Метод контроля Температурных пределов работоспособности трансмиссионных масел различной базовой основы

УДК 621.89.09

МЕТОД КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРЕДЕЛОВ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ РАЗЛИЧНОЙ БАЗОВОЙ ОСНОВЫ

В.А. Балясников, Б.И. Ковальский, В.И. Афанасов, Н.С. Батов,

Е.А. Ермилов

Представлены результаты исследования термоокислительной стабильности трансмиссионных масел, различной базовой основы, включающие определение оптических свойств, испаряемости и показателя термоокислительной стабильности. Установлены температуры начала процессов окисления, испаряемости и изменения показателя термоокислительной стабильности, а также критические температуры этих процессов и предельно допустимые температуры работоспособности исследуемых масел. На основании полученных данных выдвинутого предложения по классификации трансмиссионных масел.

Ключевые слова: оптическая плотность, испаряемость, показатель термо-окислительнойстабильности, температуры начала процессов окисления и испарения, критические и предельно допустимые температуры работоспособности.

Ресурс смазочных масел зависит в основном от температуры на поверхности трения, которая ускоряет процессы окисления, температурной деструкции и химические реакции металлов с продуктами окисления и присадками. В этой связи для конструкторов и технологов важно знать температуры начала протекания этих процессов и критические температуры, при которых происходят аномальные явления. Поэтому целью настоящих исследований является апробация метода контроля по определению этих температур.

Для исследования выбраны трансмиссионные масла различной базовой основы: частично синтетическое G - Box EXPERT 75W - 90GL 5; минеральное Лукойл трансмиссионное 80W - 90ТМ - 5 (GL 5); синтетическое MOTUL gear 300 75W - 90 GL 4 GL 5.

Методика исследования включала следующие средства контроля и испытания: прибор для термостатирования масел, фотометрическое устройство [1] и электронные весы. Техническая характеристика приборов описана в работе [2]. Методика исследования заключалась в следующем. Проба масла постоянной массы (100 ± 0,1 г) термостатировалась с перемешиванием при атмосферном давлении с постоянной частотой вращения мешалки при температурах от 120 до 180 °С в зависимости от базовой основы в течение 8 часов, названных циклом повышения температуры окислении. Затем новая проба масла массой 100 ± 0,1 г термостатировалась в цикле понижения температуры от 180 до 120 °С, также в течение 8 часов при каждой температуре испытания, после чего проба взвешивалась, определялась масса испарившегося масла и отбиралась часть пробы окисленно-

го масла 2 г для прямого фотометрирования и определения оптической плотности при толщине фотометрического слоя 2 мм. Причем температурный диапазон термостатирования выбирался в зависимости от сопротивляемости масел окислению.

Термоокислительная стабильность исследуемых трансмиссионных масел оценивалась по оптической плотности, испаряемости и показателю термоокислительной стабильности.

Результаты исследования и их обсуждения. В табл. 1 в качестве примера сведены экспериментальные данные исследования частично синтетического трансмиссионного масла G - Box EXPERT 75W - 90GL 5, минерального масла Лукойл трансмиссионное 80W - 90 ТМ - 5 (GL - 5) и синтетического масла MOTUL gear 300 75W - 90 GL - 4 GL - 5, а на рис. 1, 2 и 3 - графические зависимости оптической плотности, испаряемости и коэффициента термоокислительной стабильности от температуры испытания.

По полученным данным определялась оптическая плотность

D =

sPo

где (р - монохроматический световой поток падающий на слой окисленного масла; <р0- световой поток прошедший через слой окисленного масла;

Показатель термоокслительной стабильности Птос рассчитывается по формуле:

nmoc=D + Kg,

где Kg - коэффициент испаряемости.

где m - масса испарившегося масла, г; М - масса пробы до испытания, г.

Представленные зависимости (рис. 1-3) описываются полиномом второго порядка, например, для оптической плотности

D = a-T2+b-T + c,

где коэффициенты a, b и с характеризуют сопротивляемостью исследуемого смазочного масла окислению (или испарению или их совместного действию).

Решая уравнения (4), в циклах повышения температуры окисления, для оптической плотности, испаряемости и показателя термоокислительной стабильности определялись температуры начала изменения этих показателей, а в циклах понижения температуры испытания определялись критические температуры процессов окисления, испарения и изменения показателя термоокислительной стабильности. Приравнивая уравнения в циклах повышения и понижения температуры окисления, определяются предельно допустимые температуры по оптической плотности, испаряемости и показателю термоокислительной стабильности.

Данные по исследуемым трансмиссионным маслам сведены в

табл. 2.

Таблица 1

Данные исследования трансмиссионного масла С - БвхЕХРЕЯТ 75Ж- 90СЬ - 5 в циклах повышения и понижения температуры

испытания

Марка масла Температура испытания Т, ос Оптическая плотность, D Испаряемость G, г Коэффициент-термоокислительной стабильности Птос

G - Box EXPERT 75W - 90 GL - 5 130 0,0000 1,2000 0,0120

140 0,0067 2,2000 0,0292

150 0,0478 3,2000 0,0950

160 0,1230 5,1000 0,2100

160 0,0619 4,6000 0,1079

150 0,1354 5,9000 0,1976

140 0,2100 6,4000 0,2800

130 0,2400 6,5000 0,3109

Лукойл трансмиссионное 80W - 90 ТМ - 5 (GL 5) 120 0,0000 1,1000 0,0110

130 0,0134 1,8000 0,0318

140 0,0907 2,5000 0,1168

150 0,2320 4,1000 0,2670

150 0,1586 2,7000 0,1856

140 0,3193 3,4000 0,3547

130 0,5300 3,7000 0,5690

120 0,6539 4,0000 0,6968

MOTUL gear 300 75W - 90 GL - 4 GL -5 150 0,0000 4,7000 0,0470

160 0,0067 5,6000 0,0658

170 0,0619 6,6000 0,1325

180 0,1744 7,6000 0,2570

180 0,0980 6,1000 0,1590

170 0,2148 7,0000 0,2897

160 0,2921 7,4000 0,3724

150 0,3193 7,7000 0,4035

Согласно данным (см. табл. 2) установлено, что базовая основа трансмиссионного масла оказывает влияние на температурные пределы их работоспособности, так, для минерального масла температура начала окисления составила 122,9 °С, для частично синтетического - 133,2 °С, а для синтетического - 154,2 °С. Температура начала испарения для минерального масла составила 113,2 °С, для частично синтетического - 116,7 °С, а для синтетического 111,8 °С. Для учета совместного действия процессов окисления и испарения на температурные пределы работоспособности исследуемых масел использована температура начала преобразований, которая составила для минерального масла 121,6 °С, для частично синтетического - 131,4 °С и для синтетического - 151,8 °С.

Рис. 1. Зависимости оптической плотности (а), испаряемости (б) и показателя термоокислительной стабильности (в) от температуры окисления трансмиссионного частично синтетического масла G - Box EXPERT 75W- 90 GL 5:1 - цикл повышения температуры; 2 - цикл понижения температуры 166

Рис. 2. Зависимости оптической плотности (а), испаряемости (б) и показателя термоокислительной стабильности (в) от температуры окисления трансмиссионного минерального масла Лукойл трансмиссионное ТМ - 5 GL 5 80W- 90:1 - цикл повышения температуры; 2 - цикл понижения температуры

Предельно допустимые температуры работоспособности исследуемых масел по температурам преобразования составили для минеральных масел 147,6 °С, для частично синтетического - 155,5 °С и для синтетического - 176,6 °С. Данные масел относятся к одной группе эксплуатационных свойств GL - 5, но предельно допустимые температуры, температуры начала процессов окисления и испарения, а также критические температуры различаются, что указывает на несовершенство метода классификации трансмиссионных масел.

Рис 3. Зависимости оптической плотности (а), испаряемости (б) и показателя термоокислительной стабильности (в) от температуры окисления трансмиссионного масла MOTUL gear 300 75W- 90 GL 4 GL 5: 1 - цикл повышения температуры; 2 - цикл понижения

температуры

Таблица 2

Расчетные данные по температурам начала процессов окисления, испарения и предельно допустимой температуре работоспособности

Марка масла Температуры начала процессов

G - Box EXPERT 75W - 90 GL 5 Окисления 133,2

Испарения 116,7

Окончание табл. 2

Марка масла Температуры начала процессов

G - Box EXPERT 75W - 90 GL 5 Температурных преобразований

Критические температуры процессов

Окисления 131,4

Испарения 165,8

Температурных преобразований 181,3

Предельная температура работоспособности

Окисления 168,2

Испарения 156,3

Температурных преобразований 158,7

Температуры начала процессов

Лукойл трансмиссионное 80W - 90 ТМ - 5 (GL 5) Окисления 155,5

Испарения 122,9

Температурных преобразований 113,2

Лукойл трансмиссионное 80W - 90 ТМ - 5 (GL 5) Критические температуры процессов

Окисления 157,3

Испарения 177,3

Температурных преобразований 158,2

Предельная температура работоспособности

Окисления 147,7

Испарения 143,8

Температурных преобразований 147,6

MOTUL gear 300 75W - 90 GL 4, GL 5 Температуры начала процессов

Окисления 154,2

Испарения 111,8

Температурных преобразований 151,8

Критические температуры процессов

Окисления 186,2

Испарения 219,2

Температурных преобразований 188,9

Предельная температура работоспособности

Окисления 177,1

Испарения 171,9

Температурных преобразований 176,6

Вывод. На основании проведенных исследований показано, что применение предложенного метода контроля температурных пределов работоспособности трансмиссионных масел различной базовой основы, позволяет получить дополнительную информацию о температурных режимах их применения и совершенствовать систему классификации. Установлено, что базовая основа оказывает влияние на расширение температурных пределов работоспособности трансмиссионных масел.

Список литературы

1. А. С. N851111 СССРМКИ^011 1/04 Фотометрический анализатор / Б. И. Ковальский, Г. М. Сорокин. Опубл. 30.07.81. №28.

2. Ковальский Б. И. Методы и средства повышения эффективности использования смазочных материалов. Новосибирск: Наука, 2005. 341 с.

Балясников Валерий Александрович, соискатель, kanzas29@mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,

Ковальский Болеслав Иванович, д-р техн. наук, проф., Iathsm a mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,

Ермилов Евгений Александрович, соискатель, evermilovamail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,

Батов Николай Сергеевич, соискатель, ns. hatov@,gmail.com, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,

Афанасов Владимир Ильич, соискатель, skg63a mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа

THE METHOD OF CONTROL OF TEMPERATURE LIMITS OF EFFICIENCY

OF PROCESSES OF TRANSMISSION OILS VARIOUS CORE FRAMEWORK

V.A. Balyasnikov, B.I. Kovalsky, E.A. Yermilov, N.S. Batov, V.I. Afanasov

The results of the study of thermal oxidative stability, oftransmissionoils, various core framework, including determination of the optical properties, volatility index and ther-maloxidative resistance are presented. Temperature of beginning of oxidation processes, volatility and change exponent is thermooxidative stability, as well as the critical temperature of these processes are determined. Based on these data are suggested to classify oil and limits temperature performance of oils under study.Based on the findings put forward proposals for the classification of transmission oils according.

Key words: optical density, volatility, an indicator of thermal oxidative stability, the temperature of the onset of oxidation and evaporation, critical and maximum allowable working temperatures abilities.

Balyasnikov Valery Aleksandrovich, applicant, kanzas29@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,

170

Kovalsky Boleslav Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, Labsmamail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian federal university, Institute of oil and gas,

Yermilov Evgeny Aleksandrovich, applicant, evermilovamail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,

Batov Nikolay Sergeyevich, applicant, ns. hatov@gmail. com, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,

Afanasov Vladimir Ilyich, applicant, skg63@mail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas

УДК 621.2.082.18

О ВЛИЯНИИ МАСЕЛ С НАНОЧАСТИЦАМИ ТВЁРДЫХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПОТЕРИ МОЩНОСТИ В ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧАХ

А.Д. Бреки, А.Е. Гвоздев

Получены выражения для определения коэффициента полезного действия, учитывающего потери мощности на трение между зубьями, коэффициента полезного действия, учитывающего потери мощности на взбалтывание смазочного масла и выдавливание его из зазоров между зубьями, коэффициента полезного действия, учитывающего потери мощности в подшипниках с учётом наличия наночастиц твёрдых смазочных материалов в смазочном масле.

Ключевые слова: зубчатые передачи, потери мощности, наночастицы, твёрдый смазочный материал, смазочный слой, смазочное масло, трение, смазка.

Известно [1], что потери мощности в зубчатых передачах представляют собою сумму потерь:

- на трение между зацепляющимися зубьями;

- на взбалтывание смазочного масла;

- на выдавливание смазочного масла из зазоров между зацепляющимися зубьями;

- на трение в подшипниках.

Суммарно данные потери оцениваются коэффициентом полезного действия зубчатой пары

Л = Л3 Лв Лп,

где Л3 - коэффициент полезного действия, учитывающий потери мощности на трение между зубьями; лв - коэффициент полезного действия, учитывающий потери мощности на взбалтывание смазочного масла и выдавливание его из зазоров между зубьями; лп - коэффициент полезного действия, которым учитываются потери в подшипниках.

171