Исследование трансмиссионных масел местного производства для грузовых автомобилей эксплуатирующихся в горных условиях и жарком климате

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание академической степени магистра

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ МЕСТНОГО ПРОИЗВОДСТВА ДЛЯ ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ В ГОРНЫХ УСЛОВИЯХ И ЖАРКОМ КЛИМАТЕ

Специальность: 5А 521205 - Автомобили и автомобильные хозяйство

Мустанов Одилбек Ганишерович

Ташкент - 2011

Оглавление

Реферат

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Анализ условий эксплуатации грузовых автомобилей и их агрегатов, работающих в горных условиях и жарком климате

1.2 Цель и задачи исследования

Глава 2. Теоретические исследования

2.1 Качественный анализ современного ассортимента трансмиссионных масел местного и зарубежного производства для грузовых автомобилей

2.2 Факторы, влияющие на эксплуатационные свойства трансмиссионных масел

2.3 Анализ изменений физико-химических свойств трансмиссионных масел в процессе эксплуатации

Глава 3. Экспериментальный исследования

3.1 Организация подконтрольной эксплуатации автомобилей

3.2 Лабораторный анализ проб, загущенных трансмиссионных масел, взятых с агрегатов подконтрольных автомобилей

3.3 Обработка результатов определения физико-химических показателей проб отработавших трансмиссионных масел

Выводы

Литература

Приложение

Реферат

В работе содержатся результаты Исследование трансмиссионных масел местного производства для грузовых автомобилей эксплуатирующихся в горных условиях и жарком климате.

Работа состоит из ведения, трех глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений.

В первой главе приведено обзор состояния вопроса, цель и задачи исследования, а также задачи, вытекающие из книги Президента Республики Узбекистан И.А. Каримова "Мировой финансово-экономический кризис, пути и меры по его преодолению в условиях Узбекистана" и анализ условий работы трансмиссионных масел в агрегатах грузовых автомобилей.

Во второй главе проанализированы существующие физико-химические методы определения качества нефтепродуктов и содержания продуктов износа в отработавших маслах.

На основании обобщения опыта эксплуатации и обзора теоретических исследований показано возможность применение опытного трансмиссионного масла в трансмиссиях грузовых автомобилей.

В третьей главе проведены экспериментальные исследования по испытанию трансмиссионных масел в грузовых автомобилях "Азии Транс". Приведены сравнительные результаты определения изменений качество трансмиссионных масел Маннол, Равенол и опытное.

Ключевые слова: масла, агрегат, трансмиссия, автомобильный метод, исследование ресурс, периодичность, вязкость, продукты износа.

Введение

Ты дорога, ты священна, моя Родина - независимый Узбекистан.

Каждая страна должна иметь собственную модель развития, разумеется, с учетом мировых экономических законов, но вместе с тем, обязательно принимая во внимание менталитет собственного народа, традиции, обычаи, культуру и историю. Примером успешного развития собственной модели на основе вышеуказанных принципов является Узбекистан, который даже в условиях мирового финансового кризиса показывает один из самых высоких в мире темпов экономического роста.

Гармонично развитое поколение - решающая сила развития общества.

Глава нашего государства Ислам Каримов на торжественном собрании, посвященном 17-летию Конституции Республики Узбекистан, 2010 год объявил Годом гармонично развитого поколения. Гармонично развитое поколение - решающая сила развития общества. Поэтому в нашей стране с первых лет независимости вопросы воспитания физически здорового и духовно зрелого молодого поколения подняты на уровень государственной политики. Первым орденом нашей независимой Родины, учрежденным 4 марта 1993 года согласно указу Президента Ислама Каримова, стал орден "Соглом авлод учун", что ярко свидетельствует об огромном внимании, уделяемом данному вопросу.

Ведь возможность достижения такой благородной цели, как воспитание здорового и гармонично развитого поколения, появилась благодаря независимости. Все более расширяются экономические, социальные, политические и духовно-нравственные возможности, необходимые для формирования совершенного поколения, способного построить великое государство. Как отметил глава государства, здоровое поколение в первую очередь означает здоровое потомство, физически крепких, духовно зрелых людей, обладающих непоколебимой верой и убеждениями, образованных, решительных, горячо любящих и преданных Родине.

Трансмиссионные масла предназначены для смазки механических, гидромеханических и гидрообъемных трансмиссий. Состав и свойства масел зависят от конструкции трансмиссий и условий работы (температуры, контактных напряжений, скоростей скольжения).

Объем производства масел, используемых для смазки зубчатых редукторов транспортных машин, тракторов, станков и других механизмов, значительно меньше объема производства моторных масел, предназначенных для двигателей внутреннего сгорания. Однако по значимости для современной техники эти масла, получившие название трансмиссионных, не уступают любой другой группе смазочных материалов.

С развитием техники условия работы трансмиссионных масел становится все более жесткими, а сами масла из обычных нефтяных дистиллятов или неочищенных остатков превратились в сложные композиции, состоящие из специально приготовленной масляной основы и комплекса присадок различного назначения.

В связи с тем, что современные транспортные машины эксплуатируются в условиях с широким диапазоном температур (от -50 до +50^оС) окружающего воздуха, то к вязкостно-температурным свойствам трансмиссионных масел предъявляют повышенные требования.

Другой особенностью условий работы трансмиссионных масел в агрегатах является широкий диапазон рабочих температур. В агрегатах температура масла изменяется в широких пределах от -50 до +170^оС. В этих интервалах масло должно сохранять свою работоспособность, т.е. выполнять многие важные функции.

При эксплуатации автомобилей в условиях жаркого климата в агрегатах (раздаточной коробке, повышающей передаче) температура масла уже достигает 160-170^оС. При длительной работе масла в условиях таких высоких температур резко снижается его качество за счет разложения противоизносных и противозадирных присадок и глубокого окисления.

Применение высококачественных трансмиссионных масел обеспечивает значительные экономические выгоды, так как позволяет уменьшить износ поверхностей трения и повысить долговечность механизмов, значительно уменьшает металлоемкость конструкций, повышает эффективность работы транспортных средств в зимнее время за счет сокращения расхода топлива и затрат на обслуживание транспортных средств.

Конструкторы и инженеры-эксплуатационники часто испытывают затруднения при выборе системы смазки и сорта масла для зубчатых передач. Не меньшие трудности возникают перед учеными при создании новых сортов трансмиссионных масел, особенно если они предназначены для механизмов, работающих в широком диапазоне температур, при высоких контактных напряжениях и скоростях скольжения.

С одной стороны, это вызвано отсутствием исчерпывающих экспериментальных данных по применению трансмиссионных масел, с другой - недостаточным обобщением имеющихся результатов экспериментов.

В настоящее время в Республике Узбекистан эксплуатируется большой парк грузовых автомобилей различной модификации, конструкции, грузоподъёмности и другие. Условия эксплуатации этих автомобилей характеризуется широким диапазоном температур окружающего воздуха, высокой теплонапряженностью работы агрегатов трансмиссий. При этом надежная, долговечная и эффективная работа этих агрегатов во многом зависит от качества трансмиссионных масел.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Анализ условий эксплуатации грузовых автомобилей и их агрегатов, работающих в горных условиях и жарком климате

Автомобильные дороги пересекают горы и хребты на больших высотах 1500-2000 м над уровнем моря по перевалам. Для таких дорог характерны большие до 10-12 % продольные уклоны, до 10 серпантинов на 1 км пути, значительная извилистость 15-18 поворотов на 1 км дороги с закруглениями малых радиусов 8-10 м, недостаточная ширина проезжей части и земляного полотна, деформация покрытий и плохая видимость. Отдельные участки дорог разрушаются во время ливней и дождей.

Кроме того, погода в высокогорных районах неустойчива: в течение суток наблюдаются большие колебания температуры. Так, например, в летнее время днем на солнце температура может достигать +30… +40 °С, а ночью падать до -5…-10 °С. В зимнее время часты заносы и гололедица.

Перечисленные факторы влияют на надежность автомобилей, затрудняют движение транспорта, снижают скорость, повышают транспортные расходы и служат основной причиной дорожно-транспортных происшествий. Отрицательно сказываются на надежности состояние дорожной сети и сложность профиля дорог.

Специфическими особенностями зоны жаркого климата, влияющими на надежность автомобилей, являются высокая температура, запыленность, низкая относительная влажность воздуха, солнечная радиация и др. Автомобили, предназначаемые для перевозок в условиях жаркого климата, должны иметь усиленные системы охлаждения двигателя замкнутого типа, устраняющие потери охлаждающей жидкости от испарения, а также масляные радиаторы для охлаждения масла двигателя. На автомобилях, работающих в пустынно-песчаной зоне, необходима усиленная фильтрация воздуха, топлива, масла. Шины, резинотехнические изделия и детали из полимерных материалов, топливо, масло, тормозная жидкость и другие материалы должны быть рассчитаны на обеспечение надежной работы при высоких температурах.

Агрегат и система	Местность	Агрегат и система	Местность
	горная	равнинная		горная	равнинная
Двигатель	21,5	14,7	Колеса и ступицы	12,0	7,5
Сцепление	4,9	6,3	Рулевое управление	3,5	6,2
Коробка передач	1,7	7,1	Тормоза	16,7	10,3
Карданная передача	3,8	6,3	Электрооборудо вание	11,0	12,5
Ведущие мосты	3,4	7,1
Рама	0,3	-	Платформа	4,9	6,3
Подвеска	9,6	5,4	Кабина	4,4	3,6
Передняя ось	2,3	6,7	Автомобиль в целом	100	100

Горная дорога Камчикского перевала состоит из подъемов, спусков и поворотов. Участок между 145-160 км сопровождается подъемом до тоннелей, а с 164-190 км спуском. Тяжелый участок подъема начинается с 145-ого км. Подъем здесь составляет 7 % с протяженностью 7 км (7-6 % до 152 ого км). Второй тяжелый участок подъема до тоннели крутизной 5-7 % соответствует 155-159 км.

По анализу горного участка трассы в промежутках 112-190 км можно привести следующие данные (таблица 1.1).

Таблица 1.1. Направление Ангрен - Пап

КМ	Уклон %	Длина уклона М	Радиус поворота М	Длина круговой кривой, М	Ширина дороги при поворте, М	Поворот, + направлен
112	3	500	-	-	-	-
113	6	200	-	-	-	-
116	4	200	-	-	-	-
117,6	5 сп.	300	-	-	-	-
118	5	400	-	-	-	-
118,57	3	100	-	-	-	-
118,7			150	145	17	+75
119	7 сп	500	-	-	-	-
119,1	2 сп	50	-	-	-	-
119,18	4	50	-	-	-	-

С 164 ого км - ра после тоннеля начинается спуск. Крутой участок спуска с наибольшей величиной равной 8-10 % соответствует 164-165 км, в 166 уклон дороги снизиться до 2-3 %. В 171км спуск составляет 5-6 %, а в 172-175 км- 6-7 %. Начиная с 176 ого км уклон дороги снизиться до 2-3 %.

В результате этого в процессе движения более интенсивно используются и, как следствие, менее надежно работают двигатель, тормоза, подвеска, значительно чаще нарушаются крепления и регулировки. Все это вызывает ускоренный износ деталей и узлов, усталостные явления в них и, в конечном счете, отказ.

Повышенная влажность воздуха в горных условиях, особенно в районах с субтропическим климатом, вызывает ускоренную коррозию клемм электропроводки автомобиля, деталей, узлов, агрегатов, особенно кабины, кузова, оперения и нормалей.

Все это свидетельствует о том, что при эксплуатации автомобиля в горных условиях необходимо обратить особое внимание на техническое состояние органов управления автомобиля, приборов освещения и сигнализации и правильность их установки, проведение крепежных и регулировочных работ.

Для обеспечения нормальной эксплуатации автомобилей в горной местности необходимо произвести техническую подготовку автомобилей к работе в горных условиях, сократить на 40 % периодичность ТО и строго выполнять специальные правила вождения в горной местности. Кроме того, практика показывает, что на высоте 3000-4000 м номинальную грузоподъемность автомобилей следует снижать на 25-35 %.

Сложность вертикального профиля и извилистость горных дорог влияет на режим работы и энергонагруженность тормозных систем автомобилей. Количество торможений на 1 км пути при движении по горным дорогам достигает 10-19, на отдельных участках маршрутов горных дорог температура поверхностей трения достигает у задних тормозных механизмов 460-490 °С, у передних - 270-290 °С. При движении автобуса среднего класса с постоянной скоростью на участке дороги одной и той же протяженности с изменением уклонов в 5 раз от 2 % до 10 % энергонагруженность тормозных механизмов может увеличиться в 17 раз.

Вследствие передачи больших крутящих моментов ведущими колесами при движении на подъем, частых торможений на длительных спусках, а также многочисленных поворотов с малыми радиусами ин. происходит интенсивное изнашивание шин.

Специфическими особенностями зоны жаркого климата, влияющими на надежность автомобилей, являются высокая температура, запыленность, низкая относительная влажность воздуха, солнечная радиация и др. Автомобили, предназначаемые для перевозок в условиях жаркого климата, должны иметь усиленные системы охлаждения двигателя замкнутого типа, устраняющие потери охлаждающей жидкости от испарения, а также масляные радиаторы для охлаждения масла двигателя. На автомобилях, работающих в пустынно-песчаной зоне, необходима усиленная фильтрация воздуха, топлива, масла.

В условиях жаркого климата происходит быстрое старение масел в связи с ускорением процессов окисления под действием повышенных температур, попаданием в систему смазки пыли и частиц износа трущихся деталей, которые являются катализаторами процессов окисления. Предпочтительными для этих условий являются масла, содержащие антиокислительные и защитные присадки, а для механизмов, работающих в тяжелых условиях при повышенных давлениях гидроприводы автомобилей-самопогрузчиков, гидротрансформаторы и др., целесообразно использовать, особенно летом, более вязкие масла.

Условия работы масла в автомобильных двигателях являются тяжелыми, так как масло подвергается действию температур в широком диапазоне от 50 до 250 °С, больших давлений и нагрузок, доходящих до 100 мПа. В картерной части двигателя масло находится в виде мельчайших капель, создавая масленый туман. Большая час поверхности масла контактирует с кислородом воздуха, а также контактирует с различными металлами, водой и др.

1.2 Цель и задачи исследования

Трансмиссионные масла предназначены для смазки механических, гидромеханических и гидрообъемных трансмиссий. Состав и свойства масел зависят от конструкции трансмиссий и условий работы (температуры, контактных напряжений, скоростей скольжения). Для обеспечения возросших требований эксплуатации современные масла содержат различные функциональные присадки, к которым относятся депрессорные, вязкостные, антипенные, противоизносные противозадирные, антиокислительные, антиржавейные и другие.

К трансмиссионным маслам предъявляют самые разнообразные эксплуатационные требования, подчас довольно противоречивые. Масла должны, с одной стороны, сохранять высокую вязкость при рабочих температурах, чтобы не разрушалась пленка и нормально уплотнялись зазоры, с другой не становиться слишком вязкими при низких температурах окружающей среды, чтобы в начале работы агрегата холодное масло не препятствовало свободному вращению шестерен.

Условия эксплуатация для конкретной конструкции трансмиссии является важнейшим фактором, определяющим тип и сорт трансмиссионных масел. К ним относятся нагруженность трансмиссии, температурный режим, интенсивность поступления продуктов загрязнения, техническое воздействие экономичной эксплуатации.

В настоящее время в редукторах трансмиссий различных грузовых автомобилей применяется широкий ассортимент трансмиссионных масел различного состава и функционального назначения. Вместе с тем, трансмиссионные масла являются остродефицитными и дорогостоящими нефтепродуктами. Кроме того, импортные трансмиссионные масла приобретаются за валюту и возможны перебои в поставках, что может привести к неоправданным простоям автомобилей в ТО.

Глава 2. Теоретические исследования

2.1 Качественный анализ современного ассортимента трансмиссионных масел местного и зарубежного производства для грузовых автомобилей

В зависимости от условий работы трущихся пар, узлы и агрегаты механической трансмиссии автомобилей можно разделить на две группы, в которых:

1. Скорость скольжения сравнительно невелика, до 12 м/с и нагрузка распределена относительно равномерно, не превышает 2100 МПа - это коробки передач и редукторы;

2. Скорость скольжения велика, выше 15 м/с и высокие нагрузки, более 2100 МПа - это главная гипоидная передача и механизм рулевого управления.

В связи с этим, выпускаются и два основных класса масел, отличающиеся смазочной способностью и другими эксплуатационными свойствами. Эти классы трансмиссионных масел условно называются "маслами для коробок передач" (класс по АРI GL-4) и "маслами для гипоидных передач" (класс по АРI GL-5). К трансмиссионным маслам предъявляют самые разнообразные эксплуатационные требования, подчас довольно противоречивые. Масла должны, с одной стороны, сохранять высокую вязкость при рабочих температурах, чтобы не разрушалась пленка и нормально уплотнялись зазоры, с другой - не становиться слишком вязкими при низких температурах окружающей среды, чтобы в начале работы агрегата холодное масло не препятствовало свободному вращению шестерен.

Общими требованиями для всех видов масел, предназначенных для механической трансмиссии, являются:

- снижение износа;

- снижение трения;

- отвод тепла от трущихся поверхностей;

- защита от коррозии;

- подавление вибрации и смягчение ударных нагрузок;

- удаление продуктов износа и загрязнений.

Наиболее важными и определяющими функциями для трансмиссионных масел являются противоизносные и антифрикционные. Для обеспечения нормальной работы передач, масла составляются из базовых масел, отличающихся повышенными смазочными и определенными вязкостными свойствами с добавлением тщательно подобранного комплекса присадок.

Для снижения износа высоконагруженных механических передач применяются более вязкие масла с эффективными противоизносными и противозадирными присадками, в иностранной литературе называемыми ЕР присадками. В зоне высокого нагрева они выделяют активные элементы - хлор, серу, фтор, которые на трущихся поверхностях реагируют с металлом и образуют защитную пленку. Однако эти элементы способны вызывать коррозию деталей из сплавов меди (синхронизаторов, вкладышей подшипников), а также оказать влияние на фрикционные свойства трущихся поверхностях. Поэтому масла с активными присадками, например, гипоидные масла, не всегда могут быть применены для передач с деталями из цветных металлов или имеющих фрикционные элементы -механической коробки передач с синхронизаторами, самоблокирующегося дифференциала повышенного трения (ЬЗ дифференциал) и др. Эти обстоятельства вынуждают создавать либо специализированные масла, либо для повышения универсальности применять особые и более дорогие присадки и синтетические базовые масла Универсальные трансмиссионные масла содержащие активные присадки, которые одновременно способны образовать хемосорбцнонную пленку и являются малоагрессивными в отношении цветных металлов.

В настоящее время в редукторах современных транспортных машин применяется широкие ассортимент трансмиссионных масел отечественного и зарубежного производства. В таблице 2.1 приведены сведения о современном ассортименте трансмиссионных масел отечественного и Российского производств

Таблица 2.1. Ассортимент трансмиссионных масел отечественного и Российского производства

Наименование масел		Область применения
Масла общего назначения
Тап-15В ТУ 38 101176-74	Экстракт остаточных масел дистилятное масло+6 %ОТП+1 % АзНИИ Ц-1	КП; ВМ; РК; РУ (кроме гипоидных) автомобилей
ТСп-14 ТУ 38 101488-74	Масло ТС-14,5+6 % ОТП (или 5 %Лз-23к)+1 %АзНИИ Ц-1 (или 1,5 % ПМА-Д)	ГАЗ, ЗИЛ, МАЗ,УАЗ,КрАЗ,УралАЗ,КамАЗ и др.
ТС-10-ОТП ТУ 38 101148-77	Деасзфальтизат эмбенских нефтй+велосытовый+8 %ОТП+1 % АзНИИ Ц-1+0,005 ПМС-200А	КамАЗ и др.
МТ-16п ТУ 38 001117-73	Масло остаточное сернокислотной и селективной очистки +4,5 %МНИ ИП-22	КП, РУ, колесных редукторах и других агрегатах автомобилей УралАЗ, КрАЗ, МАЗ.
ТСп-15к	П-40+М 0С-30(50:50)+4,5 % ЛЗ-23к+2,0 %ДФ-11+1,0 %АФК или АзНИИ-ЦИАТИМ-1+0,005 % ПМС-200А
Масла для гипоидных передач
Для гипоидных передач легковых автомобилей ГОСТ 4003-53	Осененный экстракт+Веретенный дистиллят+0,5 % АзНИИ-ЦИАТИМ-1	ГП легковых автомобилей ГАЗ,ЗиЛ и "Москвич"
Для гипоидных передач грузовых автомобилей, ТУ 38 101270-72	Масло ТС-14,5+2,2 %Хлорэф 40+0,35 %МАСК+0,007ПМС- 200А	Гипоидные передачи грузовых автомобилей ГАЗ и ЗиЛ.
ТСЗ-9гип ТУ 38 101386-73	МС-8+МС-20(9:1)+ПМА-В+10 %-ЛЗ-309/2+2 %ВНИИП-371+1,5ПМА-Д+0,005ПМС-200А	Гипоидные и другие передачи автомобилей ГАЗ-53А ГАЗ-66 и др.

Американским Обществом Автомобильных Инженеров - SАЕ. Она описывается стандартом SАЕ J306 "Классификация вязкости трансмиссионных масел для ведущих мостов и механических коробок передач. Вязкость масла выражается в условных единицах-степенях вязкости по SАЕ.

Спецификация SАЕ J306 используется производителями автомобильных трансмиссий при определении и рекомендации трансмиссионных масел для ведущих мостов и механических коробок передач, а также производителями масел при разработке новых составов, производстве и маркировке готовых продуктов.

Таблица. Степени вязкости масел для механических трансмиссий (ЗЛЕ.1306 ЛЛ,98)

Степень вязкости по SАЕ	Максимальная температура при вязкости 150 000 сП, °С	Вязкость при	100 С, ммІ/с
		min (c)	Max
70 W	-55 (d)	4,1	-
75 W	-40	4,1	-
80 W	-26	7,0	-
85 W	-12	11,0	-
30	-	7,0	<11,0
85	-	11,0	<13,5
90	-	13,5	<24,0
140	-	24,0	<41,0
250		41,0	-

Примечания: ^(а) По методике АSТМ D2983, ^(b) По методике АSТ⁾ Лимит должен выдерживаться после 20-ти часов испытания СЕСL-45-Т-93, Method.

Таблица. Классификация трансмиссионных масел по вязкости

Сорт масла по SAE I 306	Самая низкая температура, при которой вязкость масла не превышает 150000 с Пз	Минимальная вязкость при температуре 99 °С, (210°F)	Максимальна вязкость при температуре, 99°С
	в°F	в°С	в SUS	в ммІ/с	в SUS	в ммІ/с
75	-40	-40	40	4,2	-
80	-15	-26	49	7	-
85	+10	-12	63	11	-
90	-	-	74	14	Не более 120	Не более 25
140	-	-	120	25	Не более 200	Не более 43
250	-	-	200	43	-	-

Таблица. Классификация транспортных масел по API

Группа масел	Условия эксплуатация	Тип зубчатой передачи или трансмиссии	Тип присадок
GL-1	Низкое давление и невысокие скорости скольжения	Конические косозубые шестерни, червячные передачи; коробки передач с ручным переключением в грузовых автомобилях	-
GL-2	Более тяжелые условия работы шестерен, чем в первом случае	Ведущие мосты грузовых автомобилей с червячными главными передачами, эксплуатирующимися в тяжелых условиях	Противоизносные, облегчающие контактирование червячного зацепления
GL-3	Умеренные скорости скольжения и нагрузки	Коробки передач и ведущие мости со спирально-коническими зубьями	С умеренными противозадирными свойствами
GL-4	Высокие скорости скольжения и нагрузки	Коробки передач и ведущие мосты со спирально-коническими и гипоидными зубьями в грузовых и легковых автомобилях	С умеренными противозадирными свойствам их, позволяющие создавать масла по спецификации

2.2 Факторы, влияющие на эксплуатационные свойства трансмиссионных масел

Эксплуатационные свойства. Для обеспечения надежной и эффективной работы узлов и агрегатов трансмиссий, масла должны обладать целым комплексом положительных эксплуатационных свойств: высокой смазывающей способностью, которая обеспечивается хорошими противоизносными и антифрикционными свойствами; высокой термической стойкостью и стойкостью к окислению; антикоррозионной стойкостью, совместимостью с уплотнителями, стойкостью при хранении и взаимосмешиваемостью.

Смазывающая способность трансмиссионного масла характеризует особенности и результат процессов трения и проявляется з способности масла снижать сопротивление движению (уменьшать силы трения) и предупреждать изнашивание трущихся деталей в условиях жидкофазного и граничного режимов.

Жидкофазная смазка - смазка, при которой разделение поверхностей трения деталей, находящихся в относительном движении, осуществляется жидким смазочным материалом.

Граничная смазка - смазка, при которой трение и износ между поверхностями, находящимися в относительном движении, определяются свойствами поверхностей и свойствами смазочного материала, отличными от объемных.

Смазывающая способность масла должна находиться в соответствии с тем режимом трения, который имеет место в каждом конкретном случае смазки.

Все свойства смазочного материала, обеспечивающие снижение затрат энергии на трение и уменьшение изнашивания механизмов можно разделить на две большие группы свойств противоизносные и антифрикционные.

Противоизносные свойства. Заключаются в способности масел снижать процесс изнашивания трущихся деталей за счет образования на них граничного слоя, препятствующему непосредственному контакту трущихся деталей.

Изнашивание деталей происходит в результате механического, абразивного, гидроабразивного, коррозионно-механического и окислительного воздействия на трущиеся поверхности.

Противозадирные свойства - способность смазочного материала предотвращать повреждение трущихся поверхностей в направлении скольжения в виде широких и глубоких борозд, которое называется задаром. Задир может произойти в результате процессов схватывания или заедания поверхностей при трении.

Противоизносные свойства трансмиссионного масла повышают путем увеличения вязкости, сохранения в базовом масле природных полярно-активных веществ.

Несущая (нагрузочная) способность - свойство масла сохранять пленку масла на поверхностях трения и предохранять их от интенсивного износа и схватывания под воздействием большой нагрузки, скорости и температуры. Несущая способность принята за основу при классификации трансмиссионных масел для механических передач (ГОСТ 17479.2-85).

Показатели износа - результаты изнашивания, измеряемые в единицах длины и массы путем обмера или взвешивания изнашиваемых деталей, или определением качества продуктов износа в испытуемом смазочном материале.

Скорость изнашивания - отношение показателя износа к интервалу времени, в течение которого возник износ.

Интенсивность изнашивания - отношение показателя износа к обусловленному пути, на котором происходило изнашивание, или объему выполненной работы.

Обобщенный показатель износа (ОПИ) - показатель, учитывающий нагрузки истирания, задира и сваривания, представляющий собой среднее отношение осевых нагрузок к соответствующим показателям износа в области 20 последовательных нагрузок, предшествующих нагрузке сваривания. Определяется на 4-х шариковой машине по формуле:

ОПИ=,

где Р-переменная осевая нагрузка от 6 до 1260 кг; - диаметр пятна износа при нагрузке;

- диаметр площадки упругой деформации стальных шаров по Герцу при той же переменной нагрузке Р.

К косвенным характеристикам относятся:

Массовая доля активных элементов, содержащихся в масле после добавления в него противоизносных присадок. Количество активных элементов должно быть в каждом случае оптимальным, так как их недостаток снижает противоизносные свойства, а избыток может привести к увеличению коррозионной агрессивности масла.

Антифрикционные свойства. Это способность масла уменьшать затраты энергии в механизмах и агрегатах трансмиссии. Затраты энергии на трение зависят от коэффициента трения.

Коэффициент трения - отношение силы трения между двумя телами к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу.

Сила трения - сила сопротивлении при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, тангенциально направленная к общей границе между двумя телами.

При гидродинамическом режиме трения затраты на преодоление сил трения будут определяться только силами внутреннего трения масла - вязкостью.

При граничном режиме трения затраты энергии на трение будут определяться коэффициентом трения, который зависит не только от вязкости масла, но и от свойств граничного слоя масла, т. е. от свойств поверхности.

Уровень антифрикционных свойств трансмиссионного масла зависит от его состава, условий работы узла трения (температура, давление, скорость относительного перемещения поверхностей трения), конструкции и материала деталей трансмиссии.

Основным показателем антифрикционных свойств масел является вязкость.

Вязкость и вязкостно-температурные свойства.

Вязкость - это объемное свойство жидкого, полужидкого или полутвердого вещества оказывать сопротивление при течении.

Вязкость масла Т [выступает важнейшим физико-химическим свойством, оказывающим влияние на силу трения Р:

Вязкость зависит от химического состава масла, высших факторов температуры, давления (нагрузки) и скорости сдвига. Поэтому рядом с числовым значением вязкости всегда должны указываться условия определения вязкости.

Кинематическая вязкость характеризует текучесть масел при нормальной и высокой температурах. Стандартными температурами приняты 40 °С и 100 °С. Определяется стандартным капиллярным вискозиметром по времени истечения масла при фиксированной температуре. Единицы измерения - стоке (Ст) или сантистокс (сСт) = мм ²/с.

Динамическая вязкость характеризует текучесть масел в реальных условиях работы, обычно при крайних значениях температур и скорости сдвига.

Низкотемпературная вязкость выражается несколькими характеристиками;

- вязкость при наиболее низкой температуре, обеспечивающая работу трансмиссии в холодное время;

- вязкость при наиболее низкой температуре, обеспечивающая перекачку масла без подогрева;

- вязкость при низкой температуре и низкой скорости сдвига;

- условная низкотемпературная вязкость при низкой скорости сдвига.

- Динамическая вязкость определяется ротационным вискозиметром. Единицы измерения динамической вязкости. Высокотемпературная вязкость выражается несколькими характеристиками;

- кинематическая вязкость при низкой скорости сдвига;

- кинематическая вязкость при высокой температуре и высокой температуре и высокой скорости сдвига, определяемая при 150 °С и скорости сдвига сдвиговая стабильность или способность масла выдерживать стабильную вязкость при продолжительном действии высокой деформации сдвига. трансмиссионное масло автомобиль свойство

Вязкость масла уменьшается при повышении температуры. Величина вязкости всецело определяется его групповым углеводородным и фракционным составом.

Низкотемпературные свойства трансмиссионного масла определяются температурой застывания. Это критическая точка, ниже которой масло теряет подвижность и не может выполнять функции смазывания. Температура застывания, хотя и не включена в комплекс вязкостных показателей по 5АЕ, но является одной из важнейших характеристик масел, особенно при эксплуатации в условиях холодного климата.

Температурная зависимость вязкости. Температурный режим трансмиссионных масел тяжелый. Рабочая температура агрегатов трансмиссии достигает 150 °С и выше, а температура старта автомобиля может быть низкой, в зависимости от температуры окружающей среды. При высокой температуре масло должно быть достаточно вязким для поддержания прочности высоконагруженной масляной пленки. Индекс вязкости масел должен быть высоким. Повышение индекса вязкости путем введения полимерных загустителей, для трансмиссионных масел не всегда приемлемо ввиду высоких деформаций сдвига в нагруженных элементах передач. Для повышения индекса вязкости высококачественных масел применяются минеральные базовые масла гидрокрекинга или синтетические.

Затраты энергии на трение зависят от величины вязкости и температуры застывания трансмиссионного масла.

Фактическая рабочая вязкость в агрегатах трансмиссии зависит от температуры окружающей среды и эксплуатационной температуры масла в объеме картера.

По минимальной температуре-масла определяют предельное значение вязкости, обеспечивающее пуск механизма без подогрева масла. Это значение устанавливается экспериментально для каждого вида трансмиссии и мощности двигателя. Для автомобильных трансмиссий предельное значение вязкости составляет 4500 П.

Средняя эксплуатационная температура позволяет выбрать вязкость масла с минимальными потерями энергии на трение. Для автомобильных трансмиссий максимальная рабочая вязкость, не вызывающая значительных затрат на трение, составляет 10-20 П.

В гидромеханических трансмиссиях масло движется с большой скоростью (80-100 м/с) в узких каналах между лопатками насосного и направляющего колес и турбины. Для снижения энергетических затрат на преодоление внутреннего трения, вязкость масла должна быть возможно более низкой во всем диапазоне рабочих температур. Практически вязкость масел для гидромеханических трансмиссии должна быть 4-8 сСт.

Максимальная температура масла предопределяет выбор минимально допустимой вязкости для предотвращения значительных утечек через неплотности агрегатов трансмиссии. Если вязкость масла в автомобильных трансмиссиях не ниже 25-30 сСт заметной утечки масла не происходит. Нижний предел вязкости масла для гидромеханических трансмиссий (который составляет 3-5 сСт) устанавливают по соображениям возникновения кавитации и подтекания масла через уплотнения.

По максимальному и минимальному значениям вязкости масла для агрегатов трансмиссий и кривой зависимости вязкости от температуры можно определить температурную область применения данного масла. Чем шире эта область, тем лучше эксплуатационное свойство масла.

Таким образом, вязкость трансмиссионных масел является комплексным показателем и характеризует поведение масла как при температуре установившегося режима работы, и при запуске холодного автомобиля. Она характеризуется двумя показателями:

1. Кинематической вязкостью при рабочей температуре, в сСт при 100 °С эквивалентной.

2. Минимальной температурой работоспособности масла, ниже которой динамическая вязкость масла превышает 1 50000 и не обеспечивает надежное смазывание трансмиссии.

Энергетические потери в трансмиссии составляют до 20 % всей потребляемой мощности автомобиля. Уменьшение вязкости трансмиссионных масел является одним из путей увеличения экономичности автомобиля. Вязкое масло затрудняет плавное движение холодного автомобиля, труднее проникает в узкие зазоры между поверхностями трения.

Окисление масла при высокой температуре называется термоокислением, а способность противостоять окислению антиокислительной стабильностью.

Термоокисление масла в реальных условиях эксплуатации автомобиля является сложным и зависит от многих факторов: температуры масла и деталей двигателя (трансмиссии), взаимодействия с продуктами сгорания и др.

Для оценки окислительной стойкости моторных и трансмиссионных масел используются лабораторные, стендовые и моторные испытания.

Лабораторные испытания применяются для прогнозирования срока службы масла и поведения масла во время эксплуатации. Они проводятся при разработке новых масел с базовыми маслами и готовыми продуктами с целью определения эффективности присадок. Антиокислительная стабильность оценивается несколькими стандартными методами и большим числом методов, разработанных отдельными компаниями.

Основные характеристики термоокислительной стабильности:

- индукционный период окисления;

- стойкость к термоокислению;

- склонность к коксованию;

- изменение щелочного числа.

Антикоррозионные свойства. Коррозия металлов является основной причиной преждевременного разрушения конструкционных материалов трансмиссии. Коррозия сопровождает процессы образования отложений и изнашивания деталей механизмов. В конечном результате коррозия снижает эффективность и надежность техники, ухудшает эксплуатационные свойства масла.

Трансмиссионные масла должны исключать коррозию не только з процессе работы машины, но и в нерабочем состоянии.

Защитные свойства масел - способность масел предохранять от коррозии и ржавления определяются по двум методам:

СК.С Ь-33 (РТМ 5326.1) "Определение способности трансмиссионного масла подавлять коррозию, вызываемую влагой" условия испытаний: дифференциал прокручивается в течение 4 ч при частоте вращения 2500 об./мин и температуре 82 °С; в последующем узел выдерживается 7 дней при температуре 52 °С, масло сливается, узел разбирается и осматривается.

Пенообразование - процесс образования пены при интенсивном перемешивании и взбалтывании работающего масла. Пена ухудшает пенообразование уменьшается в присутствии специальных присадок, особенно силиконовых жидкостей.

Стойкость эласгомерных деталей (сальников, манжет, прокладок и др.) при продолжительном контакте с маслом оценивается в зависимости от состава и тина эластомера.

Так как в эластомеры вводят противоокислительные, антифрикционные и другие добавки, при воздействии масла и смазки эластомерные детали могут набухать или терять свою эластичность, и твердеть. Интенсивность старения зависит от свойств эластомеров, химического состава масла и температуры эталонных резин при выдерживании их в масле в течение установленного времени при определенных условиях. Оценочные показатели:

увеличение твердости, ед. ОШС,

изменение напряжения разрыва,"'";

изменение удлинения до разрыва, %;

изменение объема, %, (увеличение (+), уменьшение (-)).

Оценка качества масел. Основные критерии при выборе масла для механической 'трансмиссии: степень вязкости SАЕ. класс качества и назначения.

При выборе масла в районах с холодным климатом следовало бы обратить внимание на температуру застывания.

В листах данных, в списке типовых характеристик трансмиссионных масел наряду с классом вязкости по SАЕ, обычно представляются следующие параметры:

плотность,

кинематическая вязкость при 40 °С,

кинематическая вязкость при 100 °С,

индекс вязкости,

температура вспышки,

температура застывания.

Эти показатели не характеризуют эксплуатационных свойств масел и являются ориентационными при выборе масла по вязкости и температуре замерзания, а также для идентификации.

Новые классы АРI:

АРI МТ-1:

Масла для высоконагруженных агрегатов.

Предназначены для несинхронизированных механических коробок передач мощных коммерческих автомобилей (тягачей и автобусов).

Эквивалентны маслам АРI GL-5, но обладают повышенной термической стабильностью.

АРI РG-2 (проект):

Масла для передач ведущих мостов мощных коммерческих автомобилей (тягачей и автобусов) и мобильной техники.

Эквивалентны маслам АРI GL-5, но обладают повышенной термической стабильностью и улучшенной совместимостью с эластомерами.

Для механических коробок передач (кроме гипоидных), в основном применяются масла АРI GL-3 и АРI GL-4; для гипоидной главной передачи: АРI GL-4 - для средне нагруженных передач и АРI GL-5 - для сильно нагруженных передач, в том числе гипоидных со значительным смещением осей. Нефтекомпании выпускают универсальные масла, предназначенные одновременно как для коробки передач с синхронизаторами, так и для сильнонагруженных гипоидных передач.

Система классификации 2Р. Компания создала систему классификации всех видов автотранспортных передач. Каждый вид имеет свой список смазочных материалов. Эти списки обозначаются инициалами и цифрами от ZF ТЕ-МL 01 до ZF ТЕ-МL 14. В списках для каждого вида передач перечисляются:

- виды и классы качества смазочных материалов,

- классы вязкости,

- допущенные к применению продукты с указанием марки и производителя.

Европейские производители масел стараются получить апробацию 7.Р. Эта система классификации в Европе становится основной.

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ГРУППЫ.

Ассортимент трансмиссионных масел в основном состоит из четырех эксплуатационных групп с условными названиями:

для механической коробки передач (АРI GL-4),

для заднего моста и гипоидной передачи (АРI GL-5),

для гидравлических механизмов и систем.

Для удовлетворения особенностей конструкций некоторых автомобилей, имеются дополнительные сорта масел:

для пятиступенчатой коробки передач,

для самоблокирующегося дифференциала повышенного трения (АРI GL-5 LS),

для тракторов и мобильных рабочих машин (рассматривается отдельно в разделе "Тракторные масла". STOU, UTTO, ТОU),

для несинхроннзированных коробок передач грузовых автомобилей (АРI МТ-1),

для трансмиссий некоторых моделей автомобилей Mersedes-Bens.

Классификация масел на эксплуатационные группы облегчает составление торгового ассортимента с целью удовлетворения потребностей покупателей с наименьшим. рациональным набором масел.

В описаниях марок масел, выделяются особенности, которые могут оказать влияние на выбор масла покупателем:

универсальные для всех видов механических передач,

синтетические масла,

масла продленного интервала замены.

энергосберегающие масла,

биологически разлагаемые масла и др.

Масла для механической коробки передач грузовых автомобилей. Мощные грузовые автомобили, автобусы, трактора и другие мобильные рабочие машины имеют механические коробки передач более сложной конструкции: несинхронизированная КПП, с предварительным делителем или без него; синхронизированная КПП с предварительным делителем или без нее; синхронизированная КПП с гидротрансформатором; синхронизированная КПП с гидротрансформатором и промежуточным гидродинамическим тормозом-замедлителем.

Масла для переднего ведущего моста. Главная передача, дифференциал переднего моста, коробка передач и сцепление размещены в общем корпусе. Применяются маловязкие масла. Изготовители масел на этикетках отмечают возможность применения масла для переднего ведущего моста и коробки передач. Для этой цели применяются масла АР 1 GL-4 с отметкой о специальном назначении, а для некоторых автомобилей применяется моторное масло.

Масла для раздаточной коробки передач. Для масел раздаточных коробок передач особых требований не предъявляются и для них применяются те же масла, что и для механических коробок передач, ручного управления или передач ведущего моста.

Масла для ведущего моста - главной передачи и дифференциала. Главная передача увеличивает вращательный момент, уменьшает скорость вращения и в заднем мосту меняет направление передаваемого момента вращения на 90°. Она соединяется с дифференциалом, в котором вращение передается на колеса посредством конусных сателлитных шестерен. При этом обе полуоси могут вращаться с разной скорое; когда автомобиль поворачивается. Главная передача чаще всего состоит из пары гипоидных шестерен в легковых автомобилях и конусно - спиральной пары в большинстве грузовых автомобилей. Эти передачи во время работы бывают сильно загруженными и скоростными Контактное давление в них достигает 2000 МПа и более, а рабочая температура масла -120°- 130 °С. Для таких передач требуется вязкое масло (SАЕ 90 или SАЕ 140), которое содержит много серы (до 1,5 %) в противозаднрных присадках. Применяются масла ОL АРI GL-2 или API GL-4.

Масла для гипоидной передачи. В гипоидной конусной передаче оси конусов не пересекаются. Скольжение зубьев тем больше, чем больше расстояние между осями. Поэтому одним из показателей масс; для гипоидных передач является смешение осей конусов (рис. 1.8), выраженное в миллиметрах. Этот показатель часто приводится в описаниях масел и служат в качестве признака при классификации масел, предназначенных дня гипоидных передач.

В гипоидной передаче условия работы особенно тяжелые. На зубья действует высокое контактное давление (до 4 000 МПа), проявляются динамические нагрузки, ударь высокая скорость скольжения (до 15 м/с). Для эффективного смазывания применяются противоизносные и разделяющие присадки. На поверхностях трения гипоидной передачи присадки разлагаются с выделением химически активных элементов и на поверхности образуется хемосорбционная пленка, отличающиеся пластичностью и хорошим сцеплением с металлом. Присадки ЕР вводятся во все масла высокого качества. Они содержат органические соединения хлора и фосфора, которые могут вызвать коррозию цветных металлов. Универсальные трансмиссионные масла, применяемые для гипоидной и механической коробки передач, имеют специальные разделяющие фисадки, не вызывающие коррозии цветных металлов и обладающие хорошими смазывающими свойствами.

Показатели качества масел для гипоидных передач:

вязкость: SАЕ 90, SАЕ 80W-90, SАЕ 80W-140, SАЕ 85W-140,

класс качества АРI ОL-5, спецификации изготовителей машин (ОЕМ) и военною ведомства США:

МIL-L-2105D (Multigrade), МIL-L-2105 В (Monograde);

Ford SМ-2С 1011А, SQМ-2С 9002АА;

МАN 342;

МВ раgе 235;

Volvo 97310, Volvo 97313;

ZF ТЕ-МL 01, ZF ТЕ-МL 05, ZF ТЕ-МL 07.

Масла для дифференциала. Дифференциал позволяет при повороте ведущим колесам вращаться с разной скоростью. Дифференциал имеет планетарную передачу, которая обеспечивает движения полуосей на разных скоростях. Какие-либо дополнительные требования для смазывания такого дифференциала не выдвигаются и требование по смазке полностью удовлетворяется маслом для главной передачи, с которой он находится в одном корпусе.

Масла для дифференциала повышенного трения. Для подавления проскальзывания и буксировки одного колеса на скользкой дороге, все чаще применяются дифференциалы повышенного трения (рис. 1.9). Фрикционные муфты могут быть дисковые или конические. У всех используется одинаковый принцип блокировки - фрикционная муфта создает дополнительное трение между корпусом и шестерней полуоси и при возникновении разницы во вращении часть крутящего момента передается на проскальзывающие колеса. Имеются и механизмы блокировки дифференциала замочного типа.

Периодичность замены трансмиссионных масел. Срок службы масел в агрегатах трансмиссий зависит от конструкции трансмиссии, качества масел, условий и режима эксплуатации автомобиля и находится в пределах от 14 до 75 тыс. км пробега.

Масло заменяют при значительном изменении его показателей качества по сравнении с исходным маслом: вязкости, кислотности, противоизносных, антикоррозионных антиокислительных свойствах.

Условия эксплуатации для конкретной конструкции трансмиссии являются) важнейшим фактором, определяющим срок смены масел. К ним относятся: нагруженное^ трансмиссии, температурный режим, интенсивность поступления продуктов загрязнения (пыль, вода, продукты износа деталей), механическое воздействие и др. Наиболее нагружены агрегаты трансмиссии на грунтовой дороге. Удельная энергия по сравнению с движением по скоростной дороге возрастает: по булыжной дороге в 1,66 раза, в городских условиях в 1,89 раза, в горных условиях в 1,94 раза, на грунтовой дороге в 2,21 раза.

Необходимым условием продолжительной работы масла является надежная защита агрегатов от проникновения пыли и влаги. Дорожная пыль (кварцевая) резко снижает противоизносные свойства масла, которые не компенсируются самыми эффективными присадками.

При попадании в масло ТС 5 % воды нагрузка сваривания Р снижается в 2 раза, а износ увеличивается в 2 раза.

Одним из параметров, определяющих необходимость замены масла считают повышение вязкости на 50 %.

Среднестатистические интервалы замены масла:

* для автоматической коробки передач легковых автомобилей - через каждые 30.000 - 50.000 км;

* для коробки передач и других агрегатов трансмиссии коммерческих автомобилей через каждые 30.000-50.000 км;

* для коробки передач и других агрегатов трансмиссии машин с тяжелым режимом работы - через каждые 15.000 - 30.000 км.

2.3 Анализ изменений физико-химических свойств трансмиссионных масел в процессе эксплуатации

Показатели физико-химических свойств масла (содержание сернистых и смолистых веществ, плотность, вязкость, кислотность, содержание воды, краевой угол смачивания) позволяют косвенно прогнозировать противоизносные свойства масла.

Например, присутствие в трансмиссионном масле воды значительно изменяет (преимущественно ухудшает) противоизносные и противозадирные свойства. Вода оказывает существенное влияние на химические процессы, протекающие на границе раздела фаз. Наибольшие изменения наблюдаются при содержании воды в масле 0,5-2 %.

Наличие воды в объеме масла способствует гидролизу присадок определенного химического состава, в результате чего их химическая активность возрастает. Вода участвует в формировании граничного слоя на поверхности металла и может привести к интенсивному коррозионно-механическому изнашиванию и задиру пар трения.

Зубчатые передачи работают при высоком контактном давлении, высокой температуре и относительно больших скоростях перемещения трущихся поверхностей.

...