Закономерности изнашивания смазываемых деталей при эксплуатации в режиме "пуск-стоп"

Для режима испытаний, где 15 мин - динамический контакт, 5 мин - статический контакт и непрерывного режима трения, характерно постепенный рост коэффициента трения с увеличением нагрузки.

При малых нагрузках коэффициент трения мал, так как с уменьшением нагрузки уменьшается число молекул, выдавливаемых из зоны контакта. Более «толстым» становится смазочный слой, и меньшее число выступов вступают в непосредственный контакт. С увеличением нагрузки наблюдался постепенный рост коэффициента трения связанного с выдавливанием масла из узла трения.

Рост коэффициента трения связан с тем, что уменьшается число слоев в граничной пленке и в контакт вступают неровности, которые были разделены граничным слоем. При высоких нагрузках увеличивается давление на пятнах контакта. В итоге происходит разрушение граничного слоя и образование мостиков сварки между выступами. Это приводит к увеличению температуры на пятнах контакта, что ускоряет процесс разрушения граничного слоя и, соответственно, образование большего количества площадок металлического контакта, вследствие чего, коэффициент трения резко возрастает.

При увеличении нормальной нагрузки толщина граночного слоя уменьшается, однако по мере уменьшения граночного слоя его сопротивление действию внешней нагрузке возрастает. Увеличивается с нагрузкой и сопротивление граночного слоя сдвигу. Это обусловлено в основном более прочной связью мономолекулярного и прилегающих к нему слоев по сравнению с верхними слоями, удаленными от поверхности твердого тела. На коэффициент трения оказывает влияние скорость.

Таблица 9

Значения коэффициента трения при различных режимах нагружения

N, МПа	f
	15-5	15-2	5-2	непрерывно
	v= 1 м/с
2	0,215	0,175	0,14	0,19

По данным таблицы построим график зависимости коэффициента трения от нагрузки при различных режимах нагружения, где линиями будет показана зависимость при v = 0,5 м/с, а точками - зависимость при v = 1 м/с.

При скорости 0,5 м/с коэффициент трения принимает значения близкие к 0,1-0,01, даже если ролик обильно смазывается, ролик находится в масляной ванне. Причина в том, что объем подаваемой роликом в зону трения смазочной жидкости, меньше объема жидкости, вытекающей из этой зоны. В результате между роликом и частичным вкладышем образуется смазочный слой, толщина которого меньше суммарной высоты неровностей поверхностей сопрягаемых тел, и реализуется непосредственный контакт выступов, т.е. обеспечивается граничное трение.

Рисунок 13 - график зависимости коэффициента трения от нагрузки при различных режимах нагружения, линии - v = 0,5 м/с, точки -v = 1 м/с:

1,1' - режим испытаний: 15 мин - динамический контакт, 5 мин - статический контакт; 2, 2' - режим испытаний: 15 мин - динамический контакт, 2 мин - статический контакт; 3,3' - режим испытаний: 5 мин - динамический контакт, 2 мин - статический контакт; 4,4' - режим испытаний: динамический контакт - непрерывно

При скорости 1 м/с наблюдается повышение коэффициента трения. С одной стороны, при увеличении скорости образуется более толстый смазочный слой, который полностью разделяет поверхности выступов сопрягаемых тел, следовательно, коэффициент трения будет снижаться. С другой стороны при увеличении скорости возрастает температура, которая способствует падению вязкости смазочного материала. Увеличение температуры вызывает снижение межмолекулярного взаимодействия и сопротивления смазочного слоя сдвигу. Это приводит к тому, что поверхности выступов сопрягаемых тел во время трения будут соприкасаться, а это ведет росту коэффициента трения. При контактном давлении 2 МПа второй фактор оказывает большее воздействие на процесс трения вкладыша по ролику. В результате коэффициент трения при большей скорости возрастает. Данная закономерность подтверждается рисунком 14, на котором изображена зависимость температуры от нагрузки при различных режимах нагружения, где точками показаны значения температуры при скорости равной 1 м/с.

На коэффициент трения большое значение оказывает температура, от которой напрямую зависит вязкость масла. Температура оказывает наиболее существенное влияние на вязкость, а, следовательно, и на трение, так как способствует адсорбции или десорбции граничных слоев и изменяет их свойства.



Таблица 10

Значения температуры при различных режимах нагружения

N, МПа	T,С
	15-5	15-2	5-2	непрерывно
	v = 0,5 м/с
1	34	32	33	31
1,5	35	34	34	55
2	38	32	36	67
2,5	78	42	71	72
	v = 1 м/с
2	101	111	71	115

Рисунок 14 - График зависимости температуры от нагрузки при различных режимах нагружения, линии - v = 0,5 м/с, точки -v = 1 м/с

1,1' - режим испытаний: 15 мин - динамический контакт, 5 мин - статический контакт; 2,2' - режим испытаний: 15 мин - динамический контакт, 2 мин - статический контакт; 3,3' - режим испытаний: 5 мин - динамический контакт, 2 мин - статический контакт; 4,4' - режим испытаний: динамический контакт - непрерывно

По данным таблицы построили график зависимости температуры от нагрузки при различных режимах нагружения, где линиями будет показана зависимость при v = 0,5 м/с, а точками - зависимость при v = 1 м/с.

На графике видно, что с увеличением нагрузки возрастает температура в зоне контакта, а это приводит к уменьшению вязкости. Вязкость масла влияет на толщину масляной пленки, которая образуется между трущимися поверхностями. Чем выше вязкость масла, тем больше толщина масляной пленки. Это объясняется тем, что по мере увеличения вязкости увеличивается связь между молекулами жидкости. В результате увеличивается число продавливаемых через зазор молекул, то есть растет толщина слоя жидкости, уменьшается число контактирующих выступов и, как следствие, коэффициент трения тоже уменьшается.

Чем ниже вязкость, тем меньше толщина масляной пленки. Это происходит из-за того, что при малом значении динамической вязкости связь между молекулами жидкости мала и при вращении деталей друг относительно друга молекулы жидкости могут отрываться от молекул, адсорбированных на поверхности детали, не доходя до контактной площадки. Это не обеспечивает их продавливание через зазор, и поэтому число контактирующих выступов поверхности твердых тел, а, следовательно, и коэффициент трения резко возрастает.

3.2 Закономерности изнашивания бронзового вкладыша

Испытания проводились при скоростях 0,5 м/с и 1 м/с в режимах «пуск - стоп» и при непрерывном режиме. Задаваемые нагрузки: 1; 1,5; 2; 2,5 МПа. Результаты испытаний представлены в таблице 11.

Таблица 11

Значения интенсивности изнашивания при различных режимах нагружения

N, МПа	Ih, гр. 10-8
	15-5	15-2	5-2	непрерывно
	v = 0,5 м/с
1	0,00152	0,0709	0,0717	0,00152
1,5	0,00305	0,00915	0,0419	0,319
2	0,0625	0,0313	0,162	0,803
2,5	0,35	0,61	0,452	0,893
	v= 1 м/с
2	0,0629	0,0344	0,0877	1,03

Рисунок 15 - График зависимости интенсивности изнашивания от нагрузки при различных режимах нагружения, линии - v = 0,5 м/с, точки - v = 1 м/с

1,1' - режим испытаний: 15 мин - динамический контакт, 5 мин - статический контакт; 2,2' - режим испытаний: 15 мин - динамический контакт, 2 мин - статический контакт; 3,3' - режим испытаний: 5 мин - динамический контакт, 2 мин - статический контакт; 4,4' - режим испытаний: динамический контакт - непрерывно

По данным таблицы построили график зависимости интенсивности изнашивания от нагрузки при различных режимах нагружения, где линиями будет показана зависимость при v = 0,5 м/с, а точками - зависимость при v = 1 м/с.

На графике видно увеличение интенсивности изнашивания по мере увеличения нагрузки. Это вызвано изменением таких факторов как температура контактируемых поверхностей и уменьшение вязкости смазывающего материала.

С увеличением нагрузки увеличивается давление на пятнах контакта и площадь этих пятен, поэтому возрастает число и прочность мостиков сварки, следовательно, возрастает и число повреждений. Это приводит к росту интенсивности изнашивания. При дальнейшем увеличении нагрузки атомы сопрягаемых поверхностей сближаются до такого расстояния, что между ними возникает взаимодействие, которое приводит к образованию большого числа мостиков сварки. Поэтому интенсивность изнашивания возрастает более интенсивно.

Наибольшее значение на интенсивность изнашивания оказывает адгезионный вид изнашивания. Интенсивность адгезионного изнашивания зависит от нагрузочно-скоростных режимов, температуры, природы материалов трущихся тел и свойств окружающей среды.

С увеличением нагрузки интенсивность изнашивания быстро возрастает, а в области больших нагрузок эта зависимость усиливается. Это связано с ростом числа и размеров адгезионных связей между трущимися деталями. При высоких нагрузках заметно повышается температура и как следствие увеличиваются не только число и размеры мостиков сварки, но и их прочность. Происходит интенсивный перенос менее прочного материала на поверхность сопрягаемой детали, повышается вероятность перехода к катастрофическому изнашиванию и заеданию.

С ростом температуры активность металла резко возрастает, увеличиваются число и размеры адгезионных мостиков сварки.

При непрерывном режиме интенсивность изнашивания больше, чем при режиме «пуск-стоп». Это связано с тем, что при режиме «пуск-стоп» во время остановки детали успевают немного остыть и их температура снижается, а при непрерывно режиме температура все время растет и может достигать температуры плавления металла. Находясь в состоянии локального расплава, сопрягаемые детали легко образуют прочные адгезионные соединения, что и обеспечивает высокую интенсивность изнашивания.

Еще одним из ведущих видов изнашивания в режиме «пуск-стоп» является усталостное. Повышение нормальной нагрузки сопровождается увеличением контактных деформаций и доли пластической деформации материала поверхностного слоя, что увеличивает вероятность необратимого смещения атомов (макромолекул или их сегментов), образования микродефектов и ускоряет рост микротрещин усталости. Кроме того, влияние нагрузки на интенсивность изнашивания осуществляется посредством силы трения и температуры.

Так, увеличение нагрузки приводит к росту температуры в зоне трения и изменению свойств материала поверхностного слоя. Следствием этого является снижение сопротивления материала усталостному изнашиванию.

Увеличение интенсивности изнашивания происходит и в результате возникновения на определенной и примерно постоянной глубине остаточных напряжений, вызванных скоплением дислокаций, под воздействием другой детали, работающей в режиме скольжения.

Поверхность вкладыша после адгезионного и усталостного изнашивания представлен на рисунке 16.

Рисунок 16 - Поверхность вкладыша после изнашивания

Сопутствующим видом изнашивания является окислительное. С увеличением нагрузки возрастает вероятность разрушения оксидной пленки выступами сопрягаемой детали. Это повышает долю адгезионного изнашивания и как следствие способствует росту интенсивности изнашивания. При дальнейшем увеличении нагрузки увеличивается температура. Это способствует образованию толстых оксидных пленок, которые легко разрушаются выступами контртела. Это способствует увеличению интенсивности изнашивания.

3.3 Влияние режимов нагружения на массовый износ вкладыша и ролика

Испытания проводились при скоростях 0,5 м/с и 1 м/с в режимах «пуск - стоп» и при непрерывном режиме. Прикладываемая нагрузка 2 МПа. Результаты испытаний представлены в таблицах 12, 13, 14, 15.

Таблица 12

Массовый износ ролика и вкладыша после испытания в режиме «пуск-стоп»: 15 мин динамический контакт, 5 мин - статический

Давление 2 МПа
Скорость скольжения, м/с	Массовый износ (потеря массы), гр. (10-5)
	вкладыш	ролик
0,5	0,41	-0,09
1	0,595	0,685

Таблица 13

Массовый износ ролика и вкладыша после испытания в режиме «пуск-стоп»: 15 мин динамический контакт, 2 мин - статический

Давление 2 МПа
Скорость скольжения, м/с	Массовый износ (потеря массы), гр. (10-5)
	вкладыш	ролик
0,5	0,205	-0,035
1	0,325	-0,26

трение деталь смазочный присадка



Таблица 14

Массовый износ ролика и вкладыша после испытания в режиме «пуск-стоп»: 5 мин динамический контакт, 2 мин - статический

Давление 2 МПа
Скорость скольжения, м/с	Массовый износ (потеря массы), гр. (10-5)
	вкладыш	ролик
0,5	1,06	0,01
1	0,83	0,445

Таблица 15

Массовый износ ролика и вкладыша после испытания при непрерывном режиме

Давление 2 МПа
Скорость скольжения, м/с	Массовый износ (потеря массы), гр. (10-5)
	вкладыш	ролик
0,5	5,26	-1,7
1	9,76	-0,96

Результаты проведённых испытаний позволяют нам сделать следующие выводы. Исходя из данных полученных таблиц, на которых прослеживается зависимость массового износа от изменения скорости, можно сказать, что пара трения работала в условиях полужидкостного (смешанного) трения, при котором трущиеся тела в основном разделены смазочным слоем, но отдельные наиболее высокие неровности контактирующих поверхностей могут вступать в непосредственный контакт. Данному виду трения соответствует участок 2 на диаграмме Герси-Штрибека, графически показывающей переход от трения без смазочного материала к граничному трению и выход на гидродинамический режим.

По данным таблиц видно, что при непрерывной работе массовый износ при одних и тех же режимах на порядок выше, чем в режиме «пуск - стоп». Это можно объяснить следующими факторами. Во время непрерывного трения происходит постоянный рост температуры в зоне контакта. Это приводит к тому, что между атомами сопрягаемых тел возникает взаимодействие, в результате чего могут образовываться прочные мостики сварки, разрушение которых ведет к вырыванию материала одного из сопрягаемых тел. В результате роста температуры вязкость смазочного материала уменьшается. В результате уменьшения вязкости, можно предположить, что количество молекул жидкости продавливаемых через зазор уменьшается, что ведет к уменьшению толщины смазочной пленки и нарушению ее сплошности, а, следовательно, количество пятен контактов выступов сопрягаемых тел значительно возрастает. О том, что толщина смазочной пленки уменьшается свидетельствует рисунок 17.

Рисунок 17 - Режим испытаний: динамический контакт - непрерывно. При нагрузке 2 МПа, скорость 0,5 м/с.

Таблица 16

Значения контактного сопротивления в зависимости от режима испытания

Продолжительность испытаний 120 мин (динамический контакт)	Значения контактного сопротивления Rс, Ом
10	10,36364
20	19
30	56,7891
40	70,42857
50	82,33333
60	82,33333
70	82,33333
80	82,33333
90	82,33333
100	82,33333
110	70,42857
120	70,42857

На рисунке видно, что контактное сопротивление Rc, а, следовательно, и толщина смазочной пленки постепенно увеличивается, достигая своего установившегося значения. После того как время испытаний достигло 100 мин, контактное сопротивление начинает падать. К этому времени температура сопрягаемых тел и смазочного материала достигла высоких значений, при которых вязкость, а, следовательно, и сплошность смазочной плёнки начинают снижаться. При нарушении сплошности плёнки под действием нагрузки может наблюдаться сваривание материала на пятнах контакта. Это результат адгезионного изнашивания. Так же значительный вклад будут вносить такие виды изнашивания как абразивное (частицы износа в смазочном материале), и усталостное. Сопутствующим видом изнашивания будет окислительное, так как смазочный материал содержит кислород. Полученные результаты исследований изнашивания показывают, что потеря массы ролика имеют отрицательное значение. Это связанно с тем, что при трении материал вкладыша переносится на поверхность ролика. Для всех режимов «пуск-стоп» это результат адгезионного изнашивания. Сопутствующим видом изнашивания является усталостное. Поверхность ролика после изнашивания представлена на рисунке 18.

Рисунок 18 - Поверхность ролика после изнашивания

Это можно объяснить следующими факторами. После остановки привода машины трения смазочный материал под действием нагрузки вытекает из зоны контакта. Это видно на графиках 19, 20, 21.

Рисунок 19 - Режим испытаний: 15 мин - динамический контакт, 5 мин - статический контакт. При нагрузке 2 МПа, скорость 0,5 м/с

Таблица 17

Значения контактного сопротивления в зависимости от режима испытания

Режим испытаний: 15 мин - динамический контакт; 5 мин - статический контакт	Значения контактного сопротивления Rс, Ом
15	4,10204
5	0,00604
15	7,62069
5	0,00806
15	10,90476
5	0,00402
15	13,70588
5	0,002
15	14,625
5	0,002
15	20,73913
5	0,00402
15	20,73913
5	0,00402
15	20,73913

Рисунок 20 - Режим испытаний: 15 мин - динамический контакт, 2 мин - статический контакт. При нагрузке 2 МПа, скорость 0,5 м/с

Таблица 18

Значения контактного сопротивления в зависимости от режима испытания

Режим испытаний: 15 мин - динамический контакт; 2 мин - статический контакт	Значения контактного сопротивления Rс, Ом
15	6,14286
2	0,0142
15	11,82051
2	0,00806
15	44,45455
2	0,0142
15	82,33333
2	0,01626
15	124
2	0,01833
15	124
2	0,01626
15	124
2	0,01626
15	124



Рисунок 21 - Режим испытаний: 5 мин - динамический контакт, 2 мин - статический контакт. При нагрузке 2 МПа, скорость 0,5 м/с

Таблица 19

Значения контактного сопротивления в зависимости от режима испытания

Режим испытаний: 5 мин - динамический контакт; 2 мин - статический контакт	Значения контактного сопротивления Rс, Ом
5	8,25926
2	0,01215
5	26,77778
2	0,01215
5	30,25
2	0,00806
5	34,71429
2	0,02041
5	44,45455
2	0,0101
5	54,55556
2	0,01215
5	70,42857
2	0,00806
5	99
2	0,01626
5	99
2	0,0101
5	99
2	0,02041
5	99
2	0,0101
5	99
2	0,0142
5	99
2	0,01833
5	99
2	0,01626
5	99
2	0,02249
5	99
2	0,01215
5	99
2	0,0395
5	99
2	0,02041
5	99
2	0,0101
5	99
2	0,02669
5	99
2	0,02881
5	99
2	0,01215
5	99
2	0,02249
5	99

По значениям контактного сопротивления Rc можно судить о толщине смазочного слоя между трущимися поверхностями. Во время динамического контакта ролика относительно частичного вкладыша видно возрастание контактного сопротивления, что свидетельствует о том, что толщина смазочного слоя между трущимися поверхностями увеличилась. Во время статического контакта контактное сопротивление, а, следовательно, и толщина смазочного слоя падают, что позволяет некоторым выступам продавливать оставшуюся масляную плёнку и внедряться в объём другого тела. При нарушении сплошности плёнки под действием нагрузки между атомами сопрягаемых тел может возникать взаимодействие, что ведет к образованию мостиков сварки. Во время пуска происходит разрушение мостиков сварки. Это разрушение идет по объему менее прочного материала. Частицы этого материала переносятся на более твердую поверхность и раскатываются по ней.

При непрерывном движении происходит рост температуры. Значение температуры достигает высоких значений, в результате чего начинается плавление материала вкладыша. Это обеспечивает перенос материала вкладыша на поверхность ролика.

При сравнении результатов испытаний образцов в режиме непрерывного трения и прерывистого видно, что при одних и тех же режимах нагружения износ при непрерывном режиме значительно больше.

3.4 Трение и изнашивание пары бронза - сталь при охлаждении смазочного материала

Испытания проводились при v= 1 м/с и нагрузке 2 МПа в режиме «пуск - стоп» и при непрерывном движении. Во время эксперимента смазочный материал перемешивался. Это проводилось для того, чтобы снизить температуру смазочного материала и, следовательно, уменьшить температуру поверхностей трущихся тел. Во время перемешивания верхний нагретый слой смазочного материала смешивался с нижним охлажденным слоем жидкости и таким образом общая температура смазочного материала снижалась. Данные представлены в таблице 20.

Таблица 20

Значения температуры для различных режимов нагружения при перемешивании смазочного материала

N, МПа	Т, С
	15-5	15-2	5-2	непрерывно
	v = 1 м/с (с перемешиванием)
2	37	54	41	105
N, МПа	v = 1 м/с (без перемешивания)
2	101	111	71	115

Предполагалось, что при снижении температуры смазочного слоя и поверхности трущихся тел так же снизятся, коэффициент трения и интенсивность изнашивания. Однако результаты таблиц 21 и 22 показывают, что коэффициент трения и интенсивность изнашивания возросли, по сравнению с испытаниями без перемешивания.

Таблица 21

Значения коэффициента трения для различных режимов нагружения при перемешивании смазочного материала

N, МПа	f
	15-5	15-2	5-2	непрерывно
	v = 1 м/с (с перемешиванием)
2	0,22	0,183	0,182	0,205
N, МПа	v = 1 м/с (без перемешивания)
2	0,215	0,175	0,14	0,19

Таблица 22

Значения интенсивности изнашивания вкладыша для различных режимов нагружения при перемешивании смазочного материала

N, МПа	Ih, гр. 10-8
	15-5	15-2	5-2	непрерывно
	v = 1 м/с (с перемешиванием)
2	0,42	0,33	0,023	0,77
N, МПа	v = 1 м/с (без перемешивания)
2	0,0629	0,0344	0,0877	1,03

Полученные результаты можно объяснить тем, что при повышении температуры смазочная жидкость перемешивалась. При перемешивании, когда охлажденный нижний слой «поднимается» вверх, вместе с ним со дна поднимаются частицы износа трущихся тел. Эти частицы износа увлекаются роликом в зону контакта вместе со смазочным материалом. Такие частицы являются абразивом. Происходит абразивное изнашивание. Частицы износа внедряются в более мягкий материал, закрепляться в нем и «царапают» более твердую поверхность из сопрягаемых тел, а так же, если сила трения между более твердым материалом и абразивной частицей больше прочности более мягкого тела, то частица «пропахивает» этот материал.

При непрерывном режиме и в режиме испытаний 5 мин - динамический контакт; 2 мин - статический контакт интенсивность изнашивания без перемешивания выше. Из таблицы 20 видно, что разница в температурах с перемешиванием и без перемешивания мала. Это указывает на то, что во время проведения испытания не было необходимости в постоянном перемешивании масла. Следовательно, частицы износа не поднимались к поверхности смазочной жидкости, и ведущим видом изнашивания было не абразивное, а адгезионное.

На основании полученных результатов можно предложить в масла, работающие в узлах трения с периодическим режимом эксплуатации, добавлять антискачковую присадку, например, формиаты маталлов. Последние, разлагаясь при повышенной температуре, образуют на пятнах контакта пленку металла с низким сопротивлением сдвигу. Это способствует снижению значений коэффициента трения и интенсивности изнашивания.

Рисунок 22 - Значения коэффициента трения с антискачковой присадкой и без нее



Рисунок 23 - Значения интенсивности изнашивания с антискачковой присадкой и без нее

Показано, что введение в индустриальное масло формиата алюминия снижает на 40% коэффициент трения и в 3 раза интенсивность изнашивания.



4. Технология изготовления масла с заданным комплексом присадок

Процесс разделения углеводородов нефти по температурам их кипения называется прямой перегонкой или дистилляцией. Полученные в результате перегонки отдельные фракции нефти называют дистиллятами. Прямая перегонка нефти при атмосферном давлении является обязательным первичным процессом переработки нефти.

Современная установка по переработке нефти работает по непрерывному циклу. Установка состоит из атмосферной и вакуумной ректификационных колонн, в которых создаются условия, обеспечивающие достаточно полное испарение, вводимого в неё сырья. Этими условиями являются температура и давление. Нефть под давлением подают насосами в печь, где её нагревают до температуры 330…350°С. Горячая нефть, вместе с парами попадает в среднюю часть атмосферной ректификационной колонны, где она вследствие снижения давления дополнительно испаряется и, испарившиеся углеводороды, отделяются от жидкой части нефти - мазута. Пары углеводородов поднимаются вверх, а жидкий остаток стекает вниз. По пути движения паров углеводородов устанавливаются ректификационные тарелки, на которых конденсируется часть паров углеводородов. Температура по высоте колонны уменьшается от максимальной в зоне ввода продукта до минимальной вверху. Таким образом, в ректификационной колонне по её высоте углеводороды нефти разделяют на фракции в зависимости от температуры кипения. Вверху колонны бензиновые фракции с температурой кипения от 30 до 180…205°С, ниже легроиновый дистиллят (120…240°С), далее керосиновый дистиллят (150…315°С), дизельный дистиллят (150…360°С), газойлевый (230…360°С).

Мазут в зависимости от его состава можно использовать или в виде топлива, или подвергают дальнейшему разделению в вакуумной ректификационной колонне.

Перед поступлением в вакуумную ректификационную колонну мазут нагревают до 420…430°С. Давление в вакуумной колонне 5300-7300 Па. Температура кипения в вакууме у углеводородов снижается, что позволяет испарить тяжелые углеводороды без разложения. При нагревании нефти выше 430°С может начаться термическое разложение углеводородов. В вакуумной колонне вверху отбирают соляровый дистиллят (300…400°С), ниже масляные фракции и далее полугудрон или гудрон, из которых путём глубокой очистки делают высоковязкие остаточные масла.

Нефтепродукты первичной переработки нефти называют прямогонными.

Все продукты переработки нефти, прежде чем пойти на приготовление товарных топлив и масел, проходят специальную очистку. Выбор метода очистки зависит от исходного качества очищаемого продукта и от требований к эксплуатационным свойствам готовых товарных продуктов, которые необходимо получить. Глубина и способ очистки являются важным условием обеспечения высоких эксплуатационных качеств смазочных материалов.

После вакуумной перегонки масляной дистиллят с помощью насоса (1) по трубопроводу (2) перекачивается в установку кислотно-контактной очистки (3). Кислотная очистка заключается в обработке нефтепродуктов 96 - 98%-м раствором серной кислоты. При реакции с кислотой асфальто-смолистые вещества и нафтеновые кислоты образуют продукты, выпадающие в осадок. Эта очистка заключается в последовательной обработке полуфабриката серной кислотой и отбеливающей землей (адсорбционная очистка). Для повышения качества кислотной очистки обработку нефтепродукта серной кислотой проводят в пропановом растворе. Пропан уменьшает вязкость нефтепродуктов и растворимость в них смолисто-асфальтовых веществ, что увеличивает эффективность кислотной очистки.

После обработки кислотой улучшаются вязкостно-температурные свойства, уменьшается коксуемость нефтепродуктов.

Кислотно-контактная очистка отбеливающими глинами заключается в том, что после очистки масла серной кислотой оно идет на контактную очистку отбеливающими глинами в установку (4). Глину непосредственно перемешивают с очищаемым маслом. Происходит адсорбирование из масла нежелательных полярно-активных соединений, в том числе органических кислот, сульфокислот, остатков серной кислоты и кислого гудрона.

В качестве отбеливающих глин применяют гумбрин и зикеевскую землю, а в качестве искусственно приготовленной - силикагель. Количество адсорбента при очистке берут от 2 до 5%.

На рисунке 24 приведена принципиальная технологическая схема установки кислотно-контактной очистки. Масло обрабатывается серной кислотой в кислотной мешалке при перемешивании воздухом и после спуска кислого гудрона поступает в контактную мешалку, которая оборудована перемешивающим механизмом, приводимым в действие от электродвигателя через редуктор. В контактной мешалке масло нагревается при помощи парового подогревателя, после чего обрабатывается отбеливающей глиной.

Адсорбционная очистка (контактная очистка, очистка отбеливающими землями) основана на свойстве некоторых пористых минеральных веществ (адсорбентов) после соответствующей обработки адсорбировать содержащиеся в нефтепродуктах примеси. При этом виде очистки удаляют смолы, нафтеновые кислоты, кислородсодержащие соединения, сульфокислоты, остатки селективных растворителей. В качестве адсорбентов применяют природные глины, силикагель, синтетические алюмосиликаты, активированную окись алюминия. Упомянутые вещества являются полярными адсорбентами, их молекулы состоят в основном из оксидов кремния и алюминия. При этой очистке удаляются вещества, обусловливающие темную окраску нефтепродуктов, поэтому этот способ называют очисткой отбеливающими землями.



Рисунок 24 - Принципиальная схема установки для регенерации масел по методу «кислота - глина»

1 - мерник для кислоты; 2 - кислотная мешалка; 3 - воздушная труба с маточником; 4 - контактная мешалка; 5 - паровой змеевик; 6 - емкость регенерированного масла; 7 - насос; 8 - компрессор; 9 - фильтрпресс

Линии: I - серная кислота; II - воздух; III - отработанное масло на очистку; IV - кислый гудрон; V - отбеливающая глина;VI - отстой; VII - регенерированное масло

Процесс проводят фильтрацией нагретого продукта через неподвижный слой мелкозернистого адсорбента, помещенного в аппарат колонного типа. Нагрев необходим, чтобы понизить вязкость масла и облегчить его проникновение во внутренние поры адсорбента. В качестве адсорбента используют синтетический алюмосиликат с зернами размером 0,25-0,50 мм или отбеливающие земли с размером зерен 0,3-2,0 мм.

Масла, полученные адсорбционной очисткой, обладают высокой стабильностью против окисления.

Наиболее эффективным способом улучшения эксплуатационных свойств является добавление к маслам присадок. Эффективность присадок всегда выше при добавлении в очищенные масла [19].

После кислотно-контактной очистки очищенное масло перекачивается в отдельную емкость (5). Оттуда очищенное масло подается в смеситель (6),

где происходит смешение очищенного масла с комплексом присадок.

Смешение масел производят для получения промежуточных товарных сортов и консистентных смазок из основных сортов, вырабатываемых заводами. Процесс смешения осуществляется в специальных резервуарах, оборудованных подогревателями и мешалками. Смешение масла с присадкой должно осуществляться в чистых емкостях. Вначале готовят концентрат присадки и вводят в куб через заливную горловину или закачивают ротационным насосом. Продолжительность смешения составляет 30-40 мин. Для удаления нерастворившейся части присадки и примесей масло дополнительно фильтруют через наборные фильтры.

Технологические процесс модифицирования жидких смазочных материалов (ЖСМ) заключается в том, что в смеситель (6) из емкости с очищенным ЖСМ (5) загружается заранее взвешенное количество смазочного материала. Туда же, в смеситель, добавляется предварительно нагретый на специальной установке (7) комплекс присадок (8). Объем вводимых присадок составляет 3-30% от объема масла, в зависимости от назначения масла. Компоненты перемешиваются. После, содержимое отправляется в реактор (9), где производится нагрев до температуры 110-115°С с последующей выдержкой при такой температуре в течении 10-15 минут. Далее процесс разделяется на два этапа. В первом случае, производится естественное охлаждение состава до комнатной температуры в емкости (10) и последующая расфасовка смазочного материала на фасовочных столах (11). Во втором случае, продукт отправляется в емкость (14), где к полученному составу из емкости (13) добавляется 1-1,5% от объема масла антискачковой присадки, предварительно подогретой на установке (12). Далее происходит перемешивание компонентов, их нагрев до 80С и выдержка при такой температуре 10-15 мин. Затем готовый продукт сливают в емкость (15), где происходит его естественное охлаждение до комнатной температуры в емкости и последующая расфасовка смазочного материала на фасовочных столах (16) [20].

Завершающий процесс - контроль качества полученного продукта.

Контроль качества проводят на машине трения СМТ-1 и на четырехшариковой машине трения. Так же определяют температуры застывания, температуру вспышки, вязкость масла и его антискачковый свойства.

Пробы масла находятся на столе (17).

Антифрикционные свойства масла определяют по коэффициенту трения на машине трения СМТ-1 (18), работающей по схеме «ролик - частичный вкладыш». Для этого вращающийся ролик помещают в ванночку, в которой находится испытуемое масло, и приводят в контакт с частичным вкладышем. Испытание проводят при постоянной нагрузке 1000 Н и частоте вращения ролика 300 сек^-1 в течение двух часов. Результаты испытаний оценивают по совокупности данных: момент силы трения, температура частичного вкладыша за время испытания, износ образцов. Момент трения при проведении испытаний фиксируется на пульте управления: его возрастание или уменьшение фиксируется на диаграмме в графическом виде, что удобно для анализа свойств смазочных композиций. Износ частичного вкладыша и ролика определяют по потере их массы за время испытаний на аналитических весах, точность которых 1·10 ^-4 г. Температуру частичного вкладыша контролируют с помощью встроенной термопары. Температуру масла в испытательной камере контролируют с помощью термопары и потенциометра КСП-4, имеющего температурную тарировку.

Перед испытаниями поверхности трения ролика и частичного вкладыша прирабатывают до тех пор, пока площадь поверхности трения не составит более 50% от номинальной площади.

Противоизносные и антипитинговые свойства определяют на четырехшариковой машине трения (19). Четырехшариковая машина трения представляет собой пирамиду из четырех контактирующих друг с другом стальных шариков. Три нижних шарика закрепляют неподвижно в чашке машины с испытуемым смазочным материалом. Верхний шарик, закрепленный в шпинделе машины, вращается относительно трех нижних под заданной нагрузкой с частотой вращения (1460 ± 70) мин^-1. Проворачивание шариков в процессе испытания не допускается, поэтому реализуется трение скольжения.

Перед началом испытания смазочного материала шарики, применяемые при испытании и все детали машины, с которыми он соприкасается во время испытания (чашка с деталями крепления нижних шариков и детали крепления верхнего шарика в шпинделе), промывают растворителем, удаляющим смазочный материал с деталей, и просушивают на воздухе.

Испытание каждого смазочного материала проводят при температурах, установленных в нормативно-технической документации на испытуемый смазочный материал.

Для проведения испытания шарики закрепляют в шпиндель машины и в чашке для смазочного материала. При испытании жидкого смазочного материала его заливают так, чтобы шарики были полностью покрыты им. Затем плавно прилагают заданную нагрузку и включают электродвигатель.

Температуру узла трения в месте расположения термопары поддерживают с погрешностью не более ±5°С. Время разогрева узла трения до 300°С не должно превышать 35 мин.

Продолжительность работы машины от момента включения до момента выключения электродвигателя при текущей нагрузке в процессе определения критической нагрузки, нагрузка сваривания и индекса задира должна быть (10,0 ± 0,2) с, при определении показателя износа - (60,0 ± 0,5) мин.

После остановки машины охлаждают узел трения ниже 40°С и сливают жидкий смазочный материал. При наличии заусенцев по краям пятен износа их удаляют шабером. Измеряют диаметры пятен износа каждого из трех нижних шариков во взаимно перпендикулярных направлениях с точностью не менее 0,01 мм.

За результат измерения принимают среднее арифметическое значение измерений пятен износа трех нижних шариков.

Для определения критической нагрузки существует ряд нагрузок. Вначале задают минимальное значение из ряда, а затем нагрузку ступенчато повышают до тех пор, пока не будет достигнуто критическое значение диаметра пятна износа. Значение нагрузки Р_к, при которой достигнут критический диаметр пятна износа, считается критической нагрузкой. Р_к означает, что слой разрушается и резко возрастает интенсивность изнашивания.

Нагрузка сваривания Р_св - такая нагрузка, при которой образуется прочные мостики сварки между трущимися телами, которые не были разделены смазочным слоем. Нагрузку увеличивают по ряду значений до тех пор, пока не наблюдается резкое увеличение силы трения, свидетельствующее о том, что между телами произошло схватывание.

При определении антипитинговых свойств на четырехшариковой машине трения три нижних шарика не закрепляются в кювете и могут перемещаться по кольцевому желобу, выполненному вне кювета. В этом случае реализуется трение качения. Машину нагружают, приводят в контакт шарики и испытывают до тех пор, пока не будет наблюдаться колебания коэффициента трения (вибрации). Вибрации появляются в том случае, если на поверхностях шариков образовались питинговые пятна износа. Испытания могут проводиться в два этапа: при малой и высокой нагрузке.

Температура застывания характеризует возможность эксплуатации масла в устройствах, работающих при низких температурах, по критерию прокачиваемости. Для определения температуры застывания употребляется масло, не подвергавшееся ранее нагреванию.

Прибор (20) состоит из двух химических стаканов: наружного и внутреннего. Наружный стакан служит для помещения в него охлаждающей смеси. Снаружи он должен быть обложен термоизолирующим материалом, например, нестерильной медицинской ватой, и плотно обернут тканью или полиэтиленом. Во внутренний стакан наливают спирт и помещают его в охлаждающую смесь.

Охлаждение масла производят в пробирке, помещенной в спиртовую ванну - внутренний стакан.

В сухую пробирку наливают масло высотой слоя в 3 см, укрепляют в ней неподвижно при помощи пробки термометр (таким образом, чтобы его ртутный шарик находился в середине масляного слоя) и охлаждают. Охлаждение масла производят в спиртовой ванне. Для этого наливают спирт в широкий низкий химический стакан и погружают последний в охлаждающую смесь. Когда спирт охладится до той температуры, какая указана в стандарте на данное масло, помещают в него пробирку с маслом и выдерживают ее в вертикальном положении 5 мин, после чего пробирку наклоняют под углом 45° и оставляют в таком положении при той же температуре еще в течение 5 мин, затем ее вынимают из спирта, ставят в вертикальном положении (не касаясь рукой) и наблюдают, не переместится ли уровень масла в течение 1-2 мин.

Если при установке в вертикальном положении пробирки, вынутой из охлажденного спирта, поверхность масла не сдвинулась, то масло считают застывшим, в противном случае - не застывшим.

Температурой вспышки называется температура нагреваемого в определенных условиях масла, при которой его пары образуют с воздухом смесь, воспламеняющуюся при поднесении к ней пламени.

Прибор (21) состоит из медного или стального омедненного сосуда, в который наливается испытуемое масло. Нагрев производится газовой горелкой. Когда масло нагреется до температуры на 10° ниже предполагаемой температуры вспышки, открывают заслонку. При этом лампочка автоматически наклоняется над отверстием. Если пары масла вспыхнут, и на всей поверхности появится синее пламя, отмечают температуру, при которой это произошло, как температуру вспышки.

Температура вспышки является одной из важнейших характеристик масла, так как вместе с вязкостью определяет ту фракцию нефти, из которой приготовлено масло. Так же температура вспышки характеризует испаряемость масла: при испарении масла уменьшается его объем, растет вязкость и образуются вредные для здоровья и взрывоопасные газы.

Вязкость - характеризует сопротивление слоев смазочного материала сдвигу. Вязкость масла, во-первых, является показателем его смазывающих свойств, так как от вязкости масла зависит качество смазывания, распределение масла на поверхностях трения и, тем самым, износ деталей. Во-вторых, от вязкости зависят потери энергии при работе двигателя и других агрегатов. Вязкость - основная характеристика масла.

Вязкость масла зависит от химического состава и структуры соединений, составляющих масло, и является характеристикой масла как вещества. Кроме этого, вязкость масла также зависит и от внешних факторов - температуры, давления (нагрузки) и скорости сдвига, поэтому рядом с числовым значением вязкости всегда должны указываться условия определения вязкости. Условия работы двигателя определяют два основных фактора, влияющих на определение вязкости - температура и скорость сдвига. Вязкость масел определяется при температурах и скоростях сдвига, близких к реальным при эксплуатации. Вязкость масла определяется при помощи двух основных типов вискозиметров (22):

1) вискозиметры истечения, в которых измеряется кинематическая вязкость по скорости свободного течения (времени вытекания). Для этой цели применяется капиллярный вискозиметр или сосуды с калиброванным отверстием на дне, в котором измеряется время истечения масла при фиксированной температуре. Стандартными температурами являются 40 и 100°С. Единица измерения [сСт = м²/с.

2) ротационные вискозиметры, в которых определяется динамическая вязкость. Между двумя полыми цилиндрами, расположенными соосно друг к другу, заливается жидкость. При вращении внутреннего цилиндра жидкость увлекает за собой наружный цилиндр, расположенный на подшипниках качения. При этом смещается тяга и деформируется упругая балка. По деформации упругой балки, предварительно ее протарировав, определяют силы трения в жидкости, и используется закон Ньютона:

з = (F (D - d) / (2 р² n D² L)), (3)

где F - сила трения; D - диаметр наружного цилиндра; d - диаметр внутреннего цилиндра; n - частота вращения; L - высота цилиндра (смазочного слоя).

Антискачковые свойства испытывают на установке (23) с возвратно-поступательным движением одной детали относительно второй. Одна из деталей выполнена в виде пластины, а вторая в сечении имеет форму клина. На поверхность плоского образца наносят 9 мл исследуемого масла, приводят образцы в контакт, нагружают и фиксируют коэффициент трения. В крайних поверхностных точках коэффициент статического трения f_ст будет выше, чем на серединных участках трения, где скорость максимальная. На серединном участке f_кин будет ниже. Об антискачковых свойствах масла судят по отношению f_ст/f_кин. Чем ближе это отношение к 1, тем лучше противоскачковые свойства масла. После проведения каждого испытания использованное масло утилизируют в емкость с отходами (24).

Рисунок 25 - Планировка по производству масла с заданным комплексом присадок

Принципиальная схема производства масла с заданным комплексом присадок представлена на рисунке 26.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 26 - Общая схема технологии производства масла с заданным комплексом присадок



5. Охрана труда при работе на машинах трения и со смазочными материалами

5.1 Охрана труда при работе на машине трения СМТ-1

Вопросы электробезопасности имеют большое значение, как в производственных, так и в бытовых условиях. По статистике среди несчастных случаев со смертельным исходом на долю электротравм в среднем по стране приходится около 12%, а в отдельных отраслях - до 30%.

Чаще всего электротравмы возникают при случайных прикосновениях к токоведущим частям, находящимся под напряжением, или к конструктивным металлическим частям электрооборудования (корпус, кожух и т.п.) при повреждении электроизоляции. Человек начинает ощущать действие тока, начиная с 0,6--1,5 мА (миллиампер), а при токе 10--15 мА судорожное сокращение мышц не позволяет ему самостоятельно отключить цепь поражающего его тока. Ток силой в 50--60 мА поражает органы дыхания и сердечнососудистую систему.

Для уменьшения опасности поражения током применяют ряд мер, основными из которых являются: защитное заземление; зануление; изоляция токоведущих частей; применение пониженного напряжения; применение изолирующих подставок, резиновых перчаток и т.п.

Инструкция по охране труда при эксплуатации электроустановок до 1000 В.

1. Общие требования безопасности

1.1 К работам по эксплуатации электроустановок до 1000 В (установочных, осветительных, нагревательных приборов, технических средств обучения и электрических машин) допускаются лица, в возрасте не моложе 18 лет, прошедшие медицинский осмотр, инструктаж по охране труда и имеющие III квалификационную группу по электробезопасности. Неэлектротехническому персоналу, эксплуатирующему электроустановки до 1000В, прошедшему инструктаж и проверку знаний по электробезопасности, присваивается I квалификационная группа допуска с оформлением в журнале установленной формы с обязательной росписью проверяющего и проверяемого.

1.2 Лица, допущенные к эксплуатации электроустановок до 1000В, должны соблюдать правила внутреннего трудового распорядка, установленные режимы труда и отдыха.

1.3 При эксплуатации электроустановок до 1000В возможно воздействие на работающих следующих опасных производственных факторов:

- поражение электрическим током при прикосновении к токоведущим частям;

- неисправности изоляции или заземления.

1.4 При эксплуатации электроустановок до 1000В должны использоваться следующие средства индивидуальной защиты: диэлектрические перчатки, диэлектрический коврик, указатель напряжения, инструмент с изолированными ручками.

1.5 Лица, эксплуатирующие электроустановки до 1000В, обязаны строго соблюдать правила пожарной безопасности, знать место расположения первичных средств пожаротушения, а также отключающих устройств (рубильников) для снятия напряжения.

1.6 О каждом несчастном случае пострадавший или очевидец несчастного случая обязан немедленно сообщить администрации учреждения. При неисправности электроустановки прекратить работу, снять с нее напряжение и сообщить администрации учреждения.

1.7 В процессе эксплуатации электроустановок персонал должен соблюдать правила использования средств индивидуальной защиты соблюдать правила личной гигиены содержать в чистоте рабочее место.

1.8. Лица, допустившие невыполнение или нарушение инструкции по охране труда привлекаются к дисциплинарной ответственности в соответствии с правилами внутреннего распорядка и, при необходимости, подвергаются внеочередной проверки знаний норм и правил охраны труда.

2. Требования безопасности перед началом работы

2.1 Проверить отсутствие внешних повреждений электроустановки, наличие и исправность контрольных, измерительных и сигнальных приборов, тумблеров переключателей и т.п.

2.2 Убедиться в целостности крышек электророзеток и выключателей, электровилки и подводящего электрокабеля.

2.3 Убедиться в наличии и целостности заземляющего проводника корпуса электроустановки.

2.4 Проверить наличие и исправность средств индивидуальной защиты, отсутствие их внешних повреждений.

3. Требования безопасности во время работы

3.1 Перед включением электоустановки в электрическую сеть, при необходимости, встать на диэлектрический коврик (если покрытие пола выполнено из токопроводящего материала).

3.2 Не включать электроустановку в электрическую сеть мокрыми и влажными руками.

3.3 Соблюдать правила эксплуатации электроустановки, не подвергать ее механическим ударам, не допускать падений.

3.4 Не касаться проводов и других токоведущих частей, находящихся под напряжением, без средств индивидуальной защиты.

3.5 Наличие напряжения в сети проверять только указателем напряжения.

3.6 Следить за исправной работой электроустановки, целостностью изоляции и заземления.

3.7 Не разрешается работать на электроустановки в случае их не исправности, искрения, нарушения изоляции и заземления.

4. Требования безопасности в аварийных ситуациях

4.1 При появлении неисправности в работе электроустановки: искрении, нарушении изоляции проводов или обрыве заземления, прекратить работу и сообщить зав. лабораториями, ответственному начальнику службы по ОТ. Работу продолжать только после устранения неисправности электроустановки.

4.2 При обнаружении оборванного электрического провода, свисающего или касающегося пола (земли), не приближаться к нему, немедленно сообщить администрации техникума, самому оставаться на месте и предупреждать других людей об опасности.

4.3 В случае загорания электроустановки, немедленно отключить ее от электрической сети, а пламя тушить только песком, углекислотным или порошковым огнетушителем.

4.4 При поражении электрическим током, немедленно отключить напряжение и при отсутствии дыхания и пульса у пострадавшего сделать ему искусственное дыхание или провести непрямой (закрытый) массаж сердца до восстановления дыхания и пульса, сообщить о несчастном случае администрации техникума, при необходимости отправить пострадавшего в ближайшее лечебное учреждение.

5. Требования безопасности по окончании работы

5.1 Отключить электроустановку от электрической сети. При отключении электророзетки ни дергать за электрический шнур (кабель).

5.2 Привести в порядок рабочее место.

5.3 Убрать в отведенное место средства индивидуальной защиты и тщательно вымыть руки с мылом.

Инструкция по охране труда при работе на машине трения

1. Общие требования по охране труда

1.1 К самостоятельной работе на машине трения допускаются лица не моложе 18 лет, имеющие соответствующую квалификацию, прошедшие стажировку, проверку знаний и инструктаж по охране труда, имеющие группу по электробезопасности I.

1.2 Работающий на машине трения (далее лаборант), не прошедший инструктаж по охране труда, к работе не допускается.

1.3 Запрещается пользоваться инструментом, приспособлениями, оборудованием, обращению с которыми лаборант не обучен.

1.4 Лаборант должен соблюдать правила пожарной безопасности, а также правила внутреннего трудового распорядка.

1.5 Лаборанту запрещается появляться на работе в состоянии алкогольного, наркотического или токсического опьянения, а также распивать спиртные напитки, употреблять наркотические средства или токсические вещества в рабочее время или по месту работы.

1.6 Лаборант должен работать в спецодежде и в случае необходимости использовать другие средства индивидуальной защиты: костюм хлопчатобумажный ли вискозно-лавсановый; ботинки кожаные; рукавицы хлопчатобумажные с накладками; очки защитные.

1.7 Лаборант должен выполнять только ту работу, которая поручена ему руководителем работ. Во время работы он должен быть внимательным, не отвлекаться на посторонние дела и разговоры.

1.8 Не мыть руки в масле, эмульсии, керосине и не вытирать их обтирочными материалами.

1.9 О замеченных нарушениях требований безопасности на своем рабочем месте, а также о неисправностях оборудования, приспособлений, инструмента и средств индивидуальной защиты лаборант обязан сообщать руководителю работ и не приступать к работе до устранения замеченных нарушений.