Ispitivanje maziva

XVII ISPITIVANJE MAZIVA 201

POGLAVLJE XVII Ispitivanje maziva

Maziva su materije koje omogućuju da se smanji trenje i habanje između tarućih površina koje su u relativnom keretanju. Pored toga, ma-ziva imaju zadatak da uklanjaju-ispiraju abrazivne čestice sa tarućih po-vršina, štite površine od korozije, hlade delove mašina itd.

U cilju zadovoljenja određenih režima podmazivanja maziva moraju da imaju tačno definisana fizičko-hemijska svojstva i odgovarajuće fu-nkcionalne karakteristike.

U rudarskoj praksi najveću i najširu primenu imaju maziva ulja i te-hničke masti.

Osnovna fizičko-hemijska svojstva mazivih ulja su: gustina, visko-znost, indeks viskoznosti (IV), temperatura paIjenja‚ temperatura stinja-vanja, specifična toplota, hemijska stabilnost, termička stabilnost. Najva-žnije funkcionalne karakteristike mazivih ulja su: antikorozivnost, kompa-tabilnost i antitoksičnost.

Osnovna fizičko-hemijska svojstva tehničkih masti su: konzistenci-ja, prividna viskoznost, temperatura kapanjai oksidaciona stabilnost. Na-jvažnije funkcionalne karakteristike tehničkih masti su: mehanička stabi-lnost, otpornost na vodu‚ izdvajanje ulja i sposobnost podmazivanja.

Za ispitivanje maziva u upotrebi su različiti postupci opšteg i pose-bnog karaktera za maziva ulja i tehničke masti‚ kao i posebni postupci za izvoznu i drugu užad u rudarsvu (JUS B.H8.220).

U ovom Praktikumu obradiće se najvažnije karakteristike mazivih ulja i tehničkih masti, koje je neophodno potrebno da poznaju rudarski inžinjeri.

17.1. Određivanje viskoznosti ulja

Viskoznost predstavlja najvažnije fizičko svojstvo mazivog ulja. Vi-skoznost ulja direktno utiče na formiranja uljnog sloja između metalnih površina koje su u relativnom kretanju, a time utiče i na smanjenje trenja i habanja. Od viskoznosti ulja zavisi gubitak energije za pokretanje mašinskih sklopova, gubitak maziva kroz zazore i dr.

Pod pojmom viskoznosti podrazumeva se unutrašnji otpor čestica tečnosti. Postoji više vrsta viskoznosti i to: dinamička, kinematska i relati-vna viskoznost.

Dinamička viskoznost je koeficijent unutrašnjeg trenja čestica ulja i izražava se u Pa·s.

Kinematska viskoznost je specifični koeficijent unutrašnjeg trenja ulja i predstavlja odnos dinamičke viskoznosti i specifične gustine ulja‚ a izražava se u m2/s.

TEHNOLOGIJA MATERIJALA U RUDARSTVU 202

Dinamička (apsolutna) viskoznost i kinematska viskoznost određuju se pomoću Fogel-Osagovog (Vogel-Ossag) viskozimetra, na osnovu pro-ticanja uzorka ulja kroz kapilarnu cev na tačno određenoj temperaturi.

Relativna viskoznost određuje se pomoću Englerovog viskozime-tra, koji radi na principu merenja vremena isticanja tečnosti kroz otvor kratke cevi. Viskoznost se izražava u relativnim, konvencionalno usvoje-nim jedinicama stepena Englera (0E).

Pored nabrojanih viskozimetara postoji i niz drugih aparatura, koje su našle primenu za određivanje viskoznosti u pojedinim zemljama. U Engleskoj se koristi Redvudov viskozimetar, a viskoznost iskazuje u Redvudovim sekundama. U SAD najpoznatiji je Sejboltov viskozimetar, a viskoznost se izražava u Sejbolt univerzalnim sekundama (SUS).

Za preračunavanje jednih jedinica viskoznosti u druge‚ postoje odgovarajući odnosi. Pri tome se jedinice dinamičke i kinematske visko-znosti mogu preračunavati u konvencionalne jedinice, dok obrnut postu-pak nije dozvoljen.

17.1.1. Određivanje viskoznosti Fogel-Osagovim viskozimetrom

Metoda se zasniva na lamilarnom proticanju ulja kroz kapilarnu cev na tačno određenoj temperaturi. Za merenje je potrebno najmanje pet ka-pilarnih cevi različitih prečnika, koje se po izboru stavljaju u aparat.

Fogel-Osagov viskozimetar prikazan je na slici 125. Proširenje na kapilari (7) određuje zapreminu tečnosti koja protiče

između oznaka M1 i M2. Dimenzije kapilarne cevi su: - dužina kapilare .................................................. 90mm±2mm, - merna zapremina.................................................6,7ml, - rastojanje izmedu oznaka M1 i M2 ........................35mm. Kupatilo u koje se prilikom merenja stavlja viskozimetar mora biti

dovoljno veliko da se u njemu održava konstantna temperatura za vreme merenja, pošto viskoznost mnogo zavisi od temperature. Tečnost za za-grevanje viskozimetra u kupatilu je alkohol, voda ili rafinisana laka ulja‚ što zavisi od temperature zagrevanja.

Za određivanje kinematske viskoznosti najpre se pomoću male kli-pne pumpe koja je spojena gumenim crevom na vrh kapilare (7), usisa uzorak ulja iz posude (2) do gornjeg loptastog proširenja iznad oznake M1 kapilare. Zatim se crevo odvoji od kapilare i ulje počinje da slobodno ističe u sud (2). Vreme tk za koje uzorak ulja protekne između oznaka M1 i M2 kapilarne cevi‚ izmeri se štopericom.


Slika 125. Fogel-Osagov viskozimetar: 1) posuda; 2) prelivna posudica za ulje;

3) preklopni hermetički poklopac; 4) nastavak za spajanje kapilare; 5) preklopna navrtka; 6) naglavak sa navojem; 7) kapilara; 8) držač za fiksiranje aparata;

9) priključak za dovod vazduha pod pritiskom; 10) dodatna cev sa termometrom T1; 11) kukica za podešavanje donjeg nivoa tečnosti

Za određivanje dinamičke viskoznosti ulje iz prelivne posude (2)

potiskuje se odozdo na gore konstantnim pritiskom od 6kPa‚ pomoću pri-ključka za dovod vazduha (9) postavljenog na dodatnoj cevi (10). Vreme proticanja tečnosti tc između oznaka M2 i M1 kapilarne cevi izmeri se što-pericom.

Pri određivanju viskoznosti na različitim temperaturama uvek se počinje od nižih ka višim temperaturama.

Vreme proticanja tečnosti kroz kapilaru između oznaka M1 i M2 odnosno M2 i M1 ne sme biti nikad kraće od 30s.

Vremena proticanja tečnosti kroz kapilaru treba da budu duža od graničnih vrednosti datih u tabeli 47.

Kinematska viskoznost izračunava se tako što se vreme proticanja ulja u sekundama tk pomnoži faktorom kapilare k, pa je:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅==

smtkVv kk

2

(135)

Tabela 47. Granične vrednosti proticanja tečnosti kroz kapilaru


Vrednost faktora kapilare k, odnosno c

Najmanje vreme proticanja

0,01 265 0,02 190 0,05 120 0,10 85 0,50 40 1,00 30

Dinamička viskoznost izračunava se tako što se vreme proticanja

ulja u sekundama tc pomnoži faktorom kapilare c, pa je:

[ ]sPatcV cd ⋅⋅==η (136)

Rezultati ispitivanja se daju uz obavezno navođenje temperature na kojoj je vršeno merenje u 0C.

Izbor veličine viskoznosti ulja određen je radnom temperaturom, temperaturom okoline, veličom opterećenja, brzinom pokretnih delova i drugim zahtevima.

Opseg viskoznosti ulja za različite namene, pri radnim tempera-turama, dat je u tabeli 48.

Ulja za podmazivanje motora SUS podeljena su na 10 viskozitetnih grupa označenih SAE brojevima, kako je to dato u tabeli 49. Podela je izvršena od strane SAE (Society of Automotive Engineers SAD).

Tabela 48. Opseg viskoznosti ulja za različite namene

Namena ulja Viskoznost na radnoj

temperaturi [mm2/s]

Ulja za instrumente i satne mehanizme 5÷20 Ulja za šivaće mašine 10÷25 Motorna ulja 10÷50 Ulja za turbinska postrojenja 10÷50 Ulja za hidraulične sisteme 20÷100 Ulja za kotrljajne ležajeve 10÷300 Ulja za klizne ležajeve 20÷1500 Ulja za zupčanike - sporohodni cilindrični zupčanici sa pravim i kosim zupcima; konični zupčanici, 200÷800

- cilindrični zupčanici sa pravim i kosim zupcima; konični zupčanici srednje brzohodnosti, 50÷150

- zupčanici visoke brzohodnosti, 15÷100 - hipoidni zupčanici, 50÷600 - pužni zupčanici; 200÷1000 Maziva za otvorene zupčanike 100÷50000

Tabela 49. SAE podela ulja za podmazivanje motora SUS-SAE J 300e


Viskozitetna grupa

Viskoznost na temperaturi (0C), najviše

Viskoznost mm2/s na 100 0C

mPas 0C najmanje najviše 0 W 3250 -30 3,8

5 W 3500 -25 3,8 10 W 3500 -20 4,1 15 W 3500 -15 5,6 20 W 4500 -10 5,6 25 W 6000 -5 9,3

20

5,6 9,3 30 9,3 12,5 40 12,5 16,3 50 16,3 21,9

Ulja za prenosnike snage (menjače i diferencijale) podeljena su na

6 viskozitetnih grupa označenih SAE brojevima, kako je to dato u tabeli 50. Najčešće su u upotrebi ulja SAE 90 i SAE 140.

Tabela 50. SAE podela ulja za menjače i diferencijale SAE J 306c

Viskozitetna grupa

Najviša temperatura pri viskoznosti od 150000 mPas

Viskoznost mm2/s na 100 0C

najmanje najviše 75 W -40 0C 4,1 80 W -26 0C 7,0 85 W -12 0C 11,0

90 13,5 24,0 140 24,0 41,0 250 41,0

17.1.2. Određivanje relativne viskoznosti mazivih ulja Englerovim viskozimetrom

Relativna viskoznost karakteriše unutrašnje trenje čestica ulja‚ a određuje se upoređenjem viskoznosti ulja na određenoj temperaturi sa viskoznošću destilovane vode na 20°C, koja iznosi jedan. Izražava se u stepenima Englera (°E), sa oznakom temperature na kojoj je vršeno ispitivanje. Postupak je obuhvaćen JUS-om B.H8.021.

Relativna viskoznost ulja određuje se Englerovim viskozimetrom koji je prikazan na sl. 126.


Slika 126. Englerov viskozimetar: 1) unutrašnji sud za ulje; 2) spoljašnji sud za vodu;

3) ulje koje se ispituje; 4) termometri; 5) igla (zatvarač) otvora za isticanje ulja; 6) mešalica; 7) sud u koji ističe ulje

Suština ispitivanja se sastoji u tome da se vrši upoređenje vremena

isticanja 200cm3 ispitivanog ulja‚ sa vremenom isticanja iste količine de-stilovane vode na 200C.

Englerov viskozimetar se sastoji iz unutrašnjeg suda (1) i spolja-šnjeg suda (2). U spoljašnji sud sipa se obična voda‚ koja služi kao po-srednik u zagrevanju unutrašnjeg suda. U cilju ravnomernog zagrevanja unutrašnjeg suda potrebno je vodu u spoljašnjem sudu povremeno pro-mešati, što se postiže pokretanjem mešalice (6). U unutrašnji sud sipa se 200cm3 ispitivanog ulja ili destilovane vode. U spoljašnji i unutrašnji sud postavi se po jedan termometar, pomoću kojih se prati temperatura na kojoj se određuje viskoznost. Viskoznost se najčešće određuje na temperaturama 30; 50; 70 i 100°C. Na dnu oba suda u istoj vertikalnoj ravni nalazi se otvor kroz koji ističe ispitivano ulje ili destilovana voda. Pre ispitivanja otvor se zatvara drvenim zatvaračem (5).

U unutrašnji sud uspe se 200cm3 ispitivanog ulja‚ koje se zagreje do temperature ispitivanja (npr. t=50°C). Nakon toga‚ vadi se drveni za-tvarač i štopericom izmeri vreme isticanja ulja kroz otvor viskozimetra. Zatim se postupak ponavlja sa destilovanom vodom. U unutrašnji sud uspe se 200cm3 destilovane vode koja se zagreje na 20°C, nakon čega se meri vreme isticanja vode.

Viskoznost ulja dobija se iz odnosa vremena isticanja ulja na ispiti-vanoj temperaturi i vremena isticanja destilivane vode na 20oC. Izražava se u stepenima Englera, a računa se preko obrasca:


[ ]ETT

VOH

uljat

202

= (137)

gde je: Vt - viskoznost na ispitivanoj temperaturi, °E Tulja - vreme isticanja ulja na temperaturi t, s

0202OHT - vreme isticanja destilovane vode na 20°C, s.

Viskoznost ulja zavisi od radne temperature. Što je temperatura

veća‚ viskoznost je manja i obratno, odnosno ulje na većoj temperaturi postaje viskoznije.

Viskoznost motornih ulja tokom upotrebe može da se povećava ili smanjuje.

Porast viskoznosti je posledica povećanja nerastvorljivih i rastvo-rIjivih materija u ulju‚ nastalih u toku rada motora. Dozvoljen porast visko-znosti za jednu viskozitetnu SAE gradaciju može iznositi maksimalno 30%, što se smatra i granicom za zamenu ulja.

Pad viskoznosti je posledica razređenja ulja gorivom, koje dospeva u karter motora iz prostora za sagorevanje. Obično se dozvoljava razre-đenje do 5% u odnosu na novo ulje. Sadržaj goriva u ulju preko 5% za-hteva zamenu ulja.

U zavisnosti od viskoznosti postoji veliki broj razlićitih ulja‚ koja su razvrstana prema univerzalnoj SAE gradaciji (v. tabele 49 i 50).

17.2. Određivanje temperature paljenja ulja u otvo-renom sudu po Markusonu (Marcusson)

Temperatura paljenja je najniža temperatura do koje treba zagrejati mazivo ulje da bi se izdvojilo toliko isparljivih komponenti, koje je u propisanom uređaju moguće upaliti spoljnim plamenom. Postupak ispiti-vanja paljivosti ulja po Markusonu obuhvaćen je JUS-om B.H8.061.

Uređaj za ispitivanje temperature paljenja ulja u otvorenom sudu po Markusonu‚ dat je na slici 127.


Slika 127. Aparatura za određivanje temperature paljenja ulja po Markusonu Aparaturu za ispitivanje sačinjavaju tronožac (1), peščano kupati-

lo(2), nosač termometra (3), termometar (4), uređaj za paljenje (5), ure-đaj za zagrevanje (6) i lončić za ulje (7).

Uređaj za paljenje (5) čini metalna cev koja na jednom kraju ima baždaren otvor‚ a na drugom priključak za gumeno crevo kojim se dovodi gas za stvaranje plamička koji će upaliti ulje. Metalna cev može da se okreće‚ tako da baždareni otvor opisuje luk koji prolazi kroz osu lončića (7). Lončić za ulje ima zapreminu oko 50ml. U lončić se sipa ispitivano ulje do gornje crte ako je temperatura paljenja ulja manja od 250°C, ili do donje crte ako je temperatura paljenja ulja veća od 250°C.

Ispitivano ulje se sipa u lončić (7)‚ pri čemu ulje ne sme sadržati mehuriće, a zidovi lončića (7) ne smeju biti nakvašeni uljem. Lončić sa uljem utiskuje se u peščano kupatilo. Termometar se pažljivo uroni u ulje do dna posude‚ a zatim se podigne za 2mm iznad dna. Podesi se pla-mičak za paljenje, tako da bude dugačak oko 10mm. Uzorak se zagreva brzinom od 6±1°C u minuti. Brzina zagrevanja se smanji na 3±0, 5°C u minuti‚ kada se temperatura približi temperaturi paljenja ulja. Ako je temperatura paljenja ulja ispod 250°C počinje se sa ispitivanjem na 30°C ispred očekivane temperature paljenja. Za ulja sa temperaturom paljenja iznad 250°C počinje se sa ispitivanjem na 50°C ispred očekivane temperature.

Ispitivanje se vrši tako što se plamičkom pređe preko gornje ivice lončića (7), a zatim se vrati unatrag. Kretanje plamička iznad posude tre-ba da traje oko 1 sekunde. Na termometru se očita temperatura na kojoj


se prvi put zapale lako isparljive pare iz ulja. Očitana temperatura pre-dstavlja temperaturu paljenja ulja po Markusonu.

Temperatura paljenja ulja je grubi pokazatelj njihove isparljivosti. Niža temperatura paljenja ulja‚ u odnosu na navedenu u specifikacijama, je znak da je došlo do kontaminacije ulja gorivom, npr. benzinom, dizel gorivom i sl.

Kod motornih ulja temperatura paljenja mora da bude iznad 200÷240°C.

17.3. Primena maziva u rudarstvu

U rudarskoj praksi najveću i najširu primenu imaju maziva ulja i te-hničke masti.

Zavisno od porekla i načina dobijanja razlikuju se mineralna ulja i sintetička ulja.

Mineralna ulja se dobijaju iz nafte i sastoje se iz različitih parafi-nskih i naftenskih ugljovodonika.

Osnovne fizičko-hemijske karakteristike visoko rafinisanih minera-lnih ulja, date su u tabeli 51.

Mineralna ulja primenjuju se za podmazivanje raznih elemenata i mehanizama rudarske i druge opreme, hidraulične podgrade, pumpi, ko-mpresora, zupčastih prenosnika, hidrauličnih sistema itd.

Tabela 51. Osnovne fizičko-hemijske karakteristike visoko rafinisanih mineralnih ulja

Karakteristika Mineralna ulja naftenske osnove Mineralna ulja parafinske osnove

Vretensko ulje

Lako mašinisko

Teško mašinsko

Lako mašinisko

Teško mašinsko

Cilindarsko ulje

Gustina na150 C, kg/m3 869 887 904 869 882 898 Viskoznost, mPas na: 200C 500C 1000C

34 8.8 2.4

87 17 3.9

405 52 7.5

102 20.5 4.3

340 54 9.1

2200 238 26.8

Indeks viskoznosti 92 68 38 95 95 95 Temperatura paljenja, 0C 163 175 210 227 257 300 Temperatura stinjavanja, 0C -43 -40 -29 -9 -9 -9 Specifična toplota J/kg, na: 300C 600C

1880 1990

1860 1960

1850 1910

1960 2020

1910 2010

1880 1990

Sintetička ulja dobijaju se postupcima sinteze od različitih orga-

nskih materija. Imaju strogo kontrolisanu strukturu i veoma širok tempe-raturni opseg primene.


Najvažnije karakteristike nekih sintetičkih ulja date su u tabeli 52.

Tabela. 52. Svojstva nekih sintetičkih ulja za podmazivanje

Svojstvo Naziv sintetičkog ulja

Diester Poliol ester

Fosfatni ester

Metil silikon

Poli- glikol

Mineralno ulje *

Najviša temperatra upotrebe u prisustvu kiseonika, 0C

210 240 120 180 200 150

Gustina, kg/m3 910 1010 1120 970 1020 880 Indeks viskoznosti 145 140 0 200 160 0÷140 Temper. paljenja, 0C 230 255 200 310 180 150÷200 Toksičnost laka laka toksičan netoksičan laka laka

Uticaj na metale lako korodivna sa neželeznim mater. nekorodivna

Razlog upotrebe visoke radne temperature nezapaljiv visoko temperat.

hemijska stabil.

razlaže se bez ostatka

Otpornost na vodu dobra dobra zadovo-

ljavajuća vrlo

dobra dobra odlična

* radi poređenja. Zvog visoke cene sintetička ulja se relativno malo koriste u ruda-

rstvu i to za podmazivanje odgovornih hidrauličnih sistema, delova pumpi i kompresora itd.

Tehničke masti sastoje se od mineralnog ulja i zgušnjivača. Zgu-šnjivači mogu biti sapunske ili nesapunske osnove. Od sapunskih zgu-šnjivača u upotrebi su metalni sapuni kalcijuma, natrijuma, litijuma, alu-minijuma i barijuma, a od nesapunskih zgušnjivača najpoznatiji je bento-nit.

Prema osnovnoj fizičkoj karakteristici tvrdoći, tehničke masti su po-deljene u 9 grupa, kako je to prikazano u tabeli 53.

Tabela 53. NLGI* podela tehničkih masti prema tvrdoći

NLGI broj Penetracioni broj 1/10 mm Namena

000 445÷475 Zupčasti prenosnici, protočna podmazivanja,

centralni sistemi 00 400÷430 0 335÷385 1 310÷340 Kotrljajni i klizni

ležajevi, osovinice, zglobovi, lanci, užad

2 265÷295 3 220÷250 4 175÷205

Klizni ležaji male brzine 5 130÷160

6 85÷115 * National Lubricating Grease Institute


Osnovna svojstva najvažnijih vrsta tehničkih masti‚ data su u tabeli

54.

Tabela 54. Osnovna svojstva tehničkih masti za podmazivanje

Vrsta tehničke masti

Temperatura kapanja, 0C

Najniža radna temperat., 0C

Najviša radna temperat., 0C

Otpornost na vodu

Mehanička stabilnost

Kalcijumova mast (miner. ulje) 90÷95 -20 60 dobra zadovo-

ljavajuća Natrijumova mast (miner. ulje) 150÷200 -30

80÷100 slaba dobra

Litijumova mast (miner. ulje) 180÷200 -30 110÷130 dobra izvrsna Litijumova mast (esteri) 180÷200 -75(-55) 120÷180 dobra izvrsna Litijumova mast (silikon. ulje) 180÷200 -55 180÷200 dobra izvrsna

Bentonitna mast - -30 150

zadovoljava-juća do dobra

dobra

Kalcijumova kompleksna 200÷230 -30 100÷150 dobra zadovo-

ljavajuća

Tehničke masti se koriste za podmazivanje svih tipova kotrljajnih

ležaja, zglobova, lanaca, izvoznih užadi u rudarstvu, osovina, kliznih le-žaja, sporohodih i otvorenih zupčastih prenosnika itd.

U rudarsvu posebno veliku primenu imaju masti za užad‚ koje se koriste za podmazivanje čeličnih izvoznih užadi na oknima rudnika. Karakteristike mazivih masti za čeličnu izvoznu užad u rudarstvu, kao i postupci njihovog ispitivanja, obuhvaćeni su JUS-om B.H8.220.

Documents

Ispitivanje maziva