Один из самых распространенных видов смазочных материалов – это пластичные смазки. Их выпуск составляет около миллиона тонн ежегодно.

Пластичные смазки (консистентные смазки) могут демонстрировать свойства жидкости или твердых тел исходя из нагрузки.

Состав пластичных смазок: жидкое масло, твёрдый загуститель, присадки, добавки.

Элементы загустителя пластичных смазок имеют коллоидную форму, формируют структуру, в ячейках структуры удерживается дисперсионная среда (масло).

Если температура среды обычная и нагрузки невелики, то смазка становится твердым телом – сохраняет изначальную плотную форму. А если нагрузка растет, то смазка изменяется, "подстраиваясь" под новые условия – она становится жидкой и течет. Когда же нагрузка идет на убыль, пластичная смазка снова затвердевает. Это заметно упрощает конструкцию и уменьшает вес узлов трения, не говоря уже о экологическом факторе.

Как изготовляют пластичные смазки?

Производят пластичные смазки путем добавления в нефтяные или синтетические масла 5-30 (обычно 10-20) % твёрдого загустителя. Весь процесс изготовления состоит из стадий. Сначала в котлах приготовляют расплав загустителя в масле. Когда он охлаждается, то кристаллизуется – внешне это напоминает сетку мелких волокон. При процессе выработки состав ряда пластичных смазок обогащается присадками (антиокислительными, антикоррозионными, противозадирными) или твердыми добавками (антифрикционные, герметизирующие).

Как классифицируются пластичные смазки?

По типу загустителя и по сфере применения. Самые распространенные - это мыльные пластичные смазки, загущенные кальциевыми, литиевыми, натриевыми мылами высших жирных кислот. Рабочий предел гидратированных кальциевых пластичных смазок (солидолов) равен +60...+80 °С, натриевых - +110 °С, эксплуатация литиевых и комплексных кальциевых смазок допустима до +120...+140 °С. Доля углеводородных пластичных смазок, загущенных парафином и церезином, составляет всего 10-15 % от производства пластичных смазок. Они обладают низкой температурой плавления (+50...+65 °С) и применяются, как правило, для консервации металлоизделий.

По задачам и сферам применения выделяют типы пластичных смазок:

Антифрикционные смазки . Они уменьшают трение скольжения и снижают износ. Сфера использования: подшипники качения, подшипники скольжения, шарниры, зубчатые и цепные передачи, транспортные и сельскохозяйственные машины

Консервационные смазки . Антикоррозионная защита металлических изделий. Они свободно удаляются с трущейся поверхности при расконсервировании детали

Уплотнительные пластичные смазки включают в себя арматурные смазки, резьбовые смазки (смазка для резьбовых соединений), вакуумные смазки

Пластичные смазки. Применение

Пластичные смазки обеспечивают длительную и надежную работу механизмов. Выработка пластичных смазок достигает 1 млн. тонн в год, и это куда меньше объема производства смазочных масел (примерно 40 млн. тонн/год).

Главное назначение пластичных смазок – снижение износа поверхностей трения, увеличение рабочего срока элементов машин и механизмов.

В некоторых случаях смазки призваны упорядочивать износ, не допуская трения и заклинивания поверхностей, а также воздействия агрессивных веществ, абразива. Есть и такие смазки, которые замене не подлежат вовсе (или имеют очень большие интервалы замены). Свойства подобных смазок не изменяются в течение всего периода работы.

Большинство смазок имеет антикоррозионные свойства. Чтобы обеспечить антикоррозионную защиту металлических поверхностей в процессе транспортировки или хранения нужны консервационные смазки. Уплотнительные смазки рассчитаны на герметизацию зазоров в узлах, а также герметизацию трубопроводов.

Ряд специальных смазок могут следующее: повышение коэффициента трения, токоизоляция или, напротив, токопроводность, работа в условиях радиации, вакуума...

Если смотреть на состав, то они состоят из жидкой основы (дисперсионная среда), твердого загустителя (дисперсная фаза) в сочетании с наполнителями и присадками.

Под дисперсионной средой могут подразумеваться разные масла и жидкости. Используются также синтетические масла для смазок, которые эксплуатируются в экстремальных условиях: сложные эфиры, фторуглероды, фторхлоруглероды, полиалкиленгликоли, полифениловые эфиры, кремнийорганические жидкости.

Сфера использования смазки зависит прежде всего от температуры плавления и разложения дисперсной фазы, а также от концентрации и растворимости в масле.

Загуститель влияет на антифрикционные свойства, устойчивость к воде, коллоидную, механическую и кислотостойкость смазки. Чтобы придать такие свойства смазке - в состав добавляют соли карбоновых кислот, высокодисперсные вещества, тугоплавкие углеводороды.

Из-за увеличения нагрузки и требований к эксплуатации узлов трения в современные пластичные смазки добавляют присадки и наполнители.

Присадки бывают: противоизносные , противозадирные , антифрикционные , защитные , вязкостные, адгезионные .

Некоторые из присадок оптимизируют сразу несколько свойств.

Что может быть наполнителем? Очень часто используют графит, дисульфид молибдена, полимеры (у них малый коэффициент трения). Если нужна смазка для тяжелонагруженного узла (трение скольжения), то берутся резьбовые уплотнительные или антифрикционные смазки с добавлением оксидов цинка, титана, алюминия, олова, бронзы, латуни.

Как правило, такие наполнители составляют от 1 до 30 % от смазки.

О классификациях смазок

В Европе рубежом есть 2 классификации, разработанные (NLGI).

Классификация по вязкости разбивает смазки на 9 классов по величине пенетрации. Величина пенетрации вычисляется путем погружения металлического конуса в пластичную смазку.

Чем больше в течение заявленного отрезка времени опустится конус – тем ниже класс NLGI, мягче смазка. Это не очень хорошо – мягкая смазка будет легко выдавливаться из зоны трения. А если класс NLGI велик, то очень густая смазка будет весьма неохотно возвращаться в зону трения и сопротивляться нагрузкам.

Другая классификация определяет 5 классов пластичным смазкам исходя из областей применения в автомобилях.

Смазки делятся по консистенции на полужидкие, пластичные и твердые.

Пластичные смазки и полужидкие смазки – это коллоидные системы, имеющие в своем составе дисперсионную среду, дисперсную фазу, и присадки с добавками.

Твердые смазки – тут сложнее, т.к. до отверждения они являются суспензиями (состав: смола + растворитель). Роль загустителя тут исполняют дисульфид молибдена или графит. А после отверждения, когда растворитель испаряется, твердые смазки становятся золями с малым коэффициентом сухого трения.

Состав смазки – тут выделяют 4 группы:

Мыльные . Загустителями могут быть соли карбоновых кислот (мыла). Кальциевые, литиевые, бариевые, алюминиевые и натриевые смазки. Исходя из жирового сырья, мыльные смазки могут называться условно синтетическими (если основа – синтетические жирные кислоты), или жировыми (если основа – природные жирные кислоты)


Неорганические. Загустителями могут быть термостойкие вещества. Силикагелевые, бентонитовые, графитные смазки


Органические. Чтобы изготовить такие смазки применяют термостабильные вещества. Полимерные, пигментные, полимочевинные, сажевые смазки


Углеводородные . Для загущения применяют тугокоплавкие углеводороды: петролатум, церезин, парафин, воск

Немалой проблемой является совместимость смазок с разным составом.

Когда происходит замена смазки, то часто узел трения не удается полностью освободить от прежней закладки.

Например, в шарнирах рулевого управления остается до 40% отработавшей смазки.

А когда смешивается "старая" смазка со свежей, то утрачиваются рабочие характеристики. Подобная смесь либо вытекает либо сильно уплотняется – это влияет на прочность узла.

Таким образом, никуда не уйти от вопроса, как смешивать разные смазки.

Главный фактор, обуславливающий совместимость смазок – это природа загустителя.

Основа и присадки с добавками несильно влияют на совместимость. Сначала о хорошем – легко могут быть совмещены консервационные материалы с загустителями в виде тугоплавких углеводородов (парафин, церезин). Также нет проблем с совместимостью у продуктов, загущенных стеаратом натрия и оксистеаратом лития.

А вот плохой совместимостью отличаются смазки с загустителями в виде силикагеля, стеарата лития и полимочевины.

Современные смазки на 12-гидроксистеарате лития, скажем, Литол-24, уверенно себя чувствуют в большом диапазоне температур от -40 до +120 °С, обладают хорошими рабочими свойствами, могут заменять устаревшие средства, например, консталин, солидолы и др.

Перспективными смазками являются те, что выработаны на комплексном литиевом мыле. Они рассчитаны на работу в более распространенном температурном диапазоне (от -50 до +160...+200 °С).

Литиевая смазка ЛКС-металлургическая в некоторых случаях заменяет ИП-1, 1-13, ВНИИНП-242, Литол-24. Кроме того, комплексные литиевые смазки используются в промышленности - в машиностроении, автомобилестроении, текстильной отрасли.

Костяк российского смазочного ассортимента на 44,4 % состоит из устаревших кальциевых смазок (солидолы), доля которых в развитых странах уже невелика.

Производственная доля натриевых и натриевокальциевых смазок в нашей стране составляет 31 % от объема. У таких материалов хорошие характеристики при рабочих температуре от -30 до +100 °С.

Что касается иных мыльных смазок, то они не очень распространены (0,3 %).

Немыльные смазки изготавливают с помощью органических загустителей. Современные полиуреатные продукты изготовленные на нефтяных и синтетических углеводородных продуктах, рассчитаны на температуры до + 220 °С, так что они напоминают термостойкие тефлоновые смазки на базе перфторполиэфиров, но имеют преимущество, поскольку обходятся дешевле.

Экономическое развитие автомобилестроения, металлургии, нефтегазодобычи активизирует увеличение потребления пластичных смазок, в частности, автомобильных смазок, смазок для металлургии, работающие при температуре до +150 °С.

Пластичные смазки.

1. Общие положения.

Пластичные смазки используют главным образом для смазывания негерметизированных (не заключенных в картеры) узлов трения автомобилей, в которых невозможно применение жидких масел.

Пластичные смазки находятся в пластичном, мазеобразном состоянии и представляют собой коллоидную (дисперсную) систему, состоящую из жидкой и твердой фаз.

В этой системе твердая фаза (загуститель) образует структурный каркас, который удерживает в своих ячейках жидкую фазу.

Жидкой фазой являются минеральные масла в объеме от 75 до 90 % по массе, твердой фазой являются загустители в виде кальциевого, натриевого, литиевого, цинкового, магниевого и бариевого мыла. Данные мыла являются жирными солями мягких металлов.

Смазки, предназначенные для смазывания узлов трения, являются антифрикционными.

Смазки, предназначенные для предохранения деталей от коррозии, являются консервационными. Консервационные смазки получают загущением минеральных масел углеводородами (парафином, церезином), находящимися при нормальной температуре (20°С) в твердом состоянии.

Выпускаются также канатные и уплотнительные смазки.

В пластичные смазки вводятся противоизносные, противозадирные и противоокислительные присадки и наполнители.

Смазки применяются для смазывания подшипников ступиц передних и задних колес, шкворней поворотных цапф, шлицевых соединений карданного вала, пальцев рессор, подшипников водяного насоса, шарниров рулевых управлений, валов педалей тормоза и сцепления, деталей электрооборудования и т.д.

2. Показатели качества смазок.

Чтобы пластичные смазки соответствовали условиям их работы в конкретном узле трения, их выбирают по нормируемым ГОСТами и техническими условиями показателям качества.

Температура каплепадения – показатель температурной стойкости смазки. Если температура плавления смазки равна рабочей температуре смазываемого узла или ниже ее, то смазка начинает вытекать из узла трения. Надежное смазывание узлов трения без вытекания смазки обеспечивается, если рабочая температура узла на 15-20°С ниже температуры каплепадения пластичной смазки.

В зависимости от значения температуры каплепадения пластичные смазки делятся на следующие виды:

а) тугоплавкие – температура каплепадения от 105 до 185°С. К ним относятся Литол-24, ЯНЗ-2, №158, ЦИАТИМ-201, имеющие загустителями литиевые или натриево–кальциевые мыла;

б) среднеплавкие – температура каплепадения от 65 до 105°С (солидол и графитная смазка УСс-А);

в) низкоплавкие – температура каплепадения не превышает 65°С. К ним относятся защитные смазки ПВК и ВТВ-1, созданные на загустителях из углеводородов.

Число пенетрации – характеризует густоту смазки и ее способность проникать в зазор между трущимися поверхностями и удерживаться там.

Пенетрацией называют величину в условных единицах, указывающую глубину погружения в испытываемую смазку металлического конуса расчетных размеров и веса в определенный промежуток времени (0,5 сек) при температуре 25°С.

Чем больше глубина погружения конуса, тем подвижнее смазка и тем выше число пенетрации. Для летних смазок число пенетрации находится в пределах 150-200 единиц, для зимних – 250-300, для всесезонных – 200-300 единиц.

Предел прочности – способность смазок удерживаться на вращающихся деталях. Определяется предел прочности в лабораторных условиях. Чем выше предел прочности, тем надежнее удерживается смазка в подшипниках качения. Оценивается предел прочности минимальной нагрузкой в г/см 2 или Па, при которой происходит сдвиг одного слоя смазки относительно другого. Чтобы смазка удерживалась в подшипниках ступиц колес автомобиля, предел ее прочности при 50°С должен быть не менее 2,0 г/см 2 .

Вязкость характеризует текучесть смазки при достаточно высоких напряжениях сдвига. По показателю вязкости оценивается прокачиваемость смазки по маслоканалам и через пресс-масленки. Для обеспечения хорошей прокачиваемости смазка должна обладать невысокой вязкостью, особенно при низкой температуре.

3. Наименование и обозначение пластичных смазок (ГОСТ 23258-78).

Наименование пластичной смазки должно состоять из одного слова. Для различных модификаций одной смазки, дополнительно к наименованию используются буквенные или цифровые индексы.

Примеры наименования : силикол, карданная, солидол С, фиол-1, литол-24 и т.д.

Обозначение смазки по ГОСТ 23258-78 кратко характеризует ее назначение, состав и свойства.

Обозначение состоит из 5 и (пяти) буквенных и цифровых индексов, расположенных в следующем порядке и указывающих:

1 – группу (подгруппу) в соответствии с назначением смазки;

2 – загуститель;

3 – температурный интервал применения;

4 – дисперсионную среду;

5 – консистенцию смазки.

3.1. В зависимости от назначения устанавливают группы и подгруппы смазок, указанные в таблице 1.

Таблица 1.

Группа	Основное назначение	Подгруппа	Индекс	Применяемость
Антифрикционные	Предназначены для снижения износа и трения скольжения сопряженных деталей	Общего назначения для обычных температур (солидол)	С	Узлы трения с рабочей температурой до 70°С
		Общего назначения для повышенных температур	О	Узлы трения с рабочей температурой до 110°С
		Многоцелевые	М	Узлы трения с рабочей температурой от минус 30 до плюс 130°С в условиях повышенной влажности среды
		Термостойкие	Ж	Узлы трения с рабочей температурой 150°С и выше
		Морозостойкие	Н	Узлы трения с рабочей температурой минус 40°С и ниже
		Противозадирные и противоизносные	И	Подшипники качения при контактных напряжениях выше 2500 МПа (25000 кг/см 2) и подшипники скольжения при удельных нагрузках выше 150 МПа (15000 кг/см 2)
		Химические	Х	Узлы трения, имеющие контакт с агрессивными средами
		Приборные	П	Узлы трения приборов и точных механизмов
		Редукторные (трансмиссионные)	Т	Зубчатые и винтовые передачи всех видов
		Приработочные (графитные и другие пасты)	Д	Сопряженные поверхности с целью облегчения сборки, предотвращения задиров и ускорения приработки
		Узкоспециализированные (отраслевые)	У	Для применения в отдельных отраслях техники (автомобильные и др.)
		Брикетные	Б	Узлы и поверхности скольжения с устройствами для использования смазки в виде брикетов
Консервационные	Предназначены для предотвращения коррозии металлических изделий при хранении, эксплуатации и транспортировке	—	З	Металлические изделия и механизмы всех видов, за исключением стальных канатов
Канатные	Предназначены для предотвращения износа и коррозии стальных канатов	—	К	Стальные канаты и тросы, органические сердечники стальных канатов
Уплотнительные	Предназначенные для герметизации зазоров	Арматурные	А	Запорная арматура и сальниковые устройства
		Резьбовые	Р	Резьбовые соединения
		Вакуумные	В	Первичные и разделительные соединения и уплотнения вакуумных систем

3.2. Тип загустителя обозначают буквами русского алфавита в соответствии со следующими индексами:

кальциевое мыло — Ка; литиевое мыло — Ли; натриевое мыло — На; цинковое мыло — Цн; органические вещества — О и т.д. по ГОСТ 23258-78.

3.3. Рекомендуемый температурный интервал применения обозначают округленно до 10°С дробью. В числителе указывают (без знака минус) уменьшенную в 10 раз минимальную температуру, в знаменателе – максимальную температуру применения смазки.

3.4. Тип дисперсионной среды и присутствие твердых добавок обозначают строчными буквами русского алфавита в соответствии с индексами:

Н — нефтяное масло; У — синтетические углеводороды; К — кремнийорганические жидкости; Г — графит (твердые добавки) и т.д. по ГОСТ 23258-78.

3.5. Индекс класса консистенции смазки обозначают арабскими цифрами в соответствии с табл. 4.

Таблица 4.

Пенетрация при 25°С по ГОСТ 5346	Индекс класса консистенции
445-475	000
400-430	00
355-385	0
310-340	1
265-295	2
220-250	3
175-205	4
130-160	5
85-115	6
Ниже 70	7

3.6. Примеры обозначений:

СКа 2/8-2. Буква «С» обозначает смазку общего назначения для обычных температур (солидол); «Ка» – загущена кальциевым мылом; «2/8» – применение при температурах от минус 20 до 80°С; отсутствие индекса дисперсионной среды – приготовлена на нефтяном масле; «2» – пенетрация 265-295 при 25°С.

МЛи 3/13-3. Буква «М» обозначает многоцелевую смазку; «Ли» – загущена литиевым маслом; «3/12» – температура применения от -30 до 120°С; отсутствие индекса дисперсионной среды – приготовлена на нефтяном масле; «3» – пенетрация 220-250 при 25°С;

УНа 3/12 э3. Буква «У» – узкоспециализированная смазка; «На» – загуститель натриевое масло; «3/12» – температура применении от -30 до 120°С; «э» – приготовлена на сложном эфире; «3» – пенетрация 220-250 при 25°С.

Характеристики наиболее часто применяемых смазок (Литол-24 и других) приведены з

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.