Смазочная композиция для гидравлических систем сельскохозяйственной техники
LUBRICATING COMPOSITION FOR HYDRAULIC SYSTEMS OF AGRICULTURAL MACHINERY

Изобретение относится к составу смазочных материалов, применяемых в гидравлических системах сельскохозяйственной техники.
Известны рабочие жидкости для гидравлических систем на основе нефтяных и синтетических масел, содержащие пакеты присадок. Наибольшее применение в гидравлических системах сельскохозяйственной техники получили минеральные масла, М-10-Г2 и МГЕ-46-В [1, 2].
Основным недостатком таких масел является их низкая биоразлагаемость, что при неизбежных утечках в процессе эксплуатации сельскохозяйственной техники приводит к загрязнению почв экотоксичными продуктами и снижению ее плодородия. Известно, что при эксплуатации гидросистем сельскохозяйственной техники нормы долива рабочей жидкости из-за утечек колеблются от 1,9 до 25 литров на 1000 мото-ч, а фактически из-за нарушения правил эксплуатации расход рабочей жидкости превышает технически обоснованные нормы в 2-3 раза.
Известны смазочные композиции используемые для смазки узлов и механизмов машин, содержащие в качестве основы растительные масла [3, 4]. Однако применение данных смазочных композиций в гидравлических системах сельскохозяйственной  техники не представляется возможным из-за их физико-химических показателей.
Наиболее близким аналогом заявляемой смазочной композиции является рапсовое масло, которое взято за прототип [5]. Однако, применение рапсового масла в качестве рабочей жидкости в гидравлических системах ограничивается следующими его недостатками: относительно низкие противоизносные и противозадирные свойства; низкая антиокислительная стабильность; низкая вязкостно-температурная характеристика   (таблица 1 и 2).
Таблица 1
Характеристика масел по вязкости
Температура °С
-15
0
20
40
60
80
100
120
Вязкость рапсового масла, мм<sup>2</sup>/с
7500
1200
99
44
27
14
6,5
2,2
Вязкость М-10Г<sub>2</sub>, мм<sup>2</sup>/с
30000
4000
310
100
43
20
10
5
Вязкость МГЕ-46В, мм<sup>2</sup>/с
6500
1000
110
46
30
15
6
3
Таблица 2
Результаты сравнительных исследований масел
Масло
2070 СМТ-1Время до задира, сПри n=1000 мин<sup>-1</sup>, F=1800 Н
2070 СМТ-1Момент трения, Н·м
МАСТ-1D пятна износа, ммПри F=200Н,n=1500мин<sup>-1</sup>, T=20мин
Рапсовое масло
170
4,1
0,420
М-10 Г<sub>2</sub>
281
3,5
0,290
МГЕ-46В
210
3,7
0,310
Задачей изобретения является создание смазочной композиции на основе рапсового масла с улучшенными противоизносными, антифрикционными, противозадирными и антиокислительными свойствами с целью повышения надежности за счет снижения износа пар трения агрегатов гидравлических систем сельскохозяйственной техники и улучшения экологических показателей их работы.
Задача изобретения решается путем замены минеральных масел смазочной композицией на основе рапсового масла, содержащей по массе: 3…4%  антиокислительной и противоизносной присадки ДФ-11; 3..4% противозадирной присадки ЭФО; 4…5% мелкодисперсного графита; 0,003…0,004% противопенной присадки ПМС-200А; рапсового масла до 100%.
Присадка ДФ-11 представляет собой диалкилдитиофосфат цинка, присадка ЭФО (ГОСТ 14625-78) - цинкобарниевая соль изо-бутилового эфира арилдитиофосфоновой кислоты,  ПМС - 200А - полиметилсилоксан.
2
Экспериментальные исследования проб масел проводились на роликовой машине трения 2070 СМТ-1 и четырехшариковой машине трения МАСТ-1. При этом определялись: время до задира, скорость изнашивания роликов и диаметр пятна износа шариков. Исследования по оптимизации содержания присадок различного функционального назначения для формирования смазочной композиции на основе рапсового масла для гидравлической системы сельскохозяйственной техники производили согласно методике полного факторного эксперимента 3. При проведении исследований на машине трения МАСТ-1 параметром оптимизации служил диаметр пятна износа шариков, а двумя независимыми факторами - концентрация присадки и концентрация абразива соответственно.
По результатам проведенных исследований для присадки ДФ-11 установлено, что самое минимальное значение отклика (диаметр пятна износа) наблюдается при концентрации, соответствующей 3,7%. Дальнейшие исследования полученной смазочной композиции на машине трения 2070 СМТ-1 по определению времени до задира и момента трения показали, что данные параметры имеют величину равную 205 с и 3,8 Н⋅м соответственно. Сравнительный анализ показал, что по времени до задира это на 20,6% больше, чем у рапсового масла, но на 37% меньше, чем у масла М-10Г2 и на 7,3% меньше, чем у рапсового масла и на 8,6% больше, чем у масла М-10Г2  по моменту трения. Для улучшения противозадирных и антифрикционных свойств в смазочную композицию вводили присадки ЭФО и мелкодисперсный графит. Методика проведения исследований аналогична вышеуказанной для присадки ДФ-11.
Экспериментально установлено, что ведение в смазочную композицию присадки ЭФО в концентрации 3,2% позволит увеличить время задира до 341 с, что в 2 раза выше, чем рапсового масла и на 21,3% выше аналогичного показателя у масла М-10Г2. При этом величина момента трения снизилась, но не значительно, и составила 3,7 Н⋅м. В результате проведенных исследований и расчетов, определено, что минимальная величина момента трения, равная 2,8 Н⋅м, достигается при концентрации графита 4,197%.
На следующем этапе проводились сравнительные износные исследования рапсового масла, минеральных масел и полученной смазочной композиции на машине трения СМТ-1 (Фиг. 1).
Исходя из результатов, можно сделать вывод о том, что предлагаемая смазочная, содержащая по массе: 88,9% рапсового масла; 3,7% антиокислительной и противоизносной присадки ДФ-11; 3,2% противозадирной присадки ЭФО; 4,197% мелкодисперсного графита; 0,003% противопенной присадки ПМС-200А, по трибологическим характеристикам превосходит масло МГЕ-46В и находится  на одном уровне с маслом М-10Г2.
На следующем этапе проводились стендовые исследования предлагаемой смазочной композиции с целью оценки изменения ее эксплуатационных свойств и определения влияния на изменение КПД гидронасоса и на скорость изнашивания его ресурсоопределяющих сопряжений.
-5
-5
Из полученных результатов (таблица 3) видно, что среднее значение износа для шестерен равно 0,0025 мм, для втулок 0,0068 мм, а скорость изнашивания 1,04⋅10 мм/ч и 2,83⋅10 мм/ч соответственно. Таким образом, при использовании предлагаемой смазочной композиции скорость изнашивания для шестерен насоса в 1,64 раза, а для втулок в 1,48 раза ниже предельных значений.
Таблица 3
Изменение размеров деталей шестеренного насоса в процессе стендовых исследований
Показатели
Длина зуба шестерни, мм
Ширина втулки, мм
Ведущая
Ведомая
Нижняя ведущая шестерня
Нижняя ведомаяшестерня
Верхняя ведущаяшестерня
Верхняя ведомаяшестерня
До испытаний
22,036
22,037
27,995
27,995
27,992
27,993
После испытаний
22,034
22,034
27,987
27,988
27,985
27,988
Изменение показателя, мм
0,002
0,003
0,008
0,007
0,007
0,005
В таблице 4 представлено изменение характеристик смазочной композиции и объемного КПД шестеренного насоса.
Таблица 4
Изменение характеристик РМСК и объемного КПД шестеренного насоса
Время работы стенда, час
0
30
60
90
120
150
180
210
240
Объемный КПД насоса
0,86
0,86
0,85
0,85
0,85
0,84
0,84
0,83
0,83
Вязкость РМСК при 100 °С, мм<sup>2</sup>/с
8,500
8,505
8,513
8,522
8,534
8,539
8,549
8,556
8,568
Кислотное число РМСК, мгКОН/г
0,080
0,082
0,085
0,089
0,093
0,095
0,097
0,098
0,099
Полученные результаты показывают, что в процессе работы кинематическая вязкость смазочной композиции при 100°С увеличилась в 1,01 раза, а кислотное число повысилось в 1,24 раза, что находится в пределах требований, предъявляемых к качеству рабочих жидкостей.
Таким образом, разработанная смазочная композиция на основе рапсового масла обеспечивает снижение износа пар трения агрегатов гидравлических систем сельскохозяйственной техники и улучшает экологические показатели их работы.
Положительный результат предложенного технического решения заключается в повышении качества очистки рабочей жидкости за счет обеспечения непрерывного процесса ее очистки центробежным фильтром и реализацией процесса легирования очищенной рабочей жидкости присадкой.
Источники информации:
1. ГОСТ 12337-84. Масла моторные для дизельных двигателей. Технические условия.
2. ГОСТ 17479.3-85. Масла гидравлические. Технические условия.
3. Патент RU 2235759 С2. Едуков В.А., Болдашев Г.И., Ленивцев Г.А.
4. Патент RU 2341555. Едуков Д.А., Болдашев Г.И.
5. Кулиев, Р.Ш. Физико-химические свойства некоторых растительных масел [Текст] / Р.Ш. Кулиев // Химия и технология топлив и масел. - 1999. - №4. - с.36-37.