Результат интеллектуальной деятельности: Смазочное масло для трансмиссий и шарниров винтов вертолетов

Изобретение относится к смазочным композициям, предназначенным преимущественно для трансмиссий, шлицевых соединений и высоконагруженных подшипниковых узлов с игольчатыми подшипниками вертолетов, работающих при качательном движении с малыми амплитудами, то есть в условиях, когда в механизме износа и разрушения тел качения значительную роль играют процессы контактной фреттинг-коррозии.

Указанные узлы трения, как известно, работают в специфических условиях колебательного движения и выходят из строя в результате местного износа, приводящего впоследствии к усталостному выкрашиванию контактирующих поверхностей тел.

К всесезонной смазочной композиции, единой для столь разных по особенностям нагружения и механизма износа областей применения, предъявляются следующие основные требования: по вязкостно-температурным характеристикам - кинематическая вязкость V₁₀₀ > 12 мм²/с, температура застывания Т_з < -50°С, по смазывающей способности на ЧМТ - критическая нагрузка Р_к > 1200 Н (или отсутствует), диаметр пятна износа D_и < 0,5 мм, нагрузка сваривания Р_с > 3500 Н, по антифреттинговым качествам - они должны быть достаточны для уменьшения процессов контактной фреттинг-коррозии, инициируемых в шлицевых соединениях приводов хвостового редуктора и игольчатых подшипниках ГШ и ВШ. Требуемый уровень трибологических показателей смазочных композиций достигается с помощью введения противоизносных и противозадирных присадок.

1. Известна смазочная композиция для осевых шарниров винтов вертолетов на основе загущенного маловязкого минерального масла, содержащая диизооктилсебацинат, антиокислительную присадку, полиметакрилатную присадку и дополнительно высоковязкое минеральное масло (Патент РФ №2100424, С10М 169/04, 1997 г.).

2. Известна также смазочная композиция, предназначенная для использования в высоконагруженных подшипниковых узлах с игольчатыми подшипниками, работающими при качательном движении с малыми амплитудами, на основе остаточного минерального масла, содержащая антиокислительные присадки, ариловый эфир фосфорной кислоты, диизооктилсебацинат, полимерный загуститель, серу техническую и маловязкое минеральное или полиальфаолефиновое масло (Патент РФ №2203312, С10М 169/02, 2003 г.).

Недостатком известных масел на минеральной основе является невысокий уровень антифреттинговых свойств при смазывании колеблющихся подшипников качения, неудовлетворительные низкотемпературные свойства, высокий момент трения при пуске, что не обеспечивает надежную эксплуатацию вертолетов.

3. Известно, например, синтетическое масло Б-3В на основе сложных эфиров пентаэритрита и синтетических жирных кислот фракции С₅-С₉, которое содержит антиокислительную присадку - параоксидифениламин и противозадирную - 2-меркаптобензтриазол («Горючесмазочные материалы для авиационных двигателей», изд. «Мастер Лайн», Казань, 2002 г., с. 301-302).

Масло Б-3В имеет высокую смазывающую способность, однако оно не удовлетворяет современным требованиям к показателю термоокислительной стабильности при 200°С, при пониженных температурах происходит выпадение в осадок компонентов смазочного материала, масло оказывает заметное коррозионное воздействие на цветные металлы.

4. Ближайшим аналогом является смазочная композиция для трансмиссий, горизонтальных (ГШ) и вертикальных (ВШ) шарниров втулок винтов вертолетов, содержащая полиальфаолефиновое масло; фенил-α-нафтиламин; 2,6-ди-третбутил-4-метилфенол и диизооктилсебацинат, смесь моно- и алкилпроизводных дифениламина, серу-, фосфор- и азотсодержащую присадки (Патент РФ №2122569, С10М 141/10, 1999 г.).

Однако, будучи всесезонной, она не во всех случаях обеспечивает достаточную работоспособность и не может быть использовано как единое трансмиссионно-шарнирное масло, так как не обладает требуемыми, термоокислительными и трибологическими показателями для использования в тяжелонагруженных трансмиссиях вертолетов. Недостатком данной смазочной композиции является сложность компонентного состава при составлении композиции.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близка к предлагаемой смазочная композиция для агрегатов вертолетов, содержащая остаточное масло нафтеновых нефтей, маловязкое масло нафтеновых нефтей, техническую серу и ариловый эфир фосфорной кислоты (Патент RU 2303626. 27.07.2007.).

Основными недостатками данной смазочной композиции являются недостаточно высокие антикоррозионные и низкотемпературные свойства для использования в тяжелонагруженных трансмиссиях и шарнирах вертолетов в широком диапазоне климатических условий.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков путем разработки смазочной композиции для трансмиссий и осевых шарниров винтов вертолетов, обладающей низкотемпературными, термоокислительными, трибологическими показателями, противоизносными свойствами и улучшенными эксплуатационными характеристиками, что обеспечит ее использование в тяжелонагруженных узлах вертолетов в широком диапазоне климатических условий. Еще одной отличительной особенностью изобретения является способность к биоразложению.

Ожидаемый технический результат от изобретения состоит в разработке смазочной композиции с повышенными до требуемого уровня трибологическими показателями при сохранении достаточного антифреттингового действия при работе в ГШ и ВШ винтов вертолетов.

Для достижения указанного технического результата необходимо применять синтетические базовые основы, отличительной особенностью которых являются низкие температуры застывания, особое место среди них занимают масла на основе сложных эфиров, которые за счет полярности молекул хорошо абсорбируются на поверхностях тел трения, чем способствуют минимальному коэффициенту трения.

Для решения поставленной задачи предлагается смазочное масло на основе синтетического базового масла, которое дополнительно содержит холестериловый эфир олеиновой кислоты в качестве антифреттинговой присадки, а также серосодержащую присадку в качестве противоизносной и вязкостной присадки при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Отличиями заявляемого технического решения являются использование в качестве базового масла диоктилсебацината (ДОС) по ГОСТ 8728-88, а также введение в состав масла загущающей присадки - продукта взаимодействия касторового масла с перекристаллизованной серой при температуре 210÷215°С (патент №2702654 14.06.2019) выступающего в качестве противоизносной, противозадирной и вязкостной присадки, в качестве антифреттинговой присадки вносится холестериловый эфир олеиновой кислоты. Холестериловые эфиры способны к плоскостной ориентации на поверхностях трения и образуют слоистые структуры в зоне трибоконтакта, что обеспечивает снижение коэффициента трения и повышение энергосберегающих свойств смазки.

Указанные отличия позволяют получить масло, соответствующее требованиям, предъявляемым к моторно-редукторным маслам для авиационной техники, при этом противоизносная и вязкостная присадка, представляющая собой термически стойкий загуститель, обеспечивает не только требуемую вязкость масла, но одновременно повышает эффективность содержащейся в композиции антифреттинговой присадки - холестерилового эфира олеиновой кислоты.

Благодаря антифреттинговой присадке смазочное масло может успешно работать в высоконагруженных подшипниковых узлах с колеблющимися игольчатыми подшипниками.

Антифреттинговая эффективность заявляемой смазочной композиции в этом специфическом случае обусловлена рядом факторов. Во-первых, при трибоактивации из молекул ДОС формируются прочные химически связанные с поверхностью металла граничные пленки, разделяющие контактирующие поверхности, в том числе в зонах контактной деформации, где при остановках и в моменты изменения направления движения зарождаются усталостные дефекты. Во-вторых, холестериловый эфир олеиновой кислоты, содержащийся в смазочной композиции, тормозит окислительные процессы за счет способности образовывать стабильные свободные радикалы. В-третьих, развитие контактной фреттинг-коррозии в колеблющихся игольчатых подшипниках, смазываемых предлагаемой композицией, за счет образования серосодержащих граничных слоев происходит медленней, чем в случае применения смазки ТСгип.

Технология изготовления предлагаемой композиции предусматривает смешение при постоянном перемешивании компонентов: базовой основы (ДОС) разогретой до 50-60°C с последовательно добавляемыми серосодержащей присадки и холестериловым эфиром олеиновой кислоты в качестве антифреттинговой присадки. Полученную смесь перемешивают в течение 30 минут, после чего охлаждают до комнатной температуры и разливают по товарным емкостям.

По описанной технологии изготовлены масла, составы которых приведены в табл. 1.

Предлагаемое масло способно заменить в трансмиссиях и ГШ, ВШ применяемые в настоящее время в вертолетных агрегатах трансмиссионное масло для гипоидных передач ТСгип ТУ 38.1011332-90, а также низкозастывающие маслосмеси ТСгип/АМГ-10 [В.М. Школьников. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Справочник, М.: Техинформ, 1999, с. 174-175].

Лабораторные испытания приготовленных образцов масла проводились принятыми для моторно-редукторных масел квалификационными методами. Результаты определения вязкостно-температурных показателей, трибологических свойств на ЧМТ (ГОСТ 9490-75) в сравнении с результатами испытаний масла ТСгип и прототипа приведены в таблице 2.

Данные, приведенные в таблице 2, подтверждают высокую эффективность предлагаемого масла. Предлагаемое масло представляет собой современное авиационное универсальное смазочное масло, которое может заменить такие масла, как ТСгип, СМ-9, ВО-12 и, не имея присущих этим маслам недостатков (узкий диапазон температур эксплуатации, плохие антифреттинговые свойства), полностью соответствует современным требованиям.