УСТАНОВКА ДЛЯ ОЦЕНКИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВОЙСТВ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОК ДЛЯ ТЯЖЕЛОНАГРУЖЕННЫХ УЗЛОВ ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ Российский патент 2022 года по МПК G01N3/18 G01N25/58 G01N33/30 

Изобретение относится к области исследования материалов особыми способами, в частности к установкам для оценки низкотемпературных свойств пластичных смазок (ПС) для тяжелонагруженных узлов трения скольжения, и может быть использовано в нефтехимической промышленности, частности в лабораториях при производстве новых видов ПС.

Одними из важнейших эксплуатационных свойств ПС являются низкотемпературные свойства, характеризующие способность смазок обеспечивать работу узлов, механизмов при низких температурах окружающей среды (не выше 0°С). Основными показателями низкотемпературных свойств являются: вязкость эффективная (η) при отрицательных температурах, страгивающий (М_стр) и установившийся (М_уст) крутящие моменты.

Из практики известно, что основными узлами автомобильной техники, контактирующими с ПС, являются подшипники ступиц колес, шаровые шарниры подвесок и управления, поворотные кулаки, карданные шарниры и др., которые должны обеспечивать бесперебойную работу узлов и агрегатов этой техники в течение всего срока эксплуатации при сохранении качества смазок.

В указанных узлах чаще происходит изменение вязкости, предела прочности, испаряемости, механической и коллоидной стабильности, кроме того, смазка увлажняется и засоряется продуктами износа и абразивными частицами (1 - Ваванов В., Вайншток В., Гуреев А. Автомобильные пластичные смазки. М: изд-во «Транспорт». 1986. С. 6-24).

Работоспособность пластичных смазок характеризуется значениями показателей диаметра пятна износа, температуры каплепадения, коллоидной и механической стабильности, предела прочности на сдвиг, числом пенетрации и др., а низкотемпературные свойства - показателем эффективной вязкости и крутящим моментом (М_кр) при отрицательных температурах (от 0°С до минус 50°С), определяемых стандартными методами (2 - Спиркин В.Г., Фукс И.Г., Татур И.Р. и др. Химмотология, часть 2, учебное пособие. - М.: Издательский центр РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2014. - 253-258). Неизменность этих физико-химических показателей характеризует стабильность качества ПС и возможность применения в узлах трения различной техники.

Наиболее широкое применение получила морозостойкая ПС Арктол (ТУ 0254-024-08151164-2015), которая применяется в узлах подшипников, винтовых механизмов и зубчатых передач колесных и гусеничных транспортных средств, промышленного оборудования и судовых механизмах различного назначения, работающих в интервале температур окружающего воздуха от минус 60°С до 150°С.

Морозостойкая смазка Циатим - 201 (ГОСТ6267 - 74) применяется в узлах трения авиационной техники всех типов (подшипники качения и скольжения, шарниры, трущиеся поверхности и др.) работающих в диапазоне от минус 60 до 90°С.

Морозостойкая смазка Циатим - 221 (ГОСТ 9433 - 80) предназначена для смазывания узлов трения и сопряженных поверхностей «металл -металл» и «металл - резина», работающих при температуре от минус 60°С до 150°С.

Свойства ПС напрямую зависят от условий работы узла трения (температуры, осевой и радиальной нагрузок, вибрации, времени, частоты вращения и др.). Максимальная рабочая температура узлов трения достигает 150°С, а минимальная температура в узле трения при стоянке на морозе может достигать минус 60°С. На практике характерные максимальные нагрузки в узлах трения техники не превышают 5000 Н (шаровые опоры). Скорости вращения в нагруженных узлах трения техники, в том числе автомобильной, как правило, не превышают 2000 об/мин (ступицы колес). В этих условиях преобладает абразивно-окислительный, а в герметичных узлах коррозионно-окислительный износ, что может привести к задиру поверхности трения, увеличению необходимого крутящего момента и отсутствия возможности запуска механизма при неудовлетворительных пусковых свойствах (3 - Чулков И.П., Реморов Б.С., Глядяев Д.Ю. разработка многоцелевой антифрикционной пластичной смазки для машин и механизмов, эксплуатируемых в условиях Крайнего Севера // Горный журнал. 2017. №7. С. 83-86).

Вязкость ПС при низких температурах определяет их стартовые характеристики и сопротивление вращению при установившихся режимах работы, а также возможность заправки узлов трения. Установлено, что увеличение вязкости ПС приводит к возрастанию как пускового, так и установившегося момента сопротивления вращению подшипника. При вязкостях до 1500 (Па⋅с) эта зависимость выражена слабо. Дальнейшее увеличение вязкости до 2000-3000 (Па⋅с) увеличивает М_стр и М_уст подшипника (4 - Чулков И.П., Реморов Б.С., Земляная Т.П. Исследование низкотемпературных свойств пластичных смазок, применяемых в подшипниках // Труды 25 ГосНИИ МО РФ, выпуск 57, 2016, с. 236-240).

Для большинства механизмов вязкость ПС при отрицательной рабочей температуре и скорости деформации 10 с^-1 не должна превышать 2000 (Па⋅с) (5-ГОСТ 14892).

Однако приведенные выше значения эксплуатационных показателей качества ПС не характеризуют ее работоспособность. Достоверно оценить работоспособность ПС при воздействии совокупности эксплуатационных факторов при низких и высоких температурах возможно при испытании в конкретном узле трения различных механизмов техники. Использование стендов и специальных устройств для испытаний ПС, позволяет приблизить условия испытаний к условиям эксплуатации ПС в технике, в частности вязкости эффективной, М_стр, М_уст.(6 - Гуреев А.А. Эксплуатационно-технические свойства и применение топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей. - М.: Транспорт, 1976, С. 92).

Перед авторами стояла задача - разработать установку для оценки низкотемпературных свойств ПС в условиях максимально приближенных к рабочим условиям эксплуатации в реальных узлах трения скольжения автомобиля КамАЗ (как вариант, шаровые шарниры подвески и управления, шаровые опоры), отвечающую следующим требованиям:

- тип подшипника - подшипник скольжения;

- определение М_стр и М_уст сопротивления подшипников скольжения, заполненных пластичной смазкой при температуре в узле трения от минус 73°С и выше. В зависимости от типа пластичной смазки и ее свойств.

- оперативность проведения испытания (в течение одного рабочего дня - за 8 часов);

- частота вращения подшипника - не менее 1±0,05 мин^-1;

- размер подшипника: d_вн=18-40 мм;

- нагрузка: радиальная.

Прочие условия:

- характер работы вала - вращение без реверса, работа периодическая, ударные нагрузки и значительные динамические перегрузки отсутствуют, вибрация незначительная.

Известно, что для оценки низкотемпературных свойств ПС используется лабораторный метод оценки эффективной вязкости на капиллярном вискозиметре АКВ - 4, АКВ - 2 (7 - ГОСТ 7163. «Нефтепродукты. Метод определения вязкости автоматическим капиллярным вискозиметром АКВ-2»), Сущность данного метода заключается в определении скорости, с которой испытуемая смазка под действием пружины продавливается через капилляр. Данный метод позволяет судить о низкотемпературных свойствах косвенно (только по вязкости), и не дает полной информации о работоспособности смазки в узле трения при низких температурах, то есть не позволяет оценить пусковые характеристики.

Кроме того, для подтверждения данных лабораторных исследований ПС, требуется проведение стендовых или эксплуатационных испытаний ПС с последующим анализом их качества.

Наиболее точно оценить работоспособность ПС позволяют натурные испытания на автомобилях в реальных узлах трения и условиях эксплуатации (8 - Ваванов В.В., Вайншток В.В., Гуреев А.А. Автомобильные пластичные смазки. М.: Издательство «ТРАНСПОРТ», 1986. - С. 84). Однако испытания на технике длительны по времени и очень дорогостоящие.

Известны лабораторные установки, предназначенные для определения пусковых характеристик пластичных смазок, используемых в узлах трения качения и скольжения при низких температурах. Рабочий узел трения таких установок позволяет имитировать условия работы целого ряда механизмов: роликовых подшипников, кулачковых механизмов, вариаторов качения, фрикционных передач, зубчатых передач и т.д. Широкое распространение такие установки получили для оценки низкотемпературных свойств ПС в узлах трения качения.

Так известна установка для оценки момента сопротивления вращению ПС в подшипниках качения при минусовых температурах. Установка включает термоизоляционную камеру, систему охлаждения, два электродвигателя, один из которых приводит во вращение шпиндель и внутреннее кольцо подшипника. Другой электродвигатель приводит в движение систему измерения момента трения и через нить наружное кольцо подшипника. Для измерения момента трения служит электронный потенциометр (9 - ВНИИНП Методы анализа, исследований и испытаний нефтей и нефтепродуктов (нестандартные методики), часть 2. М.: - 1984. С. 148-151).

Известна также установка «Мороз» для оценки пусковых характеристик ПС в сферическом шарнирном подшипнике скольжения. Установка состоит из рабочего узла трения, морозильной камеры, системы охлаждения камеры, электронных устройств для замера момента сопротивления вращению и температуры, охлаждающего устройства. Охлаждающее устройство представляет собой медный змеевик, в который с помощью специального питателя с заданной скоростью подается жидкий азот из сосуда Дьюара. Установка работает следующим образом: внутреннее кольцо заправленного смазкой подшипника закрепляют на шпинделе, наружное кольцо крепят в оправке и соединяют тросом с тензометрической балкой. Усилие сопротивления вращению одного кольца подшипника относительно другого замеряется с помощью тензометрической балки и электронного потенциометра (10 - ВНИИНП. Методы анализа, исследований и испытаний нефти и нефтепродуктов, часть 3. М. - 1986. С. 216-220).

Общими недостатками выше указанных известных установок является сложность, высокая трудоемкость, кроме того эти установки не безопасны в эксплуатации, т.к. имеет место применение криогенных жидкостей (жидкого азота) (требует соблюдения особых мер безопасности).

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению и взятой за прототип является установка для определения низкотемпературного крутящего момента смазки шарикоподшипника. Эта установка позволяет определить степень, до которой пластичная смазка замедляет вращение низкооборотистого шарикоподшипника, измеряя М_стр и М_уст при низких температурах (ниже минус 20°С).

Установка содержит холодильную камеру, электродвигатель, редуктор, испытательный вал, шарикоподшипник №6204, размером (20×47×14 мм), рабочий узел трения в виде нагрузочного кольца, соединенного шпильками с нагрузочным диском, массой 454±3 г, крышку зажима, тензометрический датчик, шайбу, гайку (11 - Стандарт ASTM International: D 1478 - 07, Стандартный метод испытаний для низкотемпературного крутящего момента смазки шарикоподшипника - прототип).

Холодильную камеру предварительно охлаждают до температуры испытания. Испытуемый образец смазки заправляют в подготовленный подшипник без пустот. Внутри холодильный камеры размещен испытательный горизонтальный вал, проходящий через стенку камеры и связанный вне камеры через редуктор с валом электродвигателя. Рабочий узел трения в виде нагрузочного кольца, соединенного шпильками с нагрузочным диском, насаживают посредством подшипника на испытательный вал. К внешней стороне нагрузочного диска посредством гибкой тяги подсоединяют тензометрический датчик рабочего узла трения, подключенного к входу программного блока управления, связанного с датчиком температуры в холодильной камере.

Для определения страгивающего М_стр запускают электродвигатель и наблюдают за показаниями тензометрического датчика. Делают запись максимального значения и вычисляют М_стр (Н⋅м) по уравнению 1:

М_стр=6,50 × показания тензометрического датчика.

Продолжают вращать испытательный вал в течение 60 минут, поддерживая испытательную температуру в пределах ±0,5°С. По прошествии этого времени наблюдают за показаниями тензометрического датчика в течение периода 15 секунд, делают запись среднего значения и вычисляют М_уст (Н⋅м) согласно уравнению 1.

Недостатком известной установки является то, что низкотемпературные свойства пластичных смазок при низких температурах оцениваются только в узле трения качения, что не позволяет получить данные о низкотемпературных свойствах пластичных смазок в малых зазорах подшипников скольжения, которые являются обязательным узлом реальных узлов трения автомобильной техники, эксплуатирующейся на Крайнем Севере, авиационной техники, морской техники, дорожно-строительной техники и различного приборного оборудования. Кроме того, в настоящее время к пластичным смазкам предъявляются повышенные требования работоспособности в экстремальных (до минус 60-65°С) климатических условиях. Настоящий метод разработан для испытания низкотемпературных смазок, имеющих низкие характеристики проворачивания при минус 54°С, т.е. метод полезен в выборе смазочных материалов для маломощных механизмов, таких как инструментальные подшипники, используемые в космических изделиях. Низкое качество оценки низкотемпературных свойств ПС обусловлено отсутствием возможности оценки температуры непосредственно в узле трения.

Технический результат - повышение достоверности результатов оценки низкотемпературных свойств ПС с одновременным выявлением особенностей изменения свойств в малых зазорах подшипников скольжения в условиях, приближенных к реальным условиям эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке для оценки низкотемпературных свойств пластичных смазок для тяжелонагруженных узлов трения, содержащей холодильную камеру, внутри которой размещен испытательный горизонтальный вал, проходящий через стенку камеры и связанный вне камеры через редуктор с валом электродвигателя, рабочий узел трения в виде нагрузочного кольца, соединенного шпильками с насаженным посредством подшипника на испытательный вал нагрузочным диском, к внешней стороне которого подсоединен гибкой тягой тензометрический датчик рабочего узла трения, подключенный к входу программного блока управления, связанного с датчиком температуры в холодильной камере, согласно изобретению дополнительно содержит датчик температуры рабочего узла трения, подключенный к соответствующему входу программного блока управления, а испытательный вал внутри холодильной камеры выполнен сборно-разборным из трех ступеней, каждая из которых является индивидуальным участком с соосной внутренней проточкой для датчика температуры, при этом на средней ступени испытательного вала закреплена цилиндрическая втулка подшипника скольжения, а на крайних ступенях большего и меньшего диаметров размещены кольцевые ограничители смещения подшипника скольжения вдоль оси испытательного вала.

Изобретение содержит набор средних ступеней испытательного вала в количестве, соответствующем количеству подшипников скольжения различных узлов трения техники.

Фиг. 1 - блок - схема установки для оценки низкотемпературных свойств пластичных смазок для тяжелонагруженных узлов трения скольжения;

фиг. 2 - рабочий узел трения скольжения (в сборе);

фиг. 3 - зависимость крутящего момента от температуры при испытании ПС Арктол, ЦИАТИМ - 201 и ЦИАТИМ - 221 в подшипнике скольжения (а - страгивающий крутящий момент; 6 - установившийся крутящий момент).

Установка для оценки низкотемпературных свойств пластичных смазок для тяжелонагруженных узлов трения скольжения содержит холодильную камеру 1 (как вариант, камера тепла и холода, тип КТХ - 74 75/180 (http://www.sktb.ru 12.11.2020 г.)), представляющую собой термошкаф с размерами 1040×737×1528 (Ш×Г×В) мм, способного поддерживать температуру внутри рабочего объема от минус 73°С до плюс 180°С с отклонениями температуры по объему камеры от заданной не более ±2,0°С, соответствующую условиям эксплуатации пластичной смазки в узлах трения техники.

Работа камеры 1 в низкотемпературном режиме достигается с помощью системы охлаждения (не представлена), поддержание температуры в камере 1 и ее контроль осуществляется встроенным датчиком 2 температуры (как вариант, тип 700-101 ВАВ-В00, рабочий диапазон температур от минус 70 до плюс 500°С (http://www.chipdip.ru 25.12.2020 г.)), установленным в отсеке холодильной камеры 1.

Управление и контроль за работой установки осуществляется с использованием программного блока управления (ПБУ) 3 (как вариант, изготовлен на базе компьютера HP Intel частотой процессора 1500 МГц, "DVD-ROM").

Внутри холодильной камеры 1 размещен трехступенчатый испытательный вал 4, расположенный горизонтально. Вал 4 проходит через стенку камеры 1 и связан вне камеры 1 через редуктор 5 (как, вариант, тип 14-125-31.5-51, одноступенчатый, универсальный (http://www.moscow.kontaktor.su 29.11.2020 г.)) с валом 6 электродвигателя 7 (как вариант, тип ТМ БЭЗ 90L6LM 2081, 220/380 57401, (http://www.vseinstrumenti.ru. 29.11.2020 г.)).

Трехступенчатый испытательный вал 4 выполнен разъемным. Разъемные составные части вала 4 соединены между собой свинчиванием. Ступень 8 меньшего диаметра испытательного вала 4 выполнена длиной L₁=18 мм и диаметром d₁=25 мм. С торца вала 4 на внешней поверхности ступени 8 нарезана метрическая резьба под шайбу 9 и гайку 10 - для поджима ограничителя 23. Средняя ступень 11 испытательного вала 4 выполнена разной длины L₂=24÷40^* мм и диаметром d₂=30 мм. Ступень 12 большего диаметра испытательного вала 4 выполнена длиной L₃=68 мм и диаметром d₃=35 мм.

Каждая ступень испытательного вала 4 выполнена с соосной внутренней проточкой 13, глубина которой варьируется в пределах (18+24⋅40+0,5⋅68=76⋅92 мм).

Рабочий узел трения 14, как и в прототипе, выполнен в виде нагрузочного кольца 17, соединенного шпильками 16 с нагрузочным диском 15. Общая масса рабочего узла трения 14 равна 2212±3 г. Для передачи радиальной нагрузки на подшипник скольжения 18 используется нагрузочное кольцо 17 массой 454±3 г.

Подшипник скольжения 18, состоит из пары трения скольжения в виде двух цилиндрических втулок 19, 20. Цилиндрическая втулка 19 жестко крепится на средней ступени 11 испытательного вала 4 и вращается с той же скоростью, что испытательный вал 4. Наружная поверхность скольжения втулки 19 взаимодействует с внутренней поверхностью скольжения неподвижной втулки 20. Между поверхностями скольжения втулки 19 и втулки 20 размещена испытательная пластичная смазка 21.

Обе втулки 19, 20 выполнены из материалов с низким коэффициентом взаимного трения: сталь, чугун, бронза, латунь, баббиты, сплавы алюминиевые и т.д. (как вариант, из стали Ст. 45х, втулки цилиндрические (https://podshipnikru.com/ 12.11.2020 г.)), подогнаны друг к другу с образованием зазора, в зависимости от узла трения техники.

Так как подшипники скольжения 18 в технике имеют различные габариты (размеры), изготовлен набор средних ступеней 11 испытательного вала 4 в количестве, соответствующем количеству подшипников, используемых в технике (например, автомобиль КамАЗ, УРАЛ, ЗИЛ, трубомонтажная машина, сельскохозяйственная техника, тракторная техника для буксировки и вспомогательных работ, прицепы, полуприцепы и т.д.).

Для предотвращения смещения подшипника 18 скольжения вдоль оси испытательного вала 4 используют металлические кольцевые ограничители 22, 23, закрепляемые на нагрузочном диске 15 любым винтовым соединением.

Для оценки низкой температуры (минус 60°С) узла трения (нагрузочный диск 15 подшипника скольжения 18) используют датчик 24 температуры (как вариант, тип МИТ 2.05, двухканальный, прецизионный измеритель температуры в комплекте с термопарой КТХА, рабочий диапазон температур от минус 70 до плюс 300°С (http://www.termodat.ru 02.12.2020 г.)). Температура рабочего узла трения 14 должна поддерживаться в пределах 0,5° С от указанной испытательной температуры. Использование датчика 24 непосредственно в узле трения 14, повышает точность оценки низкотемпературных свойств ПС.

Для измерения крутящего момента вала 4 внутри холодильной камеры 1 на ее днище установлен датчик 25 тензометрический (как вариант, тип Т2 - С3, тензодатчик балочного типа из нержавеющей стали, диапазон нагрузок от 20 до 200 кг, соответствует стандарту ГОСТ 8.631-2013, рабочий диапазон от -60… до +50°С (http://www.tenso-m.ru 02.12.2020 г.)), соединенный с нагрузочным диском 15 гибкой тягой 26 (как и прототипе).

В базу данных ПБУ 3 внесены: типы тяжелонагруженных узлов трения скольжения (как, вариант, шаровые шарниры подвески и управления, шаровые опоры) автомобилей многоцелевого назначения КамАЗ 5350, КамАЗ 53501, КамАЗ 6560, КамАЗ 65225, УРАЛ - 63706 с колесной формулой 6x6, УРАЛ - 4320 - 01, УРАЛ - 5323, снегоходов, снегоболотоходов, тракторной техники и др., в узлах трения скольжения которых применяются ПС Арктол, ЦИАТИМ - 201, ЦИАТИМ - 221 с температурой применения минус 60°С (кратковременно минус 65°С).

В память ПБУ 3 заносят из заводской технической документации перечень характеристик ПС, допущенных к применению при эксплуатации техники в различных режимах работы (таблица 1).

Для подтверждения достижения технического результата изобретения проведены испытания смазок Арктол, Циатим - 221 и Циатим - 201 в режиме трения скольжения на предполагаемой установке для оценки низкотемпературных свойств - определения момента вращения при низких температурах в объеме ASTM D 1478: М_стр и М_уст. Установка работает следующим образом.

Пример А. Необходимо оценить низкотемпературные свойства ПС при температуре минус 50±0,5°С, например, ПС Арктол (ТУ 0254 - 024 -08151164 - 2015), соответствующую условиям эксплуатации ПС в узлах трения скольжения (как, вариант, шаровые шарниры подвески и управления, шаровые опоры), работающих в интервале температур от минус 60°С (кратковременно от минус 65°С) до 150°С. Подшипник скольжения имеет следующие габариты (как вариант, цилиндрическая втулка 19 с размерами: (D)=34 мм, (d)=30 мм, (L)=24 мм; цилиндрическая втулка 20 (D)=40 мм, d=36 мм, (L)=24 мм (https://podshipnikru.com/ 24…12.2020 г.)).

Перед испытанием пластичной смазки на установке проводят анализ ее качества лабораторными методами (исходные показатели пластичной смазки не должны превышать значений, приведенных в таблице 1).

Цилиндрические втулки 19 и 20 подшипника скольжения 18 тщательно очищают от консервационной смазки, промывают растворителем и высушивают на воздухе. Допускается сушка в сушильном шкафу в течение 20 минут (не более 100°С).

Пробу ПС в объеме 5,0±0,01 см³ заправляют в подшипник скольжения 18, равномерно заполняя объем, образованный зазором между стенками цилиндрической втулки 19 и цилиндрической втулки 20.

Имея набор средних ступеней испытательного вала 4, выбирают ступень 11 габаритами, соответствующими размеру испытываемому подшипнику скольжения 18 и размещают ее на испытательном валу 4.

Собирают рабочий узел трения 14. Подшипник скольжения 18, заправленный ПС, вставляют в осевое отверстие нагрузочного диска 15 рабочего узла трения 14 и закрепляют на нем винтами - фиксаторами кольцевой ограничитель 22. Необходимо исключить смещение цилиндрических втулок 19 и 20 друг относительно друга.

Открывают холодильную камеру 1, внутри которой размещен трехступенчатый испытательный вал 4. На среднюю ступень 11 (выбрана в соответствии с подшипником скольжения 18, длина ступени 11 L=24 мм, d₂=30 мм) испытательного вала 4 насаживают посредством подшипника скольжения 18 (цилиндрической втулки 19) рабочий узел трения 14. Устанавливают кольцевой ограничитель 23, плотно скрепляют шайбой и гайкой, чтобы предотвратить соскальзывание.

В проточку 13 испытательного вала 4 вставляют до упора температурный датчик 26, таким образом, чтобы он по всей поверхности контактировал со стенками проточки 13, для регистрации температуры в рабочем узле трения 14. Присоединяют к внешней поверхности нагрузочного диска 15 рабочего узла терния скольжения 14 гибкую тягу 28, соединяющую его с тензометрическим датчиком 27. Вращают испытательный вал 4, пока провисание гибкой тяги 28, не будет устранено.

Электродвигатель 7, встроенный датчик 2 контроля температуры в камере 1, датчик 26 температуры рабочего узла трения скольжения 14 (подвижной втулки 20 подшипника скольжения 18), тензометрический датчик 27 измерения крутящего момента подключают к определенным входам блока управления 3.

Закрывают холодильную камеру 1. На блоке управления 3 выставляют температуру, равную минус 50°С. При помощи системы охлаждения (не показана) холодильной камеры 1 создают заданную рабочую температуру, контролируя ее возрастание или убывание на блоке управления 3.

После того как в камере 1 достигнет температура минус 50°С, ее поддерживают с отклонениями не более ±0,5°С в течение 180 минут длительность термостатирования ПС).

По прошествии 180 минут регистрируют температуру в холодильной камере 1 по встроенному датчику 2 температуры (t_K = минус 50°С) и в рабочем узле трения скольжения 14 по датчику 26 температуры (t_угр = минус 53°С), которая поступает в блок управления 3. В соответствии с программой, заложенной в блок управления 3, доводят температуру рабочего узла трения скольжения 14 до температуры в холодильной камере 1, т.е. минус 500,5°С.

После достижения в узле трения скольжения 14 заданной рабочей температуры минус 50°С, определяют М_стр по программе, заложенной в блок управления 3. Запускается электродвигатель 7. Испытательный вал 4 вращается со скоростью 1,0±0,05 мин^-1.

Момент страгивания (М_стр) цилиндрической втулки 20 подшипника скольжения 18 оценивают как крутящий момент, приложенный к цилиндрической втулке 19 подшипника скольжения 18 системой измерения. Тензометрический датчик 27 фиксирует М_стр, сигнал поступает в программный блок управления 3, преобразуется в цифровой вид и затем передается на дисплей. На экране компьютера М_кр отображается в виде графика (фиг. За), на котором температурные значения (т-ра, °С) отображается по оси X, а по оси Y М_кр (Н м). За значение показателя М_стр принимают максимальное значение М_кр за первые 10 секунд испытания, которое определяется автоматически. После оценки показателя М_стр продолжают вращение испытательного вала 4 в течение 59 минут 50 секунд, поддерживая испытательную температуру в холодильной камере 1 и в рабочем узле трения скольжения в пределах ±0,5°С.

По прошествии этого времени автоматически вычисляется среднее значение М_кр за все 60 минут испытания, которое принимается за значение показателя М_уст (фиг. 36). Показатели низкотемпературных свойств М_стр и М_уст пластичной смазки Арктол при минус 50°С составили: М_стр=0,35 Н м, М_уст=0,062 Н⋅м (см. таблицу 1).

Аналогичным способом проводили оценку низкотемпературных свойств ПС Циатим - 221 и Циатим - 201 при температуре минус 50°С. Показатели низкотемпературных свойств (М_стр, М_уст) определяли по окончании измерения и вносили в таблицу 3.

Использование заявленной установки позволило выявить зависимость, в подтверждение известного мнения, влияния температуры эксплуатации на низкотемпературные свойства ПС (М_стр и М_уст) - (фиг. 3а, б).

Пример Б. В условиях примера А проводили оценку низкотемпературных свойств пластичных смазок Арктол, ЦИАТИМ 221, ЦИАТИМ-201 на разработанной установке при температуре минус 60°С. Показатели низкотемпературных свойств (М_стр, М_уст) определяли по окончании измерения и вносили в таблицу 3.

Дополнительно проведена оценка эффективной вязкости смазок по ГОСТ 7163 (таблица 3) при тех же температурах, при которых испытывали М_кр этих смазок (см. таблицу 3 и 4).

Результаты оценки низкотемпературных смазок Арктол, Циатим - 221, Циатим - 201 (см. таблицу 3 и 4) соответствуют результатам смазок по показателю эффективной вязкости (см. таблицу 5), так как при этих же температурах у испытуемых смазок значения эффективной вязкости также резко возрастают. Эффективная вязкость Циатим - 201 при температуре минус 60°С выше 2000 Па с, смазка фактически стала неработоспособной. У смазок Арктол и Циатим - 221 идет резкое увеличение значений М_стр и М_уст при температуре минус 60°С (по сравнению со значениями при температуре минус 50°С).

При проведении очередного испытания, подшипник скольжения должен быть повторно очищен и заправлен новой порцией ПС между испытаниями.

Испытание ведут до появления следующих признаков нарушения нормальной работы подшипника скольжения:

- увеличение в 1,5 и более раза одного из замеряемых М_кр (М_стр и М_уст);

- повышение температуры испытуемого подшипника скольжения на 15° С или заклинивание его;

- появление «стука», вибрации и шума при работе установки. После этого выключают электродвигатель, систему охлаждения и снимают рабочий узел трения.

Применение изобретения позволит оценить низкотемпературные свойства штатных и опытных образцов ПС в узлах трения скольжения, а также определять предельные температуры их эксплуатации. Повысить достоверность результатов оценки низкотемпературных свойств ПС, с одновременным выявлениям особенностей изменения свойств в малых зазорах подшипников скольжения.

Изобретение относится к области исследования материалов особыми способами, в частности к установкам для оценки низкотемпературных свойств пластичных смазок (ПС), для тяжелонагруженных узлов трения скольжения, и может быть использовано в нефтехимической промышленности, частности в лабораториях при производстве новых видов ПС. Предложена установка для оценки низкотемпературных свойств пластичных смазок для тяжелонагруженных узлов трения скольжения, содержащая холодильную камеру, внутри которой размещен испытательный горизонтальный вал, проходящий через стенку камеры и связанный вне камеры через редуктор с валом электродвигателя, рабочий узел трения в виде нагрузочного кольца, соединенного шпильками с насаженным посредством подшипника на испытательный вал нагрузочным диском, к внешней стороне которого подсоединен гибкой тягой тензометрический датчик рабочего узла трения, подключенный к входу программного блока управления, связанного с датчиком температуры в холодильной камере. Установка дополнительно содержит датчик температуры рабочего узла трения, подключенный к соответствующему входу программного блока управления, а испытательный вал внутри холодильной камеры выполнен сборно-разборным из трех ступеней, каждая из которых является индивидуальным участком с соосной внутренней проточкой для датчика температуры. При этом на средней ступени испытательного вала жестко закреплена цилиндрическая втулка подшипника скольжения, а на крайних ступенях большего и меньшего диаметров размещены кольцевые ограничители смещения подшипника скольжения вдоль оси испытательного вала.

Технический результат - повышение достоверности результатов оценки низкотемпературных свойств ПС с одновременным выявлением особенностей изменения свойств в малых зазорах подшипников скольжения в условиях, приближенных к реальным условиям эксплуатации. 4 табл., 3 ил.

Установка для оценки низкотемпературных свойств пластичных смазок для тяжелонагруженных узлов трения скольжения, содержащая холодильную камеру, внутри которой размещен испытательный горизонтальный вал, проходящий через стенку камеры и связанный вне камеры через редуктор с валом электродвигателя, рабочий узел трения в виде нагрузочного кольца, соединенного шпильками с насаженным посредством подшипника на испытательный вал нагрузочным диском, к внешней стороне которого подсоединен гибкой тягой тензометрический датчик рабочего узла трения, подключенный к входу программного блока управления, связанного с датчиком температуры в холодильной камере, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчик температуры рабочего узла трения, подключенный к соответствующему входу программного блока управления, а испытательный вал внутри холодильной камеры выполнен сборно-разборным из трех ступеней, каждая из которых является индивидуальным участком с соосной внутренней проточкой для датчика температуры, при этом на средней ступени испытательного вала жестко закреплена цилиндрическая втулка подшипника скольжения, а на крайних ступенях большего и меньшего диаметров размещены кольцевые ограничители смещения подшипника скольжения вдоль оси испытательного вала.