RU2702651C1

RU2702651C1 - Transmission oil

Info

Publication number: RU2702651C1
Application number: RU2019114313A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Колесников; Игорь Владимирович Колесников; Александр Павлович Сычев; Михаил Викторович Бойко; Александр Александрович Бичеров; Татьяна Григорьева Бойко
Priority date: 2019-05-07
Filing date: 2019-05-07
Publication date: 2019-10-09

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to lubricant compositions intended for aircraft transmission units. Disclosed is a transmission oil containing aviation oil B-3V consisting of a concentrate of antioxidant additives in basic pentaerytherite oil HA-10 according to CS 002-2005, granulated mercaptobenzothiazole as antiscoring additive and pentaerythritol base oil as per CS 001-2005. Additionally, sulfur-containing additive is introduced in the form of reaction product at temperature of 210–215 °C castor oil with sulfur recrystallised from toluene. Ratio of components in transmission oil is as follows, wt%: sulfur-containing additive 15–30; oil B-3V up to 100.

EFFECT: expansion of oil application temperature range from -59 to 200 °C while maintaining high viscosity and tribological characteristics.

1 cl, 2 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к области смазочных композиций, предназначенных для агрегатов трансмиссий авиационного транспорта, в частности хвостового редуктора вертолета, и различных видов техники. Из всех видов трансмиссий указанные занимают особое место. Они характеризуются высокими контактными напряжениями, скоростями скольжения, работоспособностью в широком интервале температур (от -50 до 200°С). Для удовлетворения все возрастающих требований эксплуатации трансмиссионных передач, а именно форсирования скоростей, увеличения нагрузок, повышения долговечности и надежности работы, улучшения экологических характеристик масла, а также для увеличения межремонтного пробега необходимо повышать качество применяемых смазочных материалов, которые оказывают первостепенное влияние на эти показатели.The invention relates to the field of lubricating compositions intended for transmission units of aircraft, in particular a helicopter tail gear, and various types of equipment. Of all the types of transmissions, these occupy a special place. They are characterized by high contact stresses, sliding speeds, and operability in a wide temperature range (from -50 to 200 ° C). In order to satisfy the ever-increasing requirements for the operation of transmission gears, namely, forcing speeds, increasing loads, increasing durability and reliability, improving the environmental performance of oil, as well as increasing the overhaul mileage, it is necessary to improve the quality of the lubricants used, which have a primary impact on these indicators.

Известны трансмиссионная смазочная композиция содержащая базовый состав на основе углеводородного полиальфаолефинового масла и пакет присадок, включающий антиокислительные присадки в виде фенил-альфа-нафтиламина и 4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенола, антипенную и антикоррозионную присадки (патент RU №2058379) и трансмиссионная смазочная композиция для трансмиссий вертолетов, которая содержит базовый состав на основе полиальфаолефинового масла, включающий сложный эфир двухосновной кислоты, загущающую присадку и пакет присадок, включающий антиокислительные присадки в виде фенил-альфа-нафтиламина и 4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенола, серуфосфоросодержащую присадку и антипенную присадку (патент RU №2122569).Known transmission lubricant composition containing a base composition based on hydrocarbon polyalphaolefin oil and an additive package including antioxidant additives in the form of phenylalpha-naphthylamine and 4-methyl-2,6-di-tert-butylphenol, antifoam and anticorrosion additives (patent RU No. 2058379 ) and a transmission lubricating composition for helicopter transmissions, which contains a base composition based on polyalphaolefin oil, including a dibasic acid ester, a thickening additive, and an additive package including an iokislitelnye additive in the form of phenyl-alpha-naphthylamine and 4-methyl-2,6-di-tert-butylphenol, serufosforosoderzhaschuyu antifoam additive and the additive (patent RU №2122569).

Указанные композиции имеют недостаточно высокие трибологические свойства для использования в тяжелонагруженных трансмиссиях вертолетов в широком диапазоне климатических условий.These compositions have insufficient tribological properties for use in heavily loaded transmissions of helicopters in a wide range of climatic conditions.

Известна смазочная композиция для агрегатов вертолетов, содержащая остаточное масло нафтеновых нефтей, маловязкое масло нафтеновых нефтей, техническую серу и ариловый эфир фосфорной кислоты (Патент RU 2303626).Known lubricating composition for helicopter assemblies containing residual oil of naphthenic oils, low viscosity oil of naphthenic oils, industrial sulfur and aryl ester of phosphoric acid (Patent RU 2303626).

Основными недостатками данной смазочной композиции являются сложность компонентного состава при составлении композиции и относительно высокая температура застывания.The main disadvantages of this lubricating composition are the complexity of the component composition in the composition and the relatively high pour point.

Известно смазочное масло для механических, автоматических и бесступенчатых трансмиссий или промышленных систем зубчатых передач, содержащее неполный сложный эфир многоатомного спирта и карбоновой кислоты в количестве от 5 до 75% и имеющее кинематическую вязкость при температуре 100°С от 1,0 до 15 мм²/с, причем композиция имеет кинематическую вязкость при температуре 100°С от 1,0 до 20 мм²/с, многоатомный спирт представляет собой спирт от двухатомного до шестиатомного, а карбоновая кислота выбрана из группы, включающей одноосновные кислоты, многоосновные кислоты и их смеси (Патент RU 2501846).Known lubricating oil for mechanical, automatic and continuously variable transmissions or industrial gear systems, containing an incomplete ester of polyhydric alcohol and carboxylic acid in an amount of from 5 to 75% and having a kinematic viscosity at a temperature of 100 ° C from 1.0 to 15 mm ² / s, the composition having a kinematic viscosity at 100 ° C of 1.0 to 20 mm ² / s, the polyhydric alcohol is a dihydric alcohol of up to hexahydric, and the carboxylic acid is selected from the group consisting of monobasic acids, the set oosnovnye acid and mixtures thereof (Patent RU 2501846).

Известна смазочная композиция с кинематической вязкостью при температуре 100°С около 19 мм²/с, содержащая полиальфаолефиновое масло, сложный эфир двухосновной кислоты, загущающую присадку, антиокислительные присадки 4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенол и фенил-альфа-нафтиламин, антиоксидантную присадку метилен-бис-(дибутилдитиокарбамат), серуфосфоросодержащую присадку и антипенную присадку ПМС-200А (Патент RU 2629949).Known lubricating composition with a kinematic viscosity at a temperature of 100 ° C about 19 mm ² / s, containing polyalphaolefin oil, dibasic ester, thickening additive, antioxidant additives 4-methyl-2,6-di-tert-butylphenol and phenyl-alpha naphthylamine, an antioxidant additive methylene bis (dibutyl dithiocarbamate), a phosphorus-containing additive and an antifoam additive PMS-200A (Patent RU 2629949).

Недостатком этих масел являются недостаточные трибологические свойства для использования в тяжелонагруженных трансмиссиях вертолетов при низких температурах, что не позволяет использовать их как всесезонные во всех климатических районах России, в особенности, в северных и арктических, также они не обладают достаточными экологическими характеристиками.The disadvantage of these oils is insufficient tribological properties for use in heavily loaded transmissions of helicopters at low temperatures, which does not allow their use as all-weather in all climatic regions of Russia, especially in the northern and Arctic, they also do not have sufficient environmental characteristics.

Известно трансмиссионное масло для зубчатых передач на основе минерального, синтетического масла или их смеси с добавлением 0,1-5,0% дитиокарбамата и 0,1-10,0% сложного эфира пентаэритрита и С₁₂-С₂₀ жирных кислот, имеющего гидроксильное число от 20 до 100 мг КОН/г (Заявка US 20100113314, 2010 г.).Known gear oil for gears based on mineral, synthetic oil or a mixture thereof with the addition of 0.1-5.0% dithiocarbamate and 0.1-10.0% pentaerythritol ester and C ₁₂ -C ₂₀ fatty acids having a hydroxyl number from 20 to 100 mg KOH / g (Application US 20100113314, 2010).

Данная композиция обладает недостаточно высокими трибологическими свойствами при высоких температурах для использования в тяжелонагруженных трансмиссиях вертолетов.This composition does not have sufficiently high tribological properties at high temperatures for use in heavily loaded transmissions of helicopters.

Необходимо отметить, что для повышения эксплуатационных характеристик элементов трансмиссии вертолета 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 производства синтетических авиационных смазочных материалов используются эфиры пентаэритрита, являющегося основой широкого спектра масел, обладающих высокой термической и термоокислительной стабильностью и очень низкой летучестью. Однако, они характеризуются относительно низкой вязкостью, что ограничивает их применение для смазывания элементов трансмиссии вертолета, а товарные вязкостные присадки для минеральных масел неприменимы для модификации вязкости эфиров пентаэритрита ввиду их плохой растворимости.It should be noted that in order to increase the operational characteristics of helicopter transmission elements, it is necessary to use synthetic base stocks, which are characterized by low pour points, a special place among them is ester-based oils, which due to the polarity of the molecules are well absorbed on the surfaces of friction bodies, which contribute to minimum coefficient of friction. For the production of synthetic aviation lubricants, pentaerythritol esters are used, which is the basis of a wide range of oils with high thermal and thermo-oxidative stability and very low volatility. However, they are characterized by relatively low viscosity, which limits their use for lubricating helicopter transmission elements, and commercial viscosity additives for mineral oils are not applicable for modifying the viscosity of pentaerythritol esters due to their poor solubility.

Наиболее близким аналогом изобретения является масло авиационное Б-3В (ТУ 38.101295-85) - синтетическое масло на основе сложных эфиров пентаэритрита и жирных кислот для газотурбинных двигателей, редукторов вертолетов и другой техники, работающих при температуре от -40 до 200°С, содержащее комплекс эффективных присадок, улучшающих эксплуатационные свойств. Основным недостатком масла Б-3В является выпадение в осадок противозадирной присадки при низкой температуре эксплуатации в результате окисления с последующим растворением осадка в масле при 70-90°С. Масло авиационное Б-3В имеет следующий состав, мас. %:The closest analogue of the invention is aviation oil B-3V (TU 38.101295-85) - a synthetic oil based on pentaerythritol and fatty acid esters for gas turbine engines, helicopter gearboxes and other equipment operating at temperatures from -40 to 200 ° C, containing a complex effective additives that improve performance. The main disadvantage of B-3B oil is the deposition of extreme pressure additives at a low operating temperature as a result of oxidation, followed by dissolution of the precipitate in oil at 70-90 ° C. Aviation oil B-3V has the following composition, wt. %:

Концентрат антиокислительныхAntioxidant concentrate присадок НА-10 по СТП 002-2005additives NA-10 according to STP 002-2005 10±0,0510 ± 0.05 Меркаптобензтиазол гранулированный (каптакс)Granular mercaptobenzthiazole (captax) 1,5±0,11.5 ± 0.1 Масло пентаэритритовое базовое по СТП 001-2005Base pentaerythritol oil according to STP 001-2005 до 100up to 100

Основной целью изобретения является разработка трансмиссионного масла, обладающего улучшенными низкотемпературными и противозадирными свойствами, предназначенного для использования в качестве всесезонного во всех климатических районах вплоть до северных и арктических, а также обладающего способностью к биоразложению.The main objective of the invention is the development of gear oil with improved low temperature and extreme pressure properties, intended for use as a multigrade in all climatic regions up to the northern and arctic, as well as biodegradable.

В качестве решения для достижения поставленной цели предлагается трансмиссионное масло, содержащее пакет присадок, включающий противозадирную и антиокислительную, а также комплекс на основе натурального касторового масла, выступающий в качестве противоизносной и вязкостной присадки.As a solution to achieve this goal, it is proposed transmission oil containing a package of additives, including extreme pressure and antioxidant, as well as a complex based on natural castor oil, which acts as an anti-wear and viscosity additive.

Предлагаемое трансмиссионное масло способно заменить в трансмиссиях и шарнирах вертолетов применяющееся в настоящее время масло ТСгип (ТУ 38.1011332-90) для гипоидных передач, редукторов и шарниров вертолетов. ТСгип считается высококачественным смазывающим материалом для трансмиссий. Основной недостаток масла ТСгип - высокая температура застывания (Т_з=-18°С).The proposed transmission oil is able to replace in the transmissions and hinges of helicopters the currently used TSgip oil (TU 38.1011332-90) for hypoid gears, gearboxes and hinges of helicopters. TSgip is considered a high-quality lubricant for transmissions. The main disadvantage of TSgip oil is its high pour point (T _z = -18 ° C).

Техническим результатом изобретения является расширение температурного диапазона применимости масла до -59÷200°С, при сохранении высоких вязкостных и трибологических характеристик.The technical result of the invention is the expansion of the temperature range of applicability of the oil to -59 ÷ 200 ° C, while maintaining high viscosity and tribological characteristics.

Указанный результат достигается тем, что в трансмиссионное масло, содержащее масло авиационное Б-3В, состоящее из концентрата антиокислительных присадок в базовом пентаэритритовом масле НА-10 по СТП 002-2005, меркаптобензтиазола гранулированного (каптакс) в качестве противозадирной присадки и пентаэритритового базового масла по СТП 001-2005, дополнительно вводят серосодержащую присадку в виде продукта взаимодействия при температуре 210÷215 С касторового масла с перекристаллизованной из толуола серой при следующем соотношении компонентов, мас. %:This result is achieved by the fact that in transmission oil containing aviation oil B-3V, consisting of a concentrate of antioxidant additives in a base pentaerythritol oil NA-10 according to STP 002-2005, granular mercaptobenzthiazole (captax) as an extreme pressure additive and pentaerythritol base oil according to CT 001-2005, an additional sulfur-containing additive is introduced in the form of a reaction product at a temperature of 210 ÷ 215 С castor oil with sulfur recrystallized from toluene in the following ratio of components, wt. %:

Серосодержащая присадкаSulfur additive 15-3015-30 Масло Б-3ВB-3V oil до 100up to 100

Отличием заявляемого технического решения является содержание в составе трансмиссионного масла новой серосодержащей присадки, в количестве 15-30 мас. %. Полученное трансмиссионное масло обладает высокими трибологическими характеристиками, обеспечивающими высокий уровень антиокислительных, противозадирных, противоизносных и вязкостных свойств. Кроме того, высокая термическая стабильность и окислительная стабильность позволяют использовать данное масло для смазывания агрегатов трансмиссий в газотурбинных двигателях, редукторах вертолетов и другой технике в широком диапазоне температур от -59 до 200°С.The difference of the claimed technical solution is the content in the transmission oil of a new sulfur-containing additive, in the amount of 15-30 wt. % The resulting gear oil has high tribological characteristics, providing a high level of antioxidant, anti-seize, anti-wear and viscosity properties. In addition, high thermal stability and oxidative stability allow the use of this oil for lubricating transmission units in gas turbine engines, helicopter gearboxes and other equipment in a wide temperature range from -59 to 200 ° C.

Технологический процесс получения трансмиссионного масла включает два этапа.The technological process for producing gear oil includes two stages.

Этап 1. Получение серосодержащей присадки. В трехгорлый реактор, снабженный мешалкой и термометром, помещают 75 мас. ч. касторового масла и нагревают до 100°С при интенсивном перемешивании. После этого добавляют 8,3 мас. ч. перекристаллизованной из толуола серы. Реакционную смесь нагревают до 215°С выдерживают в течение 1 часа при интенсивном перемешивании и температуре 210÷215°С. Затем реакционную смесь охлаждают до 20°С.Stage 1. Obtaining sulfur-containing additives. In a three-necked reactor equipped with a stirrer and a thermometer, 75 wt. including castor oil and heated to 100 ° C with vigorous stirring. After that, add 8.3 wt. including recrystallized from toluene sulfur. The reaction mixture is heated to 215 ° C, maintained for 1 hour with vigorous stirring and a temperature of 210 ÷ 215 ° C. Then the reaction mixture is cooled to 20 ° C.

Этап 2. Получение трансмиссионного масла. В реактор, снабженный обогревом и мешалкой загружают масло Б-3В в количестве 70÷85 мас. % разогревают до 50-60°С, затем последовательно добавляют 15÷30 мас. % серосодержащей присадки. Полученную смесь перемешивают в течение 1 часа, после чего охлаждают до 20°С и разливают по товарным емкостям.Stage 2. Obtaining gear oil. In a reactor equipped with heating and a stirrer load oil B-3V in an amount of 70 ÷ 85 wt. % are heated to 50-60 ° C, then 15 ÷ 30 wt. % sulfur-containing additives. The resulting mixture was stirred for 1 hour, then cooled to 20 ° C and poured into commercial containers.

Для иллюстрации сущности предложенного изобретения было изготовлено 4 образца трансмиссионного масла согласно представленным примерам.To illustrate the essence of the proposed invention was made 4 samples of gear oil according to the presented examples.

Пример 1. В реактор, снабженный обогревом и мешалкой загружают 85 мас. ч. масла Б-3В, разогревают его до 50-60°С, затем добавляют 15 мас. ч. серосодержащей присадки, после чего перемешивают в течение 1 часа.Example 1. In a reactor equipped with heating and stirrer load 85 wt. including oil B-3B, heat it to 50-60 ° C, then add 15 wt. including sulfur-containing additives, and then stirred for 1 hour.

Примеры 2-4 осуществляют аналогично примеру 1, а содержание компонентов в предлагаемом трансмиссионном масле приведено в таблице 1.Examples 2-4 are carried out analogously to example 1, and the content of the components in the proposed transmission oil are shown in table 1.

Результаты испытаний образцов трансмиссионного масла в сравнении с маслами Б-3В и ТСгип, полученных по примерам 1-4 приведены в таблице 2.The test results of transmission oil samples in comparison with B-3B and TSgip oils obtained in examples 1-4 are shown in table 2.

По данным, приведенных в таблице 2 следует, что предлагаемое трансмиссионное масло превосходит товарное масло ТСгип по низкотемпературным и трибологическим характеристикам.According to the data given in table 2, it follows that the proposed transmission oil surpasses TSgip market oil in low temperature and tribological characteristics.

Claims

Gear oil containing aviation oil B-3V, consisting of a concentrate of antioxidant additives in a base pentaerythritol oil NA-10 according to STP 002-2005, granular mercaptobenzthiazole (captax) as an extreme pressure additive and pentaerythritic base oil according to STP 001-2005, characterized in that an additional sulfur-containing additive is introduced as a reaction product at a temperature of 210-215 ° C of castor oil with sulfur recrystallized from toluene in the following ratio of components, wt. %:

Sulfur additive 15-30 B-3V oil up to 100