Смазка — как она относится к редукторостроению
Смазка — как она относится к редукторостроению — это довольно большая вселенная, намного больше, чем старая двусмысленная фраза “скрипучее колесо требует смазки.”
Действительно, смазка в этой вселенной включает трансмиссионные масла, охлаждающие жидкости, консистентные смазки, масла и сложные смазочные материалы, предназначенные для всего, что связано с зубчатыми передачами, от подшипников до коробок передач, шестерен, муфт, механизмов и много другого. Добавьте смазочное оборудование - в том числе довольно сложное - используемое для доставки различных смазочных материалов, в том числе синтетических, туда, где требуется смазка, и легко понять, что там много всего происходит.
Чтобы попытаться внести некоторую ясность в ситуацию, мы приведем мнения экспертов, которые высказали свои мысли по ряду вопросов, касающихся смазки. Это общий подход к поиску информации о текущих тенденциях и проблемах, неотъемлемо относящихся к технологиям смазывания, их постоянное развитие и использование.
Синтетические смазочные материалы в настоящее время занимают центральное место в отрасли. Возникает вопрос, существует ли признанное в отрасли определение «синтетического» смазочного материала. Как и следовало ожидать, это гораздо сложнее, чем пытаться решить, стоит ли использовать синтетику для следующей замены масла.
«В Германии синтетический ПАО (РАО - в международной маркировке) (Полиальфаолефины) определяется как 100% ПАО», - говорит Роберт Эррикелло, президент GEARTECH. «В США и других странах синтетический ПАО может представлять собой смесь 1–30% ПАО и минерального масла. Иногда такие ПАО называют полусинтетическими. PAG (Полиалкиленглиголь) считается синтетическим маслом во всех странах».
Между тем, по словам Рене Грешерта, инженера по испытаниям оборудования WZL, «Уже был юридический спор по поводу этого, но нет признанного отраслевого стандарта. Поэтому термин «синтетический» используется очень творчески. Однако масла с полностью химическим составом чаще всего называют «полностью синтетическими» (т.е. смеси полностью синтетических), а минеральные масла - «полусинтетическими». С другой стороны, даже масла гидрокрекинга, которые на самом деле основаны на минеральных маслах, часто рекламируются как «синтез углеводородов», вероятно, для того, чтобы они казались более ценными».
Марки с фиксированной вязкостью - еще один важный фактор для смазочных материалов, особенно важных для защиты от микропиттинга. Вопрос: что лучше всего работает? «PAG имеет самую высокую стойкость к микропиттингу, а минеральные и ПАО имеют меньшее, но схожее сопротивление микропиттингу», - говорит Эррикелло.
Хотя, с одной стороны, Аарон Айзексон, старший инженер-исследователь и руководитель центра технологий трансмиссии в Лаборатории прикладных исследований Университета штата Пенсильвания и управляющий директор Института исследований зубчатых колес, заявляет: «Я бы не подумал, что толщина пленки будет зависеть от базового масла », а Грешерта говорит: «Тенденция к сопротивлению микропиттингу и КПД редуктора (коррелирует) с толщиной пленки EHL», добавляя: «Следовательно, характеристики смазочного материала имеют тенденцию улучшаться в следующем порядке: минеральный - ПАО - PAG. Однако на практике можно наблюдать различные тенденции, поскольку на смазку также влияют другие факторы, такие как, например, присадки к смазочным материалам, а также их сложная взаимозависимость и побочные эффекты».
Соответственно, толщина пленки EHL является еще одним важным компонентом смазки. Это требует определения правильного базового компонента (минерального, ПАО или PAG (Полиалкиленглиголь)) для использования в приложении.
«Это зависит от температуры зубьев шестерни», - утверждает Эррикелло. «PAG имеет более толстые пленки, чем ПАО и минеральные во всем диапазоне практических температур. Существует небольшая разница между ПАО и минеральным в диапазоне 70–90 ° C. При температуре <70 ° C минеральное и PAG имеют более толстую пленку, чем ПАО. При температуре > 90 ° C пленки ПАО и PAG имеют более толстую пленку, чем минеральные.
Эффективность редуктора - это условие, которое в отрасли постоянно требует улучшения. Ожидается, что смазка сыграет важную роль в этом улучшении. И какой параметр смазки больше всего влияет на эту эффективность?
“Есть много способов повысить эффективность редуктора”, - говорит Айзексон. “В общем, вы хотите уменьшить потери. Потери происходят из-за трения, вспенивания и/или парусности. Трение может быть уменьшено несколькими способами — например, уменьшением шероховатости поверхности, добавлением покрытий с низким коэффициентом трения к компонентам качения/скольжения, таким как шестерни и подшипники, добавлением добавок к смазке и, возможно, еще несколькими. Потери при вспенивании могут быть уменьшены за счет использования смазки с меньшей вязкостью, работы при более высокой температуре смазки или снижения уровня масла, которое вращающиеся детали вынуждены пропускать. В редукторах со струйной смазкой можно уменьшить ветровые потери, установив кожух вокруг зубчатых колес или добавив в конструкцию редуктора элементы, снижающие сопротивление (крылышки с фольгой!)».
Эррикелло добавляет, что «PAG имеет самый низкий коэффициент сцепления и, следовательно, обеспечивает наивысшую эффективность. PAG с низкой вязкостью и низким коэффициентом тяги, как правило, обеспечивает наивысшую эффективность».
В связи с этим Грешерт добавляет, что «с одной стороны, класс вязкости в основном коррелирует с потерями холостого хода редуктора. Более высокая вязкость приводит к более высоким потерям при взбалтывании и, следовательно, к снижению эффективности. С другой стороны, выбор базового масла и присадок влияет на режим смазки, особенно в отношении потерь в редукторе, зависящих от нагрузки. В этом контексте PAG работает лучше, чем ПАО и минеральные масла. Одним из возможных объяснений такой разницы между базовыми маслами является их различная способность создавать эластогидродинамическую смазку (EHL) вместо смешанной смазки».
Неудивительно, что для стабильной смазки требуется строгий режим технического обслуживания. Без него в будущем простои и дорогостоящий ремонт. Итак, что представляет собой надежное обслуживание?
«Основные лабораторные тесты - это вязкость, кислотное число, содержание воды и спектрометрический анализ», - говорит Эррикелло. «Если в ходе основных тестов возникают вопросы, следует провести дополнительные, такие как феррографические тесты, подсчет обломков и металлических частиц с помощью анализатора PQ».
«Это действительно зависит от вашего использования», - говорит Айзексон. «Вы производите много мусора или твердых частиц? Если это так, то вы, вероятно, захотите отслеживать количество частиц. Вы работаете при высоких температурах? Если это так, вы можете контролировать вязкость и содержание присадок. Вы беспокоитесь о скоплении воды или других загрязняющих веществ? Если это так, вы, вероятно, захотите проверить их. Можно многому научиться, сотрудничая с опытной компанией по анализу масел, которая порекомендует подходящие тесты и интервалы отбора проб для вашего применения. Интерпретация результатов также не всегда проста. Так что иметь испытательную лабораторию, которая понимает ваши цели, просто необходимо».
Наконец, производственные процессы и сопутствующие требования продолжают развиваться с, казалось бы, головокружительной скоростью. Смазка не исключение.
«В настоящее время смазочные материалы и присадки достаточно хороши, и в будущем их следует улучшать», - говорит Исааксон. «Текущие области исследований включают добавки с наночастицами, ионные смазочные материалы, понизители трения на основе графена, оптимизацию присадок ZDDP, улучшители индекса вязкости и длинный список других - любое количество из которых может привести к следующему большому прорыву в технологии смазывания. Однако ваш предыдущий вопрос о профилактическом обслуживании будет касаться того, на чем я сосредоточу свои усилия. Внедрение системы мониторинга смазки или регулярного графика отбора проб обеспечит немедленную отдачу, в то время как ожидание следующего важного события может занять некоторое время». Грешерт из WZL объясняет: «В настоящее время мы наблюдаем за усилиями по оптимизации совместимости смазочных материалов и расширению их функциональных возможностей. Требования к совместимости повышаются в результате введения стандартов (например, совместимость с человеческими организмами) или в результате более универсальной области применения (например, совместимость с уплотнительными элементами). Например, жидкости для металлообработки все больше и больше содержат количество высокотехнологичных синтетических эфирных масел с превосходными характеристиками и совместимостью с уплотнениями. Однако производители и пользователи станков очень осторожно используют их из-за своего плохого опыта с первыми натуральными эфирными маслами в 1990-х годах.
«Еще одна интересная тема - улучшение или замена процедуры обкатки в начале эксплуатации. Наибольшие изменения в зоне поверхности зубчатого колеса происходят в самом начале его работы, например - выравнивается шероховатость поверхности, микроструктура становится мелкозернистой, изменяется химический состав. У нас была большая исследовательская программа на 2012-2018 годы (и планируется продолжение в 2021 году) более чем 20 институтов, пытающихся понять и усовершенствовать процесс обкатки и ее рабочие механизмы для повышения ресурсоэффективности при применении смазочных материалов и элементов машин».
И, «Да», - говорит Эррикелло, «электромобили требуют специальных смазочных материалов, потому что смазка действует как охлаждающая жидкость для охлаждения электродвигателя в дополнение к смазке шестерен и подшипников качения в коробке передач. Из-за сильного нагрева двигателя минеральные материалы, PAO и PAG не обладают желаемыми свойствами. В настоящее время это горячая тема для исследований. Возможно, жидкость на основе сложного полиэфира, которая имеет превосходные высокотемпературные характеристики и повышенную смазывающую способность, которая увеличивает эффективность, могла бы заполнить пробел».
