термоокислительная
стабильность
трансмиссионных
масел
рассмотрены современные методы оценки
эксплуатационных свойств трансмиссионных
масел различной базовой основы и групп эксплуатационных
свойств. Приведены результаты
исследований трансмиссионных масел
на термоокислительную стабильность. Предложены
критерии оценки термоокислительной
стабильности трансмиссионных масел,
позволяющие определять их температурный
диапазон работоспособности и потенциальный
ресурс.
Монография
ISBN 978-5-7638-2379-0
Институт нефти и газа
9 785763 823790
Стр.1
Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет
ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ
ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ
Монография
Красноярск
СФУ
2011
1
Стр.2
УДК 621.892
ББК 35.514.3
Т35
Рецензенты:
М. С. Бахарев, д-р техн. наук, проф. кафедры «Естественнонаучные
дисциплины» Сургутского института нефти и газа (филиал)
Тюменского государственного нефтегазового университета;
В. Ф. Пичугин, д-р техн. наук, проф. кафедры «Трибология и технология
ремонта нефтегазового оборудования» Российского государственного
университета нефти и газа им. И. М. Губкина
Т35
Термоокислительная стабильность трансмиссионных масел :
монография / Б. И. Ковальский, Ю. Н. Безбородов, Л. А. Фельдман,
Н. Н. Малышева. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2011. –
150 с.
ISBN 978-5-7638-2379-0
Рассмотрены современные методы оценки эксплуатационных свойств
трансмиссионных масел различной базовой основы и групп эксплуатационных
свойств. Приведены результаты исследований трансмиссионных масел
на термоокислительную стабильность. Предложены критерии оценки термоокислительной
стабильности трансмиссионных масел, позволяющие определять
их температурный диапазон работоспособности и потенциальный ресурс.
Предназначена для научных и инженерно-технических работников, занимающихся
проектированием и эксплуатацией машин и агрегатов, аспирантов
и студентов, обучающихся по направлению 190600 – «Эксплуатация
наземного транспорта и транспортного оборудования».
УДК 621.892
ББК 35.514.3
ISBN 978-5-7638-2379-0
© Сибирский федеральный университет, 2011
2
Стр.3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ........................................................................................................ 5
Глава 1. Анализ факторов, влияющих на эксплуатационные свойства
трансмиссионных масел ................................................. 7
1.1. Базовое масло как основа функциональных показателей
трансмиссионных масел ............................................................. 7
1.2. Классификация трансмиссионных масел .................................. 9
1.3. Системы контроля качества нефтепродуктов в Российской
Федерации .................................................................................... 13
1.4. Анализ факторов, влияющих на надежность трансмиссий ..... 16
1.5. Современные методы оценки эксплуатационных свойств
трансмиссионных масел ............................................................. 34
1.6. Современные методы исследования термоокислительной
стабильности трансмиссионных масел ..................................... 39
Глава 2. Приборное обеспечение и методика исследования термоокислительной
стабильности трансмиссионных масел .... 43
2.1. Обоснование параметра «термоокислительная стабильность»
как показателя эксплуатационных свойств трансмиссионных
масел ...................................................................... 43
2.2. Конструктивные особенности прибора для определения
термоокислительной стабильности смазочных масел ............ 45
2.3. Характеристика вспомогательных измерительных средств .... 48
2.3.1. Фотометрическое устройство .......................................... 48
2.3.2. Вискозиметр ...................................................................... 50
2.4. Методика испытания трансмиссионных масел на термоокислительную
стабильность .................................................... 52
Глава 3. Результаты испытаний трансмиссионных масел ................. 54
3.1. Результаты испытаний минеральных трансмиссионных масел
с низкой термоокислительной стабильностью ................... 54
3.1.1. Минеральное трансмиссионное масло ТС3-9гип (ТМ5-9,
GL-5) .................................................................................. 54
3.1.2. Минеральное трансмиссионное масло ТСп-10 (ТМ3-9,
GL-3) .................................................................................. 66
3.1.3. Минеральное трансмиссионное масло ТСгип (ТМ5-34,
GL-5) ................................................................................... 71
3.1.4. Минеральное трансмиссионное масло ТСп-14гип
(ТМ5-18, GL-5) .................................................................. 75
3
Стр.4
3.1.5. Анализ данных по термоокислительной стабильности
исследованных трансмиссионных масел ........................ 79
3.2. Результаты испытаний минеральных трансмиссионных масел
повышенной термоокислительной стабильности ............. 81
3.2.1. Минеральное трансмиссионное масло Consol транс
люкс 85W-90 GL-5 ........................................................... 82
3.2.2. Минеральное трансмиссионное масло Teboil HYPOID
85W-90 GL-5 ..................................................................... 90
3.2.3. Минеральное трансмиссионное масло ТНК транс ойл
85W-90 GL-5 ..................................................................... 99
3.2.4. Минеральное трансмиссионное масло Лукойл
ТМ5-18 85W-90 GL-5 ....................................................... 103
3.2.5. Анализ данных по термоокислительной стабильности
исследованных трансмиссионных масел ....................... 106
3.3. Результаты испытаний частично синтетических трансмиссионных
масел ............................................................................. 108
3.3.1. Частично синтетическое трансмиссионное масло
Consol транс люкс 75W-90 GL-5 .................................... 108
3.3.2. Частично синтетическое трансмиссионное масло
Rotra Fe 75W-80 GL-4 ...................................................... 117
3.3.3. Анализ данных по термоокислительной стабильности
частично синтетических масел ....................................... 122
3.4. Результаты испытаний синтетических трансмиссионных
масел............................................................................................ 123
3.4.1. Синтетическое трансмиссионное масло Spectrol Synax
75W-90 GL-5 ..................................................................... 123
3.4.2. Синтетическое трансмиссионное масло Teboil HYPOID
75W-90 GL-5 ..................................................................... 131
3.4.3. Анализ данных по термоокислительной стабильности
синтетических трансмиссионных масел ....................... 135
Глава 4. Анализ результатов испытаний трансмиссионных масел
различной базовой основы ........................................................ 137
Заключение ................................................................................................... 141
Библиографический список ...................................................................... 143
4
Стр.5
ВВЕДЕНИЕ
Надежность трансмиссий как триботехнических систем определяется
прочностными характеристиками материалов пар трения, режимами смазки,
качеством смазочного материала и условиями эксплуатации. Зависимость
надежности трибологических систем от качества смазочного материала,
которое в процессе эксплуатации снижается из-за срабатывания
противоизносных и противозадирных присадок, изучено недостаточно.
Необходимо отметить, что долговечность смазочного материала как
элемента трибосистемы в разы уступает долговечности деталей агрегатов
трансмиссии. Основными элементами трансмиссий являются зубчатые
передачи и подшипниковые опоры, работающие в условиях граничной
и эластогидродинамической смазки. Однако влияние продуктов окисления
на свойства граничных и эластогидродинамических слоев также изучено
недостаточно.
Известно, что в зависимости от режимов нагружения на поверхностях
трения образуются: адсорбционные слои (А-слои) – за счет смачивания
поверхностей трения смазочным материалом; хемосорбционные
слои (D-слои) – как результат химической реакции продуктов окисления
с металлом; модифицированные слои (М-слои) – вследствие взаимодействия
металлических поверхностей с присадками. Образование А-, D-,
и М-слоев зависит от температурных условий. Так, А-слои могут обеспечивать
разделение поверхностей трения только до определенной температуры.
Превышение критических значений температуры вызывает десорбцию
молекул смазочного материала с поверхности трения. В этих
условиях разделение поверхностей трения обеспечивают D-слои, при
этом смазочный материал должен окисляться, а продукты окисления –
взаимодействовать с металлической поверхностью.
Дальнейшее повышение температуры вызывает ускорение процесса
окисления и взаимодействия продуктов окисления и присадок с металлическими
поверхностями с образованием модифицированных слоев, предотвращающих
их металлический контакт. В этой связи очевидной является
необходимость исследования механизма окисления трансмиссионных
масел в зависимости от температуры, что позволит объяснить механизм
формирования защитных слоев на поверхностях трения. Разработка методов
контроля за превращениями, происходящими в смазочном материале
в процессе эксплуатации, имеет важное значение в исследовании механизма
окисления и влияния продуктов этого процесса на качество трансмиссионного
масла.
Цель работы – обосновать критерий механизма окисления трансмиссионных
масел с учетом количественного состава продуктов окисления.
5
Стр.6
Научная новизна работы:
• разработана методика испытания трансмиссионных масел на термоокислительную
стабильность, позволяющая определить механизм окисления,
его интенсивность, состав продуктов окисления и их влияние на оптические
свойства и вязкость;
• предложен критерий термоокислительной стабильности трансмиссионных
масел, позволяющий определить потенциальный ресурс и классифицировать
их по группам эксплуатационных свойств;
• разработана методика определения однородности состава продуктов
окисления, позволяющая установить критическую температуру испытания
и объяснить механизм окисления;
• определены регрессионные уравнения процесса окисления трансмиссионных
масел, позволяющие упростить процедуру идентификации
и снизить трудоемкость испытания за счет использования только фотометра.
В первой главе настоящей монографии приведен обзор исследований,
направленных на определение возможных путей повышения надежности
и долговечности механических систем за счет их обоснованного выбора,
определения потенциального ресурса и организации контроля в процессе
эксплуатации агрегатов трансмиссий.
Вторая глава посвящена разработке методики испытания трансмиссионных
масел на термоокислительную стабильность и обоснованию
вспомогательного оборудования для количественной и качественной оценки
процессов окисления.
В третьей главе исследуется механизм окисления трансмиссионных
масел различной базовой основы, оценивается состав продуктов окисления,
а также их влияние на оптические и вязкостные свойства.
В четвертой главе приводится анализ результатов испытаний трансмиссионных
масел, на основании которого устанавливается их соответствие
группе эксплуатационных свойств.
Теоретические и экспериментальные исследования позволяют на
стадии проектирования агрегатов трансмиссий осуществлять их обоснованный
выбор в зависимости от степени нагруженности и устанавливать
ресурс их работоспособности.
6
Стр.7