Файл: Итинская, Н. И. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости учеб. пособие.pdf

окислительную стабиль­ ность в минутах. Характер кривых показан на рисун­ ке 47.

Моющие свойства — экс­ плуатационный показа­ тель, характеризующий способность масла удержи­ вать во взвешенном состоя­ нии образующиеся продук­ ты окисления. Чем выше моющие свойства масла,

реннего сгорания моющие свойства масел имеют исклю­ чительно важное значение.

Моющие свойства свежих масел зависят от их химичес­ кого состава, способов получения и очистки; для масел различных марок они меняются в небольших пределах. Эти свойства не обеспечивают необходимой чистоты дета­ лей современных двигателей, поэтому для улучшения мою­ щих свойств в масло вводят специальные присадки. Чем форсированней и теплонапряженней двигатели, тем эф­ фективнее должны быть присадки и тем в больших коли­ чествах их добавляют в масла.

О п р е д е л е н и е м о ю щ и х с в о й с т в . Оцен­ ка моющих свойств моторных масел с присадками произ­ водится на лабораторной установке ПЗВ (по методу Па­ пок, Зарубина и Виппера) ГОСТ 5726—53. Сущность метода заключается в испытании масла на установке,

имитирующей малолитражный одноцилиндровый двигатель, и последующей оценке образовавшегося на боковой поверх­

ности поршня лака по цветной эталонной шкале в баллах. Установка ПЗВ (рис. 48) состоит из поршневой группы двигателя 2, оборудованного электрообогревом. Поршень

222

Рис. 48. Схема установки ПЗВ:

1 — электродвигатель; 2 — двигатель; з — электронагреватель­ ные элементы; 4 — масло.

приводится в движение электродвигателем 1 с частотой вращения 2500+50 об/мин. Заданный температурный ре­ жим двигателя и масла 4 осуществляется электронагрева­ тельными элементами 3. Во время испытания поддержи­ ваются следующие температуры: головки цилиндра — 300+2°, середины цилиндра — 225+1°, масла в карте­ ре — 125+1°, воздуха на всасывании — 220+20°. Коли­ чество испытуемого масла 250 мл, продолжительность ис­ пытания 2 ч. После испытания двигатель разбирают и по интенсивности лакообразования на стенках поршня судят о моющих свойствах масла.

Совершенно чистый поршень без лаковых отложений оценивается в ноль баллов. При наличии лаковых отло­ жений на боковой поверхности поршня или кольцах коли­ чество баллов увеличивается.

Хотя условия испытаний в установке ПЗВ значительно отличаются от реальной работы двигателей, метод позво­ ляет с достаточной достоверностью судить о моющих свой­ ствах масел в условиях эксплуатации.

Впоследние годы для оценки моющих свойств масел

сприсадками стандартизирован модод определения мою-

223

щего потенциала (ГОСТ 10734—64). Для определения мою­ щего потенциала в специальном лакообразователе испы­ туемое масло окисляют (в толстом слое) при температуре 250° в течение 30 мии. Масло окисляют в присутствии эталонного вещества, которое в данных условиях обра­ зует дисперсную фазу; после окисления отфильтровывают образовавшийся осадок. Фильтруемость оценивается вре­ менем фильтрации образца: до 2 мин — хорошая, от 2 до 5 мин — удовлетворительная, более 5 мин — неудовлет­ ворительная.

Приняты четыре степени загрязнения фильтра по эта­ лонной шкале: 1 — фильтр белый или светло-серый; II — серый или светло-коричневый без видимого осадка; III — темный или коричневый с видимым осадком; IV — фильтр черного цвета с осадком. Определение моющего потенциа­ ла складывается из трех последовательных операций: про­ верки чистоты исходного масла до окисления, качественно­ го и количественного определения моющего потенциала.

Моющий потенциал численно равен максимальному содержанию в испытуемом масле эталонного вещества, при котором сохраняется его агрегатная устойчивость. В ка­ честве эталонного вещества применяется эталон Б — 5%- ный раствор присадки ВР1ИИ НП-353 в базовом масле Дс-11.

Максимальная концентрация в процентах эталона Б, при которой после окисления масла фильтруемость рас­

твора хорошая или удовлетворительная, а состояние фильт­ ра характеризуется I и II степенью загрязнения, прини­ мается за показатель моющего потенциала. Например, после испытания масла с 65% эталона Б фильтруемость раствора удовлетворительная, а степень загрязнения фильтра II, моющий потенциал равен 65. Чем выше это число, тем лучше моющие свойства масла. Следовательно, моющий потенциал дает количественную оценку способ­ ности моющей присадки обеспечивать высокую дисперс­ ность частиц как тех, которые появляются в результате

окисления масла, так и тех, которые попадают в масло из камеры сгорания двигателя.

§ 6. Противоизносные свойства

Основное назначение масел — снижение износа трущих­ ся поверхностей, повышение долговечности и надежности работы деталей машин при их эксплуатации, снижение

224

затрат энергии на преодоление трения. Трение — это слож­

их обработки, нагрузки, скорости, температуры, свойства применяемых смазочных материалов).

При сравнительно небольших нагрузках, высоких ско­ ростях, правильных геометрических формах и хорошей чистоте обработки трущихся поверхностей относительный сдвиг между ними происходит в масляном слое, т. е. тре­ ние между металлом заменяется трением между части­ цами масла. В этом случае несущая способность подшип­ ника или другой трущейся пары будет зависеть от дина­ мической вязкости смазочного материала. Здесь расче­

ты проводятся на основании гидродинамической теории смазки.

При больших удельных нагрузках, относительно ма­ лых скоростях, изменении геометрических форм и разме­ ров, неустановившихся режимах работы и во всех дру­ гих случаях, когда невозможно осуществить жидкостное трение, происходит непосредственный контакт между выс­ тупами микронеровностей трущихся поверхностей, сопро­ вождающийся большим выделением тепла и пластической деформацией металла. В таком случае могут происходить схватывание, задиры трущихся поверхностей, их разру­ шение или высокий износ. Следовательно, при режимах полужидкостного и граничного трения необходим опре­ деленный химический состав масел, наличие в масле по­ лярно-активных молекул, добавление специальных при­ садок, т. е. выполнение всех тех мер, которые улучшают смазочные свойства масел. Чем лучше смазочные свойства, тем меньше износ и потери на трение, детали более надеж­ но защищаются от схватывания и заедания.

Итак, противоизносные свойства масел зависят от вязкости, изменения вязкости при изменении температур (индекса вязкости), смазывающей способности, химическо­ го состава, и, конечно, чистоты самого масла. Необходимо помнить, что масло, содержащее абразивные механические примеси, к эксплуатации непригодно. Его можно исполь­ зовать по назначению только после удаления абразива фильтрацией, отстоем или центрифугированием.

Быстрое развитие техники (повышение удельных на­ грузок, скоростей, рабочих температур) предъявляет по­ вышенные требования к качеству смазочных масел. Неф-

тяпой промышленностью создаются высококачественные масла, надежно обеспечивающие возросшие требования техники. Несмотря на то, что стоимость современных ма­ сел с присадками значительно выше, чем масел без при­ садок, их применение экономически оправдано, так как повышается долговечность машин, увеличиваются их меж­ ремонтные пробеги, снижаются затраты на запасные части.

В стандартах па подавляющее большинство смазочных материалов механические примеси не допускаются, толь­ ко в маслах с присадками допускается до 0,01 % неабра­ зивных механических примесей. Следовательно, отсут­ ствие абразивных примесей — первое условие предохра­ нения деталей от повышенного износа. В то же время проведенная нами в 1969—1970 гг. проверка качества дизельных масел, используемых в совхозах и колхозах, по­ казывает, что очень часто в моторных маслах содержатся абразивные механические примеси, иногда в значительных количествах (до 0,25—0,35%). Если в масле находится 0,1% механических примесей, то с каждым килограммом масла вводится 1 г абразива. Чем больше емкость масля­ ной системы, тем большее количество механических'при­ месей должны удалить маслоочистительные устройства двигателей (фильтры, центрифуги). Царапины, риски, ко­ торые часто можно видеть на трущихся деталях, появля­ ются в результате действия абразива, попавшего в масло

при неправильной транспортировке, хранении и приме­ нении.

При смазывании деталей маслом, не содержащим аб­ разивных примесей, на интенсивность износа существенно влияют его вязкостные свойства. Долгое время считалось, что работа двигателей на более вязких маслах снижает износ. Это неверно, так как очень часто при использова­ нии более вязких масел наблюдаются повышенные износы. Различными экспериментальными исследованиями уста­ новлено, что 40—50% износа приходится на периоды пуска и прогрева двигателей, особенно в холодное время года. Причем чем ниже температура окружающего воздуха, тем больше нужно затратить энергии на преодоление внутрен­ него трения масла, тем более длительное время не обес­ печивается полная подача масла к трущимся деталям.

При использовании масел с меньшей вязкостью зна­ чительно облегчаются условия пуска и прогрева двига­ теля, быстрее устанавливается режимная работа (жид­ костное трение) — все это способствует уменьшению

226

износа. Вязкость можно снижать до определенного пре­ дела так, чтобы обеспечивалось жидкостное трение при установившейся работе подшипника (несущая способность масляного слоя должна быть больше действующей на­ грузки). Следовательно, нужны масла, обеспечивающие легкий пуск двигателя и его режимную работу. Такими свойствами обладают загущенные масла. Загущенные мас­ ла получают, добавляя к маловязкому маслу с хорошими низкотемпературными свойствами и пологой кривой вяз­ кости высокомолекулярные соединения, которые позво­ ляют поддерживать нужный уровень вязкости при рабо­ чих температурах. Более подробно об этих маслах будет сказано ниже.

Большое влияние на уменьшение износа трущихся де­ талей оказывает смазывающая способность масел, зави­ сящая от химического состава последних. Прочность мас­ ляной пленки оценивается удельной нагрузкой, которую она может выдержать без разрушения.

Прочная пленка образуется в результате взаимодейст­ вия молекул смазывающего вещества с поверхностью ме­ талла. Основная роль здесь принадлежит тем молекулам масла, в состав которых входят активные группы: кар­ боксильная, гидроксильная, сульфогруппа и др. Установ­ лено, что лучшие смазочные свойства имеют пленки, обла­ дающие высоким межмолекулярным притяжением, а так­ же пленки с высокой температурой плавления и неболь­ шим сопротивлением сдвигу. Бее эти свойства присущи пленкам металлических мыл, образующихся при взаимо­ действии жирных органических кислот с металлом.

В процессе работы в любом узле трения масло в зави­ симости от внешних факторов (температуры, давления, скорости, агрессивности среды) изменяет свои первона­ чальные свойства. Прежде всего в нем накапливаются различные металлы, снимаемые с трущихся поверхностей, а также песчинки, пылинки, попадающие при заправке, через различные неплотности, вместе с продуктами сгорания топлива. В подавляющем большинстве продукты загрязне­ ния масел — абразивные примеси, увеличивающие износ трущихся пар. Они должны быть удалены маслоочистителышми устройствами двигателя. Под действием высокой температуры в масле накапливаются продукты его окис­ ления (различные углеродистые соединения), которые на­ ходятся в масле как в растворенном состоянии (смолы, фенолы, органические кислоты), так и во взвешенном (ла­

кообразующие вещества, асфальтены, карбены, карбоиды).

Продукты окисления масел по-разному действуют на изменение противоизносных свойств: смолистые соедине­ ния, органические кислоты, асфальтены, оксикислоты, яв­ ляющиеся электрополярными соединениями,— улучшают смазывающие свойства масел, способствуют созданию на поверхностях трения более устойчивых масляных пле­ нок, но в то же время повышают количество высокотемпе­ ратурных отложений на горячих деталях, поэтому жела­ тельно удалять их из масла. Продукты более глубокого окисления (карбены, карбоиды), имеющие кристалличес­ кое строение, обладают высокой прочностью и могут дей­ ствовать как абразивные примеси, поэтому они должны удаляться из масла в процессе его работы.

§ 7. Определение содержания железа в маслах

Металл, снимаемый с поверхностей трения, накаплива­ ется в масле, а также в отложениях, задерживаемых маслоочистителышми элементами. Если определить коли­ чество металла, снятого за определенное время работы установки или двигателя, то это позволит оценить ин­ тенсивность износа трущихся деталей. Подавляющее боль­ шинство деталей двигателя, а также других узлов тре­ ния машин и механизмов выполнено из стали, поэтому чаще всего определяют содержание железа.

Существуют различные методы определения железа в маслах и отложениях: спектральный, полярографичес­ кий, колориметрический, весовой, объемный. Наиболее распространен колориметрический метод, он достаточно точен и не требует сложного, дорогого оборудования.

Высокочувствительные фотоэлектрические колориметРы это универсальные приборы, на которых можно оп­ ределять концентрации окрашенных растворов, исследо­ вать эмульсии, коллоидные растворы, находить количест­ во взвесей. Все эти определения можно выполнить двумя способами: сравнением интенсивности потоков света, про­ ходящих через эталонную и испытуемую жидкость, и пред­

варительной градуировкой прибора по эталонам. Ниже* дается описание второго метода.

Из химически чистого железа готовят основной 1/10 N раствор, который содержит 0,005584 г железа в 1 мл. Раз­ бавляя основной раствор, получают 6 - 8 образцов с раз­

228

ной концентрацией. Эталонные (образцовые) растворы го­ товят следующим образом: в мерную колбу емкостью 100 мл микробюреткой отмеряют определенное расчетом ко­ личество 1/10 N раствора железа, для получения щелочной среды добавляют 2 мл 25%-ного раствора аммиака, затем 2 мл сульфосалициловой кислоты, в присутствии которой растворы железа приобретают окраску от желтого до красно-коричневого цвета. Чем выше содержание железа, тем интенсивнее окраска.

Подобрав соответствующие светофильтр и кювету, оп­ ределяют оптические плотности образцовых растворов. По полученным данным строят градуировочную кривую, откладывая по оси абсцисс концентрацию железа в образ­ цовых растворах, а по оси ординат соответствующие им значения оптической плотности. При данном методе опре­ деления железа наиболее трудной и ответственной частью является построение градуировочного графика, имея ко­ торый уже просто определить концентрацию испытуемого раствора.

Порядок определения железа в масле и отложениях следующий. Среднюю пробу масла и отложений в коли­ честве 20—25 г озоляют. Затем золу обрабатывают концент­ рированной соляной кислотой, солянокислый раствор под­ вергают медленному нагреванию до полного растворения железа. Содержимое тигля (количественно) переносят в мерную колбу, в которую добавляют аммиак до щелочной реакции и 2—3 мл сульфосалициловой кислоты. Содер­ жимое колбы до метки разбавляют дистиллированной во­ дой, затем раствор тщательно перемешивают, и в течение суток он отстаивается (в осадке кварц, компоненты при­ садок). Чем больше железа содержится в масле, тем ин­ тенсивнее окрашен раствор.

Приготовив испытуемый раствор, приступают к колориметрированию. Кювету и светофильтр применяют те же, что и при установлении оптической плотности эталонных растворов. Общий вид колориметра ФЭКН-57 показан на рисунке 49. В правый 1 и левый 2 пучки света помеща­ ют кюветы с дистиллированной водой. Индекс правого барабана 3 устанавливают на нулевое деление шкалы оп­ тической плотности 4. Щелевая диафрагма при этом имеет минимальную ширину. Вращением круговых фотометри­ ческих клиньев 5 ж 6 устанавливают стрелку гальвано­ метра 7 на нуль. Затем в правый пучок света 1 вводят кювету с исследуемым раствором. Стрелка гальванометра

229