Можно ли залить моторное масло в коробку с мокрыми тормозами? Подбери масло пяти узлам горной техники и посмотри его пакет присадок, а потом прогони масло по моточасам на сернистом топливе и узнай, когда оно кончится по анализу.
Базовое масло только разделяет детали пленкой. Все остальное делают присадки: моющие держат сажу во взвеси, противоизносные защищают металл при пуске, противозадирные спасают зубья под огромной нагрузкой, антиокислители не дают маслу стареть. Набор присадок подбирают под узел, как лекарство под болезнь. Лишнее бывает вредным: присадка, полезная зубьям редуктора, разъедает бронзу насоса и заставляет визжать мокрые тормоза. И присадки расходуются в работе, поэтому масло может «кончиться» раньше, чем подойдут часы замены. Как устроены молекулы присадок и почему загущающая присадка делает масло всесезонным, рассказано в химии: «Смазочные материалы: вязкость и присадки». Здесь взгляд инженера: что куда лить и когда менять.
Держат сажу и смолы мелкой взвесью, чтобы они уходили в фильтр и слив, а не оседали шламом. Щелочной запас TBN гасит кислоты от серы топлива.
тратятся на кислоты и сажуДитиофосфат цинка на горячих выступах металла строит тонкую стеклоподобную пленку. Она работает там, где масляный клин уже прорвался: при пуске и на малых оборотах.
расходуются на пленкуСера и фосфор при вспышках температуры в контакте зубьев дают мягкий слой сульфидов, который срезается вместо стали. Нужны гипоидным и тяжело нагруженным передачам.
выгорают в зацепленииПерехватывают цепные реакции окисления. Пока они есть, масло почти не стареет. Когда кончаются, вязкость и кислотность растут резко.
выгорают от жарыПолимерные модификаторы вязкости делают масло всесезонным: 15W-40, гидравлика HV. В узких зазорах насосов и шестерен длинные молекулы рвутся.
режутся в зазорахМешают кристаллам парафина срастаться в сетку. Масло течет на несколько градусов холоднее. На руднике при −40 °C без них насос не возьмет масло.
почти не тратятсяСиликоны и полиакрилаты лопают пузыри. Пена в гидросистеме это кавитация насоса и рывки цилиндров, в коробке это пробуксовка муфт.
оседают и уходят в фильтрЗадают, как цепляются диски мокрых тормозов и муфт. У масла TO-4 трение подобрано так, чтобы диски не визжали и не проскальзывали.
срабатываются медленноСадятся на металл тонким слоем и не пускают к нему воду и кислоту. Важны в гидравлике, редукторах и смазке пальцев, куда попадает вода.
смываются водойТри правила, по которым лаборатория решает судьбу масла: закон расхода присадки, щелочной запас против кислот и смысл кислотного числа. Числа берутся из режима «масло в работе».
Сколько присадки останется через t часов?
Каждый час работы съедает одну и ту же долю того, что еще осталось. Поэтому присадка тает быстро в начале и медленно потом. Половина уходит за время t½ = ln 2 / k. Жара увеличивает k: антиокислители при +10 °C тратятся примерно вдвое быстрее.
Хватит ли маслу щелочи до замены?
Масло сливают, если щелочной запас упал ниже половины свежего или если кислот в масле стало больше, чем щелочи. Конкретный предел у каждого производителя двигателя свой, бывает 30–50 % или просто «не ниже 3».
Что значит кислотное число?
TAN показывает, сколько миллиграммов щелочи KOH нужно, чтобы нейтрализовать кислоты в одном грамме масла. Умножь на массу масла в картере и получишь, сколько кислоты там уже накопилось. Так же TBN, умноженное на массу, дает запас щелочи. Как кислоту и щелочь меряют титрованием, смотри в химии: «Титрование».
Скорость реакции пропорциональна тому, сколько вещества еще есть. Половину ZDDP съели, и за час расходуется уже вдвое меньше. Так получается dX/dt = −k·X, а решение этого уравнения и есть экспонента. По ней же стареют антиокислители: «Скорость реакции и что на нее влияет».
Со щелочным числом сложнее. Кроме медленного распада по экспоненте, сера топлива каждый час приносит одну и ту же порцию кислоты, и на ее нейтрализацию уходит постоянная доля щелочи: dTBN/dt = −k·TBN − a·S. При 10 ppm серы второго слагаемого почти нет, а при 0,5 % оно главное, и TBN проваливается вдвое за 200–250 часов. Поэтому на сернистом топливе берут масло с большим TBN и меняют его по анализу, а не по календарю.
Масло другого назначения приносит чужой пакет присадок. Литр моторного в коробку меняет трение дисков, литр редукторного EP в гидросистему несет активную серу к бронзе насоса. На руднике канистры и заправочные пистолеты маркируют цветом и подписью узла, а долив записывают.
Двигатель: API CK-4, ACEA E9, Cat ECF-3, Cummins CES 20086. Коробки и мокрые тормоза: Caterpillar TO-4 и ее аналоги у других производителей. Гидравлика: класс вязкости ISO VG и тип HM или HV по DIN 51524 или ISO 11158. Редукторы: API GL-5 или CLP по DIN 51517. Допуск означает, что пакет прошел испытания на таком узле.
Два масла одного допуска обычно смешиваются без беды. Разные пакеты могут спорить: щелочные моющие с кислыми EP-присадками дают осадок и пену, а смесь получает свойства худшего масла. Если смешали по ошибке, узел промывают и берут пробу.
Чем больше серы, тем быстрее падает TBN и тем выше кислотный износ гильз и вкладышей. Помогает масло с TBN 12–15 и интервал по анализу. Как читать пробу, смотри в теме «Анализ масла», а сажевые фильтры и SCR боятся серы и золы: «Выпуск и нейтрализация».
Диски коробки и тормозов работают в масле. Им нужно трение строго заданной величины: меньше, и машина плохо тормозит, больше, и диски визжат и дергают. Поэтому в коробку и тормоза с ретардером льют только TO-4 или его аналог.
Солнечная шестерня и сателлиты в бортовом редукторе несут огромный контакт. Где тормоза отдельно, льют редукторное EP. Где диски тормозов в том же масле, производитель дает особое масло, например Cat FDAO: противоизносное и с трением TO-4.
Пакеты присадок заданы условными уровнями от 0 до 3 для типичных масел каждого назначения, настоящий состав производители не раскрывают. Потребности узлов обобщены, у конкретной машины их задает руководство производителя: например, часть производителей разрешает моторное масло в бортовые редукторы и гидросистемы, а для арктики есть TO-4 класса 0W-20. В режиме «масло в работе» картер 220 л, свежее масло 15W-40 с вязкостью 14,5 мм²/с при 100 °C. ZDDP и антиокислители расходуются по экспоненте, k растет вдвое на 20 °C для ZDDP и на 10 °C для антиокислителей. TBN падает по закону dTBN/dt = −k·TBN − a·S с постоянными, подобранными под типичные графики проб. Кислотное число растет с серой и окислением, а после выработки антиокислителей окисление ускоряется. Вязкость сначала падает на 8 % от среза загущающей присадки, потом растет от сажи (4 % на 1 % сажи) и окисления. Долив свежего масла, разжижение топливом, вода и антифриз не учтены. Масло считается отработанным, если TBN ниже половины свежего, TBN не больше TAN, вязкость ушла больше чем на 20 % или сажа выше 3 %.