Композиция добавки к приработочному маслу для обкатки редукторов
ADDITIVE COMPOSITION TO BREAK-IN OIL FOR REDUCTION GEAR RUN-IN

Изобретение относится к составам приработочных масел, содержащих приработочные добавки, используемых для обкатки и приработки сопряжений трения новых и отремонтированных агрегатов силовых передач различных машин и оборудования, например, промышленных редукторов.
Обкатка с приработкой является завершающей технологической операцией капитального ремонта узлов и агрегатов сложных по конструкции технических объектов. Приработка узлов трения обеспечивает быструю подготовку к восприятию эксплуатационных нагрузок, увеличивает долговечность и в целом срок их службы. Одними из таких сложных и ответственных узлов тракторов, комбайнов, экскаваторов, погрузчиков являются узлы трансмиссии: ведущие мосты, коробки передач, у мобильных буровых установок – главный редуктор.
По типовому процессу капитально отремонтированные узлы трансмиссии проходят стендовую обкатку в течение 30…40 мин с ее продолжением уже в последующей эксплуатации в течение 80…100 ч на пониженных на 20…25% скоростях и нагрузках. Столь длительная обкатка не возможна как на стенде в условиях ремонтного предприятия, так и не всегда полноценно реализуется в производственных условиях, особенно в напряженные периоды эксплуатации, например, в сельском хозяйстве во время посевной, заготовки кормов, уборки урожая. «Вынужденная» работа узлов трансмиссии на максимальных эксплуатационных нагрузках с не полностью приработанными деталями приводит к их повышенному износу, не редки случаи образования схватывания и задиров контактирующих поверхностей и в итоге - снижение межремонтного ресурса узла в целом. Сказанное вынуждает проводить исследования по разработке эффективных составов, позволяющих существенно сократить время приработки.
Известно приработочное масло, содержащее минеральное масло, смесь мелкодисперсных порошков аморфных оксидов алюминия и кремния и поверхностно-активное вещество - октадециламин при следующем соотношении компонентов, мас.%: октадециламин 0,0045-0,0090; мелкодисперсные аморфные оксиды алюминия и кремния 0,25-0,30; минеральное масло - остальное (а.с. СССР № 1188196, МПК С10М 133/06, 1985). Известное приработочное масло вызывает значительный износ трущихся деталей, сопровождающийся высоким моментом трения.
Известно приработочное масло для двигателей внутреннего сгорания, содержащее минеральное масло и порошковый наполнитель. В качестве порошкового наполнителя использована смесь из порошков семи природных минералов (патент РФ №2313565, МПК С10М 125/10, С10М 125/26, C10N 30/06, 2005). Каждый из природных минералов требует своей методики получения соответствующего мелкодисперсного порошка, что усложняет технологию создания композиции требуемого состава. Кроме того, природные минералы непостоянны по составу, что не позволяет получать добавку с удовлетворительной повторяемостью свойств. Сказанное существенно ограничивает применение известного состава для обкатки двигателей.
Известны притирочные составы с высокодисперсными порошками алмазов (см. Долматов В.Ю. Детонационные наноалмазы: синтез, строение. Свойства и применение // Успехи химии. № 76, 2007, с. 289 – 375.). Недостатком притирочных составов с высокодисперсными порошками алмазов является их высокая цена, а также значительный приработочный износ из-за шаржирования частицами алмаза поверхностей трения с их невысокой твердостью, например, бронзовых втулок и других деталей агрегатов.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является композиция добавки к приработочному маслу для обкатки двигателей внутреннего сгорания (см. патент RU № 2472848, МПК C10M 125/10, B82B 3/00, C10N 40/10, 2011). Композиция содержит минеральное масло, порошкообразный наполнитель и поверхностно-активные вещества, в которой в качестве порошкообразного наполнителя использован наноструктурированный бемит, при этом указанные компоненты взяты в следующих соотношениях, мас.%:
Наноструктурированный бемит
15-20
поверхностно-активные вещества
15-20
минеральное масло
остальное
Предпочтительно композиция добавки содержит маловязкое минеральное масло. Авторы предлагают также приработочное масло для обкатки двигателя внутреннего сгорания, содержащее минеральное масло, используемое для смазки двигателя, и добавку, при этом в качестве добавки использована упомянутая выше композиция в количестве 4-5 мас.%.
Приработочная композиция представляет собой масляную суспензию, включающую маловязкое моторное масло, высокодисперсный порошок бемита AlO(OH), получаемый гидротермальным синтезом из порошка алюминия, в количестве 15-20 мас.% и поверхностно-активное вещество (ПАВ) в количестве 15…20 мас.%. Компоненты предварительно смешивают и вводят в масло. Для получения однородной суспензии смесь обрабатывают ультразвуком. Полученную однородную суспензию вводят в картер двигателя в пропорции 1 к 20-25 (что соответствует 4-5 мас.% добавки в приработочном масле), обеспечивающей концентрацию бемита в приработочном масле в пределах 0,75…1,0 мас.%.
Известная притирочная добавка хорошо зарекомендовала себя в условиях притирки деталей двигателей внутреннего сгорания с твердостью 52-56 HRC и 10-11 классом чистоты поверхностей. Зубья зубчатых колес редукторов (стали типа 18ХГТ) и подшипники качения (стали типа ШХ-15), имеют твердость 179 - 207 МПа или 61-63 HRC при классе чистоты 7-8 с величиной шероховатости Rz,  равной 3,2- 6,0 мкм. Нанодисперсность частиц бемита (размер кристаллов менее 100 нм, агрегатов менее 1 мкм) приводит к их вдавливанию в глубокие впадины шероховатостей  таких грубых поверхностей зубьев зубчатых колес и видимо поэтому абразивность порошка бемита в агрегатах трансмиссий оказывается слабой. Кроме того, в условиях трения и повышенной температуры в точках контакта бемит может разлагаться  с выделением воды и образованием безводных форм оксида алюминия. При этом происходит самоизмельчение исходных частиц, что еще больше уменьшает их размер.
Задачей изобретения является разработка недорогой экологически безвредной добавки для приработочного масла для приработки агрегатов силовых передач, например, редукторов различного оборудования.
Технический результат достигается тем, что в композиции добавки к приработочному маслу для обкатки редукторов, содержащей минеральное масло, наноструктурированный бемит и поверхностно-активные вещества, согласно составу добавка дополнительно содержит каолин и тальк, в соотношениях, мас.%:
каолин 6-12,
тальк 4-8,
бемит 2-6,
поверхностно-активные вещества 1,2-1,6,
минеральное масло остальное.
Предпочтительно композиция присадки содержит минеральное дизельное отработанное масло.
Для решения поставленной задачи предлагается также приработочное масло для обкатки редукторов, содержащее минеральное дизельное отработанное масло, и предлагаемую добавку, при этом в качестве добавки использована упомянутая выше композиция в количестве 4-5 мас.%.
Разработка нового состава для ускоренной обкатки узлов трения машин и оборудования была проведена в лаборатории триботехнических исследований кафедры технического сервиса и механики Ивановской ГСХА совместно с ФНАЦ ВИМ (г. Москва). В ходе поисковых однофакторных экспериментов найдена область оптимальных пропорций ингредиентов композиции, при этом функциями отклика служили: скорость снижения (стабилизации) момента трения, температуры, площадь приработанной поверхности (процент от геометрической площади соединения) в равных условиях нагрузки, скорости и времени обработки.
Притирочная композиция представляет собой масляную суспензию, включающую дизельное отработанное масло, каолин, тальк высокодисперсный порошок бемита, получаемый гидротермальным синтезом из порошка алюминия и ПАВ. Концентрации компонентов в композиции составляют, мас.%: 6-12, 4-8, 2-6, 1,2-1,6 соответственно для каолина, талька, бемита и ПАВ.
Компоненты предварительно смешивают в мельнице и вводят в масло. Для получения однородной суспензии смесь обрабатывают ультразвуком. Полученную однородную суспензию вводят в картер агрегатов силовых передач в пропорции 1 к 20-25 (что соответствует 4-5 мас.% добавки в приработочном масле), обеспечивающую концентрацию каолина, талька, бемита и ПАВ в приработочном масле в пределах, мас. %: 0,3-0,6; 0,2-0,4; 0,1-0,3 и 0,06-0,08 соответственно. Принятая концентрация добавки обоснована в предварительных испытаниях, причем, меньшее её содержание увеличивает длительность приработки, а большая концентрация не дает дополнительных преимуществ, ухудшает седиментационную устойчивостью в масле, вызывает в обкатываемом редукторе повышенный износ второстепенных деталей редуктора, увеличивает стоимость приработочного масла.
Положительный эффект добавок каолина и талька видимо обусловлен их соответствующими для приработки агрегатов силовых передач физико-механическими свойства и размером частиц (около 1 мкм), сопоставимом с размером неровностей деталей редуктора. Они термически более стабильны и не разлагаются при температурах 400-500°С как бемит с образованием более мелких частиц. Частицы талька и каолина и стирают  микронеровности трущихся поверхностей, увеличивая площадь опорной поверхности контакта, снижая удельные нагрузки и препятствуя тем самым появлению задиров. Попадая между трущимися деталями, нивелируя поверхности, они активно адсорбируют смолистые и окисленные продукты среды. Каолин с более крупными частицами активно участвует в абразивной притирке поверхностей зубьев зубчатых колес, открывает ювенильные их поверхности и способствует более активному действию ПАВ в реализации пластического течения поверхностей по эффекту акад. П.А. Ребиндера. Тальк, как пластичный, дисперсный порошок, служит промежуточным материалом между частицами каолина и вместе с бемитом способствует более равномерному распределению частиц каолина в добавочной композиции и в приработочном масле.
Обработка суспензии ультразвуком обеспечивает получение однородной смеси, разбивает агрегаты кристаллов, а молекулы ПАВ (неполярной жидкости) предотвращают повторное агрегатирование частиц, образуя слой молекул ПАВ на поверхности минеральных частиц. В результате увеличивается однородность и седиментационная устойчивость притирочного состава, исключается выпадение минеральных частиц добавки в осадок и их отфильтровывание в системе смазки агрегата.
Пример осуществления изобретения.
90 г предварительно измельченного до размера частиц менее 0,5 мм каолина Просяновского месторождения по ТУ 421-533-2001, 60 г талька Шабровского месторождения марки ТМК-28, 40 г бемита по ТУ 2133-001-76634032-2006 и 1,4 г олеата меди (готовили смешением олеиновой кислоты и хлорокиси меди) измельчали в течение 4-х часов в шаровой мельнице.
Используемый порошок бемита, полученный гидротермальным синтезом из порошка алюминия марки АД-4, имел следующие характеристики:
твердость по минералогической шкале
3,5
потери при прокаливании,%
15,0
плотность кажущаяся, г/см<sup>3</sup>
3,07
размер кристаллов
А70
удельная поверхность, м<sup>2</sup>/г
70
Полученный порошок перемешивали с 800 г минерального дизельного отработанного масла в смесителе Вернера и обрабатывали ультразвуком до образования гомогенной суспензии присадки. Перед обкаткой редуктора мобильной буровой установки смонтированной на базе автомобиля ГАЗ этот состав вводили в картер редуктора, содержащий 20 л минерального дизельного отработанного масла, из расчета содержания каолина, талька, бемита и ПАВ в приработочном масле в пределах, мас. %: 0,3-0,6; 0,2-0,4; 0,1-0,3 и 0,06-0,08 соответственно, после чего производили обкатку редуктора по стандартной технологии.
Проведенные сравнительные испытания по применению предлагаемой присадки и приработочного масла с использованием этой добавки дали положительные результаты: время обкатки составило 3,2 часа вместо 8,0 часов для минерального дизельного отработанного масла, т.е. время обкатки сократилось в 2,5 раза. Добавка позволяет эффективно приработать детали для восприятия эксплуатационных нагрузок, сформировать пятно контакта в зацеплении шестерен, шлицевых валов и подшипников. При этом после слива обкаточного масла и заправки в редуктор штатного масла заметно снижается шум, температура нагрева деталей, вследствие чего прогнозируется повышенный ресурс ответственного узла мобильных буровых установок.
Использование заявленной добавки и приработочного масла с использованием разработанной добавки в которых в качестве минерального масла применяется минеральное дизельное отработанное масло позволяет значительно удешевить состав по сравнению со специальными приработочными маслами.