История использования смазок
Пластичными (консистентными) смазками человечество пользуется уже в течение многих столетий. Первые упоминания о них относятся к четвертому тысячелетию до нашей эры, к тем временам, когда древние египтяне пользовались такой смазкой, чтобы уменьшить трение в колесах боевых колесниц! Первые смазки изготавливались из кальция, смешанного с животным жиром, а иногда с растительными маслами. Такой тип смазки применялся вплоть до 19 века. Затем, в конце 19 века были разработаны первые пластичные смазки на основе минеральных масел, которые стали эффективно применяться для смазки вагонеток в шахтах и промышленных агрегатов, которые, в то время, работали очень медленно. Эта консистентная смазка, которая называлась «брикетом», применялась до середины 20 века и до сих пор применяется в некоторых странах.
В 20 веке, с развитием паровых машин, автомобильного транспорта, промышленных и сельскохозяйственных машин появилась всё более возрастающая потребность в более эффективных смазках. Это привело к появлению пластичных смазок на основе натриевых мыл, алюминия, бария и других. К терминологии мы вернемся немного позже. Появилась широкая гамма смазок, потому что каждая смазка разрабатывалась для выполнения конкретной задачи: смазка для шасси, подшипников, рулевого механизма, для зубчатых колес, для вагонов, конвейеров, вагонеток и т.д. Около 1950 года появление «универсальной» консистентной смазки, загущенной литиевыми мылами, было встречено с известной долей скептицизма. Однако через несколько лет она стала наиболее широко используемой смазкой для автомобилей и промышленных агрегатов. Сегодня литиевая смазка является самой распространенной консистентной смазкой в промышленном мире.
История использования смазок
Пластичными (консистентными) смазками человечество пользуется уже в течение многих столетий. Первые упоминания о них относятся к четвертому тысячелетию до нашей эры, к тем временам, когда древние египтяне пользовались такой смазкой, чтобы уменьшить трение в колесах боевых колесниц! Первые смазки изготавливались из кальция, смешанного с животным жиром, а иногда с растительными маслами. Такой тип смазки применялся вплоть до 19 века. Затем, в конце 19 века были разработаны первые пластичные смазки на основе минеральных масел, которые стали эффективно применяться для смазки вагонеток в шахтах и промышленных агрегатов, которые, в то время, работали очень медленно. Эта консистентная смазка, которая называлась «брикетом», применялась до середины 20 века и до сих пор применяется в некоторых странах.
В 20 веке, с развитием паровых машин, автомобильного транспорта, промышленных и сельскохозяйственных машин появилась всё более возрастающая потребность в более эффективных смазках. Это привело к появлению пластичных смазок на основе натриевых мыл, алюминия, бария и других. К терминологии мы вернемся немного позже. Появилась широкая гамма смазок, потому что каждая смазка разрабатывалась для выполнения конкретной задачи: смазка для шасси, подшипников, рулевого механизма, для зубчатых колес, для вагонов, конвейеров, вагонеток и т.д. Около 1950 года появление «универсальной» консистентной смазки, загущенной литиевыми мылами, было встречено с известной долей скептицизма. Однако через несколько лет она стала наиболее широко используемой смазкой для автомобилей и промышленных агрегатов. Сегодня литиевая смазка является самой распространенной консистентной смазкой в промышленном мире.
Предполагается, что понятие «смазочные масла» или «смазочные материалы» появилось с момента использования человечеством инструментов труда. «Смазочное масло» считалось обязательным продуктом и использовалось для предотвращения трения поверхности, коррозии, подавления тепловыделения, поддержания чистоты, а также для достижения изоляционного и антикоррозийного эффекта в современном понятии.
Согласно записям, оливковое масло использовалось при перемещении камня или древесины для колоссальных сооружений Древнего Египта, а когда появились трамваи, «талловый жир(Tallow)», являющийся жиром животных, использовался в качестве смазочного средства для смазки колесных осей трамвая. Слово «смазка (Grease)», использующееся для описания смазочных материалов, возникло от латинского слова «Grussus», что на переводе на русский язык означает «жир», поскольку первоначальная смазка внешне была похожа на жир.
В Средневековье, когда начали широко использоваться сложные механизмы из железа и меди, появились различные смазочные материалы, такие как китовый жир (Sperm oil), касторовое масло (Castor oil), арахисовое масло (Peanut oil), рапсовое масло (Rape oil). Однако, они сильно не отличались от растительных и животных масел, были созданы на основе не научных исследований, а на личных опытах.
История современных смазочных масел началась с момента начала бурения нефтяных скважин в Пенсельвании США в 19-веке. В то время китовое масло использовалось в качестве смазки прядильного и ткацкого станков, тогда было обнаружено, что если смешать его с нефтью, можно продлить срок службы станка более чем на 10 лет. С тех пор, на замену жировых масел пришли смазочные материалы на нефтяной основе.
В эпоху массового производства 20 века стали востребованы более сложные и изощренные механизмы, следовательно спрос на смазочные материлалы возрос и от них теперь требовалось работать в более суровых условиях, которые нельзя сравнить с прошлыми. В особенности, после I, II мировых войн, начали в быстром темпе развиваться автомобили, самолеты, дизельные поезда, ракеты, крупные корабли, что привело к прогрессу эфирных масел и смазочных продукций. В 1920-е годы был изобретен способ очистки селективными растворителями, а 1930-е годы начало распространяться в промышленности использование добавок для повышения производительности смазочных материалов
В 1950-е года, когда был внедрен реактивный лайнер, стала необходимой разработка смазочных масел, которые хорошо работают даже при температуре ниже 50 градусов ниже нуля, что привело к появлению синтетического(Synthetic) и многоцелевого масла (Multi-Purpose). Способ гидрокрекинга (Hydrocracking) был разработан в 1970-е года, а более продвинутый метод гидроизомеризации (Hydroisomerization) в 1990-е года, это позволило разрабатывать и производить широкий спектр высококачественных смазочных материалов с использованием минерального масла, которые могут полностью конкурировать с синтетическим маслом.
В настоящее время большое внимание уделяется не только производительным характеристикам смазочных продукций, но также факторам их воздействия на окружающую среду, поэтому многие химики, ученые, инженеры, работники нефтеперерабатывающей отрасли, металлурги и другие представители связанных отраслей осуществляют исследовательскую деятельность для повышения характеристик смазочных продукций.
Автоисток | Путешествие в историю создания и развития автомобиля
Чистыми руками
Все движущиеся части автомобиля нуждаются в смазке, чтобы избежать преждевременной «механической смерти» от трения.
Первые «безлошадные экипажи» смазывались примитивным образом. На всех трущихся деталях — в рессорных пальцах, шкворнях, приводах сцепления и тормозов, рулевых тягах и даже в моторе — стояли забытые сейчас масленки Штауфера. Во время остановок шофер подвинчивал на масленках колпачки, порциями выдавливая густой тавот. Это была неприятная и грязная работа — точек смазки в тогдашнем автомобиле было около сотни!
Ha Opel 4/8 1909 года масло подавалось в лоток на верхней части блока цилиндров черпачками цепного конвейера
Позже весь двигатель закрыли снизу масляным поддоном. В него наливали уже жидкое масло, а на больших головках шатунов сделали черпачки. Они цепляли и разбрасывали масло по внутренней поверхности картера — стекая, оно попадало на «нужные» детали. В первом десятилетии XX века фирма «Adam Opel» изобрела конвейер из черпачков. Приводимым в движение коленчатым ва лом, он захватывал масло и выливал его в галерею, отлитую на внутренней поверхности картера, — через отверстия в ней смазка стекала к трущимся парам. Увы, система оказалась малоэффективной. А вот в моторах французской фирмы «Delaunay-Belleville» масло к деталям стал подавать под давлением поршневой насос. С тех пор эта схема прижилась почти на всех автомобилях, только насос стал шестеренчатым.
Сухой картер
С ростом степени сжатия увеличивалась теплонапряженность деталей двигателя. В результате для гоночных моторов в тридцатые годы была создана система смазки с «сухим картером». Ее масляный насос состоял из двух секций — откачивающей и нагнетающей. Первая, отличавшаяся большей производительностью, откачивала смазку в отдельный бак, так что в картере масла практически не оставалось — отсюда и выражение «сухой картер».
Двигатели Ferrari, как и всех гоночных автомобилей, оснащаются смазкой с «сухим картером»
В маслобаке смазка охлаждалась, и дальше ее «забирала» нагнетательная секция, подавая, куда нужно. Поскольку масло постоянно циркулировало из двигателя в бак и обратно, эту систему смазки иногда называли циркуляционной. А почему производительность откачивающей секции всегда делали выше, чем у нагнетающей? Потому что горячее масло в картере пенилось, и перекачивать пену в смеси с маслом требовалось с большей интенсивностью. В некоторых случаях система с «сухим картером» оказывалась неспособной остудить смазку до нужной температуры, и тогда между откачивающей секцией и баком устанавливали радиатор.
Вредные частицы
Пластинчатый масляный фильтр 40-х годов, впоследствии уступивший место полнопоточному фильтру с бумажным вкладышем
При работе мотора в масло неизбежно попадают металлические частички, и его необходимо фильтровать. В тридцатые годы получил распространение «бай-пассный» фильтр (от англ. «pass by» — проходить мимо). В него поступала только часть масла, циркулировавшего в двигателе.
В шестидесятые вошли в обиход полнопоточные фильтры, пропускавшие через себя всю смазку. Они получили сменный бумажный фильтрующий элемент — он выполнял свою задачу настолько эффективно, что позволил заменять масло не чаще чем через 10 тыс. км пробега.
А вот центробежные полнопоточные фильтры просуществовали недолго, так как очищали масло не только от вредных примесей, но и от полезных присадок. В состав последних входит молибден в дисперсном состоянии, а центрифуга неизбежно отбрасывала его частицы в «отстой».
Чтоб уехать далеко…
Современный мотор со смазкой под давлением от насоса и полнопоточным масляным фильтром
В конце двадцатых годов некоторые автомобильные фирмы перешли на централизованную смазку узлов шасси, когда водитель через каждые 100—200 км нажимал особую педаль. Связанный с ней поршенек насоса подавал смазку под давлением из отдельного бачка к трущимся деталям по длинным медным трубочкам. При этом надо было регулярно проверять их герметичность, заботиться о качестве смазки… Пока в Америке не изобрели сайлент-блоки — резиновые втулки, с помощью которых стали соединять ушки рессор с серьгами и кронштейнами рамы. Резина уже не требовала смазки! В конце тридцатых годов гидравлика заменила металлические тяги привода тормозов.
В пятидесятые шкворни и шарниры рулевых тяг уступили место шаровым шарнирам с вкладышами из пластмассы — еще на заводе в них закладывают «пожизненный» запас консистентной смазки. Наконец, в 1952 году фирма «Lincoln» внедрила бесшкворневую переднюю подвеску с использованием все тех же шаровых шарниров.
Смазка узлов автомобиля стала теперь заботой станций техобслуживания, и руки водителя остаются чистыми…
Всемирная история масел — от древних шумеров до гидрокрекинга и ISOSYN
Смазочные материалы, в том числе их составляющие — базовые масла, преодолели довольно длинный эволюционный путь — от древних примитивных масел до современных инновационных разработок.
Историю смазочных материалов можно проследить от 3500 до н. э. — смазку использовали изобретательные шумеры (жители территории современного южного Ирака). Есть упоминания об использовании кедровых масел, животных жиров, растительных масел и каменного масла, также называемого битумом, которое получали из «нефтяных источников», что просачивались с земли. Все эти масла использовались для уменьшения трения колес в колесницах, создание которых приписывается шумерам.
Далее, ученые нашли упоминания использования масел египтянами около 2500 г до н.э. Считается, что египтяне использовали оливковое масло для саней, на которых они тащили огромные глыбы песчаника для строительства пирамид. Трон фараона был также смазан оливковым маслом, чтобы облегчить его перемещение.
В течение тысячелетий после этого было сделано несколько инноваций в смазочных веществах. Например, в середине 18-го века стало популярным использование китового жира. Процветающая промышленная революция нуждалась во все большем объеме смазочных материалов, особенно для текстильных машин. У кашалотов был не только жир, который можно было обработать, кроме этого, в их головах есть огромное отверстие, содержит около 2000 литров маслянистого воска. Это вещество остается жидким даже при минусовых температурах. В него добавляли серу для производства смазок, устойчивых к чрезвычайно высокому давлению и нагрузкам.
Таловое масло (продукт обработки серной кислотой сульфатного мыла, что получался в качестве побочного продукта при варке целлюлозы сульфатным способом), также широко использовалась до 1950-х годов для смазки локомотивов и паровозов, благодаря свойствам смазки и стойкости к вымыванию.
Следующие 70 лет, вплоть до 1930-х годов, справедливо можно считать периодом технического прогресса. Именно тогда для смазки стали использовать недорогие жидкости на основе минерального масла. Сырую нефть перерабатывали методом кипячения, качество полученного сырья все еще оставляла желать лучшего. Лишь в начале 1930-х годов очистка растворителем, наконец, позволила получить базовые масла, которые были необходимы для постоянно растущего спроса на автомобили, хотя даже при таком улучшении периоды замены масла часто составляли менее 1600 км.
Качество базового масла улучшилось в период 1960-х годов, когда было изобретена гидроочистка. Добавление водорода к базовому маслу при высоких температурах и давлениях в присутствии катализатора позволило получить стабильные масла с более длительным сроком службы. В конечном итоге, это привело к дальнейшему улучшению качества масла с помощью гидрокрекинга и гидроизомеризации, которые дополнительно удаляли примеси, особенно серу, повышали индекс вязкости и обеспечивали лучшую текучесть при низких температурах.
Чтобы классифицировать эти новые, разного уровня качества базовые масла, которые используют для создания моторных масел, Американский институт нефти в 1993 году создал свою систему классификации групп базовых масел. Первые три группы — это масла, произведенные из сырой нефти. Группа IV содержит полностью синтетические базовые масла из полиальфаолефинов. Эти синтетические базовые масла производятся методом синтезирования. Они имеют более широкий диапазон рабочих температур чем масла групп 1-3 и подходят для использования как в экстремально холодных условиях, так и для высоких температур. Группа V — это все другие базовые масла, включая силикон, фосфатный эфир, полиалкиленгликоль (PAG), полиэфиры, биомасла и т. д. Эти базовые масла используют в комплексе с другими базовыми маслами для улучшения свойств смазки.
На сегодняшний день, именно эти группы базовых масел, вместе с различными комплексами добавок и присадок, создающих привычные нам моторные масла и смазки, которые используются везде — от легковых автомобилей до аэрокосмической индустрии. А новые тенденции, среди которых увеличение объемов электромобилей, задают вектор дальнейшего развития и прогресса отрасли.
