ПЛАСТИЧНАЯ СМАЗКА Российский патент 1998 года по МПК C10M169/04 C10M169/04 C10M117/02 C10M117/04 C10N30/06 

Изобретение относится к пластичным смазкам, основным назначением которых является обеспечение работоспособности подшипников качения буксовых узлов электровозов, тепловозов и моторного подвижного состава железнодорожного транспорта, называемых в дальнейшем тексте термином "буксовый узел".

Одним из основных требований к пластичным смазкам для буксовых узлов является обеспечение пробега указанных видов техники между заводскими ремонтами с полной ревизией буксового узла на уровне 400 - 600 тыс. км [1]. Для обеспечения этого результата были разработаны пластичные смазки ЖРО, ЖРО-77 и другие подобные им смазки [1]-[3], мыльная основа которых содержит литиевые мыла стеариновой, олеиновой кислот и осерненного касторового масла. Подобный результат обеспечивала и смазка ЕЖС [2], загущенная 12-оксистеаратом лития, которая, несмотря на ряд преимуществ, не нашла промышленного применения в силу ряда недостатков, обсуждение которых выходит за рамки данного описания.

В настоящее время на отечественном железнодорожном транспорте для смазывания буксовых узлов в течение более 25 лет используют смазку ЖРО [2], являющуюся ближайшим аналогом заявляемой в соответствии с изобретением смазки.

В процессе пробега между заводскими ремонтами буксовый узел неоднократно дозаправляется смазкой. В зависимости от условий эксплуатации указанных транспортных средств пробег между дозаправками составляет: для электровозов не более 20 тыс.км, тепловозов 35 - 50 тыс.км, моторного подвижного состава 25 - 50 тыс.км.

Столь малый пробег между дозаправками осложняет и удорожает эксплуатацию указанной техники, приводит к большому перерасходу смазки, по причине чего категорическим требованием эксплуатационников является разработка смазки, обеспечивающей увеличенный пробег между дозаправками.

В течение более чем 25 лет с начала эксплуатации смазки ЖРО (Железнодорожная роликовая) разными исследователями предлагались различные модификации этой смазки, предназначенные для увеличения пробега между дозаправками. При этом предполагалось, что этот показатель симбатно связан с противоизносными и противозадирными свойствами смазки. В этой связи в предшествующем уровне техники предлагалось вводить в рецептуру смазки самые различные добавки, например аэросил, нитрид бора, нитрид бора, металлизированный сплавом на основе цветных металлов [3], приработочные составы (SnO₂), полимеры трения и др. Действительно, подобными мерами удавалось значительно улучшить противоизносные и противозадирные свойства смазки, что доказывалось при испытаниях на лабораторной технике, например четырехшариковой машине трения, однако при натурных испытаниях эффект оказывался отрицательным: повысить пробег указанных транспортных средств между дозаправками не удавалось, в силу чего указанные модифицированные смазки не были внедрены на железнодорожном транспорте.

Системный анализ условий эксплуатации буксового узла со смазкой, осуществленный авторами данной заявки, показал следующее. При разработке предшествующих смазок исследователи предшествующего уровня техники недостаточно учитывали конструктивные особенности и особенности эксплуатации собственно буксового узла. (Различные модификации конструкций последнего описаны в источниках информации [4] - [6]).

Нагруженность данного узла такова, что смазка с относительно невысокой критической нагрузкой - 500 H (по ГОСТ 9490) в достаточной мере защищает от износа буксовый узел. В силу же конструктивных особенностей буксового узла миграция смазки к рабочим поверхностям сильно затруднена. В процессе использования пластичных смазок типа ЖРО (основу мыльного загустителя составляет литиевое мыло стеариновой кислоты) они подвергаются сильному разрушению, при механическом воздействии плохо восстанавливаются или продолжают разрушаться при "отдыхе". По этой причине они стекают из нагруженных зон трения в ненагруженные части буксового узла, что приводит к повышенному износу рабочих поверхностей в нагрузочных зонах. Смазки типа ЕЖС (основой загустителей которой является литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты) незначительно разрушаются при механическом воздействии, хорошо восстанавливаются при "отдыхе", достигая высоких пределов прочности, что препятствует их миграции к поверхностям трения и вызывает повышенный износ последних.

Таким образом, причиной отрицательных результатов, полученных исследователями предшествующего уровня техники, является то обстоятельство, что они обращали внимание только на улучшение смазочных свойств пластичной смазки (противозадирных, противоизносных) и не учитывали условия работы смазки в буксовом узле.

В соответствии с изобретением установлено, что критической характеристикой в системе буксовый подшипник - пластичная смазка является тиксотронные свойства смазок, количественно определяемые показателем механической стабильности (ГОСТ 19295-73), который для данного узла трения должен иметь оптимальное значение. Улучшение этого показателя, связанное с разработкой новой системы загустителей, позволяет увеличить пробег между дозаправками буксовых узлов электровозов, тепловозов, моторного подвижного состава в 2 - 2,5 раза, что является новым техническим результатом.

Для достижения этого нового технического результата в соответствии с изобретением предлагается пластичная смазка, содержащая, мас.%: литиевое мыло стеариновой кислоты 7-9, литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты 4-6, литиевое мыло касторового и/или осерненного касторового масла 2-4, нефтяное масло до 100. Предпочтительно смазка в соответствии с изобретением содержит литиевое мыло осерненного касторового масла, содержащего серу в количестве не более 5 мас.%. При более высоком содержании серы на трудящихся поверхностях появляются коррозионные повреждения, что требует подбора специальных ингибиторов коррозии.

Для обеспечения указанного нового технического результата смазочный материал должен отвечать следующим техническим требованиям:
1. механическая стабильность по ГОСТ 19295-73, исходный предел прочности на разрыв 1300-2500 Па, предел прочности после разрушения 350 - 600 Па, индекс восстановления ±10%;
2. смазывающие свойства на четырехшариковой машине трения по ГОСТ 9490 - 75, критическая нагрузка, H, не менее 500, диаметр пятна износа, мм, не более 0,60;
3. предел прочности на сдвиг при 50^oC по ГОСТ 7443 - 73 не менее 200 Па;
4. коррозионное воздействие на металлы по ГОСТ 9.080 - 77 - выдерживает.

При соблюдении этих характеристик пробег указанных видов техники без дозаправки смазкой буксовых узлов гарантирован в зависимости от типа узла и условий эксплуатации в пределах 50 - 120 тыс.км.

Кроме указанных выше компонентов смазка может содержать различные целевые добавки (присадки, наполнители, красители и т.п.), но только при обеспечении характеристик 1 - 4, перечисленных выше.

Пластичная смазка в соответствии с изобретением может быть приготовлена по общепринятой технологии приготовления пластичных смазок.

Ниже приведен один из типичных примеров подобной технологии.

В реактор-мешалку с внешним обогревом загружают расчетное количество оксида лития (ГОСТ 1595), стеариновой кислоты (стеарин технический, ГОСТ 6484-64), 12-оксистеариновой кислоты (ТУ 3810172-78), касторовое масло (ГОСТ 6757) и/или осерненное касторовое масло. Последнее целесообразно использовать, если оно отвечает следующим параметрам: кислотное число не более 5 мг КОН/г масла, число омыления 165 - 205, содержание серы не более 5%, содержание механических примесей - отсутствие. Указанные компоненты и 1/3 часть нефтяного масла (масло веретенное АУ, ТУ 38.101586-75) после загрузки в реактор-мешалку нагревают при перемешивании до расплавления омыляемого сырья, проводят омыление, выпаривают воду, поднимают температуру до расплавления мыл (200 - 210^oC), подают оставшуюся часть той же масляной основы, охлаждают реакционную смесь до температуры окружающего воздуха и гомогенизируют.

Изобретение проиллюстрировано приведенными ниже примерами.

По способу, описанному выше, готовят ряд образцов пластичных смазок.

Рецептура приготовленных образцов приведена в табл. 1, под номером 1 в той же таблице приведена смазка ЖРО в соответствии с источником [2].

Все образцы подвергают испытаниям на соответствие техническим требованиям, приведенным выше под номерами 1 - 4.

Кроме того, полученные образцы смазок подвергают испытаниям по пробегу буксового узла до первой дозаправки смазкой. С этой целью буксовые узлы локомотивов заправляют смазкой и осматривают состояние поверхностей трения через каждые 10 - 15 тыс.км пробега и так до появления на рабочих поверхностях первых браковочных признаков по износу или коррозии. Смазка считается прошедшей испытания, если пробеги буксовых узлов в соответствии с вышеописанной методикой не менее 50-120 тыс.км. Такие испытания проводили на экспериментальном кольце ВНИИЖТ и на сети дорог. Статистические данные по пробегу дозаправки собирались в течение 5 лет.

Как следует из данных табл. 2, образцы N 2, 3, 4, 17, 18, 19, 22 полностью обеспечивают достижение нового технического результата. Именно эти образцы входят в объем изобретения, определяемый его формулой.

Образцы N 5 - 16, 21, 23 содержат рецептуры, не охватываемые формулой изобретения, и не обеспечивают достижение декларированного выше технического результата.

Так, образцы с содержанием стеарата лития выше нормы (N 6, 11) сильно разупрочняются при механическом воздействии, плохо восстанавливаются и не отвечают нормам по механической стабильности. Образец с пониженным содержанием стеарата лития (N 5) после восстановления имеет завышенный предел прочности на разрыв, вследствие чего смазка неудовлетворительно мигрирует к поверхности трения.

При содержании литиевого мыла 12-оксистеариновой кислоты выше (обр. N 8) и ниже (обр. N 7) указанных оптимальных пределов тиксотропные свойства смазки не обеспечивают ее удовлетворительную миграцию к поверхностям трения, что снижает пробег буксовых узлов до дозаправки смазкой. Содержание касторового и осерненного касторового масел выше определенных пределов (обр. N 21 и 10) вызывает снижение пробега подшипниковых узлов до дозаправки из-за коррозионных повреждений, что, по-видимому, связано с повышением содержания серы (в случае осерненного касторового масла) и кислородсодержащих коррозионно активных продуктов, образующихся за счет непредельной рициналевой кислоты, составляющей основу касторового масла. Содержание касторового и осерненного касторового масла ниже указанных пределов не обеспечивает требуемого уровня противоизносных свойств (обр. N 20, 9). Образцы смазок, не содержащие хотя бы одного из предложенных загустителей (литиевых мыл стеариновой, 12-оксистеариновой кислот, касторового и/или осерненного касторового масла), имеют неудовлетворительные противоизносные (обр. N 11-16, 20) и тиксотропные свойства (обр. N 11, 20).

Таким образом, приведенные примеры подтверждают достижение декларируемого выше нового технического результата.

Приведенные примеры иллюстрируют различные варианты воплощения заявленного изобретения, но не ограничивают его объем, определяемый приведенной ниже формулой изобретения.

Пластичная смазка предназначена для подшипников качения буксовых узлов электровозов, тепловозов и моторовагонного подвижного состава. Сущность: смазка содержит, мас.%: литиевое мыло стеариновой кислоты 7-9, литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты 4-6, литиевое мыло касторового и/или осерненного касторового масла 2-4, нефтяное масло до 100. Предпочтительно осерненное касторовое масло содержит не более 5 мас.% серы. Смазка обеспечивает пробег техники без дозаправки 50-120 тыс.км. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

\ \ \ 1 1. Пластичная смазка, содержащая нефтяное масло и литиевое мыло стеариновой кислоты, отличающаяся тем, что смазка дополнительно содержит литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты и литиевое мыло касторового масла и/или осерненного касторового масла при следующем соотношении компонентов, мас. %: \\\3 Литиевое мыло стеариновой кислоты \\\7 7 - 9 \\\3 Литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты \\\7 4 - 6 \\\3 Литиевое мыло касторового и/или осерненного касторового масла \\\7 2 - 4 \\\3 Нефтяное масло \\\7 до 100 \\\ 2 2. Смазка по п.1, отличающаяся тем, что смазка содержит литиевое мыло осерненного касторового масла, содержащего серу в количестве не более 5 мас.%.