СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ РАБОТЫ В ВЕРТОЛЕТНЫХ АГРЕГАТАХ Российский патент 2003 года по МПК C10M169/02 C10M169/02 C10M129/10 C10M133/12 C10M137/04 C10M143/08 C10M129/72 C10M125/22 C10M101/02 C10M107/10 C10N40/04 

Изобретение относится к смазочной композиции, предназначенной преимущественно для трансмиссий и высоконагруженных подшипниковых узлов с игольчатыми подшипниками, работающими при качательном движении с малыми амплитудами, то есть в условиях, когда в механизме износа и разрушения дорожек и тел качения значительную роль играют процессы контактной фреттинг-коррозии.

Известна смазочная композиция для трансмиссий, горизонтальных (ГШ) и вертикальных (ВШ) шарниров втулок винтов вертолетов, содержащая полиальфаолефиновое масло; фенил-α-нафтиламин; 2,6-ди-трет. бутил-4-метилфенол и диизооктилсебацинат, смесь моно- и алкилпроизводных дифениламина, серу-, фосфор- и азотсодержащую присадки [РФ 2122569]. Однако, будучи всесезонной, она не во всех случаях обеспечивает достаточную работоспособность.

По смазочному действию и достигаемому техническому эффекту ближайшим аналогом заявляемой композиции являются применяющиеся в вертолетных агрегатах трансмиссионное масло для гипоидных передач ТСгип ТУ 38.1011332-90, а также низкозастывающие маслосмеси ТСгип/АМГ-10 [В. М. Школьников. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Справочник, М.: Техинформ, 1999, с. 174-175].

Температурные диапазоны применения указанных смазочных материалов в вертолетных агрегатах приведены в табл. 1.

ТСгип представляет собой остаточный продукт прямой перегонки нафтеновых нефтей - зимний нигрол, имеющий кинематическую вязкостью при 100^оС в пределах 18-22 мм²/с и температуру застывания не выше -18^oС, осерненный молотой технической серой в концентрации 1,5-1,8% и разбавленный для получения требуемых вязкостно-температурных характеристик маловязким минеральным маслом.

Недостатком ТСгип является низкий, по современным представлениям, уровень противоизносных свойств.

Маслосмеси СМ-9 и "50:50" по смазочному действию заметно уступают ТСгип. Главный же их недостаток - низкая механическая стабильность, обусловленная наличием в АМГ-10 сильно деструктирующей вязкостной присадки.

В настоящее время производство ТСгип полностью прекращено из-за истощения месторождений нафтеновых нефтей, требующихся для приготовления входящего в него зимнего нигрола. Масел, способных заменить ТСгип с сохранением присущих ему служебных свойств, отечественная промышленность не выпускает. В результате в эксплуатации сложилась критическая ситуация.

Цель настоящего изобретения состоит в создании смазочной композиции, лишенной отмеченных недостатков и базирующейся на доступном отечественном сырье.

Предлагаемая смазочная композиция для работы в вертолетных агрегатах содержит остаточное масло, имеющее вязкость не менее 24 мм²/с при 100^оС и температуру застывания не выше минус 5^oС, серу, маловязкое минеральное и/или полиальфаолефиновое масло, диизооктилсебацинат, алкилфенольную и/или аминную антиокислительную присадки, ариловый эфир фосфорной кислоты и полимерный загуститель с молекулярной массой 5000-10000 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Аминная присадка и/или - 0,01-0,5
Алкилфенольная присадка - 0,005-1,0
Ариловый эфир фосфорной кислоты - 1,0-5,0
Загуститель мол. массы 5000-10000 - 1,0-20,0
Диизооктилсебацинат - 10,0-30,0
Маловязкое минеральное и/или полиальфаолефиновое масло - 1,0-45,0
Сера техническая - 0,4-1,2
Остаточное масло - Остальное
В качестве полимерного загустителя может быть использован модифицированный олигоизобутилен с концевыми кислородными группами.

При изготовлении опытных образцов композиции использовали:
- нигрол "летний" (Л) ТУ 38. 101529-75, имеющий кинематическую вязкость V₁₀₀=27-34 мм²/с и температуру застывания Тз не выше минус 5^оC -вязкое остаточное масло;
- диизооктилсебацинат (ДОС) ГОСТ 8728-88 и диизооктилсебацинат термостабильный (ДОСт) ТУ 6-06-11-88 - сложный эфир;
- МС-8 ТУ 38. 101678-81, ПАОМ-4 ТУ 38.4011084-00 - маловязкие минеральное и полиальфаолефиновое масла;
- модифицированный олигоизобутилен с концевыми кислородсодержащими группами (ОИКГ марки "А") ТУ 0257-001-13013085-95 - полимерный загуститель м. м. 5500-7500.

В качестве арилового эфира фосфорной кислоты рассматривали три(алкиларил) фосфаты, в частности три(изопропилфенол) фосфат, ди-фенил-пара-трет. бутилфенилфосфат и другие. Предпочтение было отдано трикрезил-фосфату (ТКФ) ГОСТ 5728-76.

В качестве антиокислительных присадок аминного и фенольного типов используют алкилированные дифениламины; алкилированный N-фенилнафтиламин; 2,4,6-триалкилфенолы, предпочтительно фенилальфанафтиламин (Неозон) ТУ 6-14-202074 и 4-метил-2,6-ди-трет.бутилфенол (Агидол-1) ТУ 38. 5901237.

Приведенная композиция является технической базой для выработки масел трансмиссионного типа с кинематической вязкостью V₁₀₀ в пределах 20-7 мм²/с и соответственно с температурами застывания от минус 18 до минус 50^оC (табл. 2). Благодаря своим антифреттинговым свойствам эти масла могут успешно работать и в высоконагруженных подшипниковых узлах с колеблющимися игольчатыми подшипниками.

Антифреттинговая эффективность заявляемой смазочной композиции в этом специфическом случае обусловлена рядом факторов. Во-первых, за счет "липкости" нигрола, хороших адгезионных свойств ОИКГ и, особенно, высокой полярности ДОС в них формируются прочные масляные пленки, разделяющие контактирующие поверхности, в том числе и на границах площадок контактной деформации, где при остановках в моменты изменения направления движения зарождаются первые усталостные дефекты. Во-вторых, антиоксиданты аминного и фенольного типа, содержащиеся в смазочных композициях, образуют в работе устойчивые комплексы свободных радикалов, тормозящие окислительные процессы в зонах контакта. В-третьих, развитие контактной фреттинг-коррозии в колеблющихся игольчатых подшипниках, смазываемых предлагаемой композицией, из-за небольшой концентрации серы происходит медленней, чем в случае применения ТСгип.

Следует отметить, что при уменьшении содержания серы до 0,4-0,6,%, как это сделано в предложенных маслах, существенно повышаются противоизносные показатели при сохранении достаточно высокого уровня противозадирных. Положительную роль в таком благоприятном изменении смазывающих свойств играет и фосфорсодержащая присадка ТКФ.

Опытные партии масел для лабораторно-стендовых испытаний изготовлялись предполагаемым Производителем на основании Технологического регламента и Технических условий на опытные партии, подготовленных с участием МВЗ им. М.Л. Миля.

Технология предусматривает смешение компонентов базовой основы (нигрол. ДОС. МС-8), обезвоживание полученной смеси при температуре 90-120^oС. загущение ее ОИКГ с последующем осернением при температуре 110-120^oC, компаундирование и введение присадок при температуре 60-80^oС.

По описанной технологии изготовлены масла, имеющие кинематическую вязкость при 100^oС от 7 до 20 мм²/с и температуру застывания Тз от минус 50^оС до минус 20^оС.

Составы масел приведены в табл. 1.

Анализ технических данных, полученных при испытаниях опытных масел NN 1 - 5, дает основание предложить в качестве заменителей товарных ТСгип и маслосмесей ТСгип/АМГ-10 масла трех марок: NN 1, 2 и 3.

Данные лабораторных исследований масел NN 1 - 3, приведенные в табл. 2 и 3, свидетельствуют о том, что они:
имеют практически такие же вязкостно-температурные характеристики, что их штатные аналоги ТСгип, СМ-9 и "50:50";
их противоизносные показатели существенно выше, чем у ТСгип, и тем более, чем у маслосмесей ТСгип/АМГ-10 - значение Dи при нагрузке 392 Н для них составляет 0,41 - 0,43 мм для масел марок NN 1, 2 и 0,55 мм для масла марки N 3;
по противозадирным свойствам они превосходят требования, установленные для LG-5 - при всех уровнях кинематической вязкости у них нагрузка сваривания Рс > 3920 Н (норма для LG-5 Рс = 3280 Н).

Все три марки обладают высокой механической стабильностью (деструкция после 50-минутного озвучивания на приборе УЗДН-А не более 3%), имеют кислотное число, не превышающее 1,6-1,8 мг КОН/1 г масла, удовлетворяют нормам, принятым для оценки влияния масел на резиновые уплотнения и не вызывают повышенной коррозии металлов, применяющихся во втулках винтов и хвостовых трансмиссиях вертолетов.

Масла марок NN 1 и 2 превосходят СМ-9 и "50:50" не только по механической стабильности (у последних после 50-минутного озвучивания на УЗДН-А деструкция составляет 10 - 20%), но и в части температуры вспышки t_всп в открытом тигле - 170 вместо 92^оС.

По термоокислительной стабильности (прибор ДК-НАМИ, прогнозирование срока хранения, окисление в замкнутом объеме) масло марки N 1 не уступает ТСгип.

Опыт разработки смазочных материалов для ГШ и ВШ втулок винтов вертолетов свидетельствует о том, что наиболее представительными и удовлетворительно коррелирующимися с практикой оценки смазывающего действия, учитывающие особенности механизма износа и разрушения игольчатых подшипников в условиях качательного движения, являются испытания на установке ИМС-2 по методике МВЗ им. М.Л. Миля, вошедшей в комплекс квалификационных испытаний.

В целях повышения достоверности результатов и обеспечения возможности накопления данных, позволяющих прогнозировать долговечность колеблющихся игольчатых подшипников при смазывании тем или иным маслом, методика испытаний на ИМС-2, использующаяся при создании предлагаемой смазочной композиции, была ужесточена по сравнению с квалификационной и приближена к принятой в подшипниковой промышленности при установлении ресурса авиационных подшипников качения, требующей, чтобы три испытуемых образца отработали заданный режим без следов усталости на дорожках и телах качения. Такой подход стал возможным благодаря устранению не поддающихся расчету "пиковых" нагрузок на краях дорожки качения двухбуртового кольца, обусловленных наличием канавок для выхода шлифовального круга.

Снижение "краевых эффектов" достигнуто за счет снятия пологих фасок на гладком внутреннем кольце. В результате рабочая ширина его дорожки качения 1^* _вк уменьшилась до величины 1, при которой удельное давление q_вк=P/d•1^* _вк оказывается существенно ниже удельных давлений на дорожке качения наружного кольца q_нк, в том числе на ее краях, где возникают первоначальные усталостные повреждения.

В табл.4 приведены результаты сравнительных испытаний на установке ИМС-2 с доработанными подшипниками масел марки N 1 и ТСгип, а также опытных масел ВНИИ НП и АЗМОЛ, предложенных в качестве заменителя последнего.

Подшипники, работавшие на эталонном масле ТСгип, после отработки при q_вк= 100 МПа 100 часов имеют на дорожках качения внутреннего "зачетного" кольца небольшие потертости без следов усталостного выкрашивания, что, в частности, свидетельствует об обоснованном выборе режима нагружения.

У подшипников, испытывавшихся на масле N 1, дефектов нет и, судя по их техническому состоянию, сохранился запас долговечности.

При испытаниях масел ВНИИ НП и АЗМОЛ в одном из трех подшипников, работавших на каждом из них, имели место "грубые" усталостные выкрашивания, следовательно, для работы в ГШ и ВШ они мало пригодны.

Комплекс проведенных исследований свидетельствует о том что, предложенные масла полностью решают проблему замены масла ТСгип, а также маслосмесей СМ-9 и "50:50", открывая благодаря оптимальному сочетанию антифреттинговых и смазывающих свойств дополнительные возможности для увеличения ресурса втулок винтов и хвостовых трансмиссий вертолетов, чему в настоящее время придается большое значение.

Использование: в области смазочных материалов, предназначенных преимущественно для трансмиссий и высоконагруженных подшипниковых узлов с игольчатыми подшипниками, работающими при качательном движении с малыми амплитудами. Сущность: композиция содержит, мас.%: аминная присадка 0,01-0,5 и/или алкилфенольная присадка 0,005-1,0, ариловый эфир фосфорной кислоты 1,0-5,0, полимерный загуститель с молекулярной массой 5000-10000 1,0-20,0, диизооктилсебацинат 10,0-30,0, маловязкое минеральное и/или полиальфаолефиновое масло 1,0-45,0, сера техническая 0,4-1,2 и остальное - остаточное масло, имеющее вязкость не ниже 24 мм²/с при 100^oС и температуру застывания не выше минус 5^oС. Технический результат - улучшение антифреттинговых и смазочных свойств композиции и увеличение ресурса работы вертолетных агрегатов. 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Смазочная композиция для работы в вертолетных агрегатах, содержащая остаточное масло и серу, отличающаяся тем, что остаточное масло имеет вязкость не менее 24 мм²/с при 100^oС и температуру застывания не выше минус 5^oС и композиция дополнительно содержит маловязкое минеральное и/или полиальфаолефиновое масло, диизооктилсебацинат, алкилфенольную и/или аминную антиокислительную присадки, ариловый эфир фосфорной кислоты и полимерный загуститель с молекулярной массой 5000-10000 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Аминная присадка и/или - 0,01-0,5
Алкилфенольная присадка - 0,005-1,0
Ариловый эфир фосфорной кислоты - 1,0-5,0
Загуститель с молекулярной массой 5000-10000 - 1,0-20,0
Диизооктилсебацинат - 10,0-30,0
Маловязкое минеральное и/или полиальфаолефиновое масло - 1,0-45,0
Сера техническая - 0,4-1,2
Остаточное масло - Остальное
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве полимерного загустителя содержит олигоизобутилен с концевыми кислородными группами.