Методы и оборудование, применяемые при оценке свойств смазочных

Материалов

Надежность машин в большой степени определяется качеством и состоянием применяемых смазочных материалов и рабочих жидкостей.

Простейшими признаками, по которым можно приближенно оценить тип масла, его качество и эксплуатационные свойства, являются цвет и прозрачность масла. Сравнивая цвет исследуемого масла, предварительно помещенного в пробирку из прозрачного бесцветного стекла, с цветом эталонных образцов в отраженном и проходящем свете, в ряде случаев можно определить принадлежность масла к определен­ному типу (при условии, что образец масла не очень сильно загрязнен и не содержит посторонных примесей). Помутнение образца исследуемого масла свидетельствует о наличии в нем посторонних примесей: топлива, воды, других сортов масла и загрязнителей различного рода.

Рис. 13.15. Схема прибора для оценки содержания воды в масле: 1 — колба; 2 — приемник-ловушка; 3—холодильник

Рис. 13.16. Схема оценки состояния масла методом масляного пятна

Для определения содержания воды в смазочном материале или рабочей жидкости в чистую, предварительно высушенную пробирку из теплостойкого стекла заливают 2—3 мл тщательно перемешанного масла. Пробирку осторожно нагревают на спиртовке до температуры 100—110°С. При наличии воды происходит вспенивание масла, на стенках пробирки над поверхностью масла конденсируются капли воды. Кроме того, воду и механические примеси в масле можно обнаружить при помощи отстойника, который представляет собой стеклянный сосуд с мерными делениями. При оценке качества масла отстойником рекомендуется разбавить масло чистым бензином в соотношении 1:3 — 1:7 в зависимости от вязкости масла.

Для более точного определения содержания воды в масле используют прибор (рис. 13.15), в котором вода после выпаривания собирается в приемнике-ловушке. Содержание воды в исследуемом масле

где V— объем воды, собравшейся в приемнике-ловушке, см³; р — плотность воды при температуре воздуха в комнате, г/см³; m — масса исследуемого масла, взятая для испытания, г.

Для упрощения расчетов плотность воды принимается равной 1 г/см³.

Приближенная оценка состояния масла может быть получена с помощью метода масляного пятна. По этому методу предусматривается определение качества масла по размерам и характеру пятна, оставшегося на поверхности фильтровальной бумаги после фильтрации нескольких капель масла (рис. 13.16).

По мере старения масла в его составе образуются продукты окисления — смолистые частицы, которые при больших концентрациях снижают смазочную способность масла. Кроме того, по мере срабатывания присадок и загрязнения масла механическими примесями в процессе работы в его составе накапливается значительное количество механических частиц, вызывающих абразивное изнашивание элементов машины.

Увеличение концентрации механических примесей и смолистых частиц в масле ведет к тому, что распределение масла по порам фильтра затрудняется, вследствие чего уменьшается диаметр d₁ пятна. В процессе фильтрации масла со сработавшимися присадками и значительным количеством механических примесей крупные частицы скапливаются в центре масляного пятна, размеры зоны диффузии масла, определяемой диаметром d₁, уменьшаются, в то время как размеры центральной части ядра, содержа­щей механические примеси, возрастают. По соотношению величин d₁, d₂ и D оценивают степень загрязненности и окисления масла.

Кинематическая вязкость является одним из основных показателей эксплуатационных свойств масла. По кинематической вязкости масла можно приближенно оценить его состояние и принять решение о его дальнейшем использовании.

Для приближенной оценки вязкости масел в условиях эксплуатации используют полевой вискозиметр (рис. 13.17). На пластине 1 закреп­лены пробирки с эталонными маслами. В качестве эталонных выбирают масла, рекомендуемые к применению в машинах данного типа. Пробирки заполняют таким образом, чтобы в них оставался небольшой пузырек воздуха 3, примерно одинаковый по объему в каждой пробирке. Пробирка 2 — чистая и предназначена для исследуемого масла.

В пробирку 2 заливают образец оцениваемого масла таким об­разом, чтобы оставался пузырек воздуха, примерно равный по объему пузырькам в эталонных пробирках. Пластину с пробирками медленно переводят из вертикального положения в горизонтальное и по скорости перемещения пузырьков 3 судят о соответствии вязкости оцениваемого масла одному из эталонных; для большей наглядности в пробирки помещают шарики 4. Если оцениваемое масло высокой вязкости (например, трансмиссионное), то пробирки с маслом перед экспериментом рекомендуется нагреть до температуры 80—100 ⁰С.

Более точно оценивают вязкость масел вискозиметрами ВПЖ, ВПЖ-1, ВПЖ-2 (рис. 13.18). Принцип действия вискозиметра основан на определении времени истечения установленного объема масла через капилляр определенного диаметра от отметки М₁ до М₂.

Кинематическая вязкость масла (м²/с)

где τ — время истечения масла, с; g — ускорение свободного падения в месте измерения, см/с²; К— коэффициент, зависящий от диаметра капилляра вискозиметра (ука­зывается в паспорте вискозиметра).

Рис. 13.17. Полевой вискозиметр

Рис. 13.18. Схема вискозиметра ВПЖ-2

Для определения весового состава механических примесей в смазочном материале или рабочей жидкости исследуемое масло разбавляют чистым бензином в соотношении 1:1—1:3 взависимости от его вязкости. Врезультате должна получиться достаточно жидкая смесь, легко поддающаяся фильтрации. Бумажный фильтр «синяя лента» взвешивают на аналитических весах с погрешностью не более 0,01 г. Перед взвешиванием фильтр выдерживается в сушильном шкафу в течение 10 мин при температуре 50 ⁰С.

После взвешивания фильтр помещают в зажимное устройство (рис. 13.19), состоящее из двух колец 1 и 2 и стягивающих винтов 3.

Рис. 13.19. Схема прибора для определения весового износа: 1 и 2 — зажимные кольца; 3 — стягивающие винты; 4 — фильтр

Смонтирован­ное, таким образом, устройство устанавливают на колбу с широким горлом или закрепляют в штативе. Содержимое пробирки небольшими порциями (по несколько капель) пропускают через фильтр. После просушивания фильтр вторично взвешивают на аналитических весах с погрешностью 0,01 г.

Содержание (%) механических примесей в отработанном масле

где m — масса отработанного масла, взятого для испытания, г; m₁ — масса фильтра, г; m₂ — масса фильтра с осадком, г.

Количество и распределение по размерам механических частиц, взвешенных в масле, оценивают фотометрическим методом с помощью анализатора механических примесей ФС-112М (рис. 13.20).

В основу работы анализатора положен фотометрический метод дифференцированного подсчета частиц определенных размерных групп. Частицы, взвешенные в масле, при его протекании через измерительную кювету последовательно пересекают зону регистрации прибора. Каждая частица вызывает импульсное изменение светового потока. Импульсы света от каждой частицы посредством фотоприемника преобразуются в пропорциональные ее размерам электрические сигналы, которые регистрируются на цифровом табло и фиксируются цифропечатающим устройством.

Рис. 13.20. Оптическая схема анализатора механических примесей ФС-112М: 1 — источник света; 2 — кювета; 3 — объектив; 4 — линза; 5 — фотодетектор

В основу работы анализатора положен фотометрический метод дифференцированного подсчета частиц определенных размерных групп. Частицы, взвешенные в масле, при его протекании через измерительную кювету последовательно пересекают зону регистрации прибора. Каждая частица вызывает импульсное изменение светового потока. Импульсы света от каждой частицы посредством фотоприемника преобразуются в пропорциональные ее размерам электрические сигналы, которые регистрируются на цифровом табло и фиксируются цифропечатающим устройством.

Щелочное число масла свидетельствует о наличии в нем приса­док. За общее щелочное число (щелочность) принимают количество едкого кали в миллиграммах, эквивалентное количеству соляной кис­лоты, израсходованной на нейтрализацию всех основных соединений, содержащихся в 1 г анализируемого масла.

Кислотное число показывает степень «окисленности» — старения масла. За общее кислотное число (кислотность) принимают количество едкого кали в миллиграммах, израсходованного на нейтрализацию всех кислых соединений, содержащихся в 1 г анализируемого масла.

Метод определения кислотного и щелочного чисел заключается в потенциометрическом титровании масла, растворенного в неводном растворителе, раствором едкого кали или соляной кислоты. Титрование ведут до скачка потенциала или при отсутствии последнего до ЭДС, установленной по буферным растворам. Потенциометрическое титрование ведут с помощью прибора ЛТСН-2 (или рН-метра лабораторного).

Щелочное число (миллиграмм КОН на 1 г масла)

где V_1Э — объем соляной кислоты, необходимый для получения эталонной ЭДС в буферном растворе, мл; V₁ — объем 0,1 нормального раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование до ЭДС, соответствующей эталонному значению, или до скачка потенциала в заданной области, мл; Т₁ — титр 0,1 нормального раствора соляной кислоты, мг/мл КОН; m₁—масса анализируемого масла, г.

Кислотное число (миллиграмм КОН на 1 г масла)

где V_2Э — объем раствора едкого кали, израсходованный на титрование конт­рольного образца, мл; V₂ — объем 0,1 нормального раствора едкого кали, израсходованный на титрование до ЭДС в щелочном буферном растворе или до скачка потенциала в этой области, мл; Т₂ — титр раствора едкого кали, мг/мл; m₂ — масса анализируемого масла, г.

По результатам анализов масла путем сопоставления полученных показателей с номинальными (справочными) и предельными значениями делают вывод о типе оцениваемого масла, о соответствии его эксплуа­тационных свойств предъявляемым требованиям, разрабатывают пред­ложения по улучшению эксплуатационных свойств масла (например, путем регенерации, добавлением присадок или свежего масла) и реко­мендации по его использованию в эксплуатации.