CC BY
138
УДК 621.892.5; 62-233.27; 621.867.2
В.А. Малахов, А.В. Тропаков, Р.И. Тубутаров
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОК, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ГОРНОТРАНСПОРТНЫХ МАШИНАХ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЯ
Проведено сравнительное исследование пластичных смазок по трибологическим свойствам. Рассмотрены свойства, характеризующие современные пластичные смазки, а также определенны наиболее значимые эксплуатационные свойства. Приведены сведения рынка пластичных смазок. Произведен анализ исследований в области пластичных смазок, посвященных задачи импортозамещения.
Ключевые слова: пластичные смазки, трибологические характеристики, транспорт, импортозамещение, рынок.
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-8-0-65-70
Объем использования пластичных смазок в ближайшие несколько лет в значительной степени будет определяться тенденциями развития отраслей отечественной экономики, выступающих крупнейшими потребителями продукции. Однако для того, чтобы продукция пользовалась спросом у предприятий — потребителей нужно обеспечить небольшую стоимость смазочных материалов и постепенное повышение качества продукции, с последующим выпуском перспективных смазок. Одним из важных направлений в разработках новых пластичных смазок является исследование их трибологиче-ских свойств, которые являются основными эксплуатационными показателями качества смазочных материалов.
Пластичная смазка — это структурированная высокодисперсная система,
которая состоит, как правило, из базового масла и загустителя. При обычных температурах и малых нагрузках она проявляет свойства твердого тела, т.е. сохраняет первоначальную форму, а под нагрузкой начинает деформироваться и течь подобно жидкости. После снятия нагрузки пластичная смазка вновь застывает. Основное трибологическое свойство — уменьшить износ поверхностей трения и продлить тем самым срок службы деталей машин и механизмов [1]. В отдельных случаях смазки не столько уменьшают износ, сколько упорядочивают его, предотвращают трение и заклинивание смежных поверхностей, препятствуют проникновению агрессивных жидкостей, абразивных частиц, газов и паров. Смазки, которые практически не изменяют своих показателей качества
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 8. С. 65-70. © В.А. Малахов, А.В. Тропаков, Р.И. Тубутаров. 2017.
Рис. 1. Структура пластичной смазки, загущенная комплексным литиевым мылом
весь период работы в узле трения, относятся к «вечным» (т.е. закладываются одноразово на весь период работы техники) или долго работающим (с большим периодом замены).
По составу смазки сложные коллоидные системы, состоящие из жидкой основы, которая называется дисперсионной средой, и твердого загустителя — дис-
1 " Г
/ 1 \ 1
ния, применяемой для оценки противоизнос-ных и противозадирочных свойств пластичных смазочных материалов
персной фазы, а также наполнителей и присадок. В качестве дисперсионной среды используют различные масла и жидкости.
Определяющее влияние на структуру и свойства пластичных смазок оказывают загустители, из частиц которых построен структурный каркас смазки. Они сильно различаются между собой по химической природе и по взаимодействию с жидкой средой смазки. Рис. 1 иллюстрируется микрофотография структура пластичной смазки, загущенная комплексным литиевым мылом.
Анализ исследований
трибологических свойств
пластичных смазок
Свойства, характеризующие современные пластичные смазки являются: температура каплепадения; температура плавления; механическая стабильность; смазочная способность; вязкость базового масла и т.д. Однако во время эксплуатации смазок наиболее важными выступают трибологические свойства, которые классифицируются по различным характеристикам таким, как антифрикционные, противоизносные, про-тивопиттинговые, противоскачковые и противозадирные. Для оценки трибологических свойств пластичных смазок широкое распространение получил метод испытания смазок на четырехшарико-вой машине трения (ЧШМ) (рис. 2). Данный метод испытания позволяет измерить такие показатели смазок, как критическая нагрузка, нагрузка сваривания, диаметр пятна износа, индекс задира.
В результате анализа было установлено, что на сегодняшний момент исследованиями по сравнению трибологических свойств отечественных и импортных смазок с целью импортозамещения занимается небольшое число исследователей. К примеру, в работе [2] описывается сравнительное исследование
Результаты сравнительных испытаний
Показатель Уровень требований Лабораторный образец Смазка Элесма Смазка Gadus S5 V1002 Метод испытания
Трибологические характеристики на 4-х шариковой машине трения при (20±5)°С при 20 кг — диаметр пятна износа, Ди, мм не более 0,50 0,45 0,47 0,49 ГОСТ 9490
образцов распространенных импортных смазок и лабораторного образца смазки на ЧШМ по определению трибологи-ческого показателя диаметра пятна износа. Испытания показали (табл. 1), что лабораторный образец значительно превосходит товарные смазки по значениям показателя диаметра пятна износа. Однако в приведенном выше эксперименте не учитывались другие трибологи-ческие характеристики, а именно критическую нагрузку, нагрузку сваривания и индекс задира.
В рамках объявленного руководством страны курса на импортозамещение, в результате которого ожидается увеличение объема потребления товаров отечественного производства, становится актуальным проведение исследований современных пластичных смазок российского производства по всем трибологиче-ским показателям. Результаты этих исследований могут быть использованы при разработке новых сортов отечественных смазок. Согласно аналитическим прогнозам Центра макроэкономического анализа и краткосрочного прогнозирования проведение мероприятий в данном направлении на протяжении 5—7 лет способно обеспечить промышленному производству России 10—15% роста [3].
Текущее состояние производства
и потребления пластичных смазок
в Российской Федерации
Мировое производство пластичных смазок за период 2001—2012 гг. не пре-
вышает 1,0 млн т/год (по данным NLGI, ELGI, Japan Grease Institute), то есть приблизительно составляет 3,0% от общего потребления смазочных материалов [2, 4, 5, 6].
Большая часть смазок вырабатывается с использованием нефтяных масел при незначительном, однако постоянном, увеличении части смазок на синтетической основе. Особое внимание уделяется разработке, производству и потреблению биоразлагаемых смазок, где дисперсионной средой служат растительные масла или их производные [7].
Структура выпуска смазок по типу загустителя определяет уровень их качества в целом. По типам загустителя 75% рынка составляют литиевые и Ш-смазки. Увеличивается производство перспективных пластичных смазок. Так, в 2010 г. объем производства безводных кальциевых смазок в мире увеличился на 63% и более чем на 100% в Китае, сульфонатных кальциевых смазок на 24% и полимочевинных на 32% (в основном в Японии, Китае и Северной Америке).
В настоящее время России вырабатывается примерно 150 наименований пластичных смазок объемом 27—40 тыс. т в год. По ассортименту производимых смазок Россия еще в 2000 г. значительно отставала от промышленно-развитых стран Западной Европы и США, так как доля выпуска литиевых смазок оставалась небольшой — 23,3%, но к 2010 г. объем производства литиевых смазок превысил 40% (табл. 2) [8, 9].
Структура выпуска пластичных смазок в РФ, тыс. т, %
Тип загустителя 1992 г. 2000 г. 2008 г. 2010 г.
% тыс. т % тыс. т % тыс. т % тыс. т
Литиевые 20,50 16,80 23,30 9,83 34,30 10,50 40,30 9,00
Комплексные литиевые 0,20 0,16 0,10 0,04 3,60 1,10 4,00 0,90
Натриевые и натриево-кальцевые 2,70 2,22 30,90 13,03 10,80 3,30 7,00 1,60
Кальциевые гидратированные 74,40 61,10 44,40 18,72 32,50 9,90 34,20 7,80
Кальциевые безводные 0,01 0,01 — — — — — —
Кальциевые комплексные 0,50 0,41 1,05 0,42 10,80 3,30 8,00 1,80
Алюминиевые 1,00 0,80 0,02 0,01 — — — —
Прочие мыльные 0,59 0,48 0,20 0,07 0,80 0,20 0,50 0,10
Неорганические 0,10 0,08 0,02 0,01 3,60 1,10 3,00 0,70
Органические — — 0,01 0,01 3,60 1,10 3,00 0,70
ИТОГО 100,00 82,06 100,00 42,14 100,00 30,50 100,00 22,60
Углеводородные — 6,30 — 3,00 — 2,00 — 1,50
Полужидкие — 9,00 — 0,02 — 3,70 — 3,00
ВСЕГО — 97,36 — 45,16 — 36,20 — 27,10
Большинство выпускаемых в нашей стране в настоящее время массовых пластичных смазок морально устарело еще 30—40 лет назад, а пополнение ассортимента новыми высококачественными смазками происходит очень медленно.
Впервые в СНГ высокоэффективные Ш-смазки были выпущены в 1987 г. (смазка ЛКС-2). Работоспособные в более широком интервале температур по сравнению с простыми литиевыми, Ш-смазки находят все более широкое применение в оборудовании текстильной,
Страна Литиевые смазки, тыс. т, %
всего в том числе традиционные в том числе комплексные
2004 г. 2007 г. 2004 г. 2007 г. 2004 г. 2007 г.
Китай 79,71 85,41 73,82 74,55 5,89 10,86
Индия 84,27 87,46 77,21 82,93 7,06 4,52
Северная Америка 68,46 68,02 35,16 31,39 33,29 36,63
Европа 70,46 66,98 60,58 54,85 9,88 12,13
Япония 59,97 61,52 58,20 59,51 1,77 2,00
Россия 48,52 62,50 47,52 60,90 1,00 1,60
Таблица 3
Динамика производства литиевых смазок (2004—2007 гг.)
станкостроительной, автомобильной и других отраслей промышленности [10].
По своей природе комплексные литиевые смазки представляют собой сложную загущенную систему, обладающую высокой температурой каплепадения и при этом сохраняющую подвижность при относительно низких температурах.
Производство этого типа смазок в России постепенно растет. Если в 1992 г. их доля в общем объеме выпуска смазок составляла 160 т (0,2%), в 2000 г. — только 42 т (0,1%), в 2004 г. их доля выросла до 310 т (1,0%), то к 2007 г. она впервые превысила 1000 т (табл. 3) [6, 11].
В целом по объему производства Ш-смазок Россия существенно отстает от ведущих зарубежных стран. Так как объемы потребления данного типа смазок значительно превышают объемы про-
изводства, дефицит компенсируется за счет импорта из Европы и США.
Самые распространенные импортные аналоги, представленные сегодня на рынке пластичных смазок:
• пластичные смазки серий Mobilith SHC и Mobilgrease фирмы ExxonMobil;
• пластичные смазки Gadus фирмы Shell;
• пластичные смазки LMX Li-Komp-lexfett фирмы Castrol;
• пластичные смазки Multis Complex фирмы Total Lubricants.
Смазки на комплексных литиевых мылах являются конкурентоспособными и характеризуются высоким уровнем эксплуатационных свойств, увеличение их доли в общем объеме производства пластичных смазок в России является своевременным и актуальным [2].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Малахов В.А. Горная механика и транспорт // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2014. - ОВ 6. - С. 78-91.
2. Повх И. С. Влияние рецептурно-технологических факторов на характеристики комплексных литиевых смазок с улучшенными низкотемпературными свойствами. — М., 2015. — 126 с.
3. Бизнес России. Импортозамещение: две стороны одной монеты. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: URL: http://businessofrussia.com/dec-2014/item/975-kondratyev.html.
4. Любинин И.А. Состояние и перспективы производства пластичных смазок в России и странах СНГ // ХТТМ. - 2012. - № 1. - С. 3-6.
5. Официальный сайт NLGI. Grease production survey report for the calendar years 2012,
2011, 2010 and 2009. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: www.nlgi.org.
6. Евдокимов А. Ю. Смазочные материалы в техносфере и биосфере. - Киев: Атика-Н,
2012. - 292 с.
7. Hydrocarbon Processing. 2005. № 3. Vol. 84. P.21-23.
8. Обзор рынка пластичных смазок в России 2001-2020 гг., 4 изд. отчет. - М.: ООО «Исследовательская группа «Инфомайн», 2011. - 208 с.
9. Любинин И.А. Высокотемпературные пластичные смазки: состояние и перспективы производства в странах СНГ // Трение и смазка в машинах и механизмах. - 2013. - № 7. -С. 30-35.
10. Чепурова М.Б. Состояние производства пластичных смазок в России // Мир нефтепродуктов. - 2005. - № 3. - С. 3-10.
11. Погодаев Л. И. Новый пластичных материал // Трение и смазка в машинах и механизмах. - 2006. - № 6. - С. 34-48. S223
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Малахов Валерий Алексеевич1 - кандидат технических наук, доцент, Тропаков Артем Валерьевич1 - аспирант, Тубутаров Руслан Игорьевич1 - магистр, 1 МГИ НИТУ «МИСиС», e-mail: [email protected].
ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 8, pp. 65-70.
UDC 621.892.5; 62-233.27; 621.867.2
V.A. Malakhov, A.V. Tropakov, R.I. Tubutarov
COMPARATIVE RESEARCH OF TRIBOLOGICAL BEHAVIOR OF PLASTIC LUBRICANTS USED IN MINING AND HAULAGE MACHINES FOR THE PURPOSE OF IMPORT SUBSTITUTION
This work is devoted to a comparative study of greases for tribological properties. The properties, which characterize modern greases, also the identification of the most important performance characteristics. The information about market of greases is shown. The analysis of research in the field of greases, dedicated to the problem of import substitution.
Key words: greases, tribological characteristics, transport, import substitution, market.
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-8-0-65-70
AUTHORS
Malakhov V.A.1, Candidate of Technical Sciences,
Assistant Professor,
Tropakov A.V1, Graduate Student,
Tubutarov R.I1, Magister,
1 Mining Institute, National University
of Science and Technology «MISiS»,
119049, Moscow, Russia,
e-mail: [email protected].
REFERENCES
1. Malakhov V. A. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2014. Special edition 6, pp. 78-91.
2. Povkh I. S. Vliyanie retsepturno-tekhnologicheskikh faktorov na kharakteristiki kompleksnykh litievykh smazok s uluchshennymi nizkotemperaturnymi svoystvami (The impact of prescription-technological factors on the characteristics of a lithium complex grease with excellent low temperature properties), Moscow, 2015, 126 p.
3. Biznes Rossii. Importozameshchenie: dve storony odnoy monety, available at: http://busines-sofrussia.com/dec-2014/item/975-kondratyev.html.
4. Lyubinin I. A. Khimiya i tekhnologiya topliv i masel. 2012, no 1, pp. 3—6.
5. Official site NLGI. Grease production survey report for the calendar years 2012, 2011, 2010 and 2009, available at: www.nlgi.org.
6. Evdokimov A. Yu. Smazochnye materialy v tekhnosfere ibiosfere (Lubricants in the technosphere and the biosphere), Kiev, Atika-N, 2012, 292 p.
7. Hydrocarbon Processing. 2005, no 3. Vol. 84. P.21—23.
8. Obzor rynka plastichnykh smazok v Rossii 2001—2020 gg., otchet, 4 izd. (Review of market of lubricants in Russia in 2001—2020., report, 4th edition), Moscow, OOO «Issledovatel'skaya gruppa «Infomayn», 2011, 208 p.
9. Lyubinin I. A. Trenie i smazka v mashinakh i mekhanizmakh. 2013, no 7, pp. 30—35.
10. Chepurova M. B. Mir nefteproduktov. 2005, no 3, pp. 3—10.
11. Pogodaev L. I. Trenie i smazka v mashinakh i mekhanizmakh. 2006, no 6, pp. 34—48.
A
