Буровое оборудование содержит механические трансмиссии. При работе в условиях низких температур значительно увеличивается вязкость трансмиссионного масла, что приводит к росту внутренних сопротивлений и, следовательно, к снижению коэффициента полезного действия привода всей машины [4]. Повышенная вязкость трансмиссионных масел вызывает потерю до 50% мощности на преодоление внутренних сопротивлений в передачах, перегрузку и повышенный износ элементов механических трансмиссий [5]. Известны несколько способов снижения вязкости смазывающего вещества. Одним из возможных решений является подогрев трансмиссионного масла. Но этот способ вызывает ряд сложностей, так как конструкция подогревателей не всегда позволяет устанавливать их в любом положении и в любом месте. Поэтому актуальным является применение химических реагентов, которые позволяют поддерживать вязкость трансмиссионных масел на требуемом уровне в условиях отрицательных температур. Зав. кафедрой органической химии ВолгГТУ профессор, д.х.н. Рахимов А.И. предложил применить в качестве присадок полифторированные спирты, которые использовались для снижения температуры замерзания воды.
Было исследовано влияние модифицирования полифторированным спиртом (ПФС2) 
трансмиссионного масла ТМ5-80W-90 и проведены эксперименты по измерению вязкости на капиллярном вискозиметре ВПЖ-1 при температуре 22 °С. Проведенные эксперименты показали, что при содержании в трансмиссионном масле полифторированного спирта с массовой концентрацией 1% вязкость снизилась на 15%.
Испытания на трение и изнашивание образцов по схеме «ролик-колодка» (рис. 1) проведены на машине трения СМТ-1 (рис. 2) на кафедре «Детали машин и ПТУ» ВолгГТУ (зав. кафедрой профессор, д.т.н. Матлин М.М.).
Рис. 1. Схема испытаний на трение и изнашивание:
1 - колодка; 2-ролик; 3-смазывающая жидкость.
Рис. 2. Испытательная машина трения СМТ-1.
Параметры образцов для машины трения приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Параметры образцов
|
Материал образцов |
Внешний диаметр D, мм |
Внутренний диаметр d, мм |
Ширина В, мм |
Площадь контакта S, мм² |
Твердость
|
Исходная шероховатость Ra, мкм |
|
Ролик Сталь 45 ГОСТ 1050-88 |
50 |
16 |
12 |
200 |
HRC 18 |
0,24 |
|
Колодка Бронза БрОЦС 6-6-3 ГОСТ 613-79 |
60 |
50 |
10 |
200 |
HB 45 кг/мм² |
0,95 |
Методика проведения эксперимента заключалась в следующем: стальной ролик устанавливался на шпиндель машины трения, колодка закреплялась с помощью винтов в державке. Радиальное биение ролика не превышало 10 мкм. Пара трения ролик-колодка (рис. 1) находилась в резервуаре со смазочным материалом. Коэффициент трения определялся по измерению момента трения, который регистрировался с помощью индуктивного датчика, встроенного в кинематическую схему машины. Температура в зоне контакта образцов измерялась с помощью хромель-алюмелевой термопары, которая устанавливалась в просверленном отверстии колодки диаметром 1,2 мм на глубине 1 мм от поверхности трения. Испытания проводились при частоте вращения 1400 об/мин и номинальном давлении Рном=17,5МПа. Интенсивность изнашивания определялась методом искусственных баз, которые наносились твердомером ТК-2. Для снижения погрешности измерения вспучивание материала вокруг углубления сферической формы сошлифовывалось и контролировалось металлографическим микроскопом МИМ-7.
Весовой износ регистрировался на аналитических весах ВЛА-200 с погрешностью, равной 0,0001 г. В качестве смазочного материала последовательно использовались трансмиссионное масло ТМ5-80W-90 и трансмиссионное масло, модифицированное полифторированным спиртом (ПФС2) с массовой концентрацией 1%.
По результатам испытаний построены графики изменения момента трения и температуры в зоне контакта на пути трения 14000 м, что соответствует 1,5 ч работы машины трения при угловой скорости 1400 об/мин (рис. 3, 4).
Рис. 3. График изменения момента трения (Мтр) на пути трения (S) 14000 м.
По рис. 3 можно установить период приработки и период, соответствующий установившемуся износу. На пути трения от 0 до 1000 м кривые практически совпадают. Это свидетельствует о том, что пары трения, смазываемые трансмиссионным маслом ТМ5-80W-90 и трансмиссионным маслом с полифторированным спиртом, имеют приблизительно одинаковый период приработки. На пути трения от 1000 до 14 000 м, соответствующему установившемуся износу, момент трения образцов, смазываемых трансмиссионным маслом с содержанием 1% полифторированного спирта, меньше, чем момент трения образцов, смазываемых трансмиссионным маслом ТМ5-80W-90, в среднем на 0,15-0,2 Н*м.
Рис. 4. График изменения температуры в зоне контакта (t) на пути трения (S) 14000 м.
В период приработки (от 0 до 1000 м) температура в зоне контакта ролика с колодкой при смазке трансмиссионным маслом ТМ5-80W-90 и трансмиссионным маслом, модифицированным полифторированным спиртом, практически одинакова. На пути трения от 1000 до 14 000 м температура в зоне контакта образцов, смазывающихся трансмиссионным маслом с содержанием 1% полифторированого спирта, заметно отличается от температуры в зоне контакта образцов, смазывающихся трансмиссионным маслом ТМ5-80W-90. Максимальная разница температур составляет 12 °С, что свидетельствует о хорошей смазочной способности трансмиссионного масла ТМ5-80W-90, модифицированного полифторированным спиртом.
Коэффициент трения скольжения ролика по колодке вычисляется по формуле:
, (1)
где 
- момент трения, H*м;
- сила прижатия ролика к колодке, Н;
- коэффициент трения скольжения;
- радиус ролика, м.
Откуда 
(2)
После вычисления 
по формуле 2 построен график изменения коэффициента трения, представленный на рисунке 5.
Рис. 5. Изменение коэффициента трения (fтр) на пути трения (S) 14000 м.
Из рис. 5. можно заметить, что практически на всем пути трения коэффициент трения ролика по колодке при смазке трансмиссионным маслом с полифторированным спиртом меньше, чем коэффициент трения ролика по колодке при смазке трансмиссионным маслом ТМ5-80W-90 на 0,002.
Эти данные свидетельствуют о том, что введение в трансмиссионное масло полифторированного спирта с массовой концентрацией 1% позволяет несколько снизить трение в исследуемых образцах.
После испытаний на машине трения СМТ-1 были определены весовой и линейный износ бронзовых колодок, приведенные в таблице 2.
Таблица 2 - Условия и результаты испытаний образцов на трение и износ по схеме «ролик-колодка» на машине трения СМТ-1
|
№ образ-ца |
Материал образцов |
Номина-льное давление, МПа |
Путь трения L (км) |
Масса образцов (г) |
Глубина впадины (мкм) |
||||
|
До испытаний |
После испытаний |
До испытаний |
После испытаний |
||||||
|
ролика |
колодки |
ролика |
колодки |
колодки |
колодки |
||||
|
Трансмиссионное масло ТМ5-80W-90 |
|||||||||
|
1 |
Ролик Сталь 45 |
17,5 |
14 |
166,3937 |
15,0000 |
166,3935 |
14,9262 |
15 |
11 |
|
1 |
Колодка Бронза Бр ОЦС 6-6--3 |
||||||||
|
Трансмиссионное масло ТМ5-80W-90 + 1%ПФС2 |
|||||||||
|
2 |
Ролик Сталь 45 |
17,5 |
14 |
166,3961 |
15,0669 |
166,3959 |
15,0625 |
19 |
17 |
|
2 |
Колодка Бронза Бр ОЦС 6-6-3 |
||||||||
Из таблицы 2 видно, что введение 1% полифторированного спирта (ПФС2) в состав трансмиссионного масла ТМ5-80W-90 снижает весовой износ колодки на 0,0694 г, линейный износ колодки уменьшается на 2 мкм.
Таким образом, использование в качестве присадки в трансмиссионное масло ТМ5-80W-90 полифторированного спирта (ПФС2) улучшает смазочную способность трансмиссионного масла и снижает трение и изнашивание образцов. Проведенные эксперименты свидетельствуют о перспективе применения модифицированного полифторированным спиртом трансмиссионного масла для повышения триботехнических свойств механических трансмиссий.
Рецензенты:
- Бурлаченко О.В., д.т.н., доцент, заведующий кафедрой «Технологии строительного производства», проректор по учебной работе ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет», г. Волгоград.
- Перфилов В.А., д.т.н., доц., заведующий кафедрой «Нефтегазовые сооружения» ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет», г. Волгоград.