Stanisław LABER BADANIA WŁASNOŚCI EKSPLOATACYJNYCH I SMARNYCH USZLACHETNIACZA METALU MOTOR LIFE PROFESSIONAL

Transkrypt

1 Stanisław LABER BADANIA WŁASNOŚCI EKSPLOATACYJNYCH I SMARNYCH USZLACHETNIACZA METALU MOTOR LIFE PROFESSIONAL Uniwersytet Zielonogórski

2 Uniwersytet Zielonogórski Instytut Budowy Maszyn i Pojazdów ul. Podgórna Zielona Góra PLASTMAL Warszawa ul. Trakt Lubelski 360 A Recenzenci: prof. dr hab. inż. Wiesław Zwierzycki Politechnika Poznańska prof. dr hab. inż. Eugeniusz Feldsztein Uniwersytet Zielonogórski Własności smarne i użytkowe preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE PROFESSIONAL W prezentowanym opracowaniu przedstawiono wyniki badań z zakresu modyfikowania warunków pracy węzłów tarcia na etapie eksploatacji maszyn preparatem MOTOR LIFE PROFESSIONAL. Wprowadzenie do olejów handlowych preparatu o działaniu chemicznym jakim jest MOTOR LIFE PROFESSIONAL, powoduje modyfikację warstwy wierzchniej - powstaje jednocześnie mocna warstwa graniczna, wytworzoną w wyniku sorpcji fizycznej i chemicznej. Warstwa ta (w porównaniu z warstwą graniczną wytworzoną przez dodatki uszlachetniające będące częścią składową olejów handlowych) zwiększa odporność węzłów tarcia na obciążenia dynamiczne i temperaturowe. Polepszają się właściwości tribologiczne węzłów tarcia - następuje zmniejszenie oporów ruchu i zużycia. Wpływa na zwiększenie trwałości i niezawodności działania maszyn i urządzeń. Monografia ta przeznaczona jest dla kadry inżynieryjno technicznej zajmującej się eksploatacją maszyn i pojazdów, szczególnie w ciężkich warunkach pracy (duże obciążenia dynamiczne i temperaturowe, agresywne środowisko, zanieczyszczenia pyłami i inne) oraz studentów kierunków mechanicznych. Publikacja dofinansowana przez Komitet Badań Naukowych Copyright by University Zielona Góra ISBN

3 Spis treści 4 WPROWADZENIE 1. PREPARATY EKSPLOATACYJNE Zasada działania preparatów eksploatacyjnych Klasyfikacja oraz mechanizmy działania preparatów eksploatacyjnych MODYFIKOWANIE WARUNKÓW PRACY WĘZŁÓW TARCIA PREPARATEM EKSPLOATACYJNYM 21 MOTOR LIFE PROFESSIONAL Własności smarne olejów Własności smarne smarów plastycznych Ocena zmian w procesie eksploatacji wybranych własności oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/ Własności smarne i tribologiczne oleju silnikowego IBIS HPDO SAE40 warunkowane czasokresem eksploatacji w warunkach kopalnianych Ocena głośności pracy i zapotrzebowania mocy maszyn i pojazdów Kształtowanie jakości technologicznej i eksploatacyjnej warstwy wierzchniej Proces skrawania Proces nagniatania PODSUMOWANIE LITERATURA

4 WPROWADZENIE W budowie i eksploatacji maszyn szczególną wagę ma problem prawidłowego smarowania węzłów tarcia. Jest to problem coraz bardziej istotny, zważywszy na fakt, że rozwój techniki przejawia się między innymi we wzroście wartości obciążenia dynamicznego i temperaturowego przenoszonego przez te węzły. Ilość i jakość środka smarnego decyduje o rodzaju tarcia (suche, płynne, graniczne, mieszane) a tym samym o zużyciu i niezawodności działania maszyn. Oleje pomimo swych niewątpliwych zalet, w ekstremalnych warunkach pracy systemów tribologicznych nie rozwiązują oczywistych problemów niedosmarowania strefy tarcia współpracujących ze sobą powierzchni. Nie likwidują tzw. zimnego startu, który występuje przy rozruchu, zwłaszcza w niskich temperaturach. w okresie zimowym. Tradycyjny kierunek badań polepszenia właściwości użytkowych środków smarnych dotyczy stosowania lepszych jakościowo dodatków uszlachetniających, będących ich integralną częścią. Do chwili obecnej w eksploatacji silników spalinowych, przekładni mechanicznych bądź zespołów hydraulicznych nastąpiło: zmniejszenie energochłonności o 2-3%, wydłużenie okresu wymiany cieczy roboczych 20-30%, zwiększenie trwałości mechanizmów o 20-30% [32]. W ostatnich latach powstała idea (drugi kierunek badań) wprowadzania do węzłów tarcia za pośrednictwem olejów nowych substancji, które w wyniku adsorpcji fizycznej lub chemisorpcji modyfikują warstwę przypowierzchniową tworząc na powierzchniach trących zmodyfikowaną, bardziej odporną na działania obciążeń dynamicznych i temperaturowych warstwę graniczną. Dodatki te nazwano preparatami eksploatacyjnymi. W Instytucie Technologii Eksploatacji Maszyn i Pojazdów Politechniki Zielonogórskiej od szeregu lat prowadzone są badania nad wpływem preparatów eksploatacyjnych na warunki pracy węzłów tarcia maszyn i pojazdów a w szczególności: łożysk, przekładni zębatych, układów hydraulicznych, węzłów skrawania i innych. W niniejszym opracowaniu przedstawione zostały wyniki badań laboratoryjnych i eksploatacyjnych z tego zakresu. Opracowanie składa się z dwu zasadniczych części. 4

5 W części pierwszej dokonano ogólnej charakterystyki preparatów eksploatacyjnych. Omówiono efekty ich stosowania. Wyjaśniono mechanizmy działania, i w oparciu o to kryterium dokonano ich klasyfikacji, wyróżniając - preparaty o działaniu chemicznym (np. MOTOR LIFE), preparaty na bazie środków smarnych stałych oraz powodujących tzw. tarcie bezzużyciowe (efekt Garkunowa). W części drugiej, przedstawiono wyniki badań nad preparatem eksploatacyjnym o działaniu chemicznym - MOTOR LIFE PROFESSIONAL. Na podstawie badań laboratoryjnych wykazano pozytywne efekty w zakresie poprawy własności smarnych olejów modyfikowanych tym preparatem. Badania realizowane w warunkach eksploatacyjnych potwierdziły jego przydatność do modyfikowania warunków pracy. Stwierdzono obniżenie oporów ruchu (mniejszy prąd rozruchu i zapotrzebowanie mocy), wzrost ciśnienia w cylindrach silnika spalinowego i wyrównanie jego poziomu (większa sprawność techniczna silnika), obniżenie głośności pracy, zmniejszenie zadymienia oraz zmniejszenie zużycia oleju. Wykazano, że preparat MOTOR LIFE nie wpływa w sposób istotny na zmianę własności reologicznych oleju (lepkość kinematyczną oraz liczbę zasadową). Wpływa natomiast na zmniejszenie zużycia par trących, o czy świadczy mniejsza zawartość żelaza w oleju. Autor opracowania zdaje sobie sprawę, że treść opracowania nie wyczerpuje całości problemu związanego z zasadnością stosowania preparatów eksploatacyjnych w modyfikowaniu warunków pracy węzłów tarcia. Tym niemniej jest to opracowanie, które pozwoli Czytelnikowi przybliżyć omawiany problem. Zespół kierowany przez autora opracowania, przeprowadził i prowadzi badania nad zastosowaniem innych preparatów eksploatacyjnych i dodatków uszlachetniających, ze szczególnym uwzględnieniem kształtowania technologicznej i eksploatacyjnej warstwy wierzchniej (zmian zachodzących w procesie eksploatacji). 5

6 1. PREPARATY EKSPLOATACYJNE Najskuteczniejszym sposobem zmniejszania strat energii tarcia oraz ograniczenie zużycia jest wprowadzenie w strefę tarcia środka smarnego, a intensywność tego smarowania decyduje o rodzaju tarcia, które może być: suche, płynne, graniczne lub mieszane. Ideałem w eksploatacji maszyn byłoby, aby węzły tarcia pracowały w warunkach tarcia płynnego lub co najmniej tarcia granicznego. Od lat 60 - tych w Stanach Zjednoczonych oraz w krajach zachodnich nastąpiło zintensyfikowanie badań nad efektywnym obniżaniem energochłonności mechanizmów i podwyższeniem ich sprawności mechanicznej. Jednym z wiodących problemów w tych badaniach było i jest zmniejszenie strat spowodowanych tarciem wewnętrznym, występującym w systemach tribologicznych. Równocześnie zwrócono uwagę na ekologiczne aspekty ich eksploatacji. Tradycyjny kierunek badań polepszenia właściwości użytkowych cieczy chłodząco - smarujących dotyczy stosowania lepszej jakości olejów smarowych, poprzez stosowanie nowych, lepszych jakościowo dodatków uszlachetniających, będących ich integralną częścią. Do chwili obecnej w eksploatacji silników spalinowych, przekładni mechanicznych bądź zespołów hydraulicznych nastąpiło: zmniejszenie energochłonności o 2-3%, wydłużenie okresu wymiany cieczy roboczych o 20-30%, zwiększenie trwałości mechanizmów o 20-30% [32]. Środki smarne - oleje, pomimo swych niezastąpionych zalet, do których należy zaliczyć między innymi odprowadzenie ciepła i produktów zużycia ze strefy tarcia, obniżenie współczynnika tarcia, tłumienie drgań, ochronę przed korozją i inne, nie rozwiązują w dalszym ciągu oczywistych problemów niedosmarowania w warunkach ekstremalnych obciążeń i/lub temperatur oraz likwidacji tzw. zimnego startu np. zimnego rozruchu silnika; przez pierwsze kilkanaście sekund silnik jest niedosmarowany i żaden z aktualnie stosowanych w praktyce środków smarnych nie jest w stanie temu zapobiec. Powstała więc idea (drugi kierunek badań - rys.1.1) wprowadzania do węzłów tarcia za pośrednictwem olejów nowych substancji, które w wyniku adsorpcji fizycznej lub chemisorpcji modyfikują warstwę przypowierzchniową powierzchni elementów ciernych oraz warstwę graniczną na ich powierzchniach. Dodatki te nazwano preparatami eksploatacyjnymi. W literaturze naukowej preparaty eksploatacyjne są różnie określane jako: modyfikatory tarcia [9], dodatki uzupełniające [11,32], korektory [5], niekonwencjonalne dodatki niskotarciowe [13], niekonwencjonalne dodatki smarowe [14,17], dodatki eksploatacyjne [4,35], dodatki wspomagające [28], 6

7 dodatki uszlachetniające [24,33] i inne. Dodatki te w niniejszym opracowaniu umownie nazwano preparatami eksploatacyjnymi (PE). Preparaty eksploatacyjne są to związki chemiczne lub mieszaniny związków chemicznych przygotowane do jakiegoś specjalnego celu tj. np. polepszenie warunków pracy węzłów tarcia poprzez zwiększenie trwałości warstwy granicznej. Typowe dodatki uszlachetniające Preparaty eksploatacyjne Polepszenie własności: reologicznych, termooksydacyjnych, korozyjnych, detergująco-myjących, emulgowania i innych o działaniu: - chemicznym, - na bazie środków smarnych stałych, - powodujących efekt selektywnego przenoszenia Olej bazowy Oleje handlowe - silnikowe, - przekładniowe, - hydrauliczne, - turbinowe, - sprężarkowe, - inne Oleje handlowe o lepszych właściwościach eksploatacyjnych zwłaszcza smarnych, przeciwzatarciowych i innych Rys.1.1. Stosowanie dodatków uszlachetniających i preparatów eksploatacyjnych do olejów W zagranicznej i krajowej literaturze naukowo - technicznej oraz informacjach producentów preparatów eksploatacyjnych prezentowane są skrajne opinie dotyczące ich skuteczności działania: od szkodliwości, poprzez znikomą skuteczność, o efektywności i dużym znaczeniu techniczno ekonomicznym oraz proekologicznym /tłokowe silniki spalinowe/. Pozytywne opinie wykazują, że stosowanie preparatów eksploatacyjnych w silnikach i urządzeniach mechanicznych powoduje: Ø obniżenie współczynnika tarcia ; Ø zmniejszenie zużycia elementów węzłów tarcia; Ø obniżenie temperatury w strefie tarcia; Ø ułatwienie zimnego rozruchu; Ø umożliwienie krótkotrwałej pracy bez dopływu oleju; Ø zwiększenie mocy i sprawności; Ø uszczelnienie układów, zmniejszenie przedmuchów oraz przecieków; Ø zmniejszenie poboru energii, paliwa i oleju; Ø zmniejszenie głośności i drgań; Ø obniżenie toksyczności spalin; Ø zwiększenie trwałości i niezawodności działania maszyn i urządzeń a w szczególności takich ich podzespołów jak: silniki, przekładnie zębate, układy hydrauliczne i inne, w związku z powyższym zmniejszają również sumaryczne koszty eksploatacji 7

8 W Pracowni Eksploatacji Maszyn Uniwersytetu Zielonogórskiego od szeregu lat realizowane są badania laboratoryjne własności smarnych olejów modyfikowanych PE. Badania laboratoryjne weryfikowane były na obiektach technicznych w warunkach eksploatacyjnych. Przeprowadzone badania pozwoliły w pewnym zakresie określić mechanizmy ich działania oraz określić ich przydatność do eksploatacji w konkretnych maszynach, urządzeniach i pojazdach ZASADA DZIAŁANIA PREPARATÓW EKSPLOATACYJNYCH Mechanizm działania PE najogólniej można przedstawić następująco. Cząsteczki PE transportowane są przez ciecz smarującą do węzłów tarcia, gdzie w wyniku procesu adsorpcji - fizycznej lub chemisorpcji - w sposób trwały wiążą się z powierzchniami metalicznymi ze sobą współpracującymi. Na powierzchniach węzła tarcia powstaje w ten sposób nowy film smarujący [34] lub zastępcza warstwa graniczna - ZWG [18]. W przypadku niedosmarowania w miejscach lokalnych styków powierzchni metalicznych, gdy normalny olej nie zapewnia prawidłowego smarowania /spiętrzenie naprężeń, gwałtowny wzrost współczynnika tarcia oraz temperatury zatarcie/ do akcji włączają się cząsteczki PE, które przejmują na siebie rolę filmu smarnego. W tym momencie współczynnik tarcia ulega gwałtownemu obniżeniu do wartości charakterystycznych dla tarcia płynnego - w przybliżeniu współczynnika lepkości oleju - rys.1.2. ZWG chroni równocześnie powierzchnie metaliczne węzła tarcia przed korozją. Efektywność oddziaływania ZWG w mikroobszarach styku współpracujących ze sobą powierzchni zależna jest od intensywności procesów adsorpcji w mikroobszarach styku. Jak wykazują badania [14, 16, 19 i inne], intensywność oddziaływania PE jest na ogół największa w przypadku pogarszającego się stanu /zużycia/ węzłów tarcia maszyn i urządzeń. Tym należy tłumaczyć różnice w skuteczności polepszenia parametrów funkcjonalnych silników, maszyn i urządzeń oraz efektywność działania PE różnego typu. Model węzła tarcia z zastosowaniem PE przedstawiono na rys

9 Rys.1.2. Warunki pracy węzła tarcia modyfikowanego preparatami eksploatacyjnymi [34] Rys.1.3. Model węzła tarcia z zastosowaniem preparatów eksploatacyjnych: E1, E2 elementy pary trącej, 1 - środek smarny wzbogacony preparatem eksploatacyjnym, 2 - właściwa warstwa graniczna (utworzona w wyniku stosowania środka smarnego), 3 - zastępcza warstwa graniczna: A - faza tarcia płynnego, B - faza tarcia granicznego, C - faza tarcia granicznego z udziałem zastępczej warstwy granicznej, D - tarcie suche 9

10 1.2. KLASYFIKACJA ORAZ MECHANIZMY DZIAŁANIA PREPARATÓW EKSPLOATACYJNYCH Spośród badanych i stosowanych w praktyce eksploatacyjnej rozróżnia się różne PE. Najogólniej można podzielić je na trzy zasadnicze grupy: A. preparaty o oddziaływaniu chemicznym; B. preparaty zawierające w swym składzie określone cząsteczki środków smarnych stałych takich jak np. teflon, metale miękkie, grafit i inne; C. preparaty umożliwiające powstanie w węźle tarcia smarowania na zasadzie tzw. przenoszenia selektywnego (PS). Jak wynika z badań literaturowych do grupy A zaliczane są substancje o nie ujawnianym składzie chemicznym. Z dużym prawdopodobieństwem można przyjąć, że są to subtelnie dobrane dodatki smarnościowe typu EP, tj. związki fosforowe, siarkowe lub chlorowe, wzbogacone dodatkowo lub głównie w tlen, cynę, cynk, bor, selen i inne składniki. Wchodzą one w reakcję z podłożem metalicznym, szczególnie aktywnie w podwyższonych temperaturach procesów tarcia. Dzięki dyfuzji składników tych dodatków do warstwy wierzchniej, tworzą się na powierzchni metalu ochronne warstewki fosforanów, siarczków itp. W ten sposób uzyskuje się jednocześnie mocną warstwę graniczną oleju dzięki chemisorpcji oraz dodatkowe zabezpieczenie w postaci warstewki dyfuzyjnej. Tak utworzona warstewka przypowierzchniowa (regenerująca się w czasie pracy węzła tarcia), charakteryzuje się dużą odpornością do przenoszenia obciążeń mechanicznych oraz wyższych temperatur, zmniejszonym współczynnikiem tarcia i zwiększoną odpornością na zużycie /zatarcie/. Model węzła tarcia smarowanego olejem z dodatkiem PE o działaniu chemicznym przedstawia rys.1.4. W nawiązaniu do rys.1.4 koniecznym jest zdefiniowanie mechanizmu działania konwencjonalnych dodatków przeciwzużyciowych (KDP) i EP będących składowymi dodatków uszlachetniających większości olejów handlowych, licencjonowanych (np. silnikowych, przekładniowych i innych). Cechą wspólną tych dodatków jest oddziaływanie na warstwę przypowierzchniową powierzchni trących i tworzeniu na nich warstw granicznych, zapewniających warunki smarowania granicznego. Celem wyjaśnienia mechanizmów tworzenia warstwy granicznych dla obu grup związków zasadnym jest określenie czym one są. Konwencjonalne dodatki przeciwzużyciowe, i EP zaliczane są do aktywnych środków smarnych poprawiających smarność. Zaliczamy do nich organiczne związki chloru, siarki i fosforu oraz kwasy tłuszczowe i ich estry np. kwas stearynowy lub oleinowy. Obecność tych związków w węźle tarcia powoduje na powierzchniach trących zachodzenie zjawiska adsorpcji; fizycznej, np. kwasy tłuszczowe 10

11 tworzące wielowarstwową strukturę składającą się z cząsteczek w postaci długiego łańcucha z polarną grupą na jej końcu lub chemiczna (chemisorpcja) - np. siarka lub fosfor wchodzą w reakcję z podłożem np. z żelazem i powstają siarczki lub fosforki żelaza. Jak podaje [73], w wyniku chemisorpcji tworzy się półplastyczna warstewka, która chroni przed zużyciem stykające się powierzchnie i zmniejsza opory tarcia. Ponieważ wykazuje ona znaczną odporność na ścinanie, współczynnik tarcia jest stosunkowo duży. Jeśli dla obszaru hydrodynamicznego mieści się w zakresie 0,001 0,006, to dla takiej warstewki granicznej wynosi od 0,1 0,2, a więc jest prawie o dwa rzędy większy. Rys.1.4. Model węzła tarcia smarowanego: a) olejem handlowym, b) olejem handlowym wzbogaconym preparatem eksploatacyjnym o działaniu chemicznym; 1,2 - elementy rące,3 - środek smarny, 4 - warstwa graniczna utworzona w wyniku sorpcji fizycznej, 5 - warstwa graniczna utworzona w wyniku chemisorpcji Reasumując, warstwa graniczna utworzona jest z warstewki polimolekularnej (adsorpcja fizyczna) oraz z warstewki plastycznej (chemisorpcja). Łączna grubość (rys.1.4a) i jakość tej warstewki decyduje o jej trwałości lub inaczej, zdolności do przenoszenia obciążeń dynamicznych i temperaturowych. Warstewka ta chroni przed zużyciem stykające się powierzchnie i zmniejsza opory tarcia. Składy chemiczne PE o działaniu chemicznym objęte są tajemnicą producentów. W literaturze istnieje rozbieżność co do ich składu chemicznego. Jak podaje [9], są to rozpuszczalne w oleju związki o długich łańcuchach z polarną grupą na jego końcu, natomiast w poz. [28] stwierdza się, że w PE występują głównie dodatki smarnościowe typu EP, które mogą być chlorowe, siarkowe, fosforowe, na bazie dialkiliditiofosforanu cynku (ZDDP - środek przeciwzużyciowy). 11

12 Firmy produkujące PE znają dokładnie każdy z tych związków chemicznych lub proces, który jest opisany na każdym z nich. Jak wykazała powyższa analiza, faktycznie wiele z tych związków jest stosowanych w licencjonowanych środkach smarnych. Należy przypuszczać, że różnica polega na tym, że związki chemiczne w olejach licencjonowanych, są we wzajemnej równowadze i zostały zbadane w znormalizowanych testach, stosowanych przemysłowo celem udowodnienia, że odgrywają one rolę, do której zostały przeznaczone tj. aby chronić i zabezpieczać węzły tarcia przed zużyciem. Powyższa analiza wykazuje, że mechanizm działania w tworzeniu warstw granicznych węzłów tarcia w przypadku stosowania konwencjonalnych dodatków przeciwzużyciowych (KDP) i EP będących składowymi dodatków uszlachetniających olejów licencjonowanych oraz preparatów eksploatacyjnych jest podobny. Zasadnicza różnica polega na zwiększonym ich stężeniu, co wpływa na intensywność ich oddziaływania na powierzchnie trące, a tym samym na utworzenie grubszej (rys.1.4b) i trwalszej warstwy granicznej, zdolnej do przenoszenia większych obciążeń dynamicznych i temperaturowych węzłów tarcia, co potwierdziły badania [34 i inne] Do grupy B preparatów zalicza się: Ø preparaty zawierające substancje o spójności anizotropowej tj. o budowie warstwowej np. grafit, dwusiarczek molibdenu lub wolframu, azotki, siarczany i inne; Ø substancje o małej wewnętrznej spójności, np. mydła, woski stałe, tłuszcze roślinne i miękkie polimery /np. teflon/ oraz metale miękkie - miedź, cynk, cyna, ołów, srebro i inne, zazwyczaj w postaci sproszkowanej. Spośród substancji anizotropowych najczęściej stosowany jest grafit oraz dwusiarczek molibdenu MoS2. Typowym przykładem takiego preparatu jest Champion zawierający jako główne składniki MoS2 oraz drugi składnik aktywowany przez generowane ciepło na zacierających się powierzchniach metalowych, oczyszcza je od produktów rozkładu oleju, umożliwiając dobrą sorpcję MoS2. W ten sposób w wyniku adsorpcji fizycznej oraz chemisorpcji wywołanej reakcją chemiczną jonów siarki z atomami metalu tworzy się warstewka bardzo silnie związana z powierzchnią metaliczną. Po wytworzeniu tej warstewki w dalszej kolejności następuje wypełnianie wgłębień nierówności cząsteczkami dwusiarczku molibdenu dotąd, aż poślizg zacznie zachodzić pomiędzy cząsteczkami MoS2. Utworzona warstewka charakteryzuje się dobrymi własnościami adsorpcyjnymi, w wyniku czego cząsteczki oleju są silnie przyciągane i tworzą trwały filtr smarowy polepszający warunki pracy węzłów tarcia, a tym samym zwiększając jego trwałość. 12

13 Otóż takie materiały jak np. grafit bądź MoS2 posiadają budowę heksagonalną o wyraźnej strukturze warstwowej - rys.1.5, 1.6. Materiały te złożone są z warstw atomów, które są ze sobą ściśle związane, natomiast pomiędzy warstwami więzi są słabe. Warstwowa budowa siarki krystalicznej występuje wówczas, gdy w węzłach siatki znajdują się małe dodatnie jony i duże ujemne jony, łatwo polaryzowalne. W związkach tych atomy ułożone w płaskiej warstwie są związane pomiędzy sobą wiązaniami kowalentnymi, a więc silnymi, natomiast pomiędzy warstwami występuje znacznie słabsza więź typu elektrostatycznego. Związki te charakteryzują się wyraźnie zaznaczonymi płaszczyznami poślizgu i płaszczyznami łupliwości, które biegną wzdłuż poszczególnych warstw. Rys.1.5. Siatka krystaliczna grafitu [1] Rys.1.6. Siatka krystaliczna dwusiarczku molibdenu MoS2 ; a) widok z góry, b) widok z boku [8] 13

14 Istotę smarowania grafitem (rys.1.7) czy też dwusiarczkiem molibdenu (rys.1.8) wyjaśniają dwie teorie: strukturalna i adsorpcyjna. Teoria strukturalna przypisuje własności smarne warstwowej budowie siatki krystalicznej, natomiast teoria adsorpcyjna adhezji smaru do powierzchni metalu. Należy jednak przypuszczać, że dobre własności smarne uzyskuje się wówczas, gdy spełnione są obydwa warunki, tzn. środek smarny wykazuje budowę warstwową, a ponadto posiada dobre własności adhezyjne. W warunkach skąpego smarowania, gdy istnieje możliwość bezpośredniego styku nierówności powierzchni współpracujących elementów, cząsteczki grafitu zawarte w płynnym środku smarnym zostają zaadsorbowane fizycznie na powierzchni metalu, tworząc dostatecznie trwały film grafoidowy. Do tego filmu przyciągane są następne cząstki grafitu aż do momentu wypełnienia wgłębień nierówności - wygładzenia powierzchni. Przemieszczanie wzajemne powierzchni odbywa się w warstwie grafitowej wzdłuż tzw. lustra grafitowego. Utworzona warstwa grafoidowo - grafitowa charakteryzuje się dobrymi właściwościami adsorpcyjnymi, w wyniku czego cząsteczki oleju są silnie przyciągane i tworzą dostatecznie trwały film smarowy, polepszający warunki pracy węzła, a tym samym zwiększające jego trwałość [23, 28]. Mechanizm działania smarnego dwusiarczku molibdenu jest podobny do mechanizmu smarowania grafitem. Różnica polega na tym, że tworzenie cienkiej warstewki przylegającej bezpośrednio do powierzchni metalu zachodzi nie tylko w wyniku adsorpcji fizycznej lecz także chemisorpcji, wywołanej reakcją chemiczną jonów siarki z atomami metalu. Po wytworzeniu tej warstewki w dalszej kolejności następuje wypełnienie wgłębień nierówności cząsteczkami dwusiarczku molibdenu dotąd, aż poślizg zacznie zachodzić pomiędzy warstewkami MoS2. Efekty smarujące jak w przypadku grafitu. Rys1.7. Schemat węzła tarcia smarowanego olejem z dodatkiem grafitu [29] 14

15 Płaszczyzny poślizgów Atomy siarki Atomy molibdenu Rys.1.8. Schemat warstwy granicznej przy smarowaniu dwusiarczkiem molibdenu MoS2 Obniżenie tarcia i zużycia współpracujących powierzchni realizowane w warunkach smarowania granicznego możliwe jest również przez tworzenie zastępczego filmu smarującego - jako efekt wprowadzenia do węzła tarcia submikronowych rozmiarów cząstek kulistych teflonu np: policzterofluoroetylenu (PTFE) - środek smarny stały o małej wewnętrznej spójności.. Sposób działania preparatów PTFE jest różny w zależności od struktury chemicznej oraz własności fizyko - chemicznych. Z punktu widzenia zachowania się cząstek PTFE na powierzchniach metalowych, wyróżnia się dwie jego grupy [34]: Ø cząsteczki PTFE w sposób trwały naładowane elektrycznie dodatnio; Ø cząsteczki PTFE elektrycznie obojętne. Preparaty PTFE typu I-go dzięki molekułom ładunku elektrycznego w wyni-ku oddziaływania elektrostatycznego, przyciągane są do powierzchni metalowej i następuje fizyko - chemiczne wiązanie PTFE - metal. Cząsteczki PTFE, zaadsorbowane w postaci warstewek na powierzchniach metali, posiadają na ogół większe rozmiary od wymiarów mikronierówności tych powierzchni elementów przy smarowaniu granicznym. W sytuacjach drastycznego zmniejszenia się odległości pomiędzy elementami współpracujących powierzchni, np: usytuowanie mikronierówności wierzchołek wierzchołek, cząstki PTFE ulegają rozwalcowywaniu. Następuje tzw. szpachlowanie powierzchni. Powstałe warstewki mają bardzo dużą przyczepność, a ich usuwanie jest możliwe jedynie na drodze ścierania szlifowania. PTFE w preparatach II-go typu nie ma zdolności tworzenia na współpracujących powierzchniach metalowych warstewek o opisanej poprzednio trwałości. Stosowany PTFE jest elektrycznie obojętny i stąd jego słaba adsorpcja na powierzchniach metalowych. Preparaty te zabezpieczają 15

16 smarowanie warstewką PTFE, sytuacyjnie i okresowo, mikroobszarów współpracujących powierzchni pozbawionych warstewek filmu smarującego. Rys.1.9. Zasada działania cząstek policzterofluoroetylenu (PTFE) W węzłach tarcia spełniają one rolę łożysk kulkowych. Tarcie zachodzi w skojarzeniu metal - teflon - metal (rys.1.9). Właściwości tego typu preparatu określają sposób i efektywność jego stosowania w różnych rodzajach urządzeń i warunków ich użytkowania: są dodawane do każdej porcji świeżego środka smarnego wprowadzanego do systemu tribologicznego w ramach uzupełnień bądź wymiany. Preparaty metaliczne np. miedź i ołów wprowadzone do węzła tarcia podobnie jak cząsteczki teflonu wypełniają mikronierówności powierzchni. W wyniku oddziaływania mechanicznego cząsteczki metalu wielkości kilku mikrometrów krążąc wraz z olejem w węźle tarcia (rys.1.10) są zgniatane, wypełniają mikronierówności i w miejscach przerwania filmu olejowego następuje platerowanie powierzchni trących - rys Wytworzona w ten sposób cienka warstewka, w wyniku oddziaływania adhezyjnego silnie związana jest z powierzchnią metaliczną i zdolna jest do przenoszenia zwiększonych obciążeń mechanicznych przy niskim współczynniku tarcia porównywalnym ze współczynnikiem występującym przy tarciu granicznym lub płynnym. W rozwoju nowych technologii smarowania szczególne miejsce zajmuje odkryty efekt przenoszenia selektywnego (PS) - grupa C preparatów. PS należy do grupy technicznych rozwiązań węzłów tarcia skutecznie zmniejszających niekorzystne skutki tarcia. Efekt PS oparty jest na zjawisku tribologicznym, w wyniku którego na powierzchniach trących tworzy się cienka, plastyczna, nie utleniająca się warstewka o specyficznej strukturze. Wg R. Marczaka [27] występuje ono wtedy, gdy w parze trącej nie występuje w danych warunkach tarcie płynne, a pomimo to wartość współczynnika tarcia i jednocześnie intensywność zużycia zmniejsza się o 2-3 rzędy. Warstewka ta została nazwana serwowarstewką - rys

17 Pier ścienie Olej Cz ąsteczki miedzi T łok Cylinder Rys Schemat węzła tarcia z zastosowaniem preparatu na bazie metali miękkich (R-2000) Rys Mikrofotografia powierzchni tarcia smarowanej olejem SELEKTOL SPECJAL SD SAE 20W/40 modyfikowanego preparatem miedziowym 17

18 Rys Mikrofotografia serwowarstewki utworzonej w wyniku modyfikowania smarowania węzła tarcia metalopolimerem [12] Uwzględniając istotę PS na rys.4.13 przedstawiono możliwości wykorzystania tego zjawiska w konstrukcji, budowie i eksploatacji maszyn. Rys Modele systemu tribologicznego zapewniające realizację PS: a,b,c, - z bezpośrednim stykiem stopów (spieków) Cu z powierzchnią tarcia w środowisku środka smarnego, d - środek smarny zawierający dyspersję miedzi lub jej związków organiczne związki Cu [27] 18

19 Badania literaturowe [6, 7, 25, 26] wykazują, że dominują dwie hipotezy wyjaśniające mechanizm PS: Ø mechanizm oparty na mikroadhezyjnym sczepianiu cząstek metalu miękkiego z powierzchnią tarcia metalu twardego. W stadium początkowym tworząca się warstewka ochronna ma skład metalu miękkiego. Skład ten może ulegać zmianie w przypadku stworzenia warunków sprzyjających procesowi PS. Warstewka może się wzbogacać w składniki katodowe w wyniku selektywnego rozpuszczania, np. miedzi, gdy metalem miękkim są jej stopy; Ø mechanizm, wg którego tworzenie metalicznej warstewki ochronnej jest wynikiem elektrochemicznego procesy typu: Me+n + ne Mo Tworząca się warstewka zawiera tylko jeden metal wprowadzony w formie dodatku metalizującego do środka smarnego lub nanoszonego na powierzchnię tarcia w wyniku reakcji składników substancji smarowej z powierzchnią zawierającą ten metal - w postaci składników stopowych, pokrycia lub warstewek. W przypadku stopów i związków miedzi przenoszeniu ulega miedź. Na obecnym etapie poznania zjawiska wiadomo, że PS zachodzi w określonych przedziałach wymuszeń (P,v,T) w obecności miedzi, w jednym z trzech elementów węzła tarcia ślizgowego i w odpowiednio aktywnym środowisku smarnym. Proces PS realizowany jest generalnie w następujących etapach: Ø wybiórcze rozpuszczanie składników miedzi; Ø zniszczenie WW; Ø tworzenie koloidalnych cząstek; Ø pojawienie się słabego pola elektrostatycznego oraz przenoszenie w tym polu koloidów - jonów miedzi; Ø zahamowanie procesu gdy s 1 µm. Przy równomiernym, jednakowym pokryciu powierzchni współpracujących. Do realizowania efektu PS w parach metalowych niezbędne są środki smarujące umożliwiające pojawienie się warstewek tlenków na powierzchniach współpracujących, a także zdolnych do elektrochemicznego rozkładu składników stopu miedzi. Proces wyzwalania się miedzi i jej przenoszenie zachodzi w wyniku reakcji środka smarnego z powierzchnią metalu. Jony miedzi i żelaza pojawiają się wskutek połączenia elektronów, oddawanych np. przez glicerynę w procesie utleniania. Produkty utleniania gliceryny trawią powierzchnię stalową usuwając z niej tlenki. W wyniku 19

20 tarcia powodującego mikroplastyczne odkształcenia WW oraz wskutek wzrostu temperatury, miedź krystalizuje i natychmiast szczepia się z powierzchnią stalową. Jednocześnie zachodzi dyfuzja jonów miedzi w oczyszczoną od tlenków powierzchnię stalową. Otrzymuje się w ten sposób warstewkę miedzi dobrze związaną z powierzchnią stalową. Zmniejszenie wartości współczynnika tarcia między współpracującymi powierzchniami wskutek wystąpienia PS i pojawienia się łatwo odkształcalnych warstewek miedzi polega więc na realizacji postulatu Kragielskiego. Cechą charakterystyczną zjawiska PS jest wykorzystywanie produktów zużycia do realizacji warstewki przeciwciernej. W procesie PS produkty zużycia reagując ze środkami smarującymi tworzą zawiesinę, której rozkład powoduje pojawienie się przeciwciernej warstewki miedzi. Ciągłość procesu zapewniona jest przez ciągłe tworzenie i niszczenie zawiesiny. 20

21 2. MODYFIKOWANIE WARUNKÓW PRACY WĘZŁÓW TARCIA PREPARATEM EKSPLOATACYJNYM MOTOR LIFE PROFESSIONAL Przemysłowe środki smarne (oleje) stosowane w smarowaniu węzłów tarcia maszyn i urządzeń powinny spełniać szereg funkcji, spośród których do najważniejszych należy zaliczyć: Ø smarowanie; olej powinien posiadać zdolności do wytworzenia trwałego filmu olejowego zapewniającego smarowanie płynne, jak również warstwy granicznej odpornej na oddziaływania dynamiczne i temperaturowe. Istotne w tym przypadku są lepkość i smarność; Ø zapobieganie zużywaniu powierzchni par trących, a w sytuacjach ekstremalnych - zacieraniu; Ø chłodzenie - odprowadzanie ciepła z węzła tarcia wytworzonego w wyniku tarcia lub spalania mieszanki paliwa w silnikach spalinowych; Ø ochronę przed korozją - chemiczną i elektrochemiczną jako dominujące w eksploatacji maszyn; Ø odprowadzanie zanieczyszczeń i produktów zużycia z węzłów tarcia produkty zużycia ściernego, chemicznego, korozyjnego, zmęczeniowego i inne; Ø cieczy roboczej w odniesieniu do olejów pracujących w układach hydraulicznych - np. pompy bądź silniki hydrauliczne i inne; Ø inne. Powyższe funkcje mogą być spełnione przez odpowiedni dobór pakietu dodatków uszlachetniających,będących częścią składową olejów handlowych. W czasie pracy urządzenia na olej działa szereg czynników mogących w większym lub mniejszym stopniu wpływać na zmiany jego właściwości, aż od utraty zdolności do spełniania zadanych mu funkcji. Do najważniejszych czynników należy zaliczyć: Ø wysoką temperaturę (rozkład termiczny cząstek, zwęglanie, przyśpieszone utlenianie); Ø zwiększoną powierzchnię kontaktu z powietrzem (przyśpieszone utlenianie); Ø bardzo wysokie naciski(duże siły ścinające - niszczące strukturę cząstek); 21

22 Ø przedostanie się ciał obcych (utrata zdolności smarowania, kataliza procesów utleniania); Powoduje to następujące niekorzystne procesy: q zanieczyszczanie olejów z wewnętrznych i zewnętrznych źródeł; q utratę niektórych właściwości na skutek zużywania się dodatków; q utratę niektórych właściwości fizyko-chemicznych. Powyższa analiza wykazuje, że olej powinien podlegać diagnozowaniu. W najogólniejszym ujęciu, w oparci o stan wiedzy i rozwoju techniki, diagnozowanie stanu oleju powinno być oparte na badaniach laboratoryjnych, stanowiskowych i eksploatacyjnych. Diagnozowanie stanu oleju powinno być realizowane na dwóch etapach: Ø etap pierwszy - produkcja oleju o odpowiednich wymaganiach techniczno - handlowych warunkowanych zastosowaniem do smarowania odpowiednich maszyn i urządzeń (oleje: przekładniowe, silnikowe, hydrauliczne i inne. Ø etap drugi - oleju znajdującego się już w użytkowaniu i podlegającego różnym, często nie przewidzianym lub nie zidentyfikowanym obciążeniem. Wprowadzenie do użytkowania nowego oleju, poprzedzone jest pełnym zakresem w/w badań. W przypadku oleju użytkowanego, ze względu na koszty badań diagnozowanie realizowane jest w ograniczonym zakresie. Dlatego też prowadzone są prace badawcze zmierzające do rozwiązania problemu skutecznej oceny bieżących właściwości użytkowych olejów smarowych. Ponieważ brak jest jednoznacznie określonych kryteriów stanu granicznego oleju, działania w tym kierunku opierają się na ocenie kinetyki zmian wybranych właściwości środka smarnego lub poszukiwaniu uniwersalnego, zintegrowanego parametru jakości. Problemy te próbuje się rozwiązać następującymi drogami [36]: Ø określenie najbardziej informatywnych parametrów, opisujących stan środka smarnego oraz smarowanego obiektu; Ø określenie granicznej wartości wybranych (wybranego) parametrów oleju, charakteryzujących przebieg jego starzenia; Ø określenie czasu pracy oleju na podstawie podobieństwa stanów; Ø sprecyzowanie wartości granicznych zawartości substancji, determinujących stan oleju (np. dodatków uszlachetniających). Większość tych prób nie weszła poza fazę teoretyczną lub laboratoryjną. W Zakładzie Obróbki Ubytkowej i Technologii Eksploatacji Maszyn Uniwersytetu Zielonogórskiego od szeregu lat prowadzone są badania w zakresie diagnozowania olejów w oparciu o badania laboratoryjne własności fizyko-chemicznych olejów popartych badaniami tribologicznymi, które z 22

23 kolei weryfikowane są w warunkach przemysłowych na konkretnych obiektach technicznych. Zdaniem autorów, ten kierunek badań umożliwia prawidłową ocenę jakości olejów (w tym modyfikowanych preparatami eksploatacyjnymi) w całym okresie użytkowania. Badania prowadzone były w szerokim zakresie stosowania preparatów eksploatacyjnych, zarówno na bazie związków chemicznych, metali miękkich, tworzyw sztucznych. jak również w zakresie selektywnego przenoszenia. W niniejszym opracowaniu przedstawiono wyniki badań w zakresie modyfikowania warunków pracy węzłów tarcia preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE. Badaniami objęto własności smarne, właściwości trobologiczne, właściwości fizyko - chemiczne olejów, oddziaływanie preparatu na pracę węzłów tarcia w procesie obróbki skrawaniem, głośność pracy i inne. Preparat MOTOR LIFE wykorzystano również do procesu kształtowania technologicznej warstwy wierzchniej przez nagniatanie WŁASNOŚCI SMARNE OLEJÓW Właściwości środka smarnego, decydujące o zdolności trwałego przylegania do powierzchni trących, są określone mianem jego smarności. Smarność jest to zdolność oleju lub smaru plastycznego do tworzenia na powierzchniach metali warstewki charakteryzującej się dobrą wytrzymałością mechaniczną w warunkach tarcia granicznego. Smarność oleju lub smaru zależy od jego składu chemicznego (dodatki smarne) i natury podłoża. Zwiększenie smarności olejów pozwala na zmniejszenie współczynnika tarcia, wpływa na zmniejszenia zużycia powierzchni oraz zabezpiecza je przed zatarciem. Znaczenie smarności nabiera szczególnej wagi w warunkach, w których z uwagi na duży nacisk jednostkowy, małe prędkości lub wysoką temperaturę, nie jest możliwe pełne pokrycie powierzchni trących grubą warstwą oleju i uzyskania tarcia płynnego. W silnikach spalinowych trudności w uzyskaniu tarcia płynnego występują zwłaszcza w pobliżu górnego i dolnego zwrotnego punktu tłoka w cylindrze, w związku ze stratą prędkości tłoka i wysoką temperaturą ścianek cylindra w jego górnej części. Również w czasie rozruchu silnika a zwłaszcza w warunkach zimowych, film olejowy na powierzchniach roboczych cylindra jak i panewek jest przerwany lub bardzo podatny na przerwanie. Bardzo istotnym w tym przypadku są własności smarne oleju decydujące o trwałości warstwy granicznej. 23

24 Zgodnie z PN-76/C (Badanie własności smarnych olejów i smarów) własności smarne środków smarowych określają takie wskaźniki jak: Ø obciążenie zespawania Pz; Ø wskaźnik zużycia pod obciążeniem Ih; Ø największe obciążenie niezacierające Pn; Ø obciążenie zacierające Pt. Badania realizowane są na aparacie czterokulowym T-02 (rys.2.1), w którym węzłem tarcia jest zespół czterech stalowych kulek zanurzonych w badanym środku smarnym. Obciążenie zespawania (Pz) jest to najniższe obciążenie nadane, przy którym w warunkach ustalonych nastąpi zespawanie obracającej się kulki z trzema kulkami nieruchomymi, wskazujące na przekroczenie poziomu największego nacisku, jaki jest w stanie przenieść warstwa smarująca. Wskaźnik zużycia pod obciążeniem Ih obliczany jest na podstawie wyników 10 biegów wykonanych przy kolejnych obciążeniach poprzedzających obciążenie zespawania lub częściowo wykonanych, a częściowo przyjętych z tabeli zamieszczonej w normie. Największe obciążenie niezacierające Pn jest to największe obciążenie nadane przy którym średnia średnica skaz d nie przewyższa więcej niż 5% skompensowanej średnicy skaz ds dla danego obciążenia odczytanej z normy. Obciążenie zacierające Pt jest to najniższe obciążenie przy którym w warunkach ustalonych normą nastąpi wyraźny wzrost oporów w węźle tarcia wskazujący na przerwanie warstewki smarującej, charakteryzujący się nagłym wzrostem wielkości średnic mierzonych skaz (zużycia i momentu tarcia). Obciążenie zespawania Pz oraz wskaźnik zużycia pod obciążeniem Ih charakteryzują przeciwzatarciowe działanie środków smarnych, natomiast największe obciążenie niezacierające Pn oraz obciążenie zacierające Pt charakteryzują trwałość warstwy smarnej i służą do wyznaczenia warunków, w których następuje zniszczenie tej warstwy i rozpoczęcie zacierania. Do właściwej oceny własności smarnych środków smarnych celowym jest określenie: 1 - co dzieje się w węźle tarcia od momentu rozruchu do chwili przerwania warstwy smarnej; 2 - intensywności zużywania od momentu przerwania warstwy smarnej do mementu stabilizacji oporów tarcia; 3 - zdolności warstwy smarnej do regeneracji. 24

25 Analiza ta zaproponowana przez A. Wachala [8] może być dokonana na podstawie wykresu (rys.1.2)- siła tarcia w funkcji czasu, który to wykres uzyskuje się w trakcie badań na aparacie czterokulowym. Rys.2.1. Aparat czterokulowy: a - schemat, b - węzeł tarcia; 1- silnik, 2 - pryzma, 3 - dźwignia, 4 - obciążnik, 5 - kulka ruchoma, 6 - kulki nieruchome [1] Rys.2.2. Wpływ siły tarcia w funkcji czasu pracy węzła tarcia na aparacie czterokulowym 25

26 Jak wynika z rys.2.2, wykres siły tarcia w funkcji czasu (obciążenia) można podzielić na trzy etapy: I etap - niszczenie warstwy granicznej. Kryteriami tego etapu są: Ø trwałość warstwy granicznej - czas t - od momentu rozruchu do początku gwałtownego wzrostu siły tarcia, co świadczy o przerwaniu warstwy granicznej; Ø wytrzymałość warstwy granicznej Wwg(wartość rzędnej siły tarcia w chwili przerywania). Mając na uwadze, że przerywania warstwy granicznej odbywają się na mikropowierzchniach, siła tarcia jest tym większa im na większej liczbie mikronierówności warstwa graniczna jest niszczona; im wytrzymalsza jest warstwa graniczna tym mniejsza siła tarcia w chwili początku przerywania; II etap - niszczenie warstwy granicznej, czyli zużywanie elementów pracujących. Za kryteria oceny tego etapu przyjmuje się: Ø pracę włożoną na zużycie Z charakteryzowaną polem pod krzywą obrysowującą pik siły; Ø zdolność regeneracji warstwy granicznej, którą charakteryzuje czas powrotu do tarcia w warunkach ustalonych tr i średnia siła tarcia w czasie etapu zużywania; III - etap - stabilizacja oporów tarcia, tj ustabilizowanie oporów tarcia na poziomie Tr. W etapie tym, w wyniku zwiększenia powierzchni tarcia a tym samym zmniejszenia nacisków jednostkowych, powstają warunki do wytworzenia węzła tarcia pracującego w zakresie tarcia granicznego a nawet hydrodynamicznego. Duża przydatność tego sposobu oceny własności smarnych potwierdzona została w przeprowadzonych badaniach wpływu modyfikowania badanych olejów MOTOR LIFE na zachowanie się substancji smarującej w warunkach tarcia granicznego jak również do oceny własności smarów plastycznych. W tab.2.1 przedstawiono własności smarne niektórych najczęściej stosowanych środków smarnych - olejów, w tym modyfikowanych preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE. Graficzną ilustrację wyników badań własności smarnych wybranych olejów przedstawiono na rys Oleje maszynowe AN - stosuje się do smarowania lekko obciążonych części maszyn przemysłowych (łożysk, prowadnic, przekładni mechanicznych, wrzecion itp.) oraz pomocniczych węzłów tarcia. Własności smarne oleju maszynowego AN-68 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym przedstawiono w tab.2.1 oraz na rys

27 Tabela 2.1. Wyniki badań własności smarnych olejów handlowych oraz modyfikowanych preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE WŁASNOŚCI SMARNE [dan] Olej handlowy Kompozycja smarna Pz Olej maszynowy AN-68 Olej turbinowy TU-32 Olej hydrauliczny HL-32 Olej przekładniowy Hipol 15 Olej sprężarkowy SP-10 Super Uniwersal CE/SF 15W/40 ParusGl4 80W/90 Lubinol 80L Castrol EPX90 Castrol GTX 5W-40 mag. Elf Sup.sport 0W-40 Renolin MRVG-4 Transol 100 Shell Tellus -68 ŁT43 ŁT-4S3 MOTOR LIFE 3 MOTOR LIFE-6 MOTOR LIFE 7 Olej handlowy + 5% MOTOR LIFE Ih Pn Pt Pz Ih Pn Pt 26, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,02 71,47 48, ,3 208,3 266, ,37 100,7 115, ,1 267,8 317, , , , , , , , , ,9 36, ,3 198, ,35 41, ,1 248, ,46 38,4 63,2 46,56 39, ,9 195,1 320,6 232,3 287,8 27 s. plastyczny s. plastyczny s. plastyczny s. plastyczny s. plastyczny biały łożyskowy łożyskowy łożyskowy do przeg. Z MoS2 do łańcuchów

28 Badania wykazały, że wyniku modyfikowania oleju preparatem MOTOR LIFE nastąpiło bardzo wyraźne polepszenie własności smarnych. Obciążenie zespawania Pz wzrosło o 150%, wskaźnik zużycia pod obciążeniem Ih o 72%, obciążenie niezacierające Pn o 46,5% natomiast obciążenie zacierające o 65,9%. Oznacza to, że w wyniku modyfikowania oleju preparatem MOTOR LIFE poprawiło się przeciwzatarciowe działanie oleju oraz zwiększyła się trwałość warstwy smarnej a zwłaszcza warstwy granicznej. Potwierdzeniem powyższego stwierdzenia są wyniki badań zmienności siły tarcia przy obciążeniu zadanym P = 160 dan (rys.2.4) oraz obciążeniu narastającym (rys.2.5). Z rys.2.4 wynika, że w wyniku modyfikowania oleju wartość siły tarcia uległa bardzo wyraźnemu obniżeniu w stosunku do oleju czystego. Przy narastającym obciążeniu węzła tarcia, dla oleju czystego w czasie ~ 10 s, doszło do zespawania węzła tarcia, natomiast dla oleju modyfikowanego poziom siły tarcia jest zdecydowanie mniejszy i nie doszło do zespawania, co świadczy o zwiększeniu trwałości warstwy granicznej, odpornej na działanie wyższych obciążeń i temperatury. 400 Pz 350 Ih Siła tarcia [dan] 300 Pn 250 Pt AN 68 AN 68 + Motor Life Rys.2.3. Własności smarne oleju maszynowego AN-68 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE 28

29 8,0 AN68 AN68+Motor LIFE Siła tarcia [dan] 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 0,8 1,6 2,4 3,2 4,0 4,8 5,7 6,6 7,4 8,1 8,9 9,7 10,6 Czas [s] Rys.2.4. Przebieg zmienności siły tarcia dla stałego nadanego obciążenia P = 160 dan smarowanego olejem AN-68 oraz modyfikowanym preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE 7,0 AN68 AN68+Motor LIFE Siła tarcia [dan] 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 0,8 2,5 4,1 5,7 7,4 9,1 10,7 12,3 13,9 15,6 17,2 Czas [s] Rys.2.5. Przebieg zmienności siły tarcia dla narastającego obciążenia węzła tarcia smarowanego olejem maszynowym AN-68 oraz modyfikowanym preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE 29

30 Oleje turbinowe TU - stosowane są głównie jako środki smarne do turbin parowych, gazowych i wodnych. Również są stosowane jako ciecze hydrauliczne w układach regulacji turbin. Oleje turbinowe TU mogą znaleźć zastosowanie również do smarowania innych urządzeń, wymagających stosowania olejów o jakości olejów turbinowych z dodatkami uszlachetniającymi. Olejów turbinowych TU nie należy stosować do urządzeń, które wymagają olejów o specjalnych własnościach przeciwzużyciowych, ponieważ nie zawierają dodatków EP. Graficzną ilustrację własności smarnych oleju turbinowego TU-32 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE przedstawiają rys Z rys.2.6 wynika, że w wyniku modyfikowania oleju turbinowego TU-32 preparatem MOTOR LIFE polepszyły się wszystkie wskaźniki określające własności smarne oleju. Wzrosło obciążenie zespawania Pz z dan, obciążenie niezacierające Pn z dan, wskaźnik zużycia pod obciążeniem Ih z 20,5 45,8 dan oraz obciążenie zacierające Pt z 117, dan. Z powyższego wynika, że preparat MOTOR LIFE wpływa na poprawę własności przeciwzatarciowych badanego oleju oraz trwałość warstwy granicznej. Z rys.2.7 wynika, że przy stałym zadanym obciążeniu węzła tarcia siłą P = 126 dan, siła tarcia po ~ 0,5s gwałtownie rośnie i utrzymuje się na prawie że stałym wysokim poziomie. Odmiennie kształtują się opory ruchu dla oleju modyfikowanego, W czasie do ~1,5 sec. węzeł pracuje w warunkach tarcia granicznego, następuje przerwanie warstwy granicznej - rośnie siła tarcia rośnie do wartości o połowę mniejszej jak dla oleju czystego, następnie spada i po ~ 4 s stabilizuje się na poziomie wyjściowym. Potwierdzeniem korzystnego oddziaływania modyfikacji jest przebieg zmienności siły tarcia dla zmiennego narastającego obciążenia w czasie - rys Dla oleju czystego przerwanie warstwy granicznej nastąpiło po ~ 3 s, a po okresie ~ 9 s nastąpiło zespawanie. W przypadku oleju modyfikowanego przerwanie warstwy granicznej nastąpiło po ~ 9 s. Dalsze obciążenie węzła tarcia nie spowodowało zatarcia (zespawania). Oleje hydrauliczne L-HL otrzymywane są z rafinowanych olejów mineralnych o polepszonych właściwościach przeciwkorozyjnych i przeciwutleniających oraz wykazują średni poziom właściwości przeciwzużyciowych. Oleje tego rodzaju stosuje się w średnioobciążonych układach napędu i sterowania hydraulicznego. Własności smarne oleju hydraulicznego HL-32 przedstawiono na rys Z tabeli 2.1 oraz rys.2.9 wynika, że olej hydrauliczny HL-32 charakteryzuje się średnimi własnościami smarnymi. Modyfikowanie oleju 30

31 preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE w sposób zdecydowany poprawia jego własności smarne. I tak, w wyniku modyfikacji polepszają się wszystkie wskaźniki charakteryzujące własności smarne - obciążenie zespawania Pz z dan, obciążenie niezacierające Pn z dan, współczynnik zużycia pod obciążeniem Ih z 32,6 42,8 dan, oraz obciążenie zacierające Pt z 151,2 256,0 dan. Dla zadanego obciążenia P = 160 dan odpowiadającego obciążeniu zespawania (rys.2.10) olej modyfikowany w czasie do ~ 6 s węzeł tarcia pracuje w warunkach tarcia granicznego, następnie rośnie i utrzymuje się na poziomie ~ 3,2 dan, a więc ponad dwukrotnie mniejszym od maksymalnej siły tarcia oleju czystego. Potwierdzeniem korzystnych efektów modyfikowania oleju jest przebieg zmienności siły tarcia przy narastającym obciążeniu węzła tarcia - rys Dla oleju modyfikowanego po ~ 2 s siła tarcia obniża się i utrzymuje na bardzo niskim poziomie. Siła tarcia [dan] 350 Pz 300 Sn 250 Pn 200 Pt TU32 TU32+MOTOR LIFE Środki smarne Rys.2.6. Własności smarne oleju turbinowego TU-32 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE 31

32 4,5 4,0 Siła tarcia [dan] 3,5 3,0 TU32 2,5 TU32+MOTOR LIFE 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Czas [s] Rys.2.7. Przebieg zmienności siły tarcia dla stałego nadanego obciążenia P = 126 dan smarowanego olejem turbinowym TU-32 oraz modyfikowanym preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE 9,0 8,0 Siła tarcia [dan] 7,0 6,0 TU32 5,0 TU32+MOTOR LIFE 4,0 3,0 2,0 1,0 0, Czas [s] Rys.2.8. Przebieg zmienności siły tarcia dla narastającego obciążenia węzła tarcia smarowanego olejem turbinowym TU-32 oraz modyfikowanym preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE 32

33 Pz Ih Pn Pt 300 Siła tarcia [dan] HL 32 HL32 + Motor Life Rys.2.9. Własności smarne oleju hydraulicznego HL-32 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE 8,0 7,0 HL32 HL32+MOTOR LIFE 5,0 Siła tarcia [dan] Si tarcia [ dan] Siła ła tarcia [dan] 6,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 Czas [s] Rys Przebieg zmienności siły tarcia dla stałego obciążenia węzła tarcia siłą P = 160 dan smarowanego olejem hydraulicznym HL-32 oraz modyfikowanym preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE 33