План лекции

1. Классификация и обозначение пластичных смазок.

2. Общие требования к пластичным смазкам для узлов автомобилей.

3. Свойства смазок и методы их оценки.

4. Производство пластичных смазок.

5. Ассортимент смазок, их применение и взаимозаменяемость.

1. Классификация и обозначение пластичных смазок

Для смазки ряда механизмов и деталей автомобиля используют густые мазеобразные продукты – пластичные смазки. Пластичной смазкой называют систему, которая при малых нагрузках проявляет свойства твердого тела; при некоторой критической нагрузке смазка начинает пластично деформироваться (течь подобно жидкости) и после снятия нагрузки вновь приобретать свойства твердого тела.

Смазки по своему составу является сложными веществами. В простейшем случае они состоят из двух компонентов – масляной основы (дисперсионная среда) и твердого загустителя (дисперсная фаза).

В качестве масляной основы смазок используют различные масла нефтяного и синтетического происхождения. Загустителями, образующими твердые частицы дисперсной фазы, могут быть вещества органического и неорганического происхождения (мыла жирных кислот, парафин, силикагель, бетонит, сажа, органические пигменты и т.п.). Размеры частиц дисперсной фазы очень малы – 0,1-10 мкм. Наиболее характерная форма частиц загустителя – мелкие шарики, ленты, пластинки, иголки, сростки кристаллов и др.

Добавки необходимы для улучшения эксплуатационных свойств смазок. К ним относятся:

- присадки – малорастворимые ПАВ (тоже, что и в моторных маслах). Не более 5 %;

наполнители , улучшающие антифрикционные и герметизирующие свойства (дисульфид молибдена, графит, слюда и др.). Наполнители составляют 1-20 % массы смазки;

модификаторы структуры , способствующие формированию более прочной и эластичной структуры смазки. Это ПАВ (кислоты, спирты и др.) и составляют 0,1 –1 % массы смазки.

Для большинства смазок на долю дисперсионной среды – жидкого масла приходится от 70 до 90 % массы смазок. От вязкости дисперсионной среды во многом зависят вязкостные характеристики смазок, например, прокачиваемость смазки при низких температурах. От вязкости дисперсионной среды смазок зависит в основном сопротивление вращению в таком важном узле трения, как подшипник качения.

Для производства смазок применяют мало - и средневязкие нефтяные масла и редко – синтетические. В РФ до 80% смазок готовят на маслах вязкостью не более 50 мм 2 /с при 50 °С. Смазки, приготовленные на маловязких маслах, можно применять при –60 °С. Вязкие масла применяют в основном для производства консервационных, а также некоторых сортов; термостойких смазок.

В смазки специального назначения (уплотнительные, резьбовые, для рессор и т.п.) применяют наполнители – графит, дисульфид молибдена. Наполнители увеличивают прочность смазки, препятствуют выдавливанию её из узлов трения.

В процессе эксплуатации автомобилей наибольшее применение получили мыльные и углеводородные смазки.

Загустителями в мыльных смазках являются мыла. Известны смазки загущенные мылами лития, натрия, кальция, цинка, стронция, бария, алюминия, применяют широко только кальциевое, литиевые, натриевые, бариевые и алюминиевые смазки.

Углеводородные смазки получают сплавлением нефтяных масел с твердыми углеводородами – парафином, церезином. Эти смазки занимают исключительное место среди консервационных (защитных) смазок благодаря их невысокой температуре плавления и обратимости структуры. Они абсолютно нерастворимы в воде и не проводят через себя водяные пары. Их можно наносить на металлические детали и поверхности, окуная в расплавленную смазку при 60-120 °С, распыливанием, при помощи кисти и т.д. Тонкий слой смазки (около 0,5 мм) надежно защищает поверхность от проникновения воды и пара.

В соответствии с классификацией (ГОСТ 23258-78) смазки разделены на четыре группы: антифрикционные, консервационные, уплотнительные и канатные.

Антифрикционные смазки делятся на подгруппы, обозначаемые индексами: С – общего назначения для обычной температуры (до 70 °С); О – для повышенной температуры (до 110 °С); М – многоцелевые, работоспособны от -30 до +130 °С в условиях повышенной влажности; Ж – термостойкие (150 °С и выше); Н – морозостойкие (ниже –40 °С); И – противозадирные и противоизносные; П – приборные; Д – приработочные (содержат дисульфид молибдена); Х – химически стойкие.

Консервационные (защитные) смазки, предназначенные для предотвращения коррозии металлических поверхностей при хранении и эксплуатации механизмов, обозначаются индексом 3.

Канатные – индексом К.

Уплотнительные смазки делятся на три группы: арматурные – А, резьбовые – Р, вакуумные – В.

В обозначении еще указывают :

тип загустителя (обозначают первыми двумя буквами входящего в; состав мыла металла: Ка – кальциевое. На – натриевое. Ли – литиевое, Ли-Ка – смешанное);

В табл. 1 представлены виды загустителей для различных смазок.

Таблица 1

Марки смазок и виды загустителей

	Вид загустителя
	12-гидроксистеарат лития
Фиол-1, Фиол-3	12-гидроксистеарат лития
	12-гидроксистеарат лития
	Комплексное бариевое мыло
	Стеараты лития и калия, фталоцианин меди
	Стеарат лития, церезин-80
ЦИАТИМ-201	Стеарат лития
ЦИАТИМ-203	Стеарат лития
	Натриево-кальциевые мыла касторового масла
Солидол-С	Кальциевые мыла СЖК
	Комплексное кальциевое мыло
ВНИИ НП-242	Стеарат лития, дисульфид молибдена

рекомендуемый температурный диапазон применения (указывают дробью – в числителе уменьшенная в 10 раз без знака минус минимальная температура, в знаменателе - уменьшенная в 10 раз максимальная температура применения);

дисперсионную среду (обозначают строчными буквами: у – синтетические углеводороды, к – кремнийорганические жидкости, г – добавка графита, д – добавка дисульфида молибдена.

консистенцию (густоту), которую обозначают условным числом от 0 до 7.

Классификация смазок по консистенции (густоте) разработана Национальным институтом смазочных материалов США (NLGI). Согласно этой классификации смазки делятся на классы в зависимости от уровня пенетрации – чем выше численное значение пенетрации , тем мягче смазка. Класс 000, 00 – очень мягкая, аналогична очень вязкому маслу; класс 0, 1 – мягкая; класс 2 – вазелинообразная; класс 3 – почти твердая; класс 4,5 – твердая; класс 6 – очень твердая, мылообразная.

При выборе смазки лучше руководствоваться рекомендациями завода-изготовителя автомобиля.

Автомобильный транспорт является одним из основных потребителей пластичных смазок – около 25 % от общего производства.

В качестве примера можно привести классификационное обозначение по ГОСТ 23858-79 товарной литиевой смазки литол-24:

М Ли 4/13-3 – смазка многоцелевая антифрикционная, работоспособна в условиях повышенной влажности (М), загущена литиевым маслом (Ли). Рабочий диапазон температур составляет –40...+130°С (4/13). Отсутствие индекса дисперсионной среды означает, что смазка приготовлена на нефтяном масле. Цифра 3 характеризует консистенцию смазки.

Пластичные смазки – распространенный вид смазочных материалов, представляющих собой высокоструктурированные тиксотропные дисперсии твердых загустителей в жидкой среде. Как правило, смазки – это трехкомпонентные коллоидные системы, содержащие дисперсионную среду – жидкую основу (70-90%), дисперсную фазу – загуститель (10-15%), модификаторы структуры и добавки – присадки, наполнители (1-15%). В качестве дисперсионной среды смазок используют масла нефтяного и синтетического происхождения, реже их смеси. К синтетическим маслам относятся кремнийорганические жидкости – полисилоксаны, сложные эфиры, полигликоли, фтор- и хлорорганические жидкости. Их применяют преимущественно для приготовления смазок, которые используют в высокоскоростных подшипниках, работающих в широких диапазонах температур и контактных нагрузок. Для более эффективного использования смазок и регулирования их эксплуатационных свойств, например низкотемпературных, смазочной способности, защитных свойств, применяют смеси синтетических и нефтяных масел.

Загустителями служат соли высокомолекулярных жирных кислот – мыла, твердые углеводороды – церезины, петролатумы и некоторые продукты неорганического (бентонит, силикагель) или органического (пигменты, кристаллические полимеры, производные карбамида) происхождения. Наиболее распространенные загустители – мыла и твердые углеводороды. Концентрация мыльного и неорганического загустителя обычно не превышает 15%, а концентрация твердых углеводородов доходит до 25%. Для регулирования структуры и улучшения функциональных свойств в смазки вводят добавки (присадки и наполнители).

Присадки – поверхностно-активные вещества, улучшающие свойства смазок (противоизносные, противозадирные, антифрикционные, защитные, вязкостные и адгезионные, ингибиторы окисления, коррозии и другие. Многие присадки являются полифункциональными.)

Наполнители – это высокодисперсные, нерастворимые в маслах материалы, улучшают их эксплуатационные свойства. Наиболее распространены наполнители, характеризующиеся низкими коэффициентами трения: графит, дисульфид молибдена, тальк, слюда, нитрит бора, сульфиды некоторых металлов, и др.

По сравнению с маслами смазки обладают следующими достоинствами:

малый удельный расход (иногда в сотни раз меньший);

более простая конструкция машин и механизмов (что снижает массу, повышает надежность и ресурс работы);

более продолжительный период <<межсмазочных>> стадий;

значительно меньшие эксплуатационные затраты при обслуживании техники.

Смазки отличаются от жидких смазочных материалов:

они не растрескиваются под действием собственной массы

удерживаются на вертикальной поверхности и не сбрасываются инерционными силами с движущихся деталей.

5.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СМАЗОК

Смазки систематизируют по различным классификационным признакам: консистенции, составу и областям применения (назначению).

По консистенции смазки подразделяют на полужидкие, пластичные и твердые. Пластичные и полужидкие смазки представляют коллоидные системы, состоящие из масляной основы и загустителя, а также присадок и добавок, улучшающих различные свойства смазок. Твердые смазки до отвердения являются суспензиями, дисперсионной средой которых служит смола или другое связующее вещество и растворитель, а загустителем – дисульфид молибдена, графит, технический углерод и т. п. После отвердения (испарения растворителя) твердые смазки представляют собой золи, обладающие всеми свойствами твердых тел, и характеризуются низким коэффициентом сухого трения.

По составу смазки делятся на четыре группы.

Смазки, для получения которых в качестве загустителя применяют соли высших карбоновых кислот (мыла). Их называют мыльными смазками и в зависимости от катиона мыла подразделяют на литиевые, натриевые, калиевые, кальциевые, бариевые, алюминиевые, цинковые и свинцовые смазки. В зависимости от аниона мыла большинство мыльных смазок одного и того же катиона подразделяют на обычные и комплексные. Чаще других применяют комплексные кальциевые, бариевые, алюминиевые, литиевые и натриевые смазки. Смазки на комплексных мылах работоспособны в более широком интервале температур. Кальциевые смазки в свою очередь подразделяют на безводные, гидратированные (солидолы), стабилизатором структуры которых является вода, и комплексные, адсорбционный комплекс которых образуется высшими жирными кислотами и уксусной кислотой. В отдельную группу мыльных смазок выделяют смазки на смешанных мылах, в которых в качестве загустителя используют смесь мыл (литиевокальциевые, натриево-кальциевые и др.). Вначале указывают тот катион мыла, доля которого в загустителе большая.

Мыльные смазки в зависимости от применяемого для их получения

жирового сырья называют условно синтетическими (анион мыла –

синтетические жирные кислоты) или жировыми (анион мыла – при

родные жиры), например, синтетические или жировые солидолы.

Смазки, для получения которых в качестве загустителя используют термостабильные с хорошо развитой удельной поверхностью высокодисперсные неорганические вещества, называют смазками на неорганических загустителях. К ним относят силикагелевые, бентонитовые, графитные, асбестовые.

Смазки, для получения которых используют термостабильные высокодисперсные с хорошо развитой удельной поверхностью органические вещества, называют смазками на органических загустителях. К ним относят полимерные, пигментные, полимочевинные, сажевые.

Смазки, для получения которых в качестве загустителей используют высокоплавкие углеводороды (церезин, парафин, озокерит, различные природные и синтетические воски), называют углеводородными смазками.

По областям применения смазки в соответствии с ГОСТ подразделяют на: антифрикционные, снижающие трение и износ в механизмах; консервационные, защищающие металлические изделия от коррозии; уплотнительные, герметизирующие зазоры в оборудовании и механизмах; канатные, используемые для смазывания стальных канатов. В свою очередь антифрикционные смазки подразделяют на смазки общего назначения для обычных и повышенных температур, многоцелевые, высокотемпературные, низкотемпературные, морозостойкие, отраслевые (автомобильные, железнодорожные, индустриальные), специальные, приборные и т. п. Уплотнительные смазки подразделяют на резьбовые, арматурные, вакуумные и т. д.

5.2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СМАЗОК

Прочностные свойства. Частицы загустителя образуют в масле структурый каркас, благодаря которому смазки в состоянии покоя обладают пределом прочности на сдвиг. Предел прочности – это минимальная нагрузка, при приложении которой происходит необратимая деформация (сдвиг) смазки. Благодаря наличию предела прочности смазки не стекают с наклонных и вертикальных поверхностей, не вытекают из негерметизированных узлов трения. При приложении нагрузки, превышающей предел прочности, смазки начинают деформироваться, а при нагрузке ниже предела прочности они подобно твердым телам проявляют упругость.

Для определения предела прочности смазок предложены разные методы, основанные на осевом сдвиге коаксиальных цилиндров, на вырывании из смазки шурупа или пластины, на сдвиге смазки в оребренном капилляре и др. Наиболее распространенным методом является оценка прочности смазок на пластометре К-2. Сдвиг смазки осуществляется в специальном оребренном капилляре под давлением термически расширяющейся жидкости. Для большинства смазок предел прочности при температуре 20 о С лежит в пределах 100 – 1000 Па.

Вязкостные свойства. Вязкость определяет прокачиваемость смазок при низких температурах, стартовые характеристики и сопротивление вращению при установившихся режимах работы, а также возможность заправки узлов трения. В отличие от масел вязкость смазок зависит не только от температуры, но и от градиента скорости сдвига. пРи увеличении скорости деформации вязкость резко снижается, поэтому обычно говорят об эффективной вязкости смазок при данном градиенте скорости и при постоянной температуре.

Увеличение концентрации и степени дисперсности загустителя приводит к повышению вязкости смазки. На вязкость смазки влияет также вязкость дисперсионной среды и технология их приготовления.

Для определения вязкости смазок используют капиллярные вискозиметры – АКВ-2 или АКВ-4, ротационные вискозиметры – ПВР-1 и реотесты.

Механическая стабильность (тиксотропные превращения смазок). При эксплуатации смазок в узлах трения уменьшаются их предел прочности и вязкость с последующим возрастанием этих показателей после прекращения механического воздействия. Такие дисперсные системы, самопроизвольно восстанавливающиеся, называют тиксотропными.

Тиксотропными свойствами обладают только такие смазки, которые после разрушения способны восстанавливаться.

Механическая стабильность смазок зависит от типа загустителя, размеров, формы и прочности связи между дисперсными частицами. Уменьшение размеров частиц загустителя (до определенных пределов) способствует улучшению механической стабильности смазок.

Оценка механической стабильности смазок основана на их разрушении в ротационном приборе – тиксометре (при стандартных условиях) – и определении изменения их механических свойств в процессе разрушения или непосредственно после его окончания. Механическая стабильность оценивается по специальным коэффициентам, которые рассчитывают по изменению предела прочности смазки на разрыв: К р – индекс разрушения, К в – индекс тиксотропного восстановления.

Пенетрация – это эмпирический показатель, лишенный физического смысла, не определяющий поведение смазок в условиях эксплуатации, но широко применяемый при нормировании их качества. Под пенетрацией понимают глубину погружения конуса (стандартного веса, в течение 5с) в смазку при 25 о С. Например, если смазка имеет пенетрацию 260, то, значит, конус погрузился в нее на 26 мм. Чем мягче смазка, тем глубже в нее погружается конус и тем выше пенетрация. Смазки с различными реологическими свойствами могут иметь одинаковую пенетрацию, что приводит к неверным представлениям об эксплуатационных свойствах смазок. Пенетрация как быстро определяемый показатель в производственных условиях позволяет судить об идентичности рецептуры и соблюдении технологии изготовления смазки. Число пенетрации смазок колеблется.

Температура каплепадения – это минимальная температура, при которой падает первая капля смазки, нагреваемой в определенных условиях. Температура каплепадения является эмпирическим показателем, зависящим от условий определения. Она условно характеризует температуру плавления загустителя смазки, однако не позволяет правильно судить о –ее высокотемпературных свойствах. Так, температура каплепадения литиевых смазок обычно 180 – 200 о С, а верхний температурный предел их работоспособности не превышает 120 – 130 о С.

Коллоидная стабильность смазок характеризует их способность в минимальной степени выделять масло при хранении и эксплуатации. Выделение масла может происходить самопроизвольно (под действием собственной массы смазки), а также ускоряться или замедляться под влиянием температуры и давления.

Коллоидная стабильность смазок зависит от степени совершенства структурного каркаса, которая, в свою очередь, определяется размерами, формой и прочностью связей структурных элементов. Значительное влияние на коллоидную стабильность смазок оказывает вязкость дисперсионной среды: чем выше вязкость масла, тем труднее ему вытекать из объема смазки.

Оценка коллоидной стабильности смазок основана на ускорении отделения масла при механическом воздействии, давлении центробежных сил, фильтровании под вакуумом и других факторов. Самым простым и удобным является механическое отпрессовывание масла из некоторого объема смазки, помещенной между слоями фильтровальной бумаги (прибор КСА). Коллоидная стабильность оценивается по объему масла, отпрессованного из смазки при комнатной температуре в течение 30 мин и выражается в процентах; для смазок она не должна превышать 30%.

Химическая стабильность. Под химической стабильностью обычно понимают стойкость смазок против окисления кислородом воздуха. Окисление приводит к разупрочнению, ухудшению коллоидной стабильности, понижению температуры каплепадения, смазочной способности и ряда других показателей.

Стабильность против окисления важна для смазок, заправляемых в узлы трения 1 – 2 раза в течение 10 – 15 лет, работают при высоких температурах, в тонких слоях и в контакте с цветными металлами. Медь, бронза,олово, свинец и ряд других металлов и сплавов ускоряют окисление смазок.

Оценка химической стабильности смазок основана на ускоренном окислении смазок под действием высоких температур и давлений (кислорода), а также в присутствии катализаторов. Показателями окисления являются изменение к.ч., количество, скорость и индукционный период поглощения кислорода, изменение структуры и свойств смазок.

Имеется несколько способов повышения стойкости смазок против окисления. Это – тщательный подбор масляной основы, выбор типа и концентрации загустителя, варьирование технологией производства. Наиболее перспективный способ-введения в смазки __________ присадок.

Испаряемость. Когда смазка применяется в условиях высоких температур и ее смена производится редко, испаряемость смазок имеет большое значение. Высокая испаряемость может отрицательно сказываться на защитных свойствах слоя смазки при длительном хранении покрытых ею изделий, особенно в жарком климате.

Некоторые смазки работают в условиях вакуума, где процесс испарения идет особенно интенсивно. При отсутствии движения воздуха испаряемость замедляется, и в замкнутом пространстве (например, в металлических бидонах, банках) испарение практически не происходит.

При испарении масла смазки растрескиваются, на поверхности слоя появляются корочки; при сильном испарении остаются только мыла, образующие сухие слои, не обладающие защитными и антифрикционными свойствами. Испарение масла из низкотемпературных смазок ухудшает их морозостойкость; высохшие смазки не обеспечивают работу механизмов при низких температурах.

Испаряемость смазок зависит от фракционного состава масла, входящего в их состав. Значительно быстрее высыхают смазки, приготовленные на масле МВП, медленнее – приготовленные на маслах индустриальных 12 и 20, еще медленнее – на тяжелых авиационных маслах МС-14, МС-20, МК-22 и др.

АССОРТИМЕНТ СМАЗОК

Ассортимент смазок включает более 200 наименований. Пластичные смазки практически не функциональны, т.е не взаимозаменяемы. Практически каждый узел, каждого отдельного агрегата требует своей смазки. Ассортимент смазок можно классифицировать по областям применения. Но даже в одной группе, нельзя придти к полной унификации смазок. Например, резьбовые смазки для дюймовой резьбы нельзя использовать для метрической и наоборот, и т.д.

Пластичные смазки имеют ряд преимуществ перед маслами: удерживаются в открытых узлах трения, имеют более продолжительный срок работы, ввиду меньшего расхода снижается общая стоимость использования смазочного материала. К недостаткам пластичных смазок можно отнести их высокую стоимость, сложность производства и неуниверсальность.

Пластические смазки – материалы представляющие смесь смазочного масла и твёрдого вещества загустителя для образования структурного каркаса.

По назначению можно выделить две основные функции пластических смазок: уменьшение износа и защиту деталей от коррозии.

В соответствии с классификацией по назначению предусмотрено четыре группы пластических смазок: антифрикционные, консервационные, уплотнительные и канатные. По составу смазки, в зависимости от типа загустителя делятся на углеводородные, мыльные, неорганические и органические.

По сравнению с жидкими смазочными материалами (маслами) смазки обладают рядом преимуществ, уступая им в то же время по некоторым свойствам.

Преимуществами смазок перед маслами являются:

– хорошее удержание на наклонных и вертикальных поверхностях;

– меньшее изменение вязкости в зависимости от температуры;

– лучшие показатели противоизносных и противозадирных свойств;

– лучшая защита металлических поверхностей от коррозионного воздействия внешней среды;

– высокая герметичность узлов трения, предохранение их от проникновения нежелательных продуктов;

– более надёжная и эффективная работа в жестких условиях эксплуатации при одновременном воздействии высоких температур, давлений, ударных нагрузок, переменном режиме скоростей и так далее;

– экономичность в применении благодаря более продолжительной работоспособности, меньшему расходу и меньшим затратам на обслуживание техники.

К недостаткам смазок следует отнести отсутствие отвода тепла от смазываемых деталей, более сложную систему подачи пластической смазки к узлу трения и низкую стабильность мыльных смазок к окислению.

Маркировка пластических смазок характеризует их назначение состав и свойства (Таблица 4.2).

Она состоит из пяти буквенных и цифровых индексов, расположенных в порядке, указывающем подгруппу классификации, загуститель, рекомендуемый (условный) температурный режим применения, дисперсную среду, консистенцию смазки.

Таблица 4.2. – Подгруппы пластических смазок

Буква	Назначение	Буква	Назначение
С	Общего назначения для обычных температур (солидолы)	Т	Редукторные трансмиссионные
О	Общего назначения для повышенных температур	Д	Приработочные (графитовые и другие)
М	Многоцелевые	У	Узкоспециальные (отраслевые)
Ж	Термостойкие	Б	Брикетные
Н	Морозостойкие	З	Консервационные
И	Противоизносные и противозадирные	К	Канатные
Х	Химически стойкие	А	Арматурные
П	Приборные	Р	Резьбовые
		В	Вакуумные

Рекомендуемый температурный режим применения обозначают округленно до 10°С дробью. В числителе уменьшенная в 10 раз минимальная температура без знака минус, а в знаменателе, также уменьшенная в 10 раз максимальная температура без знака плюс.

Пример: СКа 2/8 – 2:

С – смазка общего назначения;

Ка – загущена кальциевым мылолм;

2/8 – температурный режим от –20 до +80°С;

2 – пенетрация 265-295 при 25°С.

Тугоплавкие смазки и солидолы заменяют по пенетрации, температуре каплепадения и основе. Заменяющая смазка должна иметь пенетрацию не выше, а температуру каплепадения не ниже, чем у заменяемой смазки.

Рабочие жидкости

Требования к рабочим жидкостям, используемым в гидросистемах, отличаются от требований к смазочным маслам, так как они служат передатчиком энергии от двигателя к рабочим органам и одновременно должны смазывать и охлаждать движущиеся детали гидросистемы. Большие давления в гидросистеме (35 МПа) и большой перепад рабочих температур (–60°..+50°С) предъявляют определённые требования к гидравлическим жидкостям.

Рабочие жидкости для гидросистем должны:

– обладать высокими смазывающими и антикоррозионными свойствами;

– иметь высокую противопенную стойкость;

– иметь низкую температуру застывания;

– обладать достаточной вязкостью;

– обеспечивать минимальные потери (утечки при высоких температурах и минимальные потери давления при низких температурах);

– обладать совместимостью с материалами гидросистемы;

– не взаимодействовать с заменяемой жидкостью;

– быть долговечными, экономичными и недефицитными.

Рабочие жидкости в зависимости от эксплуатационных свойств делятся на группы, каждая из которых разделяется на классы по кинематической вязкости.

Таблица 4.3. – Группы гидравлических масел по эксплуатационным свойствам

Условные обозначения рабочих гидрожидкостей включает буквы и цифры:

· Первая группа знаков – МГ (минеральные гидравлические;

· Вторая группа знаков – цифры, обозначающие класс кинематической вязкости;

· Третья группа знаков обозначается буквами и указывает принадлежность к группе по эксплуатационным свойствам.

Пример обозначения: МГ – 15 – В.

Изучить самостоятельно тормозные и охлаждающие жидкости.

Лекция 5

СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАДАННОГО УРОВНЯ

ДОЛГОВЕЧНОСТИ И БЕЗОТКАЗНОСТИ МАШИН

ТРЕБОВАНИЯ К НАДЕЖНОСТИ МАШИН

Для потребителей дорожных машин, как и многих технических объектов, важнейшим показателем является сокращение суммарных затрат на их приобретение и поддержание в технически исправном состоянии. В связи, с этим приведенные затраты рассматривают совместно.

Повышение надежности не может являться самоцелью и используется для снижения суммарных затрат перераспределением составляющих между сферами производства и эксплуатации. По мере повышения надежности затраты на производство машин растут, а на ремонты и обслуживание в процессе использования снижаются. При недостаточной надежности будет обратное соотношение. На современном этапе развития техники можно изготовлять машины с любой, в том числе и самой высокой, надежностью. Однако это может привести к чрезмерно большим затратам в производстве, не соответствующим снижению затрат в эксплуатации.

Надежность в конечном итоге оценивают соотношением затрат на производство объекта и поддержание его в технически исправном состоянии. Это соотношение анализируют одновременно с суммарными затратами и с учетом других показателей, оно может рассматриваться как уровень надежности.

Для выбора оптимального уровня надежности принят критерий, удельные приведенные затраты с уд :

где С – затраты на производство (изготовление) машины и поддержание её в технически исправном состоянии;

П – производительность объекта.

В этом случае возможны два варианта:

1) Для народного хозяйства общим критерием является максимум производительности П при требуемом приемлемом уровне затрат С.

2)Или минимум затрат С при требуемой производительности П.

Поскольку строительные объемы должны быть выполнены, обеспечим производительность машин условно постоянной и будем минимизировать затраты с уд в удельном исчислении (то есть будем рассматривать второй вариант).

Уровень надежности, представляющий собой отношение затрат на приобретение и поддержание в работоспособном (исправном) состоянии, необходимо находить за определенную наработку t, так как t влияет на затраты, связанные с поддержанием надежности. Примем за наработку ресурс до капитального ремонта t p – ресурс от начала эксплуатации до первого капитального ремонта. Будем иметь в виду, что одновременно с уровнем надежности необходимо выявить ресурс t p машины, а его определяют по критерию снижения эффективности.

С учетом сделанных предпосылок преобразуем соотношение (5.1). Если рассматривать производительность П как функцию только надежности машины, то П зависит в основном от коэффициента К т. и технического использования. Поскольку по мере увеличения наработки коэффициент К т . и уменьшается, необходимо вводить резерв для обеспечения прежней производительности, что связано с затратами c npo ст (t) на приобретение (изготовление) дополнительного числа машин, компенсирующих простои.

Если принять за меру измерения максимально возможную производительность машины стоимостью С о и ресурсом t p в данных условиях, характеризуемую с позиций надежности максимальным коэффициентом технического использования К т.и max . , то затраты на компенсацию простоев

(5.2)

где К т.и .(t) – средний коэффициент за наработку t.

Удельные затраты на приобретение прямо пропорциональны стоимости машины (без остаточной стоимости при списании и стоимости шин) С о и обратно пропорциональны общей производительности или общей наработке t. Следует иметь в виду, что все показатели, влияющие на производительность, кроме t в данном случае надо принимать постоянными. Следовательно, средние удельные затраты на приобретение (изготовление)

Поддержание надежности связано со стоимостями, во-первых, устранения отказов и неисправностей, частота появления которых меняется в зависимости от общей наработки (переменные затраты), и, во-вторых, проведения регулярных работ, например, таких, как смазочные (постоянные затраты). Первые из перечисленных затрат превалируют.

Переменные затраты с п. н (t ) являются функцией наработки t и зависят от стоимости запасных частей с з. ч и материалов с м трудовых затрат на устранение отказов с тр, а также от соответствующей части косвенных расходов. Потери от простоев с прост (t) также учитывают при определении с п.н (t ).

Учитывая сделанные предпосылки, критерий можно записать в виде

(5.4)

где с пн.ср.общ (t ) – общие средние удельные затраты на устранение отказов и неисправностей и на техническое обслуживание,

где с пн.ср (t) – средние удельные затраты на устранение отказов и неисправностей;

с т.о – затраты на техническое обслуживание.

Сформулируем теперь рассматриваемый критерий в окончательном виде. За критерий оптимизации принимают минимальную сумму средних удельных затрат на изготовление (приобретение) машин и поддержание их в работоспособном состоянии, обеспечивающем постоянную, максимально возможную в данных условиях производительность.

Соотношение (5.4) описывает средние удельные затраты в сферах производства (первый член) и эксплуатации (второй член). Но экспериментально определить можно не средние, а удельные интервальные затраты на поддержание надежности в эксплуатации

С пн.ин (t)=с з.ч (t) + с тр (t) + с м (t) + с прост (t). (5.6)

Удельные интервальные затраты, описываемые уравнением (5.6), повышаются по мере увеличения наработки, что объясняется характером изменения параметра потока отказов машины, и коэффициента технической готовности как функций наработки.

Наблюдение за эксплуатацией машин позволяет выявить удельные затраты на поддержание надежности по интервалам наработки с пн.ин (t). Закономерность протекания кривой c n н. н (t) как функции общей наработки определяется аппроксимированием этих данных. Для этого используют формулу степенной функции (в тн./ч)

(5.7)

где b – угловой коэффициент, тн/ч n +1 .

На рис. 5.1 соотношение (5.7) отражено кривой 1 показывающей удельные затраты на поддержание надежности при их интервальной оценке. Однако для использования уравнений (5.4) и (5.5) необходимо определить средние удельные затраты с начала эксплуатации.

Для этого определим площадь под кривой 1 на интервале наработки от 0 до t и поделим ее на t :

(5.8)

Рис.5.1. Удельных затрат на приобретение и поддержание надежности от наработки t

Уравнение (5.8) отражено кривой 2 на рис. 5.1. Ее ординаты меньше ординат кривой 1 в 1/(п + 1) раз, что видно из сопоставления соотношений (5.7) (5.8).

Затем отразим кривой 3 средние удельные затраты на приобретение в соответствии с соотношением (5.3).

Средние суммарные удельные затраты (в тн/ч) на приобретение с пр (t) и поддержание надежности с пн.ср (t) определяются уравнением

(5.9)

и кривой 4.

Поскольку затраты с пн. (t) уменьшается, а с пн. ср (t) повышается по мере увеличения наработки t, то имеется наработка, при которой сумма этих затрат минимальна. Эта наработка и является ресурсом, отклонение от которого приводит к повышению удельных затрат.

Для определения минимальных затрат с уд. min , соответствующих оптимальному ресурсу t p , возьмем производную уравнения (5.9) и приравняем ее нулю (вторая производная положительная)

(5.10)

тысч.ч (5.11)

чем и решается задача определения ресурса по избранному критерию. Однако равенство (5.10) позволяет определить не только ресурс t p ,но и соотношение между затратами на изготовление машины и переменными затратами на поддержание надежности при наработке t = t p .

(5.12)

Правая часть равенства (5.12) отражает суммарные переменные затраты с пн (t p) на поддержание надежности за ресурс t p:

(5.13)

что позволяет использовать равенство (5.12) для нахождения n :

(5.14)

Соотношение (5.14) показывает, что при оптимальном ресурсе t p переменные затраты на поддержание надежности за ту же наработку в п раз меньше стоимости изготовления машины.

В связи с этим можно преобразовать для случая t = t p и с уд = с уд. min уравнения (5.4) и (5.5)

(5.15)

и представить графически (рис. 5.2.) как площади S o суд . min R = А и S otpR = В затраты в производстве и переменные в эксплуатации за ресурс t p .

Отношение этих площадей согласно уравнению (5.14) численно равно п. Чем больше п при прочих равных условиях, тем выше уровень надежности, и наоборот

Рис. 5.2. Затраты на приобретение и поддержание надежности машин

Как показал анализ экспериментальных данных, у моделей машин довоенного выпуска показатель п < 1, послевоенного выпуска п = 1, а текущего производства п = 1,5 с тенденцией увеличения до п = 2.

Уравнение (5.15) позволяет совместно рассматривать п и стоимость объекта С о , выявляя методом последовательного приближения минимальное значение с уд. min . То же относится и к соотношению величин с то, C 0 и с уд. min .

Изменение показателя степени п при t [уравнение (5.7)] приводит к соответствующему изменению соотношения площадей А и В отражающих затраты в производстве и эксплуатации, т. е. изменению уровня надежности. Для увеличения показателя п необходимо снизить затраты на поддержание надежности на наработке от 0 до t < t p .

Это может быть достигнуто увеличением среднего ресурса деталей, лимитирующих надежность, и снижением разброса их ресурса, а также улучшением ремонтопригодности машины, снижающей трудоемкость работ и простои.

Совершенствование показателей долговечности элементов, как правило, повышает затраты на их изготовление. В соответствии с этим увеличивается и стоимость объекта С о . Целесообразность повышения затрат на производство машин проверяют уравнением (5.15) при предварительном выявлении межремонтного ресурса по уравнению (5.11).

Затраты на техническое обслуживание с т. о [уравнение (5.15)] также следует снижать. Но при этом необходимо учитывать, что, во-первых, объем технического обслуживания влияет на скорость изнашивания и, следовательно, на ресурс t p , а во-вторых, снижение с т. о без изменения t p может повысить стоимость машины С о. Проверкой вариантов выявляют оптимальное решение по критерию минимума удельных затрат, что принципиально возможно с использованием электронно-вычислительных машин.

Методика данного расчета, как и вообще сложных инженерных расчетов, связана с применением ряда коэффициентов. Кроме того, прогнозируется эффективность технологических и конструктивных мероприятий, которые отражены в распределениях ресурсов деталей. Поэтому возникает необходимость в опытной эксплуатации и испытаниях, в процессе которых конструкция должна доводится до ранее установленных показателей.

5.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕЖРЕМОНТНОГО РЕСУРСА. УПРАВЛЕНИЕ НАДЕЖНОСТЬЮ МАШИН В ЭКСПЛУАТАЦИИ

Межремонтный ресурс - ресурс между смежными капитальными ремонтами машин. Определяют его принципиально так же, как и ресурс до первого капитального ремонта, но с тем отличием, что стоимость машины С 0 в уравнении (5.11) принимают условно равной стоимости капитального ремонта, что оправдано отсутствием фактических данных по стоимостям машин, направляемым в капитальный ремонт. Межремонтный ресурс меньше, примерно на 20% ресурса до первого капитального ремонта.

Управление надежностью преследует цель полной реализации свойств надежности машин, заложенных при конструировании и обеспеченных производством как новых, так и капитально отремонтированных машин.

Для достижения этого необходимо при регламентированных затратах С пн (t p), определяемых по соотношению (5.13), обеспечить выполнение ресурса по значению не менее t p , рассчитанного по соотношению (5.11). Это требует минимизировать скорость изнашивания деталей и сборочных единиц, что уменьшает удельные затраты на устранение отказов и неисправностей, а следовательно, при одних и тех же суммарных затратах на устранение отказов можно обеспечить больший ресурс t p .

Рис. 5.3. Области допустимых состояний машины

На рис. 5.3 кривые 1 и 4 и ресурс t p отражают результаты подконтрольной эксплуатации и расчетов по аналогии с рис. 5.1. Рассмотрим рис. 5.3 с позиций управления. Под кривой 1 находится пространство (плоскость) возможных состояний управляемой системы – надежности машины, а область допустимых состояний – заштрихованная площадь соответствует затратам С пн (t p).

Основная задача управления заключается в таком воздействии на управляемую систему, чтобы отражающая ее точка не находилась выше кривой 1 , т. е. не занимала положение, показанное кривой 1" , так как в этом случае регламентированные затраты С пн (t p ) будут исчерпаны за ресурс t" p и t" p < t р (заштрихованные площади равны), а суммарные удельные затраты с" уд. min > с уд. min

Последующая задача управления заключается в минимизации ординат отражающей точки. В результате получим кривую 1" и t" p , при этом t" p > t p и c" y д min < с уд min , a площадь под кривой 1", ограниченная абсциссой t" p , вновь будет численно равна С пн (t р ). Для решения этой задачи требуется минимизировать угловой коэффициент b в соотношении (5.7). При этом имеется в виду, что уровень надежности п = const.

Для решения рассмотренных задач необходима информация о состоянии управляемой системы.

В интересах точности желательно располагать систематической информацией о расходе средств на каждую машину по всем составляющим уравнения (5.6). Это практически сложно или даже невозможно.

В реальных условиях эксплуатации в достаточно полной мере учету поддаются лишь затраты на запасные части. Точность и достоверность информации здесь обеспечиваются бухгалтерским учетом. Но именно запасные части, как правило, лимитируют техническое состояние машин. Существует тесная связь (коэффициент корреляции r>= 0,7 ) между затратами на запасные части и поочередно трудовыми затратами А, затратами на материалы В и компенсацию простоев С. Поэтому критерием, характеризующим нормальное использование ресурса, можно считать расход запасных частей как функцию наработки.

Поэтому для управления процессом использования ресурса следует рассчитывать суммарные стоимости С з.ч (t р ) за ресурс и удельные расходы запасных частей с з.ч (t р) по интервалам наработки и рассматривать их в качестве норматива. С учетом сделанных предпосылок преобразуем уравнение (5.6)

с пн. ин (t) = C з. ч + C тр + C м + C прост = C з. ч (1 + A +B + C), (5.16)

затем уравнение (5.12)

(5.17)

и, на конец, уравнение (5.7)

(5.18)

Затем фактические расходы, информация о которых должна быть систематической (например, ежеквартальной), необходимо сопоставить с расчетными нормативными данными по интервалам наработки. Если фактические расходы не превышают нормативных, то процесс эксплуатации данной машины протекает нормально. В противном случае необходимо выявить причину перерасхода (неквалифицированное управление, низкое качество технического обслуживания, применение топлив, масел и смазок, не соответствующих конструкции машины и т. п.) и принять соответствующие меры.

Таким образом, метод управления надежностью машин в эксплуатации сводится к следующему.

1. Устанавливают норму расхода запасных частей (в денежном выражении) по моделям машин и соответствующий ей ресурс. Эта норма является основной, при достижении суммарного нормативного расхода машину направляют в капитальный ремонт или списывают. Ресурс дает возможность судить, правильно ли эксплуатируется машина.

2. Нормы расхода запасных частей устанавливают по интервалам ресурса. Это позволяет обеспечить систематический контроль за техническим состоянием машины, использованием ее ресурса, выявить факты неправильной эксплуатации и своевременного принятия, соответствующих мер

3. Фактический расход запасных частей сопоставляют с нормативным расчетным.

Лекция 6

6. Система планово-предупредительного технического обслуживания и ремонта техники

6.1. Основные понятия и определения системы ППР

Для поддержания машин в исправном и работоспособном состоянии при их эксплуатации используется система планово-предупредительного технического обслуживания и ремонта техники (система ППР и ТО). Система ППР и ТО основана на непрерывном контроле состояния машин, профилактическом характере основных мероприятий и на жестком планировании их по времени выполнения и по объему работ.

Система называется плановой потому, что все её мероприятия осуществляются по заранее разработанному плану, и предупредительной потому, что мероприятия носят предупредительный характер (восстановление работоспособности машины или её узлов не дожидаясь их выхода из строя).

Система ППР – это совокупность взаимосвязанных технических средств, документации и исполнителей, необходимых для поддержания и восстановления качества машин. Система ППР представляет собой комплекс организационно-технических мероприятий, проводимых в плановом порядке для обеспечения работоспособности и исправности машин в течении всего срока их службы при соблюдении заданных условий и режимов эксплуатации.

Система ППР построена на периодичности чередования технических обслуживаний и ремонтов, виды которых, а также периодичность и состав работ установлены заводом изготовителем в эксплуатационной и ремонтной документации для каждой машины

В системе ППР и ТО используются следующие основные понятия и определения .

Межремонтный цикл – время работы машины в часах от начала эксплуатации до первого капитального ремонта или между двумя очередными капитальными ремонтами.

Периодичность ремонтов и ТО – время работы машины в часах между 2-мя очередными одноименными ремонтами или ТО.

Техническое обслуживание – комплекс работ для поддержания исправности или работоспособности машины (объекта) при подготовке и использовании по назначению, при хранении и транспортировке. Комплекс работ должен быть минимальным, но достаточным для решения задач ТО.

Задачами ТО являются:

1) снижение скорости изнашивания;

2) обеспечение требуемого уровня вероятности, безотказной работы в периоды между обслуживаньями;

3) эффективное использование топлива, шин и других эксплуатационных материалов с позиций исправности машин.

Структура межремонтного цикла – количество, периодичность и наименование ремонтов и ТО за межремонтный цикл.

Рис. 6.1. График структуры ремонтного цикла одноковшового экскаватора: периодичности ТО-1, ТО-2, ТО-3 и Т, и К соответственно – 60, 240, 960 и 5760 м.ч.

Таблица 4.1 – Классификация пластичных смазок по числу пенетрации

Класс	Диапазон пенетрации	Визуальная оценка консистенции
	85…115	Очень мягкая, как очень вязкое масло Вазелинообразная Почти твёрдая Очень твёрдая мылообразная

Коллоидная стабильность. Способность удерживать масло, сопротивляться его выделению при хранении и эксплуатации характеризует коллоидную стабильность смазок. Выделение масла может быть самопроизвольным вследствие структурных изменений в смазке, например, под действием собственной массы, и может ускоряться или замедляться под действием температуры, давления и др. факторов. Слишком большое выделение масла в процессе работы - более 30 % - приводит к резкому упрочнению смазки и нарушает её нормальное поступление к контактируемым поверхностям.

Коллоидная стабильность зависит от размеров, формы и прочности связей структурных элементов. Большое влияние оказывает вязкость дисперсной среды: чем выше вязкость масла, тем труднее ему вытекать из объёма смазки.

Коллоидная стабильность оценивается по объёму масла, отпрессованного из смазки при комнатной температуре в течении 30 минут и выражается в % - для смазок она не должна превышать 30 %. Проводят это на разных приборах, но самым простым и удобным является механическое отпрессовывание масла из некоторого объёма, помещенного между слоями фильтровальной бумаги.

Химическая стабильность . Под химической стабильностью понимают стойкость смазок против окисления кислородом воздуха, хотя в широком смысле - это отсутствие изменения свойств смазок под воздействием на них химических реагентов (кислот, щелочей, кислорода и т.д.). Окисление приводит к образованию и накоплению в смазках кислородосодержащих, активных веществ, к изменению реологических свойств (как правило, разупрочнению), ухудшению коллоидной стабильности, понижению температуры каплепадения, смазочной способности и т.д.

Стабильность против окисления особенно важный показатель для смазок, которые

Заправляют в узлы трения 1...2 раза в течение 10...15 лет;

Работают при высоких температурах;

Работают в тонких слоях;

В контакте с цветными металлами.

Медь, бронза, олово, свинец и ряд других металлов и сплавов ускоряют окисление смазок.

Об образовании и накоплении в смазке продуктов окисления судят по данным ИК-спектроскопии. Исследования проводят методом ускоренного окисления под действием высокой температуры в присутствии катализаторов.

Имеется несколько способов повышения стойкости смазок против окисления:

Подбор масляной основы;

Выбор типа и концентрации загустителя;

Варьирование технологическими режимами производства;

Введение антиокислительных присадок (амино- и фенолосодержащих соединения, фосфор- и серосодержащие органические продукты и т.д.).

Термическая стабильность . Способность смазок не изменять свои свойства и прежде всего не упрочняться при кратковременном воздействии высоких температур характеризует их термическую стабильность. Особенно подвержены упрочнению вплоть до потери пластичности при повышенных температурах смазки из мыл синтетических жирных кислот, натриевые, натриево-кальциевые и в меньшей степени кальциевые. Упрочнение затрудняет поступление смазки к узлу трения, ухудшает его адгезионные свойства. Особенность термоупрочнения - полная и многократная обратимость - перетирание затвердевшей смазки приводит к восстановлению её первоначальных свойств.

Испаряемость - один из показателей смазок, определяющих стабильность состава при хранении и в эксплуатации. Испарение масла из-за высоких температур, вакуума и отсутствия частой смены приводит к повышению концентрации загустителя, что сопровождается увеличением предела прочности и ухудшением низкотемпературных свойств: на поверхности образуются корки и трещины, снижается защитная способность.

Скорость испарения зависит от условий хранения и эксплуатации, фракционного состава масла. Чем тоньше слой и больше его поверхность, тем выше испаряемость. Тип и концентрация загустителя мало влияют на испаряемость масла.

Выражается испаряемость в %. Определяется измерением потери массы образца, который выдерживают в стандартных условиях в течение определённого времени при постоянной температуре.

Температура каплепадения. Минимальная температура, при которой происходит падение первой капли смазки, нагреваемой в приборе Уббелоде. Эта температура зависит от условий оценки и не всегда определяется одними и теми же свойствами смазок. Она условно характеризует температуру плавления загустителя. Считается, что температура каплепадения должна быть на 15...20°С выше максимальной температуры применения смазки. Однако температура каплепадения не всегда позволяет правильно судить о высокотемпературных свойствах смазки. Например, температура каплепадения литиевых смазок лежит в пределах 170...200°С, а работоспособны они до 130°С.

Микробиологическая стабильность. Под действием микроорганизмов, попавших в смазку и развившихся в ней, происходит изменение состава и свойств смазок. При развитии микроорганизмы потребляют те или иные компоненты смазки, продукты обмена накапливаются и, как правило, увеличивают кислотность смазки. При этом происходит разупрочнение и изменение эксплуатационных свойств.

Для борьбы с микроорганизмами в смазки вводят антисептики - органические вещества, например, бензойную и салициловую кислоты, фенолы, производные ртути, олова и др. Бактерицидными действиями обладают некоторые антиокислительные, противоизносные присадки и ингибиторы коррозии.

Радиационная стойкость. Воздействие на смазки излучений высоких энергий приводит к глубоким изменениям их структуры и свойств. В значительной степени стойкость смазок к облучению зависит от состава масла, на основе которого они приготовлены. По дисперсионной стойкости смазки располагаются следующим образом в порядке возрастания: кремнийорганические жидкости -сложные эфиры - нефтяные масла - простые эфиры. Смазки в зависимости от типа загустителя при облучении могут приобретать «наведённую» радиоактивность. Наиболее легко радиоактивность приобретают натриевые смазки.

Ассортимент смазок

Автомобильный транспорт один из основных потребителей пластичных смазок. Здесь применяют антифрикционные, защитные и уплотнительные смазки. Более всего при эксплуатации расходуются антифрикционные смазки.

Основными узлами трения являются:

- подшипники качения ступиц колёс;

- подшипники качения насоса системы охлаждения (раньше);

- шарниры рулевого управления;

- шаровые опоры независимой подвески;

- шарниры карданные равных и неравных угловых скоростей и т.д.

Ассортимент антифрикционных смазок промышленного производства превышает 100 наименований. В инструкциях по эксплуатации для одних и тех же узлов разных автомобилей рекомендуются различные смазки.

Схема маркировки пластичных смазок представлена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Схема маркировки пластичных смазок по ГОСТ 23258–78

Пояснение к рисунку 4.1:
1 – подгруппа по назначению (таблица 4.2) (например М – многоцелевая);
2 – тип загустителя (таблица 4.3) (например Ли – литиевое мыло);
3 – температурный диапазон применения смазки;
4 – тип дисперсной среды (у – синтетические углеводороды, к – кремнийорганические жидкости, э – сложные эфиры, ф – фторсилоксаны, н – нефтяное масло, ж – галогеноуглеродные жидкости, а – перфторалкилполиэфиры, «-» – нефтяная основа, п – прочие масла и жидкости);
5 – твердые добавки (г – графит, д – дисульфид молибдена, с – порошки свинца, м – порошки меди, ц – порошки цинка, т – прочие твердые добавки).
6 – число пенетрации (класс консистенции) (по возрастанию густоты изменяется от 000 до 7).
Пример маркировки: СКа 2/7-2 – С – антифрикционная смазка общего назначения, применяемая при температуре до 70°С (солидол), Ка – загуститель – калиевое мыло, 2/7 – рекомендуемый температурный диапазон применения от -20°С до +70°С, «-» – смазка приготовлена на нефтяной основе, 2 – число пенетрации (класс консистенции) (пенетрация при 25°С составляет 265…295).

Таблица 4.2 — Классификация пластичных смазок по назначению

	Основное назначение	Подгруппа		Область применения
Антифрикционные	Для снижения износа и трения скольжения сопряженных деталей	Общего назначения для обычных температур (солидолы)		Узлы трения с рабочей температурой до 70°С
		Общего назначения для повышенных температур		Узлы трения с рабочей температурой до 100°С
		Многоцелевые		Узлы трения с рабочей температурой от -30 до 130°С в условиях повышенной влажности
		Термостойкие		Узлы трения с рабочей температурой 150°С и выше
		Морозостойкие		Узлы трения с рабочей температурой -40°С и ниже
		Противозадирные и противоизносные		Подшипники качения при контактных напряжениях выше 2500 МПа и скольжения при нагрузках выше 150 МПа
		Химически стойкие		Узлы, контактирующие с агрессивными средами
		Приборные		Узлы трения приборов и точных механизмов
		Редукторные		Зубчатые и винтовые передачи всех видов
		Приработочные (дисульфидмолибденовые, графитные и другие пасты)		Сопряженные поверхности для облегчения сборки, предотвращения задиров и ускорения приработки
		Узкоспециальные (отраслевые)		Узлы трения, смазки для которых должны удовлетворять дополнительным требованиям (прокачиваемость, эмульгируемость, искрогашение и т.д.) автомобильные железнодорожные индустриальные
		Брикетные		Узлы и поверхности скольжения с устройствами для использования смазки в виде брикетов
Консервационные	Для предотвращения коррозии при хранении, транспортировании и эксплуатации			Металлические изделия, за исключением стальных канатов и в случаях, требующих консервационных масел или твердых покрытий
Канатные	Для предотвращения коррозии и износа стальных канатов			Стальные канаты и тросы, органические сердечники стальных канатов
Уплотнительные	Для герметизации, облегчения сборки и разборки арматуры; сальниковых устройств; резьбовых, разъемных и любых подвижных соединений, в то числе вакуумных систем	Арматурные		Запорная арматура и сальниковые устройства
		Резьбовые		Резьбовые соединения
		Вакуумные		Подвижные и разъемные соединения и уплотнения вакуумных систем

Таблица 4.3 — Типы загустителей пластичных смазок

Загуститель		Загуститель
		Органические вещества:
алюминиевое		пигменты
бариевое		полимеры
калиевое
литиевое		фтороуглероды
натриевое		Неорганические вещества:
свинцовое		глины (бентонитовые)
цинковое
комплексное		силикагель
смесь мыл
Углеводороды твердые

Антифрикционные смазки

Самыми распространёнными мыльными смазками из кальциевых смазок общего назначения являются солидолы. Готовят две марки синтетического солидола – пресс-солидол С и солидол С , и две марки жирового солидола – пресс-солидол УС-1 и солидол УС-2 (УС – универсальная среднеплавкая). Жировые солидолы готовят загущением нефтяных индустриальных масел кальциевыми мылами. Солидолы нерастворимы в воде, обладают высокой коллоидной стабильностью, но не могут использоваться при температурах выше + 75 0 С и ниже – 30 0 С.

Кроме солидолов выпускают другие кальциевые гидратированные смазки – УссА , ЦИАТИМ-208 и др.

К комплексным кальциевым смазкам, изготавливаемым на нефтяных или синтетических маслах, относятся – униол-1 , униол-2 , ЦИАТИМ-221 и др. Эти смазки по сравнению с обычными мыльными смазками более термостойки: температура каплепадения у них выше 200 0 С (у солидолов 80…90 0 С), что позволяет использовать их при температурах до 160 0 С. Они обладают хорошими противоизносными и противозадирными свойствами, то есть их можно применять в тяжелонагруженных узлах. Они так же обладают хорошими защитными и противокоррозионными свойствами. К недостаткам этих смазок относится склонность к термоупрочнению.

Натриевые и натриево-кальциевые смазки. По объёму производства эти смазки занимают второе место после гидратированных кальциевых. Распространёнными натриевыми смазками являются консталины УТ-1 и УТ-2 (УТ – универсальная тугоплавкая), которые в отличии от солидолов работоспособны при температурах до 115 0 С и хорошо удерживаются при таких температурах в тяжелонагруженных узлах. Однако натриевые и натриево-кальциевые смазки растворимы в воде и, следовательно, смываются с металлических поверхностей. При низких температурах (ниже – 20 0 С) применять эти смазки не рекомендуется. Преимущественно консталины используются как железнодорожные смазки.

Среди натриево-кальциевых смазок самой массовой является смазка 1-13 . Эту смазку и её вариант 1-Л3 или ЛЗ-ЦНИИ применяют в роликовых и шариковых подшипниках.

Литиевые смазки. Эти смазки работоспособны в широком интервале температур и до – 50 0 С, нагрузок и скоростей. Их свойства стабильны во времени. К недостаткам можно отнести низкую механическуюстабильность и ограниченный верхний предел температуры – не выше 120…130 0 С. Первой литиевой смазкой была ЦИАТИТМ-201 . Сейчас выпускают: литол-24 , фиол-2 или 2М , фиол-3 и др. Литол-24 используется в качестве единой автомобильной смазки.

Алюминиевые смазки. Наиболее распространённой является смазка АМС-1,3 . Она используется в механизмах, работающих в морской воде или соприкасающихся с ней. Относится к защитно-антифрикционным смазкам. Выпускается смазка МС-70 имеющая такие же свойства.

В ассортименте антифрикционных смазок имеются также смазки на бариевых и цинковых мылах. Бариевые смазки обладают хорошей стойкостью к воде и нефтепродуктам, повышенной химической и механической стабильностью. В шаровых шарнирах подвески и наконечниках рулевых тяг автомобилей ВАЗ применяется бариевая смазка ШРБ-4 .

В качестве антифрикционных смазок используют смазки на неорганических загустителях – силикагелевые, бентонитовые и др. У них хорошие высокотемпературные свойства, высокая химическая стабильность и удовлетворительные смазочные свойства. К их недостаткам можно отнести низкую защитную стабильность. Кселикагелевым относятсясмазки–ВНИИНП-262 ,ВНИИНП-264 ,

ВНИИНП-279 . В основном они предназначены для высокоскоростных подшипников качения, работающих в жёстких режимах трения. Смазки эти дорогие.

К бентонитовым смазкам для подшипников качения относится смазка ВНИИНП-226 .

Консервационные смазки

Ассортимент консервационных смазок значительно уступает ассортименту антифрикционных смазок. Наибольшее распространение получили углеводородные смазки. Их низкая температура плавления (40…75 0 С) позволяет наносить их на поверхность в расплавленном виде путём окунания или распыливания. Можно наносить и при помощи кисти. Предварительно поверхность очищают от следов коррозии и прочих загрязнений.

К углеводородным смазкам относятся ПВК , ГОИ-54п , УНЗ (пушечная ), вазелин технический волокнистый ВТВ-1 , ВНИИСТ-2 и др.

Смазка ПВК имеет высокую водостойкость и стабильность, низкую испаряемость, что позволяет использовать её в течение 10 лет. Недостатком её является потеря подвижности при температуре ниже – 10 0 С.

ГОИ-54п используют для защиты от коррозии машин и механизмов, работающих на открытом воздухе. Смазка сохраняет работоспособность при температуре до – 50 0 С, однако, как большинство углеводородных смазок, её не рекомендую использовать при температурах выше + 50 0 С.

Смазку ВТВ-1 применяют для смазывания клемм аккумуляторов. От смазки ПВК она отличается лучшими низкотемпературными свойствами.

ВНИИСТ-2 применяется для защиты от коррозии наземных трубопроводов.

Удовлетворительные защитные свойства имеют и некоторые мыльные смазки: АМС-1 , АМС-3 , МС-70 , ЗЭС и др.

Смазки АМС-1 , АМС-3 и МС-70 используют как антифрикционные, обладающие хорошими защитными свойствами в условиях контакта с морской водой. Они обладают высокой липкостью и водостойкостью.

Смазку ЗЭС применяют для защиты линий электропередач и другой высоковольтной аппаратуры от коррозии.

Особую группу консервационных смазок составляют канатные смазки: 39у , БОЗ-1 , торсиол-35 , торсиол-55 Е-1 и др. Они занимают промежуточное положение между консервационными и антифрикционными смазками. Предназначены эти смазки для защиты стальных канатов и тросов при эксплуатации и хранении, а так же снижать износ, уменьшать трение, предотвращать обрывы.

Уплотнительные смазки

По составу и свойствам эти смазки специфичны, что не позволяет, как правило, заменять их смазками других типов. В качестве дисперсионной среды используют касторовое масло, глицерин, синтетические масла и смеси с нефтяными. Смазки на основе касторового масла и его смеси с нефтяным или синтетическим маслом практически нерастворимы в нефтепродуктах.

Загустителями могут быть твёрдые углеводороды и неорганические продукты (силикагель, бентонит).

Большинство уплотнительных смазок содержат наполнители – графит, слюду, тальк, дисульфид молибдена, асбест, оксиды металлов и др. В уплотнительной смазке для запорной арматуры вводят 10…15 % наполнителей.

Широкое применение уплотнительные смазки нашли в резьбовых соединениях. В таких соединениях, рассчитанных на высокое давление, уплотнительные смазки подвергаются воздействию высоких контактных нагрузок. Роль самой смазки при жёстких условиях работы резьбового соединения сводится только к функции носителя наполнителя. В смазках для резьбовых соединений концентрация наполнителей, как правило, превышает 50 %.

Твёрдые смазки

Характерная особенность твёрдых смазок заключается в том, что эти материалы, так же как пластичные смазки, находятся в агрегатном состоянии, исключающем их вытекание из узла трения. Благодаря этому их можно использовать в негерметизированных узлах трения. Достоинства их перед маслами таки же, как у пластичных смазок:

- уменьшение расхода смазочного материала;

- уменьшение эксплуатационных расходов.

Твёрдые слоистые смазки. Это кристаллические вещества, обладающие смазочными свойствами: графит, дисульфиды молибдена и вольфрама, нитрид бора, бромиды олова и кадмия, сульфат серебра, иодиды висмута, никеля и кадмия, фталоцианин, селениды и теллуриды вольфрама, титана и пр.

Все эти смазки обладают слоистой структурой, характеризующиеся тем, что атомы, лежащие в одной плоскости – одном слое – находятся друг к другу ближе, чем в различных слоях. Это обусловливает различную прочность между атомами в различных направлениях. В результате под действием внешних сил происходит скольжение одних слоёв кристаллов относительно других. Это свойство необходимо, но недостаточно. Нужна также хорошая адгезия твёрдой смазки к материалу поверхности трения, поэтому дисульфид титана и многие алюмосиликаты (слюда, тальк и др.), обладая ярко выраженной слоистой структурой, не отличаются смазочными свойствами, так как имеют плохие адгезионные свойства с металлами.

Наиболее распространённые твёрдые слоистые смазки.

Графит обладает антифрикционными свойствами в паре трения со сталью, чугуном и хромом. Несколько хуже эти свойства с медью и алюминием. В присутствии воздуха и воднографитная смазка улучшает свои показатели. Графит адсорбируется на поверхности трения, образуя прочную плёнку, ориентированную в направлении скольжения. Наличие на поверхности металла плёнки оксидов облегчает адсорбцию графита, поэтому использование графита особенно эффективно для металлов, образующих прочную оксидную плёнку – хром, титан, несколько меньше сталь. Предел работоспособности графитной смазки равен 600 0 С. Из-за наличия свободных электронов графит обладает высокой электропроводностью, что способствует отводу электростатических зарядов и сохранению прочности смазочного слоя. С увеличение нагрузки и повышения температуры коэффициент трения графита возрастает. По стали коэффициент трения равен 0,04…0,08.

Дисульфид молибдена Мо S 2 – синевато-серый порошок с металлическим блеском, обладает хорошими адсорбционными свойствами по отношению к большинству чёрных и цветных металлов. Его смазочная способность обусловлена выраженным слоистым строением кристаллов и сильной поляризацией атомов серы в процессе трения. В отличии от графита при увеличении нагрузки и температуры коэффициент трения Мо S 2 уменьшается. Средняя величина коэффициента трения равна 0,05…0,095.

Несущая способность граничной смазочной плёнки дисульфида молибдена выше, чем у любых смазочных масел. При температуре выше 500 0 С дисульфид молибдена окисляется с выделением SO 2 . К недостаткам можно отнести высокую химическую активность, в результате чего он легко вступает в реакцию с водой и кислородом. Поэтому максимальная температура ограничена 450 0 С. Водород восстанавливает дисульфид молибдена до металла.

Дисульфид вольфрама WS 2 по сравнению с дисульфидом молибдена обладает большей термостойкостью. Предельная температура его применения равняется 580 0 С. У него больше стойкость к окислению и в 3 раза большая несущая способность. Химически дисульфид молибдена инертен, коррозионно неагрессивен, нетоксичен. Его применение ограничено высокой стоимостью. Из-за высокой плотности дисульфид молибдена мало используется в качестве добавки к маслам, так как затруднено получение однородной смеси с маслом. Рекомендуется использовать при температуре свыше 450 0 С.

Нитрид кремния имеет низкий коэффициент трения в парах со стальными деталями и некоторыми металлокерамическими материалами. Обладает хорошими механическими характеристиками и высокой термической и термоокислительной устойчивостью до 1200 0 С. Благодаря сочетанию этих качеств нитрид кремния является перспективным материалом для изготовления деталей цилиндро-поршневой группы.

Нитрид бора обладает высокой термической и термоокислительной устойчивостью. Разлагается при температуре свыше 1000 0 С.

Фталоцианины (меди C 32 H 16 N 6 Cu , железа C 32 H 16 N 8 Fe и пр.) – металлосодержащие полициклические органические соединения, обладающие крупными плоскими молекулами со слабыми межмолекулярными связями. Наряду с физической адсорбцией они образуют хемосорбированные плёнки на поверхностях металлов. Фталоцианины имеют хорошую термическую стойкость до 650 0 С, стабильны при контакте с воздухом и водой. При температурах до 300 0 С коэффициент трения у них выше, чем у графита и дисульфида молибдена, но понижается до 0,03…0,05 с увеличением температуры до 500 0 С.

Из фталоцианинов делают защитный слой на юбках поршней.

Коэффициенты трения некоторых твёрдых слоистых смазок:

Дисульфид молибдена – 0,05;

Иодистый кадмий – 0,06;

Хлористый кадмий – 0,07;

Сернокислый вольфрам – 0,08;

Сернокислое серебро – 0,14;

Иодистый свинец – 0,28;

Графит – 0,10;

Хлористый кобальт – 0,10;

Иодистая ртуть – 0,18;

Бромистая ртуть – 0,06;

Иодистое серебро – 0,25.

Твёрдые смазки могут использовать и в качестве добавок к маслам. Большинство твёрдых смазок нерастворимы в углеводородах, поэтому их вводят в моторное масло в виде коллоидных дисперсий. При этом увеличивается ресурс узлов трения и снижается вероятность задира в условиях масляной недостаточности.

Мягкие металлы. Свинец, индий, олово, кадмий, медь, серебро, золото и т.д. обладают низкой прочностью на срез. Благодаря этому они используются как твёрдые смазки в виде тонких плёнок, наносимых на более прочные основы. Плёнки этих металлов ведут себя как масло. Кроме того, они облегчают и ускоряют процесс приработки. Важным требование является высокая адгезия к материалу основы и низкая к материалу пары.

Полимерные материалы – фторопласт-4 (тефлон), капрон, нейлон, полиэтилен, политетрафторэтилен, полиамид и др. обладают смазывающими свойствами. Их наносят на поверхности трения в виде плёнок различной толщины или используют как прессованные проставки. Применение твёрдых смазок на основе полимеров ограничивается низкой термической стойкостью этих материалов, маленьким коэффициентом теплопроводности и большим коэффициентом теплового расширения.

Они имеют недостаточные механические свойства, поэтому для обеспечения прочности при средних и высоких нагрузках их армируют. Используемый для армирования материал должен быть мягче материала поверхности трения.

Композиционные смазочные материалы. Это комбинация отдельных видов твёрдых смазок, обеспечивающая оптимальное сочетание их смазывающих свойств, механической прочности и обрабатываемости.

Физически композиционные смазочные материалы представляют собой механическую смесь двух или более различных по свойствам твёрдых веществ. При этом одно вещество является основой, может образовывать структурный каркас, обеспечивающий механические свойства. Основа изготавливается из полимерных, металлических или керамических материалов. В основе зафиксирован материал, являющийся наполнителем, обеспечивающим смазочные свойства.

Полимерная основа имеет хорошие смазочные свойства, химическую инертность, более высокую, чем у металлов, усталостную прочность, малую массу, низкую чувствительность к местным нарушениям структуры – трещинам, надрезам. Наиболее термостойки материалы на основе ароматических полиамидов. Они могут длительное время эксплуатироваться при температуре до 450 0 С. Основными недостатками являются большой коэффициент термического расширения, низкие теплопроводность, термическая стойкость и стабильность.

В полимерных материалах наиболее часто в качестве наполнителей используются дисульфид молибдена, графит, нитрид бора, порошки алюминия, меди, никеля, молибдена и др.

Композиционные смазочные материалы на основе металлических материалов получают путём прессования и спекания из порошков металлов с последующей пропиткой полученной пористой основы твёрдыми слоистыми смазками, мягкими металлами или полимерами. Для получения материалов, работающих в особо тяжёлых температурных условиях, в качестве основы используют никель, кобальт и их сплавы. В качестве наполнителя применяют материалы на основе молибдена или вольфрама.

Например, для получения направляющих втулок клапанов двигателя получили распространение композиционные смазочные материалы на металлической основе, поры которых заполнены фторопластом-4 с добавками сульфидов, селенидов и теллуридов молибдена, вольфрама. Такая смазка кроме смазочного действия обеспечивает высокую несущую способность и износостойкость.

Композиционные смазочные материалы на керамической основе обладают высокой термической и химической стойкостью. Для этого используют окислы бериллия, циркония и других металлов. Основным недостатков этих материалов является их хрупкость и низкая прочность на растяжение.

Узлы трения на основе композиционных смазочных материалов могут долгое время работать без дополнительного подвода смазки, вплоть до всего моторесурса узла. Большинство композиционных смазочных материалов хорошо работают совместно с жидкими и консистентными смазками. Это обеспечивает существенное повышение надёжности двигателя, особе в режиме недостатка масла. Для вкладышей коренных и шатунных подшипников можно использовать композиции из медно-молибденового материала CuO + MoS 2 . Для подшипников распределительного вала применяют вкладыши, изготовленные из металлокерамических композиций на основе мягких металлов, насыщенных фталоцианиновой твёрдой смазкой. Изготовляют материал, состоящий из стальной ленты, на которую спеканием нанесён тонкий слой сферических частиц пористой оловянистой бронзы, пропитанной смесью фторопласта со свинцом. Сталь обеспечивает необходимую прочность подшипника, бронза – теплопроводность, смесь тефлона со свинцом – смазочные свойства.

Пластичные смазки – это смазки предназначенные для уменьшения трения в узлах качения и скольжения (подшипниках, шарнирах, ступицах колес и т.д.), работающих в значительном диапазоне температур.

Для получения автомобильных пластичных смазок используют главным образом обычное нефтяное мало- и средневязкое масло типа веретенного, машинного и т.д., которое загущают. В качестве загустителя служит кальциевое, натриевое или литиевое мыло. Для улучшения консервационных, противоизносных свойств, химической стабильности, термостойкости в смазки вводят различные присадки, наполнители и стабилизаторы в количестве 0,001…5%.

Основными физико-химическими свойствами пластичных смазок, определяющими их эксплуатационные качества, являются: вязкость (пенетрация), предел прочности, температура каплепадения, водостойкость, коллоидная и механическая стабильность.

Пластичные смазки делятся на четыре группы:

• антифрикционные смазки
• консервационные смазки
• канатные смазки
• уплотнительные смазки

Антифрикционные смазки используются для снижения износа и трения скольжения сопряженных деталей.

Консервационные смазки используют для предотвращения коррозии металлических изделий и механизмов при хранении, транспортировании и эксплуатации. Они обозначаются индексом «З». Консервационные смазки применяют для металлических изделий и механизмов всех видов, за исключением случаев требующих использования консервационных масел или твердых покрытий.

Канатные смазки применяют для предотвращения износа и коррозии стальных канатов и тросов. Их обозначают индексом «К».

Уплотнительные смазки используют для герметизации зазоров, облегчения сборки и разборки арматуры, сальниковых устройств, резьбовых соединений и любых подвижных соединений, в том числе вакуумных систем. Уплотнительные смазки делятся на три подгруппы:

• арматурные (индекс «А»)
• резьбовые («Р»)
• вакуумные («В»)

Обозначение пластичной смазки кратко характеризует ее назначение, состав и свойства.

Обозначение состоит из пяти буквенных и цифровых индексов, указывающих: группу (подгруппу) в соответствии с назначением смазки; загуститель; рекомендуемый температурный интервал применения; дисперсионную среду; консистенцию смазки.

Приведем примеры обозначения пластичных смазок:

• СКа2/8-2: С – смазка общего назначения для обычных температур (солидол); Ка – загущена кальциевым мылом; 2/8 – предназначена для применения при температурах – 20…+80 °С (вязкость смазки при –20 ºС близка к 2000 Па·с); отсутствие индекса дисперсионной среды – приготовлена на нефтяном масле; 2 –пенетрация 265…295 при 25 °С;
• МЛи 3/13-3: М – многоцелевая; Ли – загущена литиевым мылом; 3/13 – предназначена для применения при температурах –30…+130 °С; отсутствие индекса дисперсионной среды свидетельствует о том, что смазка приготовлена на нефтяном масле; 3 – пенетрация 220…250 при 25 °С.

Для легковых автомобилей применяют следующие основные пластичные смазки:

• «Литол-24» – для подшипников ступиц колес, водяного насоса, промежуточной опоры карданных валов, подшипниковых узлов, не подверженных влиянию воды, подшипников редуктора заднего моста
• ЦИАТИМ-201 – для втулок валика прерывателя-распределителя, подшипников генератора, гибкого вала спидометра, замков и петель дверей и др.
• смазка № 158 – для игольчатых подшипников при сборке карданных шарниров, не имеющих пресс-масленок, приборов электрооборудования и закрытых подшипников
• УСсА – для листов рессор, троса привода тормозных механизмов в оболочке, буксирного троса
• ВТВ-1 – для наконечников проводов и полюсных выводов , торсионов крышки багажника, упора капота, ограничителя открывания дверей, шарниров и пружин крышки топливного бака. В аэрозольной упаковке ВТВ-1 применяют также для смазывания замочных скважин дверей и крышки багажника
• «Фиол-1» (литиевая) – для шлицевого соединения фланца переднего карданного вала, троса управления салазок перемещения сидений
• ШРБ-4 – для шаровых пальцев передней подвески и шарниров рулевых тяг
• ШРУС-4 – для шарниров равных угловых скоростей ведущих колес