Общие свойства и назначение трансмиссионных и индустриальных масел

 

При эксплуатации горного оборудования находят широкое применение трансмиссионные и индустриальные минеральные масла. Данные виды минеральных масел применяются для смазки закрытых передач. Смазка в закрытых передачах может быть принудительной, осуществляться разбрызгиванием или комбинированной.

Путем прямой перегонки нефти получают различные виды дистиллятов: легкий бензиновый t_k=30-90°С; бензиновый t_k=40-200°С; лигроиновый t_k=110-220°С; керосиновый t_k=140-300°С; газойлевый t_k=230-250°С; соляровый t_k=280-400°С; мазут -остаток.

где t_k - примерная температура кипения дистиллята, град, и зависит от состава нефти.

Из мазута путем его возгонки под вакуумом получают маслинные дистилляты - соляровый, веретенный, машинный, цилиндровый. Из масляных дистиллятов получают большинство эксплуатационных смазочных масел.

Полугудрон, представляющий смесь тяжелых масляных дистиллятов и гудрона, остающегося в остатке после возгонки мазута, используют как автотракторное трансмиссионное масло. Наиболее широкое применение при эксплуатации горного оборудования получили индустриальные масла. Индустриальные масла предназначены для углов трения, рабочая температура которых не превышает 40-50°С.

В процессе работы узлов трения индустриальные масла не должны непосредственно контактировать с агрессивными средами: газами, парами щелочей, кислот и т.д. К индустриальным маслам предъявляются очень высокие требования: они должны быть химически стабильны, не должны содержать механических примесей и веществ, вызывающих коррозию металлических поверхностей. Для смазки тяжело нагруженных редукторов, скорость скольжения шестерен которых относительно невелики, применяют трансмиссионные масла - нигрол ЗИЛ, масло ТАП-10, ТАП-15.

Нигрол зимний и летний применяют для смазки цилиндрических и конических зубчатых колес, у которых контактная нагрузка превышает 1200 кг/см² и скорости скольжения не превышает 2,5-3 м/сек. Трансмиссионные автотракторные с 5%-ной присадкой 33-5 применяют для зубчатых колес, у которых контактная нагрузка превышает 1200 кг/см² и скорости скольжения не более 8 м/сек. Масло ТАП-15 применяют при температуре окружающего воздуха до - 25°С, ТАП-10 до -40°С.

Кроме рассмотренных видов минеральных масел на карьерах в шахтах и рудниках находят широкое применение трансформаторные и конденсаторные масла. Данные масла приготавливаются из высококачественной, малосмолистой и безпарафинистой нефти. Они проходят при своем изготовлении глубокую очистку серной кислоты, щелочью и отбеливающими глинами. Основное требование, предъявляемое к изоляционным маслам - это высокая диэлектрическая прочность. Например, для свежего трансформаторного масла пробивное напряжение должно быть не менее 40 кВ. Изоляционные масла должны обладать высокой химической стабильностью, устойчивостью к окислению при повышенных температурах, не содержать следов механических примесей и воды, обладать хорошей подвижностью и теплообменом.

Если в процессе работы вязкость трансформаторного или конденсаторного масла превышается на 10% против первоначальной, то масла заменяются. Они подлежат замене и в том случае, когда кислотность их больше допустимой или в маслах появляются частицы воды.

Основные физико-механические свойства рассмотренных типов минеральных масел приведены в табл.1.

Для определения плотности исследуемое масло наливают в мерный цилиндр. В цилиндр опускают сухой и чистый ареометр, дают некоторое время маслу успокоиться. После этого по ареометру отсчитывают показания плотности масла. Ареометр для исследований должен подбираться согласно исследуемой плотности масел. По термометру замеряют температуру исследуемого масла. Стандартной температурой для замеров плотности считается 20°С. Поэтому в случае замера плотности при температуре, отличающейся от стандартной, рассчитывают необходимую величину поправки:

 

j_20°С=j_t+α*t*(t-20), г/см³ (8.1)

 

здесь, j_20°С - плотность исследуемого масла при температуре 20°С; г/см³;

j_t - плотность исследуемого масла при температуре t (по показанию ареометра, г/см³);

α*t - температурная поправка на 1°С Г/см³*град, для масел

t - температура исследуемого масла во время опыта, град;

 

α*t=0,00075°С Г/см³*град (8.2)

 

Для определения плотности высоковязких масел (например, нигрол, ТАП-15, индустриальное 50 и т.д.), данные масла разбавляют бензином Б-70 - на одну часть масла берут две части бензина. Перед этим предварительно определяют плотность растворителя - бензин Б-70. Определяют плотность смеси и рассчитывают плотность исследуемого масла:

 

j_20°С=3*j_20°С^см-2*j_20°С^Б-70, г/см³ (8.3)

 

здесь, j_20°С^см - плотность смеси исследуемого масла с бензином Б-70, при t=20°С г/см³;

j_20°С^Б-70 - плотность бензина Б-70 при при t=20°С г/см³;

Для определения условной вязкости масел служит вискозиметр Энглера (рисунок 8.1).

 

Рисунок 8.1 - Вискозиметр Энглера

 

Вискозиметр Энглера состоит из двух латунных цилиндров: внутреннего-1, предназначенного для наполнения испытуемым продуктом, и наружного - 2, для жидкости обогревающей или охлаждающей продукт. Внутренний цилиндр имеет несколько выпуклое дно, в котором сделано сточное отверстие -7, закрываемое деревянной палочкой-6. Внутренняя поверхность резервуара отполирована.

На равной высоте от дна резервуара-1 установлены 3 изогнутых под прямым углом заостренных штифта - 10, служащих одновременно для отмеривания определенного количества продукта и проверки установки аппарата. Объем цилиндра от дна до концов штифта составляет около 240 мл. Резервуар - 1 закрывается толстостенной латунной крышкой - 3 с двумя отверстиями 4,5 через одно из которых проходит палочка - 6, а через другое - термометр для измерения температуры испытуемого продукта. К станкам наружного цилиндра прикреплены мешалка -11 и термометр для измерения температуры жидкости в бане, весь аппарат установлен на железном треножнике-13, имеющем на ножках размеренные винты - 15, к треножнику прикрепляется кольцевая горелка - 14 или монтируется электронагревательный элемент.

При изготовлении и эксплуатация прибора необходимо строго придерживаться стандартных размеров сточной трубки - 7. Незначительные отклонения от стандартных размеров заметно изменяют результаты определения вязкости. Оба термометра для измерения температуры испытуемого продукта и жидкости в бане снабжены латунной гильзой наружным диаметром α=8мм. Гильза закреплена на термометре так, чтобы при истечении жидкости ртутный баллон термометра начинал обнажаться лишь тогда, когда из внутреннего сосуда вытечет 200 мл продукта.

К вискозиметру прилагаются три колбы, на которых указаны емкости и температура, при которой они градуированы. Так как при определении условной вязкости сравнивается время истечения масла и время истечения такого же объема воды, то прежде чем приступить к анализу масла, необходимо определить время истечения воды (водяное число). Водяным числом вискозиметра называют время истечения 200 мм дистиллированной воды, при температуре +20°С. Водяное число должно составлять 50-52 сек. Для определения водяного числа вискозиметра необходимо внутренний цилиндр промыть петролейным эфиром и дистиллированной водой, затем высушить воздухом. В чистый цилиндр наливают немного выше метки дистиллированную воду при температуре и при помощи регулировочных винтов устанавливают прибор в строго горизонтальном положении. Температура в банке (наружном цилиндре) должна быть около 20°С. Прибор с водой выдерживают около 10 мин. при температуре 20°С, затем спускают избыток воды, осторожно приподнимая палочку -6 или отсасывая пипеткой. Под сточное отверстие прибора подставляют колбу и осторожно, не толкая аппарата, вынимают палочку и спускают воду из резервуара в колбу, одновременно пускают в ход секундомер и отмечают время истечения 200 мм воды до метки на колбе. Производят четыре замера и среднее значение принимают на водяное число. Расхождение между определяемыми значениями не должно превышать 0,5 сек.

Водяное число проверяют не реже 1 раза в 4 месяца, если его значение выходит за пределы 50 - 52 сек, то вискозиметр для работы не пригоден. Перед каждым определением внутренний цилиндр вискозиметра тщательно промывают чистым бензином и просушивают воздухом. Плотно закрывают сточное отверстие палочкой. Предварительно обезвоженный от механических примесей нефтепродукт наливают во внутренний цилиндр, несколько выше острия. При введении продукта в прибор необходимо следить за тем, чтобы не образовались пузырьки воздуха. Во внешний цилиндр наливают нагретую до 50-52оС воду. Подняв деревянную палочку, опускают избыток масла в стакан, подставленный под сточную трубу - 7.

Когда поверхность масла совпадает с острием штифтов, палочку опускают. Установив прибор в строго горизонтальном положении, закрывают его крышкой и под сточную трубу ставят мерную колбу. Для равномерного нагревания, масло перемешивают термометром, вращая крышку вискозиметра. Если температура падает, то водяную баню подогревают горелкой. После доведения температуры продукта до 50оС выдерживают еще 5 мин. при непрерывном помешивании, следя за тем, чтобы температура не изменилась, затем быстро вынимают палочку и одновременно пускают в ход секундомер. Когда продукт дойдет до метки в колбе 200 мл (пена не считается) секундомер останавливают. Помечают время и вычисляют вязкость в град. ВУ по формуле:

 

ВУ=τ_t/τ_20°С^H₂^O (8.4)

 

где, τ_t - время истечения 200мл продукта;

τ_20°С^H₂^O - время истечения 200мл воды при 20°С (водяное число вискозиметра).

 

При определении условной вязкости (ВУ) расхождение между параллельными определениями не должно превышать при времени истечения от 250 до 500 сек.-1-3 сек, при времени истечения от 500 до 1000 сек - 5 сек, при времени истечения более 1000 сек - 10 сек.

Очень вязкие масла анализируют таким же образом, но при температуре 100оС.

Коррозию вызывают активные минеральные кислоты и щелочи (серная кислота, едкий натрий и др.), которые могут оставаться в минеральных маслах и после их очистки. Поэтому масла, в которых обнаруживается присутствие минеральных кислот и щелочей бракуются.

Допускаемое количество кислот для каждого вида масла оговаривается ГОСТом. Под кислотностью минерального масла понимают количество щелочи (КОН) в мг, необходимое для нейтрализации кислот, содержащихся в 1 г. исследуемого масла. Кислотность минеральных масел исследуются следующим образом.

Во взвешенную колбу наливают 10-12 г исследуемого минерального масла. Во вторую колбу наливают 50 мл 96%-ного этилового спирта - ректификата, добавляют 8-10 капель индикатора алкалиблау. После этого вторую колбу закрывают воздушным холодильником, ставят на электроплитку, нагревают спирт до кипения. Спирт кипятят 1-1,5 мин. В процессе кипения спирта из него удаляется растворимая углекислота. Горячий спирт выливают в первую колбу, закрывают её холодильником, и также доводят до кипения. Смесь в первой колбе кипятят в течение 3-5 мин. При этом спирт растворяет кислоты и приобретает сине-зеленый цвет.

Для нейтрализации нагретой смеси в первой колбе в нее добавляют 0,05%-ный спиртовой раствор КОН, отмечая количество израсходованного раствора по мерной бюретки, раствора едкого калия добавляют столько, пока смесь в колбе из сине-зеленой не станет желтовато-розового цвета, что говорит о полной нейтрализации содержащихся в масле кислот. Кислотное число подсчитывают так:

 

К=σ_КОН*К_КОН/Р_М, мг/г (8.5)

 

где, σ_КОН - количество щелочи КОН, расходуемой на нейтрализацию раствора в колбе – 1, мл;

К_КОН - концентрация спиртового раствора КОН, в опыте К_КОН=0,05 мг/мл,

Р_М - вес испытуемого масла, г.

 

Температура вспышки минеральных масел является важным показателем качества масла, особенно в тех случаях, когда эти масла работают в узлах машин, подверженных ильному нагреву.

В тигль наливают исследуемое масло, которое не должно доходить до края тигля на 10-12 мм. Тигль устанавливают в песчаную баню, которая размещается на подставки с асбоцементной прокладкой, закрепленной на лабораторном штативе. В середину тигля с исследуемым маслом помещают термометр, который должен иметь цену деления 1°С допускать нагревание до 300°С. Дно песчаной бани нагревается спиртовой горелкой. Скорость нагрева после t=150°С не должно превышать 3-4 мин. Как только над поверхностью тигля - 5 начнут появляться пары, подносят зажженную спичку, которая должна располагаться над тиглем. При вспышке масла, появляется голубоватое пламя. В этом случае записывают температуру нагрева масла.

Для определения температуры воспламенения песчаную баню продолжают нагревать дальше. Если зажженное пламя над маслом не гаснет в течении 4-5 сек. Это говорит о том, что температура нагретого масла в тигле близка к температуре воспламенения. Температура воспламенения исследуемого масла определяется по термометру. Наиболее простым методом определения воды в минеральных маслах является проба на потрескивание. Для этого 5-3 г. исследуемого масла наливают в сухую пробирку, которую осторожно нагревают на спиртовой горелке. Если в исследуемом масле есть вода, то масло воспламеняется, слышно характерное потрескивание и на верхней части пробирки появляется капелька воды.

В том случае, когда потрескиванья не слышно, но верхняя часть масла в пробирке помутнела, это говорит о том, что в масле имеются следы воды.