ПЛАСТИЧНАЯ СМАЗКА Российский патент 2003 года по МПК C10M169/06 C10M169/06 C10M117/04 C10M117/06 C10M133/12 C10M133/32 C10M137/10 C10M101/02 C10M107/10 C10N40/02 

Изобретение относится к пластичным смазкам, основным назначением которых является обеспечение работоспособности подшипников качения грузовых и пассажирских вагонов.

Известная отечественная смазка железнодорожная ЛЗ-ЦНИИ(у), предназначенная для применения в буксовых цилиндрических роликовых подшипниках качения железнодорожных вагонов, обеспечивает надежную работу между ремонтами с полной ревизией буксового узла до пробега 450 тыс. км.

(1) Авторское свидетельство СССР 245956, 23 с 1/01, С 10 m, 1969.

(2) Технические условия ТУ 0254-013-00148820-99.

Этот результат обеспечивается при температуре окружающего воздуха до - 50^oС и только при условии проведения промежуточных ревизий буксовых узлов грузовых и пассажирских вагонов с добавлением, в случае необходимости, свежих порций смазок.

(3) Инструктивные указания по эксплуатации и ремонту вагонных букс с роликовыми подшипниками, МПС РФ, 3-ЦВРК, М., 2001, п.4.2.8, с. 34.

В настоящее время актуальной задачей отечественных железных дорог является перевод эксплуатируемых буксовых узлов грузовых и пассажирских вагонов с цилиндрическими роликовыми подшипниками на буксовые узлы кассетного типа с двухрядными коническими подшипниками, которые должны обеспечивать безремонтный пробег буксового узла до 1,2 млн. км. Конструктивным элементом таких буксовых узлов кассетного типа является гидрофобная смазка с высокой механической, антиокислительной и термической стабильностью, повышенными противоизносными характеристиками, работоспособная в интервале температур от -50 до +160^oС в течение длительного периода эксплуатации без дозаправки. Известная используемая смазка ЛЗ-ЦНИИ(у), изготовленная на гидрофильных натрово-кальциевых мылах непредельных жирных кислот и смеси минеральных масел, не обеспечивает длительную работоспособность буксовых узлов кассетного типа с двухрядными коническими подшипниками качения до пробега 1,2 млн. км: смазка работоспособна до температуры 100^oС, в период эксплуатации до пробега 450 тыс. км происходит интенсивная деструкция коллоидной структуры смазки, накопление влаги и продуктов окисления минеральных масел. На практике это приводит к резкому ухудшению смазочных и защитных характеристик смазки. На сопрягающихся поверхностях тел трения роликовых подшипников образуются коррозионные и механические повреждения, являющиеся в соответствии с действующими инструкциями по эксплуатации основанием для добавления свежих порций смазки или браковки подшипников (3). Отечественная смазка ЛКС-2, изготовленная на комплексных литиевых мылах и смеси синтетических масел в принципе способна обеспечить требуемую работоспособность буксовых узлов кассетного типа для железнодорожного подвижного состава до пробегов 1,2 млн. км.

(4) Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Справочник. - М. : ТЕХИНФОРМ, 1999, с. 343, 592, 571.

(5) Синицын В. В. Пластичные смазки в СССР. Справочник. - М.: ХИМИЯ, 1984, с. 123-130, 135-140.

Но ей присущ ряд недостатков, не позволяющих обеспечить длительную работу в подшипниковых узлах кассетного типа. По данным (5) с. 135-140 индекс разрушения смазки достигает 80%, а нагрузка заедания Рк составляет всего 617 Н, что и явилось одной из причин отказа от использования ЛКС-2 в буксовых узлах кассетного типа на отечественном железнодорожном транспорте. Смазки, используемые для обеспечения надежной длительной эксплуатации буксовых узлов кассетного типа для железнодорожного подвижного состава за рубежом, решают эту проблему применительно к зарубежной технике и условиям ее эксплуатации.

Известен ряд смазок, в частности отечественная смазка для цилиндрических роликовых подшипников буксовых узлов локомотивов по RU 2114162 С1 от 27.06.98 и зарубежные смазки серии Mobilith SHC^R, применяемые в тяжелонагруженных узлах трения. Эти смазки, однако, не могут быть использованы на отечественном транспорте в силу двух, по меньшей мере, причин.

Во-первых, конструктивные особенности отечественных буксовых узлов кассетного типа требуют применения смазочного материала, характеризующегося иными реологическими свойствами, что более подробно пояснено в тексте данной заявки ниже.

Во-вторых, допускаемый уровень нагрева буксовых узлов кассетного типа на железных дорогах ряда зарубежных стран превышает верхний, ограниченный правилами эксплуатации железных дорог России на 20-25^oС. Смазки, используемые в буксовых узлах кассетного типа в странах Европы, применимы лишь при температурах не ниже -40^oС и, следовательно, неприменимы в зимний период на территории России.

В силу изложенных причин в качестве ближайшего аналога заявленной пластичной смазки принята смазка Франция, Патент 2255374, 18.07.1975. Смазка изготавливается на основе нефтяного и/или синтетического масла с вязкостью при 100^oС от 2,5 до 43 мм²/с, загущенного двойными литиевыми мылами алифатических насыщенных или ненасыщенных оксикислот С₁₂-С₂₀ (например, 12-гидрооксистеариновой кислоты) и дикарбоновых С₆-С₁₀ (например, азелаиновой кислоты). Дополнительно смазка содержит функциональные присадки, призванные обеспечить необходимый уровень служебных характеристик, а также краситель. Предполагаемая область применения смазки - подшипники трансмиссий дизельных двигателей, эксплуатируемых при повышенных температурах. Температура каплепадения такой смазки выше 260^oС, а пенетрация не более 270 мм^-1. Смазки такого типа обладают повышенными сопротивлениями вращению подшипников при нормальных температурах и особенно в области низких температур.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение работоспособности буксовых узлов кассетного типа с двухрядными коническими подшипниками в грузовых вагонах. При этом безремонтный пробег буксового узла должен достигать 1,2 млн. км. Поставленная задача достигается тем, что в соответствии с изобретением пластичная смазка содержит, мас.%: литиевые мыла 12-гидрооксистеариновой кислоты 11,5-15,5, борной кислоты 1,1-1,4 и адипиновой кислоты 1,2-1,6, фенил-β-нафтиламин (Неозон-Д) 0,8-1,2, диалкилдитиофосфат цинка 2-4, присадка на основе нитрованного масла 0,5-1,5, краситель жирорастворимый 0,03, смесь синтетического полиальфаолефинового и нефтяного масла, имеющая кинематическую вязкость при 100^oС 13,5-14,5 мм²/с - остальное до 100.

В отличие от ближайшего аналога смазка в соответствии с изобретением дополнительно содержит литиевое мыло борной кислоты.

Исследования заявителей показали, что смазка, предназначенная для решения указанной выше задачи, должна соответствовать следующим техническим требованиям:
1. Смазывающие свойства на четырехшариковой машине трения (ГОСТ - 9490): критическая нагрузка Р_к - не менее 921 Н (94 кгс), диаметр пятна износа Д_и - не более 0,5 мм, нагрузка сваривания Р_с - не менее 2930 Н (300 кгс).

2. Механическая стабильность (ГОСТ 19295): исходный предел прочности на разрыв σ_и, 500-900 Па, предел прочности на разрыв после разрушения σ_p, 300-700 Па, индекс тиксотропного восстановления через 1 сутки К_в ±10%.

3. Предел прочности на сдвиг при +50^oС (ГОСТ 7443) 200-600 Па.

4. Температура каплепадения (ГОСТ 6793) - не менее 230^oС.

5. Пенетрация при 25^oС 10^-1 мм.

6. Максимальная относительная температура нагрева буксового узла кассетного типа. Определяют следующим образом: производят измерение относительной температуры нагрева подшипника после 12 часов испытаний при радиальной нагрузке на буксовый узел 12 тс и при частоте вращения, соответствующей скорости движения вагона 80 км/ч. Смазка считается выдержавшей испытания, если максимальная относительная температура нагрева не превышает 60^oС.

Пластичная смазка в соответствии с изобретением может быть приготовлена по общепринятой технологии, известной специалистам в данной области техники, варианты воплощения которой описаны в (6) Ищук Ю.Л. Технология пластичных смазок. - Киев: Наукова думка, 1986, с. 142-164. Ниже приведен пример приготовления образцов пластичной смазки.

Пример.

В реактор-мешалку с внешним обогревом загружают 2/3 от расчетного количества (916 г) синтетического масла ПАОМ-20 (ТУ 38.401-58-42-92) и расчетное количество (1374 г) минерального масла И-50А (ГОСТ 20799-88), а затем расчетные количества (540 г) 12-гидрооксистеариновой (12-ОСК) кислоты (ТУ 38.101721-78) и (121 г) гидроокиси лития (ГОСТ 8595-83). При нагревании происходит омыление 12-ОСК. Затем в мешалку загружают расчетное количество (48 г) борной кислоты (ГОСТ 18704-78) и производят ее нейтрализацию. При температуре 125-130^oС загружают адипиновую (56 г) кислоту (ГОСТ 10558-80). После выпарки реакционной воды температуру смеси повышают до 230^oС и выдерживают при этой температуре в течение 0,5 ч. Затем производят охлаждение реакционной смеси 1/3 (458 г) синтетического масла до температуры 185^oС с перемешиванием и последующим охлаждением до 165^oС. При этой температуре в смесь вводят присадку (40 г) Неозон-Д (ГОСТ 39-79) и 1,2 г жирорастворимого красителя (ТУ 6-14-922-80), смесь охлаждают до 130^oС, вводят 120 г диалкилдитиофосфата цинка (ТУ 385901254-90) и 40 г нитрованного масла (ГОСТ 15171-78), после чего смесь подвергают гомогенизации. Состав (рецептура с различным содержанием компонентов) полученных образцов пластичных смазок приведен в таблице 1. Указанные образцы подверглись исследованиям на соответствие предъявленным техническим требованиям. Кроме того, были проведены испытания для ряда образцов в натурном узле с кассетными подшипниками. Результаты испытания образцов смазок приведены в таблице 2.

Приведенные результаты показывают, что образцы смазок 2, 3, 4, 14, содержащие все ингредиенты в соответствии с изобретением, обеспечивают достижение декларированного выше нового результата.

Образцы 1, 5, 6, 7, 8, 9, содержащие "запредельные" количества мыл, не соответствуют требуемому уровню реологических свойств и не обеспечивают заданный уровень нагрева буксового узла кассетного типа с двухрядными коническими подшипниками.

Образцы 10, 11, 12, 13, 15, 16, содержащие присадки в количествах, не предусмотренных изобретением, не соответствуют предъявленным требованиям: образцы 10, 15 не удовлетворяют требованиям по максимальной относительной температуре нагрева буксового узла кассетного типа (64 и 63^oС соответственно); образец 16, содержащий повышенное количество нитрованного масла, характеризуется ухудшенными смазывающими свойствами на четырехшариковой машине трения и низким значением температуры каплепадения 224^oС; образец 12 с недостаточным содержанием диалкилдитиофосфата обладает неудовлетворительными смазочными свойствами; образец 11 с повышенным содержанием Неозон-Д и образец 13 с повышенным содержанием диалкилдитиофосфата цинка отрицательно характеризуются по показателям механической стабильности, прочностным свойствам и температуре каплепадения.

Образцы 17, 18, 19, изготовленные с применением смесей синтетического и минерального масла с запредельными значениями вязкости при 100^oС обладают неудовлетворительными характеристиками по величине максимальной относительной температуре нагрева буксового узла после 12 часов испытаний при нагрузке 12 тс и скорости 80 км/ч. Вязкость дисперсионной среды образца 19 составляет 12 мм²с, образца 18 - 16 мм²с, а образца 17 - 18 мм²с.

Специалисту понятно, что приведенные примеры иллюстрируют лишь некоторые формы воплощения изобретения, но не ограничивают его объем. Так, смазка в соответствии с изобретением может содержать иные марки используемых ингредиентов и дополнительно содержать целевые добавки, не изменяющие основных характеристик смазки, речь о которых шла выше.

Объем изобретения определяется приведенной ниже формулой изобретения.

Использование: для смазки подшипников качения грузовых и пассажирских вагонов. Сущность: смазка содержит, мас.%: литиевое мыло: 12-гидрооксистеариновой кислоты 11,5÷15,5; борной кислоты 1,1÷1,4; адипиновой кислоты 1,2÷1,6; фенил-β-нафтиламин (Неозон-Д) 0,8÷1,2, диалкилдитиофосфат цинка 2÷4, присадка на основе нитрованного масла 0,5÷1,5, краситель жирорастворимый 0,03, смесь синтетического полиальфаолефинового и нефтяного масла, имеющая кинематическую вязкость при 100^oС 13,5÷14,5 мм²/с - остальное. Технический результат - обеспечение работоспособности буксовых узлов кассетного типа с двухрядными коническими подшипниками для грузовых и пассажирских вагонов до пробега 1,2 млн. км без дозаправки. 2 табл.

Пластичная смазка, содержащая масло, литиевые мыла 12-гидроксистеариновой и адипиновой кислот, и краситель, отличающаяся тем, что в качестве масла она содержит смесь синтетического полиальфаолефинового и нефтяного масла, имеющую кинематическую вязкость при 100°С 13,5-14,5 мм²/с, и дополнительно содержит литиевое мыло борной кислоты, фенил-β-нафтиламин, диалкилдитиофосфат цинка и присадку на основе нитрованного масла при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Литиевое мыло

12-гидроксистеариновой

кислоты 11,5 - 15,5

Литиевое мыло борной кислоты 1,1 - 1,4

Литиевое мыло

адипиновой кислоты 1,2 - 1,6

Фенил-β-нафтиламин 0,8 - 1,2

Диалкилдитиофосфат цинка 2 - 4

Присадка на основе

нитрованного масла 0,5 - 1,5

Краситель жирорастворимый 0,03

Масло Остальное до 100