Кислотное число трансмиссионного масла на что влияет

Кислотное число трансмиссионного масла на что влияет

04.08.2012
Трансмиссионные масла. Часть III

6. Трансмиссионные масла для индустриальных зубчатых передач

С точки зрения производителей смазочных материалов, трансмиссионные масла для индустриальных зубчатых передач отличаются от автомобильных трансмиссионных масел большим многообразием и большим числом комбинаций типов и размеров зубчатых передач (см. рис. 5, трансмиссионные масла часть 1). Главным образом следует напомнить о червячных передачах, планетарных передачах, геликоидальных косозубых и цилиндрических прямозубых передачах с перекрестными осями. Индустриальные зубчатые переда- чи также отличаются от автомобильных трансмиссий большим многообразием возможных условий эксплуатации и рабочих условий. Они отличаются намного более высоким крутящим моментом и характеристиками, связанными с явно большими размерами кожухов. Вместе с тем большие размеры зубчатых передач предполагают большие объемы смазочных материалов. Учитывая условия эксплуатации индустриальных зубчатых передач, сроки службы смазочных масел для них, несомненно, должны быть выше, чем для автомобильных трансмиссий (см. рис. 3).
За редким исключением масла, применяемые для индустриальных трансмиссий, слабо легированы и представляют собой смазочные материалы с невысокими по сроку службы характеристиками. По сравнению с автомобильными трансмиссионными маслами комплекс требований, которому одновременно отвечают индустриальные жидкости, меньше. Потребитель индустриальных трансмиссионных масел обязан регулярно и пунктуально выполнять инструкции и рекомендации производителя зубчатых передач по срокам смены трансмиссионного масла, соблюдая при этом требования по совместимости отработанного масла с окружающей средой.
В отличие от автомобильных зубчатых передач, смазка индустриальных трансмиссий может также различаться по типу. Автомобильные трансмиссии оснащены системой погружения в масло или впрыска. В зависимости от условий эксплуатации индустриальные трансмиссии смазывают вручную (капельницей или наливом), в картере, масляным туманом или впрыскиванием масла. Часто встречаются крупные смазочные системы, например печатные станки или бумагоделательные машины, заправляемые несколькими сотнями литров смазочного масла. На рис.24 дано схематическое представление о смазочных системах, чаще всего применяемых в настоящее время.

При смазке с помощью смазочной системы общий объем масла не должен быть слишком маленьким для обеспечения деаэрации масла. В этом отношении очень важную роль играют деаэрирующие свойства и склонность масла к пенообразованию, потому что воздух — плохой смазочный материал. Чистота смазочного масла, работающего в системе, является одним из центральных факторов, обеспечивающих долговечность зубчатых передач, следовательно, фильтрация и фильтруемость масла имеют немаловажное значение.
Кроме того, необходимо также точно учитывать зависимость прокачиваемости масла от его вязкости, особенно при холодных температурах и во время пуска таких систем. Неправильный выбор вязкости может привести к отказу всей системы. Нет сомнения в том, что различные смазочные масла для индустриальных трансмиссий должны отвечать максимально возможным техническим требованиям. Кроме того, они также должны отвечать конкретным требованиям системы: стремлению владельцев оборудования к увеличению интервалов между сменой масла. В сравнении с маслами для автомобильных трансмиссий число спецификаций на индустриальные трансмиссионные масла, разработанных в мире, довольно мало. Важные спецификации, опубликованные производителями и конечными пользователями зубчатых передач, перечислены в табл. 14

Таблица 14. Спецификации на индустриальные трансмиссионные масла

APIGL-2АМАA520 Part 6,7АМАA520 Part 9AGMA9005-E02AGMA250.04,251.02David BrownS1.53101US Steel224Cincinnati MilicronP-47, 50, 53, 63, 74GMLS2 Part 1,2, 3,4Rockwell International0-76DIN51517FlenderSheet AWinergy02.05.2003

Эти спецификации охватывают как простые динамико-механические методы испытания и тестеры общих компонентов, так и стандартные методы испытаний с роликовыми подшипниками и зубчатыми передачами. Наряду с этими спецификациями, применяемыми во всем мире, многие производители трансмиссий издают свои собственные, более сложные спецификации, с более жесткими требованиями к смазочным маслам для своих индустриальных зубчатых передач.
Большинство этих спецификаций включают строгие ограничения в физикохимических и механико-динамических стандартных методах испытания. В большинстве случаев требуется детальная информация об описанных ниже свойствах смазочных масел.

6.1. Вязкостно-температурные характеристики

По окружающим эксплуатационным условиям необходимые вязкостно-температурные характеристики предполагают соответствие очень высоким требованиям. Большое значение имеет диапазон вязкости базового масла. Во всем мире масла для индустриальных трансмиссий подлежат маркировке с указанием ISO класса вязкости. В американском регионе чаще применяют классификацию AGMA.
Индекс вязкости (ИВ) — безразмерный показатель, характеризующий изменения вязкости жидкостей в зависимости от изменения температуры. Чем выше индекс, тем меньше изменение вязкости при изменении температуры. Несмотря на то, что жидкости становятся менее вязкими по мере повышения температуры, вязкость жидкости с более высоким ИВ изменяется в меньшей степени, чем вязкость масла с более низким ИВ. Эта стойкость вязкости к изменениям температуры имеет важные последствия в реальной жизни. Жидкость с высоким ИВ может использоваться всесезонно. Высокоиндексная жидкость позволяет работать при более низких температурах, исключая неплановые простои из-за перегрева: она также позволяет эффективно и бесперебойно работать при высоких температурах и обеспечивает легкий низкотемпературный запуск. Это увеличивает температурный диапазон эксплуатации трансмиссий. Высокоиндексные жидкости обладают лучшими низкотемпературными свойствами, чем стандартные трансмиссионные гидравлические жидкости. Это означает, что при низких температурах жидкость данного класса вязкости (ISO VG) будет иметь вязкость, аналогичную вязкости жидкости более низкого класса. Подбором этих характеристик можно идентифицировать жидкость, отвечающую требованиям, предъявляемым к высокоиндексным (всесезонным) маслам.

6.2. Стойкость жидкости к сдвигу

6.3. Защита от коррозии и ржавления

Коррозия и защита от нее играют очень важную роль для смазочных материалов, применяемых в индустриальных трансмиссиях. С учетом требуемых удлиненных сроков смены индустриальных трансмиссионных масел, сильная коррозия может привести к неожиданно скорому отказу подшипников, зубчатых передач и других важных компонентов трансмиссий. Поэтому современные спецификации предусматривают проведение различных испытаний для определения антикоррозионных свойств смазочных масел для трущихся пар железо—сталь, медь и другие цветные металлы. Некоторые области применения индустриальных масел, например в трансмиссиях, работающих в прибрежном шельфе, усложняются из-за присутствия морской воды в зубчатых передачах. Поэтому требуются специальные методы испытания.

6.4. Окислительная стабильность

Окислительная стабильность снижает старение масла. Старение смазочного масла связано с изменением вязкости и с повышением кислотного числа. С помощью некоторых методов испытания можно определить характеристики старения масла путем изменения кислотного числа. Кислотное число служит для определения того, сколько миллиграммов щелочи (КОН) требуется для нейтрализации одного грамма кислоты, содержащейся в масле. В настоящее время чувствительные зубчатые передачи испытываются на регулярной основе. В случае заметного изменения кислотного числа производители смазочных масел рекомендуют сменить масло.

6.5. Температура вспышки и температура застывания

Температура вспышки — это самая низкая температура, при которой объемы паров еще выделяются из испытуемого образца в определенных условиях до такой степени, что над уровнем жидкости совместно с воздухом они образуют воспламеняемую смесь. Низкая температура вспышки масла приводит к крупным потерям на испарение в зависимости от локальных температур масла. Температура застывания идентична температуре, которая на 3 °К выше температуры, при которой жидкость утрачивает текучесть в условиях испытаний. В зависимости от области применения почти во всех спецификациях предусматривается определение температур вспышки и застывания.

6.6. Деэмульгируемость и водоотделение

Вода — плохой смазочный материал, усиливающий коррозию, поэтому ее следует хранить вдали от масла. Однако часто бывает невозможно предотвратить попадание воды в масло. Если содержание воды в масле превышает определенные пределы, остается единственная возможность — слить масло или разделить его на масляную и водную фазы. В крупных смазочных системах вода выпадает на дно масляного бака благодаря более высокому удельному весу, и ее можно слить через спускной кран. Для этого, однако, требуется хорошая водоотделяющая способность смазочного масла.

Вполне естественно, воздух смешивается с маслом в каждой зубчатой передаче. Поскольку воздух также является плохим проводником тепла, он должен быть удален из масла как можно быстрее для минимизации его содержания в масле.

6.8. Совместимость с красителями

В целях защиты от коррозии и увеличения срока службы на внутренние устройства крупных индустриальных коробок передач наносят краску, причем на эту краску масло может воздействовать агрессивно, что способно привести к ее размягчению и отслаиванию. Это относится к однокомпонентным красителям, тогда как двухкомпонентные красители, как правило, стойки к полигликолям.

6.9. Совместимость с уплотнениями

Аналогично красителям уплотнения могут содержать органические компоненты, которые могут быть подвергнуты агрессивному воздействию со стороны смазочных масел. Испытания на совместимость эластомеров со смазочными маслами включает важные спецификации, потому что риск несовместимости значительно возрастает по мере повышения температуры масла. Испытания на совместимость смазочных масел с уплотнениями подразделяются на статические и динамические в зависимости от условий проведения, однако детальное рассмотрение этих методов испытания выходит за рамки данной статьи.

Пенообразование в смазочных материалах частично связано с присутствием в них загрязняющих примесей. Масштабы пенообразования могут быть настолько значительными, что пена в результате вентиляции выносится из трансмиссии и загрязняет окружающую среду. Во избежание этого в коробках передач следует использовать только такие масла, которые в свежем состоянии обладают хорошей стойкостью к вспениванию.

6.11. Смешиваемость с минеральными маслами

По возможности не следует смешивать различные базовые масла, применяемые в индустриальных трансмиссиях, так как следует ожидать, что в смеси проявятся свойства самого худшего компонента. Однако более критическим фактором является не простое физическое смешивание, а тот факт, что смешение двух базовых масел приводит к неожиданным химическим реакциям. Например, случайное смешение минеральных масел с полигликолями приводит к значительному увеличению вязкости в результате полимеризации, что затрудняет прокачивание смеси через трубки малого сочетания и в конечном счете может привести к отказу трансмиссии изза недостаточной смазки.

6.12. Совместимость с окружающей средой и с кожным покровом

В настоящее время особенно большое значение придают совместимости трансмиссионных масел с окружающей средой и с кожными покровами в связи с растущей озабоченностью, имеющейся на этот счет у производителей трансмиссий и предприятий-потребителей, воздействием на окружающую среду и здоровье обслуживающего персонала. Многочисленные спецификации требуют проведения испытаний масел на совместимость, причем эти испытания в каждом конкретном случае могут быть дорогостоящими и капиталоемкими из-за воздействия на здоровье и окружающую среду.

6.13. Открытые зубчатые передачи

Открытые зубчатые передачи, так называемые мельничные (фрезерные), часто встречаются в цементной промышленности, во вращающихся печах в сталелитейной промышленности, на электростанциях, работающих на угле или на открытых угольных разрезах. Эти открытые крупногабаритные зубчатые передачи часто смазывают разбрызгиваемым адгезионным смазочным маслом. Наряду с требованиями к несущей способности и противоизносным свойствам, приоритетное значение имеют адгезионные свойства, разбрызгиваемость, прокачиваемость и антикоррозионные свойства этих масел. В упомянутых системах успешно применяют так называемые твердые компаундированные смазочные материалы в качестве добавок к таким адгезионным маслам. По соображениям минимизации вредного воздействия на здоровье и окружающую среду, а также из-за прямых потерь масла с отработанным воздухом, применение систем смазки разбрызгиванием масла и масляным туманом в настоящее время используется с ограничением. Открытые зубчатые передачи можно смазывать вручную или с помощью дозировочных насосов с регулярными интервалами высоковязкими маслами.

7. Отношение «затраты/прибыль» при разработке трансмиссионных смазочных масел

С самого начала разработка и выбор компонентов фокусировались на экономии затрат и на эффективно затратном проектировании. Цель исследования, и оценка полученных результатов заключались в сравнении характеристик синтетических индустриальных трансмиссионных с обычными трансмиссионными маслами на базе минеральных масел, отвечающих требованиям CLR стандарта (DIN 51 517), в отношении окислительной стабильности (стойкости масла к старению) и фрикционных характеристик. Это в конечном итоге может значительно увеличить срок службы масла, потому что удлиненные интервалы между заменами масла коррелируют с намного более высоким уровнем механико-динамических характеристик.
В табл. 15 приведены примеры индустриальных трансмиссионных масел, полученных на основе базовых жидкостей разных типов. Ожидаемые сроки службы трансмиссионных масел, в частности в отношении окислительной стабильности, могут быть сравнены методом испытания на окисление в ротационной бомбе.

Таблица 15. Сравнение индустриальных трансмиссионных масел, полученных на основе базовых жидкостей различных типов.

Источник

Характеристики трансмиссионных масел

В этой статье мы поговорим о характеристиках трансмиссионных масел, позволяющих им выполнять свои функции. Для начала нужно определиться с этими самыми функциями, наметить «цели и задачи», так сказать. Масло в коробке передач в первую очередь должно хорошо смазывать (как и моторное масло, в общем-то). Банальность, конечно, но это отправная точка в определении основных характеристик трансмиссионки.

Смазывающие свойства – это способность масла принимать на себя и «гасить» за счёт вязкостных свойств усилия, которые в противном случае воздействовали бы на твёрдую поверхность деталей механизмов, разрушая её и вызывая тем самым износ этих деталей.

Исходя из этого определения, в первую очередь трансмиссионные масла должны иметь достаточно хорошие вязкостные свойства, плюс противоизносные и противозадирные присадки.

В отличие от моторных трансмиссионные масла не контактируют с горячими зонами цилиндропоршневой группы и с продуктами сгорания топлива, на борьбу с которыми тратится основной объём антиокислительных и диспергирующих присадок. Соответственно, в трансмиссионке они не нужны, по крайней мере в больших количествах. С другой стороны, температуры в узлах трансмиссии иной раз доходят до 150°C, плюс присутствует вода и кислород из атмосферы, что требует наличия какого-то количества антиокислителей. Ниже перечислим основные характеристики трансмиссионных масел:

Теперь подробнее о каждом из них.

Смазывающие свойства трансмиссионного масла

Как я уже писал в начале статьи, главная функция моторного – это снижение износа деталей и предотвращение задира на них. Это и называется смазывающей способностью масла. Из статьи о свойствах моторного масла мы помним, что эта способность напрямую зависит от вязкости.

Чем выше вязкость, тем лучше смазывание. Это справедливо для гидродинамического режима трения, то есть там, где отсутствует непосредственный контакт металлических поверхностей. Однако в трансмиссии гораздо чаще, чем в двигателе, возникают смешанный и граничный режимы трения, при которых металл деталей входит в непосредственный контакт при высокой температуре и большой нагрузке. В этом случае детали предохраняют противоизносные и противозадирные присадки, в качестве которых используются содержащие серу и фосфор соединения.

Вкратце механизм их действия таков: при взаимодействии двух деталей (например, шестерёнок) с высокой нагрузкой в зоне микроконтакта возрастает температура, порой до порога плавления металла. В этот момент вещество присадки вступает в химическую реакцию с металлом поверхности, образуя так называемые модифицированные слои (или «эвтектические смеси») с меньшим напряжением сдвига. Сродни тонкой наледи вместо микролужи на асфальте после заморозков. Такая «наледь» может и сдвинуться вслед за контактирующей поверхностью, которая «проскользит» по ней без вреда для деталей (особенно если учесть, что такие зоны образуются на обеих соприкасающихся деталях). И даже если этот модифицированные слой разрушится, то в момент следующего напряжённого контакта он образуется вновь, и так далее, до полного срабатывания противозадирной присадки.

Таков механизм действия противозадирных и противоизносных присадок в трансмиссионном масле. В этих условиях вязкость не имеет особого значения для достижения защитного эффекта, однако при малой вязкости слой масла может быть слишком тонким, соответственно, в нём будет недостаточно этих присадок. Поэтому в маловязких маслах концентрацию серо-фосфорсодержащих присадок увеличивают примерно в полтора раза.

Вязкость и потери энергии на трение

В отношении вязкостных характеристик трансмиссионных масел предъявляются противоречивые требования. С одной стороны (и мы отметили это выше) при доминировании граничных и смешанных гранично-гидродинамических режимах трения вязкость не имеет принципиального значения для достижения большей сохранности деталей. А потери энергии на трение тем меньше, чем меньше вязкость масла. Надо сказать, что в трансмиссии они довольно высоки, около 50%. То есть, если двигатель выдаёт КПД 25%, то до колёс доходит примерно 12-13%. При использовании маловязких масел и антифрикционных присадок можно достигнуть экономии топлива порядка 2-3%. Немного, но в масштабах автопарка чувствительно. Ещё один плюс от малой вязкости – облегчённый пуск (особенно зимой) и работа трансмиссии в холодном состоянии. В этой связи понятно стремление производителей сделать трансмиссионные масла как можно менее вязкими.

С другой стороны, большая вязкость позволяет маслу лучше удерживаться на смазываемой поверхности, и её уменьшение может привести к увеличению износа, возникновению задиров и питтинга (микровыемки, выкрошенные в металле, снижающие прочность детали в целом). Ведь противоизносные присадки в этом случае не смогут помочь, они просто стекут вместе с маловязким маслом с детали. Помимо этого, слишком низкая вязкость может увеличить утечку масла через уплотнения трансмиссии.

Выход из этой ситуации с противоречивыми требованиями найден благодаря улучшению технологии изготовления агрегатов трансмиссии. Качественные уплотнения, преобладание граничных режимов трения и минимизация свободного пространства позволяют-таки использовать маловязкие масла. (Если вдруг захотелось подробностей по термину вязкости, можно почитать статью о вязкости моторных масел, там всё разложено по полочкам).

Антиокислительные свойства

В процессе работы в агрегате трансмиссионное масло нагревается в следствие трения. Вместе с кислородом воздуха и каталитическим воздействием металлов деталей возникают условия для активного окисления. В этом случае начинают окисляться и выпадать в осадок нерастворимыми соединениями все компоненты масла, включая противозадирные присадки, недостаток которых может вызвать поломку узла трансмиссии. Наибольшее значение для ускорения процесса окисления имеет температура. Надо отметить, что синтетическая основа более термостабильна, нежели минералка (ещё один довод в пользу синтетики в трансмиссии).

В общем, понятно, что окисление – это очень плохо. Для борьбы с ним добавляют антиокислительные присадки. Они реагируют со свободными радикалами и другими химически активными компонентами, превращаясь вместе с ними в растворимые неактивные вещества, то есть попросту в безвредный и бесполезный балласт, либо разлагают эти компоненты на менее активные. Это позволяет снизить степень окисления до приемлемых значений.

Антикоррозионные свойства

В узлах трансмиссии используются детали из цветных металлов, таких как алюминий, медь, свинец, различные сплавы с оловом и другим цветметом. Цветные металлы достаточно легко корродируют, взаимодействуя с продуктами окисления масла. Соответственно, чем быстрее масло окисляется, тем интенсивнее подвергаются коррозии эти детали. Поэтому у антикор-присадок задача нейтрализовать продукты окисления до их реакции с металлами. От антиокислителей они отличаются тем, что одним из механизмов работы антикоров является покрытие поверхности тонкой плёнкой, устойчивой к воздействию кислот и воды (которая тоже добавляет свои пять копеек в дело коррозии металла). Помимо собственно защиты детали эта плёнка «пассивирует» металл, то есть снижает его каталитическую способность в отношении окисления масла. Так что многие антикоррозионные присадки являются дезактиваторами металла, а значит добавляют антиокислительных свойств продукту.

Антипенные свойства

В процессе функционирования трансмиссионные масла активно перемешиваются с воздухом, что приводит к образованию пены. На способность к пенообразованию в значительной мере влияет фракционный состав масла, степень и глубина его очистки, свойства функциональных присадок, давление и температура. У парафиновой составляющей стойкость к вспениванию выше, чем у нафтеновой, поэтому маловязкие масла (в которых количество парафинов сведено к минимуму) лучше пенятся. Загрязняющие примеси, как и некоторые присадки в трансмиссионное масло увеличивают прочность плёнки пузырьков, в результате образуется стойкая пена. Процесс пенообразования проходит активнее с повышением температуры. В случае образования стойкой пены смазывание трансмиссии проходит масловоздушной смесью, в которой недостаточно непосредственно масла, поэтому детали быстро выходят из строя.

Антипенные присадки снижают поверхностное натяжение маленьких пузырьков воздуха, в результате чего они объединяются в более крупные и легко лопаются, не успевая образовать устойчивую пену.

Совместимость с материалами уплотнений

Помимо прочего композиционный состав трансмиссионных масел проверяют на взаимодействие с уплотнениями агрегатов, стараясь снизить его до минимума. Основная цель – не допустить набухания эластомеров, которые изменят при этом свои физические свойства, а значит и способность к герметизации соединения. Современные масла могут даже оказывать положительное воздействие на материал уплотнений, восстанавливая их первоначальную структуру.

Стабильность при длительном хранении

И наконец, полученный состав трансмиссионного масла должен быть стабилен при длительном хранении, поскольку иногда в состоянии покоя происходит выпадение присадок в осадок. В результате масло лишается части своих свойств и не обеспечивает должную защиту узлов и агрегатов трансмиссии.

Кстати, в этой связи встречал я любопытный случай, когда производитель масел заявлял о приемлемости выпадения осадка при длительном хранении и рекомендовали применять такое масло после энергичного взбалтывания до растворения выпавшего осадка. Видимо, какая-то часть присадок может менять своё состояние без потери качества конечного продукта. Но это ни в коем случае не совет применять масла не взирая на наличие осадка, поскольку никто кроме специалистов производителя доподлинно не знает, какие именно присадки входят в то или иное масло и могут ли они безнаказанно выпадать в осадок, затем вновь растворяться в масле. Да и как-то не солидно это, «после сборки доработать напильником», навроде того…

Вот и все основные характеристики трансмиссионных масел, помогающие агрегатам работать безотказно в штатных режимах. Напоследок отмечу, что основную долю всех присадок в трансмиссионных маслах занимают противоизносные/противозадирные присадки, поскольку они в основном и срабатываются в процессе, в отличие, например, от моторных масел, в которых основной объём присадочного пакета, не считая модификаторов вязкости занимают детергенты и дисперсанты (эти непонятные слова можно «опонятить» в статье о составе моторного масла, если кому интересно). В линейках многих маслопроизводителей есть трансмиссионные продукты, имеющие в названии латинские буквы EP, от английских слов Extreme Pressure, то есть экстремальное давление. Пишутся они на маслах категории качества GL-4 по стандарту API (что это такое, прочитать можно в статье о классификации трансмиссионных масел), и говорят как раз о превалирующем наличии противоизносных и противозадирных присадок в продукте. Практические рекомендации по заливке можно посмотреть в статье о том, какое масло лить в МКПП.

Источник