Изменения свойств жидких и пластичных смазочных материалов в процессе работы

Состояние, а следовательно, и эксплуатационные свойства жидких и пластичных смазочных материалов в процессе работы машины постепенно ухудшаются. На состояние смазочных материалов влияет резкое повышение температуры в зоне трения в процессе работы сопряжений, окисление масел под действием окружающей среды, срабатывание присадок, загрязнение смазочных материалов посторонними примесями (водой, топливом, механическими частицами). Ухудшение эксплуатационных свойств масел и пластичных смазочных материалов в процессе работы можно количественно оценить по изменению основных показателей: кинематической вязкости, кислотного и щелочного чисел, объемного или весового содержания примесей, температуры вспышки и т. д. От температуры в зоне трения меняются физико-механические показатели смазочных материалов: вязкость, плотность, модуль упругости, предел прочности на сдвиг.

Рис. 6.10. Зависимость кинематической вязкости масел от температуры: 1 - АМГ-10; 2 - АУ, И-12А; 3 - И-30А; 4 - И-40А; 5 - И-50А

С повышением температуры вязкость масел снижается. Для минеральных масел изменение кинематической вязкости при изменении температуры (рис. 6.10) оценивают по формуле

где v_t и v₅₀ — вязкость масла при заданной температуре и температуре 50 °С соответственно; t — температура масла, °С; n — показатель степени.

Обычно графики v = φ(t) строят в логарифмических координатах. Это удобнее, так как зависимости принимают линейный вид.

Плотность масел с повышением температуры также существенно уменьшается (рис. 6.11).

Рис. 6.11. Зависимость относительной плотности масел от температуры

Уменьшение вязкости и плотности масел вызывает увеличение утечек и ухудшение смазочных свойств. Поэтому необходимо подбирать смазочные материалы таким образом, чтобы их вязкость в диапазоне рабочих температур принимала определенные значения.

Давление в зоне трения также оказывает влияние на вязкость мас­ла. При небольших давлениях в тонких пленках вязкость масел остается примерно постоянной, но при давлении выше 100 МПа вязкость резко увеличивается (рис. 6.12).

Рис. 6.12. Зависимость вязкости масел от давления

Зависимость динамической вязкости от давления описывается экспоненциальной функцией

где μ_р и μ_а — динамическая вязкость масла при повышенном и атмосферном давлении соответственно, Па·с; k — коэффициент, характеризующий нагружение; для минеральных ма­сел при р ≤ 50 МПа k = 0,003.

В течение срока службы смазочные материалы испытывают интенсивное термическое и динамическое воздействие; под действием кислорода воздуха происходит окисление углеводородов масел; легкие фракции масел испаряются, присадки срабатываются. Из окружающей среды в смазочный материал проникают различные примеси: вода, частицы пыли, продукты износа. Все эти процессы вызывают старение смазочных материалов.

Степень окисления масла определяется кислотным числом К. Чем больше продуктов окисления образуется в масле, тем больше становится кислотное число. Продукты окисления не только свидетельствуют об ухудшении смазочных свойств масла, но и активизируют процессы окислительного и коррозионного разрушения металлов (рис. 6.13).

Рис. 6.13. Изменение параметров со­стояния дизельного масла М12В₂ в процессе работы двигателя: К — кислотное число, мг КОН/г масла; С — щелочное число, мг КОН/г масла; М — механи­ческие примеси

Процесс срабатывания присадок в масле характеризуется в количественной форме изменением щелочного числа. По мере срабатывания присадок щелочность масел снижается. Компоненты сработавшихся присадок, выпадая в осадок, прекращают оказывать положительное влияние на эксплуатационные свойства масла и в некоторых случаях, попадая в зону трения, могут выступать в роли абразивных частиц.

Особенно серьезное влияние на эксплуатационные свойства масел оказывают механические примеси: технологические загрязнения, частицы пыли и продукты износа. Частицы примесей, обладающие высокой твердостью, скапливаясь в масле, проникают в зону трения, нарушают сплошность смазочной пленки и вызывают повреждение рабочих поверхностей деталей. Интенсивность процесса накопления частиц механических примесей в масле зависит от окружающей среды (запыленности воздуха, вида работ, типа грунта и др.), типа и состояния фильтрующих элементов. Существует классификация степени загрязнения масел и рабочих жидкостей (табл. 6.7).

Классификация степени загрязнения масел (объем пробы 100±5 см³)

Таблица 6.7

Класс чистоты	Размер частиц, мм , мм	Волокна	Содержание загряз­нений, % по массе
5-10	10-25	25-50	50-100	100-200
				АО	АО	АО	Не нормируются
				АО	АО	АО	Тоже
				АО	АО	АО	»
					АО	АО	»
					АО	АО	»
					АО	АО	»
						АО	»
							0,0002
							0,0002
							0,0004
							0,0006
							0,0008
							0,0016
							0,0032
	Не нормируются						0,005
	Тоже						0,008
	»	Не нормируются					0,016
	»	Тоже					0,032
	»	»	Не нормируются				0,063

Примечание. АО — абсолютно отсутствуют

Моторные масла и рабочие жидкости гидросистем машин должны соответствовать 10—13-му классу чистоты.

Вода, попадающая в масло при его хранении, транспортировании и использовании, активизирует процессы коррозионного разрушения металлических поверхностей, ухудшает эксплуатационные свойства масла и интенсифицирует процесс его окисления.

Ухудшение эксплуатационных свойств масла, вызванное его старением, постепенно приводит к тому, что оно перестает выполнять заданные функции и оказывает отрицательное влияние на процессы трения и изнашивания. Для поддержания машины в работоспособном состоянии необходимо периодически контролировать качество смазочных материалов и при необходимости проводить мероприятия по очистке, обогащению или замене масел.

Предельное состояние масел характеризуется определенными значениями показателей их эксплуатационных свойств. Ниже приведе­ны браковочные значения показателей эксплуатационных свойств мо­торных масел (группы В и Г), определяющие их предельное состояние.

Двигатели	дизельные	бензиновые
Изменения вязкости, % увеличение
снижение
Содержание примесей, нерастворимых в бензине,%	3,0	1,0
Содержание воды, %	0,3	0,5
Содержание топлива, %	0,8	0,8
Минимальное щелочное число, мг КОН/г	1,0-3,0	0,5-2,0*
Снижение температуры вспышки, °С

*Показатель для масел высших групп.

Изменение состояния пластичных смазочных материалов в процессе работы выражается, прежде всего снижением их пластичности, водостойкости и насыщением смазочных материалов абразивными частицами механических примесей. Кроме того, в процессе работы машины под действием высоких статических нагрузок и вибрации, а также из-за увеличения зазоров вследствие изнашивания пластичные смазочные материалы постепенно выдавливаются из открытых сопряжений. В связи с этим для обеспечения нормальных условий работы узлов трения машин необходимо проводить замену пластичных смазочных материалов в сроки, указанные в инструкциях по эксплуатации машин.