а смазка 2 — пределом текучести 3. Горизонтальные участки кривых 1 и 2
91
мальных рекомендованных температурах эксплуатации
характеризуют модули упругости смазок (значения см. по левой шкале), пока они находятся в состоянии твердого тела. Чем выше модели упругости смазок, тем обычно выше и пределы текучести. Приведенные на рис. 6 товарные смазки предназначены для работы в идентичных температурных диапазонах и измерения проведены при минимальных рекомендованных температурах эксплуатации. При этом очевидно, что смазка 2 является более предпочтительной, чем смазка 1, поскольку ее предел текучести существенно меньше (около 90 Па против 2000 Па). Также можно предположить, что при работе со смазкой 2 ресурс и надежность деталей насоса АЦСС, особенно в случае внезапного понижения температуры, будет существенно выше.
Предел текучести и вязкость при низких скоростях сдвига дают полную картину прокачиваемости смазок в АЦСС. Однако отсутствие современных реометров в большинстве лабораторий может быть частично компенсировано применением более простых приборов.
92
Классическим прибором для определения возможности применения пластичной смазки в АЦСС при определенной температуре, является вентметр Линкольна [11]. Прибор представляет собой длинную калиброванную медную трубку диаметром 6 мм и длиной 7,62 м, которая свернута в спираль. В трубку закачивают исследуемую пластичную смазку, пока давление не достигнет 125 бар. Далее вентметр выдерживают длительное время при требуемой температуре, после чего в течение 30 с смазке дают свободно вытекать. Остаточное по прошествии этого времени давление и указывает на возможность применения смазки в АЦСС (чем меньше остаточное давление, тем лучше). Производители АЦСС или экскаваторов, к примеру [6], зачастую нормируют значения прокачиваемости, применяя именно эту методику.
Многочисленные исследования, проведенные в нашей лаборатории с применением вентметра Линкольна, полностью согласуются с данными реологических исследований, полученных на Anton Paar MCR 102. По их результатам дополнительно можно отметить следующее: некоторые полимеры, включаемые в состав смазки для увеличения вязкости базовых масел и придания липкости, негативно влияют на прокачиваемость; температура застывания базовых масел (и их смесей с полимерами) является важным фактором прокачиваемости смазок при температурах ниже -20 °С, особенно для полужидких смазок.
При отсутствии и реометра, и вентметра Линкольна, для определения нижнего температурного предела прокачиваемости смазок можно в первом приближении использовать пенетрацию, т.е. численное выражение консистенции, густоты (подробнее см. п. 3). Наши исследования показывают, что в большом количестве случаев смазка перестает прокачиваться по АЦСС при той температуре, когда значение пенетрации резко падает. К примеру, если смазка имела пенетрацию 250 ед. при 0 °С, 225 ед. при -20 °С и только 75 ед. при -30 °С, тогда с высокой степенью вероятности ее прокачиваемость ограничена температурой -20 °С (ед. измерения пенетрации — 1/10 мм).
Детальную информацию о прокачиваемости смазок можно получить при помощи современных реометров. Однако для определения нижнего температурного предела применения
93
смазок в АЦСС возможно применение и вентметра Линкольна, и, в некоторых случаях, пенетрометра. Результаты по последним двум методикам, являются интегральными, обобщенными характеристиками тех данных, которые можно получить при реологическом анализе.
6. Результаты и выводы
Механизмы экскаваторов требуют применения пластичных смазок, обладающих высокой вязкостью в парах трения. Это достигается путем использования вязких базовых масел в качестве основы, а также за счет густой консистенции, определяемой количеством и видом загустителя. Для поддержания оптимального расхода и устойчивости к воздействию атмосферных осадков в состав смазок включают полимеры, повышающие адгезию. Дополнительно, в состав смазок вводят твердые (порошковые) антифрикционные добавки, применение которых предпочтительно для работы в режиме граничного трения, прежде всего в зубчатых передачах.
Однако эти мероприятия, направленные на длительную и эффективную работу узлов и механизмов экскаваторов, в большинстве случаев входят в противоречие с требованиями к смазкам для АЦСС. Идеальная смазка для АЦСС должна обладать низкой вязкостью и жидкой консистенцией, содержать как можно меньше полимеров и твердых антифрикционных добавок. Выходом, конечно, является компромисс между требованиями к смазкам со стороны АЦСС и самих узлов трения. Основанием для этого компромисса может стать температурный диапазон применения каждого продукта. В статье показано, что подавляющее большинство свойств пластичных смазок существенно (в разы или даже на порядки) изменяются при умеренном росте или снижении температуры. На наш взгляд, оптимальный температурный диапазон применения каждой смазки должен составлять 40-60 °С.
Все описанные в статье методы были использованы для разработки собственной линейки универсальных пластичных смазок для одноковшевых экскаваторов, которые прошли ряд успешных натурных испытаний. Многогранность проблематики приводит к выводу, что наилучших показателей можно
94
добиться только при тесном сотрудничестве разработчиков смазок, сотрудников эксплуатирующих организаций, а также конструкторов экскаваторов и АЦСС.
1. Синицын В.В. Подбор и применение пластичных смазок / В.В. Си-ницын. — 2-е изд., пер. и доп. — М.: Химия, 1974. — 416 с.
2. Фукс И.Г. Добавки к пластичным смазкам / И.Г. Фукс. — М.: Химия, 1982. — 248 с.
3. Химическая энциклопедия: в 5 т. / гл. ред.: Кнунянц И.Л. (тт. 1-3), Зефиров Н.С. (тт. 4-5). — М.: Советская энциклопедия (тт. 1-2); Большая Российская энциклопедия (тт. 3-5), 1988-1998.
4. ГОСТ 5346-78. Смазки пластичные. Методы определения пенетрации пенетрометром с конусом. — Взамен ГОСТ 5346-50; введ. 1979-01-01. — М.: Изд-во стандартов, 2000. — 9 с.
5. ГОСТ 9490-75. Материалы смазочные жидкие и пластичные. Метод определения трибологических характеристик на четырехшариковой машине. — Взамен ГОСТ 9490-60; введ. 1978-01-01. — М.: ИПК изд-во стандартов, 1993. — 8 с.
6. Material Specification P&H 520. Multi-service Mining Lubricant. // BD120149 Mechanical Systems Manual. — Milwaukee, WI, USA: P&H Mining Equipment, Knowledge and Development Department, 2006. — 688 p.
7. Lubricating grease guide. — 5th edition. — Kansas City, MI, USA: NLGI, 2006. — 112 p.
8. Shizhu Wen. Principles of tribology / Wen Shizhu, Huang Ping. — Singapore: John Wiley & Sons (Asia), 2012. — 455 p.
9. Lugt P.M. Grease lubrication in rolling bearings / Piet M. Lugt. — Chichester, UK: John Wiley & Sons, 2013. — 444 p.
10. ASTM D 4049-06. Standard Test Method for Determining the Resistance of Lubricating Grease to Water Spray; approved Nov. 1, 2006. — West Conshohocken, PA, USA: ASTM International, 2006. — 5 p.
11. K95400 Lincoln Ventmeter. Operation and Technical Manual. — Bohemia, NY, USA: Koehler Instrument Company, Inc., 2009. — 14 p.
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Пенджиев Эльман Джангир оглы — руководитель научно-технического отдела ООО «ВМПАВТО», генеральный директор ООО «смазка.ру», Санкт-Петербург, e-mail: [email protected]
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
95
UDC [621.892.5:62-728]:621.879.3
GREASES FOR EXCAVATORS
WITH CENTRALIZED LUBRICATION SYSTEMS
Pendzhiev Elman, Head of R&D in VMPAUTO LLC and Managing Director of «smazka.ru», Saint-Petersburg, e-mail: [email protected]
Most of the modern and repaired shovels and draglines that are extensively used in the mining industry are equipped with automatic centralized lubrication systems. This reason has a significant impact on requirements for applied greases. It should also be noted that the same grease in excavator is often used in different assemblies and friction regimes, and that adds additional constrains. The article describes the most important in operation of excavators' technical parameters of greases as well as modern methods of their determination: wear resistance, viscosity, pumpability, water spray off, adhesion, consistency. It is shown that the improvement of some properties can significantly worsen other, should therefore use different greases with set of properties optimal for friction units and ambient conditions.
Key words: lubricating grease, excavator, shovel, dragline, centralized lubrication system, rheology, shear rate, viscosity, pumpability, wear.
References
1. Sinitsyn V.V. Selection and Use of Plastic Lubricants, Moscow, Khimia, 1974, 416 p.
2. Fuks I.G. Plastic Lubricant Additives, Moscow, Khimia, 1982, 248 p.
3. Chemical Encyclopedia, Vols. 1-3, Moscow, Sov. Entsikl. (vols. 1-2), Bol. Ross. Entsikl. (vols. 3-5), 1988-1998.
4. State Standard GOST 5346-78. Plastic lubricants. Method to estimate penetration using penetrometer with cone, Moscow, Izd. standartov, 2000, 9 p.
5. State Standard GOST 9490-75. Liquid and plastic lubricating materials. Method to estimate tribological characteristics on four-ball machine, Moscow, Izd. standartov, 1993, 8 p.
6. Material Specification P&H 520. Multi-service Mining Lubricant // BD120149 Mechanical Systems Manual, Milwaukee, WI, USA: P&H Mining Equipment, Knowledge and Development Department, 2006, 688 p.
7. Lubricating grease guide, 5th edition, Kansas City, MI, USA: NLGI, 2006, 112 p.
8. Shizhu Wen. Principles of tribology, Singapore: John Wiley & Sons (Asia), 2012, 455 p.
9. Lugt P.M. Grease lubrication in rolling bearings, Chichester, UK: John Wiley & Sons, 2013, 444 p.
10. ASTM D 4049-06. Standard Test Method for Determining the Resistance of Lubricating Grease to Water Spray; approved Nov. 1, 2006, West Conshohocken, PA, USA: ASTM International, 2006, 5 p.
11. K95400 Lincoln Ventmeter. Operation and Technical Manual, Bohemia, NY, USA: Koehler Instrument Company, Inc., 2009, 14 p.
96
