Эксперт Ойл
Введите название продукта:



Эксперт-ойл / Статьи / Трансмиссионные масла. Часть III
Главная страницаКарта сайтаe-mail

04.08.2012
Трансмиссионные масла. Часть III


6. Трансмиссионные масла для индустриальных зубчатых передач

С точки зрения производителей смазочных материалов, трансмиссионные масла для индустриальных зубчатых передач отличаются от автомобильных трансмиссионных масел большим многообразием и большим числом комбинаций типов и размеров зубчатых передач (см. рис. 5, трансмиссионные масла часть 1). Главным образом следует напомнить о червячных передачах, планетарных передачах, геликоидальных косозубых и цилиндрических прямозубых передачах с перекрестными осями. Индустриальные зубчатые переда- чи также отличаются от автомобильных трансмиссий большим многообразием возможных условий эксплуатации и рабочих условий. Они отличаются намного более высоким крутящим моментом и характеристиками, связанными с явно большими размерами кожухов. Вместе с тем большие размеры зубчатых передач предполагают большие объемы смазочных материалов. Учитывая условия эксплуатации индустриальных зубчатых передач, сроки службы смазочных масел для них, несомненно, должны быть выше, чем для автомобильных трансмиссий (см. рис. 3).
     За редким исключением масла, применяемые для индустриальных трансмиссий, слабо легированы и представляют собой смазочные материалы с невысокими по сроку службы характеристиками. По сравнению с автомобильными трансмиссионными маслами комплекс требований, которому одновременно отвечают индустриальные жидкости, меньше. Потребитель индустриальных трансмиссионных масел обязан регулярно и пунктуально выполнять инструкции и рекомендации производителя зубчатых передач по срокам смены трансмиссионного масла, соблюдая при этом требования по совместимости отработанного масла с окружающей средой.
     В отличие от автомобильных зубчатых передач, смазка индустриальных трансмиссий может также различаться по типу. Автомобильные трансмиссии оснащены системой погружения в масло или впрыска. В зависимости от условий эксплуатации индустриальные трансмиссии смазывают вручную (капельницей или наливом), в картере, масляным туманом или впрыскиванием масла. Часто встречаются крупные смазочные системы, например печатные станки или бумагоделательные машины, заправляемые несколькими сотнями литров смазочного масла. На рис.24 дано схематическое представление о смазочных системах, чаще всего применяемых в настоящее время.
 

Схема системы смазки крупных индустриальных трансмиссий

     При смазке с помощью смазочной системы общий объем масла не должен быть слишком маленьким для обеспечения деаэрации масла. В этом отношении очень важную роль играют деаэрирующие свойства и склонность масла к пенообразованию, потому что воздух — плохой смазочный материал. Чистота смазочного масла, работающего в системе, является одним из центральных факторов, обеспечивающих долговечность зубчатых передач, следовательно, фильтрация и фильтруемость масла имеют немаловажное значение.
     Кроме того, необходимо также точно учитывать зависимость прокачиваемости масла от его вязкости, особенно при холодных температурах и во время пуска таких систем. Неправильный выбор вязкости может привести к отказу всей системы. Нет сомнения в том, что различные смазочные масла для индустриальных трансмиссий должны отвечать максимально возможным техническим требованиям. Кроме того, они также должны отвечать конкретным требованиям системы: стремлению владельцев оборудования к увеличению интервалов между сменой масла. В сравнении с маслами для автомобильных трансмиссий число спецификаций на индустриальные трансмиссионные масла, разработанных в мире, довольно мало. Важные спецификации, опубликованные производителями и конечными пользователями зубчатых передач, перечислены в табл. 14

 

 Таблица  14. Спецификации на индустриальные трансмиссионные масла

 API  GL-2
 АМАA  520 Part 6,7
 АМАA  520 Part 9
 AGMA  9005-E02
 AGMA  250.04,251.02
 David Brown  S1.53101
 US Steel  224
 Cincinnati Milicron  P-47, 50, 53, 63, 74
 GM  LS2 Part 1,2, 3,4
 Rockwell International  0-76
 DIN  51517
 Flender  Sheet A
 Winergy  02.05.2003



     Эти спецификации охватывают как простые динамико-механические методы испытания и тестеры общих компонентов, так и стандартные методы испытаний с роликовыми подшипниками и зубчатыми передачами. Наряду с этими спецификациями, применяемыми во всем мире, многие производители трансмиссий издают свои собственные, более сложные спецификации, с более жесткими требованиями к смазочным маслам для своих индустриальных зубчатых передач.
     Большинство этих спецификаций включают строгие ограничения в физикохимических и механико-динамических стандартных методах испытания. В большинстве случаев требуется детальная информация об описанных ниже свойствах смазочных масел.

6.1. Вязкостно-температурные характеристики

По окружающим эксплуатационным условиям необходимые вязкостно-температурные характеристики предполагают соответствие очень высоким требованиям. Большое значение имеет диапазон вязкости базового масла. Во всем мире масла для индустриальных трансмиссий подлежат маркировке с указанием ISO класса вязкости. В американском регионе чаще применяют классификацию AGMA.
     Индекс вязкости (ИВ) — безразмерный показатель, характеризующий изменения вязкости жидкостей в зависимости от изменения температуры. Чем выше индекс, тем меньше изменение вязкости при изменении температуры. Несмотря на то, что жидкости становятся менее вязкими по мере повышения температуры, вязкость жидкости с более высоким ИВ изменяется в меньшей степени, чем вязкость масла с более низким ИВ. Эта стойкость вязкости к изменениям температуры имеет важные последствия в реальной жизни. Жидкость с высоким ИВ может использоваться всесезонно. Высокоиндексная жидкость позволяет работать при более низких температурах, исключая неплановые простои из-за перегрева: она также позволяет эффективно и бесперебойно работать при высоких температурах и обеспечивает легкий низкотемпературный запуск. Это увеличивает температурный диапазон эксплуатации трансмиссий. Высокоиндексные жидкости обладают лучшими низкотемпературными свойствами, чем стандартные трансмиссионные гидравлические жидкости. Это означает, что при низких температурах жидкость данного класса вязкости (ISO VG) будет иметь вязкость, аналогичную вязкости жидкости более низкого класса. Подбором этих характеристик можно идентифицировать жидкость, отвечающую требованиям, предъявляемым к высокоиндексным (всесезонным) маслам.

6.2. Стойкость жидкости к сдвигу

Еще одним важным аспектом, характеризующим трансмиссионные масла, является стабильность вязкости и ИВ в условиях эксплуатации. Жидкости могут быть получены на базе высокоиндексных масел (например, дорогостоящих синтетических масел) и/или путем введения полимеров, которые называют присадками, улучшающими индекс вязкости (VII), в композицию. VII (Viscosity index improver - присадки, улучшающие индекс вязкости) — хорошо изученная и широко применяемая технология, впервые внедренная для производства всесезонных масел в 40-х гг. прошлого столетия. Она находит применение для этих целей до настоящего времени для производства высокоиндексных масел и множества других смазочных материалов, например трансмиссионных жидкостей, трансмиссионных масел и гидравлических жидкостей. Современные зубчатые передачи и гидравлические системы передают большие усилия на применяемые в них жидкости. Базовое масло и большинство присадок не испытывают воздействий этих сил, но при некоторых обстоятельствах этому воздействий могут подвергаться вязкостные присадки (VII).
В худшем случае силы сдвига разрывают VII на мелкие кусочки, что приводит к снижению вязкости и ИВ жидкости. Следовательно, преимущества высокоиндексной жидкости могут быть утрачены в процессе эксплуатации.
     Современные VII обладают стойкостью к сдвигу, так как они низкомолекулярны и выпускаются в промышленных масштабах, так что эту проблему можно считать решенной.

6.3. Защита от коррозии и ржавления

Коррозия и защита от нее играют очень важную роль для смазочных материалов, применяемых в индустриальных трансмиссиях. С учетом требуемых удлиненных сроков смены индустриальных трансмиссионных масел, сильная коррозия может привести к неожиданно скорому отказу подшипников, зубчатых передач и других важных компонентов трансмиссий. Поэтому современные спецификации предусматривают проведение различных испытаний для определения антикоррозионных свойств смазочных масел для трущихся пар железо—сталь, медь и другие цветные металлы. Некоторые области применения индустриальных масел, например в трансмиссиях, работающих в прибрежном шельфе, усложняются из-за присутствия морской воды в зубчатых передачах. Поэтому требуются специальные методы испытания.

6.4. Окислительная стабильность

Окислительная стабильность снижает старение масла. Старение смазочного масла связано с изменением вязкости и с повышением кислотного числа. С помощью некоторых методов испытания можно определить характеристики старения масла путем изменения кислотного числа. Кислотное число служит для определения того, сколько миллиграммов щелочи (КОН) требуется для нейтрализации одного грамма кислоты, содержащейся в масле. В настоящее время чувствительные зубчатые передачи испытываются на регулярной основе. В случае заметного изменения кислотного числа производители смазочных масел рекомендуют сменить масло.

6.5. Температура вспышки и температура застывания

Температура вспышки — это самая низкая температура, при которой объемы паров еще выделяются из испытуемого образца в определенных условиях до такой степени, что над уровнем жидкости совместно с воздухом они образуют воспламеняемую смесь. Низкая температура вспышки масла приводит к крупным потерям на испарение в зависимости от локальных температур масла. Температура застывания идентична температуре, которая на 3 °К выше температуры, при которой жидкость утрачивает текучесть в условиях испытаний. В зависимости от области применения почти во всех спецификациях предусматривается определение температур вспышки и застывания.

6.6. Деэмульгируемость и водоотделение

Вода — плохой смазочный материал, усиливающий коррозию, поэтому ее следует хранить вдали от масла. Однако часто бывает невозможно предотвратить попадание воды в масло. Если содержание воды в масле превышает определенные пределы, остается единственная возможность — слить масло или разделить его на масляную и водную фазы. В крупных смазочных системах вода выпадает на дно масляного бака благодаря более высокому удельному весу, и ее можно слить через спускной кран. Для этого, однако, требуется хорошая водоотделяющая способность смазочного масла.

6.7. Деаэрация

Вполне естественно, воздух смешивается с маслом в каждой зубчатой передаче. Поскольку воздух также является плохим проводником тепла, он должен быть удален из масла как можно быстрее для минимизации его содержания в масле.

6.8. Совместимость с красителями

В целях защиты от коррозии и увеличения срока службы на внутренние устройства крупных индустриальных коробок передач наносят краску, причем на эту краску масло может воздействовать агрессивно, что способно привести к ее размягчению и отслаиванию. Это относится к однокомпонентным красителям, тогда как двухкомпонентные красители, как правило, стойки к полигликолям.

6.9. Совместимость с уплотнениями

Аналогично красителям уплотнения могут содержать органические компоненты, которые могут быть подвергнуты агрессивному воздействию со стороны смазочных масел. Испытания на совместимость эластомеров со смазочными маслами включает важные спецификации, потому что риск несовместимости значительно возрастает по мере повышения температуры масла. Испытания на совместимость смазочных масел с уплотнениями подразделяются на статические и динамические в зависимости от условий проведения, однако детальное рассмотрение этих методов испытания выходит за рамки данной статьи.

6.10. Вспенивание

Пенообразование в смазочных материалах частично связано с присутствием в них загрязняющих примесей. Масштабы пенообразования могут быть настолько значительными, что пена в результате вентиляции выносится из трансмиссии и загрязняет окружающую среду. Во избежание этого в коробках передач следует использовать только такие масла, которые в свежем состоянии обладают хорошей стойкостью к вспениванию.

6.11. Смешиваемость с минеральными маслами

По возможности не следует смешивать различные базовые масла, применяемые в индустриальных трансмиссиях, так как следует ожидать, что в смеси проявятся свойства самого худшего компонента. Однако более критическим фактором является не простое физическое смешивание, а тот факт, что смешение двух базовых масел приводит к неожиданным химическим реакциям. Например, случайное смешение минеральных масел с полигликолями приводит к значительному увеличению вязкости в результате полимеризации, что затрудняет прокачивание смеси через трубки малого сочетания и в конечном счете может привести к отказу трансмиссии изза недостаточной смазки.

6.12. Совместимость с окружающей средой и с кожным покровом

В настоящее время особенно большое значение придают совместимости трансмиссионных масел с окружающей средой и с кожными покровами в связи с растущей озабоченностью, имеющейся на этот счет у производителей трансмиссий и предприятий-потребителей, воздействием на окружающую среду и здоровье обслуживающего персонала. Многочисленные спецификации требуют проведения испытаний масел на совместимость, причем эти испытания в каждом конкретном случае могут быть дорогостоящими и капиталоемкими из-за воздействия на здоровье и окружающую среду.

6.13. Открытые зубчатые передачи

Открытые зубчатые передачи, так называемые мельничные (фрезерные), часто встречаются в цементной промышленности, во вращающихся печах в сталелитейной промышленности, на электростанциях, работающих на угле или на открытых угольных разрезах. Эти открытые крупногабаритные зубчатые передачи часто смазывают разбрызгиваемым адгезионным смазочным маслом. Наряду с требованиями к несущей способности и противоизносным свойствам, приоритетное значение имеют адгезионные свойства, разбрызгиваемость, прокачиваемость и антикоррозионные свойства этих масел. В упомянутых системах успешно применяют так называемые твердые компаундированные смазочные материалы в качестве добавок к таким адгезионным маслам. По соображениям минимизации вредного воздействия на здоровье и окружающую среду, а также из-за прямых потерь масла с отработанным воздухом, применение систем смазки разбрызгиванием масла и масляным туманом в настоящее время используется с ограничением. Открытые зубчатые передачи можно смазывать вручную или с помощью дозировочных насосов с регулярными интервалами высоковязкими маслами.

7. Отношение «затраты/прибыль» при разработке трансмиссионных смазочных масел

С самого начала разработка и выбор компонентов фокусировались на экономии затрат и на эффективно затратном проектировании. Цель исследования, и оценка полученных результатов заключались в сравнении характеристик синтетических индустриальных трансмиссионных с обычными трансмиссионными маслами на базе минеральных масел, отвечающих требованиям CLR стандарта (DIN 51 517), в отношении окислительной стабильности (стойкости масла к старению) и фрикционных характеристик. Это в конечном итоге может значительно увеличить срок службы масла, потому что удлиненные интервалы между заменами масла коррелируют с намного более высоким уровнем механико-динамических характеристик.
В табл. 15 приведены примеры индустриальных трансмиссионных масел, полученных на основе базовых жидкостей разных типов. Ожидаемые сроки службы трансмиссионных масел, в частности в отношении окислительной стабильности, могут быть сравнены методом испытания на окисление в ротационной бомбе.


 

 Таблица  15. Сравнение индустриальных трансмиссионных масел, полученных на основе базовых жидкостей различных типов.

 Тип жидкости

 CLP-M

CLP-PLUS

 CLP-PAO

CLP-PG

 CLP-E

 Тип жидкости  Минеральная  Синтетическая

Синтетическая биоразлагаемая

 Базовое масло жидкости Минеральное масло

 ПАО

 Полигликоли

Синтетический сложный эфир

 Вязкость при 40 °С, мм2

220

220

220

220

220

 Вязкость при 100 °С, мм2

18,4

18,4

25,7

34,7

28,0

Индекс вязкости

95

95

150

200

160

Температура вспышки,°С

230

230

260

230

280

Температура застывания,°С

– 18

– 18

– 54

– 33

– 48

Растворимость в воде

нет

нет

нет

частично

нет



Этот метод измеряет время, в течение которого расходуется кислород в трансмиссионном масле в автоклаве под давлением. Синтетическое масло с длительным сроком службы (со сливом масла в соответствии с фактором срока службы) обладает хорошей окислительной стабильностью. Сравнительные испытания показывают, что некоторые синтетические индустриальные трансмиссионные масла обладают намного более высокой окислительной стабильностью, чем продукты на базе минеральных масел (рис. 25).

Сроки службы индустриальных трансмиссионных масел на основании результатов испытаний на окислительную стабильность

     Метод испытания на микропиттинг применяется для оценки качества защиты поверхностей ножек зубьев от микропиттинга, обеспечиваемого синтетическими маслами (рис. 26). Этот метод имитирует практические условия при умеренных скоростях скольжения в зоне зацепления, применимые ко всем типам зубчатых передач (см. рис. 5, Трансмиссионные масла, часть I).

Индустриальные трансмиссионные масла. Сравнение результатов испытания на микропиттинг на шестеренном испытательном стенде FZG.

Синтетические трансмиссионные масла обладают противоизносными свойствами в коробках передач и в роликовых подшипниках. Функциональный крутящий момент трансмиссионных масел, измеренный по методу FAG на роликоподшипниковом аппарате FE8, показан на рис. 27.

Индустриальные трансмиссионные масла. Сравнение изомерного фрикционного крутящего момента по результатам испытания по методу FAG Roller Bearing Test Apparatur FE8.

Благодаря своим базовым жидкостям синтетические масла с оптимизированными присадками обладают огромным потенциалом предотвращения задиров и снижения трения и вследствие этого снижают температуру в маслосборнике на 30 °С. Это стало известно при проведении тестов на испытательном FZG стенде с применением усиленного метода испытания А/16.6/140 на противозадирные свойства. Результаты этих испытаний показаны на рис. 28.

Индустриальные ирансмиссионные масла. Сравнение противозадирных свойств по ступени нагружения и температуре масла в маслосборнике на испытательном стенде FZG.

     Результаты испытаний смазочных масел, в том числе «новейшие» методы испытаний, дают важную информацию о снижении трения в коробках передач и в роликовых подшипниках благодаря свойствам этих масел и подчеркивают их общие эксплуатационные характеристики. Этот уровень эксплуатационных характеристик синтетических жидкостей приводит к повышению мощности машин и оборудования и к улучшению производительности. По сравнению со стандартными минеральными маслами типов CLM-М и CLM-Plus цены на синтетические базовые жидкости типов CLP-PAO, CLP-E и CLP-PG в 3-5 раз выше. Но увеличенные сроки службы синтетических базовых масел компенсируют более высокую стоимость на эти продукты вдвое и снижают температуру масла в маслосборнике на 10—30 °С, снижая периодичность смены масел в 2—8 раз по сравнению с минеральными маслами. Все эти аспекты должны учитываться при оценке общего отношения «затраты/прибыль» в разработке и применении конкретного продукта. Поэтому более высокие затраты на синтетические трансмиссионные масла должны сопоставляться с экономией, достигаемой благодаря удлинению сроков службы (по сравнению с минеральными маслами) и снижению затрат на техническое обслуживание. Если все эти аспекты принимаются в расчет, то очевидно, что синтетические базовые жидкости способны значительно снижать общие затраты, связанные с системой смазки. Примеры приведены на рис. 29.

Отношение «затраты / прибыль» при применении трансмиссионных смазочных масел

В реальных условиях применения целесообразно проведение анализа «затраты / прибыль» при рассмотрении превосходных характеристик синтетических трансмиссионных масел. Более высокая стоимость синтетических продуктов окупается экономией средств благодаря значительно более продолжительным интервалам между сменами масла (по сравнению с минеральными маслами) и общему снижению эксплуатационных затрат.



Роман Маслов.
По материалам зарубежных изданий.

Адрес: г. Москва, дер. Старосырово, Симферопольское шоссе д.20 стр. 1 (Щербинская нефтебаза 11 км. от МКАД)
Телефон: (495)77-11-093, E-mail: info@expert-oil.com