BADANIA WPŁYWU PREPARATU EKSPLOATACYJNEGO
O DZIAŁANIU CHEMICZNYM NA WŁAŚCIWOŚCI SMARNE
OLEJU TITAN TRUCK PLUS 15W40 STOSOWANEGO
W SILNIKACH OKRĘTOWYCH
W artykule przedstawiono wyniki badań właściwości smarnych oleju silnikowego Titan Truck Plus 15W40 stosowanego w bezwodzikowych silnikach okrętowych oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym o działaniu chemicznym Motor Life Professional (MLP). Badania wykonano na aparacie czterokulowym T-02 zgodnie z PN-76/C-04147. Wyznaczono następujące wskaźniki właści-wości smarnych: obciążenie zespawania Pz, obciążenie zacierające Pt, największe obciążenie nieza-cierające Pn, wskaźnik zużycia pod obciążeniem Ih oraz graniczne obciążenie zużycia Goz. Badania wykazały, że preparat eksploatacyjny Motor Life Professional dodany do oleju smarowego spowodo-wał poprawę jego właściwości przeciwzużyciowych i przeciwzatarciowych, a w szczególności znaczący wzrost odporności na zużycie współpracujących elementów węzła tarcia. Zdaniem autora modyfikacja olejów silnikowych (wyposażonych przez producenta w dodatki przeciwzużyciowe i przeciwzatarciowe) preparatami eksploatacyjnymi może przynieść pewne korzyści w trudnych warunkach pracy urządzenia, np. częste starty i zmiany obciążenia, przeciążenia, praca w zanieczysz-czonym środowisku itp.
WSTĘP
Oleje smarowe charakteryzują się coraz lepszą jakością. Poprawę jakości uzyskuje się dzięki dodatkom uszlachetniającym będącym ich integralną częścią. Mimo to w ekstremalnych warunkach pracy systemów tribologicznych (wysokie naciski, prędkości względne, temperatury, chwilowy brak smarowania np. podczas rozruchu) elementy tych systemów nie są dostatecznie chronione. W związku z tym w ostatnich latach pojawiła się idea wprowadzenia do węzła tarcia wraz z olejem dodatkowej substancji – preparatu eksploatacyjnego.
W literaturze przedmiotu oraz informacjach producentów prezentowane są skrajne opinie dotyczące działania preparatów eksploatacyjnych – od szkodliwości, poprzez znikomą skuteczność do efektywności i dużego znaczenia techniczno--ekonomicznego oraz ekologicznego [1, 3, 4, 7–10]. Tak odmienne opinie wynika-ją między innymi z dużej różnorodności preparatów eksploatacyjnych i różnych mechanizmów ich działania.
A. Młynarczak, Badania wpływu preparatu eksploatacyjnego o działaniu chemicznym na właściwości... 63
Obecnie najszersze zastosowanie znajdują preparaty o działaniu chemicznym. Preparaty te łączą się trwale z olejem, zatem nie osadzają się na filtrach i nie two-rzą warstw termoizolacyjnych, czego nie można powiedzieć o preparatach zawiera-jących w swym składzie cząstki środków smarnych stałych.
Autorzy prac [2, 5, 6] nie uzyskali zdecydowanej poprawy wskaźników wła-ściwości smarnych, oprócz obciążenia zespawania Pz i granicznego obciążenia
zużycia Goz, które świadczą o pozytywnym wpływie preparatu eksploatacyjnego
w ekstremalnych warunkach pracy. Z tego powodu można sądzić, że w przypadku olejów silnikowych wyposażonych przez producenta w pakiety dodatków przeciw-zużyciowych (AW) i przeciwzatarciowych (EP) może budzić wątpliwość stosowa-nie preparatów eksploatacyjnych.
W niniejszej pracy podjęto próbę oceny wpływu preparatu eksploatacyjnego o działaniu chemicznym Motor Life Professional na właściwości smarne oleju obiegowego Titan Truck Plus 15W40 stosowanego w bezwodzikowych silnikach okrętowych. Badania przeprowadzono przy użyciu aparatu czterokulowego T-02 zgodnie z normą PN-76/C-04147 [12].
1. STANOWISKO BADAWCZE I METODYKA BADAŃ
Do przeprowadzenia badań tribologicznych użyto aparatu czterokulowego T-02, wyposażonego we wspomagane komputerowo systemy sterowania i pomia-rów. Urządzenie zostało zaprojektowane i wykonane w Instytucie Technologii Eksploatacji w Radomiu. Metodologię pomiarów opisano w pozycjach [11–14].
Węzeł tarcia (rys. 1) składał się z czterech kulek ze stali 100 Cr6 o średnicy 12,7 mm, chropowatości powierzchni Ra = 0,032 µm i twardości według
Rockwel-la 60 HRC. Trzy nieruchome dolne kulki (nr 2 na rys. 1) osadzone w gnieździe (4) dociskane są siłą P do wirującej z prędkością obrotową n kulki górnej (1). Dolne kulki zanurzone są całkowicie w badanym oleju. W ten sposób pomiędzy współ-pracującymi kulkami występuje tarcie ślizgowe.
Rys. 1. Schemat węzła tarcia [14]: 1 – kulka górna, 2 – kulki dolne, 3 – uchwyt kulki,
4 – gniazdo kulek
Fig. 1. Scheme of the friction pair [14]: 1 – top ball, 2 – lower balls, 3 – top ball holder,
4 – lower balls seat
1 2 3 4 P n
Badania przeprowadzono dla oleju silnikowego Titan Truck Plus 15W40 (TTP) stosowanego do smarowania łożysk oraz tulei cylindrowych bezwodzi-kowych silników okrętowych. Właściwości fizyczne oleju Titan Truck Plus 15W40 przedstawiono w tabeli 1. Olej ten modyfikowano 5-procentowym (w stosunku objętościowym) preparatem eksploatacyjnym o działaniu chemicznym – Motor Life Professional (MLP). MLP składa się ze związków grupy ditiofosforanów cyn-ku, alkilowych, pierwszo- i drugorzędowych, siarczków organicznych, nadzasado-wych sulfonianów magnezu, kwasów alkenobursztynonadzasado-wych, siarkowanych kwa-sów tłuszczowych, polimetylosiloksanów, alkilometakrylanów, kopolimerów etylenowo-propylenowych, mieszaniny syntetycznych estrów poliolowych wywo-dzących się z alkoholi wielowodorotlenowych, inhibitorów korozji, inhibitorów utlenienia. Charakteryzuje się dużym ciężarem cząsteczkowym oraz wysoką stabil-nością chemiczną i termiczną [9]. Właściwości fizyczne preparatu eksploata-cyjnego MLP przedstawiono w tabeli 2.
Tabela 1. Właściwości fizyczne oleju smarnego Titan Truck Plus 15W40 Table 1. Physical properties of the Titan Truck Plus 15W40 motor oil
Nr Parametr Wartość
1 Gęstość w temp. 15°C [g/ml] 0,887
2 Temperatura zapłonu [°C] 230
3 Temperatura krzepnięcia [°C] - 35
4 Wskaźnik lepkości [-] 138
5 Lepkość kinematyczna w temp. 100°C [mm2/s] 13,9
6 Lepkość kinematyczna w temp. 40°C [mm2/s] 104
Tabela 2. Właściwości fizyczne preparatu eksploatacyjnego Motor Life Professional [9] Table 2. Physical properties of the Motor Life Professional aftermarket additive [9]
Nr Parametr Wartość
1 Gęstość w temp. 20°C [g/ml] 1,194
2 Temperatura wrzenia [°C] 275
3 Temperatura zapłonu [°C] 210
4 Temperatura krzepnięcia [°C] - 43
6 Lepkość kinematyczna w temp. 100°C [mm2/s] 5,63
7 Lepkość kinematyczna w temp. 40°C [mm2/s] 117,7
Według normy [12] wyznaczono następujące wskaźniki właściwości smar-nych: obciążenie zespawania Pz, wskaźnik zużycia pod obciążeniem Ih, największe obciążenie niezacierające Pn, obciążenie zacierające Pt oraz graniczne obciążenie zużycia Goz. Wyznaczenie wskaźników Pn, Ih, Pz odbywało się przy narastającym skokowo obciążeniu aż do momentu zespawania kulek. Wyznaczenie wskaźnika Pt odbywało się pod wzrastającym w sposób ciągły obciążeniem (zaczynającym się od obciążenia równego zero), aż do uzyskania gwałtownego wzrostu oporów ruchu definiowanego jako początek zacierania.
A. Młynarczak, Badania wpływu preparatu eksploatacyjnego o działaniu chemicznym na właściwości... 65
2. WYNIKI BADAŃ
Wyniki badań właściwości smarnych oleju silnikowego Titan Truck Plus 15W40 oraz modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym Motor Life Professional przedstawiono w tabeli 3 oraz na rysunkach 2–4.
Rysunek 2 stanowi porównanie badanych wskaźników właściwości smarnych. Obciążenie zespawania Pz nie zmieniło się, natomiast pozostałe wskaźniki, tj. naj-większe obciążenie niezacierające Pn, obciążenie zacierające Pt oraz wskaźnik zużycia pod obciążeniem Ih, wzrosły. Obciążenie zespawania i wskaźnik zużycia pod obciążeniem charakteryzują przeciwzatarciowe działanie środków smarnych, natomiast największe obciążenie niezacierające i obciążenie zacierające charakte-ryzują trwałość warstwy smarnej i służą do wyznaczenia warunków, w których następuje zniszczenie tej warstwy, i rozpoczęcia zacierania. Uzyskane wyniki wskazują na to, że preparat eksploatacyjny zwiększył wytrzymałość warstwy gra-nicznej utworzonej na powierzchni kulek.
Wartość wskaźnika zużycia pod obciążeniem oblicza się według [12] i jego wzrost wynika z mniejszej średnicy skaz zmierzonej na dolnych kulkach. Zależ-ność średnicy skaz od obciążenia dla oleju Titan Truck Plus 15W40 oraz modyfi-kowanego preparatem eksploatacyjnym Motor Life Professional przedstawiono na rysunku 3. Tylko dla obciążenia wynoszącego 784,8 N średnice skaz są zbliżone. Dla wyższych obciążeń węzła tarcia niższe średnice uzyskuje się w przypadku oleju modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym. Zatem dodanie preparatu eksploatacyjnego MLP do badanego oleju smarowego powoduje zwiększenie od-porności na zużycie współpracujących elementów węzła tarcia.
Z rysunku 4 wynika, że preparat eksploatacyjny w znaczący sposób poprawia odporność na zużycie współpracujących elementów. Dodanie preparatu eksploata-cyjnego Motor Life Professional (w ilości 5% objętościowo) do oleju Titan Truck Plus 15W40 spowodowało wzrost granicznego obciążenia zużycia Goz aż o 248% (z wartości 830 N/mm2 do 3190 N/mm2). Wynik ten może sugerować, że preparat eksploatacyjny tworzy na powierzchni współpracujących elementów dodatkową warstwę graniczną (niezależnie od warstwy granicznej utworzonej przez olej sma-rowy), która uaktywnia się w ekstremalnych warunkach pracy elementów węzła tarcia. Warstwa ta może stanowić dodatkową ochronę przed zatarciem.
Tabela 3. Właściwości smarne oleju Titan Truck Plus 15W40 modyfikowanego preparatem eksploatacyjnym Motor Life Professional
Table 3. Lubricating properties of Titan Truck Plus 15W40 engine oil and modified by Motor Life Professional aftermarket additive
Wskaźniki właściwości
smarnych Titan Truck Plus 15W40 + 5% Motor Life Professional Titan Truck Plus 15W40
Pn [N] 784,8 981
Pz [N] 3090 3090
Ih [N] 468 570,5
Pt [N] 2200 2250
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 1 2 3 4 W ska źn ik i Pn , Pz , Ih , P t [N ] Pn Pz Ih Pt TTP 15W40 TTP 15W40 + MLP
Rys. 2. Właściwości smarne oleju obiegowego Titan Truck Plus 15W40 oraz modyfikowa-nego preparatem eksploatacyjnym Motor Life Professional:
Pn – największe obciążenie niezacierające, Pz – obciążenie zespawania, Ih – wskaźnik zużycia pod obciążeniem, Pt – obciążenie zacierające Fig. 2. Lubricating properties of Titan Truck Plus 15W40 engine oil and modified by
Motor Life Professional aftermarket additive: Pn – maximum non-seizure point, Pz – weld point, Ih – load wear index, Pt – seizure point
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Ś re d n ic a s ka z [m m ] Obciążenie [N] TTP 15W40 TTP 15W40 + MLP
Rys. 3. Średnice skaz w funkcji obciążenia dla badanych środków smarowych Fig. 3. Scar diameters in load function for tested lubricants
A. Młynarczak, Badania wpływu preparatu eksploatacyjnego o działaniu chemicznym na właściwości... 67 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 TTP 15W40 TTP 15W40 + MLP G ra ni czn e o bci ąż en ie zu życ ia [N /m m 2 ]
Rys. 4. Graniczne obciążenie zużycia badanych środków smarowych Fig. 4. The load limit of wear for tested lubricants
PODSUMOWANIE
1. Preparat eksploatacyjny Motor Life Professional dodany do oleju smarowego Titan Truck Plus 15W40 w stosunku 5% (objętościowo) poprawia właściwości przeciwzużyciowe i przeciwzatarciowe charakteryzowane przez wskaźniki wła-ściwości smarnych.
2. Spośród badanych wskaźników właściwości smarnych obciążenie zespawania Pz nie zmieniło się, natomiast wzrosły pozostałe wskaźniki, tj. największe
ob-ciążenie niezacierające Pn, obciążenie zacierające Pt i wskaźnik zużycia pod obciążeniem Ih.
3. Preparat eksploatacyjny w znaczący sposób poprawia odporność na zużycie współpracujących elementów charakteryzowaną parametrem Goz – graniczne obciążenie zużycia. Parametr ten wzrósł aż o 248% (z wartości 830 N/mm2 do 3190 N/mm2), co może sugerować, że preparat eksploatacyjny tworzy na po-wierzchni współpracujących elementów dodatkową warstwę graniczną (nieza-leżnie od warstwy granicznej utworzonej przez olej smarowy), która uaktywnia się w ekstremalnych warunkach pracy elementów węzła tarcia. Warstwa ta mo-że stanowić dodatkową ochronę przed zatarciem.
4. Modyfikowanie olejów silnikowych (już wyposażonych przez producenta w pakiety dodatków przeciwzużyciowych i przeciwzatarciowych) preparatami eksploatacyjnymi o działaniu chemicznym może być uzasadnione w trudnych warunkach pracy urządzenia, takich jak częste rozruchy i zmiany obciążenia, przeciążenia, praca w zanieczyszczonym środowisku itp.
LITERATURA
1. Capanidis D., Wieleba W., Kowalewski P., Wpływ wybranych smarowych preparatów eksploata-cyjnych na właściwości tribologiczne materiałów polimerowych podczas tarcia ze stalą, Tribolo-gia, 2010, nr 6, s. 11–23.
2. Laber A., Analiza możliwości wykorzystania preparatu eksploatacyjnego Motor Life Professional w modyfikowaniu warunków pracy węzłów tarcia pojazdów samochodowych, Tribologia, 2009, nr 5, s. 99–108.
3. Laber A., Modyfikowanie warunków pracy węzła tarcia olejami z dodatkami eksploatacyjnymi na bazie środków smarnych stałych, Tribologia, 2011, nr 5, s. 137–145.
4. Laber S., Badania własności eksploatacyjnych i smarnych uszlachetniacza metalu, Uniwersytet Zielonogórski, 2003.
5. Laber S., Adamczuk K., Właściwości tribologiczne węzła tarcia z wykorzystaniem wybranych gatunków brązów, Tribologia, 2010, nr 6, s. 49–57.
6. Laber S., Laber, A., Ocena własności smarnych wybranych środków smarowych stosowanych w eksploatacji urządzeń dźwigowych, Tribologia, 2010, nr 4, s. 275–281.
7. Laber S., Jenek M., Badania wpływu preparatów eksploatacyjnych na zmianę własności smar-nych olejów oraz właściwości tribologiczne żeliwa, Tribologia, 2010, nr 6, s. 25–38.
8. Łuksa A., Witkoś A., Dodatki uszlachetniające do olejów smarowych, Paliwa, Oleje I Smary W Eksploatacji, 1995, nr 19, s. 24–26.
9. Materiały informacyjne dotyczące preparatu eksploatacyjnego Motor Life Professional, Plastmal, Warszawa 2007.
10. McFall, D., Dwugłos na temat dodatków wspomagających do olejów, Paliwa, Oleje I Smary W Eksploatacji, 2000, nr 69, s. 19–23.
11. Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W., The action of lubricants under extreme pressure conditions in a modified four-ball tester, Wear, 2001, vol. 240, s. 183–193.
12. PN-76/C-04147, Badanie własności smarnych olejów i smarów.
13. Szczerek M., Tuszyński W., Tribological Tests, Scuffing, Publ. IteE, Radom, Poland 2000. 14. T-02U Aparat czterokulowy, Instrukcja obsługi, Instytut Technologii Eksploatacji, Radom 2011.
INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF AFTERMARKET ADDITIVE ON LUBRICATING PROPERTIES OF TITAN TRUCK PLUS 15W40 OIL
USED IN MARINE DIESEL ENGINES Summary
The paper presents the results of lubricating properties tests of Titan Truck Plus 15W40 motor oil used in trunk piston marine diesel engines and modified by the Motor Life Professional aftermarket additive. The test results were collected by means of a four-ball extreme pressure tester T-02 according to Polish Norm PN-76/C-04147. The following lubricating properties parameters were determined: weld point Pz, maximum non-seizure point Pn, seizure point Pt, load wear index Ih and load limit of wear Goz. Investigations showed that modification of lubricating oil by Motor Life Professional aftermarket additive improves antiwear and antiseizure properties of the tested oil and especially the wear resistance of the friction node elements. In authors opinion, modifying of motor oil (provided by antwear and antiseizure additives by the manufacturer) by the aftermarket additives can bring some advantages but only in hard working condition of the machine for example frequent starts and load changes, overloads, operation in polluted atmosphere etc.
