СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ПАР ТРЕНИЯ И УЛУЧШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2004 года по МПК C10M177/00 C10N30/06 

Изобретение относится к области обработки смазочных углеводородных масел и может быть использовано в узлах трущихся деталей при эксплуатации машин и механизмов, имеющих замкнутые циркуляционные системы смазки.

В технике известны способы воздействия на углеводородные смазочные материалы магнитным полем. Например, способ магнитной обработки смазочных материалов (Свидетельство на полезную модель №19100, МПК F 02 M 27/04; C 10 G 32/02), согласно которому по трубопроводу осуществляют подачу смазочного масла и воздействуют на него магнитным полем, силовые линии которого перпендикулярны потоку смазочного масла. При этом за счет расположения пар магнитов по ходу движения смазочного масла со смещением и переполюсовок осуществляется равномерное многочастотное воздействие магнитного поля на смазочный материал, приводящее к изменению структуры (плотности) и текучести (вязкости) жидкого смазочного материала. Это, в свою очередь, приводит к улучшению трибологических свойств смазочных масел. Известны аналогичные способы (патент РФ 2121595, 10.11.1998; авторское свидетельство СССР 1669974, 13.11.1973). Но применение воздействия только магнитного поля не позволяет создавать на трущихся поверхностях прочные масляные пленки, обеспечивающие повышенную износостойкость пар трения, поскольку пленки в этом известном способе создаются лишь из частиц, случайным образом содержащихся в смазке (частицы износа, загрязнения и др.), обладающих далеко не лучшими антифрикционными, противоизносными и противозадирными свойствами.

Известны также способы введения в смазочный материал модификаторов трения, в том числе в виде энергонасыщенных ультрадисперсных порошков химических элементов, которые повышают износостойкость сопряжении, снижают трение и износ деталей трения. Способ, изложенный в работе (Беляев С.А., Тарасов С.Ю., Колубаев А.В., Ларионов С.А. “Влияние УДП присадки меди в смазке на процессы трения и изнашивания”, Материалы междунар. научн.-практ. симпозиума "СЛАВЯНОТРИБО-5. Наземная и аэрокосмическая трибология-2000: проблемы и достижения "./ВМПАВТО, МФ СЕЗАМУ, РГАТА. Под общ. ред. Л.И. Погодаева, Ю.П. Замятина. - СПб.-Рыбинск, 2000 - с. 249-251), принят за прототип, поскольку является наиболее близким по решаемой задаче и технической сути. Согласно этому способу в чистый смазочный материал (минеральное масло) вводят металлосодержащую присадку "Гарант-М", содержащую ультрадисперсный порошок (УДП) меди. Затем подают это масло в зону пар трения. Введение порошка позволяет снизить вероятность адгезионного изнашивания и давление на основной материал за счет увеличения площади фактического контакта и низкого предела текучести пленки меди, образующейся при использовании присадки. Частицы меди легко деформируются, намазываются на поверхность трения, благодаря чему обеспечивается щадящий режим скольжения, похожий на полирование.

Недостатком данного способа является относительно низкая эффективность использования металлосодержащих присадок из-за их значительного осаждения в масляной системе и, как следствие, необходимости постоянного возобновления присадок при достаточно высокой их стоимости. Исследования показали, что в смазочном материале во взвешенном состоянии обычно находится лишь от 10 до 25% ультрадисперсного порошка от его исходного количества. Осаждение основной части порошков происходит в маслоочистителях, масляном поддоне (картере) или наиболее нагруженных деталях, в частности, в масляных каналах коленчатого вала автотракторных двигателей, что может привести, например, к масляному голоданию и выходу двигателя из строя.

Задача изобретения - экономично используя присадку, добиться повышения износостойкости пар трения и трибологических свойств смазочного материала.

Задача решена следующим образом. В смазочный материал вводят металлосодержащую присадку и подают ее в зону трения. Но в отличие от прототипа присадку вводят не в свежий, а в работающий смазочный материал при содержании в нем продуктов износа, соответствующем неравенству:

где G - фактическое содержание (концентрация или масса химических элементов) продуктов износа в работающем смазочном материале;

μ - мода плотности распределения концентрации или массы химического элемента износа в работающем смазочном материале данного класса машин;

σ - среднее квадратическое отклонение содержания продуктов износа в работающем смазочном материале от его математического ожидания, установленного для данного класса машин.

Сразу после ввода присадки на движущийся смазочный материал воздействуют магнитным полем постоянных магнитов.

Таким образом, отличия заявляемого способа от прототипа заключаются во введении присадок в работающий смазочный материал при содержании в нем продуктов износа, соответствующем неравенству G≥μ+2σ, и одновременном воздействии на него магнитным полем постоянных магнитов.

Исследования показали, что воздействие магнитным полем одновременно с введением присадки позволяет повысить эксплуатационные (трибологические) свойства смазочного материала. По мнению авторов, это происходит благодаря увеличению объема присадки в узле трения в процессе его работы, лучшего удержания активной части присадки на поверхности трения под воздействием магнитного поля, возможности многократной подачи одних и тех же частиц присадки при их отрыве от поверхности трения. По мере увеличения срока службы машины усилению эффекта от совместного использования присадки и магнитного поля способствует то обстоятельство, что в смазочном материале вместе с присадкой циркулирует все большее количество частиц износа, среди которых преобладает железо. За счет сил адгезии поверхностно-активных веществ (ПАВ) в смазочном материале эти частицы в виде комплексных соединений циркулируют в масляной системе, что позволяет осуществлять перенос частиц присадки к парам трения под действием магнитного поля. Как показали экспериментальные исследования, введение присадки в период достижения содержания продуктов износа в смазочном материале значений, соответствующих неравенству G≥μ+2σ, то есть в момент повышенной интенсивности изнашивания, является наиболее эффективным.

Все отличительные признаки взаимосвязаны и позволяют улучшить эксплуатационные, в том числе трибологические свойства смазочного материала, и как следствие - повысить износостойкость пар трения при экономичном использовании присадки.

Момент введения присадки при повышенном содержании продуктов износа в смазочном материале, когда более эффективно ее использование, установлен в ходе проведения многочисленных эксплуатационных исследований. Этот признак, полученный экспериментально, является новым и явно не следует из уровня техники. Обычно присадку вводят без учета количества продуктов изнашивания (в том числе и присадку “Гарант-М”, используемую в прототипе). Установилось также мнение о том, что, чем раньше защитить пары трения, создав защитно-восстановительный (в частности, плакирующий) слой, тем эффективнее действие присадки. Тогда как заявляемый способ позволяет защитить поверхность и повысить износостойкость пар трения в момент повышенного износа, совмещая момент введения присадки с воздействием магнитного поля. Вышесказанное позволяет судить о наличии изобретательского уровня у заявляемого способа.

Результаты исследований работающего смазочного материала автомобильного двигателя в момент прохождения автомобилем технического обслуживания №1 (ТО-1) приведены в таблице.

Из таблицы видно, что при омагничивании товарного масла М-10-Г₂(к) в течение срока его службы до ТО-1 (проба по п.2) наиболее заметно изменение эксплуатационных свойств работающего масла (вязкости и водородного показателя), а при введении присадки "Гарант-М" (проба по п.3), содержащей УДП меди в количестве 0,3 мас.%, наблюдается более заметное повышение характеристик износостойкости пар трения модифицированного масла М-10-Г₂(к) по сравнению с пробой масла, используемого без воздействия магнитного поля и введения присадки (проба по п.1).

Наибольший эффект по всем исследуемым характеристикам достигается при одновременном воздействии на работающее масло магнитным полем и введением присадки при концентрации железа в смазочном материале свыше 100 г/т. Так, показатель антифрикционных свойств пар трения (fтp), определенный на автоматизированном испытательном комплексе (Аметов В.А., Ларионов С.А., Буханченко С.Е., Терехов А.Л. Пути совершенствования специализированных комплексов для испытания модельных трибосопряжений на трение и износ в условиях, максимально приближенных к реальным. - Томск: Науч. издание: Вестник ТГАСУ, №1, 1999, с. 167-176.), у предлагаемого способа снижается в сравнении с прототипом на 9,2%, а в сравнении с пробой по п.1 - на 13,6%. Аналогично обстоит дело с показателем Р_схв., ν_e и рН. Это свидетельствует как о повышении триботехнических характеристик пар трения, так и улучшении эксплуатационных свойств масла, способствующих в дальнейшем уменьшению общего износа пары трения.

Из таблицы видно, что при омагничивании товарного масла М-10-Г₂(к) в течение срока его службы до ТО-1 (проба по п.2) наиболее заметно изменение эксплуатационных свойств работающего масла (вязкости и водородного показателя), а при введении присадки "Гарант-М" (проба по п.3), содержащей УДП меди в количестве 0,3 мас.%, наблюдается более заметное повышение характеристик износостойкости пар трения модифицированного масла М-10-Г₂(к) по сравнению с пробой масла, используемого без воздействия магнитного поля и введения присадки (проба по п.1). Наибольший эффект по всем исследуемым характеристикам достигается при одновременном воздействии на работающее масло магнитным полем и введением присадки при концентрации железа в смазочном материале. Так, показатель антифрикционных свойств пар трения (ftp), определенный на автоматизированном испытательном комплексе, у предлагаемого способа снижается в сравнении с прототипом на 9,2%, а в сравнении с пробой по п.1 - на 13,6%. Аналогично обстоит дело с показателем Р_схв., ν_e и рН. Это свидетельствует как о повышении триботехнических характеристик пар трения, так и улучшении эксплуатационных свойств масла, способствующих в дальнейшем уменьшению общего износа пары трения.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Определяется содержание продуктов износа по концентрации характерных химических элементов, определяемых, например, методом эмиссионного спектрального анализа смазочного материала (Соколов А.И., Тищенко Н.Т., Аметов В.И. Оценка работоспособности машин по параметрам работающего масла - Томск: Изд-во Томского университета, 1991 - 200 с.). При фактическом значении концентрации железа в соответствии с неравенством (1) в его масляную систему вводится металлосодержащая присадка, после чего масляную систему оборудуют устройством для обработки магнитным полем постоянных магнитов.

Использование: в узлах трущихся деталей при эксплуатации машин и механизмов, имеющих замкнутые циркуляционные системы смазки. Сущность: в работающий смазочный материал вводят металлосодержащую присадку при содержании в нем продуктов износа, соответствующем неравенству где G - фактическое содержание (концентрация или масса химических элементов) продуктов износа в работающем смазочном материале, μ - мода плотности распределения концентрации или массы химического элемента износа в работающем смазочном материале данного класса машин; σ - среднее квадратическое отклонение концентрации или массы химического элемента износа в работающем смазочном материале от его математического ожидания. После ввода присадки на движущийся смазочный материал воздействуют магнитным полем постоянных магнитов и подают его в зону трения. Технический результат - улучшение трибологических свойств смазочного материала, приводящее к повышению износостойкости пар трения. 1 табл.

Способ повышения износостойкости пар трения и улучшения эксплуатационных свойств смазочного материала путем введения в смазочный материал металлосодержащей присадки и подачи его в зону трения, отличающийся тем, что после введения присадки на смазочный материал воздействуют магнитным полем постоянных магнитов, а присадку вводят в работающий смазочный материал при содержании в работающем смазочном материале продуктов износа, соответствующем неравенству

G ≥ μ+2σ,

где G - фактическое содержание (концентрация или масса химических элементов) продуктов износа в работающем смазочном материале;

μ - мода плотности распределения концентрации или массы химического элемента износа в работающем смазочном материале данного класса машин;

σ - среднее квадратическое отклонение концентрации или массы химического элемента износа в работающем смазочном материале от его математического ожидания.