Жиркин Ю.В. Надежность, эксплуатация и ремонт металлургических машин. Учебник. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

В результате химических реакций жирных кислот с метал-

лической поверхностью образуются мыла, снижающие трение.

Наибо

ни желез ний.

ские свя стью металла с образованием химически

модиф ц

ных элем

цированн ои, состоящие из соединений железа с S, Cl, P.

Моди т снижение

трени н

Мо сть, так

как в ам металл, а менее

прочный ю долю в кото-

ом составляет активный

элемент присадки. В результате этого

место интенсивного изнашивания металла происходит потеря

ассы присадки, воспроизводимой из смазочного материала.

яв-

яться при температуре 100…150°С. Сульфидные пленки эффек-

ивны

т фос-

фидны

износостойкостью. По-

верхн играции по поверх-

ности ны, вызывая адсорбционное

пласт

лее активны медь, кадмий, цинк, магний, в меньшей степе-

о, алюми

Прилегающий к твердому телу монослой образует химиче-

зи с поверхно

и ированных слоев при наличии таких химически актив-

ентов, как

S, Cl, P. В этом случае образуются модифи-

ые сл

фицированные слои не только обеспечиваю

я, о и являются более активными адсорбентами.

дифицированные слои повышают износостойко

процессе трения разрушается не с

модифицированный слой, существенну

Эффективность присадок, содержащих Cl, начинает про

т при более высоких температурах, но коэффициент трения

несколько выше. Самый высокий коэффициент трения имею

е пленки, но они обладают высокой

остно-активные вещества в результате м

могут проникать в микротрещи

ифицирование (эффект Ребиндера) и, как следствие, разру-

шение тонкого поверхностного слоя. Если такой процесс локализу-

ется на микронеровностях, то происходит их сглаживание, идет

процесс приработки и улучшения смазывания поверхностей.

QFQ

Рис. 7.9. Схема адсорбционно-расклинивающего действ

полярных молекул смазочного материала:

F – давление адсорбированого слоя; Q – расклинивающие силы

ия

111

При высоких нагрузках процесс разрушения поверхностей

проникает на большую глубину и граничные слои ведут себя не

как смазочные, а скорее как режущие.

При граничной смазке проявляется еще один эффект –

“эффект Дерягина”, когда ориентированные граничные ои спо-

собны оказывать расклинивающее действие, выражающееся в

утоньшению под

ничного слоя ока-

астанию силы трения и повреждению поверхностей,

ние температуры в присутствии химически актив-

ых д

слоев, следствием

его я

алы

лько видов смазочных материалов:

);

тствуют сернистые соединения, смолы, нафтеновые кисло-

ы.

сл

сопротивлении слоя смазочного материала

действием нагрузки (

рис.7.9).

Значительное влияние на прочность гра

зывает температура. Повышение температуры приводит к рез-

кому возр

свидетельствующее о разрушении граничного смазочного слоя,

т.е. о дезориентации и десорбции молекул ПАВ.

Повыше

н обавок в смазочном материале интенсифицирует процесс

образования химически

модифицированных слоев, обеспечи-

вающих снижение трения и износ. Дальнейший рост температу-

ры ведет к разрушению модифицированных

ч вляется адгезионное изнашивание.

Разрушение граничного сл я может вызываться и пласти-

ческой деформацией поверхностей в сопряженном контакте.

7.6. Смазочные матери

7.6.1. Общая характеристика

Для снижения трения и скорости изнашивания широкое

распространение

получили смазочные материалы. Различают

неско

- жидкие смазочные материалы (ЖСМ);

- пластичные смазочные материалы (ПСМ);

- твердые смазочные материалы (ТСМ);

- газообразные смазочные материалы (ГСМ

По происхождению ЖСМ подразделяются на:

- минеральные (нефтяные и сланцевые);

- жировые (растительные и животные);

- синтетические.

Минеральные масла представляют сложную смесь угле-

водородов (парафиновых, нафтеновых,

ароматических). В них

прису

112

Чистые пазоне тем-

ератур -40°С…+50°С. Эксплуатационные свойства масел

масла обладают лучшими антифрикционными

войс

избирательный перенос;

матер

разла

нефтяные масла работоспособны в диа

улучшают путем введения присадок. Эти масла наиболее широ-

ко используются для смазывания узлов трения механизмов ме-

таллургических машин.

Жировые

с твами, чем чисто нефтяные масла, но являются менее ста-

бильными в эксплуатации, быстро окисляются, особенно

при по-

вышенной температуре. Работоспособны при температурах -

20°С…+100°С. В чистом виде используются в основном в про-

цессе холодной прокатки полос, в качестве присадок к нефтяным

маслам и при производстве ПСМ.

Синтетические масла пока не используются в узлах тре-

ия мен таллургических машин из-за их высокой стоимости.

Они работоспособны в

диапазоне температур -60 –

+400°С.

Применение ЖСМ обеспечивает в узлах трения:

- режим жидкостной смазки;

- интенсивный теплоотвод;

- фильтрацию продуктов износа.

Пластичный смазочный материал (ПСМ) представляет со-

ой сиб стему, состоящую из жидкой среды, которая удерживается

в структурном каркасе загустителя. В качестве жидкой среды ис-

пользуются ЖСМ (от 70 до 95% по массе), преимущественно ми-

неральные масла. В качестве загустителя используются мыла

жирных кислот, твердые углеводороды, пигменты, силикагель,

бентонитовые глины. Для улучшения эксплуатационных свойств

вводятся присадки и наполнители (до 10% по объему).

Применение ПСМ обеспечивает в узлах трения:

- режим граничной смазки;

- защиту от коррозии;

- снижение вибрации;

- снижение трения и износа;

- уплотнение зазоров

в сопряжениях.

Твердые смазочные материалы (ТСМ) и твердые анти-

фрикционные покрытия применяются тогда, когда не могут при-

меняться ЖСМ и ПСМ, т.е. при температурах застывания этих

иалов и при высоких температурах, когда эти материалы

гаются и испаряются.

113

Твердые смазочные материалы подразделяются на неор-

ганические и органические. Из неорганических твердых смазоч-

ных материалов наиболее широкое распространение получили:

графит, дисульфид молибдена

MoS , дисульфид вольфрама

. Из органических ТСМ широко используются по-

итетрафторэтилен (ПТФЭ), полиамиды.

ростных уз

наиболее

Газовые смазочные материалы используются в высокоско

лах трения при

.10000

мин

n >

об

от способа получения нефтяные масла раз-

личаю

лятны

7.6.2. Классификация минеральных масел

В зависимости

т:

- дистиллятные (полученные из масляных дистиллятов по-

сле вакуумной перегонки мазута);

- остаточные (полученные из гудрона);

- компаундированные (путем смешивания базовых дистил-

х и остаточных масел);

- загущенные (с полимерными присадками).

По назначению масла подразделяются на:

- индустриальные;

трансмиссионные;

- моторные;

- энергетические (турбинные, трансформаторные, электро-

изоляционные, конденсаторные, кабельные, компрессорные, для

выключателей);

- технологические;

- теплоносители;

- специальные (пропиточные, парфюмерные, медицинские,

для цепей туннельных печей и др.).

В узлах трения металлургических машин в основном ис-

пользуются индустриальные и трансмиссионные масла.

В соответствии со стандартом ГОСТ 17479.4-87 “Смазоч-

ные материалы индустриальные”, разработанном на

основании

международного стандарта ИСО 3448-75, индустриальные масла

подразделяются по вязкости на 18 классов с кинематической

вязкостью

40=

сммv

1500...2=

при температуре

114

По прежней классификации значение вязкости в обозначе-

нии марки минерального масла приводилось для эталонных

температур

50 и C100 .

Пр

имер обозначения индустриальных масел по прежней и

ействующей классификациям

Эталонная температура t, °С

50 40 100 40

И-12 H И-Л-А-22 Цилиндровое-11 И-Т-А-100

ИГП-14 И-Л-С-22 МС-14 И-Т-А-220

И-20 А И-Г-А-32 МС-20 И-Т-А-320

ИСП-40 И-Т-D-68 П-28 И-Т-А-460

И-50 А И-Г-А-100 Цилиндровое-24 И-Т-А-460

ИГП-72 И-Г-С-100 Цилиндровое-38 И-Т-А-680

ИТП-2 И-Т-А-680 00 И-Т-D-460 П-40

ИТП-3 И-Т-А-1000 00 И-Т-D-680 Цилиндровое-52

[1-2-3

В обозначение индустриальных масел входят символы,

отражающие область применения, эксплуатационные свойства и

класс вязкости.

Порядок символов. Характеристика символов

-4]

| | | |

значение вязкости в смм

| | | | 2,3,5,7,10,15,22,46,68,100,150,220,460,680,1000,1500

| | |

эксплуатационные свойства .

| | | А - масла без присадок

| | |

→А+антиокислительные, антикоррозионные присадки

| | | С

→В+противоизносные

| | | D

→С+противозадирны

| | | Е

→D+противоскачковые

| |

| | область применения .

| | Л(F)-легконагруженные узлы трения

| | Г(Н)-для гидравлических систем

| | Н(G)-для направляющих скольжения

| | Т ы трения (С)-тяжелонагруженные узл

115

| И – индустриальные масла

7.6 асел

.3. Показатели физических свойств минеральных м

Вязкость

Различают вязкость динамиче-

скую

При подборе минеральных масел значение вязкости явля-

ется определяющей величиной.

–

η и кинематическую –

. В системе СИ за единицу дина-

мической вязкости принята Паскаль ·секунда (Па ·с), за единицу

кинематической вязкости – м

/с. Для характеристики вязкости

минеральных масел используются более мелкие единицы изме-

рения – мПа ·с и мм

/с. Соотношение между динамической и ки-

нематической вязкостью определяется зависимостью:

=ν , (7.11)

где

ρ – плотность минерального масла.

На вязкость существенное влияние оказывает температу-

ра. В инженерных расчетах значение вязкости в зависимости от

температуры можно определить по формуле Прокофьева:

tэt

⎟

⎞

⎜

⎛

⋅ν=ν

, (7.12)

⎠⎝

где

tэ

ν – значение динамической вязкости при эталонной темпе-

ратуре

(40, 50, 100

С);

t – температура, при которой определяется вязкость смазоч-

ного материала, как правило рабочая температура;

n – коэффициент, определяемый из зависимости:

1 lg( )

,lg(t)

−

. (7.13)

Для характеристики изменения вязкости в зависимости от

емпературы существует так называемый индекс вят зкости – ИВ.

сли ИВ находится в пределах 85…95, то минеральное масло име-

т .

Че

е удовлетворительную вязкостно-температурную характеристику

м выше ИВ, тем с меньшей интенсивностью изменяется вязкость

116

с изменением температуры, тем надежнее реализуется режим жид-

костной смазки в бол диапазоне. ее широком температурном

Температура застывания

Температурой застывания условно считается та темпера-

тура, при которой масло, помещенное в пробирку, не меняет по-

ложен

ие мениска (на глаз) при повороте пробирки из вертикаль-

ного положения в наклонное под углом 45

Температура вспышк

атура, при которой мгновенно вспыхивают нако-

ившиеся газообразные углеводороды при приближении откры-

того пламени. Чем вы шки, тем более ста-

бильно минеральное масло.

Темпер

ше температура вспы

Кислотное число

Кислотное число характеризует количество щелочи КОН в

мг, необходимой для нейтрализации кислот, находящихся в 1 г.

масла

инерального масла.

. Присутствие кислот, особенно низкомолекулярных, вызы-

вает интенсивную коррозию металлов. Повышение кислотного

числа характеризует старение м

Анилиновая точка

Это температура, при которой равные объемы минераль-

ного м

е ИВ.

асла и анилина разделяются на две фазы. Чем выше тем-

пература разделения смеси, тем больше в масле ароматических

соединений, тем ниж

Противозадирные свойства

Характеризуются индексом задира –

и нагрузкой за-

едания –

кр

P .

0 г

Р d

⋅

= ,

где

Р – нагрузка

вой машине

прижатия верхнего шара им в четырех-

шарико трения;

к нижн

117

– диаметр площадки упругой деформаци в;

являются ост е масла. Для

по 9490-75. Для

=0,8…1,1 мм.

Фильтрация масел

др

грязнены уж луатации (остатки материала, обра-

овавшиеся при изготовлении, частицы, попавшие в момент сбор-

ки).

износа ний через вентиляционные

отве При

этом

до 100 млн. частиц

разм

ями (заклинивание, более длительный рабо-

чий цикл за счет изно ция подшипников, от-

сутствие необходимого давления, п

ла). Поэтому необход

рация масла. С этой целью

ют ные фильтры гру-

бой очистки и рабочие фильтры сверхтонкой очистки. Первые

задерживают крупные частицы, размер

больше зазоров. Рабочие фильтры удаляют частицы до 5 мкм и

щее влияние на износ узлов

азывает и их количество.

арт ИСО 4406 на чисто

ляется количество частиц

стиц размером более 15 мкм в 100 мл

рживают частицы размером более

м к службы узлов трения,

аботающих в режиме эластогидродинамической смазки. Суще-

ственно повышается срок службы

частиц менее 1

В процес ть не только час-

ицы загрязняющих ве икающую в систему.

Вода способствует к оренному старению

масла, особенно при наличии частиц железа или меди, которые

являю

и шаро

Более износостойкими

d – диаметр пятна износа.

аточны

ГОС

их

d =0,6…0,8 мм при

нагрузке 196 Н Т

истиллятных масел

7.6.4.

Любая система смазывания и ги авлическая система за-

е до начала эксп

Степень загрязнения системы увеличивается вследствие

за счет попадания загрязне

рстия, уплотнения, в процессе проведения ремонтов.

одном литре масла может находиться

ером более 1 мкм.

До 80% отказов в смазочных и гидравлических системах

вызваны загрязнени

са сопряжений, вибра

овышение температуры мас-

я постоянная фильт-има соответствующа

использу защит

ы которых значительно

сводят износ до минимума. Решаю

трения наряду с размерами частиц ок

Разработан международный станд

ту масла. По этому стандарту опреде

размером более 5 мкм и ча

жидкости.

Обычные фильтры заде

25 км, что определяет невысокий сро

таких узлов при фильтрации

мкм.

се эксплуатации необходимо удаля

т ществ, но и воду, прон

авитации, коррозии, уск

тся катализаторами старения масла при наличии воды. На-

118

ряду с этим вода способствует осаждению присадок, уменьшению

толщины смазочной пленки, ускоренному износу шестеренчатого

насоса.

ерация минеральных масел

Продукты окислен другие примеси, нака-

пливающиеся в масле в процес эксплуатации, резко снижают

его ка

- отстой, адсорбционная очистка, фильтрация;

- отстой, о ционная очистка,

фильтрация;

- отстой, обработка кислотой и щелочью, адсорбционная

очистка, фильтрация.

Отстой отраб сей и воды

наиболее эффективен

при 80 …90 С. Время отстоя 24…48 ча-

сов.

Для фильтр лические сетки,

лотные ткани, бумагу, картон, отбеливающие земли.

Наиболее эффективным способом удаления из масла ас-

фальтосмолистых вещ ве ад-

ент

п олучить

п установках. В этом случае

следующие процессы:

- ос ических при-

7.6.5. Реген

ия, загрязнения и

се

чество. Для восстановления первоначальных свойств ма-

сел или существенного снижения количества продуктов окисле-

ния и

воды разработаны различные способы регенерации. Про-

стейшими технологическими процессами регенерации являются:

- отстой и фильтрация;

бработка щелочью, адсорб

- отстой, обработка кислотой, адсорбционная очистка,

фильтрация;

отавших масел от механических приме

о о

ации масла применяют метал

Малозагрязненные и малообводненные масла (до 0,3%) в

циркуляционных смазочных системах очищают сепараторами

при подогреве масла до 60…70

С.

Серно-кислотную очистку применяют для глубоко окислен-

ных отработавших масел.

Обработка щелочью служит для удаления из масла орга-

нических кислот и остатка свободной серной кислоты.

еств является адсорбция. В качест

сорб ов применяется активированный уголь и отбеливающие

земл . Наиболее глубокую

очистку минеральных масел, практи

чески олное восстановление исходных свойств можно п

на с ециальных регенерационных

технологический процесс включает

аждение (грубое удаление воды и механ

месей);

119

- атмосферная перегонка (удаление низкокипящих фрак-

ций и воды);

- серно-кислотная очистка с последующей нейтрализаци-

- лого гудрона);

- вак

евязких дистиллята и остаток);

ние имеют их эксплуа-

, наиболее важными являются:

- стабильность, как коллоидных систем;

- триботехнические свойства.

К объемно-механическим свойствам

прочн

ываемой поверхности

щими нагне-

тателями можно подавать ПСМ вяз

В централизованных смазочных

на сдвиг

в еханического нагружения есть механическая

стабил характеризуется индексом разрушения –

и индексом восстановления – К

ей известью (удаление продуктов окисления и приса-

док);

фильтрование (удаление кис

уумная перегонка (разделение на один или два ма-

ловязких и средн

- очистка отбеливающими глинами;

- компаудирование и введение присадок.

7.6.6. Пластичные смазочные материалы и их свойства

При подборе ПСМ решающее значе

тационные характеристики

- объемно-механические свойства;

относятся: предел

ости на сдвиг и разрыв, вязкость, механическая стабиль-

ность, термоупрочнение, пенетрация. Предел прочности

на сдвиг

определяет каркас загустителя. Для большей части ПСМ в ин-

терва

ле температур t=20…120

С предел прочности составляет

=σ

0,1…2 кПа. При меньших значениях смазочный материал

вытекает из узла трения, при больших значениях затрудняется

его доступ к смаз .

ожность подачи и заправки ПСМ Вязкость определяет возм

в узлы трения при низких температурах. Существую

костью не более 5…10 кПа ·с.

системах вязкость ПСМ не

должна превышать 80 Па ·с.

ого каркаса ПСМ начинает После разрушения структурн

течь подобно жидкости. С увеличением скорости течения (скоро-

сти деформации) до 10 с

-1

вязкость смазочного материала пони-

жается в сотни и тысячи раз.

В результате интенсивного и длительного сдвига изменя-

тся предел прочности. Изменение предела прочностие

под оздействием м

ьность, которая

120