автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему: Разработка энергосберегающих масел на смешанной основе для червячных передач
Автореферат диссертации по теме "Разработка энергосберегающих масел на смешанной основе для червячных передач"
На правах рукописи
СИСЕНДА ВИЛЬЯМ ВЕКЕСА
РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ МАСЕЛ НА СМЕШАННОЙ ОСНОВЕ ДЛЯ ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ
05.17.07 - Химическая технология топлива
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Работа выполнена в РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина. Научные руководители:
Заслуженный деятель науки РФ,
доктор технических наук, профессор И. Г. ФУКС
Кандидат технических наук, доцент Л. Н. БАГДАСАРОВ
Доктор технических наук,
директор ОАО "СВ ВНИИ НП" Т. Н. Шабалина
Доктор химических наук профессор К. Д. Коренев
Ведущая организация: РАН Институт Машиноведения им. А. А. Благонравов Российской Академии Наук.
Защита состоится " 2000г. в часов
ауд. на заседании специализированного совета Д.053.27.09 т
защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук пр1 Российском Государственном Университете нефти и газа имени И. М. Губкин; (117917, Москва, ГПС-1, Ленинский проспект, 65).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газ; имени И. М. Губкина.
Автореферат разослан " " О _2000 года.
Ученый секретарь специализированного Совета кандидат химических наук
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ-
Актуальность работы. Проблема энергосбережения является одной из главных и приоритетных при разработке новой техники. Снижение потерь энергии особенно актуально для машин и механизмов, снабженных червячными передачами, которые имеют низкий коэффициент полезного действия (КПД). В последние десятилетия для решения этой проблемы весьма цироко пригоняются синтетические полигликолевые масла. Однако, эти масла . 1остаточно дороги и, так же как и нефтяные, изготавливаются из ^возобновляемого сырья. Вместе с тем, давно известно, что применение мстительных масел способствует значительному повышению КПД червячных 1ередач. Однако, одним из существенных их недостатков является низкая ермоокислительная стабильность.
Перспективным представляется использование масел на смешанной юнове, что нашло подтверждение в автомобильной промышленности. Смешение нефтяных, синтетических и растительных компонентов в птимальных соотношениях позволяет решить ряд задач: обеспечить тносителыю невысокую стоимость масла; значительно улучшить нтифрикционные свойства масел, используемых в червячных передачах; овысить КПД и обеспечить значительную экономию энергии; повысить ермоокислительную стабильность, стабильность свойств и срок эксплуатации асел.
[ель и задачи исследования. Цель работы - создание высокоэффективных иергосберегающих смазочных масел для червячных передач на базе боснованного подбора смесей нефтяных, растительных и синтетических эмпонентоп.
'сновные задачи работы:
По данным литературы и проведенных лабораторных исследований эдобрать оптимальные по составу нефтяной, растительный и синтетический змпоненты для разрабатываемых масел.
2. Провести лабораторные исследования антифрикционных, противоизносных и реологических характеристик смесей масел нефтяного, растительного и синтетического происхождения при варьировании в широких пределах содержания указанных компонентов. Показать преимущества этих смесей по эксплуатационным свойствам, а также по экологическим и экономическим критериям в сравнении с раздельным применением нефтяных, растительных и синтетических масел. Разработать математическую модель и вывести уравнения, описывающие зависимости исследуемых характеристик этих смесей от их состава.
3. Найти область концентраций компонентов исследуемых смесей, в которой обеспечиваются одновременно наилучшие антифрикционные, противоизносные и вязкостно-температурные свойства.
4. Провести стендовые испытания разработанных масел • в червячных редукторах с целью подтверждения результатов исследования и установленных закономерностей.
Научная новизна. Впервые показана возможность регулирования физико-химических и эксплуатационных свойств масел для червячных передач нг основе смесей компонентов нефтяного, растительного и синтетическогс происхождения путем изменения их состава и соотношения компонентов.
Методами математического моделирования решена задача оптимизацш состава масел для червячных передач путем нахождения области концентраци) компонентов, в которой обеспечиваются наименьшие величины коэффициенто трения и износа и наибольший индекс вязкости.
Установлено, что масла на смесях компонентов различног происхождения при оптимальном их сочетании заметно превосходят п антифрикционным, противонзиосным, вязкостно-температурным экономическим показателям отдельно используемые нефтяные, растительные синтетические масла.
Практическая ценность. Разработан состав смазочных композиций I основе оптимального сочетания смесей нефтяного, растительного
синтетического масел, и показано, что по результатам лабораторных и стендовых испытаний они превосходят по смазочным и вязкостно-температурным свойствам нефтяные масла.
Разработан алгоритм оптимизации составов трехкомпонентных смазочных композиций по их антифрикционным, противоизносным и вязкостно - температурным характеристикам.
Разработаны программы для ПЭВМ, позволяющие обрабатывать результаты трехфакторного эксперимента и оптимизировать составы трехкомпонентных композиций (симплексно-центроидный план).
Продукты на смешанной основе прошли с положительными результатами испытания на Карачаровском механическом заводе и рекомендованы в качестве масел для червячных редукторов.
Апробация работы. Диссертация в полном объеме была заслушана на расширенном заседании кафедры химии и технологии смазочных материалов и химмотологии РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина (г. Москва, 2000г.) и на семинаре по трению и износу в машинах имени М. М. Хрущова в ИМАШ РАН (г. Москва, 2000г.). Отдельные разделы диссертации доложены на международной научно-технической конференции "Дороги-2000" в Брянской Государственной Инженерно-Технической Академии (г. Брянск, 2000г) и на международном симпозиуме "Славянтрибо" (г. Санкт Петербург, 2000г.).
Публикации. Материалы исследования опубликованы в 4-х сборниках тезисов научно-технических конференций.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и приложений; изложена на 127 страницах, включая 20 рисунков, 22 таблицы и списка литературы из 75 наименований.
Во введении обоснована актуальность разработки энергосберегающих масел для червячных передач на основе смесей компонентов различного происхождения. Показано, что масла, приготовленные на основе смесей
нефтяных, растительных и синтетических компонентов, должны иметь лучшие смазочные и вязкостно-температурные свойства, чем нефтяные масла. Они включают достаточно значительную долю биологически разлагаемого продукта, полученного из ежегодно возобновляемого сырья, и более дешевы, чем синтетические масла, поскольку доля синтетического компонента в таких композициях невелика.
В первой главе на основе данных литературы анализируются эксплуатационные характеристики (главным образом, смазочные и вязкостно-температурные свойства) нефтяных, растительных и синтетических масел, г также масел на основе смешения нефтяных и растительных компоненте! ("кастроли" и т.д.) и на основе смешения нефтяных и синтетически) компонентов (частично синтетические масла). Делается вывод < перспективности применения в червячных передачах масел на основа трехкомпонентных смесей нефтяного, растительного и синтетическое происхождения. В качестве возможных растительных компонентов таки композиций исследуются доступные растительные масла - касторовое подсолнечное, хлопковое, рапсовое. В качестве синтетического компонента полиалкиленгликолевые масла, имеющие, как было показано ранее проведенных на кафедре исследованиях, хорошие смазочные и вязкости« температурные характеристики и практически полную биоразлагаемость.
Во второй главе диссертации обосновывается выбор объекте исследования и методов исследования их физико-химических трибологических свойств.
Поскольку в парах трения "сталь - бронза" главным образе осуществляется трение скольжения, то в процессе лабораторных исследован! воспроизводилось трение скольжения.
Лабораторные трибологические исследования проводили на стандартт четырехшариковой машине ИМАШ с узлом трения, видоизмененным по схе1 "сфера - три плоскости". В качестве сферы использовали стандартные шари диаметром 12,7 мм из стали ШХ-15; в качестве плоских образцов
параллелепипеды из бронзы БрОНФ-Ю-1-1 (рис. 1), применяемой в качестве антифрикционного сплава, в частности, при изготовлении венцов червячных колес.
Осевая нагрузка на узел трения 198 Н; частота вращения шпинделя машины с шаром - 1500 мин"'; продолжительность испытания - 60 минут. Антифрикционные свойства исследуемой смазочной композиции определяли по величине коэффициента трения, оцениваемого с помощью торсионного динамометра. Противоизносные свойства композиций определяли по величине диаметра пятна износа на нижних образцах (среднее арифметическое шести измерений). Такая методика позволяет надежно ранжировать масла для червячных передач по их способности увеличивать КПД зацепления, снижать фрикционный разогрев в зацеплении и интенсивность изнашивания бронзового
венца червячного колеса.
Рис. 1. Схема узла трения "сфера - три плоскости" для испытания смазочных материалов:
1— шарик, 2- гайка шпинделя, 3— испытательный образец (параллелепипед), 4- "грибок", 5— держатель образца, 6— крышка с прижимным кольцом, 7-масляная чашка, 8-нагреватель, 9 - торсионный динамометр.
В процессе испытания факультативно оценивали температуру фрикционного разогрева сопряжения с помощью термопары, спай которой ппмшпеи п масло на расстоянии 2 мм от места фрикционного контакта.
Более детальное исследование трибологических свойств исследуемых смазочных композиции производили по модифицированной методике оценки противоизносных свойств смазочных материалов РД 50 - 531 - 85, согласно которой в процессе исследования изучалась кинетика изнашивания нижних образцов. О противоизносных свойствах смазочного материала судили по значениям параметров К и ро линейной аппроксимации зависимости интенсивности изнашивания бронзовых образцов от давления р в трибологическом контакте (рис 2), где параметр /С, называемый фактором износа, представляет собой тангенс угла С? наклона рассматриваемой прямой к оси давления, а ро — несущая способность, т.е. давление, при котором эта прямая пересекает ось Р, характеризуя контактное давление, при котором заметное изнашивание практически прекращается, т.е.: = к