CC BY
81
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
The requirements to motor oils Vlasov Yu.1, Fuks V.2, Chechulin K.3 Требования, предъявляемые к автомобильным маслам Власов Ю. А.1, Фукс В. Р.2, Чечулин К. Н.3
1Власов Юрий Алексеевич / Vlasov Yury - доктор технических наук, профессор; 2Фукс Владимир Рувинович / Fuks Vladimir - кандидат технических наук, доцент,
кафедра автомобилей и тракторов, Томский государственный архитектурно-строительный университет, г. Томск;
3Чечулин Константин Николаевич / Chechulin Konstantin - начальник технической части ВЧ3481, г. Северск
Аннотация: в статье анализируются основные требования, предъявляемые к смазочным маслам, обеспечивающие ресурс агрегатов и систем, установленный заводами-изготовителями. Показано, что эксплуатация стандартных смазочных масел эффективна, если применять методы контроля, оценивающие параметры работающего масла.
Abstract: the article analyzes the basic requirements for lubricating oils for resource units and systems installed by manufacturers. It is shown that the standard operation of lubricating oils effective if you use the control methods, evaluating the parameters of the working oil.
Ключевые слова: смазочное масло, автомобиль, эксплуатация. Keywords: lubricating oil, car, maintenance.
Влияние масел на надежность трущихся деталей автомобилей определяется их способностью защищать поверхности от износа и снижать потери на трение. Поэтому основными функциональными свойствами смазочных автомобильных масел являются:
- минимальный износ поверхностей трения;
- предотвращение коррозии поверхностей деталей;
- предотвращение загрязнения узлов трения;
- отвод тепла от узлов трения;
- обеспечение работы пар трения в широком диапазоне температур.
Функциональные способности масла во многом определяются способом
производства. В настоящее время смазочные масла выпускают на синтетической и нефтяной основе. Минеральные масла на нефтяной основе и синтетические масла, независимо от их базовой основы, характеризуются параметрами вязкости, стабильности к окислению, поверхностной активностью, растворяющей способностью (особенно у минеральных масел), фракционным составом. Легирующие присадки, добавляемые к базовым маслам, повышают эксплуатационные свойства смазочных масел. Легирующие присадки подразделяются на: антиокислительные, антикоррозионные, моюще-диспергирующие, противоизносные, противозадирные, антифрикционные, депрессорные, антипенные. Однако ресурс смазочного масла всецело будет зависеть от машины, для которой запланировано использование данного масла, согласно определению завода-изготовителя. При этом качество смазочного масла в большей степени будет зависеть от термической стойкости, термоокислительной стабильности, смазывающих свойств и вязкости [1].
В настоящее время замена смазочного масла определяется наработкой агрегата или пробегом автомобиля и, как правило, сопровождается одним из ближайших видов
планового технического обслуживания. Такая система замены смазочного масла не учитывает его фактического состояния.
Для всех групп моторных, трансмиссионных, гидравлических и индустриальных смазочных масел основными требованиями являются термоокислительная стабильность и термостойкость, противоизносные и коррозионные свойства, вязкостно-температурная характеристика. Кроме этого, к смазочным маслам предъявляются требования стабильности при транспортировке и хранении, совместимость с контактирующими материалами, стойкость к старению, испарению и вспениванию.
Дополнительными требованиями для моторных масел является наличие моющих и диспергирующе-стабилизирующих свойств. Присадки к моторным маслам, которые характеризуют данные свойства, удерживают продукты окисления и сажи от коагуляции и осаждения, тем самым сохраняя поверхности деталей двигателя без отложений лака, нагара и шлама.
Дополнительными требованиями, предъявляемыми к трансмиссионным маслам, являются противозадирные и противопиттинговые свойства. Для гидравлических масел такими требованиями будут фильтруемость, деаэрирующие и деэмульгирующие свойства.
Информация, необходимая потребителю о моторных маслах, отражена в ГОСТ
17497.1-85 «Масла моторные. Классификация и обозначение», а также в учебной и справочной литературе, например [2]. Классификация моторных масел подразделяет их на 11 классов вязкости и 12 групп по назначению и уровням эксплуатационных свойств [1].
Использование смазочного масла, в первую очередь, должно быть обосновано производителями автотранспортных средств, для которых масла изготовлены. Эксплуатация автомобилей на масле с более высокими характеристиками не улучшит работу двигателя и не увеличит срок службы. При значительном превышении эксплуатационных свойств масла в двигателе возможны провороты вкладышей подшипников коленчатого вала, а также засорение фильтров и ограничения подачи масла к подшипникам [1].
В мировой практике широкое распространение получила американская классификация масел по классам вязкости SAE и по уровню эксплуатационных свойств API. В указанных классификациях приводят к нормам целый ряд физико-химических показателей смазочного масла в соответствии с испытаниями на специально подготовленных двигателях. Существенные различия в рабочих процессах бензиновых и дизельных двигателях позволяют классифицировать работу масла по типу двигателя.
Классификация трансмиссионных масел регламентируется в соответствии с ГОСТ
17479.2-85 «Масла трансмиссионные. Классификация и обозначения», и в зависимости от уровня кинематической вязкости масла разделяются на 4 класса. Стандарт также отражает соответствие применения классов вязкости и эксплуатационных групп по классификациям SAE и API.
Условия работы трансмиссионных масел в коробках переключения передач, в редукторах ведущих мостов и других агрегатах трансмиссии автомобилей характеризуются тремя основными факторами: температурным режимом, частотой вращения зубчатых передач (скоростью относительного скольжения трущихся поверхностей зубьев) и удельным давлением в зоне контакта пар трения. На работоспособность смазочного масла существенное влияние оказывает металл, из которого изготовлены детали передач.
Считается, что среднеэксплуатационная (наиболее вероятная) температура масла агрегатов трансмиссии автомобилей составляет 60...90°С. Однако за последние годы агрегаты трансмиссий значительно уменьшились в габаритных размерах, а передаваемые ими мощности возросли, и поэтому в зависимости от температуры
окружающего воздуха рабочие температуры масла в агрегатах трансмиссий достигают 120...150°С и даже более 200°С. Но все-таки следует считать, что при нормальной эксплуатации автомобилей температура масла не должна превышать 90°С [3].
Достаточно часто узлы трения агрегатов трансмиссий автомобилей работают в режиме граничного трения, а в зоне контакта при этом возникает высокая температура. При возрастании нагрузки смазочная пленка, разделяющая трущиеся поверхности, разрушается, что приводит к непосредственному контакту металлических поверхностей, их заеданию и катастрофическому износу сопрягаемых деталей. Если увеличивать скорости скольжения, то нагрузка, при которой начинается заедание, снижается (рис. 1) [3].
ее
и
300
О. о I- . Ш ф
га Ё о. <п
О)
с: ^
О)
250
200
Область
отсутствия ///К Область
заедания у/у/У^ заедания
Скорость скольжения
Рис. 1. Зависимость заедания от температурно-скоростногорежима трущихся деталей
При малых скоростях скольжения имеется зона, в которой заедание сопрягаемых поверхностей практически не наблюдается. Увеличение скорости скольжения приводит к понижению температуры, при которой начинается заедание, и возникают условия для катастрофического износа. В этих условиях активные элементы противоизносных и противозадирных присадок вступают на поверхностях металла в химическое взаимодействие и образуют модифицированный слой с более низким напряжением сдвига, чем у металлов. Защитные модифицированные слои создают компоненты присадок с соединениями серы, хлора, фосфора и азота.
Есть еще один фактор, негативно сказываемый на работе трансмиссионных масел. Высокая температура в зоне контакта (более 200°С) в сочетании кислорода и металлических поверхностей приводит к усиленному окислению масла и образованию в нем нерастворимых веществ. Окисление масла изменяет его эксплуатационные свойства: увеличивается вязкость, возрастает коррозионная агрессивность, ухудшаются противозадирные свойства [1].
Введение в трансмиссионное масло антиокислительных и противопенных присадок во многом оградят металлы от воздействия кислых продуктов, создав на поверхностях защитные адсорбционные пленки, и предотвратят работу пар трения в условиях масловоздушной смеси (пены), ухудшающей режим смазки.
Работа гидравлических систем базируется на передаче механической энергии рабочей жидкости от источника ее возникновения до места приложения силы, при которой происходит полезная работа. При этом значение и направление передаваемой силы, как правило, меняется.
Требования, предъявляемые к гидравлическим системам по условиям работы гидравлических жидкостей, заключаются в повышении рабочих давлений и расширении рабочего температурного диапазона, уменьшении металлоемкости и габаритных размеров при увеличении передаваемой мощности, уменьшении зазоров в сопрягаемых деталях и увеличении чистоты рабочей жидкости.
Особым требованием к рабочим жидкостям гидросистем является отсутствие какого-либо влияния с контактирующими материалами.
Классификация гидравлических масел регламентируется в соответствии с ГОСТ 17479.3-85 «Масла гидравлические. Классификация и обозначения», и в зависимости от уровня кинематической вязкости масла разделяются на 10 классов. Стандарт также отражает применение классов вязкости в соответствии с международным стандартом ISO 3448.
Индустриальные масла реже используются в замкнутых системах смазки автотранспортных средств. Однако как рабочие жидкости гидравлических систем их используют в качестве заменителей. Классифицируются индустриальные масла по ГОСТ 17479.4-87 «Масла индустриальные. Классификация и обозначения», и в зависимости от назначения, эксплуатационных свойств и состава индустриальные масла подразделяются на 9 классов вязкости. Стандарт соответствует международным стандартам ISO 3498-79, ISO 6743-0-8, ISO 3448-75.
Приведенные требования к смазочным маслам во многом способствуют рациональному применению масел в эксплуатации. Однако в настоящее время пока не существует научно обоснованной альтернативы смазочным маслам, которые уже сегодня бы изменили работу узлов трения [4]. Ведутся теоретические поиски саморегулирования смазочной среды и создания новых материалов на основе методологии неравновесного материаловедения, которые позволили бы изменять свои свойства в зависимости от изменений условий эксплуатации [5, 6]. Но, тем не менее, сегодня те требования, которые предъявляются к смазочным маслам в эксплуатации, можно поддерживать на высоком заданном уровне только с применением высокоэффективных методов контроля на базе информации, заложенной в работающем смазочном масле [7].
Литература
1. Ковальский Б. И. Методология контроля и диагностики смазочных материалов, как элементов систем приводов многокомпонентных машин: Дис. ... доктора техн. наук. Красноярск, 2005. 418 с.
2. Васильева Л. С. Автомобильные эксплуатационные материалы. М.: Транспорт, 1986. 279 с.
3. Виленкин А. В. Масла для шестеренчатых передач. М.: Химия, 1982. 248 с.
4. Балабанов В. И. Нанотехнологии. Наука будущего / В. И. Балабанов. М.: Эксмо, 2009. 256 с.
5. Управление трибосистемами транспортных машин на нано-, мезо- и макроуровнях / Аметов В. А., Саркисов Ю. С., Курзина И. А., Власов Ю. А. // Грузовик. 2010. № 3 (164). С. 41-47.
6. Ресурсосберегающие технологии повышения качества и долговечности деталей узлов и механизмов на нано-, мезо- и макроуровнях / Ю. С. Саркисов, В. А. Аметов, И. А. Курзина, Ю. А. Власов // Известия Томского политехнического университета. 2010. Т. 316. № 2. С. 5-12.
7. Власов Ю. А. Методология диагностики агрегатов автомобилей электрофизическими методами контроля параметров работающего масла: Дис. ... докт. техн. наук. Томск, 2015. 368 с.
