ZRÓŻNICOWANA EFEKTYWNOŚĆ EKSPLOATACYJNYCH DODATKÓW PRZECIWCIERNYCH DO OLEJÓW SMARNYCH

Transkrypt

1 PROBLEMY NIEKONWENCJONALNYCH UKŁADÓW ŁOŻYSKOWYCH Łódź, maja 1997 r. Zbigniew Zalis Politechnika Opolska w Opolu ZRÓŻNICOWANA EFEKTYWNOŚĆ EKSPLOATACYJNYCH DODATKÓW PRZECIWCIERNYCH DO OLEJÓW SMARNYCH SŁOWA KLUCZOWE dodatki preciwcierne, ochrona powierchni pred atarciem, więksenie trwałości, konflikt chemicny STRESZCZENIE Opisano środki technicne, metodykę i prebieg badań własności preciwciernych pięci handlowych dodatków eksploatacyjnych astosowanych do oleju prekładniowego Hipo 15F. Wykaano, iż środki typu uslachetniac powierchni tj.; Metabond-M, Militec- Duralube apewniają bardo skutecną ochronę powierchni trących pred użyciem w temperature 20 0 C. W temperature około C skutecność preparatów Metabond-M Militec-1 drastycnie maleje. Preparat Motodoktor, a scególnie Moton, mało skutecne w niskich temperaturach, w temperature około 100 o C nacnie wspomagają efektywnoś substancji EP będących składnikiem fabrycnym oleju Hipol 15F. WPROWADZENIE Od jakiegoś casu na rynku polskim obecna jest cora sersa oferta różnorodnych środków eksploatacyjnych prenaconych głównie dla użytkowników pojadów samochodowych. Jest wśród nich seroka gama środków preciwciernych, które godnie informacjami na etykietach służą podniesieniu efektywności diałania olejów smarnych. Niektóre nich, wane NDS, mają gwarantować możliwość pracy mechanimu pry okresowej nieobecności oleju chroniąc współpracujące powierchnie pred atarciem [1,2]. Dostępne są także w cora licniejsej ofercie oleje smarne mineralne, półsyntetycne i syntetycne wyposażane pre producentów w specyficne kompoycje dodatków uslachetniających spełniających różne funkcje, w tym poprawienie smarności. Diałanie wybranych eksploatacyjnych środków preciwciernych, co potwierdają wyniki badań [1,2,3,5], także doświadcenie praktycne autora, jest w określonych warunkach skutecne wielostronne. Jednak specjaliści die- 133

2 diny smarowania głasają sereg wątpliwości, cy stosowanie dodatków eksploatacyjnych nie wywołuje ujemnych skutków dla właściwej pracy prekładni cy silnika [6]. W literature naukowo-technicnej ora informacjach producentów NDS preentowane są skrajne opinie dotycące ich skutecności; od skodliwości po efektywność o dużym naceniu technicnoekonomicnym i proekologicnym. Prawdopodobnie, biorąc pod uwagę dużą licbę możliwych kombinacji układu olej smarujący - dodatek eksploatacyjny możliwe są efekty w całej prytoconej skali. Celem wyrobienia własnej oceny ropocęto w roku 1996 laboratoryjne badania porównawce skutecności preciwciernej pięciu najpopularniejsych środków modyfikujących [5]. Ostatnio uyskane wyniki preentuje niniejsy referat. APARATURA BADAWCZA Badania preprowadono na skomputeryowanym tribometre typu pin-on-disc w laboratorium tribologicnym Zakładu Technologii Masyn Politechniki Opolskiej, którego cęść mechanicną predstawia fotografia na rysunku 1. Rys.1. Cęść mechanicna tribometru głowicą robocą Tribometr apewnia bestopniową nastawę i stabiliację wartości wymuseń tribologicnych: 1. siły normalnej F n generowanej siłownikiem pneumatycnym asilanym pre precyyjny stabiliator ciśnienia Typ VEB Reglerwerk Dresden, 2. prędkości obrotowej n w wreciona napędanego silnikiem prądu stałego PCBk/80-50, mocy 180W, tyrystorowym układem regulacji i stabiliacji obrotów ZP OZAS Opole, 3. temperatury baowej T b uchwytu dysku stabiliowanej termostatycnie urądeniem LUMEL. System pomiarowy oparty na 16-kanałowej karcie pomiarowej PC-26AT Amplicon Liveline Ltd. i programie komputerowym QBTRIB3 ainstalowanych w komputere osobistym standardu IBM, miery podcas pracy urądenia wartości recywiste tych wielkości. I tak: - siła normalna F n jest ustalana pośrednio pre pomiar ciśnienia powietra w cylindre siłownika tensometrycnym integrowanym cujnikiem ciśnienia CL71U fi-my ZEPWN (Marki), 134

3

4 Chropowatość powierchni robocej dysku jest doprowadana do wartości Ra < 0.1µm. Wartości podstawowych wymuseń tribologicnych pryjęto w sposób następujący: prędkość wględna v s = 0.5 m/s, siła normalna F n = 35 N i temperatura baowa T b = 20 o C ora T b = 105 o C. Testy badawce ropocynano od usunięcia powierchni robocych pary trącej prypadkowych aniecysceń pre mycie ultradwiękowe w cterochlorku węgla i susenie w strumieniu ciepłego powietra. Modelowano warunki ubogiego smarowania styku punktowego ropocynając próby badawce powierchnią cołową dysku wilżoną jednoraowo środkiem smarującym na baie oleju prekładniowego Hipol15F, obecnie onacanego - Hipol EP-5F 80W/90, awierającego dodatki smarne EP (Extreme Pressure), które pod wpływem ciepła generowanego w procesie tarcia tworą na powierchniach trących wiąki chloru, siarki i fosforu apobiegające atarciu, wybranym eksploatacyjnym dodatkiem preciwciernym w ilości alecanej pre dystrybutora. Film smarny nie był odnawiany w ciągu całego, trwającego pięć dni eksperymentu. Do badań prygotowano środki smarujące predstawione w tabeli 1. Tabela 1. Zestawienie użytych środków smarujących Lp Symbol Składniki Charakterystyka dodatku wg producenta 1. H Hipol 15 F (Hipol EP-5F 80W/90) 2. HMd Hipol 15 F + 5% Moto-doktor uslachetniac oleju (oil tratement) 3. HMtn Hipol 15 F + 5% Moton awiesina cąstek PTFE 4. HMtb Hipol 15 F + 5% Metabond-M uslachetniac powierchni (metal tratement) 5. HMtc Hipol 15 F + 5% Militec-1 uslachetniac metali (metal conditioner) 6. HDlu Hipol 15 F + 5% Dura-Lube uslachetniac powierchni (metal tratement) Badano, kontynuując pryjęty plan [5], dolność tworenia warstwy ochronnej i jej trwałość w warunkach aaplikowania pełnego obciążenia systemu po 10 sekundowym wstępnym obciążeniu siłą normalną F n = 3N pry nominalnej prędkości pośligu. Kolejne pięć odcinków procesu tarcia o długości 5000 m realiowano prerwami jednodniowymi ocekując objawów acierania. Ostatni odcinek awierał sekwencję więksania obciążenia. W casie testów rejestrowano w funkcji drogi tarcia s współcynnik tarcia µ ora użycie liniowe systemu l s. Eksperyment prerywano ostatecnie po wystąpieniu onak atarcia lub po osiągnięciu drogi tarcia s równej m. Prebieg testów predstawiono graficnie preentując biorco wykresy mienności współcynnika tarcia w funkcji drogi tarcia i casu kalendarowego dla wsystkich środków smarujących pracujących w temperature 20 o C - na rysunku 3 i w temperature 105 o C - na rysunku 3 i 4. Od pierwsych sekund trwania procesu tarcia w temperature 20 0 C pry użyciu preparatów HMtb, HMtc, HDlu a także HMd pry pełnym obciążeniu, opory ruchu są niewielkie i stabilne. Wartości współcynnika tarcia dla tych preparatów są niskie, wynosąc średnio około µ=0.1 i nieco mniej dla HMtb, dla którego µ HMtb = Kolejne 167 minutowe testy wykonywane w odstępach 24 godinnych mają podobny prebieg w prypadkach stosowania dodatków tworących ochronne warstwy molekularne NFS, pomimo iż powierchnie dysków są pobawione dopływu środka smarującego. Zauważalny jest tu nawet ciągły spadek oporów ruchu. Towarysące użycie liniowe powierchni trących, pierwsego dnia o intensywności k s = µm/m dla tych preparatów maleje dnia następnego do wartości niżsych od k s = µm/m - poniżej progu niecułości systemu pomiarowego tribometru, i tak utry- 136

5 muje się aż do akońcenia serii testów. W ostatnim cyklu testów, preprowadonych piątego dnia od ropocęcia serii realiowano sekwencje skokowego więksania obciążenia systemu. Jego odpowiedią na wielokrotnienie wartości wymuseń tribologicnych jest malejąca wartość współcynnika tarcia, do µ < 0.080, prawie identycna dla trech preparatów. Z kolei, proces tarcia w obecności Hipolu 15F be dodatków ora udiałem Motonu wykauje typowy pocątkowy okres intensywnego użycia i duże opory ruchu [5] prowadąc ostatecnie do atarcia, podobnie jak w prypadku użycia preparatu Motodoktor. Współcynnik tarcia µ WARTOŚCI WYMUSZEŃ TRIBOLOGICZNYCH: Temperatura pary trącej T = o C m Fn = 35 N m Fn = 53 N m Fn = 70 N Vs = 0.5 m/s m Fn =105 N m Fn =105 N Vs = 1.0 m/s atarcie atarcie atarcie ( HMtn ) ( H ) ( HMd ) Brak atarcia: HMtb, HMtc, HDlu 0.00 dień 1 dień 2 dień 3 dień 4 dień Droga tarcia S [m] Rys. 3. Zależność współcynnika tarcia µ od drogi tarcia s (i casu kalendarowego) dla seściu środków smarnych, w temperature 20 0 C WARTOŚCI WYMUSZEŃ TRIBOLOGICZNYCH: Współcynnik tarcia µ Temperatura pary trącej T = o C m Fn = 35 N m Fn = 53 N m Fn = 70 N Vs = 0.5 m/s m Fn = 105 N m Fn = 105 N Vs = 1.0 m/s atarcie ( HMtc ) atarcie ( H ) atarcie ( HMtb ) Brak atarcia: HMd, HMtn, HDlu dień 1 dień 2 dień 3 dień 4 dień Droga tarcia S [m] Rys. 4. Zależność współcynnika tarcia µ od drogi tarcia s (i casu kalendarowego) dla seściu środków smarnych, w temperature C. Dominującym jawiskiem arejestrowanym w testach prowadonych w temperature C jest uaktywnienie się środków preciwatarciowych EP oleju Hipol 15F skutku- 137

6 jących brakiem występowania okresu pocątkowego intensywnego użycia powierchni trących we wsystkich testach. Spektakularne, uasadniające krytycym wobec prypadkowego wyboru i stosowania dodatków eksploatacyjnych, jest wystąpienie atarcia współpracujących powierchni wobec użytych środków Militec-1 i Metabond-M, wceśniejse nawet niż w prypadku oleju Hipol 15F be dodatków eksploatacyjnych. Poostałe, nie tworące molekularnych warstw ochronnych, dodatki preciwcierne skutecnie wspomagają funkcje ochronne substancji EP oleju Hipol 15F chroniąc powierchnie pred atarciem. Opory tarcia są prawie identycne we wsystkich prypadkach WYNIKI BADAŃ TRWAŁOŚCIOWYCH Oceny skutecności preciwciernej badanych dodatków eksploatacyjnych do olejów smarnych dokonano na podstawie porównania wyliconych wartości współcynnika intensywności użycia kulki łożyskowej uyskanych w różnych warunkach. Wyniki pomiarów i obliceń ebrano w tabeli 2. Tabela 2. Zestawienie wyników badań trwałościowych. Temperatura 0 C Symbol preparatu Średnica starcia kulki mm ubytek masy x 10-6 kg Droga tarcia m Współcynnik intensywności użycia kulki łożyskowej kg /(m N) Uwagi H atarcie HMd atarcie 20 HMtn atarcie HMtb HMtc HDlu H atarcie HMd HMtn HMtb atarcie HMtc atarcie HDlu Dla ułatwienia analiy i oceny uyskanych wyników predstawiono je graficnie na rysunku 5 w postaci wykresu kolumnowego. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ I WNIOSKI 1. Wstępne, łagodne, nawet krótkotrwałe etknięcie roboce technologicnie świeżych powierchni współpracujących ciernie w obecności dodatków typu metal conditioner blokuje występowanie fay intensywnego użycia podcas ich docierania. 2. Dodatki preciwcierne typu uslachetniac powierchni ( metal conditioner ) bardo nacnie więksają obciążalność eksploatacyjną warstwy wierchniej powierchni trą- 138

7 cych i jej odporność na użycie w temperature pokojowej, także pry braku ciągłości smarowania, scególnie preparat Metabond-M. Współcynnik intensywności użycia kulki łożyskowej kg/(mn) 1E-11 1E-12 1E-13 1E C 100 C - atarcie H HMd HMtn HMtb HMtc HDlu Środek smarujący Rys.5. Porównanie współcynników intensywności użycia kulki łożyskowej uyskanych pry astosowaniu różnych środków smarnych, w dwóch temperaturach pracy. 3. Dodatki eksploatacyjne Moto-doktor i Moton nie posiadają własności modyfikujących warstwę wierchnią i nie chronią w temperature pokojowej powierchni pred atarciem pry niedostatecnym smarowaniu. 4. W temperature około 100 o C aktywne są środki preciwcierne EP awarte w oleju Hipol 15F. 5. Dodatki eksploatacyjne Militec-1 i Metabond-M wykaujące bardo dobre własności preciwużyciowe w temperature około 20 o C wchodą w konflikt chemicny e środkami preciwciernymi EP awartymi w oleju Hipol 15F, a uaktywniającymi się w wysokiej temperature i ich skutecność w temperature pracy około 105 o C drastycnie maleje. 6. Nieskutecne w temperature 20 0 C dodatki eksploatacyjne Moto-doktor i Moton wykaują w temperature C synergim e środkami EP oleju Hipol 15F, i chroniąc powierchnie pred atarciem obniżają intensywność użycia powierchni o jeden, a nawet dwa rędy wielkości. 7. Preparat Dura-Lube miesany olejem Hipol 15F jest skutecnym środkiem preciwciernym apobiegając acieraniu powierchni trących arówno w niskich jak i wysokich temperaturach. LITERATURA 1. Burcan J., Jabłoński W.: Własności tribologicne smarów dodatkiem metalonu. Materiały II Konferencji nt.: Problemy niekonwencjonalnych układów łożyskowych, Łódź - maj 1995 r. 2. Laber A., Laber S.: Własności smarne olejów prekładniowych modyfikowanych dodatkami miediowymi, Materiały II Konferencji nt.: Problemy niekonwencjonalnych układów łożyskowych, Łódź - maj 1995 r. 139

8 3. Guik J., Marcak R.: Istota, model i możliwości wykorystania jawiska Garkunowa w Technice. Materiały II Konferencji nt.: Problemy niekonwencjonalnych układów łożyskowych, Łódź - maj 1995 r. 4. Hebda M.,Wachal A.: Trybologia, WNT - Warsawa, 1980 r. 5. Zalis Z.: Własności preciwcierne wybranych dodatków eksploatacyjnych do olejów smarnych, Zesyty Naukowe Politechniki Łódkiej nr 85, Łódź 1996 r. 6. Kulcycki A.: Problemy stosowania dodatków eksploatacyjnych, Materiały II Konferencji nt.: Problemy niekonwencjonalnych układów łożyskowych, Łódź - maj 1995 r. DIFFERENTIATED EFFECTIVNESS OF THE EXPLOITATIVE ADDITIVES FOR LUBRICANTS Summary The paper presents means and methodology of investigations on antifrictional properties of five selected oil additives applied to Hiplol 15F gear oil. Three of them, which are able to form a monomolecular operational surface layer drastically increase durability of friction pair at low temperature. At the temperature of C two of them; Metabond-M and Militec-1 lose their effectivness. Although, Moto-doktor and especially Moton inefficient at low temperature highly improve at C the effectivness of EP means of Hipol 15F gear oil. Recenent: Prof. dr hab. inż. Jan Burcan 140