CC BY
20
ПОЖАРНАЯ ТЕХНИКА
В. В. Киселев
канд. техн. наук, старший преподаватель Ивановского института Государственной противопожарной службы МЧС РФ, г. Иваново, Россия
А. В.Топоров
канд. техн. наук, преподаватель Ивановского института Государственной противопожарной службы МЧС РФ, г. Иваново, Россия
П. В. Пучков
канд. техн. наук, преподаватель Ивановского института Государственной противопожарной службы МЧС РФ, г. Иваново, Россия
УДК 669.058
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПОЖАРНОЙ ТЕХНИКИ ПРИМЕНЕНИЕМ НОВЫХ СМАЗОЧНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
Пожарная техника подвержена интенсивному износу под действием различных отрицательных факторов. Разработана противоизносная присадка к моторным маслам, содержащая соли мягких металлов. Показаны триботех-нические показатели смазки. Предложенная смазочная композиция снижает износ и способствует повышению надежности работы пожарной техники.
Ключевые слова: пожарная техника, безызносное трение, смазочная композиция.
Повышение надежности автотранспортных средств, используемых в системе МЧС и в любой другой сфере, является важной хозяйственной задачей. Результаты анализа эксплуатационных испытаний пожарных автомобилей на пробегах, близких к капитальному ремонту, в качестве основной причины отказов указывают на преждевременный износ трущихся поверхностей. Износ парка аварийно-спасательной и пожарной техники в ряде регионов России достигает 70 %. Поддержание имеющейся пожарной техники в исправном состоянии, проведение ее ремонта и технического обслуживания требуют больших материальных затрат.
Интенсивно используемая автомобильная техника подвержена негативным воздействиям ряда факторов. Это и неустановившийся режим работы, и реверс, и вибрации, и возможность попадания абразивных частиц в зону контакта трущихся поверхностей, и разнообразие внешних условий эксплуатации, вызванное как переменными нагрузками, так и изменениями в окружающей среде, — все это приводит к существенному повышению интенсивности изнашивания трущихся поверхностей деталей машин.
Применительно к пожарной технике эта проблема наиболее актуальна, поскольку в данной сфере двигатели пожарных и аварийно-спасательных
автомобилей, кроме транспортного режима, эксплуатируются еще и в стационарном режиме в качестве привода на исполнительный агрегат. Кроме того, они работают без нагрузки и в режиме прогрева, и при смене караула во время проведения ежедневного технического осмотра. Изнашивание деталей влечет за собой ухудшение технических характеристик механизмов, снижение скорости движения пожарных автомобилей, подачи и напора, развиваемых пожарными насосами. Все это приводит к преждевременной постановке автомобилей на техническое обслуживание или ремонт.
С давних пор за рубежом для снижения износа деталей машин используется образующаяся в процессе трения между контактируемыми деталями пленка, создаваемая мягкими металлами. Отмечается, что образование такой пленки во всех случаях приводит к повышению износостойкости узлов трения, а иногда и к безызносности. Достигаемое при этом повышение износостойкости может быть объяснено явлением избирательного переноса в зоне трения, связанным с формированием на поверхности металла тончайших пленок мягких металлов, что позволяет в некоторых случаях добиться минимального износа. Избирательный перенос при трении —явление, по своему характеру противоположное изнашиванию: если при изнашивании во время
трения все процессы в зоне контакта сводятся к разрушению поверхности, то при избирательном переносе они носят созидательный характер.
Одним из наиболее экономически выгодных путей повышения надежности и долговечности различных машин и механизмов является улучшение качества смазочных материалов, в первую очередь их противоизносных и антизадирных свойств. Это может быть достигнуто введением в масла специальных высокоэффективных добавок, реализующих безызносное трение.
Авторами проводится активная работа по созданию противоизносных присадок, содержащих в своей основе соли мягких металлов. Ранее была разработана и успешно испытана присадка — смазочная композиция [1] на основе солей меди и олова предельных жирных кислот, которая предназначена для индустриальных масел общего назначения и трансмиссионных масел. Действие указанной присадки описано в работах [2, 3].
В данной работе приводим триботехнические показатели новой смазочной композиции на основе солей никеля, олова, меди и кобальта. Указанные металлы находятся в смазке в ионном виде и способны проходить через системы фильтров. Данная смазочная композиция предназначена для качественного улучшения триботехнических показателей минеральных и полусинтетических масел и смазок любой вязкости, применяемых в пожарной и аварийно-спасательной технике.
В данной работе для оценки и сравнения разработанных присадок были исследованы зависимость коэффициента трения от приложенной нагрузки, зависимость интенсивности изнашивания от пробега при фиксированной нагрузке и коррозионная активность разработанной смазочной композиции. Эти характеристики определяют границы работоспособности пары трения. Стойкость материалов к изнашиванию в различных средах и при различных режимах трения позволяет выявить ресурс и срок службы узлов трения.
Исследование триботехнических характеристик разработанной присадки проводилось на машине для испытания материалов на трение и износ модели СМТ-1. При исследовании износостойкости образца с использованием разработанной присадки режимы трения были выбраны усредненными, применительно к режимам работы большинства узлов трения машин и аппаратов. При этом скорость скольжения диска по образцу составляла 1 м/с. Нагрузка при испытаниях повышалась ступенчато до резкого увеличения момента трения; длина пути трения при смазке маслом с присадками составляла 25 км. Смазочная композиция вводилась
в зону трения капельным способом — 8-10 капель в минуту.
Образцы для испытаний масел изготавливались из стали марки 45 твердостью ИЯС 40...42. Все образцы имели поверхности 8-го класса шероховатости по ГОСТ 2789. Контртелом служили ролики диаметром й = 40 мм, толщиной 15 мм, изготовленные из стали 45 (по ГОСТ 1050) твердостью ЖС 35.40.
Измерение линейного износа проводили методом "искусственных баз" по заранее нанесенным отпечаткам на твердомере ТКС-1М коническим твердосплавным индентором с углом при вершине 120°. Диаметры отпечатков устанавливались с помощью микроскопа МБС-10. Схема определения линейного износа представлена на рис. 1.
Линейный износ АН (мкм) с учетом вогнутости поверхности определялся по формуле
АН =
(й1 - 32^(90-а/2) йх -
2 да
8 Я
(1)
где йх, й2 — диаметр отпечатка соответственно до и после изнашивания, мкм; а — угол при вершине конуса индентора; т — цена деления шкалы микроскопа; Я — радиус вогнутости поверхности, мкм. Интенсивность изнашивания I (мкм/км) определялась по формуле
I = АН/Б,
(2)
где Б — длина пути трения, км.
Коррозионная активность масла с присадкой определялась по методу согласно ГОСТ 20502-75. Сущность метода заключается в определении изменения массы металлических пластин, подвергавшихся периодическому воздействию испытуемого объекта и воздуха, нагретых до температуры 140 °С. Коррозионность определялась на приборе, аналогичном ДК-НАМИ, по ГОСТ 13371-67.
Рис. 1. Схема определения линейного износа по методу "искусственных баз"
Коррозионность масла определяли без добавления катализатора. Испытания проводили в течение 10 ч при нормативной температуре 80-90 °С и непрерывном вращении мешалки.
Пластины свинца толщиной 1 мм маркировали, протирали ватой, смоченной бензолом, просушивали 1-3 мин, полировали до блеска и взвешивали с погрешностью не более 0,0002 г.
Потерю массы свинцовой пластины X(г/м2) вычисляли по формуле
X = да/0,001,
(3)
где т — потери массы пластины за время испытания, г.
Коррозионность масла вычисляли как среднее арифметическое результатов определения потерь массы двух свинцовых пластин, испытываемых параллельно. При потерях массы пластины до 1 г/м2 включительно считалось, что коррозия отсутствует.
Математическая обработка экспериментов показала, что оптимальное содержание присадки в масле составляет 2 % масс., что и было заложено в следующую серию исследований [4].
Введение в моторные масла разработанной присадки в концентрации 2 % масс. позволило качественно улучшить их основные триботехнические характеристики (рис. 2, 3).
Из рис. 2 видно, что модифицированное масло позволило значительно (в 1,5-2 раза) снизить коэффициент трения. Кроме того, в некоторой степени увеличился и показатель нагрузочной способности в контактирующей паре. Такие результаты были получены благодаря образованию на поверхности трения химически чистых, постоянно возобновляемых слоев антифрикционных металлов, а именно меди, олова, никеля и кобальта.
Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что при модифицировании базового моторного масла М8В разработанной присадкой интенсивность изнашивания значительно снижается (до 10 раз) с увеличением пробега контактирующей пары.
Испытания на коррозионную активность разработанной смазочной композиции показали, что потери массы пластин в масле с разработанным стеа-ратом составили от 0,88 до 0,99 г/м2, что согласно ГОСТ 20502-75 соответствует отсутствию коррозионного воздействия данной присадки на испытуемое масло.
Отметим и тот факт, что моторное масло, модифицированное разработанным стеаратом меди, олова, кобальта и никеля, гораздо стабильнее работает во всем диапазоне изученных нами нагрузок и температур в отличие от моторного масла без присадки. Поэтому разработанная присадка позволяет
0,14
& 0,12
g 0,10 Я"
is
Ж 0,08
о
W 0,06
250
500 750 Нагрузка, Н
1000
1250
Рис. 2. Зависимость коэффициента трения от нагрузки при использовании моторного масла: 1 — М8В, ГОСТ 10541-78, SAE 20W-20 API CB; 2 — М8В с разработанной присадкой 2 %-ной концентрации
ц
о S и »
Э| S3
к я
я з
к
0,25 0,20 0,15 0,10 0,05
5 10 15
Путь трения, км
20
Рис. 3. Зависимость интенсивности изнашивания от длины пути трения при постоянном давлении 5 МПа при использовании моторного масла: 1 — М8В, ГОСТ 10541-78, SAE 20W-20 API CB; 2 — М8В с разработанной присадкой 2 %-ной концентрации
если не избежать, то снизить в достаточной мере эффект повышенного износа во время прогрева двигателя: один холодный пуск двигателя сравним с сотнями километров пробега автомобиля в установившемся режиме.
Применение прогрессивных смазочных материалов позволит добиться значительных положительных результатов, а именно продлить ресурс работы узлов автотранспортной техники до 2 раз, резко снизить аварийные разрушения оборудования, сократить затраты на внеплановые ремонты оборудования, сэкономить горюче-смазочные материалы.
Разработанная присадка химически нейтральна ко всем видам минеральных и полусинтетических масел отечественного и импортного производства; полностью растворима маслами; не задерживается системами фильтров; не способствует коррозионным процессам.
Разработанная присадка может найти широкое применение. Выявленные в ходе экспериментов некоторые качественные характеристики значительно превосходят показатели других аналогичных присадок. Не последним достоинством присадки является простота в применении и относительно невысокая стоимость изготовления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. 2233866 Российская Федерация, МПК7 С 10 М 159/18, С 10N 10:02. Смазочная композиция / Киселев В. В., Мельников В. Г., Замятина Н. И., Бельцова Е. А. ; опубл. 2004., Бюл. № 22.
2. Киселев, В. В. Исследование свойств разработанных присадок на основе солей мягких металлов / В. В. Киселев, В. Г. Мельников // Эффект безызносности и триботехнологии. — 2004. — № 1. — С. 16-20.
3. Киселев, В. В. К проблеме улучшения триботехнических свойств смазочных материалов // Известия вузов. Химия и химическая технология. — 2006. — Т. 49, № 12.—С. 113-114.
4. Киселев, В. В. Исследования по выявлению оптимальной концентрации разработанного медно-оловянного комплекса в масле // Депонирована в ВИНИТИ 29.04.2003, № 836.
Материал поступил в редакцию 18 сентября 2009 г. ©КиселевВ. В., Топоров А. В., Пучков П. В., 2010 г. (e-mail: [email protected], [email protected], [email protected]).
