CC BY
83
УДК 544.722.7
Т. Р. Замалетдинов (магистрант) 1, М. Н. Евстигнеев (асп.) 2, К. Е. Станкевич (к.т.н., доц.) 1, А. Р. Гайсина (к.т.н., доц.) 1
ВЛИЯНИЕ ВВЕДЕНИЯ ПРИСАДОК, СОДЕРЖАЩИХ ДИАЛКИЛДИТИОФОСФАТ ЦИНКА, В КАНАТНЫЕ И РАБОЧИЕ-КОНСЕРВАЦИОННЫЕ СМАЗКИ
1 Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра технологии нефти и газа 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1, тел. (347)2428931; e-mail: exi-money@mail.ru 2 Башкирский государственный университет, кафедра аналитической химии 450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32, тел. (347 229921; e-mail: for-m-trast@mail.ru
T. R. Zamaletdinov 1, M. N. Evstigneev 2, K. E. Stankevich 1, А. R. Gaysina 1
EFFECT OF INTRODUCTION OF ZINC DIALQUILDITHIOPHOSPHATE CONTAINING ADDITIVES IN ROPE AND OPERATING-CONSERVATIVE GREASES
1 Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str., 450062, Ufa, Russia, ph. (347) 24289312; e-mail: exi-money@mail.ru
2 Bashkir State University 32, Zaki Validi Str., 450076, Ufa, Russia, ph. (347) 2299721; e-mail: for-m-trast@mail.ru
Исследованы возможности применения присадок, содержащих диалкилдитиофосфат цинка, в канатных и рабочих-консервационных смазках. Изучено влияние концентрации присадок на три-бологические свойства смазок. Показана зависимость нагрузки сваривания от количества введенной присадки. Установлена оптимальная концентрация присадок с диалкилдитиофосфатом цинка в смазке, влияющая на показатели сброса в центрифуге и качества смазки в целом. Использование результатов исследований в рамках действующих производств может способствовать повышению ресурса оборудования и снижению простоев на обслуживание, ремонт и замену тросов.
Ключевые слова: граничное трение; диалкилдитиофосфат цинка; диаметр износа; износ; критическая нагрузка; нагрузка сваривания; пластичная смазка; присадки; четырехшарико-вая машина трения.
Research on a possibility of use of the additives containing zinc dialkyldithiophosphate in rope and working-conservation lubricants is carried out. Influence of concentration of additives in lubricant on its tribological properties is studied. The dependence of loading of a welding on amount of the entered additive is shown. Also it was established the optimum concentration of additives with zinc dialkyldithiophosphate in lubricant influencing dumping indicators in the centrifuge and quality of lubricant in general.
Key words: additives; boundary friction; critical load; diameter of wear; four-ball friction machine; plastic grease; wear; welding load; zinc dialkyldithiophosphate.
Канатные и рабочие-консервационные смазки играют ключевую роль в нефтеперерабатывающей, горнодобывающей, машиностроительной и других отраслях. Разработка и введение новых присадок, а также улучшение состава канатных смазок является одним из важнейших направлений развития, благодаря которым можно решить многие задачи, связан-Дата поступления 05.07.17
ные с использованием канатов и тросов в данных отраслях. Наибольшей актуальностью является проведение исследований по улучшению противоизносных (трибологических) свойств канатной смазки с целью повышения срока эксплуатации канатов и тросов, а также снижения материальных затрат, связанных с ремонтными работами оборудования и замене канатов, тросов.
Стальные канаты и тросы широко применяются в различных видах грузоподъемной и другой техники и отраслях. К ним относятся канаты лифтов, канаты шахтных подъемных, рудничных и буровых установок, подъемно-транспортных машин, тросы экскаваторов, кранов, речных, морских транспортов и т. д.
Для предотвращения факторов возникновения коррозии, а также уменьшения износа в зоне граничного трения сталь—сталь между волокнами и прядями канатов (тросов), которые влияют на снижение ресурса их работы, смазочный материал должен обладать отличными защитными, антикоррозионными, антиокислительными и смазывающими свойствами .
Трение внутри стальных прядей каната возникает в результате его изгиба на барабане лебедки (ГПМ — грузоподъемного механизма) а также во время скольжения каната по направляющим В большинстве случаев канаты и тросы эксплуатируются в неблагоприятных условиях воздействия на них воды, щелочи, атмосферных осадков, песка и т.д.
Канатные смазки делятся на три группы: общего назначения для стальных канатов всех видов; фрикционные для канатов, используемых в подъемных механизмах с фрикционными шкивами; пропитки для пеньковых сердеч-2
ников канатов .
Большинство канатных смазок общего назначения относится к углеводородным смазкам 3 нефтяного происхождения 4-5, так как в качестве загустителей используются высокоплавкие углеводороды, такие как церезин, битум, петролатум и т.д.
Существуют канатные смазки, где в качестве присадки применяется дисульфид молибдена (МоБ2). Дисульфид молибдена является противозадирной противоизносной присадкой. Механизм действия добавки МоБ2 сходен с действием графитовых добавок и основан на ее слоистой, пластинчатой структуре. Трущиеся металлические поверхности, покрытые такой смазкой, свободно скользят относительно друг друга, так как контакт металла с металлом исключен. Однако стоить учитывать, что стоимость дисульфида молибдена более чем на порядок превышает стоимость аналогичного количества графита и используемых в смазке нефтепродуктов.
Работы, связанные с поиском канатных и рабочих-консервационных смазок, которые удовлетворяют потребителей, продолжаются 6.
Целью данной работы является исследование влияния присадок, содержащих диалкил-дитиофосфаты цинка для улучшения смазыва-
ющих (противоизносных) свойств в условиях граничного трения сталь—сталь между волокнами и прядями канатов в канатных и рабо-чих-консервационных смазках.
Экспериментальная часть
В качестве исходных веществ были выбраны А-23 (ТУ 0257-021-40065452-03) и ДФ-11 (ТУ 38.5901254-90) (табл. 1), а в качестве базовой канатной смазки — Торсиол-35У (ТУ 0254-029-15301184-2014), не содержащий присадок (табл. 2). Составы испытуемых смазок приведены в табл. 3.
Таблица 1 Состав используемых присадок
Содержание Наименование присадок
А-23 ДФ-11
Цинк, % 11.0 9.6
Фосфор, % 9.4 8.7
Сера, % 17.8 15.0
Таблица 2 Состав базовой канатной смазки Торсиол-35У
О) 1= 2: "Ё Наименование компонентов Нормативная документация Сод ер - жание, %
1 Масло индустриальное И-20А ГОСТ 20799 23.8
2 Масло-мягчи-тель ПН-6 ТУ 38.101121789 с изм.1-7 46.4
3 Церезин-80 ГОСТ 2488-79 3.5
4 Петрол атум ТУ 0255-05348120848-2007 25.6
5 Каучук этилен- пропиленовый ТУ 2294-08705766563-2010 0.7
Таблица 3
Сравниваемые смазочные составы для тросов
№ п/п Состав композиций, % мас.
1 Торсиол-35У - 100%
2 Торсиол-35У - 99.8% + ДФ-11 - 0.2%
3 Торсиол-35У - 99.5% + ДФ-11 - 0.5%
4 Торсиол-35У - 99.2% + ДФ-11 - 0.8%
5 Торсиол-35У - 98.8% + ДФ-11 - 1.2%
6 Торсиол-35У - 99.8% + А-23 - 0.2%
7 Торсиол-35У - 99.5% + А-23 - 0.5%
8 Торсиол-35У - 99.2% + А-23 - 0.8%
9 Торсиол-35У - 98.8% + А-23 - 1.2%
Компаундирование канатной смазки. Канатные смазки базовой и улучшенной рецептур приготовляли на экспериментальной установке, предназначенной для получения смазочных материалов. Основным аппаратом установки компаундирования канатной смазки является реактор идеального смешения периодического действия. Основные технические параметры ре-
актора: максимальное избыточное давление 0.1 МПа; максимальное вакуумное давление 0.1 МПа; максимальная температура 300 °С; максимальная загрузка реактора 0.075 м3.
После получения базовой канатной смазки ее охлаждали до 70—80 оС для предотвращения разложения присадки, после чего добавляли необходимое количество присадок (табл. 3).
Для определения смазывающих свойств на практике используются следующие методы: четырех шариков (fourballtest) (DIN 51 350, ASTM D 2266, ГОСТ 9490-75, РД 50-531-85); Тимкен EP (TimkenExtremePressureTest) (ASTM D 2782); Фалекс (FalexPinandVee BlockMethod) (ASTM D 3233).
В данной работе использовался метод четырех шариков, как один из самых распространенных и информативных методов определения свойств смазочных материалов (рис. 1). Испытание смазывающих свойств проводили на четы-рехшариковой машине трения ЧМТ-1 (рис. 1).
Результаты и их обсуждение
С помощью вышеупомянутого метода (ГОСТ 9490-75) определялись следующие показатели:
диаметр пятна износа Ои (противоизнос-ные свойства);
критическая нагрузка Ркр (несущая способность);
нагрузка сваривания Рс (предельная нагрузка);
индекс задира И3.
В табл. 4 приведены трибологические характеристики для пары трения сталь ШХ-15 — сталь ШХ-15 в присутствии испытуемых образцов смазок.
Таблица 4
Результаты исследования трибологических свойств полученных продуктов
Номер композиции Пара трения сталь - сталь
Диаметр износа, мм Критическая нагрузка, Н Нагрузка сваривания, Н Индекс задира
1 0.42 617 1381 31
2 0.41 735 1842 36
3 0.40 737 1930 39
4 0.39 784 1960 40
5 0.36 823 2067 43
6 0.38 784 1995 46
7 0.35 823 2068 45
8 0.35 825 2195 47
9 0.31 872 2323 48
а б
Рис. 1. Принцип действия четырехшариковой машины трения: а — схема нагружения шариковой пирамиды; б — схема четырехшариковой обоймы; 1 — неподвижные шарики; 2 — вращающийся шарик; 3 — исследуемый смазочный материал.
Основной механизм ЧМТ-1 — узел трения, который состоит из четырех контактирующих друг с другом шариков, расположенных в виде пирамиды: три в основании и один в вершине. Три нижних шарика находятся в специальной чашке, заполненной испытуемой смазкой, где закреплены неподвижно. Верхний шарик закреплен в шпинделе, который вращается относительно трех нижних под нагрузкой и с определенной частотой вращения.
Испытание каждого образца проводили при температуре 20 оС в соответствии с техническими условиями данной смазки. Испытания состояли из нескольких серий, при этом в каждой серии использовался новый образец смазки и новые шарики. Длительность одного испытания составляла от 10 с до 60 мин.
Из табл. 4 видно, что присутствие присадок, содержащих диалкилдитиофосфаты цинка, снижает диаметр пятна износа Ои примерно в 1.4 раза, увеличивает индекс задира И3, критическую нагрузку Ркр в 1.5 раза и нагрузку сваривания Рс в 1.7 раза.
Исследование стальных поверхностей в зоне трения при помощи микроскопа МБС-10 с семикратным увеличением показало отличие механических изнашиваний шариков до и после введения присадки (рис. 2).
Критическая нагрузка (Ркр) характеризует способность смазки предотвращать появление на поверхности металла задира, возникающего вследствие граничного трения трущихся поверхностей. В процессе высоких нагрузок и в присутствии изгибающего момента в канате может появиться катастрофический износ, который возникает из-за перетирания волокон, а иногда и местного сваривания прутьев каната. В месте местного разогрева волокон каната возможны структурные изменения кристалли-
ческой решетки стали и лавинообразное увеличение износа прутьев каната, что, в свою очередь, приводит к разрыву отдельных нитей или всего каната в целом.
Поэтому, чем выше такие показатели канатной смазки, как «критическая нагрузка» и «нагрузка сваривания», тем выше способность смазывающей пленки к самоудержанию на поверхности металла. Это связано с тем, что введение присадки увеличивает адсорбционную способность смазки по отношению к металлу, находящемуся в зоне трения с другим металлом 2. Смазывающая способность смазки при высокой нагрузке увеличивается, следовательно, увеличивается срок службы стальных канатов и тросов.
Можно предположить, что за счет лучших смазывающих свойств и снижения коэффициента трения между волокнами каната, он получает лучшую подвижность при изгибающем моменте и, как следствие, обеспечивает сниже-
ние энергопотребления подъемно-транспортных устройств.
При определении индекса задира, лучший результат показали смазки, содержащие присадку А-23. Это может быть связано с тем, что в присадке А-23 содержание серы и фосфора больше, чем в присадке ДФ-11, а длина углеводородных радикалов (6—8 атомов углерода)
7
соответственно меньше .
С увеличением количества вводимой присадки показатели критической нагрузки и нагрузки сваривания увеличиваются (рис. 3, 4), но при этом значительно увеличивается себестоимость готовой смазки. В процессе исследования было также выявлено, что увеличение количества присадки приводит к увеличению сброса смазки на центрифуге, очевидно, из-за содержащихся в присадке кислотно-щелочных веществ. В связи с этим, оптимальное количество присадки составляет 0.5% мас.
2500 ■
■Критическая нагрузка, Н "Ч^Нагрузка сваривания, Н 1042 1930 1960
737
-о-
784
-О-□
Рис. 3. Влияние присадки ДФ-11 на критическую нагрузку и нагрузку сваривания.
1500
1000 -
500
0,2 0,5 0,8
Количество присадки, % мас.
1,2
Рис. 4. Влияние присадки А-23 на критическую нагрузку и нагрузку сваривания.
1500 -
1000 -
617
500
0
0
0,2
0,5
0,8
1,2
0
Литература
1. Школьников В.М., Анисимов И.Г., Бадыштова K.M., Бантов С.А. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение.— М.: Издательский центр «Техин-форм», 1999.- 596 с.
2. Меркурьев Г.Д., Елисеев Л.С. Смазочные материалы на железнодорожном транспорте.- М.: Транспорт, 1985.- 255 с.
3. Синицын В.В. Подбор и применение пластичных смазок.- М.: Химия, 1969.- 376 с.
4. Станкевич К.Е., Кондрашева H.K. Улучшение эксплуатационных свойств профилактических смазочных материалов // Технологии нефти и газа.- 2011.- Т.3, №3.- С.20-24.
5. Кондрашева H.K., Станкевич К.Е., Попова С.В., Хасан С.Д. Разработка новой профилактической смазки ниогрин для северных районов страны // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело».- 2007.- №1.- С.32.
6. Носков С. Е., Самохвалова В.М., Черевичная М.В. Внедрение в производство канатных смазок Российского производителя // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования.- 2010.- Т.1, №1.- С.21-24.
7. Мухторов И.В., Почкайло К.А., Дойкин А.А., Леванов И.Г. Связь структуры и трибологичес-ких характеристик диалкилдитиофосфата цинка // Вестник Южно-Уральского государственного университета, серия: машиностроение.-2016.- Т.16, №4.- С.67-74.
8. Фукс И. Г. Добавки к пластичным смазкам.-М.: Химия, 1982.- 248 с.
References
1. Shkol'nikov V.M., Anisimov I.G., Badyshtova K.M., Bantov S.A. Topliva, smazochnye materialy, tekhnicheskie zhidkosti. Assortiment i primenenie [Fuel, lubricants, technical fluids. Assortment and application]. Moscow, Publishing Center «Tekhinform», 1999.— 596 p.
2. Merkur'ev G.D., Eliseev L.S. Smazochnye materialy na zheleznodorozhnom transporte [Lubricants for railway transport]. Moscow, Transport Publ., 1985, 255 p.
3. Sinitsyn V.V. Podbor i primenenie plastichnykh smazok [Selection and application of greases]. Moscow, Khimiya Publ., 1969, 376 p.
4. Stankevich K.E., Kondrasheva N.K. Uluchshenie ekspluatatsionnykh svoistv profilakticheskikh smazochnykh materialov [Improving the operational properties of preventive lubricants]. Tekhnologii nefti i gaza [Oil and Gas Technologies], 2011, vol.3, no.3, pp.20-24.
5. Kondrasheva N.K., Stankevich K.E., Popova S.V., Khasan S.D. Razrabotka novoi profilakticheskoi smazki niogrin dlia severnykh raionov strany [Development of a new preventive lubrication of niogrin for the northern regions of the country]. Elektronnyi nauchnyi zhurnal Neftegazovoe delo [Electronic scientific journal Oil and gas business, 2007, vol.1, no.1, p.32.
6. Noskov S.E., Samokhvalova V.M., Cherevichnaya M.V. Vnedrenie v proizvodstvo kanatnykh smazok Rossiiskogo proizvoditelya [Introduction of rope lubricants of the Russian manufacturer into production]. Aktual'nye problemy sovremennoi nauki, tekhniki i obrazovaniya [Actual problems of modern science, technology and education], 2010, vol.1, no.1, pp.21-24.
7. Mukhtorov I.V., Pochkailo K.A., Doikin A.A., Levanov I.G. Sviaz' struktury i tribologiches-kikh kharakteristik dialkilditiofosfata tsinka [Relationship of the structure and tribological characteristics of zinc dialkyl dithiophosphate]. Vestnik Iuzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta, seriya: mashinostroenie [Bulletin of the South Ural State University, series: engineering], 2016, vol.16, no.4, pp.67-74.
8. Fuks I.G. Dobavki k plastichnym smazkam [Additives to greases]. Moscow, Khimiya Publ., 1982, 248 p.
