ИСПЫТАНИЯ  ХИМИЧЕСКИХ  МОДИФИКАЦИЙ  РАПСОВОГО  МАСЛА  ПРИ  СМАЗКИ  ТВЁРДЫХ  ТЕЛ  НА  ЧЕТЫРЕХШАРИКОВОЙ  МАШИНЕ  ТРЕНИЯ:  НОВАЯ  МЕТОДИКА

Сиренко  Геннадий  Александрович

д-р  техн.  наук,  профессор  ПНУ  им.В.  Стефаника,  зав.  кафедрой  неорганической  и  физической  химии,  г.  Ивано-Франковск

Кузышин  Ольга  Васильевна

преподаватель  кафедры  неорганической  и  физической  химии  ПНУ  им.  В.  Стефаника,  г.  Ивано-Франковск

E-mail: 

Сулима  Ирина  Владимировна

студент  5  курса  института  естественных  наук  ПНУ  им.В.  Стефаника,  г.  Ивано-Франковск

Введение.  Известны  несколько  относительно  точных  методов  исследования  противозадирных,  противоизносных  и  антифрикционных  свойств  твердых  тел  при  смазке  минеральными,  растительными,  синтетическими  маслами  или  смазочно-охлаждающими  технологическими  средствами.

Простейшим  является  метод  точечных  контактов.  Моделирование  условий  высоконагруженных  узлов  трения  легко  осуществить  на  четырехшариковой  машине  трения  (ЧШМТ)  (рис.  1.),  поскольку  использование  стандартных,  нормализованных,  калиброванных  шариков  подшипников  позволяет  легко  осуществить  скольжения  или  качения  при  высоких  и  сверхвысоких  исходных  контактных  напряжениях  [2].

Степенью  износа  считают  диаметр  пятна,  которое  образуется  на  нижних  3-х  закрепленных  нажимом  шариках  при  вращении  верхнего  шарика,  фиксированного  в  патроне,  который  контактирует  с  нижним  шариками.

Рисунок  1.  Схема  четырехшарикового  контакта

В  ходе  исследования  трения  и  износа  качением  нижние  шарики  свободно  перекатываются  по  чашке  с  внутренней  поверхностью  в  форме  тора  или  цилиндрического  стакана.  Для  регистрации  сил  трения  используют:  тензометрические,  емкостные,  индукционные,  магнитоэлектрические,  пьезоэлектрические  преобразователи  [1,  2].

Свойства  смазочного  материала  на  трение  и  износ  анализируют  определением  таких  характеристик:

1.    Противозадирные  свойства.  Критическая  нагрузка  на  1  (N_кр.,и)  или  3  шарика  (N_кр.)  (рассчитывают  и  удельную  нагрузку)  в  зависимости  диаметра  пятна  износа  d_из  от  нормальной  нагрузки  на  3  шарика  N  или  1  шарик  N_и,  которая  передается  через  шпиндель  ЧШМТ  [1,  2].

Типичные  трибограмы  d  =  f  (N)  или  d_и  =  f  (N_и)  приведены  на  рис.  2  [2].  Как  видно  из  рис.  2.,  кривые  1-5  отличаются  углом  наклона  прямой  АВ  и  ВС,  длиной  участков  АВ,  ВС,  СD,  наличием  точек  перегиба  В,  С,  D  и  т.  д.

2.    Противоизносные  свойства.  По  диаметру  пятна  износа  при  длительном  испытания  от  0,5  до  36  час.,  а  так  же  относительно  малых  нагрузках  (от  N  =  20  до  500  Н)  и,  соответственно,  невысоких  температурах  (293-393  К).

Рисунок  2.  Типичные  трибограммы  d  =  f  (N):  1  —  растворы  глины;  2  —  полиорганосилоксановые  масла,  3  —  нефть,  минеральные  масла,  4  —  минеральные  масла  с  присадками  5  —  минеральные  масла  с  высокоэффективными  присадками;  6  —  минеральные  масла  с  высокоэффективными  полимерными  присадками;  а  —  линия  диаметров  пятна  упругой  деформации  по  Герцу  dг  =  f  (N)  [2]

3.    Термотрибологические  свойства.  По  термотрибограмме  зависимости  μ  =  f  (T)  при  нагрузке  20-2000  Н  и  относительно  низких  скоростях  (n  =  20—100  об./мин.).  Типичная  термотрибограма  на  рис.  3.

Рисунок  3.  Термотрибограмма,  полученная  в  ходе  исследований  перфторполиэфира  ПЭФ-240  (осевая  нагрузка  980  Н,  число  оборотов  верхнего  шарика  100  об./мин.,  скорость  повышения  температуры  —  5—6  К/мин.)

Эксперимент.  Нагрузочную  способность  масел  определяли  на  ЧШМТ  (шарики  из  стали  ШХ-15,  диаметром  12,7  мм)  за  3  новейшими  методами  испытания:  с  помощью  тензометрической  системы  и  тензодатчика  на  ленте  потенциометра  фиксировали  критические  нагрузки  N_1j  и  N_2j,  где  первая  цифра  индекса  (1  или  2)  —  номер  пика,  а  вторая  цифра  —  номер  метода  (j  =  1—3).  Первый  пик  относили  к  процессу  нарушения  смазочной  способности  пленки  на  поверхности  металла,  а  второй  пик  —  к  процессу  заедания,  а  именно:

1.  При  N₀  =  200  Н  шарики  прирабатывали  5  мин.  Далее  нагрузки  повышали  медленным  добавлением  шариков  (масса  1  шарика  8,33±0,02  г)  в  стакан  рычага  в  течение  (5±0,25)  мин.  По  второму  пику  фиксировали  критическую  нагрузку  заедания  N₂₁  [Н],  взвешивая  стакан  с  шариками  после  остановки  машины.

2.  Начиная  с  нагрузки  на  3  шарика  N₀  =  200  Н  быстрым  добавлением  шариков  в  стакан  рычага  за  (40±5)  с  достигали  первого  пика  критической  нагрузки  N₁₂  (останавливали  машину  и  взвешивали  стакан  с  шариками).

3.  По  методу  2  определяли  критическую  нагрузку  N₁₃.  Для  этого  останавливали  ЧШМТ  без  разбора  узла  трения  и  снятия  нагрузки  на  рычаг  N₀  =  200  Н.  Взвесив  стакан  с  шариками,  иными  словами  определив  нагрузку  на  ось  ЧШМТ,  опять  возвращали  вес  на  машину  и  запускали  ее  движение.  Быстрым  увеличением  нагрузки,  докладывая  шарики  в  стакан  рычага  за  (2±0,15)  мин.,  определяли  второй  пик  нагрузки  заедания  N₂₃:  после  остановки  машины  взвешивали  стакан  с  шариками.

Делали  5  равноточных  исследований  и  рассчитывали  числовые  статистические  характеристики  (среднее  квадратическое  отклонение  S,  H;  коэффициент  вариации  γ,  %).

Результаты  и  обсуждения.  Результаты  статистической  обработки  значений  нагрузочной  способности  нафтенового  масла  Vitorex-334,  рапсового  масла  и  его  химических  модификаций  на  ЧШМТ  сведены  в  табл.  1.

Таблица.  1.

Результаты  определения  нагрузочной  способности  жидких  масел  на  ЧШКТ  за  3  новейшими  методами  испытания

Из  табл.  1.,  нагрузочная  способность  неизмененного  рапсового  масла  видимо  уступает  нафтеновому  маслу,  но  оксиэтилирование  рапсового  масла  в  пределах  6—20  моль  оксиэтилена  на  1  моль  масла  (рипокс-6,  рипокс-12,  рипокс-20  (образуется  смесь  эфиров-глицеридов,  сложных  полигликолевых  эфиров  )),  оксиэтилирование  с  гидрированием  (жиринокс-С  (образуются  насыщенные  кислоты,  глицериды))  или  его  сульфуризация  1,5—20  %  S  приводит  к  значительному  повышению  нагрузочной  способности,  при  этом  с  ростом  количества  моль  оксиэтилена  нагрузочная  способность  возрастает.  А  также,  к  значительному  росту  критических  нагрузок  приводит  оксиэтилирование  этилендиамином  (образование  амидов  жирных  кислот  (катионный  жир)),  вместе  с  тем  Δ  возрастает  в  1,31—1,56  раза,  Δ  —  в  1,20—1,41  раз  по  сравнению  с  неизмененным  маслом.  Сульфуризация  рапсового  масла  в  пределах  1,5—20  %  S  приводит  к  росту  нагрузочной  способности,  например  при  содержании  серы  3,5  %:    растет  с  711  Н  до  1780  Н,    —  с  1338  Н  до  6140  Н,    —  с  1447  Н  до  5510  Н.

Выводы.  Наибольший  эффект  химического  модифицирования  рапсового  масла  наблюдается  во  время  сульфуризации  3,5  %  S:  положительное  смещение  1-го  пика  критической  нагрузки  найдено  за  вторым  методом  испытаний,  на  1069  Н,  2-го  пика  нагрузки  заедания  найдено  по  1-му  методу  испытаний,  на  4802  Н  и  4063  Н  обнаружено  за  3-м  методом  испытаний.

Список  литературы:

1.Кузишин  О.В.  Нова  методика  випробувань  хімічних  модифікацій  ріпакової  оливи  при  мащенні  твердих  тіл  на  чотирикульовій  машині  тертя  /  О.В.  Кузишин,  Г.О.  Сіренко  //  Фізика  і  хімія  твердого  тіла.  —  2012.  —  Т.  13.  —  №  2.  —  С.  512—520:  іл.  7,  табл.  2.  —  Бібліогр.:  с.  518—519  (50  назв).

2.Сіренко  Г.О.  Створення  антифрикційних  композитних  матеріалів  на  основі  порошків  термотривких  полімерів  та  вуглецевих  волокон.  Дис.  доктора  техн.  наук:  05.16.06,  Ін-т  проблем  матеріалознавства  ім.  І.М.  Францевича  НАНУ.  —  К.,  1997  —  431  с.