Stanisław LABER

Stanisław LABER

BADANIA WŁASNOŚCI EKSPLOATACYJNYCH I SMARNYCH

USZLACHETNIACZA METALUMOTOR LIFE

PROFESSIONAL

Uniwersytet Zielonogórski - 2003

Uniwersytet ZielonogórskiInstytut Budowy Maszyn i Pojazdówul. Podgórna 50 65-246 Zielona Góra

PLASTMAL Warszawaul. Trakt Lubelski 360 ARecenzenci: prof. dr hab. inż. Wiesław Zwierzycki

Politechnika Poznańskaprof. 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 83-85911-72-3

2

Spis treści

WPROWADZENIE 41. PREPARATY EKSPLOATACYJNE.................................... 6 1.1. Zasada działania preparatów eksploatacyjnych.................... 8 1.2. Klasyfikacja oraz mechanizmy działania preparatów eksploatacyjnych.......................................................................... 102. MODYFIKOWANIE WARUNKÓW PRACY WĘZŁÓW

TARCIA PREPARATEM EKSPLOATACYJNYM MOTOR LIFE PROFESSIONAL ................................ 21

2.1. Własności smarne olejów..................................................... 23 2.2. Własności smarne smarów plastycznych.............................. 45 2.3. Ocena zmian w procesie eksploatacji wybranych własności

oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 ............................. 49 2.4.Własności smarne i tribologiczne oleju silnikowego IBIS

HPDO SAE40 warunkowane czasokresem eksploatacji w warunkach kopalnianych ...............................................

62 2.5.Ocena głośności pracy i zapotrzebowania mocy maszyn i

pojazdów............................................................................. 81 2.6. Kształtowanie jakości technologicznej i eksploatacyjnej

warstwy wierzchniej............................................................ 89 2.6.1. Proces skrawania............................................................... 89 2.6.2. Proces nagniatania............................................................ 913.PODSUMOWANIE.................................................................. 103LITERATURA............................................................................. 105

3

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

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

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 energochłon-ności 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

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.

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

Oleje handlowe - silnikowe, - przekładniowe, - hydrauliczne, - turbinowe, - sprężarkowe, - inne

Olej bazowy

Preparaty eksploatacyjneo działaniu: - chemicznym, - na bazie środków smarnych stałych, - powodujących efekt selektywnego przenoszenia

Typowe dodatki uszlachetniające

Polepszenie własności:

reologicznych, termooksydacyjnych, korozyjnych, detergująco-myjących, emulgowania i innych

Oleje handloweo lepszych

właściwościacheksploatacyjnychzwłaszcza smarnych,przeciwzatarciowych

i innych

7

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.

1.1. 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 współpra-cujących 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.1.3.

8

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

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 przypowierzch-niowa (regenerująca się w czasie pracy węzła tarcia), charakteryzuje się dużą odpornością do przenoszenia obciążeń mechanicznych oraz wyższych tempe-ratur, 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 przypowierzch-niową powierzchni trących i tworzeniu na nich warstw granicznych, zapewniających warunki smarowania granicznego. Celem wyjaśnienia me-chanizmów tworzenia warstwy granicznych dla obu grup związków zasa-dnym jest określenie czym one są. Konwencjonalne dodatki przeciw-zużyciowe, i EP zaliczane są do aktywnych środków smarnych poprawia-jących 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

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 polimole-kularnej (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 temperaturo-wych. 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

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 konwencjo-nalnych 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

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

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

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: policztero-fluoroetylenu (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 współpra-cujących 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 współ-pracujących powierzchniach metalowych warstewek o opisanej poprzednio trwałości. Stosowany PTFE jest elektrycznie obojętny i stąd jego słaba adsorpcja na powierzchniach metalowych. Preparaty te zabezpieczają

Atomy siarki

Atomy molibdenu

Płaszczyznypoślizgów

15

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.1.11. 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.1.12.

16

Rys.1.10. Schemat węzła tarcia z zastosowaniem preparatu na bazie metali miękkich (R-2000)

Rys.4.11. Mikrofotografia powierzchni tarcia smarowanej olejem SELEKTOL SPECJAL SD SAE 20W/40 modyfikowanego preparatem miedziowym

Pier ścienie

T łokCylinder

Cz ąsteczkimiedzi

Olej

17

Rys.4.12. 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.4.13. 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

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

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

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

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 smaro-wania odpowiednich maszyn i urządzeń (oleje: przekładniowe, silnikowe, hydrauliczne i inne.

Ø etap drugi - oleju znajdującego się już w użytkowaniu i podle-gającego różnym, często nie przewidzianym lub nie zidentyfiko-wanym 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, determi-

nujących 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

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.

2.1. 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

Zgodnie z PN-76/C-04147 (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 poprzedza-jących 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

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

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 pracu-jących. 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 potwier-dzona 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 prepa-ratem eksploatacyjnym MOTOR LIFE. Graficzną ilustrację wyników badań własności smarnych wybranych olejów przedstawiono na rys. 2.3 ÷ 2.26.

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. 2.3 ÷ 2.5.

26

Tabela 2.1. Wyniki badań własności smarnych olejów handlowych oraz modyfikowanych preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE

Kompozycja smarna

WŁASNOŚCI SMARNE [daN]

Olej handlowy Olej handlowy + 5% MOTOR LIFE

Pz Ih Pn Pt Pz Ih Pn Pt

Olej maszynowy

AN-68 160

26,6 43 151,1 400 45,8 63 250,7

Olej turbinowyTU-32

126 20,5 40 117,4 315 45,8 50 217,4

Olej hydrauliczny

HL-32160 32,6 80 151,2 250 42,8 100 256,7

Olejprzekładniowy

Hipol 15250 44,6 80 256,1 315 71,6 126 309,1

Olejsprężarkowy

SP-10126 23,7 50 147,8 500 37,8 63 258,4

SuperUniwersal

CE/SF 15W/40315 46,35 100 242,9 315 46,46 100 309

ParusGl480W/90

315 46,78 100 265,7 400 72,47 126 289,8

Lubinol 80L 160 40,02 100 245,3 200 42,37 100 266,1Castrol EPX90 620 71,47 126 208,3 620 100,7 126 267,8Castrol GTX5W-40 mag.

315 48,4 100 266,6 500 115,3 100 317,9

Elf Sup.sport 0W-40

250 43,8 100 233,4 400 59,1 126 290,6

Renolin MRVG-4

200 33,7 80 171,5 200 41,2 100 251,1

Transol 100 400 66,9 126 263,3 400 74,35 126 282,1Shell Tellus

-68250 36,4 80 198,3 315 41,66 80 248,6

ŁT43 160 24,46 50 170,9 s. plastyczny łożyskowyŁT-4S3 200 38,4 80 195,1 s. plastyczny łożyskowy

MOTOR LIFE 3 400 63,2 126 320,6 s. plastyczny łożyskowyMOTOR LIFE-6 400 46,56 80 232,3 s. plastyczny do przeg. Z MoS2

MOTOR LIFE 7 250 39,11 80 287,8 s. plastyczny biały do łańcuchów

27

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.

Rys.2.3. Własności smarne oleju maszynowego AN-68 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE

AN 68AN 68 + Motor Life

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Siła t

arcia

[daN

]

PzIhPnPt

28

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

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]

Siła

tarc

ia [d

aN]

AN68AN68+Motor LIFE

Rys.2.4. Przebieg zmienności siły tarcia dla stałego nadanego obciążenia P = 160 daN smarowanego olejem AN-68 oraz modyfikowanym preparatem eksploatacyjnym

MOTOR LIFE

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

0,8 2,5 4,1 5,7 7,4 9,1 10,7 12,3 13,9 15,6 17,2

Czas [s]

Siła

tarc

ia [d

aN]

AN68AN68+Motor LIFE

Rys.2.5. Przebieg zmienności siły tarcia dla narastającego obciążenia węzła tarcia smarowanego olejem maszynowym AN-68 oraz modyfikowanym preparatem

eksploatacyjnym MOTOR LIFE

29

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.2.6 ÷ 2.8. 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 126 ÷ 315 daN, obciążenie niezacierające Pn z 40 ÷ 50 daN, wskaźnik zużycia pod obciążeniem Ih z 20,5 ÷ 45,8 daN oraz obciążenie zacierające Pt z 117,4 ÷ 217.4 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. 2.8. 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 przeciw-utleniających 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.2.9 ÷5.11. Z tabeli 2.1 oraz rys.2.9 wynika, że olej hydrauliczny HL-32 charakteryzuje się średnimi własnościami smarnymi. Modyfikowanie oleju

30

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 160 → 250 daN, obciążenie niezacierające Pn z 80 → 100 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.2.11. Dla oleju modyfikowanego po ~ 2 s siła tarcia obniża się i utrzymuje na bardzo niskim poziomie.

0

50

100

150200

250

300

350

Siła

tarc

ia [d

aN]

TU32 TU32+MOTOR LIFEŚrodki smarne

P z

Sn

P n

P t

Rys.2.6. Własności smarne oleju turbinowego TU-32 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE

31

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0 2 4 6 8 10 12

Czas [s]

Siła t

arcia

[daN

]

TU32TU32+MOTOR LIFE

Rys.2.7. Przebieg zmienności siły tarcia dla stałego nadanego obciążenia P = 126 daN smarowanego olejem turbinowym TU-32 oraz modyfikowanym preparatem


0,01,0

2,03,0

4,05,0

6,07,0

8,09,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Czas [s]

Siła t

arcia

[daN]

TU32TU32+MOTOR LIFE

Rys.2.8. Przebieg zmienności siły tarcia dla narastającego obciążenia węzła tarcia smarowanego olejem turbinowym TU-32 oraz modyfikowanym preparatem


32

HL 32HL32 +

Mot or Life

0

50

100

150

200

250

300

Siła t

arcia

[daN

]

P z Ih P n P t

Rys.2.9. Własności smarne oleju hydraulicznego HL-32 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE

Rys.2.10. Przebieg zmienności siły tarcia dla stałego obciążenia węzła tarciasiłą P = 160 daN smarowanego olejem hydraulicznym HL-32 oraz modyfikowanym

preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE

Siła

tarc

ia [d

aN]

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0

Czas [s]

S

i ła

tarc

ia [

daN

]

HL32HL32+MOTOR LIFE

Siła

tarc

ia [d

aN]

33

Rys.2.11. Przebieg zmienności siły tarcia dla narastającego obciążenia węzła tarcia smarowanego olejem hydraulicznym HL-32 oraz modyfikowanym


Rys.2.11. Przebieg zmienności siły tarcia dla narastającego obciążenia węzła tarcia smarowanego olejem hydraulicznym HL 32 oraz modyfikowanym preparatem


Oleje przekładniowe typu HIPOL stosowane są do przekładni samochodowych, otrzymywane z przeróbki ropy naftowej i zawierają dodatki polepszające własności smarne i odporność na pienienie oraz dodatki o działaniu przeciwutleniającym i przeciwkorozyjnym.

Oleje HIPOL do przekładni samochodowych stosuje się do smarowania przekładni pojazdów mechanicznych pracujących w warunkach trudnych, tj. przy wysokich prędkościach i niskim momencie obrotowym lub niskich prędkościach i wysokim momencie obrotowym.

Na rys. 2.12 ÷ 2.14 przedstawione, zostały wyniki badań własności smarnych oleju przekładniowego HIPOL 15. Jak wynika z badań olej ten dzięki dodatkom smarnym charakteryzuje się dobrymi własnościami smarnymi. Modyfikowanie preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE podwyższa jego własności smarne (tab. 2.1); rośnie obciążenie zespawania Pz, wskaźnik zużycia pod obciążeniem Ih, obciążenie niezacierające Ih oraz obciążenie zacierające Pt.

34

0

50

100

150

200

250

300

350

W łasn

ości

sm

arne

[

daN

]

HIPOL15 HIPOL 15+MOTOR LIFE

Środki smarne

Pz

Ih

Pn

Pt

Rys.2.12. Własności smarne oleju przekładniowego HIPOL 15 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE

0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,0

0,8 1,6 2,3 3,1 3,9 4,6 5,4 6,2 7,1 7,8 8,6 9,4 10,2Czas [s]

Siła

tarc

ia [d

aN]

Hipol+MOTOR LIFEHipol

Rys.2.13. Przebieg zmienności siły tarcia dla stałego obciążenia węzła tarcia siłą P = 250 daN smarowanego olejem przekładniowym HIPOL 15 oraz modyfikowanym


Wła

snoś

ci sm

arne

[daN

]

35

0.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 18.000

Czas [s]

Si

ła t

arci

a [d

aN]

HIPOL15

HIPOL15+MOTOR LIFE

2.14. Przebieg zmienności siły tarcia dla narastającego obciążenia węzła tarcia smarowanego olejem przekładniowym HIPOL 15 oraz modyfikowanym preparatem


Oleje sprężarkowe SP stosuje się do smarowania jedno- i wielosto-pniowych sprężarek powietrza różnych typów, w których temperatura oleju w końcowej fazie sprężania nie przekracza 150o C i których konstrukcja dopuszcza stosowanie olejów bez dodatków uszlachetniających. Mogą one być stosowane ponadto do dmuchaw powietrza.

Własności smarne oleju sprężarkowego SP 10 w tym modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE przedstawiono w tab.2.1 oraz na rys.2.15 ÷ 2.17. Badania wykazują, że olej sprężarkowy SP 10 posiada bardzo słabe własności smarne. W wyniku modyfikacji preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE polepszają wskaźniki smarnościowe oleju a zwłaszcza obciążenie zespawania Pz, oraz obciążenie zacierające Pt. Przy obciążeniu zadanym P = 160 daN (rys.2.16) dla oleju czystego siła tarcia rośnie wraz z czasem pracy węzła tarcia, a w końcowej fazie osiąga poziom ~ 4,5 daN.W przypadku oleju modyfikowanego siła tarcia utrzymuje się na poziomie ~ 1 daN. W przedziale czasowym od ~ 2,3 do 4 s następuje nieznaczny wzrost siły tarcia (przerwanie warstwy granicznej) a następnie stabilizacja warunków pracy na poziomie wyjściowym. Potwierdzeniem bardzo korzystnego oddziaływania preparatu MOTOR LIFE na własności smarne badanego oleju jest przebieg zmienności siły tarcia w funkcji narastającego obciążenia (rys.2.17). Z rysunku wynika, że w przypadku oleju czystego przerwanie warstwy granicznej nastąpiło po ~ 3 s, a w czasie ~ 9 s nastąpiło zespawanie elementów węzła tarcia. W przypadku oleju modyfikowanego przerwanie warstwy granicznej nastąpiło po ~ 7 s i nie doszło do zespawania. Siła tarcia w fazie końcowej osiągnęła wartość ~ 2 daN.

Siła

tarc

ia [d

aN]

36

0

100

200

300

400

500

600

700

Wła

snoś

ci s

mar

ne [d

aN]

SP10 SP10+Motor Life

Środki smarne

PzSnPnPt

Rys. 2.15. Własności smarne oleju sprężarkowego SP 10 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

0,000 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000

Czas[s]

Siła

tarc

ia [d

aN]

SP10SP10+MOTOR LIFE

Rys.2.16. Przebieg zmienności siły tarcia dla stałego obciążenia węzła tarcia siłą P = 126 kG smarowanego olejem sprężarkowym SP 10 oraz modyfikowanym preparatem


37

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0

Czas [s]

Siła

tar

cia

[daN

]SP10

SP+ MOTOR LIFE

Rys.2.17. Przebieg zmienności siły tarcia dla narastającego obciążenia węzła tarcia smarowanego olejem sprężarkowym SP 10 oraz modyfikowanym preparatem


Olej silnikowy Elf Super Sport 0W-40 - 100% syntetyczny olej silnikowy mający zastosowanie:

Ø do najnowszej generacji silników benzynowych (również na propan-butan) i wysokoprężnych (również z wtryskiem bezpośrednim) stosowanych w samochodach osobowych;

Ø polecany również do silników z turbodoładowaniem; Ø podczas silnych mrozów i upałów; Ø do jazdy normalnej, sportowej i wyczynowej. Przedstawione w tab.2.1 oraz na 2.18 ÷ 2.20 wyniki badań wykazują, że

olej silnikowy Elf Super Sport 0W-40 cechuje się dobrymi własnościami smarnymi. Modyfikowanie tego oleju (syntetycznego) preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE znacznie polepsza jego własności smarne, zarówno w zakresie własności przeciwtarciowych (bardzo wyraźny wzrost wskaźników Pz i Ih) oraz wzrostu trwałości warstwy granicznej (wskaźnik Pn i Pt). Z rys.2.19 wynika, że przy obciążeniu węzła tarcia siłą P = 250 daN, równemu obciążeniu zespawania Pz czystego oleju, maksymalna siła tarcia jest większa niż dla oleju modyfikowanego. W przypadku oleju modyfikowanego, po okresie intensywnego zużywania, w czasie ~ 3,5 s następuje stabilizacja siły tarcia na poziomie ~ 1 daN. Trwałość warstwy granicznej zwiększa się około 30% - rys.2.20.

38

Rys.2.18. Własności smarne oleju silnikowego Elf Super Sport 0W-40 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

0,72 1,50 2,33 3,11 3,94 4,72 5,50 6,33 7,11 7,89 8,78 9,61 10,39Czas [s]

Siła

ta

rcia

[d

aN

]

Elf 0W40

Elf 0W40 + Motor Life

Rys.2.19. Przebieg zmienności siły tarcia dla stałego obciążenia węzła tarcia siłą P = 250 daN smarowanego olejem silnikowym Elf Super Sport 0W-40 oraz

modyfikowanym preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE

Elf Super Sport0W /40 Elf Super Sport

0W /40 + Motor Life

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Włas

nośc

i sm

arne

[daN

]

Pz

Ih

Pn

Pt

39

0

1

2

3

4

5

6

7

0,8 2,4 4,0 5,6 7,1 8,8 10,4 12,0 13,6 15,1 16,9

Czas [s]

Siła

tarc

ia [d

aN]

Elf 0W40Elf 0W40 + Motor Life

Rys.2.20. Przebieg zmienności siły tarcia dla narastającego obciążenia węzła tarcia smarowanego olejem silnikowym Elf Super Sport 0W-40 oraz modyfikowanym


Olej silnikowy Castrol GTX 5W-40 magnatec - jest to syntetyczny olej o niskiej lepkości. Zawiera spolaryzowany syntetyczny ester, który bardzo silnie przylega do powierzchni trących silnika. W ten sposób tworzy się warstwa ochronna, która pozostaje na wewnętrznej powierzchni silnika nawet po jego wyłączeniu i nie ścieka w ciągu nocy. Stosowany jest w silnikach starych i nowych, w silnikach benzynowych i wysokoprężnych, z turbodoładowaniem i z wtryskiem paliwa.

Własności smarne oleju silnikowego Castrol GTX 5W-40 magnatec przedstawiono na rys.2.21÷2.23. Z rys. 2.21 wynika, że wyniku modyfikowa-nia tego oleju syntetycznego preparatem MOTOR LIFE polepszyły się jego własności smarne, zarówno w zakresie własności przeciwzatarciowych - wzrost obciążenia zespawania Pz z 315 do 500 daN, oraz wskaźnika zużycia pod obciążeniem Ih z 48,4 do 115,3 daN (tab.2.1), jak również nieznacznie w zakresie trwałości warstwy granicznej - wzrost obciążenia zacierającego Pt z 266,6 do 317,9 daN, przy niezmiennym obciążeniu zacierającym Pn = 100 daN (tab.5.1)

40

Potwierdzeniem korzystnego oddziaływania preparatu MOTOR LIFE na olej Castrol GTX 5W-40 magnatec, są wyniki badań zamieszczone na rys. 2.22 i 2.23, obrazujące zmienność siły tarcia dla zadanego obciążenia P = 315 daN (obciążenie zespawania oleju czystego) - rys.2.22 oraz dla obciążenia narastającego w czasie.

Z rys.2.22 wynika, że maksymalny poziom siły tarcia dla oleju czystego jest wyższy niż dla oleju modyfikowanego. W przypadku oleju czystego w czasie t ≈ 3,7 s nastąpiło zespawanie węzła tarcia. W przypadku oleju modyfikowanego po okresie intensywnego zużywania w czasie ≈ 3 s nastąpiła stablizacja siły tarcia (oporów ruchu) na poziomie około 2 daN.

W przypadku obciążenia narastającego (rys.2.23) widoczny jest wzrost trwałości warstwy granicznej, czego potwierdzeniem jest wzrost obciążenia zacierającego Pt o około 1 daN. W przypadku oleju czystego w czasie t ≈ 9,5 s nastąpiło zatarcie, natomiast dla oleju modyfikowanego po około 11,5 s nastą-piła stabilizacja siły tarcia na poziomie około 2 daN. Olej przekładniowy Castrol EPX 90 jest to nowoczesny olej przekładniowy, zalecany również do przekładni stożkowych. Uszlachetniony jest dodatkami uodporniającymi go na przenoszenie dużych obciążeń (EP). Olej ten może być stosowany we wszystkich mechanicznych skrzyniach biegów, przekładni głównych, które wymagają oleju przekładniowego wg API GL-5.

Własności smarne oleju przekładniowego Castrol EPX 90 przedstawiono w tab.2.1 oraz na rys.2.24 ÷ 2.26. Przeprowadzone badania wykazały, że olej przekładniowy Castrol EPX jest bardzo dobrom olejem chroniącym węzeł tarcia przed zużyciem oraz minimalizującym opory ruchu. Modyfikowanie tego oleju preparatem MOTOR LIFE polepsza jego własności smarne. Nie zmieniają się takie wskaźniki jak obciążenie zespawania (Pz = 620 daN) oraz obciążenie niezacierające (Pn = 126 daN). Zmianie ulegają natomiast takie wskaźniki jak: wskaźnik zużycia pod obciążeniem Ih rośnie z 71.47 do 100,7 daN , oraz obciążenie zacierające Pt zwiększa się o 59,5 daN tzn zmienia się z 208,3 do 467,8 daN. Korzystne oddziaływanie preparatu MOTOR LIFE na własności smarne oleju Castrol EPX 90 uwidacznia się także przy rejestracji siły tarcia dla narastającego obciążenia - rys.2.26. Z rysunku wynika, że przerwanie warstwy granicznej dla oleju czystego nastąpiło po około 6,5 s natomiast dla oleju modyfikowanego po około 7,5 s.

41

Rys.2.21. Własności smarne oleju silnikowego Castrol GTX 5W-40 magnatec oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE

Rys.2.22. Przebieg zmienności siły tarcia dla stałego obciążenia węzła tarcia siłą P = 315 daN smarowanego olejem silnikowym Castrol GTX 5W-40 magnatec oraz


050

100150200250300350400

Siła

tarcia

[daN

]

CASTROL GTXMAGNATEC 5W/40

CASTROL MAGNATECGTX 5W/40 + MOTOR

LIFE

Środki sm arne

Pz

Ih

Pn

Pt

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

0,778

1,611

2,444

3,333

4,111

4,833

5,667

6,444

7,222

7,944

8,833

9,611

10,33

3

Czas [s]

Siła

tarc

ia [d

aN]

Castrol GTX 5W-40Castrol GTX 5W-40+Motor Life

42

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

0,83 2,33 3,89 5,39 7,00 8,61 10,17 11,83 13,44 14,94 16,56Czas [s]

Siła

tarc

ia [d

aN]

Castrol GTX 5W-40Castrol GTX 5W-40+Motor Life

Rys.2.23. Przebieg zmienności siły tarcia dla narastającego obciążenia węzła tarcia smarowanego olejem silnikowym Castrol GTX 5W-40 magnatec oraz modyfikowanym


Rys.2.24. Własności smarne oleju przekładniowego Castrol EPX 90 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE

050

100150200250300350400

Siła

tarc

ia [d

aN]

CASTROL EPX 90 CASTROL EPX 90 + MOTORLIFE

Środki smarne

Pz

Ih

Pn

Pt

43

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

0,8 1,6 2,3 3,2 3,9 4,7 5,6 6,3 7,1 7,8 8,6 9,4 10,2

Czas [s]

Sił

a ta

rcia

[d

aN]

Castrol EP X 90Castrol EP X 90+Motor Life

Rys.2.25. Przebieg zmienności siły tarcia dla stałego obciążenia węzła tarcia siłą P = 620 daN smarowanego olejem przekładniowym Castrol EPX 90 oraz modyfikowanym


0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

1 2 2 3 4 5 6 6 7 8 9 9 10 11 12 13 13 14 15 16 17 17Czas [s]

Siła

tarc

ia [d

aN]

Castrol EP X 90Castrol EP X 90+Motor Life

Rys.2.26. Przebieg zmienności siły tarcia dla narastającego obciążenia węzła tarcia smarowanego olejem przekładniowym Castrol EPX 90 oraz modyfikowanym


44

2.2. WŁASNOŚCI SMARNE SMARÓW PLASTYCZNYCH

Smary plastyczne są to złożone układy koloidalne, składające się z fazy rozpraszającej (dyspergującej), fazy rozpraszanej (zdyspergowanej) oraz dodatków uszlachetniających. Stanowią one około 10% ogólnej ilości środków smarnych. Smary plastyczne są stosowane najczęściej tam, gdzie wymagane jest smarowanie okresowe lub też niecelowe lub niemożliwe jest stosowanie innych środków smarnych ze względu na budowę i charakter pracy węzła tarcia. Służą one do: zmniejszania oporów tarcia, zabezpieczenia przed korozją, do zabezpieczenia elementów maszyn w warunkach długotrwałego przechowywania i do innych specjalnych zastosowań.

Spełniane funkcje smarów plastycznych zależne są od rodzaju smaru. Najczęściej stosowane są smary przeciwcierne zabezpieczające powierzchnie przed tarciem suchym, wyrównują nierówności powierzchni (zmniejszenie nacisków powierzchniowych), uszczelniają smarowane węzły, chronią smarowane powierzchnie przed korozją, zmniejszają drgania i hałas wywołane pracą smarowanego węzła i inne.

Do grupy smarów przeciwciernych wchodzą między innymi najczęściej stosowane w praktyce przemysłowej smary łożyskowe, do których zaliczane są smary plastyczne ŁT ogólnego stosowania oraz smary plastyczne wielofunkcyjne ŁT-4S.

Smary plastyczne ŁT ogólnego stosowania do łożysk tocznych są to produkty otrzymywane przy zagęszczaniu rafinowanych olejów mineralnych mydłami z dodatkiem inhibitorów. W zależności od zastosowanych mydeł oraz w zależności od klasy konsystencji, rozróżnia się następujące rodzaje smarów plastycznych ŁT ogólnego stosowania [10]:Ø smar ŁT 12 - zagęszczony mydłami wapniowymi o klasie konsystencji

2 (zakres pracy temperatur od -20 do 50oC); Ø smar ŁT 23 zagęszczony mydłami sodowo - wapniowymi o klasie

konsystencji 3 (zakres pracy temperatur od -30 do 70oC; Ø smar ŁT 41 - zagęszczony mydłami litowo - wapniowymi o klasie

konsystencji 1 ( zakres pracy temperatur od - 30oC do 120oC); Ø smar ŁT 42 - zagęszczony mydłami litowo - wapniowymi o klasie

konsystencji 2 (zakres pracy temperatur od - 30oC do 120oC);Ø smar ŁT 43 - zagęszczony mydłami litowo - wapniowymi o klasie

konsystencji 3 (zakres pracy temperatur od - 30oC do 120oC).Zastosowanie smarów ŁT 41, ŁT 42, ŁT43 uzależnione jest od sposobu

doprowadzenia smaru do łożyska (smarowanie centralne lub ręczne), prędkości obrotowej i temperatury roboczej łożyska.

45

Smary ŁT-4S stanowią wysokiej klasy jakości nowoczesne smary litowe na bazie hydroksystearynianu litu i wyselekcjonowanych olejów mineralnych: zawierają w swoim składzie mydła litowe wysokocząste-czkowych kwasów tłuszczowych, dodatki polepszające własności smarne oraz dodatki o działaniu przeciwkorozyjnym i przeciwutleniającym. Są odporne na działanie wody.

W zależności od klasy konsystencji produkowane są dwa rodzaje smarów ŁT-4S:Ø smar ŁT-4S2 o klasie konsystencji 2;Ø smar ŁT-4S3 o klasie konsystencji 3.

Smary plastyczne wielofunkcyjne ŁT-4S stosuje się do smarowania łożysk tocznych (w tym także pojazdów samochodowych) pracujących w warunkach, w których wymagana jest wysoka stabilność mechaniczna, odporność na starzenie i własności przeciwkorozyjne smaru, w zakresie tem-peratur od około - 30oC do około 130oC. Najwyższa i najniższa temperatura stosowania zależy między innymi od klasy konsystencji smaru, momentu napędzającego łożyska, rozmiarów i prędkości obrotowej łożyska.

Smary ŁT-4S2 i ŁT-4S3 stosuje się w zależności od rozmiarów łożyska, sposobu doprowadzenia smaru do łożyska (smarowanie centralne lub ręczne), prędkości obrotowej i temperatury roboczej łożyska.

Na rys.2.27 ÷2.29 oraz w tab. 2.1 przedstawiono porównawcze wyniki badań własności smarnych powszechnie stosowanych smarów plastycznych ŁT 43 i ŁT 4S3.

Wyniki badań porównano z nowym smarem plastycznym łożyskowym MOTOR LIFE 3. Badania wykazały, że smar plastyczny MOTOR LIFE 3 w porównaniu ze smarami ŁT 43 oraz ŁT 4S3 charakteryzuje się zdecydowanie lepszymi własnościami smarnymi. W zakresie własności przeciwzatarciowych - obciążenie zespawania Pz dla smaru MOTOR LIFE 3 wynosi 400 daN, dla smaru ŁT 43 - 160 daN a dla smaru ŁT 4S3 - 200 daN; - wskaźnik zużycia pod obciążeniem Ih wynosi odpowiednio: MOTOR LIFE 3 - 63,3 daN, ŁT 43 - 24,daN, ŁT 4S3 - 38,4 daN.Zdecydowanie większą trwałością warstwy granicznej w porównaniu z badanymi smarami plastycznymi charakteryzuje się smar plastyczny MOTOR LIFE, o czym świadczą wartości wskaźników - zadane obciążenie niezacierające Pn oraz obciążenie zacierające Pt, co wykazano w tab. 2.1. oraz na rys. 2.29. Z rys 2.29 obrazującego przebieg zmienności siły tarcia w funkcji narastającego obciążenie wynika, że przerwanie warstwy granicznej dla smaru ŁT 43 nastąpiło po ∼3,5 s, dla ŁT 4S3 po ∼ 4,7 s, a dla MOTOR LIFE po ∼ 8,8 s. Jeśli przyjąć, że szybkość narastania obciążenia w czasie wynosi 408,8 N/s, to przerwanie warstwy granicznej dla smaru ŁT 43

46

nastąpiło przy obciążeniu ∼ 1429 N, dla smaru ŁT 4S3 przy obciążeniu ∼ 1926 N, natomiast dla MOTOR LIFE 3 dopiero przy obciążeniu ∼ 3597 N. Świadczy to, że stosowanie smaru MOTOR LIFE 3 w stosunku do innych badanych smarów plastycznych w sposób jednoznaczny i zdecydowany polepsza własności smarne węzła tarcia, który w jednakowych warunkach eksploatacji zdolny jest przenosić większe obciążenia i temperatury.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Włas

ności

smarn

e [da

N]

ŁT-43 ŁT-4S3 MOTOR LIFE 3

Rys.2.27. Własności smarne smarów plastycznych łożyskowych

Rys.2.28. Przebieg zmienności siły tarcia dla smarów plastycznych łożyskowych dla obciążenie zadanego P = 160 daN

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0,8 1,6 2,3 3,1 3,9 4,7 5,6 6,3 7,2 8,0 8,8 9,7 10,4

czas [s]

Si ła ta

rcia

[ daN

MOTOR LIFE 3 ŁT4S3

Siła

tarc

ia [d

aN]

47

Rys.2.29. Przebieg zmienności siły tarcia dla smarów plastycznych łożyskowych dla narastającego obciążenia

0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0

Czas [s]

Si

ła ta

rcia

[

daN

]

ŁT4S3ŁT43MOTOR LIFE3

Siła

tarc

ia [d

aN]

48

2.3. OCENA ZMIAN W PROCESIE EKSPLOATACJI WYBRANYCH WŁASNOŚCI OLEJU SILNIKOWEGO CE/SF

SAE 15W/40

Olej jest jednym z elementów systemów tribologicznych jakimi są w silniku węzły tarcia: łożyska ślizgowe (czop - panewka) oraz tuleja - tłok/pierścienie. Ich poprawne działanie decyduje o sprawności technicznej silnika a tym samym o względach ekonomicznych i ekologicznych eksploatacji.

Podstawowe funkcje oleju silnikowego to:Ø zmniejszenie oporów ruchu między współpracującymi powierzchnia-

mi elementów trących, poprzez utworzenie między nimi odpowied-niej warstwy smarnej, która nie dopuszcza do tarcia suchego;

Ø zapobieganie nadmiernemu zużyciu elementów trących a w ekstremalnych warunkach zatarciu;

Ø oczyszczanie części silnika z osadzających się cząstek osadów tak, aby zapewnić dostateczną łatwość odbierania ciepła z tych powierzchni i normalną pracę silnika;

Ø spełnianie roli cieczy chłodzącej - odprowadzanie ciepła powstałego w węźle tarcia (ciepła powstałego w wyniku tarcia i ciepła powstałego w procesie spalania );

Ø odprowadzanie zanieczyszczeń i produktów zużycia z węzłów tarcia; Ø zmniejszanie do minimum strat mocy silnika (nie stwarzanie

nadmiernych oporów hydraulicznych w czasie przetłaczania oleju); Ø uszczelnianie luzów w smarowanych skojarzeniach;Ø amortyzacja dynamicznych obciążeń elementów silnika; Ø ochrona silnika przed korozyjnym działaniem gazów spalinowych i

otaczającej atmosfery. Wymienione powyżej zadania mogą być spełnione tylko wówczas, gdy

olej posiada odpowiedni pakiet dodatków uszlachetniających (lepkościowe, depresacyjne, przeciwkorozyjne, przeciwutleniające, myjąco - rozpraszające, smarne, przeciwpienne i inne).

W trakcie eksploatacji zmieniają się własności oleju silnikowego, aż do utraty zdolności do spełniania zadanych mu funkcji. Do najważniejszych czynników wpływających na degradację oleju należy zaliczyć [20]:

Ø występowanie wysokiej temperatury powodującej rozkład termiczny cząstek, zwęglanie oraz przyśpieszone utlenianie;

Ø duże siły ścinające wywołane bardzo wysokimi naciskami, co powo-duje niszczenie struktury cząsteczek;

49

Ø zwiększoną powierzchnię kontaktu z powietrzem, co przyśpiesza utlenianie;

Ø przedostanie się ciał obcych (utrata zdolności smarowania, kataliza procesów utleniania).

Powoduje to zmianę (najczęściej pogorszenie) własności użytkowych olejuUwzględniając możliwości modyfikowania warunków pracy węzłów

tarcia w silnikach samochodowych, podjęto badania nad wpływem preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE na zmianę wybranych właściwości oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 w czasie eksploatacji.

Jako kryterium stanu oleju przyjęto: Ø własności smarne określone wskaźnikami : obciążenie zespawania

Pz, współczynnik zużycia pod obciążeniem Ih, obciążenie niezacie-rające Pn oraz obciążenie zacierające Pt - wyznaczane na skomputeryzowanym aparacie czterokolowym (testerze T-02 produkcji ITE w Radomiu);

Ø zmianę lepkości kinematycznej i liczby zasadowej; Ø zawartość żelaza w oleju. W trakcie badań równolegle z diagnozowaniem stanu oleju

kontrolowano ciśnienie w cylindrach, prąd rozruchu oraz zadymienie. Badania realizowano na silnikach SW-400 zamontowanych w

autobusach AUTOSAN w zakresie ich przebiegu do 20 000 km, co odpowiadało czasokresowi wymiany oleju.

Wyniki badań własności smarnych oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym w zakresie przebiegu do 20 000 km (okres wymiany oleju) przedstawiono w tab.2.3 oraz na rys.2.30. Wyniki badań wykazują, z obciążenie zespawania Pz jest niezmienne w całym zakresie przebiegu autobusu, natomiast zmianie - obniżeniu ulegają pozostałe wskaźniki określające własności smarne, tj. wskaźnik zużycia pod obciążeniem Ih, obciążenie niezacierające Pn oraz obciążenie zacierające Pt. Charakterystycznym jest, że największy spadek własności smarnych kompozycji smarowej następuje w pierwszej fazie eksploatacji tj. do ~ 5 000 km. W zakresie 5 000 ÷ 20 000 km własności smarne utrzymują się na zbliżonym poziomie, a w przypadku przebiegu autobusu ~ 20 000 km, obserwuje się poprawę własności smarnych w stosunku do przebiegu ~ 15 000 km.

Należy przypuszczać, że taki przebieg zmian własności smarnych oleju modyfikowanego spowodowany jest:

Ø występowaniem znacznej ilości zużytego oleju (~ 1 litra) pozostałego w silniku po wymianie oleju;

50

Ø modyfikowaniem własności smarnych preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE.

Pierwszy okres eksploatacji oleju i pogorszenie jego własności smarnych to efekt wymieszania oleju świeżego z olejem zużytym. Olej zużyty pozostały w silniku zawiera opiłki metali kumulujące się w kanałach olejowych, pompie i misce olejowej, produkty zużycia (sód, żelazo, krzem, miedź i inne) oraz substancje zanieczyszczające olej (siarka, sadze, paliwo i inne, co wykazały badania.

Należy przypuszczać, że nieznaczne obniżenie własności smarnych oleju w zakresie od 5 000 ÷ 20 000 km spowodowane jest oddziaływaniem preparatu MOTOR LIFE - wytworzenie dodatkowej zastępczej warstwy granicznej [19], co również potwierdzają badania porównawcze siły tarcia dla stałego i narastającego obciążenia dla oleju silnikowego czystego oraz modyfikowanego preparatem MOTOR LIFE - rys.2.31 i 2.32. Z rys.2.31 wynika, że dla obciążenia węzła tarcia siłą P = 315 daN, w przypadku oleju czystego następuje zatarcie, natomiast olej modyfikowany preparatem powoduje, że po okresie intensywnego zużywania, następuje odtworzenie warunków pracy w zakresie smarowania granicznego.

W przypadku narastającego obciążenia (rys.2.32) również lepszymi własnościami smarnymi charakteryzuje się olej modyfikowany, a co najważniejsze, zwiększa się trwałość warstwy granicznej - dla oleju czystego jej przerwanie następuje po około 5,3 s, natomiast dla oleju modyfikowanego po około 6,3 s.

Tabela 2.3. Własności smarne oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE w zakresie przebiegu autobusu do 20 000 km

Przebieg autobusu[km]

Własności smarne [daN]Pz Pn Ih Pt

0 500 100 52,20 251,56~500 500 80 43,03 189,67

~5 000 500 63 39,38 184,67~10 000 500 63 41,37 155,03~15 000 500 63 39,94 138,5~20 000 500 80 46,32 148,63

Efektywne oddziaływanie preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE na zmiany własności smarnych badanego oleju potwierdzają jego badania po przebiegu autobusu około 20 000 km - rys.2.33 i 2.34 - mniejsze siły tarcia oraz większa trwałość warstwy granicznej. Korzystne oddziaływanie preparatu MOTOR LIFE potwierdzone zostało mniejszymi średnicami skaz -

51

tab. 2.4 oraz na rys.2.35. W tym przypadku charakterystycznym jest znacznie mniejsze zużycie kulek oleju modyfikowanego w porównaniu z olejem czystym, zarówno przed eksploatacją jak i po procesie eksploatacji odpowiadającej przebiegowi autobusów ~ 20 000 km.

Rys.2.30. Własności smarne oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE w zakresie przebiegu autobusu do ~ 20 000 km

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

0,8 1,6 2,3 3,2 4,1 4,8 5,6 6,3 7,1 7,7 8,5 9,3 10,1

Czas [s]

Siła

tarc

ia [d

aN]

CE/SF ...

CE/SF... + MOTOR LIFE

Rys.2.31. Przebieg zmienności siły tarcia węzła tarcia obciążonego siłą P=315 daN, smarowanego olejem silnikowym CE/SF SAE 15W/40 oraz modyfikowanym


050

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Wła

snoś

ci s

mar

ne [d

aN]

0 500 5000 10000 15000 20000

Przebieg autobusu [km]

Pz

Pn

Ih

Pt

52

Rys.2.32. Przebieg zmienności siły tarcia dla zmiennego (narastającego) obciążenia węzła tarcia smarowanego olejem silnikowym CE/SF SAE 15W/40 oraz


Rys.2.33. Przebieg zmienności siły tarcia węzła tarcia obciążonego siłą P=315 daN, smarowanego olejem silnikowym CE/SF SAE 15W/40 oraz modyfikowanego

preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE po przebiegu autobusu ~20 000 km

0,01,02,03,04,05,06,07,08,0

0,8 1,7 2,5 3,3 4,2 4,9 5,8 6,6 7,4 8,2 8,9 9,7 10,5

Czas [s]

Siła

tarc

ia [d

aN] CE/SF ...


0,0

1,0

2,03,04,0

5,0

6,0

7,0

0,8 1,5 2,2 2,9 3,7 4,4 5,3 6,0 6,8 7,5 8,2 9,1 9,810,6

11,412,2

12,913,7

14,415,2

15,916,7

17,4

Czas [s]

Siła

tarcia

[daN

]CE/SF ...


53

Rys.2.34. Przebieg zmienności siły tarcia dla zmiennego (narastającego) obciążenia węzła tarcia oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 oraz modyfikowanego preparatem

eksploatacyjnym MOTOR LIFE po przebiegu autobusu ~20 000 km

Korzystne oddziaływanie preparatu na pracę silnika, to zmniejszenie oporów ruchu, zwłaszcza w okresie rozruchu silnika - spadek prądu rozruchu z 240 do 220 A (tab.2.4) oraz wzrost ciśnienia w cylindrach w zakresie 1 do 1,5 atmosfery (tab.2.4, rys.2.36).

Potwierdzeniem poprawy warunków pracy węzłów tarcia silnika w wyniku modyfikacji oleju, to również 2.56. oraz rys 2.38 i 2.39.

Modyfikowanie oleju wpłynęło także na zmniejszenie zanieczyszczenia spalin - mniejsze zadymienie - tab.2.4 , rys.2.37.

Badania wybranych własności fizykochemicznych oleju tj. lepkości kinematycznej w temperaturze 40 i 100oC oraz liczby zasadowej wykazały, że modyfikowanie oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 preparatem MOTOR LIFE nie wpływa na zmianę tych własności - tab. 2.5 oraz rys.2.39 ÷ 2.43.

Obraz zmian zanieczyszczeń zachodzących w trakcie eksploatacji badanego oleju modyfikowanego preparatem MOTOR LIFE przedstawiono na rys.5.45. Charakterystycznym jest znaczne zabarwienie - ściemnienie oleju już po przebiegu ~ 500 km - jest to efekt wymieszania oleju zużytego pozostałego w silniku podczas wymiany (0,7 ÷ 1l) z olejem świeżym posiadającym pełny pakiet dodatków uszlachetniających, które oddziaływują na zanieczyszczenia i produkty zużycia.

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

0,8 1,6 2,3 3,3 4,1 4,9 5,8 6,6 7,3 8,2 8,9 9,8 10,8 11,6 12,5 13,2 14,1 14,8 15,8 16,6 17,4

Czas [s]

Siła

tarc

ia [k

G]

CE/SF ...


54

Tabela 2.4. Średnice skaz po badaniach własności smarnych oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 czystego orasz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE przed i po przebiegu autobusów równym ~ 20 000 km

Rodzaj środka smarnegoŚrednica skaz [mm]

Obciążenie węzła tarcia [daN]80 100 126 160 200 250 315 400 500

CE/SF SAE 15W/40 0,25 1,85 2,00 2,30 2,35 2,60 z - -CE/SF SAE 15W/40

po 20 000km0,25 1,90 2,00 2.05 2,37 2,70 3,05 3,45 z

CE/SF SAE 15W/40 + MOTOR LIFE

0,20 0,40 1,85 2,00 2,10 2,30 2,40 3,0 z

CE/SF SAE 15W/40 + MOTOR LIFE po 20 000 km 0,25 1,68 1,85 1,95 1,95 2,10 2,75 3,15 z

Rys.2.35. Średnice skaz po badaniach własności smarnych oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 czystego orasz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR

LIFE przed i po przebiegu autobusu równym ~ 20 000 km

0

0, 5

1

1, 5

2

2, 5

3

3, 5

Śred

nica

skaz

[mm

]

80 100 126 160 200 250 315 400 500

Obciążenie nadane [daN]

CE/SF SAE 15W/40 CE/SF SAE 15W/40 po 20 000 km

CE/SF SAE 15W/40 + MOTOR LIFE CE/SF SAE 15W/40 + MOTOR LIFE po 20 000 km

55

Tabela 2.5. Wyniki badań parametrów technicznych silnika SW-400 smarowanego olejem CE/SF SAE 15W/ 40 z preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE autobusu AUTOSAN H921

ParametryPrzebieg autobusu [km]

Stan zero ~ 20 000 km

Ciśnienie sprężania

123

223,5

323

423

522,5

624

123,5

224

324

424

524

624

Prąd rozruchu [A] 240 220Zadym. spalin [K] 4,73 4,63

Tabela 2.6. Wybrane własności fizyko - chemiczne oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 oraz modyfikowanego preparatem

eksploatacyjnym MOTOR LIFE w zakresie przebiegu autobusów do 20 000 km

Rodzaj kompozycji smarnej

Lepkość kinematyczna w temp 100oC [mm2/s]

Liczba zasadowa [mg KOH/g]

Zawartość żelaza[ppm]

Przebieg autobusu [km] Przebieg autobusu [km] Przebieg autobusu [km]0 500 20 000 0 500 20 000 500 20 000

CE/SF SAE 15W/40 14,79 13,92 12,83 12,73 11,08 10,63 16 59CE/SF SAE 15W/40 +

MOTOR LIFE14,52 13,90 12,48 12,51 11,28 10,75 17 31

Rys.2.36. Wyniki pomiarów ciśnienia sprężania w silniku SW-400 smarowanego olejem CE/SF SAE 15W/ 40 z preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE

21,5

22

22,5

23

23,5

24

Ciś

nien

ie w

cyl

indr

ach

[at]

1 2 3 4 5 6

Nr cylindra

ciśnienie sprężania stan zerowy po 20 000 km.

56

Rys. 2.37. Zmiana zadymienia spalin w funkcji przebiegu autobusu

Rys.2.38. Porównawcze wyniki badań wzrostu zawartości żelaza w oleju silnikowym CE/SF SAE 15W/40 oraz modyfikowanym preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE po przebiegu autobusów ~500, ~10 000 i ~20 000 km

4,584,6

4,624,644,664,68

4,74,724,74

Zady

mie

nie

spal

in [K

]

1

Przebieg autobusu

stan zerowy po 10 000 km. po 20 000 km.

CE/SF S

AE 15W

/40

CE/SF.. +

MOTO

R LIFE

500

10000

20000

0

10

20

30

40

50

60

Zaw

arto

ść ż

elaz

a [p

pm]

500

10000

20000

57

Rys.2.39. Porównawcze wyniki badań wzrostu zawartości żelaza w oleju silnikowym CE/SF SAE 15W/40 oraz modyfikowanym preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE po przebiegu autobusów ~500, , ~5 000, ~10 000 , ~15 000 i ~20 000 km

80

85

90

95

100

105

110

Lepk

ość

kine

mat

yczn

a [m

m2 /s]

0 500 10000 20000


CE/SF SAE 15W/40 CE/SF SAE 15W/40 + MOTOR LIFE

Rys.2.40. Zmiana lepkości kinematycznej badanych kompozycji smarnych w temperaturze 40oC warunkowana przebiegiem autobusów

58

Rys.2.41. Zmiana lepkości kinematycznej badanych kompozycji smarnych w temperaturze 100oC warunkowana przebiegiem autobusów

210215220225

230235240

Prąd

rozr

uchu

[A]

1

Przebieg autobusu

stan zerowy po 10 000 km. po 20 000 km.

Rys.2.42. Zmiana wartości prądu rozruchu w funkcji przebiegu autobusu z silnikiem SW-400

11

11,5

12

12,5

13

13,5

14

14,5

15

Lepk

ość k

inem

atycz

na [m

m2 /s]

0 500 10000 20000



59

Rys.2.43. Zmiana liczby zasadowej badanych kompozycji smarnych w funkcji przebiegu autobusu

a) b)

Rys.2.44. Wyniki pomiarów ciśnienia sprężania w silniku samochodu NYSA smarowanego: a) olejem silnikowym CE/SF SAE 15W/40, b) olejem silnikowym

CE/SF SAE 15W/40 modyfikowanym preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE

9,5

10

10,5

11

11,5

12

12,5

13

Licz

ba za

sado

wa [m

g KO

H/1g

]

0 500 10000 20000



60

Rys.2.45. Wyniki badań testu bibułowego oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE w zakresie przebiegu

autobusu do 20 000 km; a) olej czysty, b) olej czysty modyfikowany preparatem MOTOR LIFE, c) po ~500 km, d) po ~ 5 000 km, e) po ~ 10 000 km,

f) po ~15 000 km, g)j po ~ 20 000 km

61

Uzyskane wyniki badań wskazują na to, że modyfikowanie warunków smarowania silników spalinowych SW-400 preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE polepsza warunki smarowania węzłów tarcia oraz parametry eksploatacyjne silnika, o czym świadczy zwiększenie trwałości warstwy granicznej, polepszenie własności smarnych oleju w trakcie eksploatacji, mniejszy prąd rozruchu, mniejsze zużycie par trących (mniejsza zawartość żelaza w oleju). Przedstawione wyniki badań oraz szersze badania z tego zakresu [15] są podstawą do stwierdzenia, że zwiększy się trwałość i niezawodność pracy silników, przy znacznym obniżeniu ich głośności pracy oraz zwiększy się trwałość oleju, a tym samym okres jego wymiany.

2.4. WŁASNOŚCI SMARNE I TRIBOLOGICZNE OLEJU SILNIKOWEGO IBIS HPDO SAE40 WARUNKOWANE

CZASOKRESEM EKSPLOATACJI SILNIKÓW W WARUNKACH KOPALNIANYCH

Podczas użytkowania w olejach smarowych, cieczach roboczych i innych materiałach eksploatacyjnych zachodzą różnorodne procesy, zmieniające ich skład, budowę i w konsekwencji - własności. Ponieważ z czasem użytkowania zachodzi generalne pogorszenie własności, całokształt tych procesów nazywamy „starzeniem” eksploatacyjnym.

Wpływ na materiały eksploatacyjne wywierają zarówno urządzenia techniczne, w których są użytkowane oraz środowisko zewnętrzne.

Wpływy bezpośrednie urządzenia technicznego to:q generowanie w węzłach ruchowych ciepła tarcia, odprowadzanego

przez płyn eksploatacyjny;q katalizowanie utleniania składników płynów eksploatacyjnych przez

części metaliczne;q przejmowanie przez olej produktów zużycia;q przekazywanie ciepła z innych układów (np. układu spalania);q oddziaływanie na olej silnikowy ciekłego paliwa, sadzy, gazów

spalinowych, wilgoci (z układu spalania) oraz cieczy chłodzącej z układu chłodzenia itp.

Bezpośrednie wpływy środowiska zewnętrznego wiążą się głównie z:Ø wymianą ciepła między otoczeniem a urządzeniem technicznym

(materiałem eksploatacyjnym);Ø przenikaniem pyłu i wilgoci z otoczenia do wnętrza urządzenia;Wpływ środowiska na materiały eksploatacyjne może się również

odbywać pośrednio, poprzez układy wewnętrzne urządzenia.

62

Np. zanieczyszczenia stałe i ciekłe mogą do oleju przenikać za pośrednictwem paliwa, powietrza niezbędnego do spalania mieszanki itp.

Złożone są funkcje większości materiałów eksploatacyjnych, złożona jest również idąca za tym budowa (i skład chemiczny) tych materiałów oraz różnorodne są wymuszenia w trakcie realizacji procesu roboczego maszyny (urządzenia). Wszystko to sprawia, że podczas użytkowania w materiałach zachodzą procesy (zjawiska) fizyczne, chemiczne, fizykochemiczne, mechaniczne i biologiczne, prowadzące do pogorszenia ich pierwotnych własności.Typowymi przykładami w/w zjawisk są:a). zjawiska fizyczne:

q ogrzewanie - wywołujące parowanie, a w skrajnym przypadku wrzenie płynu,

q ochładzanie - wywołujące w skrajnym przypadku utratę płynności (krzepnięcie),

q mieszanie się paliwa z olejem (rozcieńczanie); mieszanie się oleju smarowego z czynnikiem chłodniczym,

q zanieczyszczanie cząstkami stałymi o różnym pochodzeniu i właściwościach;

b). Zjawiska fizykochemiczne:q tworzenie emulsji wody w oleju (w olejach smarowych) lub oleju w

wodzie (w cieczach chłodząco - smarujących),q tworzenie piany (olej + powietrze),q adsorpcja fizyczna tzw. depresatorów na powierzchniach cząstek

zanieczyszczeń stałych (sadza, produkty zużycia, krzemionka) - tworzą się cząstki koloidalne i uzyskuje się efekt stabilnego „zawieszenia” zanieczyszczeń stałych w objętości oleju.

c). reakcje i procesy chemiczne:q utleniania węglowodorów (powstawanie kwasów organicznych),q powstawanie kwasów nieorganicznych (np. reakcja uwodnienia SO2

powstającego przy spalaniu paliwa),q inhibitowanie utleniania węglowodorów.q utlenianie w podwyższonych temperaturach w połączeniu z procesami

polimeryzacji i polikondensacji (tlen działa jako reduktor wodoru z molekuł węglowodorów pierścieniowych) - w końcowej fazie powstają cząstki bogate w węgiel,

q spalanie węglowodorów w komorze spalania (w silnikach spalinowych, turbinach gazowych);

63

d). procesy mechaniczne:q ścinanie cząstek wiskozatorów w przekładniach zębatych, w

układzie tuleja cylindrowa - pierścienie tłokowe silnika (szybkość ścinania ~ 106 s-1),

q niszczenie (ścinanie) struktury wewnętrznej smarów plastycznych;e). biologiczne: w niektórych materiałach (np. cieczach chłodząco -

smarujących) występują dogodne warunki (np. środowisko wodne) do rozwoju bakterii, grzybów i pleśni, czyli zachodzenia tzw. korozji biologicznej materiału eksploatacyjnego.

W eksploatacji węzłów tarcia bardzo istotnym problemem są zanieczyszczenia środka smarnego. Zanieczyszczeniami środka smarnego mogą być substancje stałe, ciekłe i gazowe, które przedostają się do nich z zewnątrz lub tworzą się w nich w czasie pracy w smarowanym urządzeniu [2]. Zanieczyszczenia powodują zmianę właściwości olejów, pogarszają smarowanie i intensyfikują zużywanie trybologiczne lub korozyjne elementów trących.

Olej pracujący w silniku podlega procesom starzenia obejmującym jego utlenianie, rozkład termiczny i zanieczyszczenie substancjami przedosta-jącymi się do oleju z zewnątrz.

Jednocześnie olej pracujący w silniku spalinowym podlega oczyszczaniu za pomocą układu filtrującego. Model zanieczyszczania i czyszczenia oleju w silniku spalinowym przedstawiono na rys.2.46.

Rys. 2.46. Model zanieczyszczania i oczyszczania oleju w silniku spalinowym [2]

64

Do zanieczyszczeń przedostających się z zewnątrz należą:q cząstki pyłu przedostające się do układu zasilania silnika wraz z paliwem

i powietrzem; ilość tych zanieczyszczeń jest zależna od stanu technicznego układu zasilania, warunków i jakości eksploatacji oraz kultury technicznej obsługi silnika;

q woda przedostająca się z powietrzem, paliwem lub zawarta w świeżym oleju.

Zanieczyszczenia tworzące się wewnątrz silnika obejmują:q zanieczyszczenia technologiczne pozostające w silniku nowym lub

remontowanym po jego zmontowaniu; są to cząstki krzemionki wymyte przez olej z odlewów, małe cząstki pyłu lub metalu, których nie usunięto w czasie produkcji. Ten rodzaj zanieczyszczeń powoduje uszkodzenia współpracujących elementów silnika, szczególnie w pierwszym okresie jego eksploatacji;

q produkty zużywania części - są to cząstki metali lub ich tlenki powstające w wyniku działania procesów trybologicznych lub korozji;

q produkty spalania w stanie ciekłym (paliwo, woda, kwas siarkowy i siarkawy). Ich ilość zależy od właściwości eksploatacyjnych paliwa, prężności par, zawartości siarki, warunków pracy silnika;

q produkty spalania w stanie stałym stanowią cząstki sadzy i nagaru oraz związków ołowiu powstające w wyniku niepełnego spalania paliwa, utleniania oleju tworząc laki, koks i nagary; wymiary tych zanieczyszczeń są zdeterminowane głównie właściwościami dyspersyjnymi oleju;

q produkty przemian chemicznych oleju, które powstają w wyniku utleniania, rozkładu termicznego i polimeryzacji związków węglowodorowych oleju oraz substancje będące produktami rozpadu i przemian dodatków zawartych w oleju;

q ciecze chłodzące - mogące przedostać się do oleju przez nieszczelności układu smarowania lub układu chłodzenia silnika,

Przemiany chemiczne oleju są wywołane oddziaływaniami termicznymi oraz oddziaływaniem powietrza.

Utlenianie polega na wchodzeniu w reakcję węglowodoru z tlenem. Proces ten jest bardzo intensywny w czasie smarowania silnika, gdy olej znajduje się w cienkich warstwach w wysokiej temperaturze. Ma to miejsce w komorze spalania, w strefie tłoka i pierścieni tłokowych.

W komorze spalania oraz w górnej części tłoka przeważają procesy niepełnego spalania oleju oraz jego rozkładu termicznego.

W pozostałych strefach tłoka i w misce olejowej decydujące są procesy utleniania intensyfikowane przez rozbryzgiwanie oleju oraz katalityczne działanie metali.

65

Stężenie zanieczyszczeń w oleju jest funkcją czasu pracy oleju w silniku. Intensywność zanieczyszczenia oleju zależy od wielu czynników:

q rodzaju i właściwości paliwa;q rodzaju oleju;q typu układu filtracji i rodzaju filtrów oleju;q ilość dolewanego oleju;q stanu technicznego i warunków eksploatacji silnika.Szczególnie intensywnie zanieczyszcza się olej przy pracy silnika z małą

prędkością obrotową na biegu jałowym, przy dużym przechłodzeniu. Jest to spowodowane gorszymi warunkami spalania i stosunkowo dużą ilością gazów spalinowych przedostających się do miski olejowej zimnego silnika. Ponadto przedostająca się tam para wodna powoduje powstawanie osadów niskotemperaturowych, tzw. Szlamów.

Na rysunku 2.47 zamieszczonym poniżej zestawiono rodzaje zanieczyszczeń olejów silnikowych i ich podział na odpowiednie grupy [2].

Olej w wyniku pracy ulega procesom utleniania, starzenia i destrukcji mechanicznej. Produkty utleniania i starzenia oleju tworzą szlamy, nagary i laki, które zmieniają własności fizykochemiczne oleju, częstokroć wykazują silne działanie korozyjne w stosunku do metalowych części, zwiększając ich zużycie. W związku z tym olej powinien charakteryzować się dobrą odpornością na utlenianie, powinien przeciwdziałać tworzeniu się szlamów, utrzymywać silnik w czystości oraz chronić przed korozją. Musi również spełniać funkcje uszczelniające, dobrze współpracować z uszczelnieniami z gum i tworzyw sztucznych.

Do oleju w trakcie eksploatacji mogą dostawać się różne produkty np. woda, w związku z czym musi on posiadać bardzo dużą odporność na pienienie.

W praktyce z różnych powodów paliwo w silniku nie ulega całkowitemu spaleniu. Część nie spalonych produktów, w postaci sadzy, tlenku węgla, węglowodorów, jest eliminowana razem ze spalinami. Część powstałej sadzy wraz z resztkami nie spalonego paliwa i wody powoduje powstawanie szlamów, które przekształcają się w nagary, a następnie w laki. Szlamy powodują utrudnienie w cyrkulacji oleju prowadząc do uszkodzeń smarowanych elementów. Bardzo poważny problem w pracy każdego silnika stanowi woda mająca wpływ na współpracę silnika z olejem.

Każde paliwo zawiera siarkę. W wyniku spalenia siarki zawartej w paliwie powstają tlenki siarki. Resztki wody pozostające w komorze spalania łącząc się z tlenkami siarki tworzą bardzo korozyjne środowisko. W skrajnym przypadku produkty te mogą przedostać się do miski olejowej. W takiej sytuacji wytworzyć się może emulsja olejowo-wodna o bardzo słabych

66

własnościach smarnych. Z drugiej strony kwaśne produkty obecne w oleju przyspieszają proces

jego starzenia oraz powodują rdzewienie i korozję wszystkich smarowanych części silnika. Aby ograniczyć te niekorzystne oddziaływania, do oleju dodaje się specjalne dodatki anty rdzewne i anty korozyjne.

Rys. 2.47. Podział i źródła zanieczyszczeń oleju silnikowego [2]Inną drogą ograniczenia korozyjnego zużycia silnika jest neutralizacja

kwaśnych produktów spalania. W tym celu do oleju dodawane są dodatki uszlachetniające, nadające olejowi zdolności neutralizacyjne. Miarą zdolności neutralizacyjnych oleju jest całkowita liczba zasadowa (TBN). Obowiązuje generalna zasada: im wyższa zawartość siarki w paliwie, tym liczba zasadowa oleju (TBN) winna być wyższa.

W trakcie eksploatacji silnika powstają szlamy. W początkowej fazie owe cząsteczki są tak małych rozmiarów, że filtr olejowy nie jest w stanie ich wychwycić. Cyrkulując z olejem powodują jedynie wzrost lepkości oleju. Jednak później cząsteczki zaczynają się łączyć i osadzać na ściankach. Następuje proces przekształcania ich w nagary, a następnie w laki.

Aby temu zapobiec do olejów dolewane są dodatki myjąco-dyspergujące powodujące:

q ciągłe wymywanie z powierzchni ścianek osadzających się szlamów, nagarów oraz laków, utrzymując w ten sposób wnętrze silnika w

Woda

ZEWNĘTRZNE

Paliwa

Sadza

Kwasy

Woda

Związkisiarki i ołowiu

Produkty spalania

Produkty utleniania

Produkty rozkładutermicznego

Produkty zużywającychsię dodatków

Produkty przemianchemicznych oleju

Produkty zużywaniatrybologicznego

Płyn chłodzący

Zanieczyszczeniatechnologiczne

WEWNĘTRZNE

ZANIECZYSZCZENIA OLEJÓW SILNIKOWYCH

67

czystości;q utrzymywanie szlamów oraz wymytych nagarów i laków w stanie

zdyspergowanym (rozpuszczonym w oleju), aby umożliwić ich oddzielenie na filtrze olejowym.

Miarą obecności i ilości dodatków myjąco - dyspergujących jest liczba zasadowa TBN. Im wyższa liczba zasadowa oleju tym lepsze jego własności myjące, a tym samym przez dłuższy czas silnik będzie utrzymywany w czystości, przez co wydłuży się jego sprawność i żywotność.

Starzenie oleju w czasie pracy w silniku polega na utlenianiu i polimeryzacji węglowodorów, tworzeniu się kwasów i żywic, wzroście zawartości zanieczyszczeń mechanicznych, zmniejszeniu stężenia dodatków i zmianie innych właściwości.

W okresie eksploatacji jakość oleju w miarę upływu czasu pracy ulega zmianie (degradacji). Degradacja oleju związana jest ze zmianą jego właściwości fizykochemicznych w wyniku oddziaływania wysokiej temperatury oraz tlenu w powietrzu, w obecności katalitycznie oddziałujących metali oraz mechanicznych sił ścinających.

W wyniku degradacji oleju następuje:q zmiana zabarwienia;q zwiększenie liczby kwasowej;q obniżenie wartości liczby zasadowej;q powstanie osadów i laków;q zwiększenie zawartości cząstek stałych (zanieczyszczeń

mechanicznych);q zmiana lepkości itp.Czynnikami, które powodują utratę właściwości fizykochemicznych

oleju silnikowego w okresie eksploatacji to:q wysokie temperatury,q wysokie ciśnienie,q duże obciążenie silnika,q przedmuchy gazów z komory spalania,q niskie temperatury otoczenia (eksploatacja w warunkach zimowych).Bardzo istotną rolę w eksploatacji silników odgrywają dodatki

uszlachetniające będące ich częścią składową. W procesie eksploatacji silników dodatki uszlachetniające mogą stracić swoją skuteczność:

q w sposób naturalny, spełniając swoje funkcje (jeśli dodatek działa chemicznie, to jest to nieodwracalne, zjawiska fizyczne np. adsorpcja- są odwracalne);

q w sposób awaryjny poprzez:– rozkład termiczny;

68

– hydrolizę (i przejście do osadu);– mechaniczne ścinanie (dotyczy głównie dodatków

lepkościowych - polimerów łańcuchowych). Jest rzeczą oczywistą, że jeśli zabraknie dodatku przeciwkorozyjnego, to

olej zacznie negatywnie oddziaływać na części metalowe. Jeśli destrukcji ulegnie wiskozator - obniży się lepkość itp.

Nieustającym problemem w polskich zakładów górniczych miedzi jest przyśpieszone zużycie ścierne i korozyjne elementów węzłów tribologicznych na skutek zanieczyszczeń i zmiany własności smarnych oleju.

W KGHM znajduje się ogromna liczba pojazdów samochodowych i ciężkich maszyn górniczych eksploatowanych w szczególnych warunkach - warunkach dołowych. Praca w kopalni wiąże się z podwyższoną temperaturą, zapyleniem, zadymieniem, hałasem, trudnymi warunkami trakcyjnymi, itp. Wskutek podwyższonej temperatury pracy silników i ich zwiększonej mocy jednostkowej, oleje silnikowe łatwo się utleniają, tracą wymagane własności i wytwarzają niepożądane dla silnika produkty starzenia.

W tych warunkach, pojazdy i maszyny, ze swej natury są mało trwałe, zużywające się zbyt szybko.

Czy istnieją możliwości - technologie smarowania, mogące zapobiec lub ograniczyć ten mankament? Odpowiedzią na te niezwykle ważne pytania, są zamieszczone poniżej wyniki badań, dotyczących wpływu zanieczyszczeń kopalnianych na własności smarne i użytkowe oleju silnikowego IBIS HPDO SAE 40 stosowanego między innymi w silnikach SW 680 eksploatowanych w ZG „Rudna”.

Mineralny jednosezonowy olej silnikowy IBIS SAE 40 zaliczany jest do kategorii HPDO (High Performance Diesel Oil) [4]. Jest to najnowszej generacji olej przeznaczony do silników wysokoprężnych maszyn i urządzeń pracujących w specyficznych warunkach eksploatacyjnych, jak np. górnictwo (maszyny dołowe), rolnictwo, kolejnictwo. Może pracować we wszystkich silnikach z turbodoładowaniem i bez. Nie jest zalecany do stosowania w silnikach z zapłonem iskrowym.

Starannie dobrany zestaw składników, zarówno bazy olejowej, jak i do-datków uszlachetniających, nadaje olejowi własności użytkowe pozwalające zaliczyć go do najlepszych olejów kategorii High Performance Diesel Oil.

Olej IBIS:q posiada doskonałe własności smarne w każdych warunkach pracy

silnika;q utrzymuje ciągłość filmu olejowego w wysokich temperaturach;

69

q idealnie chroni wszystkie elementy silnika przed zużyciem;q utrzymuje silnik w idealnej czystości;q chroni silnik przed korozją;q zmniejsza emisję substancji szkodliwych do atmosfery;q niska odparowalność zmniejsza straty oleju przez odparowanie.Stosowany może być we wszystkich silnikach, do których producent

zaleca stosowanie olejów klasy CE, a także do wszystkich silników wysokoprężnych konstrukcji lat dziewięćdziesiątych.

Główne zastosowanie znajduje w silnikach współczesnych maszyn i urządzeń pracujących w ekstremalnych warunkach eksploatacyjnych. Olej jest całkowicie mieszalny z innymi olejami tej samej klasy jakościowej i lepkościowej.

Do przeprowadzenia badań wykorzystano ładowarkę kopalnianą typu ŁK-2 eksploatowaną w warunkach dołowych (silnik SW 680, MTh - 5400, rok prod. 1997). Jako środka smarnego użyto czysty olej IBIS HPDO SAE 40 oraz modyfikowany 5% preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE. Próbki kompozycji smarowych do badań pobierano w następującej kolejności:1. próbka czystego oleju,2. próbka oleju przepracowanego po 9 Mth,3. próbka oleju przepracowanego po 200 Mth,4. próbka oleju przepracowanego po 400 Mth,5. próbka oleju czystego z preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE,6. próbka oleju przepracowanego z preparatem eksploatacyjnym MOTOR

LIFE po 9 Mth,7. próbka oleju przepracowanego z preparatem eksploatacyjnym MOTOR

LIFE po 200 Mth,8. próbka oleju przepracowanego z preparatem eksploatacyjny MOTOR

LIFE po 400Mth.Wyniki badań własności smarnych badanych kompozycji smarowych po

różnym okresie eksploatacji silnika przedstawiono w tab.2.7.Z tabeli 2.7 oraz rys. 2.48 wynika, że dodanie do oleju 5% preparatu eksploatacyjnego poprawia jego własności smarne zarówno w zakresie zwiększenia przeciwzatarciowego działania środka smarnego - wzrost wskaźnika zużycia pod obciążeniem Ih z 39,98 do 45,72 daN oraz granicznego obciążenia zużycia Goz z 50,48 do 825,01 daN, jak również zwiększenie trwałości warstwy smarnej - wzrost obciążenia zacierającego Pt z 272,51 do 312,61 daN.

70

O polepszeniu własności smarnych oleju modyfikowanego preparatem MOTOR LIFE świadczy również przebieg zmienności sił tarcia węzła obciążonego poddanego zmiennemu narastającemu obciążeniu - rys. 2.52. Z rysunku wynika, że w całym zakresie obciążenia przebieg siły tarcia dla oleju modyfikowanego preparatem utrzymuje się na niższym poziomie, a przerwanie warstwy granicznej nastąpiło w późniejszym okresie. W przypadku oleju czystego przerwanie warstwy granicznej nastąpiło 5,6 s natomiast dla oleju modyfikowanego po 7,2 s. Oznacza to, że węzeł tarcia smarowany olejem z dodatkiem preparatu MOTOR LIFE zdolny jest do przenoszenia większych obciążeń dynamicznych i temperaturowych.

Tabela 2.7. Własności smarne oleju silnikowego IBIS HPDO SAE 40 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE

Kompozycja smarna

WŁASNOŚCI SMARNE [daN]

Olej handlowy Olej handlowy + 5% MOTOR-LIFE

Pz Ih Pn Pt Goz Pz Ih Pn Pt GozOlej silnikowy

IBIS HPDO SAE 40 czysty

160 39,98 100 272,51 50,48 160 45,72 100 312,61 825,01

Olej silnikowy IBIS HPDO SAE 40 po

9MTh

160 40,12 100 230,23 47,36 160 43,70 100 262,21 329,7

Olej silnikowy IBIS HPDO SAE 40 po

200MTh

200 34,57 80 168,33 33,93 200 39,34 80 229,29 72,89

Olej silnikowy IBIS HPDO SAE 40 po 400MTh

160 31,25 80 165,26 30,32 200 36,95 80 189,54 45,80

Analiza zmian własności smarnych warunkowanych czasokresem eksploatacji oleju silnikowego (tab. 2.7 oraz rys. 2.49÷2.51 oraz 2.53÷2.55) wykazuje, że w całym czasokresie eksploatacji silników, lepsze własności smarne wykazuje olej modyfikowany preparatem MOTOR LIFE. W przypadku oleju czystego po pracy silnika równej ~ 400 MTh wskaźnik obciążenia zespawania Pz obniżył się do 160 daN, natomiast dla oleju modyfikowanego utrzymał się na poziomie 200 daN.

Polepszenie własności smarnych oleju IBIS HPDO SAE40 modyfiko-wanego 5% preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE potwierdzono zostało badaniami właściwości tribologicznych węzłów tarcia - rys. 2.56 ÷ 2.60. Badania wykazały, że w całym okresie eksploatacji oleju, kompozycja

71

smarna z dodatkiem preparatu wpływa na obniżenie oporów tarcia (mniejsza siła tarcia - rys.2.56÷2.59) oraz zmniejszenie zużycia - rys. 2.60.

Korzystne oddziaływanie preparatu MOTOR LIFE potwierdzone zostało w warunkach eksploatacyjnych. Pomiary ciśnienia w cylindrach silnika po 400 MTh (rys.2.61) wykazały, że preparat MOTOR LIFE poprawia warunki smarowania - wzrasta ciśnienie w cylindrach. W cylindrach 1 i 5 ciśnienie wzrosło o 4 MPa. Wykresy ciśnień na poszczególnych cylindrach pokazano na rys. 2.62. Z wykresów wynika, że nastąpiło wyrównanie ciśnienia w cylindrach. Jest to bardzo ważne ze względu na równomierność obciążenia łożysk wału korbowego. Zasadą jest, że największy przyrost ciśnienia wystąpił na cylindrach, w których występowało najniższe ciśnienie.

Obraz zmian zanieczyszczeń zachodzących w trakcie eksploatacji badanych kompozycji smarnych w oparciu o test bibułowy pokazano na rys. 2.63. Charakterystyczną cechą zarówno oleju czystego jak i modyfikowa-nego preparatem MOTOR LIFE jest znaczne zabarwienie już po przebiegu silnika ~ 9 MTh - jest to efekt wymieszanie pozostałego podczas wymiany oleju z olejem świeżym. Można również zauważyć różnicę w zabarwieniu oleju IBIS HPDO SAE40 oraz modyfikowanego preparatem MOTOR LIFE po 400 MTh, gdzie olej z preparatem jest znacznie jaśniejszy, co świadczy o mniejszym zużyciu par trących.

Reasumując należy stwierdzić, że u wyniki badań wykazuję korzystne oddziaływanie preparatu MOTOR LIFE na pracę silnika spalinowego, gdyż polepszają się warunki smarowania oraz trwałość warstwy granicznej, a tym samym parametry eksploatacyjne silnika, jak również trwałość i niezawodność jego działania.

IBIS HPDOSAE 40

IBIS HPDOSAE

40+Motor Life

0100200300400500600700800900

Siła

tarc

ia [d

aN]

PzIhPnPtGoz

Rys.2.48. Własności smarne oleju silnikowego IBIS HPDO SAE40 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE

72

Rys.2.49. Własności smarne oleju silnikowego IBIS HPDO SAE 40 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE po przebiegu silnika w

maszynie górniczej ŁK-2 równym ~ 9MTh

Rys.2.50. Własności smarne oleju silnikowego IBIS HPDO SAE 40 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE po przebiegu silnika w maszynie górniczej ŁK-2 równym ~ 200 Mth

IBIS HPDOSAE 40 po200MTh

IBIS HPDOSAE

40+MotorLife po

200MTh

0

50

100

150

200

250 PzIhPnPtGoz

IBIS HPDO SAE 40 po

9MTh

IBIS HPDO SAE

40+Motor Life po 9MTh

0 50

100 150 200 250 300 350 Pz

Ih Pn Pt Goz

Siła

tarc

ia [d

aN]

Siła

tarc

ia [d

aN]

73

Rys.2.51. Własności smarne oleju silnikowego IBIS HPDO SAE 40 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE po przebiegu silnika w

maszynie górniczej ŁK-2 równym ~ 400 MTh

Rys.2.52. Przebieg zmienności siły tarcia dla zmiennego (narastajacego) obciążenia węzła tarcia oleju silnikowego IBIS HPDO SAE40 oraz modyfikowanego


9,5

10

10,5

11

11,5

12

12,5

13

Liczba

zasad

owa [

mg

KOH/

1g]

0 500 10000 20000



0 0,5

1 1,5

2 2,5

3 3,5

4 4,5

5

0,8 2,4 4 5,6 7,2 8,8 10,4 12 13,6 15,1 16,8

Czas [s]

IBIS czysty

IBIS+Motor Life

IBIS HPDOSAE 40 po400MTh

IBIS HPDOSAE

40+MotorLife po

400MTh

0

50

100

150

200

PzIhPnPtGozSi

ła ta

rcia

[daN

]

Siła

tarc

ia [d

aN]

74

Rys.2.53. Przebieg zmienności siły tarcia dla zmiennego (narastajacego) obciążenia węzła tarcia oleju silnikowego IBIS HPDO SAE40 oraz

modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE po przebiegu silnika w maszynie górniczej ŁK-2 równym ~ 9 Mth


modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE po przebiegu silnika w maszynie górniczej ŁK-2 równym ~ 200 Mth

0 0,5

1 1,5

2 2,5

3 3,5

4 4,5

5 5,5

0,8 2,4 4 5,6 7,2 8,8 10,4 12 13,6 15,1 16,8

Czas [s]

IBIS 9 MTh

IBIS+Motor Life 9MTh Si

ła ta

rcia

[daN

]

0 0,5

1 1,5

2 2,5

3 3,5

4 4,5

0,8 2,4 4 5,6 7,2 8,8 10,4 12 13,6 15,1 16,8

Czas [s]

IBIS 400 MTh

IBIS+Motor Life 400MTh

Siła

tarc

ia [d

aN]

75


modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE po przebiegu silnika w maszynie górniczej ŁK-2 równym ~ 400 MTh

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

1 32 63 94 125

156

187

218

249

280

311

342

373

404

435

466

497

Czas [s]

Siła

tarc

ia [d

aN]

IBISIBIS+MOTOR LIFE

Rys.2.56.Przebieg zmienności siły tarcia węzła tarcia smarowanego olejem silnikowym IBIS HPDO SAE40 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym

MOTOR LIFE

0 0,5

1 1,5

2 2,5

3 3,5

4 4,5

0,8 2,4 4 5,6 7,2 8,8 10,4 12 13,6 15,1 16,8

Czas [s]

IBIS 400 MTh

IBIS+Motor Life 400MTh

Siła

tarc

ia [d

aN]

76

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

1 31 61 91 121

151

181

211

241

271

301

331

361

391

421

451

Czas [s ]

Siła

tarc

ia [d

aN]

IBIS - 9MTh

IBIS+MOTOR LIFE - 9MTh

Rys.2.57. Przebieg zmienności siły tarcia węzła tarcia smarowanego olejem silnikowym IBIS HPDO SAE40 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym

MOTOR LIFE po 9 MTh

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

1 32 63 94 125

156

187

218

249

280

311

342

373

404

435

466

Czas [s ]

Siła

tarc

ia [d

aN]

IBIS - 200MTh

IBIS+MOTOR LIFE -200MTh


MOTOR LIFE po 200 MTh

77

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

1 32 63 94 125

156

187

218

249

280

311

342

373

404

435

466

Czas [s ]

Siła

tarc

ia [d

aN]

IBIS - 400MThIBIS+MOTOR LIFE - 400MTh


MOTOR LIFE po 400 MTh

Rys.2.60.Zmiany ubytku wagowego próbek smarowanych olejem IBIS HPDO SAE40 oraz modyfikowanego preparatem MOTOR LIFE Warunkowanego czasem

pracy silnika

0

200

0,000,010,020,030,040,05

Uby

tek

mas

y [g

]

Czas pracy oleju [MTh]

Bez dodatku

Z dodatkiem

78

Rys.2.61. Wyniki pomiarów ciśnienia sprężania w cylindrach silnika SW-680 smarowanego olejem IBIS HPDO SAE40 oraz modyfikowanego preparatem


a) b)

Rys.2.62. Wyniki pomiarów ciśnień w cylindrach silnika SW-68 po 400 MTh smarowanego: a) czystym olejem IBIS HPDO SAE40, b) olejem IBIS HPDO SAE40

z dodatkiem preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE

25

26

27

28

29

30

31

1 2 3 4 5 6Nr. cylindra

IBIS IBIS+MOTOR LIFE po 400MTH

Siła

tarc

ia [d

aN]

79

a) b)

c) d)

e) f)

g) h)

Rys.2.63. Wyniki badań testu bibułowego oleju silnikowego IBIS HPDO SAE$) w zakresie przebiegu ładowarki górniczej typu ŁK-2 do 400 MTh; a) olej IBIS czysty, b) olej IBIS czysty modyfikowany preparatem MOTOR LIFE, c) IBIS po ~ 9 MTh, d) IBIS+MOTOR LIFE po ~ 9 MTh, e) IBIS po ~ 200 MTh, f) IBIS+ MOTOR LIFE po

~200 MTh, g) IBIS po ~ 400 MTh, h) IBIS+MOTOR LIFE po ~ 400 Mth.

80

2.5.OCENA GŁOŚNOŚCI PRACY I ZAPOTRZEBOWANIA MOCY MASZYN I POJAZDÓW

Hałas jest jednym z bardziej dokuczliwych elementów środowiska człowieka. Jest on szkodliwy, nieprzyjemny i niepożądany. Hałas wywołany jest drganiami akustycznymi polegającymi na ruchu cząsteczek środowiska sprężystego względem położenia równowagi. Środowiskiem tym może być np. powietrze i wtedy drgania takie nazywamy często drganiami akustycznymi powietrznymi, w odróżnieniu od drgań występujących w ośrodkach stałych, które nazywamy wówczas drganiami akustycznymi materiałowymi. Drgania akustyczne zdolne wytworzyć wrażenie słuchowe nazywamy dźwiękami.

Drgania akustyczne słyszalne dla człowieka są zawarte w paśmie między częstotliwościami granicznymi około 16 i 16 000 Hz. Krótkotrwałe przeby-wanie w hałasie o dużym poziomie powoduje zmęczenie słuchu (ograniczenie słyszalności), które może być chwilowe lub trwałe. O szkodliwości na słuch decyduje przede wszystkim jego poziom. Przyjmuje się, że dźwięki, których poziom głośności jest mniejszy od 25 - 35 dB są dla człowieka obojętne, w granicach 35 - 65 dB znośne, od 65 - 85 dB dokuczliwe, natomiast powyżej 85 fonów szkodliwe.

Jednym z głównych źródeł hałasu są maszyny i urządzenia, których elementy i podzespoły powodują głośność niejednokrotnie powyżej 80 dB. Obniżenie głośności chociażby o kilka decybeli to znaczny sukces, związany z poprawą warunków pracy w hali produkcyjnej a nawet w jej otoczeniu.

W maszynach i urządzeniach głównymi źródłami hałasu są: q łożyska (ślizgowe i toczne); q przekładnie zębate; q silniki. Istotne znaczenie w tłumieniu drgań ma rodzaj materiału elementów jak

również korpusu maszyny.

A. Łożyska. Jak podaje [29], głównym źródłem hałasu łożysk ślizgowych jest tarcie pomiędzy powierzchnia roboczą czopa i panewki. Problem zmniejszenia hałasu tego typu łożysk sprowadza się przede wszystkim do obniżenia współczynnika tarcia, do wartości możliwie jak najmniejszej. W przypadku tarcia suchego wartość tego współczynnika waha się w granicach 0,2 ÷ 0,4, a przy tarciu mieszanym 0,15 ÷ 0,05 i mniej. W obu przypadkach powierzchnie ślizgowe łożyska stykają się bezpośrednio ze sobą, a praca łożyska odbywa się przy ruchu nieciągłym (przerywanym). Drgania związane z takim ruchem, zwłaszcza w przypadku zgodności z częstotliwością drgań

81

własnych łożyska i elementów bezpośrednio z nim związanych, mogą potęgować się i występować w postaci hałasu.

W przypadku tarcia płynnego powierzchnie robocze czopa i panewki nie stykają się bezpośrednio z sobą, gdyż rozdziela je warstwa środka smarnego - praca łożyska odbywa się ruchem ciągłym, a poziom hałasu jest mniejszy. Źródłem drgań może być w tym przypadku wirująca warstwa smaru.

Podczas pracy hałas łożysk może być spowodowany zwiększeniem się współczynnika tarcia, np. wskutek niedostatecznego dopływu środka smarnego, nadmiernego przeciążenia łożyska, zmian kierunku ruchu elementu, który w łożysku się obraca itp. We wszystkich tych przypadkach warstwa środka smarnego staje się cieńsza, a wierzchołki nierówności powierzchni czopa i panewki zaczynają się stykać i ścierać. Przeciążenie nie tylko zwiększa hałas, lecz także przyspiesza wyrabianie się powierzchni roboczych i zużycie łożyska.

Szczególnie ważnym staje się zatem problem dokładności obróbki czopa i panewki, zapewnienie dobrego smarowania oraz stosowanie łożysk z materiałów o dużym tłumieniu wewnętrznych drgań (żeliwo, tworzywa sztuczne). Na poziom hałasu łożyska ślizgowego wpływa ponadto prędkość obrotowa wału w nim osadzonego. Hałas rośnie wraz ze wzrostem prędkości.

Łożyska toczne są bardziej hałaśliwe niż ślizgowe. Przez zastąpienie łożyska tocznego ślizgowym można uzyskać zmniejszenie poziomu hałasu nawet o 15 ÷ 25 dB.

Źródłem hałasu łożysk tocznych [29] są przede wszystkim odchylenia od prawidłowego kształtu bieżni, pierścieni i elementów tocznych. Odchylenia te mogą być przyczyną występowania jednostronnych okresowych przeciążeń części powierzchni łożyska i miejscowego wzrostu tarcia. Poziom hałasu łożysk tocznych zależy ponadto od średnicy i prędkości obrotowej łożyska. Dla danego typu łożyska poziom ten zwiększa się ze wzrostem jego średnicy.

B. Przekładnie zębate. Innym typowym zespołem maszyny, który stanowi źródło intensywnego hałasu, jest przekładnia zębata. Z chwilą kiedy para kół zębatych zaczyna się obracać, wchodzą w zazębienia kolejne pary zębów. Z przekazywaniem momentu obrotowego każdej kolejnej parze zębów związane jest wystąpienie impulsu o charakterze udarowym. Na impuls taki składają się lokalne mikrouderzenia pary zębów, wchodzących w danej chwili w zazębienie, poślizg i tarcie wzdłuż pracującej części boków obu zębów, wskutek zmiany kierunku siły tarcia, oraz lokalne mikrouderzenie występujące w momencie, kiedy pracująca dotąd para wychodząc z zazębienia przekazuje całe swoje obciążenie parze następnej. Ponieważ wymienione trzy zjawiska powtarzają się okresowo, nie rozróżnia się każdego

82

z nich oddzielnie, a o odczuciu tonu hałasu decyduje częstotliwość powtarzania się poszczególnych impulsów podstawowych, przy czym pojedynczy impuls podstawowy wywołuje powstawanie drgań własnych tłumionych. Zwiększenie prędkości obrotowej przekładni skraca okresy pomiędzy poszczególnymi impulsami, zwiększając nie tylko częstotliwość tych impulsów, lecz także poziom hałasu przekładni.

Zależnie od warunków eksploatacji, przekładnie zębate mogą pracować pod obciążeniem zmiennym - np. samochodowe lub stałym - np. przemysłowe.

Poziom hałasu zależy przede wszystkim od mocy przenoszonej przez daną przekładnię oraz od innych czynników takich jak dokładność podziałki, dokładność obróbki i smarowania, rodzaj zazębienia, oddziaływania rezonan-sowe łożysk, wału, obudowy itp. Wpływ niedokładności obróbki można w pewnym stopniu złagodzić smarowaniem, przy czym własności fizyczne smaru takie jak lepkość oraz temperatura nie mają w tym przypadku wielkiego znaczenia. Ważny jest natomiast stopień pokrycia środkiem smarnym roboczych powierzchni zębów. Kiedy powleczono zęby kół jedynie cienką warstwa tłuszczu, hałas przy początkowo stosunkowo cichym biegu kół po pewnym czasie nagle powiększył się o 14 dB. Koła pracowały w tym czasie na sucho. Możliwość osłabienia hałasu przez smarowanie ocenia się na 4-6 dB [29].

C. Silniki. Źródeł hałasu silników spalinowych tłokowych jest wiele. Ogólnie rzecz biorąc hałas silników tłokowych spalinowych może mieć swoje źródło w przyczynach o charakterze mechanicznym i związanych z przepły-wem gazów spalinowych na wydechu silnika. Na ogół głównym źródłem są przyczyny o charakterze aerodynamicznym, a zwalczanie tych przyczyn odbywa się przeważnie przez stosowanie tłumików o odpowiedniej konstrukcji, głownie rezonansowych.

Silniki elektryczne znajdują zastosowanie jako źródło napędu bardzo wielu maszyn. Z tego też względu, zwłaszcza kiedy mają współpracować z maszynami lub urządzeniami, w stosunku do których stawiane są specjalne wymagania co do ich cichobieżności, poziom hałasu takich silników powinien być możliwie niewielki.

Ogólnie biorąc, hałas silników elektrycznych może mieć swoje źródło w przyczynach o charakterze mechanicznym, aerodynamicznym oraz magne-tycznym. Przyczyną hałasu mechanicznego są drgania łożysk, niewys-tarczająco wyważone wirujące elementy silnika oraz uderzenia szczotek o komutator i oprawy szczotek.

83

Zmienność warunków pracy przekładni zębatych w warunkach tarcia mieszanego i granicznego niezależnie od rozwiązania konstrukcyjnego, rodzaju materiału i technologii wykonania powoduje ich szybkie zużycie (nadmierne luzy, głośna praca) a w ekstremalnych warunkach nawet zniszczenie - zatarcie powierzchni, wyłamanie zębów itp.

Wzrost temperatury przekładni - np. w wyniku stosowania niewłaś-ciwego oleju lub nadmiernego obciążenia przyśpiesza procesy zmęczeniowe materiałów z których są wykonane.

Mając powyższe na uwadze dużego znaczenia nabiera właściwe smarowanie węzłów tarcia kół zębatych. Problem ten jest niezwykle złożony z tego względu, że w wielu przypadkach nie są znane rzeczywiste obciążenie węzłów tarcia, temperatura itp. Zmienność warunków pracy decyduje zatem o rodzaju tarcia, które jest najczęściej mieszanym (rozruch lub zatrzymywanie - z dużym udziałem tarcia suchego), granicznym, rzadko płynnym w normalnych warunkach pracy.

Przejście jednego przypadku w drugi spowodowane jest: Ø geometrią powierzchni kontaktujących się zębów; Ø zmiennością warunków pracy (rozruch, zmiana prędkości i inne); Ø chropowatością powierzchni po docieraniu; Ø zmienną lepkością oleju w zależności od jego temperatury. Złożoność procesów zachodzących w węzłach tarcia kół zębatych stawia

zatem duże wymagania środkom smarnym, zwłaszcza w zakresie trwałości warstwy granicznej, miernikiem której są: zdolność przenoszenia obciążeń oraz odporność na działanie wysokich temperatur.

Oleje powinny charakteryzować się zatem dobrymi wskaźnikami smarności, do których należy między innymi zaliczyć: obciążenie zespawania Pz, wskaźnik zużycia pod obciążeniem Ih, największe obciążenie niezacie-rajace Pn oraz obciążenie zacierające Pt. Pomimo stosowania najlepszych olejów przekładniowych klasy GL-4, GL5, występują przypadki niedosma-rowania powierzchni trących przekładni.

Biorąc powyższe pod uwagę, w programie badań prowadzonych w zakresie modyfikowania warunków pracy węzłów tarcia preparatami eksploatacyjnymi uwzględniono również przekładnie zębate.

Badania prowadzone były pod kątem poprawy wskaźników własności smarnych olejów, a tym samym zmniejszenia głośności pracy oraz zwiększe-nia ich trwałości i niezawodności działania.

Celem prowadzonych badań było określenie wpływu preparatów eksplo-atacyjnych na własności smarne olejów przekładniowych oraz głośność i pobór prądu. Pomiary głośności i poboru prądu realizowano w warunkach przemysłowych.

84

Pomiarów głośności zgodnie z PN-90/S 04052 dokonano wykorzystując sonometr Sonopan Meter P-01, natomiast pobór mocy mierzono specjalnym zestawem pomiarowym - układ Arona.

Na rys. 2.64 oraz 2.65 pokazano przykładowe wykresy obrazujące zmiany głośności pracy tokarki 1H 983, której przekładnie zębate w jednym przypadku smarowane były olejem czysty M26, a w drugim przypadku tym samym olejem lecz modyfikowanym preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE. Z rys.2.64 wynika, że w całym zakresie badanych prędkości obroto-wych wrzeciona (dla każdej prędkości biorą udział inne pary kół zębatych tworzące łańcuch kinematyczny przenoszenia ruchu), w wyniku modyfiko-wania warunków smarowania nastąpiło obniżenie głośności pracy, w niektó-rych przypadkach nawet do 4 dB. Rys.2.65 przedstawia rozkład głośności pracy wokół obrabiarki. I w tym przypadku widoczny jest efekty modyfiko-wania. Na podkreślenie zasługuje obniżenie głośności pracy na stanowisku roboczym o 4 dB.

Dokonane pomiary poboru prądu wykazały - rys.2.66, że preparat eksploatacyjny MOTOR LIFE wpływa także na zmniejszenie poboru prądu o około 2%, co ma istotne znaczenie ekonomiczne.

Rys.2.64. Obszar oddziaływania preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE na głośność pracy tokarki rurówki 1H 983

Potwierdzeniem korzystnego oddziaływania preparatu MOTOR LIFE, są wyniki badań pomiarów głośności przeprowadzone na obrabiarce do kół

85

zębatych - frezarka ZFB-50 - rys. 2.67 i 2.68 oraz poboru prądu rys.2.69, której przekładnie wrzeciennika oraz węzeł tarcia otoczka/frez ślimakowy były smarowane olejem maszynowym M26 zasilanym z jednego źródła. Z badań wynika, że w wyniku modyfikowania warunków smarowania, pobór prądu zmniejszył się o około 4%. Jest to efekt poprawy warunków smarowania - zmniejszenie oporów ruchu. Przy okazji przeprowadzanych badań stwierdzono, ze trwałość narzędzia skrawającego (freza ślimakowego) zwiększyła się o ~ 30%.

miejscepracownika

Rys.2.65. Wpływ preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE na głośność pracy wokół tokarki 1H983 przy prędkości obrotowej wrzeciona n = 280 obr/min.

86

Rys.2.66. Obszar oddziaływania preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE na pobór mocy tokarki 1H 983

Rys.2.67. Wpływ preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE na głośność pracy frezarki obwiedniowej ZFB-50

87

Poziom tła 52dB

Dopuszczalna wartośćpoziomu dźwięku: 82 dB

1-8 - punkty pomiarowe wokół obrabiarki

7075808590

1

2

3

4

5

6

7

8

Rys.2.68. Wpływ preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE na głośność pracy wokół frezarki obwiedniowej ZFB przy prędkości obrotowej wrzeciona n = 160 obr/min.

Rys.2.69. Obszar oddziaływania preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE na pobór mocy frezarki obwiedniowej ZFB-50

88

2.6. KSZTAŁTOWANIE JAKOŚCI TECHNOLOGICZNEJ I EKSPLOATACYJNEJ WARSTWY WIERZCHNIEJ

2.6.1. PROCES SKRAWANIA

W pracy węzłów tarcia skrawaniem - (np. toczenie), jednym z najistotniejszych czynników decydujących o jakości technologicznej warstwy wierzchniej oraz o oporach skrawania jest rodzaj cieczy chłodząco - smarującej. Decyduje ona o rodzaju występującego w procesie skrawania rodzaju tarcia - zwiększa się udział tarcia mieszanego i granicznego; następuje obniżenie temperatury w strefie skrawania (rola cieczy jako czynnika chłodzącego), co ma decydujące znaczenie na przebieg i intensyfikację zjawisk zachodzących w strefie skrawania oraz warstwach wierzchnich przedmiotu obrabianego i narzędzia.

Polepszenie warunków pracy węzła skrawania oddziaływuje korzystnie na stan geometryczny powierzchni - mniejsza chropowatość powierzchni, oraz wpływa na zmniejszenie oporów skrawania, a tym samym na zmniejszenie zapotrzebowania mocy.

Polepszenie warunków smarowania, to większa trwałość narzędzia, wolniejsze postępujące jego zużycie (większa stabilność geometrii narzędzia), a tym samym większa stabilność i jednorodność chropowatości i struktury geometrycznej powierzchni. Potwierdzeniem powyższych stwierdzeń są wyniki badań zamieszczone na rys. 2.70 ÷ 2.72. Najwyższą chropowatość powierzchni Ra = 2,4 µm uzyskano w przypadku toczenia stali na sucho - rys. 2.72. Zastosowanie środka smarnego w sposób zdecydowany powoduje obniżenie chropowatości powierzchni. W przypadku stosowania Emulgolu chropowatość obniżyła się do poziomu Ra = 1,89 µm, natomiast w przypadku smarowania olejem maszynowym M10 do wartości Ra = 1,6 µm.

W przypadku zastosowania preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE w ilości 5%, dla Emulgolu chropowatość obniżyła się do poziomu Ra = 1,67 µm, a w przypadku oleju maszynowego M10 do najniższej wartości Ra = 1,30 µm.

89

355560

9001120

1400

na suchoemulgol

emulgol+MOTOR L.

olej M10

olej M10+MOTOR L.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

Ra [u

m]

pr ędkość [obr/min]

na suchoemulgolemulgol+MOTOR L.LIFEole j M10ole j M10+MOTOR L.LIFE

Rys.2.70. Wpływ szybkości skrawania oraz rodzaju smarowania na chropowatość powierzchni w procesie toczenia stali 45. Warunki obróbki:

f = 0,21 mm/obr., a = 0,5mm, nóż NNZc 25x25 S10

Rys.2.71. Wpływ posuwu skrawania oraz rodzaju smarowania na chropowatość powierzchni w procesie toczenia stali 45. Warunki obróbki: n = 900 obr/min., a =

0,5mm, nóż NNZc 25x25 S10

0,080,130,2

0,270,39

na suchoemulgol

emulgol+MOTOR L.olej M10

olej M10+MOTOR L.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Ra [u

m]

posuw [mm/obr.]

na suchoemulgolemulgol+MOTOR L.

olej M10olej M10+MOTOR L.

90

Rys.2.72. Wpływ rodzaju środka smarnego na chropowatość powierzchni w procesie toczenia stali. Warunki obróbki: f = 0,13 mm/obr., n = 1120 obr/min., a =

0,5 mm, nóż NNZc 25x25 S10

2.6.2. PROCES NAGNIATANIA

Badania [15, 21, 31] wykazują, że jednym z najważniejszych czynników decydujących o właściwościach użytkowych, w tym także o właściwościach tribologicznych elementów maszyn, jest stan ich technologicznej warstwy wierzchniej (TWW). TWW konstytuowana jest w procesie obróbki części, a zwłaszcza w operacjach końcowych tj. w procesach obróbki powierzch-niowej. Jednym ze sposobów obróbki powierzchniowej (ulepszającej) jest obróbka nagniataniem. Obróbka nagniataniem powoduje ukształtowanie bardzo korzystnych własności geometrycznych powierzchni - niska chropowatość powierzchni, charakterystyczna struktura geometryczna powierzchni o bardzo dużych gradientach udziału nośnego G20 i G50

powierzchni, oraz fizyko - mechanicznych warstwy wierzchniej tj. rozdro-bnienie mikrostruktury, jej umocnienie oraz powstanie naprężeń ściskających [15, 21, 31].

Stan TWW po nagniataniu zależy od wielu czynników, a w szczegól-ności [21]:

Ø rodzaju obrabianego materiału; Ø rodzaju obróbki (statyczna, dynamiczna, oscylacyjna); Ø rodzaju narzędzia i jego parametrów konstrukcyjnych; Ø parametrów technologicznych nagniatania; Ø innych.

1

na su

cho

emul

gol

emul

gol

+MOT

ORLI

FE

olej

M10

olej

M10

+MOT

OR

LIFE

00,5

11,5

2

2,5

Ra[u

m]

91

O ile szczegółowo przebadano wpływ w/w czynników na stan TWW, to bardzo mało prowadzono badań dotyczących wpływu rodzaju środka smarnego. Przyjęło się, że np. żeliwo nagniata się bez użycia środka smarnego (na sucho) a stal przy użycie mieszaniny nafty i oleju.

W pracy [23]zwrócono uwagę, że należałoby prowadzić badania tarciowo - zużyciowe części nagniatanych, w warstwy wierzchnie których wprowa-dzone zostałyby dodatki zwiększające smarność olejów takie jak: związki tlenowe, siarkowe, fosforowe i inne. Ukształtowana w obecności tych dodatków TWW - rys. 5.73 - powinna charakteryzować się korzystnymi właściwościami tribologicznymi - dodatki wprowadzone w warstwę przypo-wierzchniową na etapie nagniatania, w procesie eksploatacji powinny uaktywnić się polepszając warunki smarowania na powierzchniach trących. Temu właśnie zagadnieniu poświęcona jest problematyka badawcza zawarta w dalszej części pracy.

Celem badań było wykazanie, czy i jak rodzaj środka smarnego (oleju, preparatu eksploatacyjnego) wpływa na właściwości tribologiczne (współczynnik tarcia oraz zużycie) żeliwa nagniatanego krążkowaniem naporowym.

Badania przeprowadzono na żeliwie sferoidalnym ferrytyczno-perlitycznym o twardości ~2300 MPa oraz składzie chemicznym: C = 3,20 %, Mn = 0,33%, Si = 1,945, P = 0,016% oraz S = 0.005%. Nagniatanie przeprowadzono na tokarce TUD-50 specjalnym narzędziem - rolką o średnicy ø50 mm i promieniu zaokrąglenia r = 20 mm. Jako środka smarnego użyto olejów lub preparatów eksploatacyjnych tj.:

Ø oleju bazowego SN 150 pozbawionego dodatków uszlachetniających olej;

Ø oleju silnikowego TITAN CFE 1040 MC, który w pakiecie dodatków uszlachetniających zawiera między innymi dwusiarczek molibdenu;

Ø preparatu eksploatacyjnego o działaniu chemicznym - MOTOR-LIFE.

Badania tribologiczne przeprowadzono na tribometrze T-05 produkcji ITE w Radomiu w skojarzeniu próbka nagniatana - klocek (przeciwpróbka stalowa płaska o twardości 60 HRC) smarowana w każdym przypadku olejem bazowym SN 150. Badania przeprowadzono w dwu etapach:

Etap I - docieranie przy czterech prędkościach obrotowych 60, 120, 180, 240 obr/min. oraz siłach nacisku 30 i 60 N w czasie po 30 s.;

Etap II - badania zasadnicze (bez demontażu skojarzenia trącego) przy prędkości 180 obr./ min. sile nacisku 60 N w czasie 1 godziny.

92

Na rys. 2.74 przedstawiono przykładowy profilogram powierzchni po obróbce poprzedzającej nagniatanie - toczeniu, natomiast w tab.2.6 zmiany chropowatości w procesie w procesie technologicznym obróbki powierzchni oraz po procesie użytkowania (zużycia), przy zastosowaniu na etapie technologicznym kształtowania powierzchni różnych kompozycji smarnych.

Rys.2.73. Odkształcenie nierówności powierzchni w procesie krążkowania naporowego: a) schemat rozmieszczenia sił wewnętrznych i przebieg odkształcenia nierówności, b) schemat modyfikowania warstwy przypowierzchniowej preparatami

eksploatacyjnymi

Tabela 2.8. Wartości zmian chropowatości powierzchni w procesie techno-logicznym obróbki powierzchni oraz po procesie zużycia żeliwa sferoidalnego ferrytyczno - perlitycznego

Rodzaj obróbkilub procesu

Chropowatość powierzchni Ra [µm]Rodzaj kompozycji smarnej

Olej bazowy SN 150

Olej silnikowy TITAN CFE 1040 MC

Preparat eksploatacyjny MOTOR LIFE

toczenie 3,19 ÷3,58 3,19 ÷3,58 3,19 ÷3,58nagniatanie 0,57 ÷ 0,67 0,44 ÷ 0,50 0,46 ÷ 0,55

zużycie 0,45 ÷ 0,55 0.40 ÷ 0,44 0,42 ÷ 0,58

a)

b)

R

Zarys krążka Kierunek posuwu krążka F

Zarys krążka

R

A1

A2 A3

C1

C2

C3

Zarys nierówności poobróbce poprzedzającej

Rz t

B1

B2 B3

zmod

yfik

owan

aw

arst

wa

przy

pow

ierz

chni

owa

prep

arat

em e

kspl

oata

cyjn

ym

93

Z tab. 2.8 oraz rys. 2.75 wynika, że po procesie nagniatania dla wszystkich badanych kompozycji smarnych chropowatość powierzchni jest zbliżona i wynosi Ra = 0,4 ÷ 0,55 µm z tym, że najwyższa występuje przy

zastosowaniu środka smarnego oleju bazowego SN 150 - Ra = 0,57 ÷ 0,67 µm. Przykładowy widok struktury geometrycznej powierzchni po toczeniu i nagniataniu w obecności preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE przedstawia rys.2.76. Po procesie nagniatania (rys.2.76b) widoczna jest wyraźna deformacja wierzchołków nierówności powierzchni (jaśniejsze pola).

W procesie tarcia na powierzchniach współpracujących następuje kształtowanie odmiennej struktury geometrycznej warunkowanej warunkami pracy. Profilogramy powierzchni po procesie tarcia dla różnych warunków smarowania w procesie nagniatania przedstawiona na rys. 2.77. Z rysunku wynika, że w tym przypadku różnice w zakresie nierówności są nieznaczne charakterystyczne dla współpracy węzła tarcia skojarzenia stal/żeliwo.

Wyniki badań właściwości tribologicznych węzłów tarcia w zależności od obciążenia oraz zmiennej prędkości przedstawiono na rys.2.78 ÷ 2.80.Z rys. 2.78 wynika, że siła tarcia korzystniej kształtuje się dla powierzchni nagniatanej w obecności preparatu MOTOR LIFE. W zakresie zmian temperatury węzła tarcia nie stwierdzono istotnych zmian (rys.2.79), natomiast w zakresie temperatury środka smarnego najniższe wartości uzyskano dla próbki nagniatanej w obecności preparatu MOTOR LIFE nieco wyższe dla próbki nagniatanej w obecności oleju silnikowego TITAN CFE 1040 MC a najwyższe dla próbki nagniatanej w obecności oleju bazowego SN 150 (rys.2.80).

Na rys. 2.81 ÷ 2.84 przedstawiono wyniki badań właściwości tribologi-cznych tych samych skojarzeń co poprzednio (bez demontażu węzłów tarcia) lecz przy stałym zadanym obciążeniu P = 30 N oraz prędkości obrotowej n = 360 obr/ min. w czasie t = 1 godziny. Wyniki badań wykazują, że w tym przypadku siła tarcia (rys.2.81) najkorzystniej kształtuje się dla powierzchni nagniatanej w obecności preparatu MOTOR LIFE.

Potwierdzeniem korzystnego oddziaływania preparatu MOTOR LIFE są zmiany temperatury węzła tarcia (rys.2.82) oraz środka smarnego (rys. 2.83). Wyniki badań zużycia (rys.2.84) wykazały, że najmniejsze zużycie nastąpiło dla powierzchni nagniatanej w obecności preparatu MOTOR LIFE, następnie w obecności oleju silnikowego TITAN CFE 1040 MC, a największe dla oleju bazowego SN 150. Badania obszarów zużycia przedstawione na rys.2.85 i 2.86 potwierdziły w/w wyniki badań.

Analiza wyników badań wykazuje, że najkorzystniejszymi właściwoś-

94

ciami tribologicznymi charakteryzuje się powierzchnia nagniatana w obecności preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE.W procesie nagniatania środek smarny dzięki dodatkom smarnym w wyniku sorpcji fizycznej oraz chemisorpcji modyfikuje warstwę przypowierzchnio-wą. Należy przypuszczać, że preparat MOTOR LIFE w procesie nagniatania penetruje również w wydzielenia grafitu, które stają się naturalnymi zbior-nikami, uaktywnia się w procesie tarcia, polepszając właściwości tribologiczne węzła tarcia.

Przeprowadzone badania wykazały możliwość konstytuowania własności technologicznej warstwy wierzchniej poprzez stosowanie związków chemicznych bądź preparatów eksploatacyjnych w procesie nagniatania żeliwa a prawdopodobnie i stali. Poprzez modyfikowanie warstwy przypowierzchniowej polepszają się własności tribologiczne węzła tarcia - mniejszy współczynnik tarcia oraz mniejsze zużycie. Przeprowadzone badania wstępne nie rozwiązują problemu badawczego.

Rys.2.74. Przykładowy profilogram powierzchni po procesie toczenia żeliwa sferoidalnego ferrytyczno - perlitycznego (obróbka poprzedzająca nagniatanie).

Warunki obróbki: f = 0,21 mm/obr., a = 0,5 mm, n = 910 obr/min., narzędzie- nóż NNZa 25x25 S10

a) b)

95

c)

Rys.2.75. Profilogramy powierzchni po procesie nagniatania żeliwa sferoidalnego ferrytyczno - perlitycznego w obecności różnych kompozycji smarnych: a) oleju

bazowego SN 150, b) oleju silnikowego TITAN CFE 1040 MC, c) preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE. Warunki obróbki: fn=0,21 mm/obr., P = 2 000 N, n

= 450 obr/min.

a) b)

Rys.2.76. Mikrofotografia powierzchni żeliwa sferoidalnego ferrytyczno - perlitycznego: a) po procesie toczenia, b) po procesie nagniatania w obecności

preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE. Powiększenie 100x

a) b)

96

c)

Rys.2.77. Profilogramy powierzchni po badaniach zużycia żeliwa nagniatanego w obecności: a) oleju bazowego SN 150, oleju silnikowego TITAN CFE 1040 MC, c)

preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE

0,000

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96czas [s]

Siła

tarc

ia [d

aN]

SN 150TITANMOTOR LIFE

Rys.2.78. Przebieg zmienności siły tarcia w zależności od prędkości i obciążenia węzła tarcia dla żeliwa po nagniataniu w obecności: oleju bazowego SN 150, oleju silnikowego TITAN CFE 1040 MC oraz preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE

97

18,000

23,000

28,000

33,000

1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92

Czas [s]

Tem

pera

tura

[oC] SN 150

T IT AN

MOT OR LIFE

Rys.2.79. Przebieg zmienności temperatury w węźle tarcia w zależności od prędkości i obciążenia węzła tarcia dla żeliwa po nagniataniu w obecności: oleju bazowego SN

150, oleju silnikowego TITAN CFE 1040 MC oraz preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE

19,000

21,000

23,000

25,000

27,000

29,000

1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96

Czas [s]

Tem

pera

tura

[oC

]

SN 150

TITAN

MOTOR LIFE

Rys.2.80. Przebieg zmienności temperatury środka smarnego w zależności od prędkości i obciążenia węzła tarcia dla żeliwa po nagniataniu w obecności: oleju

bazowego SN 150, oleju silnikowego TITAN CFE 1040 MC oraz preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE

98

Rys.2.81. Przebieg zmienności siły tarcia występujących w węźle tarcia - stal/żeliwo sferoidalne ferrytyczno - perlityczne po nagniataniu. Rodzaj smarowania w procesie nagniatania: olej bazowy SN 150, olej silnikowy TITAN CFE 1040 MC,

preparat eksploatacyjny MOTOR LIFE

Rys.2.82. Przebieg zmienności temperatury węzła tarcia w zależności od zadanej prędkości i obciążenia węzła tarcia stal/żeliwo sferoidalne ferrytyczno - perlityczne po nagniataniu. Rodzaj smarowania w procesie nagniatania: olej bazowy SN 150,

olej silnikowy TITAN CFE 1040 MC, preparat eksploatacyjny MOTOR LIFE

18,0

23,0

28,0

33,0

38,0

43,0

48,0

1 22 43 64 85 106 127 148 169 190 211 232 253 274 295 316 337 358 379 400 421 442 463

Czas [s]

Tem

para

tura

[oC

] SN 150TITANMOTOR LIFE

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

10,5

1 22 43 64 85 10 12 14 16 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 40 42 44 46

Czas [s]

Tem

pera

tura

[oC]

SN150TITANMOTOR LIFE

99

Rys.2.83. Przebieg zmienności temperatury oleju występującej w węźle tarcia stal/żeliwo sferoidalne ferrytyczno - perlityczne po nagniataniu. Rodzaj smarowania w procesie nagniatania: olej bazowy SN 150, olej silnikowy TITAN CFE 1040 MC,

preparat eksploatacyjny MOTOR LIFE

Rys.2.84. Wyniki badań zużycia stali we współpracy z żeliwem przy zastosowaniu różnych środków smarnych w procesie nagniatania

0

0,05

0,1

0,15

0 ,2

Zuży

cie

[mm

3]

olej bazow y SN 150

olej silnikow y Titan

Motor Life

18,0

23,0

28,0

33,0

38,0

1 43 85 127

169

211

253

295

337

379

421

463

Czas [s]

Tem

pera

tura

[oC

]

SN 150TITANMOTOR LIFE

100

a)

b)

c)

Rys.2.85. Profilogramy powierzchni śladów zużycia stali we współpracy z żeliwem nagniatanym w obecności: a) oleju bazowego SN 150, b) oleju silnikowego

TITAN CFE 1040 MC, c) preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE

101

a)

b)

Rys.2.86. Obraz powierzchni obrazujący ślady zużycia stali we współpracy z żeliwem nagniatanym w obecności: a) oleju bazowego SN 150, b) oleju silnikowego

TITAN CFE 1040 MC, c) preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE

102

W dalszych badaniach należy uwzględnić inne dodatki smarne bądź preparaty eksploatacyjne. Przy użyciu mikroskopii elektronowej oraz spektrofotometrii należy przeanalizować zmiany zachodzące w warstwie przypowierzchniowej oraz mechanizmy działania preparatów eksploata-cyjnych. Badania w tym zakresie są kontynuowane w Zakładzie Obróbki Ubytkowej i Eksploatacji Maszyn Uniwersytetu Zielonogórskiego.

3. PODSUMOWANIE

Węzły tarcia są podstawowymi systemami w maszynach i urządzeniach decydujących o trwałości i niezawodności ich działania. O jakości węzłów tarcia decydują czynniki materiałowe, konstrukcyjne, technologiczne oraz eksploatacyjne. Spośród czynników eksploatacyjnych, jednym z najważ-niejszych to warunki smarowania - intensywność smarowania oraz jakość środka smarnego.

Celem niniejszego opracowania było wykazanie jak przykładowy preparat eksploatacyjny MOTOR LIFE o działaniu chemicznym wpływa na poprawę warunków smarowania i związane z tym efekty eksploatacyjne maszyn i pojazdów.

Badania laboratoryjne i eksploatacyjne wykazały, że w wyniku modyfi-kowania warunków pracy (smarowania) węzłów tarcia preparatem eksploata-cyjnym MOTOR LIFE następuje:

Ø polepszenie własności smarnych badanych olejów - wzrost odpor-ności na zużycie (zwiększenie obciążenia zespawania Pz i wskaźnika zużycia pod obciążeniem Ih), oraz zwiększenie trwałości warstwy granicznej (wzrost obciążenia niezacierającego Pn i obciążenia zacierającego Pt). Należy nadmienić, że dotyczy to wszystkich bada-nych olejów, zarówno mineralnych (w tym zawierających dodatki EP) jak i syntetycznych. Prawidłowością jest, że im gorszy olej (o niskich własnościach smarnych) tym lepsze efekty modyfikacji - polepszenie własności smarnych i przeciwzużyciowych;

Ø polepszenie własności smarnych badanych olejów w wyniku modyfi-kacji preparatem eksploatacyjnym MOTOR LIFE potwierdzone zostało w warunkach eksploatacyjnych. Olej silnikowy CE/SF SAE 15W/40 w całym zakresie eksploatacji tzn. od momentu zalania olejem silnika do momentu wymiany oleju (przebieg autobusu ∼ 20 000 km) posiadał lepsze własności smarne, efektem czego był mniejszy prąd rozruchu (mniejsze opory ruchu w węzłach tarcia silnika) oraz mniejsze zużycie (mniejsza zawartość żelaza w oleju);

103

Ø poprawa parametrów technicznych silnika - wzrost ciśnienia na poszczególnych cylindrach oraz zmniejszenie zadymienia. Zasadą jest, że czym gorszy stan skojarzenia tuleja - tłok/pierścienie, tym większy przyrost ciśnienia;

Ø obniżenie głośności pracy węzłów tarcia o ∼ 4dB, oraz zmniejszenie zapotrzebowania mocy o ∼ 4%.

Potwierdzeniem korzystnego oddziaływania preparatu eksploatacyjnego MOTOR LIFE są wyniki badań własności smarnych przeprowadzone na oleju silnikowym IBIS HPDO SAE40 czystym jak również eksploatowanym w warunkach dołowych kopalni miedzi. Stwierdzono, że modyfikowanie oleju badanym preparatem polepsza własności smarne zarówno w zakresie odporności na zużycie oraz minimalizacje oporów tarcia (większa trwałość warstwy granicznej. Należy przypuszczać, że zwiększy się trwałość węzłów tarcia oraz czasokres wymiany oleju.

Należy nadmienić, że modyfikowania warunków smarowania nie wpływa w sposób zasadniczy na badane własności reologiczne oleju tj. lepkość kinematyczną oraz liczbę zasadową.

Korzystne oddziaływanie preparatu MOTOR LIFE potwierdzone zostało w procesie skrawania - mniejsze opory skrawania, mniejsza chropowatość powierzchni oraz mniejsze zużycie narzędzia skrawającego.

Wykorzystanie preparatu MOTOR LIFE w procesie konstytuowania technologicznej warstwy wierzchniej przez nagniatanie potwierdziło jego korzystne oddziaływania na skojarzenia trące - mniejsze zużycie oraz mniejsze opory ruchu.

Przedstawione powyżej korzyści wynikające ze stosowania preparatu MOTOR LIFE wynikają z jego mechanizmu działania na warstwy przypowierzchniowe współpracujących elementów węzła tarcia. Dipolowe cząsteczki preparatu MOTOR LIFE doprowadzone za pośrednictwem oleju do powierzchni trących powodują (w wyniku adsorpcji fizycznej oraz chemi-sorpcji) wytworzenie na nich dodatkowej zastępczej warstwy granicznej (wzmocnienie trwałości warstwy granicznej powstałej w wyniku stosowania oleju handlowego). Wytworzona nowa warstwa graniczna zdolna jest do przeniesienia większych obciążeń dynamicznych i temperaturowych.

W wyniku przeprowadzonych badań nie stwierdzono przeciwwskazań w stosowaniu preparatu MOTOR LIFE w modyfikowaniu warunków pracy węzłów tarcia.

Zastosowanie preparatu MOTOR LIFE do modyfikowania warunków pracy węzłów tarcia szczególnie w ciężkich warunkach pracy (transport, górnictwo budownictwo i inne) przyniesie znaczne efekty ekonomiczne (mniejsze zużycie paliwa i oleju, zwiększenie czasokresu wymiany oleju i

104

inne) oraz wpłynie na zwiększenie trwałości i niezawodności ich działania. Ważnym czynnikiem jest problem ochrony środowiska - zmniejszenie zadymienie oraz obniżenie poziomu hałasu.

LITERATURA

[1] Baczewski K. i inni: LEKSYKON - Samochodowe paliwa, oleje i smary. Wyd. WKŁ Warszawa 1993;

[2] Baczewski K., HebdaM.: Filtracja płynów eksploatacyjnych t. 1 i 2. Wyd. MCNEM Radom 1992;

[3] Białka Z.: Badania dodatków eksploatacyjnych. Paliwa, Oleje i Smary w Eksploatacji, nr 69/2000;

[4] Białka Z., Kędzierski K.: Ocena wybranych korektorów zastosowanych do olejów smarowych. Konferencja POLTRIB′90. Białobrzegi 1997;

[5] Dudek A.: Oleje smarowe Rafinerii Gdańskiej S.A. Oficyna Wydawnicza „KAMET” 1994;

[6] Garkunov D.N.: Effect der Verschleiβlosgkeit - eine neue Etappe bei der Verbesserung des Verschleiβlosigkeit von Maschinenelementen. Schmierungstechnik, nr 3/87;

[7] Гаркунов Д.Н.: Триботехника. Машиностроение, 1985 . [8] Hebda M., Wachal A.: Tribologia. Wyd. WNT Warszawa 1980;

Физические и тепловые процессы в технологических системах. Минск, Вышэйшая школа, 1990

[9] Jóźwicki B., Włostowska E.: Możliwości zmniejszenia strat energii dzięki olejom silnikowym i przekładniowym. Paliwa, Oleje i Smary w Eksploatacji, nr 69/2000;

[10] Katalog produktów naftowych cz. I i II. PETROCHEMIA - KAW - Kraków 1980;

[11] Kłopocki J., Sikora J., Majewski W.: Wpływ dodatków uzupełniających na właściwości tribologiczne wybranych olejów smarowych. Journal of KONES, Internal Combustion Engines Vol.2, Warsow-Poznań , 5-8 september 1995;

[12] Крагиельский И.В., Алисин В.В. и др. Трение изнашивание u смазка. - М.: Машиностроение, 1978;.

[13] Laber A.: Badania wpływu dodatków niskotarciowych na głośność pracy maszyn i pojazdów. Materiały z Zebrania Plenarnego Sekcji Podstaw Eksploatacji Komitetu Budowy Maszyn PAN. Zielona Góra 1998. (str.85÷94);

105

[14] Laber S., Laber A.: Badania wpływu niekonwencjonalnych dodatków nisktarciowych na trwałość warstwy granicznej oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40. Materiały konferencji n.t. Problemy niekonwencjonalnych układów łożyskowych. Sekcja Podstaw Eksploatacji KBM PAN, Polskie Towarzystwo Tribologiczne, Politechnika Łódzka, Łódź -1997;

[15] Laber St., Laber A.: Modyfikowanie warunków pracy węzłów tarcia niekonwencjonalnymi dodatkami niskotarciowymi - praca nie publi- kowana;

[16] Laber St., Laber A.: Badania właściwości smarnych i tarciowo-zużycio-wych oleju silnikowego SELECTOL-SPECJAL SD SAE 20W/40 modyfikowanego dodatkami MOTOR-LIFE oraz FIN-25.Sprawozdanie z badań. WSInż. Zielona Góra 1955;

[17] Laber S., Laber A.: Modyfikowanie warunków pracy przekładni zębatych niekonwencjonalnym dodatkiem niskotarciowym MOTOR-LIFE. Materiały XXII Jesiennej Szkoły Tribologicznej. Gliwice - Ustroń.1988 (str. 173-178);

[18] Laber S., Laber A.: Modyfikowanie warunków pracy węzłów tarcia niekonwencjonalnymi dodatkami smarnymi - mechanizmy działania. Materiały z Zebrania Plenarnego Sekcji Podstaw Eksploatacji Komitetu Budowy Maszyn PAN. Zielona Góra 1998 (str.17÷38);

[19] Laber S., Laber A.: Modyfikowanie warunków pracy łożysk ślizgowych silników spalinowych niekonwencjonalnymi dodatkami smarnymi. Materiały z Zebrania Plenarnego Sekcji Podstaw Eksploatacji Komitetu Budowy Maszyn PAN. Zielona Góra 1998 (str.39÷46);

[20] Laber S., Laber A., Niedziela A.: Ocena zmian w procesie eksploatacji wybranych własności oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 modyfikowanego dodatkiem niskotarciowym MOTOR-LIFE. TRIBOLOGIA nr.6/1999 (str.901÷910);

[21] Laber S.: Analiza współzależności pomiędzy stanem warstwy wierzchniej a właściwościami użytkowymi żeliwnych elementów maszyn obrabianych nagniataniem. Monografia 32/85, WSInż. Zielona Góra 1985;

[22] Lawrowski Z.: Technika smarowania. Wyd. PWN Warszawa 1996; [23] Lawrowski Z.: TRIBOLOGIA - tarcie, zużycie i smarowanie. Wyd. PWN

Warszawa 1996; [24] Łuksa A., Witkoś A.: Dodatki uszlachetniające do olejów smarowych.

Paliwa, Oleje i Smary w Eksploatacji, nr 19/1995;[25] Marczak R., Burakowski T.: Eksploatacyjna warstwa wierzchnia i jej

badanie. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn, z.3 (103) 1995;

106

[26] Marczak R.: Postęp w badaniach zjawiska Garkunowa. Materiały konferencji "Problemy bezzużyciowego tarcia w maszynach". Wydaw. WSI Radom, maj 1993;

[27] Marczak R.: Istota, model i możliwości wykorzystania zjawiska Garkunowa w technice. Materiały Konferencyjne nt. Problemy niekonwencjonalnych układów łożyskowych. Łódź 1955;

[28] Mc Fall D.: Dwugłos na temat dodatków wspomagających do olejów. Paliwa, Oleje i Smary w Eksploatacji, nr 69/2000;

[29] Michałowska J. Paliwa oleje smary. Wyd. WKiŁ Warszawa 1973; [30] Puzyna Cz.: Zwalczanie hałasu w przemyśle - zasady ogólne. WNT

Warszawa 1974;[31] Pytko S.: Podstawy tribologii i techniki smarowniczej. Wyd. AGH

Kraków 1984. [32] Pytko S.: Problemy smarowania w procesach obróbki skrawaniem.

MECHANIK nr 9/1989; [33] Usni E., Shirakasi T.: Analitical Prediction of Cutting Tool Wear. Wear,

Celebration Volume 100 - 1985;[34] Wiślicki B., Korycki J., Gutkowski J.: Laboratoryjne badania własności

smarnych olejów z dodatkami PTFE. Tribologia 5/1991;[35] Zwierzycki W.: Zagadnienia apriorycznej oceny trwałości węzłów tarcia

ślizgowego. Wyd. Politechnika Poznańska - 1990; [36] Yuh-Hwang Tsao, Kin Kin N, Zang: Model for Mixed Lubrication. ALSE

Transaction 1975, vol. 18, No.2.

107

Documents

Stanisław LABER