Разработка и обоснование предельно допустимых значений показателей качества трансмиссионных масел

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ

В.А. Войтов, профессор, д.т.н., С.А. Митиков, ст. научн. сотр.,

ХУВС

Аннотация. Проведен анализ и лабораторные исследования изменения эксплуатационных свойств трансмиссионных масел в процессе их работы в различных агрегатах трансмиссии с целью разработки и обоснования предельно допустимых значений показателей качества масла.

Ключевые слова: агрегат трансмиссии, качество трансмиссионного масла, предельно допустимые значения показателей масла.

Введение

Определение оптимальных сроков замены трансмиссионных масел, не снижая надежности трибо-систем агрегатов трансмиссии, в значительной степени зависит от установления научно обоснованных предельно допустимых значений показателей качества применяемых трансмиссионных масел.

Анализ публикаций

В работе [1] был получен безразмерный критерий пм , оценивающий начальные эксплуатационные свойства трансмиссионных масел и их изменение в процессе эксплуатации.

где V100 - кинематическая вязкость масла, м/с;

Еу - энергетический интегральный критерий

оценки трибологических характеристик трансмиссионного масла [2], кг/(м-с2); т - противопит-тинговая способность масла [3], с; £ - наличие в масле механических примесей, кг.

В целях практической проверки корректности полученного критерия пм были проведены лабораторные исследования масел, применяемых в агрегатах трансмиссии для определения V100, Еу ,

т и £ с последующей подстановкой их в формулу (1). Полученные результаты показали хорошую корреляционную связь между критерием п м

и рекомендуемой производителем агрегата трансмиссии группой эксплуатации товарного

масла по классификации АРІ. Однако для определения научно обоснованных предельно допустимых значений показателей качества трансмиссионных масел, входящих в критерий пм, нужно обобщение и анализ статистических данных эксплуатации по их изменению, а также проведение собственных исследований по изучению изменения качества масел, применяемых в агрегатах трансмиссии различных видов техники.

В работе [4] установлено, что при работе масла в агрегатах трансмиссии автотракторной техники, вязкость увеличивается от 8 до 38 %, содержание механических примесей повышается от 3 до 38 %. Как отмечают авторы, это происходит за счет одновременного окисления масла и в зоне контакта трущихся поверхностей, и в объеме самого масла. Для трансмиссионных масел, содержащих высокомолекулярные загущающие присадки, наоборот, характерно понижение вязкости до 54 %, из-за механической деструкции загустителя (полимера).

Испытания двух разных масел при работе в однотипных промышленных редукторах показали [5], что заменять масло следует, если его вязкость отклоняется на 10 - 15 % в ту или иную сторону от начального значения.

Результатами исследований проб индустриальных масел ИГП-38 и И-20А в процессе их длительных испытаний в тяжелонагруженном планетарном редукторе установлено [6], что их вязкость уменьшилась до 7 %, а содержание механических примесей увеличилось до 4 %.

По данным работы [7], где изучалась динамика изменения физико-химических свойств масел

п,, =

М

£

МГЕ-68В и ТАп-15В, при эксплуатации в агрегатах трансмиссии тракторов Т-150 и Т-150К установлено, что начальная вязкость снижается до 7 %, а суммарное содержание механических примесей, из-за попадания пыли и частичного окисления масла, увеличивается до 5 %.

Изменение противоизносных свойств трансмиссионных масел при эксплуатации в грузовых автомобилях показано в работе [8]. Эксплуатационными испытаниями разных образцов масел было определено снижение их смазывающей способности от 17 до 70%, вследствие срабатывания содержащихся в них противоизносных и противозадирных присадок.

Результаты оценки эксплуатационных свойств масла МТ-16п [9], при высоких рабочих температурах, показали существенное ухудшение проти-воизносных (до 21 %), противозадирных (до 13 %) и физико-химические свойств масла (повышение вязкости до 20 %).

Исследователи трансмиссионных масел для коробок передач автомобилей с дизелями установили [10], что вязкость испытуемых масел уменьшается от 9 до 18 % и увеличивается от 5 до 18 %, противоизносные свойства масел снижаются от 3 до 42 %, противозадирные свойства масел снижаются до 13 % от их начальных значений. В работе проводились испытания на усталостное выкрашивание (питтинг) на зубьях шестерен в коробке передач, а также на роликовом стенде -машина трения SAE. По этому показателю было предложено нормирование масел. Однако проти-вопиттинговые свойства трансмиссионных масел оценивались только по завершению испытаний.

При квалификационной оценке автотракторных трансмиссионных масел на стенде ЛТ-6, определяющими показателями качества масла приняты противопиттинговые, противоизносные и физикохимические свойства работавших масел [11]. Противопиттинговые свойства масла оцениваются по группам поражения питтингом, которые определены степенью повреждения рабочих поверхностей зубьев. Противоизносные свойства масла - по износу рабочих поверхностей зубьев. В качестве основного показателя физикохимических свойств масла принято изменение его вязкости во время работы стенда, которое не должно превышать 20 %.

Авторами работы [12] проводились исследования вязкостных и противоизносных свойств некоторых образцов масел для агрегатов трансмиссии вертолета. Лабораторными испытаниями определено снижение вязкости от 18,5 до 37 % из-за деструкции полимерного загустителя и уменьшение на 5 % противопиттинговых свойств масла после 25 ч работы в редукторе вертолета.

Значительное изменение противопиттинговых свойств опытных образцов масел, изготовленных на основе авиационных масел МК-6 и МС-6, показано в работе [13]. После лабораторного термоокисления время образования питтинга исследуемых образцов масел снижается до 44%.

Проведенный анализ работ исследователей, занимавшихся изучением эксплуатационных свойств масел, показывает, что с увеличением продолжительности работы масла в различных агрегатах трансмиссии его начальные показатели измененяются: кинематическая вязкость увеличивается от 8 до 38 % и уменьшается до 54 %, про-тивоизносные свойства снижаются от 3 до 42 %, противозадирные свойства снижаются до 21 %, противопиттинговые свойства уменьшаются до 44 %, содержание механических примесей в масле увеличивается до 38 %. Обобщение статистических данных эксплуатации показывает большой разброс значений оцениваемых параметров, что затрудняет принятие решения по выбору предельно допустимых значений. Для определения оптимальных сроков замены масел в агрегатах трансмиссии необходимо более тщательно уточнить предельные значения параметров, входящих в критерий пм .

Цель и постановка задачи

Цель настоящей работы состоит в изучении и уточнении изменения параметров, входящих в критерий пM , при эксплуатации товарных масел в различных агрегатах трансмиссии. В соответствии с целью решалась задача по разработке и обоснованию предельно допустимых значений показателей качества трансмиссионных масел различных эксплуатационных групп по API.

Методика исследований

С целью изучения изменения параметров, входящих в критерий пM , при эксплуатации товарных масел в различных агрегатах трансмиссии, нами были проведены следующие исследования.

1. Перед заправкой масла в агрегат трансмиссии проводились лабораторные испытания масел в соответствии с системой комплексного лабораторного исследования, приведенного в работе [1]. После получения значений параметров v 100, Еу, т и є, определялось начальное значение критерия пмО свежего масла по формуле (1).

2. Брались пробы работавшего масла (200 мл), через определенную наработку агрегата трансмиссии, проводились лабораторные испытания масел и определялось значение критерия пм .

3. Для каждого параметра v100, Еу, т и £ был определен процент их снижения или увеличения по сравнению с начальным значением.

4. Для получения предельно допустимых значений показателей качества масел, входящих в критерий пм , эксплуатацию масел прекращали при наработке, которая определена разработчиком агрегата трансмиссии в руководстве по эксплуатации.

Результаты оценки начальных эксплуатационных свойств товарных масел пмО и их изменение в процессе эксплуатации показаны в табл. 1. Как следует из табл. 1, при эксплуатации товарных масел в различных агрегатах трансмиссии их эксплуатационные свойства изменяются. С уве-

личением наработки масла - значение критерия пм уменьшается. Максимальное значение критерия имеет свежее масло, а минимальное значение соответствует работавшему маслу, наработку которого определил разработчик агрегата трансмиссии длительными натурными испытаниями, как стендовыми, так и эксплуатационными. Таким образом, минимальное значение критерия пм , является его предельно допустимым значением п .

М пред

Анализ лабораторных исследований 14 товарных масел, принадлежащих к разным группам эксплуатации по АР1, при их работе в 46 различных по условиям эксплуатации агрегатах трансмиссии,

Т аблицаї Результаты расчета критерия

Марка масла Группа эксплуатации масла по АРІ Наработка, км

свежее 12000 (250) 24000 (500) (1000) 36000 48000 (1500) 60000 (2000) 75000

Пмо-1022 Пм-1022 Пм-1022 Пм-1022 Пм-1022 Пм-1022 2 2 0 *2 К

И-Г-А-32 GL-1

ТС-14,5 GL-1

МТ-16п GL-2 2,76 2,37

ТСп-14,5 GL-2 2,82 2,54 2,20 1,80

Т Ап-15В GL-3 17,34 16,26 14,19 9,34

ТСп-15К GL-3 21,45 19,05 16,05 11,77

Castrol ЕР90 GL-4 124,12 120,28 117,80 114,08 107,88 94,24 79,36

ТМ-4-12 GL-4 128,78 125,13 124,26 116,10 110,94 100,62 83,85

Valvoline GL-4 131,54 128,38 125,76 117,90 111,35 95,56 83,84

AVIA MZ80 GL-4 132,28 129,36 126,72 121,44 116,16 100,32 87,12

ТСп-14гип GL-4 146,11 132,96 127,12

Liqui Мо1у GL-5 518,64 503,43 482,67 456,72 404,82 337,35

ТАД-17и GL-5 522,27 495,90 475,02 448,92 412,38 334,08

еїї 80W90 GL-5 523,82 492,56 482,08 445,40 403,48 335,36

Т аблица 2 Предельно допустимые значения параметров качества трансмиссионных масел

Параметр Группа эксплуатации масла по классификации АРІ

GL-1 GL-2 GL-3 GL-4 GL-5

Кинематическая вязкость при 100оС, мм2/с Увеличение на 15 % Увеличение на 20 % Увеличение на 20 % Увеличение на 20 % Увеличение на 20 %

Снижение на 15 % Снижение на 20 % Снижение на 20 % Снижение на 20 %

Трибологическая характеристика на ЧШМ Еу фи, Рс, Рк, ^), кг/(м-с2) Снижение на 20 % Снижение на 15*и 20 % Снижение на 20 % Снижение на 15*и 20 % Снижение на 15*и 20 %

Противопиттинговая способность на ЧШМ, с Снижение на 15 % Снижение на 5 % Снижение на 15 % Снижение на 5*и 10 % Снижение на 5*и 10 %

Массовая доля механических примесей, % Увеличение на 5 % Увеличение на 5 % Увеличение на 5 % Увеличение на 5 % Увеличение на 5 %

*Для загущенных масел.

с которых были взяты пробы масел, позволил уточнить диапазон изменения показателей качества трансмиссионных масел, входящих в критерий пм (табл. 2).

Как следует из результатов проведенных испытаний (табл. 2), в большей степени изменяются параметры Еу, т (из-за срабатывания присадок) и

V100 (из-за окисления масла и деструкции загустителей масла), в меньшей степени изменяется наличие в масле механических примесей £.

Выводы

В результате эксплуатационных испытаний и лабораторных исследований трансмиссионных масел в различных агрегатах трансмиссии было установлено, что в процессе эксплуатации их начальные свойства, оцененные критерием пмо, изменяются. Для повышения надежности трибо-систем агрегатов трансмиссии необходимо в первую очередь контролировать изменение начальных свойств этих параметров. На основании полученных результатов по предельно допустимым значениям параметров качества трансмиссионных масел (табл. 2) можно рассчитать предельное значение критерия пм , формула (1), при дости-

жении которого необходимо произвести замену масла в агрегате трансмиссии (табл. 3).

Т аблица 3 Начальные значения критерия и

его предельные значения пм для групп масла

по классификации API

Группа масла по API GL-1 GL-2 GL-3 GL-4 GL-5

Критерий пМО' 1022 2,32 2,79 19,35 132,42 521,67

Критерий п • 1 022 пМ пред 10 1,16 1,98 10,64 84,75 333,87

Полученные предельно допустимые значения параметров качества масел будут использоваться при разработке методики сроков замены трансмиссионных масел.

Литература

1. Войтов В.А., Митиков С.А., Суханов М.И. Оп-

тимизация и прогнозирование эксплуатационных свойств смазочных материалов в агрегатах трансмиссии // Вестник НТУ «ХПИ» / Автомобиле- и тракторостроение / Сб. научн. тр. - Харьков: Изд-во НТУ «ХПИ». -2006. - Вып. 6. - С. 136-140.

2. Войтов В.А., Левченко А.В. Интегральный кри-

терий оценки трибологических свойств

смазочных материалов на четырехшариковой машине // Трение и износ. - 2001. -Т.22. - №4. - С.441 - 446.

3. Войтов В.А., Митиков С.А., Суханов М.И. Ме-

тодика оценки показателя противопиттинго-вой способности смазочных материалов // Междунар. научн. журнал. Проблемы трибологии. - 2006. - № 1. - С.39 - 43.

4. Климов К. И., Кичкин Г. И. Трансмиссионные

масла. - М.: Химия, 1970. - 232 с.

5. Виленкин А. В. Масла для шестереночных пе-

редач. - М.: Химия, 1982. - 248 с.

6. Седачева В.С., Солдатов В.А., Зименко Н.В.

Применение масла ИГП-38 в тяжелонагру-женных планетарных редукторах // Химия и технология топлив и масел. - 1983. - № 4. -С. 27 - 29.

7. Абрамович В.Б., Арабян С.Г., Мильченко Л.Ф.

Изменение свойств гидравлического масла при эксплуатации тракторов // Химия и технология топлив и масел. - 1989. - № 1. -С. 22 - 24.

8. Смазочные материалы: Антифрикционные и

противоизносные свойства. Методы испытаний: Справочник / Матвеевский Р. М.,

Лашхи В.Л., Буяновский И.Я. и др. - М.: Машиностроение, 1989. - 224 с.

9. Терехов А.С., Заскалько П.П., Некрасов В.И.

Влияние температурных режимов работы агрегатов трансмиссии на эксплуатационные свойства трансмиссионного масла // Автомобильная промышленность. - 1976. -№ 6. - С. 11 -12.

10. Соколов В.В., Ефремов В.Н., Юрьев К.Н. К

выбору масел для коробок передач автомобилей с дизелями // Автомобильная промышленность. - 1979. - № 1. - С. 5 -6.

11. Акопян Г.А., Киселев Л.А. Ускоренные стен-

довые испытания тракторных трансмиссионных масел // Сб. научн. тр. НПО НАТИ. -М., 1987. - С. 65 - 70.

12. Третьяков П.П., Белышков В.П. Исследование

вязкостных и противозносных свойств некоторых образцов вертолетных масел // Сб. научн. тр. ГОСНИИГА. - М. - 1972. -Вып. 76. - С.52-59.

13. Вахмянина М.М., Чернова К.С., Шигина Р.К.

Исследование возможности улучшения термоокислительной стабильности и смазывающей способности масел узкого фракционного состава МК-6 и МС-6 / Сб. научн. тр. ГОСНИИГА. - М. - 1972. - Вып. 75. -С.45-53.

Рецензент: А.В. Бажинов, профессор, д.т.н.,

ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 18 апреля 2007 г.