автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Исследование и разработка масел для червячных редукторов на основе смесей полигликолей

РГб од

~ ПЕК 'В^

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ

И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА имени И. М. ГУБКИНА

На правах рукописи

СТЕРХОВ АНДРЕЙ ВЛАДИСЛАВОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МАСЕЛ ДЛЯ ЧЕРВЯЧНЫХ РЕДУКТОРОВ НА ОСНОВЕ СМЕСЕЙ ПОЛИГЛИКОЛЕЙ

05.17.07 - Химическая технология топлив

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1996

Работа выполнена в Государственной ордена Октябрьской Революции н ордена Трудового Красного Знамени академии нефти и газа имени И.М.Губкина.

Научные руководители -Член-корреспондент РАЕН, доктор технических наук, профессор И.Г.ФУКС, кандидат тсхшгаескнх наук, с.н.с. Л.Н.БАГДАСАРОВ.

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор Г.И.ШОР кандидат технических наук, с.н.с.В.А. ЗОЛОТОВ.

Ведущая организация -АО"Средневолжский научно- исследовательский институт по переработке нефти "(СвНИИ НП).

Защита состоится "24" 1996 года в часов на

заседании специализированного совета Д.053.27.09 при Государственной академии нефти и газа им.И.М.Губкина. 117917, В-296, Москва, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии.

Автореферат разослан "2.2." 1996 года

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук - --

доцент

ОБЩАЯ XAPAKTHPIICTIIКЛ РАБОТЫ Актуальность работы. В связи с непрерывным ростом цен на энергоносители наиболее перспективным и важным направлением в разработке новых смазочных материалов является создание энергосберегающих масел, способных значительно снизить потребление топлива, электричества и других видов энергии узлом трения, двигателем, механизмом или машиной в целом.

Основным требованием, предъявляемым к смазочным материалам для червячных редукторов, является способность масла снижать трение в зацеплении, что приводит к повышению КПД передачи и значительной экономии потребляемой редуктором электроэнергии. При этом продлевается также срок службы масла и основных элементов червячного зацепления - стального червяка и бронзового колеса.

При смазывании нефтяными маслами КПД червячного редуктора находится на относительно низком уровне - в пределах 55-70%, а развивающаяся вследствие больших скоростей скольжения высокая рабочая температура приводит к быстрому окислению нефтяного масла. КПД червячных передач может быть повышен на 15-20% путем применения новых смазочных материалов на синтетической основе.

Следует отметить, что до настоящего времени в России не велось работ по созданию синтетических масел для червячных редукторов. Однако, в литературе, главным образом в зарубежной, указывается на предпочтительность использования в контакте "сталь-бронза" синтетических полиалкиленгликолевых компонентов, а фирмами Shell и Mobil уже разработаны и эффективно применяются для смазки червячных редукторов новые синтетические масла на полигликолевой основе, значительно снижающие потери на трение при работе червячных редукторов.

Цель II задачи исследования. Цель работы - разработка энергосберегающего синтетического масла для червячных редукторов на основе полнгликолевых компонентов, эффективно снижающего трение и износ в паре трения "сталь-бронза".

Основные задачи работы:

- исследование влияния физико-химических свойств, структуры и состава полигликолей и их смесей на смазочные свойства в контакте трения "сталь-бронза";

- исследование защитных и антикоррозионных свойств полигликолей и их смесей, улучшение этих свойств с помощью композиций ингибиторов коррозии;

- стендовые и эксплуатационные испытания опытных образцов масел для червячных редукторов;

- организация производства и разработка научно-технической документации на энергосберегающее полигликолевое масло для червячных редукторов.

Научная новизна. Разработана новая модификация метода РД-50-531 оценки противоизносных свойств масел по параметрам апроксимации зависимостей интенсивности изнашивания от давления в контакте для модернизированного узла трения ЧШМ - "стальной шар -бронзовая плоскость".

Выявлен синергизм противоизносного действия смесей полигликолей при концентрация триэтиленгликоля 60-75%, неонола АФ-9-12, 15-28%, этилкарбитола 5-15% при работе в паре трения "сталь -бронза".

Установлено, что смеси низкомолекулярных полигликолей обладают способностью выглаживать поверхность трения бронзы, что обеспечивает оптимальные смазочные свойства за счет снижения фактических давлений в контакте, облегчения образовании

полимолекулярных граничных слоев и улучшения условий для реализации гидродинамического режима смазки.

Практические результаты работы. При участии автора разработано новое синтетическое энергосберегающее масло для смазывания червячных редукторов на основе полигликолей, состав которого защищен авторским свидетельством Российской Федерации (положительное решение по заявке № 94009333/04 от 16.03.94 г.). Производство масла организовано на ПО"Нижнекамскнефтехим" (г.Нижнекамск) и оно внедрено через систему МГМП"Мослифт" для смазки червячных редукторов лифтов.

Разработана композиция ингибиторов коррозии, содержащая присадки СКМ, ЗКП, Триэтол, бензотриазол и винипол, которая позволила значительно повысить защитные свойства смесей полигликолей в объеме электролита и в тонкой пленке.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на конференции "Современное состояние производства и применения смазочных материалов" (г.Фергана, 1994 г.); Научно-технической конференции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России" (г.Москва, 1994 г.); Научно-техническом семинаре "Актуальные проблемы применения нефтепродуктов" (г.Суздаль, 1996 г.); 2-й Международной конференции "Актуальные проблемы переработки нефти и перспективы производства смазочиых материалов в Узбекистане" (гг.Ташкент-Фергана, 1996 г.).

По работе опубликовано 7 работ.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 111 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, включающих 17 таблиц и 20 рисунков, выводов, списка литературы 76 наименований и 4-х приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность разработки энергосберегающих масел для червячных редукторов, сформулированы цели работы. Отмечено, что предпочтительным направлением является использование в червячных редукторах синтетических полигликолевых масел, снижающих потери на трение в зацеплении по сравнению с нефтяными маслами, и являющихся полностью биоразлагаемыми и экологическими безопасными.

В главе 1 обобщены данные литературы о типах червячных редукторов, геометрии и кинематике червячного зацепления, антифрикционных и противоизносных свойствах материалов изготовления червяков и червячных колес, режимах трения в зацеплении, требованиях, предъявляемых к смазочным материалам, предпочтительности применения синтетических масел для смазывания червячных редукторов.

Червячные передачи предназначены для преобразования вращательного движения при скрещивающихся в пространстве осях. Наибольшее распространение имеют передачи с углами скрещивания 90'. Основными элементами червячного зацепления являются червяк и червячное колесо. Из-за высоких скоростей скольжения и неблагоприятного их направления венцы червячных колес изготовляют из антифрикционных оловянистых бронз, а червяк из различных сортов углеродистой и легированной стали.

Основными достоинствами червячных редукторов являются широкий диапазон передаточных чисел при одних и тех же габаритных размерах, свойство самоторможения, бесшумность и плавность хода, компактность. Однако, вследствие неблагоприятного направления скорости скольжения в зацеплении для червячных передач характерны и

существенные недостатки: относительно низкий КПД - 55-70% и повышенные температуры масла в зоне зацепления- до 85-95'С.

Исследования в области разработки масел для червячных передач показывают, что значительно снизить потерн на трение и износ в червячном зацеплении можно, применяя взамен нефтяных масел серии ИГП, И-50А, И-Т-А-460, ТМ-3-18чрк, используемых в настоящее время для смазывания червячных редукторов, синтетические полиалкиленгликолевые масла. Применение полиалкиленгликолевых масел позволяет повысить КПД редуктора до 80-90%, снизить температуру масла до 60-70'С. Кроме того полигликолевые масла не оказывают неблагоприятного воздействия на резиновые уплотнения, коррозионно неагресивны, способны работать в течение 10-15 лет, не требуя замены и являются полностью биоразлагаемыми, т.е. экологически безопасными.

В главе 2 обоснован выбор объектов исследования и описаны методы исследования физико-химических и эксплуатационных свойств масел.

Исходя из требований, предъявляемых к смазочным маслам по уровню и индексу вязкости, температурам вспышки и застывания, доступности и экологической безопасности, в качестве базовых были выбраны следующие полигликоли - триэтиленгликоль (ТЭГ); этилкарбитол (ЭК); оксиэтилированные нонилфенолы - Неонолы - с различной степенью оксиэтилирования; оксипропилированные нонилфенолы со степенью оксипропилирования 4, 8 и 12; смесь полиэтилен- и полнпрогшленгликолей Лапрол-5000; блоксоиолимер окиси этилена и окиси пропилена БСП; полиизоалкиленгликоли молекулярной массы 2000 и 3000. В качестве объектов сравнения были выбраны товарные масла для смазывания червячных редукторов - нефтяные И-50А, ТМ-3-18 чрк, И-Т-А-460 и синтетические полигликолевые Shell Dentax W и Shell Tivela WA.

Для улучшения защитных свойств полигликолевых масел, используя опыт ингибирования тормозных и охлаждающих гликолевых жидкостей и данные литературы, нами были выбраны ингибиторы коррозии:

- маслорастворимые - алкенилянтарный ангидрид, сукцинимид мочевины (СИМ), МСДА, В-15/41, бензтриазол, винипол;

- водомаслорастворимые - сульфированное касторовое масло (СКМ), триэтол, ЗКП;

- водорастворимые - морфолин, виказол, масло ПОД.

Защитные свойства масел в тонкой пленке исследовали в камере

Г-4 в течение 24 ч на стали ст. 10; в объеме электролита - при погружении стальной пластины в 3%-й раствор хлорида натрия, содержащий 20% испытуемого продукта; антикоррозионные свойства - на бронзе БрОНФ-10-1-1 при 70;С в течение 100 ч.

Для оценки антифрикционных и противоизносных свойств масел в работе использовали метод "шарик-три диска", основанный на применении широко распространенной четырехшариковой машины трения ЧМТ-1 с модифицированным контактом трения, в котором три нижних шара заменены на три диска из бронзы БрОНФ-Ю-1-1. Данный метод был разработан на кафедре химии и технологии смазочных материалов и химмотологии ГАНГ им.И.М.Губкина и с успехом применялся при разработке нефтяного масла для червячных редукторов ТМ-3-18 чрк. При нагрузке 200Н, скорости вращения верхнего шарика 1500 об/мин и продолжительности испытания 1 час измеряли коэффициент трения и диаметр пятна износа бронзовых дисков.

Кроме того, для оценки противоизносных свойств масел использовали модифицированную методику РД-50-531 для контакта "шар-плоскость" (рис.1,а). Сущность методики заключается в фиксировании

а)

Рис.). Модифицированная методика РД-50-531:

а) схема зацепления в методе "шар-три диска";

б) зависимость глубины изнашивания Ь от пути трения Б;

в) зависимость интенсивности изнашивания I от давления в контакте Р.

глубины изнашивания бронзовых дисков Ы.мм за определенные промежутки времени, соответствующие пути трения 51, мм (рис.1,6). Интенсивность изнашивания расчитывалась как отношение приращения износа Ь=Ы + !-Ы за путь трения 5=51 + 1-31, а контактное давление - по формуле Р1 = 1.0389*\У/(Дж+1 —Дш ), и строилась зависимость I=Г(Р) (рнс.1,в). В результате появляется возможность, описать процесс изнашивания простым уравнением 1=к*(Р-Ро), где к и Ро - коэффициенты линейной апрокснмацнн. зависимости интенсивности изнашивания от контактного давления, характеризующие уровень противопзносных свойств масел. Показатель к, равный тангенсу угла а наклона прямой к оси абсцисс, характеризует коэффициент износа, а Ро - давление, при котором достигается практически безызносный режим трения. Масла,

которые имеют большие значения Ро и меньшие значения к, обладают лучшими противоизноснымн свойствами.

Профили пятен износа бронзовых дисков изучали на профилографе профилометре завода "Калибр" марки 254. Энергетические характеристики поверхности бронзы оценивали путем измерения э.д.с. электродной пары "бронза-хлорсеребряный электрод" в среде различных полигликолей и их смесей.

В главе 3 приведены данные по исследованию функциональных свойств полигликолей и их смесей

Результаты исследования смазочных свойств масел по методу "шарик-трн диска" показывают, что практически все взятые базовые полигликоли значительно снижают трение и износ по сравнению с нефтяными маслами И-50А и И-Т-А-460, применяемыми для смазывания червячных редукторов.

Повышение вязкости полигликолей благоприятно сказывается на улучшении их противоизносных свойств. Маловязкие триэтиленгликоль (12.54 мм2/с при 50*С) и этилкарбитол (3.93мм2/с при 50*С) обладают низким уровнем противоизносных свойств - диаметр пятна износа равен 0.80 мм и 1.04 мм соответственно. При вязкости полигликолей более 16-18 мм2/с при 50°С этот показатель не играет решающей роли в предотвращении износа трущихся поверхностей (табл.1).

Исследование влияния структуры . оксиэтилированных и оксипропилированных нонилфенолов на смазочные свойства в контакте "сталь-бронза" показало, что с увеличением длины оксиалкнленовой цепочки в молекуле нонилфенола улучшаются как антифрикционные, так н противоизносные свойства (рис.2). Это связано с увеличением значения поляризации И в гомологическом ряду оксиэтилированных (неонолов) и оксипропилированых нонилфенолов, т.е. с увеличением полярности данных соединений. Поляризацию вычисляли по формуле Я=(£-1)/(£ -

2)*(МЛ1), где £- диэлектрическая проницаемость.'М - молекулярная масса и с! - плотность вещества. В общем случае поляризация указывает на

Таблица I. Антифрикционные и противоизносные свойства базовых

полигликолевых компонентов и товарных масея для червячных редукторов (метод "шарик-трн диска", 196 Н, 1 ч, 1500 об/мин).

Компоненты и Вязкость ки- Температура Коэффи- Диаметр

нематическая застывания, циент пятна

товарные масла при 50°C, мм2/с °С трения износа, мм

Этнлкарбитол Тр нэтил ен гл икол ь Неонол АФ-9-12 Неонол АФ-9-10 Неонол АФ-9-6 Неонол АФ 9-4 ОПНФ-12 ОПНФ-8 ОПНФ-4 ППГ (М=2000) ППГ 01=3000) БСП Лапрол-5000 3.93 12.54 73.13 67.84 65.68 53.52 78.13 69.41 62.30 94.33 102.40 101.65 119.64 -60 -7 13 5 -5 ' -15 -33 -33 -27 -28 -28 -36 -24 0.031 0.042 0.065 0.073 0.077 0.088 0.066 0.069 , 0.075 0.070 0.069 0.073 0.066 1.04 0.80 0.67 0.71 0.77 0.80 0.70 0.71 0.74 0.66 0.69 0.67 0.84

И-50А И-Т-А-460 ТМ-3-18 чрк Shell Dentax W Shell Tivela WA 50 200 115 140 147 -15 -10 -27 -33 -33 0.092 0.081 0.069 0.066 0.053 1.12 0.90 0.71 0.74 0.80

реакционную способность соединения, а при взаимодействии с металлом на прочность связи с поверхностью металла. Зависимость величины

0.09

0.085

0.08

0.07

5 *

О»

3-

•Q. •Q.

n $

Число оксшшкиленовых групп в молекуле

Рис.2. Влияние степени оксиалкилирования на смазочные свойства полигликолей: 1- "неонолы - коэффициент трения"

2 - "неонолы - диаметр пятна износа";

3 - "оксипропйлнрованные нонилфенолы - коэффициент трения"

4 - "оксипропилированные нонилфенолы - диаметр пятна износа"

поляризации К и диэлектрической проницаемости <£ от длины оксиэтиленовой цепочки в молекуле неонола представлена на рис.3.

Следует отметить, что ни один из выбранных компонентов не может быть предложен,

как таковой, в качестве основы смазочного материала для червячных редукторов. Такие соединения, как триэтиленгликоль и этилкарбитол, снижающие трение в контакте сталь-бронза до уровня лучших зарубежных синтетических масел Shell Dentax W и Shell Tivela , имеют высокие значения

/

/

t

Q

9"

Степень оксиалкилирования Рис.3. Зависимость полярных свойств неонолов от длины оксиалкиленового радикала.

Ли (0.80 мм к 1.04 мм соответственно), что делает невозможным их применение в червячных редакторах.. БСП, ОПНФ-12, ППГ(М=2000) уступают по уровню антифрикционных свойств уже применяемым синтетическим товарным маслам. Неонол АФ-9-12 имеег значения коэффициента трения 0.65 и диаметра пятна износа 0.67 мм, находясь по этим показателям на уровне Shell Dent ах W, однако высокая температура застывания +13*С ограничивает возможность использования Неонола АФ-9-12 в реальных условиях.

Результаты исследования триботехнических свойств тре.хкомпонентных смесей Неонола АФ-9-12, триэтиленгликоля it этилкарбитола, имеющих наилучшие свойства по отдельным показателям, представлены в виде диаграмм "состав-свойство" (рис.4,а,б).

еонол аф-<>12 ТЭГ Неонол АФ-9-12 О Г

065 0 055 0 04J 0.042 0 6У 0 70 0.70 0 74 0 S

Выявлен синергизм действия смесей неонола АФ-9-12 (15-28% масс.), триэтиленгликоля (60-75%масс.) и этилкарбитола (5-15% масс.) в снижении износа бронзы (рис.4,б). Антифрикционные свойства таких смесей (коэффициент трения 0.040-0.046) выше, чем у импортных

Рис.4. Диаграммы "состав-свойство" смесей подигликолей:

а) коэффициент трения;

б) диаметр пятна износа, мм.

§ »

§

N*

3

«о

a 3

3

I

л

5

о

■M

«О

a

u г

N* £

5 7 SJ \ 74 -

/У 6 \1 /

1 |/ /

/ / /

/ УГ 1 1 Y^i 1 |

80 160 240

Давление в контакте, МПа

320

• Рис.5. Зависимость интенсивности изнашивания бронзовых дисков I от контактного давления Р при смазывании: 1- этилкарбитолом; 2- триэтиленглнколем; 3 - неонолом АФ-9-12; 4 - смесью № 1; 5 - И-50А; 6 - Shell Dentax W.

синтетических полигликолевых масел Shell Dentax W и Shell Tivela WA (табл. I). Область с центром в точке с концентрациями этилкарбитола 75% масс, и триэтнленгликоля 25% масс, характеризуется повышенными значениями коэффициента трения и диаметра пятна износа по сравнению с окружающими ее точками. •

Неаддитивность триботехнических свойств смесей полигликолей связана, скорее всего, с образованием комплексов с переносом заряда, которые обладают более или менее прочными связями с поверхностью трущихся металлов, чем индивидуальные компоненты. Образованию таких комплексов благоприятствуют высокая полярность полигликолей (£=5.57 для Нсонола АФ-9-12, £=14.57 для триэтнленгликоля и £=18.65 для этилкарбитола) и наличие водородных связей между молекулами.

Исследование противоизносных свойств смесей полигликолей по модифицированной методике РД-50-531 также выявило синергизм смеси пеонола АФ-9-12, триэтнленгликоля н этилкарбитола в улучшении

протнвонзносных свойств (рис.5). Смесь 23%.иеонола АФ-9-12, 68% триэтиленгликоля и 9% этнлкарбитола (далее именуемая как смесь №!) имеет значения к = 5*10 МПа и Ро=238 МПа, более выгодные, чем при смазывании индивидуальными неонолом АФ-9-12, триэтиленгликолсм и этилкарбитолом (к=6.8*10~10 МПа и Ро=225 МПа; к=8.7*10"'° МПа и Ро=172 МПа; к=14.3*10 10 МПа и Ро=88 МПа соответственно), и по этим показателям превосходит товарные масла И-50А (к=25*1б"'°МПа и Ро=63 МПа) и Shell Dentax W (к=6.2*101°МПа и Ро=98 МПа).

Топография поверхности в значительной степени определяет потерн на трение. Профилографирование поверхности износа бронзовых дисков показало, что при смазывании смесью № 1 поверхность износа становится практически гладкой, тогда как при использовании масел И-50 А и Shell Dentax \V на ней наблюдается большое количество неровностей н шероховатостей (рис.6,а). Этим объясняются отличные антифрикционные свойства смесей полиглнколей, так как в результате выглаживания увеличивается фактическая площадь контакта

а) б)

Рис.6. Профнлограммы поверхностен износа бронзы при

смазывании: а) I - смесыо №1,2- И-50А, 3 - Shell Dentax'.W,

б) I - неонолом АФ-9-12, 2 - ТЭГ, 3 - этилкарбитолом.

3 • • 1.2

л

<3

2 .' 3

й 5

Ч 0.8

А

0.7

0.6

0.08

0.07

0 06

0.05

§

а Ч"

а "О»

л £

-35

-5 25

Э.Д.С., тУ

55

85

Рис.7. Зависимость смазочных свойств полигликолей от величины э.д.с. электродной пары "бронза-хлорсеребрянный электрод".

1- неонол АФ 9-4, 2 - неонол АФ 9-6, 3 - неонол АФ 9-10, 4 - нео-нол АФ 9-12,5 - триэтиленгликоль, 6 - этилкарбитол, 7 - смесью № 1.

поверхностей, что ведет к снижению потерь на трение. Наибольший вклад в процесс выглаживания вносят низкомолекулярные триэтиленгликоль и этилкарбитол (рис.6,б), что подтверждается результатами профилографирования поверхности износа бронзы в среде индивидуальных полигликолей и низкими значениями коэффициента трения для этих соединений. Кроме того, уменьшение шероховатости поверхности трения приводит к улучшению условии для реализации гидродинамического эффекта, который реализуется для смесей полигликолей при более высоких контактных давлениях (значения Ро - рис.5).

Измерение э.д.с. электродной пары бронза-хлорсеребряный электрод в среде индивидуальных полигликолей показало, что соединения, наиболее эффективно снижающие трение в контакте "сталь-бронза", имеют большие значения э.д.с. (рис.7). Увеличение значения э.д.с. означает повышение работы выхода электрона, что. скорее всего.

0 09

0.9

. юо

45

5 50 и 25

-25

-50

18 22 26 30 34 38

Концентрация кислорода в молекуле, %масс.

Рис 8. Влияние содержания кислорода в молекуле полигликолей на величину Э.Д.С. электродной пары "бронза-хлорсеребряный электрод".

свидетельствует об образовании новой фазы на поверхности бронзы, благоприятствующей процессу выглаживания. Причем, величина э.д.с. для различных полигликолей связана с концентрацией кислорода в молекуле (рис.8), из чего можно сделать вывод, что образование новой поверхностной фазы связано с окислительными процессами под действием кислорода смазочного материала. Взаимодействие кислородсодержащих радикалов молекул полигликолей с поверхностью происходит, главным образом, на вершинах микронеровностей, в результате чего создаются условия для сглаживания шероховатостей. Повышение износа при одновременном снижении коэффициента трения для низкомолекулярных триэтнленгликоля и этнлкарбитола (рис.7) свидетельствует, по-видимому, о преобладании коррозионно-механического изнашивания с образованием очень гладкой поверхности трения. Оптимальными смазочными свойствами обладают смеси низкомолекулярных полигликолей (триэтиленгликоль и этилкарбитол), обладающих приработочным эффектом выглаживания поверхности, с высокомолекулярными (неонол АФ-9-12), которые, благодаря наличию длинных углеводородных радикалов, образуют прочные полнмолекулярные слои в зацеплении. В

результате, при смазывании такими смесями пары трения "сталь-бронза" достигаются низкие значения как коэффициента трения, так и износа.

Одним из направлений применения полигликолевых масел является их использование на морском и речном транспорте, где эксплуатируется большое количество редукторов с червячными

Таблица 2. Защитные свойства смесей полнгликолей с ингибиторами коррозии.

Метод испытаний Смесь №1 Смесь № 1 + 4% масс, композиции А Б В

Защитные свойства при погружении в 3% р-р №С1, содержащий 20% продукта, сталь 10, коррозия за 1 сутки, */« 100 0 0 0

Защитные свойства в камере Г-4, сталь 10, коррозия за 1 сутки, % 100 0 5-8 5-8

Водовытссненис на стальном диске, мм «11 А2 63 60 45 0 80 65 40 90 70 50 90 70 50

Коррозионно-усталост-ная прочность при на-водораживании, время до разрушения образца, часы 2 3.5 6 4

Состав композиций ингибиторов коррозии, % масс.: А - 22% СКМ, 66% триэтол, 5% бензтриазол, 7% винипол, Б - 22% СКМ, 66% ЗКП, 5% бензтриазол, 7% винипол, В - 22% СКМ, 33% ЗКП, 33% триэтол, 5% бензтриазол, 7% винипол.

передачами. п этом случае, наряду с триботехническимн, первостепенную роль играют защитные свойства масла.

При изучении защитных свойств полшликолей с композициями присадок было показано, что наиболее эффективными являются композиции на основе водо-маслорастворимых ингибиторов коррозии С.КМ, Триэтол, ЗКП и бензтриазола в сочетании с присадкой винипол. Состав композиций и защитные свойства смесей полнгликолей с 4% концентрацией ингибиторов коррозии представлены в табл.2. СКМ выполняет функцию водовытесняющего компонента и обладает быстродействием; триэтол и ЗКП - ингибиторы коррозии стали хемосорбционного типа, образующие прочные пленки на поверхности металла; винипол способствует образованию дополнительного гидрофобного слоя; бензтриазол - ингибитор коррозии меди и медных сплавов.

В главе 4 представлены данные стендовых испытаний опытных образцов масел, сравнительная характеристика товарных масел для червячных редукторов.

По результатам лабораторных испытаний были составлены опытные смеси полнгликолей (табл.3).

Таблица 3. Состав опытных образцов смесей полнгликолей для смазывания червячных редукторов.

Опытный образец Концентрация, % масс. Неонол АФ-9-12 Триэтнленгликоль Этилкарбитол

1 40 50 10

2 50 40 10

3 50 50 —

4 23 68 9

Стендовые испытания проводили в Центре испытаний лифтов Карачаровского механического завода на полноразмерном редукторе РЧ-160-40 по методике, включающей измерение температуры масла в картере и КПД редуктора (табл.4).

По результатам лабораторных и стендовых испытаний был предложен состав энергосберегающего масла "Неолюб" на основе полигликолей для смазывання червячных редукторов (соответствует по составу опытному образцу №4).

Таблица 4. Стендовые испытания масел для червячных редукторов (редуктор РЧ-160-40, Мкр=1300Н*м, продолжительность 3 ч).

Масло кпд,% Температура масла в редукторе, *С

Опытные образцы: 1 81 78

2 84 72

3 84 76

4 86 62

Неонол- АФ-9-12 73 68

И-50 А 70 85

ТМ-3-18 чрк 80 75

Shell Dentax W 82 73

Установлено, что по сравнению с нефтяными маслами, применяемыми в настоящее время для смазывания червячных редукторов, масло "Неолюб" обеспечивает повышение КПД редуктора на 10-15 % и снижение рабочей температуры масла на 20-25'С, и превосходит по этим показателям зарубежный аналог Shell Dcntax W. Кроме того, при замене масла И-50-А на "Неолюб" нагрузочная способность редуктора повышается более, чем на 50 %.

Таблнца 5. Сравнительная характеристика масел для червячных редукторов

Показатели Неолюб БЬеЦ И-50А ТМ-3-18

Оеп1ах (чрк)

Вязкость кинематическая, мм2/с

при 100°С................... 8.5 24.7 10.2 22.9

Плотность при 20°С, кг/мЗ..... 1025 1025 910 904

Индекс вязкости............. 202 200 80 96

Температура, °С:

вспышки в открытом тигле.. 143 270 225 230

застывания................ -10 -27 -15 -27

Смазочные свойства на ЧШМ:

Рк, Н................. 860 840 620 890

Рс, Н.................. 1900 1900 1100 2200

по методу "шар-три диска",

200 Н: ¿и, мм............. 0.65 0.74 1.12 0.71

коэффициент трения . 0.042 0.066 0.092 0.069

Биоразлагаемость за 21 сутки,% 100 100 30-40 30-40

Стоимость, млн.руб/т......... 5.7 20.8 1.6 3.7

Сравнительная характеристика товарных масел для червячных редукторов представлена в табл.5.

Организовано промышленное производство масла "Неолюб" на ПО"Нижнекамскнефтехим" в объеме до 1000 тонн в год. Экономический эффект от применения масла "Неолюб" взамен нефтяных масел для смазывания червячных редукторов за счет снижения потерь на трение и экономии электроэнергии, а также за счет продления службы масла в редукторе составляет более 28 млн.руб/т (в ценах 1996 года).

ВЫВОДЫ

1. При участии автора разработано энергосберегающее синтетическое масло "Неолюб" для червячных редукторов, представляющее собой смесь полигликолей. Состав масла защищен авторским свидетельством Российской Федерации (положительное решение патентной экспертизы по заявке № 94009333/04 от 16.03.94 г.). Опытная партия масла произведена на ПО"Нижнекамскнефтехим" и внедрена через систему предприятий МГМП"Мослифт" для смазывания червячных редукторов лифтов.

2. Показано, что оптимальными смазочными свойствами в контакте "сталь-бронза" обладают смеси высокомолекулярных полигликолей с длинными углеводородными и оксиалкиленовыми радикалами (неонол АФ-9-12, М=740), обеспечивающими высокий уровень противоизносных свойств с низкомолекулярными (триэтиленгликоль М=150, этилкарбитол М=134), обеспечивающими высокий уровень антифрикционных свойств. При смазывании смесью с концентрациями триэтиленгликоля 60-75%, неонола АФ-9-12 15-28% этилкарбитола 5-15% наблюдается синергизм действия компонентов, заключающийся в снижении износа бронзы при трении по стали.

3. Установлено, что наилучшими противоизносными свойствами обладают полигликоли с высокими значениями поляризации, которая характеризует способность вещества образовывать прочные пленки с металлической поверхностью. Наибольшие значения поляризации характерны для оксиалкилированных алкилфенолов с длинными углеводородными и оксиалкиленовыми радикалами - неонол АФ-9-12, ОПНФ-12.

4. Высказаны соображения о механизме антифрикционного действия полигликолей в контакте "сталь-бронза", связанным преимущественно с выглаживанием поверхности трения под действием низкомолекулярных полигликолей, что приводит к увеличению фактической площади контакта. Наиболее гладкая поверхность трения наблюдается при смазывании низкомолекулярными триэтиленгликолем и этилкарбитолом, имеющими наивысшие значения э.д.с. электродной пары "бронза-хлорсеребряный электрод" (85 тУ и ЮОтУ соответственно), что, по-видимому, свидетельствует об образовании новой фазы на поверхности бронзы (главным образом, на вершинах микронеровностей)- В результате создаются оптимальные условия для выглаживания шероховатостей.

5. Разработана композиция ингибиторов коррозии, которая при концентрации 4% масс, обеспечивает высокий уровень защитных свойств полигликолей в тонкой пленке и в объеме электролита и эффективна в плане снижения водородного износа. В состав композиции входят следующие ингибиторы коррозии: СКМ (22% масс.) - обладает хорошими водовытесняющими свойствами и быстродействием; Триэтол (33% масс.) и ЗКП (33% масс.) - ингибиторы хемосорбционного действия; присадка Винипол - для образования дополнительного слоя на поверхности металла и Бензтриазол - ингибитор коррозии меди и медных сплавов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Стерхов А.В., Багдасаров Л.Н., Фукс И.Г. Разработка трансмиссионного синтетического масла для червячных передач. Тез.докл.

международной конференции "Современное состояние производства и применение смазочных материалов" . Фергана, 1994, с.59.

2. Лашхи В.Л., Сайдахмедов И.М., Стерхов A.B. Некоторые особенности применения смазочных материалов в технике. Там же, с. 52.

3. Стерхов A.B., Багдасаров Л.Н., Фукс И.Г., Сморженков Г.В. Сравнительные лабораторные и стендовые испытания масел для червячных редукторов. Нефтепереработка и нефтехимия, М., ЦНИИТЭнефтехим, 1994, №9.

4. Стерхов A.B., Багдасаров Л.Н., Фукс И.Г., Коренев К.Д., Заворотный В.А. "Неолюб" - новое синтетическое масло для червячных передач. Тездокл. научно-технической конференции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России". Москва; 1994, с. 323.

5. Стерхов A.B., Багдасаров Л.Н. Повышение экономичности и износостойкости червячных редукторов путем применения синтетических полигликолевых масел. Тез.докл. Научно-технического семинара "Рациональное использование топлив и смазочных материалов". Суздаль, 1996, с. 39.

6. Стерхов A.B., Багдасаров Л.Н., Облащиков И.В. Улучшение работоспособности червячных передач путем применения синтетических полигликолевых масел. Тез.докл. 2-й международной конференции "Актуальные проблемы переработки нефти и перспективы производства смазочных материалов в Узбекистане", Ташкент, 1996, с 159.