Изменение свойств смазочного материала в эксплуатации.

Лекция

Методы повышения износостойкости деталей и узлов трения машин в эксплуатации.

Общие замечания

Конструктивное совершенство и высокое качество изготовления и установки машины не гарантируют длительной и безаварийной ее работы. Дополнительным условием является грамотная техническая эксплуатация и целесообразная система ремонтов.

Задачами технической эксплуатации машины является обеспече­ние ее исправного технического состояния и безаварийной работы при надлежащей экономичности. Уровень технической эксплуата­ции машин определяется установкой их в надлежащем месте, рацио­нальным использованием в соответствии с назначением, квалифика­цией обслуживающего персонала, постановкой ухода и технического надзора за машинами, организацией смазочного хозяйства.

Важной предпосылкой правильного использования и грамотной эксплуатации машины является наличие ее технического описания, правил технической эксплуатации и основных правил техники без­опасности при обслуживании машины, альбома чертежей и карты смазывания. Указанную документацию составляют под непосредст­венным руководством конструктора на основании опыта эксплуатации подобных машин, результатов исследовательских работ, стендовых и эксплуатационных испытаний опытных образцов.

Для обеспечения должного уровня технической эксплуатации к самостоятельному управлению машинами и их техническому обслу­живанию допускаются лица, пригодные к данной работе по состоя­нию здоровья, отлично изучившие машины данного типа и получив­шие соответствующие свидетельства.

Цель технического ухода и ремонта – поддерживать работо­способность машины. Но если технический уход представляет собой совокупность мероприятий, направленных на борьбу с износом, то задачей ремонта является ликвидация последствий износа.

Изменение свойств смазочного материала в эксплуатации.

Смазочный материал при работе стареет, т. е. его первоначальные свойства изменяются в результате физических и химических процессов, которым он подвергается. При эксплуатации происходит испарение преимущественно легких фрак­ций масла; оно засоряется продуктами окисления, полимеризации, конденсации и распада самого масла, загрязняется продуктами из­носа смазываемых поверхностей и пылью (минеральной, металличе­ской или органической); в двигателях внутреннего сгорания масло, кроме того, загрязняется продуктами неполного сгорания топлива и жидким топливом. В насосах и других машинах не исключается некоторое загрязнение масла иными жидкостями.

Физико-химические изменения масел связаны, прежде всего, с их окислением, под которым понимают совокупность химических пре­вращений в масле в присутствии кислорода. Окисление масла про­исходит в толстом слое (в масляных цистернах, баках, маслопрово­дах, картерах), в тонком слое (на смазываемых поверхностях) и в туманоподобном виде.

При обычных температурах и атмосферном давлении минераль­ные масла в объеме (в толстом слое) почти не окисляются, при повы­шении температуры окисление ускоряется: изменение физико-хи­мических свойств масел при температуре 100 °С исчисляется сут­ками, а при 250 °С – минутами. Скорость окисления значительно изменяется в присутствии металлов, в особенности их оксидов и металлических мыл. Свинец является наиболее сильным катализа­тором окисления; за ним следует медь и железо. Алюминий почти не оказывает влияния на процесс окисления. Каталитическое действие других металлов слабое, они могут даже тормозить окисление. На­личие воды в масле делает окисление более интенсивным.

Основное окисление масла происходит в тонком смазочном слое, где масло подвергается высокому давлению и наибольшему нагреву и где сильнее сказывается каталитическое воздействие некоторых металлов, а также в контакте со стенками маслопроводов. Интенсив­ное окисление происходит при большой поверхности соприкоснове­ния масла с воздухом, при струйном смазывании или смазывании по­гружением. Вспенивание масла способствует его окислению; насыще­ние, воздухом, повышение температуры масла, обводнение в при­сутствии стали, бронзы, латуни, баббитов и продуктов их износа стимулируют окисление и в объеме.

Продуктами окисления масел являются спирты, альдегиды, кетоны, кислоты, сложные эфиры, смолы, асфальтены, карбены и карбоиды.

В результате окисления масла изменяется его химический состав; увеличивается содержание в нем исходных смолистых веществ и об­разуются новые; повышаются плотность и температура вспышки; масло приобретает более темный цвет; увеличивается вязкость, ко­торая может намного превысить исходную в связи с образованием или увеличением содержания в масле асфальтосмолистых веществ. Повышение вязкости усиливает гидродинамическое действие масла и повышает нагрузочную способность смазочного слоя. Однако при этом возрастают потери на перемещение по маслопроводам, а при смазывании погружением – на размешивание. Из-за увеличения внутреннего трения масла может повыситься его средняя темпера­тура, что усилит окисление.

В двигателях внутреннего сгорания старение масла происходит более интенсивно, чем в других машинах. Масло не только окисляется и обводняется, но и загрязняется топливом и продуктами его окисле­ния и распада. Поэтому плотность и вязкость масла в системе могут увеличиваться, уменьшаться или оставаться без изменения в зависи­мости от степени окисления масла и степени его разжижения фрак­циями топлива. Кроме того, в результате окисления масла в нем образуются нафтеновые кислоты, химический состав которых может быть весьма различным. Их образование сопровождается увеличением кислотного числа, так как продукты окисления оказывают катали­тическое действие. Сезонные изменения температуры могут заметно влиять на интенсивность окисления масел в системах машин с высо­кой тепловой нагрузкой.

Образующиеся кислоты и смолы, являясь полярными соедине­ниями, улучшают смазочную способность масел в области трения при граничной смазке. Смолистые и углистые вещества, как про­дукты полимеризации масел при их окислении, выделяются в раз­дробленном (дисперсном) состоянии. В раздробленном состоянии по­падают в масло и продукты износа, а также посторонние механические частицы. Во взвешенном состоянии находится в масле вода. Поэтому работающее масло представляет собой ряд систем с различной сте­пенью дисперсности. Смолы диспергируются до молекул, углистые частицы дают более грубые дисперсные системы.

Часть смолистых веществ растворяется в масле, образуя истин­ные растворы; остальная часть и углистые вещества входят в кол­лоидный раствор или образуют суспензию (взвесь). Не растворяю­щиеся в маслах смолы, асфальтены, карбены и карбоиды, к которым присоединяются оксикислоты, могут выпадать из масла в виде осадка; для этого требуется некоторая концентрация этих веществ. Смолистые вещества могут отлагаться и на поверхностях трения.

Вода в масле или топливе – одна из основных причин водород­ного изнашивания деталей. Вода в масле циркуляционной системы транспортных двигателей может стать причиной серьезных неисправ­ностей в зимнее время. Масляные фильтры могут оказаться закупо­ренными льдом, а масляный насос может прекратить подачу масла вследствие обмерзания сетчатых фильтров. Это относится в первую очередь к автомобильным двигателям, где находящееся в нижнем картере масло подвергается интенсивному охлаждению при движении автомобиля. Этим объясняются нередко наблюдаемые случаи выплав­ления в холодную погоду подшипников коленчатых валов этих дви­гателей.

На деталях и в смазочной системе механизмов в результате старения масла образуются отло­жения. В двигателях внутреннего сгорания появляются, кроме того, отложения из продуктов разложения и не­полного окисления топлива. Эти отложения не являются полностью углеродистыми, хотя и получили такое наименование. Углеродистые отложения в двигателях разделяются на три вида: нагар, лак и осадки (шлам). Для нагара характерен черный цвет, но он может быть белого, оранжевого, коричневого и других цветов, имея различную струк­туру – плотную, рыхлую или пластинчатую. Нагарообразование, кроме двигателей, возможно и в других машинах.

Если лаковые отложения на поршне могут привести к его пере­греву вследствие ухудшения условий теплоотвода и к заклинива­нию поршневых колец в канавках поршня, то отложения на рабочей поверхности подшипников можно рассматривать как положитель­ный фактор снижения скорости изнашивания и повышения противозадирной стойкости сопряженной пары.

Шлам – это тестообразное или полутвердое вещество от светло-коричневого до черного цвета, состоящее из жидкости и нераство­римых в ней веществ, загущающих ее в эмульсию или суспензию. В смазочной системе шлам состоит из масла, нерастворимых в нем смолистых веществ и других продуктов окисления, воды и твер­дых частиц в масле. Шлам в картерах автомобильных двигателей со­стоит на 50...70 % из масла, на 5...15 % из воды, а остальное – топливо, продукты окисления масла и твердые частицы. В состав осадка смазочных систем паровых турбин входят масло, нераствори­мые продукты окисления, вода, кремний, окислы железа, меди и цинка, сульфаты и хлориды. Шлам может встречаться в виде отдель­ных сгустков, плавающих в масле, или, в исключительных случаях, в виде больших комьев.

Шламообразование, связанное с интенсивным старением масла, существенно зависит от температуры последнего. Обводнение масла, засорение его механическими частицами, в особенности мельчайшими, являющимися эмульгаторами, частичное или полное засорение сапуна в двигателях внутреннего сгорания способствуют образованию­ шлама. Накопившийся шлам забивает фильтры, маслоохлади­тели и полости центрифуг, уменьшает пропускную способность масляных каналов. Забивка шламом приемника масляных насосов мо­жет полностью нарушить работу смазочной системы. При центро­бежной очистке масла в полостях шатунных шеек коленчатых ва­лов отделившийся шлам освобождается от жидкой фазы и спрессо­вывается. Эти отложения могут ограничить ресурс двигателя.

Отложения смолистых веществ из рабочей жидкости гидравличе­ских систем на деталях прецизионных золотниковых пар могут при­вести к временному зависанию золотников или к полному заклини­ванию пары.