РЕЗУЛЬТАТЫ СРАВНИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ ДОБАВОК К МОТОРНЫМ МАСЛАМ «КЛАСТЕР» и “WAGNER”
Современная мобильная сельскохозяйственная техника отличается низкой долговечностью. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС), являясь наиболее ответственным агрегатом мобильной сельскохозяйственной техники, не характеризуется высокими показателями надежности. Одним из методов повышения долговечности ДВС является использование функциональных добавок в моторное масло.
Смесь специальных добавок с моторным маслом при эксплуатации ДВС создает функциональную смазочную композицию. В этом случае специально созданные смазочные композиции играют роль конструкционных материалов, обеспечивая необходимые трибологические свойства (коэффициент трения и износ).
Качественный состав добавок существенно влияет на трибологические свойства смазочных композиций, обеспечивающих эффективность работы ДВС.
Для улучшения трибологических свойств смазочных композиций во время эксплуатации ДВС производители смазочных материалов предлагают множество трибопрепаратов – кондиционеров поверхности и реметаллизантов. В последнее время особый интерес вызывают трибопрепараты, содержащие наноразмерные компоненты [1]. Например, во Франции производят противозадирную добавку “Copper”, содержащую частицы рафинированной меди и свинца; препарат “Metal-5”, содержащий частицы сплава меди, цинка и серебра дисперсностью 1–5 мкм. В Венгрии применяется металлоплакирующий препарат “Eska”, имеющий твердофазную добавку. В США разработаны препараты “Restorer”, “Repower” на основе порошков медных сплавов. Импортные препараты “Remetallisant Moteur”, “Lubrifilm” плакируют пленками мягких металлов поверхности стальных деталей. В Германии производятся препараты “Nanoprof Motor Refit KFZ”, “Nano Vit Motor Renovator” в которых присутствуют порошки SiO2, Al2O3, С.
Одной из современных добавок из Германии является “Eсо-Universal Oil Package” фирмы “Wagner” рекомендуемая для ДВС и содержащая специальные поверхностно-активные вещества [2].
В России производят добавки в масло в виде суспензии высокодисперсных порошков мягких металлов (Cu, Pb, Sn, Ag, Zn, Au) и их сплавов: «Кластер», «РиМЕТ», «Ресурс-Дизель» [3, 4]. Наряду с порошками металлов и сплавов в качестве активных компонентов смазочной среды часто используют природные минералы. Примерами таких препаратов, произведенных в России и содержащих слоистые гидросиликаты магния (серпентины), являются «РВС», «НИОД», «АРТ», «ТСК-М», «СУПРОТЕК», «СУПРОТЕК ЛЮКС 100», «Живой металл», “RUTEC-reanimator”, «МЕГАФОРС», «ЭДИАЛ», «РВД», «ХАДО», «ТРИБО», “SUPRO”, “Motor doctor”.
Среди комплексных трибопрепаратов на основе серпентинов и органических добавок известна антифрикционная ресурсовосстанавливающая композиция (АРВК), в состав которой введен трибополимеробразующий препарат «ЭФ-357» [3].
Сравнительно новым и перспективным направлением является применение результатов нанотехнология, в частности ультра- и нанодисперсных порошков. использование данных порошков с различными свойствами позволяет сформировать поверхностный слой трущихся деталей с требуемыми физико-химическими характеристиками.
В настоящий момент широко используются ультра- и нанодисперсные порошки цветных металлов, сплавов и их легированные модификации.
Одним из наиболее эффективных способов получения ультра- и нанодисперсных порошков является метод плазменной переконденсации крупнодисперсного сырья, основанный на испарении исходного материала в плазме при температуре до 6000…8000 °С и конденсации пара до ультра- и нанодисперсного размера. Полученные таким образом частицы после фильтрации делятся на две группы. Первая группа с размерами 0,3…0,5 мкм, вторая – с размерами 0,1…0,3 мкм [5].
Использование полученных данным методом ультра- и нанодисперсных порошков в различных их комбинациях и смазочных средах позволило разработать целую гамму добавок серии «Кластер», предназначенных для снижения коэффициента трения, износа, повышения нагрузки схватывания и других положительных изменений характеристик трущихся деталей агрегатов автотракторной техники.
Проведенные ранее исследования показали, что добавка к моторному маслу «Кластер-М» отличается высокими противоизностными и низкими антифрикционными свойствами [6].
В связи с этим появилась идея выбрать из зарубежных наиболее эффективную антифрикционную добавку, провести сравнительные испытания добавки «Кластер» с выбранным аналогом и в дальнейшем исследовать смесь данных препаратов.
В качестве аналога с высокими антифрикционными свойствами была выбрана добавка из Германии “Eсо-Universal Oil Package” фирмы “Wagner”.
Сравнительные лабораторные испытания добавок к маслу «Кластер» и “Eсо-Universal Oil Package” фирмы “Wagner” проводили на машине трения СМЦ-2 по схеме «ролик – колодка».
Образцы пар трения изготавливали из конструкционных материалов, применяемых в ДВС. Для воспроизводства пары трения «гильза – поршневое кольцо» колодки и ролики изготовляли из серого чугуна СЧ-25. Твердость образцов составляла 190...220 НВ, что соответствует твердости поверхности гильзы цилиндра. Наружный диаметр ролика 50 мм, ширина 12 мм. Колодки изготавливали из кольца с наружным диаметром 68 мм, внутренний диаметр совпадал с размером ролика. Длина колодки по окружности составляла 20±1 мм. Продолжительность испытания – 3 ч. Пары трения предварительно прирабатывались в течение 3 ч при режимах основного испытания. Приработку проводили, используя масло МС-20 ГОСТ 21743-76. Поверхность трения образцов в процессе испытаний смазывали путем погружения ролика на 1/3 в масляную ванну и его вращения. Давление в месте контакта – 15 МПа. Угловая скорость вращения приводного вала – 52 с-1.
Нагрузку на пару трения создавали с помощью специального рычажного устройства, имеющегося на машине трения. Пуск машины осуществляли при отсутствии нагрузки на образцы, после чего в течение 2 мин нагрузку плавно доводили до установленной величины.
Перед экспериментами машину трения СМЦ-2 тарировали по нагрузке и моменту трения с использованием динамометра, рычага и тарировочных гирек согласно инструкции по эксплуатации.
В процессе всех испытаний на нижнем валу машины с помощью специального устройства замеряли и непрерывно регистрировали на ленте момент трения.
Износ определяли взвешиванием образцов до и после опыта на аналитических весах HR-250AZG с точностью до 0,1 мг.
При изготовлении смазочных композиций использовали базовое масло МС-20.
Согласно представленной методике были проведены сравнительные трибологические испытания масла МС-20, добавок к базовому маслу «Кластер-М», “Eсо-Universal Oil Package”, а также смеси «Кластер-М» – 50% и “Eсо-Universal Oil Package” – 50%.
Добавка «Кластер-М» представляет собой смесь наноразмерных порошков сплавов латуни Л60 и латуни с серой и фосфором. В состав добавки “Eсо-Universal Oil Package” фирмы “Wagner” входят поверхностно- активные вещества, которые вступают в химическое соединение с молекулами на металлических поверхностях трущихся деталей и образуют микроскопически тонкий реакционный слой, который препятствует свариванию и повышенному износу.
Результаты сравнительных лабораторных испытаний представлены на рисунках 1 и 2.
Анализ результатов показал, что наименьший износ был при использовании добавки «Кластер-М» к маслу МС-20.
Отдельные компоненты смеси выполняют строго дифференцированные функции. Латунь, обладая высокой пластичностью, способствует интенсивному формированию трущихся поверхностей за счет заполнения впадин шероховатости и дефектов. Фосфор способен образовывать с металлами относительно легкоплавкие эвтектики, что увеличивает диапазон нагрузочно-скоростных и температурных режимов. Кроме того, добавка фосфора усиливает адгезионную связь порошка с основным металлом, что способствует повышению противоизносных свойств поверхности трения. Сера способна создать на поверхности трения структуры с малым сдвигом, что эффективно снижает коэффициент трения и уменьшает вероятность образования задира.
При использовании добавки «Кластер-М» износ ролика за 3 ч испытаний составил 13,7 мг, а колодки – 1,4 мг. На масле МС-20 износ ролика составил 41,9 мг, а колодки – 5,2 мг, что в 3,1 и 3,7 раза соответственно больше, чем на масле с добавкой «Кластер-М».
Износ ролика и колодки на масле МС-20 с добавкой “Eсо-Universal Oil Package” составил 21,7 и 3,9 мг соответственно, что в 1,7 и 2,8 раза соответственно больше, чем на масле с добавкой «Кластер-М».
Испытание противоизностных свойств смеси добавок “Eсо-Universal Oil Package” и «Кластер-М» к маслу МС-20 показали, что износ ролика составил 16,1 мг, а колодки – 3,1 мг. Анализ полученных данных в сравнении с отдельными добавками “Eсо-Universal Oil Package” и «Кластер-М» показал, что износ смеси “Eсо-Universal Oil Package” и «Кластер-М» в 1,3 раза и 1,26 раза меньше, чем на масле с отдельной добавкой “Eсо-Universal Oil Package”. А износ ролика и колодки на масле с добавкой «Кластер-М» в 1,2 и 2,2 раза меньше, чем на масле с добавкой смеси “Eсо-Universal Oil Package” и «Кластер-М».
При испытании образцов на масле МС-20 с испытуемыми добавками момент трения снижался после 30 мин испытаний и имел неустановившийся характер. Результаты трехчасовых испытаний показали, что наибольший момент трения наблюдался на масле МС-20 – 6,3 Н·м. Момент трения образцов на масле с добавкой “Eсо-Universal Oil Package” имел наименьшую величину – 3,1 Н·м. Момент трения на масле с добавками «Кластер-М» и смеси добавок “Eсо-Universal Oil Package” и «Кластер-М» составил 5,4 и 3,5 Н·м соответственно, что в 1,2 и 1,8 раза меньше, чем на масле МС-20, и в 1,7 и 1,1 раза больше, чем на масле с добавкой “Eсо-Universal Oil Package” соответственно.
Проведенные трибологические испытания добавок к маслу МС-20 показали, что наилучшими противоизностными свойствами обладает добавка «Кластер-М». В то время как наименьший момент трения показала добавка “Eсо-Universal Oil Package”. Испытание смеси данных добавок в пропорции 50 на 50%, позволили получить присадку к маслу МС-20, уменьшающую износ ролика и колодки в 2,6 и 1,7 раза соответственно, а момент трения – в 1,8 раза по сравнению с маслом МС-20.
Дальнейшие испытания будут посвящены поиску оптимального соотношения добавок “Eсо-Universal Oil Package” и «Кластер-М» для получения наилучших трибологических свойств масла МС-20 с разработанной добавкой.
Литература
- Сафонов В. В., Добринский Э. К. Повышение ресурса тракторных дизелей за счет металлсодержащих добавок к маслу // Тракторы и сельхозмашины. – 2001. – № 4. – С. 17–18.
- Универсальная добавка к маслам WAGNER Universal Micro-Ceramic Oil [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.microceramics.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=75&Itemid=200.
- Шарифуллин С. Н., Дунаев А. В. Классификация трибомодификаторов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gosniti.ru /documents/articles/113.pdf.
- Сафонов В. В., Шишурин С. А., Александров В. А. Повышение эффективности эксплуатации сельскохозяйственной техники за счет применения наноматериалов // Нанотехника. – 2009. – № 20. С. 79–80.
- Применение наноматериалов при техническом сервисе автотракторной техники / В. В. Сафонов, В. А. Александров, С. А. Шишурин, А. С. Азаров // Вестник ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет им. В. П. Горячкина». – 2009. – № 3. – С. 62–66.
- Пат. 2123030 Рос. Фе дерация, МПК6 C10M 125/00, C10M 125:04, C10M 125:22, C10M 125:24, C10N 30:06. Смазочная композиция / В. В. Сафонов, Э. К. Добринский, В. Н. Буйлов, А. Г. Семин, А. А. Ми тюшкин, В. В. Венскайтис ; № 97116529/04 ; заявл. 07.10.1997 ; опубл. 10.12.1998, Бюл. № 34. – 5 с. : ил.
Метки: Транспорт