Содержание к диссертации
Введение
1. Современное представление о проблемах повышения надежности агрегатов транспортных машин и рационального использования смазочных материалов 31
1.1. Сведения об отказах ресурсоопределяющих силовых агрегатов автотранспортных средств 32
1.2. Проблемы контроля и повышения надежности агрегатов и работоспособности используемого масла 38
1.3. Проблема повышения работоспособности агрегатов путем улучшения функционирования механических систем в процессе эксплуатации АТС 48
1.4. Проблема рационального и эффективного использования работающих и отработанных автомобильных масел 68
1.5. Постановка цели и задач исследования 79
2. Теоретическое исследование процессов, протекаю щих в трибомеханических системах агрегат-масло... 82
2.1. Классификация групп информации о работоспособности систем типа агрегат-масло 83
2.2. Общие подходы к исследованию процессов изнашивания и осадкообразования в системах агрегат-масло 89
2.3. Показатели абразивного и коррозионного изнашивания трущихся сопряжений двигателей внутреннего сгорания 91
2.4. Закономерности процессов изнашивания механических зубчатых передач агрегатов трансмиссии 98
2.5. Особенности возникновения нарушений работоспособности и моделирование процессов, происходящих в системе ГМП - масло 105
2.5.1. Отказы элементов системы ГМП - масло 105
2.5.2. Расчет показателей надежности в зависимости от осадкообразования продуктов в агрегатах трансмиссии автомобилей 111
2.6. Закономерности старения масел в агрегатах АТС и его связь с работоспособностью системы агрегат-масло 117
2.6.1. Критерии оценки процесса старения масла 118
2.6.2. Изменения работающих минеральных масел под
влиянием внешних воздействий на их структуру и состав 136
3. Совершенствование методов контроля и испытаний смазочного масла 143
3.1. Обеспечение точности и оперативности определения содержания химических элементов в масле 144
3.2. Методы и средства для оценки смазывающих свойств смазочных материалов при модифицирующих воздействиях 148
3.2.1. Оценка триботехнических характеристик трущихся сопряжений и смазывающих свойств масла 148
3.2.2. Изменения технического состояния агрегатов и состояния работающего моторного масла 149
3.3. Методы и предварительные результаты исследования влияния модифицирования на работоспособность механических систем и смазочных материалов 152
3.3.1. Оценка скорости изнашивания деталей при модифицировании масла в условиях стендовых испытаний ДВС 152
3.3.2. Влияние модифицирования моторного масла на показатели экологической безопасности АТС 153
3.3.3. Изменения технического состояния агрегатов и состояния работающего моторного масла 153
3.3.3.1. Влияние модифицирования масла на механические потери и компрессию в цилиндропорпшевой группе 154
3.3.3.2. Влияние модифицирования на состояние свежего и работающего масла 157
3.4. Методы исследования влияния намагничивания на работоспособность смазочных материалов и механических систем 158
Выводы к разделу 3 167
4. Экспериментальная оценка работоспособности систем агрегат-масло при использовании металлоплакирующих присадок ...168
4.1 Триботехнические испытания модифицированных масел на трибологическом стенде 168
4.2. Сравнительная оценка влияния металлосодержащих присадок на изнашивание трущихся сопряжений в условиях стендовых испытаний 176
4.2.1. Оценка износа цилиндропорпшевой группы автомо бильного компрессора ЗИЛ-130 176
4.2.2. Оценка износа зубчатого редуктора 178
4.3 Эксплуатационная оценка влияния медьсодержащих присадок на техническое состояние и долговечность агрегатов АТС 184
4.3.1 Объекты и методика исследования агрегатов 184
4.3.2 Изменения параметров технического состояния двигателей 185
4.3.3. Изменение параметров дымности и токсичности отработанных газов двигателей 200
4.3.4. Оценка долговечности редукторов мотор-колес и
изменения противоизносных свойств его смазочного масла 202
4.4. Оценка эффективности фильтрования смазочных масел, модифицированных металлосодержащими препаратами 206
Выводы к разделу 4 209
5. Исследование работоспособности агрегатов автотранспортных средств при воздействии на смазочньіематериальімагнитньім полем 203
5.1. Выбор критериев эффективности и оптимальной конструкции устройств намагничивания смазочных материалов 212
5.1.1. Выбор критериев эффективности действия магнитного поля 212
5.1.2. Конструкции устройства для намагничивания. Объекты и цель экспериментальных испытаний 213
5.1.3. Лабораторная оценка влияния МА различного типа на вязкостно- температурные свойства масла 218
5.2. Влияние магнитоактиватора на трибологические свойства автомобильных масел 219
5.3. Стендово-эксплуатационные испытания по оценке влияния намагниченных масел на повышение работоспособности агрегатов 222
5.3.1. Объекты, методики испытаний и выбор оптимальной конструкции магнитоактиватора 222
5.3.2. Изучение механизма действия магнитного поля на износ трущихся сопряжений автомобильного компрессора 228
5.3.3. Оценка комбинированного влияния магнитоактиваторов и присадок на показатели работавшего масла и технико-эксплуатационные
показатели бензиновых двигателей 233
5.4. Оценка влияния полевых магнитных воздействий на работоспособность масел и ресурс агрегатов в условиях эксплуатации АТС 238
5.4.1. Эксплуатационные испытания двигателей двигателей и компресс-соров автобусов ПАЗ-3205 238
5.5. Сравнительная оценка работоспособности агрегатов при комбинированных вещественно-полевых воздействиях 249
Выводы к разделу 5 255
6. Совершенствование методов диагностирования, прогнозирования и оценки надежности агрегатов автомобилей по анализу работавшего масла 257
6.1 Разработка усовершенствованной системы диагностирования агрегатов по параметрам работающего масла 257
6.2 Прогнозирование ресурса трущихся деталей агрегатов методом эмиссионного спектрального анализа масла 262
6.3 Интерпретация результатов диагностирования агрегатов на основе методов дискриминантного анализа 273
6.4. Многомерный анализ данных при назначении пределов диагностических параметров масла 279
6.5. Расчет показателей долговечности и безотказности агрегатов по результатам анализа масла 284
6.5.1. Показатели оценки надежности агрегатов 284
6.5.2. Оценка долговечности агрегатов трансмиссии по закономерностям изнашивания ресурсоопределяющих деталей 287
6.5.3 Расчетная оценка долговечности ГМП по закономерностям осадкообразования продуктов в полости фрикционов 290
Выводы к разделу 6 292
7. Исследование процессов старения и возможностей рационального использования работающих масел 295
7.1 Закономерности старения масел в агрегатах при эксплуатации автомобилей 295
7.1.1 Изменение свойств масел в процессе их использования и выбор показателей их оценки 295
7.1.2 Загрязнение работающих моторных и трансмиссионных масел 299
7.2. Восстановление отработанных моторных масел на комплексной маслоочистительной установке 301
7.2.1. Разработка комплекса по очистке отработанного масла 302
7.2.2. Расчет тонкости очистки масел на сепараторе 303
7.2.3. Разработка технологии лабораторного контроля 305
7.2.4. Разработка технологии сбора и очистки отработанных масел от воды и механических примесей 306
7.2.5. Результаты испытаний универсального маслоочистительного комплекса 311
7.2.6 Расчет технико-экономической эффективности внедрения результатов испытаний в ряде транспортных предприятий Кузбасса .315
7.3 Перспективы решения проблемы рационального использования смазочных материалов агрегатов АТС 317
7.3.1. Мониторинг состояния масел в период «жизненного цикла» 317
7.3.2 Пути рационального использования смазочных материалов при эксплуатации автомобилей 319
Выводы к разделу 7 327
Заключение 328
Список использованной литературы и источников
- Сведения об отказах ресурсоопределяющих силовых агрегатов автотранспортных средств
- Классификация групп информации о работоспособности систем типа агрегат-масло
- Обеспечение точности и оперативности определения содержания химических элементов в масле
- Триботехнические испытания модифицированных масел на трибологическом стенде
Введение к работе
Обеспечение надежности и повышение уровня экологической безопасности автотранспортных средств (АТС) является непременным условием развития отечественного автомобилестроения и выхода на международный уровень. В условиях эксплуатации АТС особое место занимает проблема эффективного и рационального использования смазочных материалов, являющихся, по определению специалистов, составными элементами узлов АТС, в частности силовых агрегатов. Это приводит к необходимости постоянного поиска путей комплексного решения вышеуказанных проблем за счет разработки и внедрения новых технологий, включая достижения трибологии, химмотологии и триботехники.
Трудности, с которыми сталкиваются исследователи при решении проблемы эксплуатационной надежности в условиях эксплуатации АТС, связаны с относительно низкой эффективностью использования безразборных методов диагностики технического состояния агрегатов - двигателей внутреннего сгорания, механических и гидромеханических передач трансмиссии, а также низким качеством применяемых отечественных нефтяных смазочных материалов (НСМ). Причем проблема качества НСМ не может быть решена простым переходом к использованию высококачественных импортных НСМ, что обусловлено экономической нецелесообразностью их использования из-за низкой эксплуатационной надежности отечественных АТС. Дело в том, что постоянно возникающие неисправности и отказы их агрегатов и систем приводят к преждевременной потере работоспособности или вынужденной преждевременной замене смазочных материалов. Отсутствие системного подхода к решению этих смежных проблем не позволяет обеспечивать высокий уровень эксплуатационной надежности и экологической безопасности отечественных АТС и эффективно использовать заложенный производителем исходный запас качества в НСМ, не говоря уже о возможностях управлении их качеством, например функциональными присадками и добавками.
На наш взгляд, комплексное решение проблемы возможно на основе системного подхода, направленного на подконтрольное и одновременное повышение показателей надежности и экологической безопасности АТС, с одной стороны, и обеспечения качества смазочных материалов - с другой. Эффективному решению этой проблемы, несомненно, будет способствовать постоянное совершенствование современных систем диагностики агрегатов и контроля качества НСМ, обеспечивающих непрерывный мониторинг и управление состоянием механических систем агрегат-масло. Специфично, что для всех агрегатов АТС, имеющих замкнутую систему смазки, такой подход будет достаточно универсальным, т.к. смазочное масло или рабочая жидкость для ГМП, с одной стороны, будет служить источником оперативной диагностической информации о надежности и техническом состоянии узлов агрегатов, а с другой - явится объектом диагностирования и управления. Важнейшими преимуществами такого подхода служат: 1) оперативность и доступность к объекту; 2) практическое отсутствие в необходимости проведения подготовительных работ; 3) комплексность информации, получаемой на основе анализа проб масла и отложений из агрегата; 4) возможность параллельного управления показателями эксплуатационных свойств путем модифицирования за счет различных вещественно-полевых воздействий.
Как правило, исследователи до сих пор ограничивались решением задачи оценки текущего состояния системы машина-масло с целью разработки текущих рекомендаций для технических служб эксплуатирующих предприятий [20,24], о чем свидетельствует обзор опубликованных работ [14,15,16, 198], авторы которых использовали метод эмиссионного спектрального анализа масла и отложений в качестве основного метода исследования износа деталей и диагностики технического состояния авиационных, автотракторных, судовых и тепловозных ДВС.
Специалистам известно, что в ряде отечественных отраслей министерств и ведомств, регулирующих вопросы наземного транспорта, еще в 70-80 годы прошлого столетия были организованы службы диагностирования различных транспортных средств по анализу работающего картерного масла, в том числе и на предприятиях автомобильного, железнодорожного, речного и морского транспорта, а также сельского хозяйства [10, 16, 22, 51]. Такие службы в виде стационарных или передвижных лабораторий нашли распространение и в зарубежных странах, в частности, организованных «под ключ» фирмой «Spectro» в вооруженных силах более чем пятидесяти стран [165]. Усилия по организации соответствующих служб нашли свое воплощение в ряде отечественных отраслевых и зарубежных документов, а также в стандартах: положение НАМИ, ГОСНИТИ, ГОСТ по диагностированию и прогнозированию тепловозных ДВС, метод АСТМ. Однако упрощенные технологии диагностирования, используемые в таких службах, предусматривающие выполнение анализов проб масла без глубокой интерпретации результатов из-за отсутствия единой базы данных об объектах диагностирования за весь «жизненный цикл», не позволяли в полной мере использовать информацию и имеющиеся возможности для осуществления практического мониторинга технического состояния работающих в агрегатах НСМ. С созданием систем непрерывного мониторинга появляются возможности решать проблемы повышения и управления надежностью и экологической безопасностью агрегатов АТС, в том числе путем модифицирования элементов системы агрегат-масло.
Отметим, что в последние годы в России и за рубежом значительное внимание стали уделять проблеме эффективного и рационального использования отработанных нефтепродуктов, повторное вовлечение которых в работу после очистки и переработки способно существенно расширить возможности использования топливно-энергетических ресурсов и уменьшить загрязнение ими окружающей среды. Однако успешное решение этой проблемы невозможно без подконтрольного организованного сбора отработанных смазочных материалов. Отсутствие такого сбора приводит к пересортице собираемого исходного сырья для переработки и невозможности использования относительно простых, доступных и недорогих технологий и оборудования для их восстановления в условиях АТП.
Поэтому дополнительной задачей, ставшей предметом специальных исследований, явилась разработка способа переработки отработанных моторных масел (ОММ) в условиях эксплуатации, направленная на их повторное использование путем восстановления, кондиционирования, а также утилизации, как в стационарных условиях, так и непосредственно на борту АТС.
Сведения об отказах ресурсоопределяющих силовых агрегатов автотранспортных средств
Обзор опубликованных работ [47, 176, 217, 232 и др.], посвященных статистическим исследованиям отказов, а также материалы статей [11, 20, 195] и отчетов НИР [94, 95,101,102,169,170], выполненных при участии автора, показали, что надежность широкого круга отечественных АТС определяется главным образом надежностью ДВС и основных агрегатов трансмиссии. В частности, об этом свидетельствуют результаты полигонных испытаний НАМИ, полученные по элементам трансмиссии около 190 моделей грузовых автомобилей [47].
Установлено, что основные причины постепенных отказов ДВС, агрегатов механической и гидромеханической трансмиссии АТС с замкнутыми системами смазки имеют как общие характерные признаки, обусловленные, например, эффективностью систем фильтрации масла, так и свои отличительные особенности. В качестве общего характерного признака отказов автотрактор ных ДВС выступают параметрические отказы, вызываемые предельным механическим (как правило, абразивным) или коррозионно-механическим изнашиванием трущихся сопряжений кривопшпно-шатунного механизма. Внешне параметрические отказы ДВС проявляются в виде затрудненного пуска, особенно при пониженных температурах окружающего воздуха, повышенного расхода масла на угар, сопровождаемого повышенным прорывом картерных газов, увеличения давления газов в картере и усиления дымления [107].
В качестве отличительного интегрального признака, характеризующего и одновременно влияющего на параметрические отказы трансмиссии, в частности на прогрессирующий износ деталей агрегатов в процессе эксплуатации АТС, выделим динамический фактор, который с достаточно высокой точностью характеризуется угловым зазором или люфтом и отмечается многими исследователями [10,27, 61,181 и др.].
Некоторые авторы в своих работах [47, 176, 217, 232 и др.] приходят к выводу о необходимости обеспечения качества смазки в агрегатах и к тому, что это понимание приходит с большим опозданием. В то же время контроль по анализу проб работающего масла агрегатов позволит службам диагностики своевременно выявлять отклонения в работоспособности масла, а также устанавливать причинно-следственные связи с состоянием агрегатов задолго до возникновения отказа. Такое своевременное выявление состояния элементов системы агрегат-масло, анализ их причин с учетом влияния конструкторско-технологических и эксплуатационных факторов позволяют разрабатывать рекомендации, технические средства и методы по их предупреждению. Отсутствие таких рекомендаций даже при условии качественного выполнения всех регламентных работ, выполняемых в соответствии с действующим «Положением о ТО и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта», не гарантирует в полной мере достижения нормативных показателей долговечности и безотказности и экологической безопасности, а также эффективности использования НСМ агрегатов автомобилей. Так, например, из-за отсутствия эффективной системы фильтрации или очистки в абсолютном большинстве агрегатов меха нической трансмиссии происходит постоянное накопление абразивных продуктов в виде технологической стружки, частиц износа, кварца или воды, что вызывает повышенное или даже катастрофическое (аварийное) изнашивание три-босопряжений и, как следствие, увеличение зазоров (люфтов) в сопряжениях. Последние приводят к скачкообразному изменению параметров технического состояния: внешнего и внутреннего шума, величины биений, динамических ударов на трущиеся поверхности, превышающих предельно-допустимые уровня, что особенно актуально для изношенных трансмиссий. В качестве диагностического параметра, интегрально характеризующего динамические нагрузки (динамический фактор), обычно принимают угловой люфт, предельная величина которого обусловливает необходимость постановки агрегата в ремонт.
В прежних работах с участием автора [27] указывалось, что основными причинами выхода из строя фрикционов гидромеханических передач отечественных карьерных самосвалов БелАЗ грузоподъемностью 30—42 т и более, а также городских автобусов ЛиАЗ-677 признаны отказы, обусловленные низким уровнем технического состояния и эксплуатационной надежности этих агрегатов. Так, количественная оценка наработки на ГМП отказ рассмотрена нами по результатам статистического исследования автосамосвалов семейства БелАЗ. Здесь вся статистическая выборка по отказам ГМП (Лгмп =171) была условно разбита на две группы в зависимости от уровня их технического состояния. Первую группу составляют отказы новых ГМП, а вторую - ГМП, прошедших капитальный ремонт. Анализ числовых характеристик распределения отказов фрикционов передач, представляющих наиболее крупную выборку из нарушений (табл. 1.1), показал, что средняя наработка на отказ новых ГМП составляет 38,2 тыс. км, что в 2,3 раза выше, чем у ГМП после капитального ремонта. Такое соотношение объясняется тем, что после ремонта ГПМ имеют гораздо худшее техническое состояние, чем новые, что связано с низким качеством запчастей, сборки в условиях АТП, недостаточной герметичностью картеров агрегатов и т.д.
Классификация групп информации о работоспособности систем типа агрегат-масло
Классификация групп информации, служащая для исследования систем типа агрегат-масло и определяемая преимущественно по ПРМ, в том числе с использованием информации из сферы эксплуатации АТС, была составлена на основании обзора литературы и многолетних собственных исследований (рис. 2.1). С этой целью вся имеющаяся в нашем распоряжении информация может быть разделена на группы, определяемые по следующим признакам: - по месту протекания и типу происходящих процессов; - по методам декодирования информации; - по количественным и качественным характеристикам работающего масла; - по количественным и качественным характеристикам отложений в масляной системе и дополнительная информация из нормативно-справочной литературы и сферы эксплуатации автомобилей.
Анализ составленной классификации показывает, чтопараметры работающего масла являются носителями информация о процессах, протекающих: а) на поверхностях трущихся сопряжений; б) в масляной системе; в) в циркулирующем масле.
При этом основные изменения, происходящие на поверхностях трущихся сопряжений (границах раздела фаз), обычно проявляются в тех или иных формах процессов изнашивания, коррозии, усталостного выкрашивания, пластической деформации и характеризуются потерей массы, изменениями геометрических и кинематических размеров трущихся сопряжений, изменениями физико-механических показателей и реологических характеристик качества поверхностей.
Важнейшими сопутствующими рабочими процессами, протекающими в масляной системе агрегатов с замкнутой системой смазки, являются фильтрация и очистка масла от загрязнений, а при их отсутствии или недостаточной работоспособности - выпадение в различных местах масляной системы в осадок частиц органического и неорганического происхождения.
К основным процессам, протекающим в циркулирующем масле, относятся изменения их исходных эксплуатационных свойств, в том числе вязкостно-температурных, кислотно-основных (нейтрализующих), моющих (детергентно-диспергирующих), трибологических (антифрикционных, противоизносных и противозадирных), антиокислительных и других свойств, а также приобретение маслом новых, обычно нежелательных, структурно-агрегатных состояний, связанных с загрязнением масла, как правило, механическими примесями, топливом и продуктами его неполного сгорания, водой и продуктами окисления.
Отметим, что для полной оценки изменения состояния элементов системы агрегат-масло во времени требуется дополнительная информация, получаемая как из сферы эксплуатации, так и в виде нормативно-справочных и других информационных источников. Дополнительная информация может включать сведения о наработке (времени или пробеге) АТС, сроке службы масла, сведе ния о конструкционных материалах, особенностях и технологиях изготовления деталей, марках и видах применяемого топлива, охлаждающей жидкости, их качестве и другие сведения из сферы производства, ремонта и эксплуатации АТС.
Группы информации о работоспособности систем типа агрегат-масло, заключенной в масле и отложениях масляной системы, могут быть классифицированы (табл.2.1) по следующим признакам: 1) по сведениям о работоспособности трибосистем; 2) по виду и месту процесса, протекающего в системе агрегат-масло; 3) по методам декодирования и характеристикам информации.
В свою очередь информация о работоспособности системы (I группа) делится на информацию о техническом состоянии агрегата и состоянии работающего масла.
Информация о процессах (П группа), протекающих в системе, делится: - на процессы, протекающие на поверхностях трения и других местах масляной системы, в свою очередь, подразделенные на коррозионно-механиче-ские виды износа, выкрашивание, пластическую деформацию трущихся по верхностей и выпадение осадка в фильтрах и различных местах масляной системы;
- изменения функциональных свойств масла, включающие вязкостно температурные (вязкость при температуре испытания, например, при 40С или 100С), моющие (детергентно-диспергирующие), трибологические (антифрик ционные, противоизносные и противозадирные), кислотно-основные (нейтра лизующие), антикоррозионные, антиокислительные и другие свойства,
- загрязнение масла механическими и нерастворимыми примесями, топ ливом, водой, продуктами окисления и т.п.
Третья группа информации, включает комплекс физико-химических методов исследования проб масел и отложений масляной системы, в том числе эмиссионный спектральный анализ масла (ЭСАМ), стандартные и нестандартные методы физико-химического анализа масла (ФХАМ) и физико-механические свойства поверхностей трения (ФМСП).
Четвертая группа информации включает количественные и качественные характеристики параметров системы агрегат-масло (работающего масла и отложений и предусматривает определение):
- концентрации или массовое содержание химических элементов - индикаторов износа, присадки, абразивной дорожной пыли, антифриза, воды, топлива и продуктов окисления в масле или их балансовое содержание в масляной системе в целом;
- качественные характеристики и показатели состояния масла (вязкость при рабочей температуре (ц), индекс вязкости (ИВ), плотность при 20 (щ ), показатель активности ионов водорода (ед. рН), щелочное (Nm, мг КОН/г) и кислотное число (Л/к,, мг КОН/г), показатель моющих (детергентно-диспергирующих) свойств (ДС, баллы);
Обеспечение точности и оперативности определения содержания химических элементов в масле
Требования к точности, достоверности и информативности методов ФХАМ обычно закладываются в стандартных методиках их испытаний (по ГОСТ, ТУ) или в технических описаниях, прилагаемых к испытательному оборудованию.
В настоящее время для выполнения диагностики технического состояния двигателей и других агрегатов наземных транспортных машин и оценки работоспособности их смазочных материалов широко используются как макропараметры, основанные на стандартных (типовых) методах физико-химического анализа масла (ФХАМ), так и микропараметры, определение которых связано с анализом химического или группового состава, в частности, методом эмиссионного спектрального анализа масла (ЭСАМ).
Ниже выполним метрологическую оценку метода ЭСАМ, являющегося интегральным и одновременно ключевым методом при диагностике силовых агрегатов, т.к. он отражает суммарный износ, функционально связанный с большинством процессов, протекающих в механической системе, в том числе в масле и на границе раздела фаз: металл-воздух, металл-масло, металл-металл и масло-воздух.
Известно, что для анализа проб масла агрегатов автомобилей на содержание продуктов износа широко применяются отечественные спектрометры типа МФС [219]. Значительная часть выпущенных моделей этих установок были оснащены управляющими вычислительными комплексами на базе ЭВМ «Электроника ДЗ-28», ДВК-3 и персональных компьютеров ЮМ, что позволило заметно снизить трудоемкость анализа жидких проб до 2-3 мин/анализ. Однако выходная информация комплексов, большинства установок представлена выходными напряжениями на каналах фотоумножителей. В таком виде она может считаться лишь в качестве исходной для расшифровки концентрации искомых химических элементов - индикаторов износа, загрязнения и присадки. В результате основная часть времени работы инженера-спектроскописта приходилась на выполнение вручную технологии ЭСАМ, связанной с первичной распечаткой и обработкой выходных напряжений, построением градуировочных графиков, их расшифровкой и т.п. [219]. Последние трудности связаны с сильным буферным влиянием ряда щелочноземельных металлов, так называемых «третьих» элементов (Са, Ва, Zn), на интенсивность возбуждения элементов и, как следствие, наклон градуировочных графиков, причем индивидуально для каждого химического элемента-индикатора износа или загрязнения в масле. Так, в отечественных моторных маслах, где в качестве комплексообразующих элементов присадок используются, как правило, алкилфеноляты Ва и салицилаты Са, их концентрации в сериях принимают в пределах от 0 до 0,08 % (мае.) и более [213]. При этом общая численность стандартных образцов может достигать пяти-шести в серии в зависимости от числа активных химических элементов присадки, а количество определяемых элементов в каждой серии - до десятка и более. Естественно, что эти особенности предопределяли высокую трудоемкость метода ЭСАМ, высокую вероятность субъективных и объективных ошибок и низкую оперативность метода, что в конечном итоге снижало точность, дос товерность и оперативность контроля. При этом субъективные ошибки были связаны с погрешностями построения и работой с графиками, а объективные - с необходимостью постоянного уточнения фактической концентрации ис комых элементов в масле путем интерполирования, причем значения иско мых концентрации существенно колебались под буферным влиянием «треть их» элементов, определяемых в полулогарифмической системе координат. Учитывая вышесказанное, в работе были поставлены и решены задачи, свя занные с совершенствованием ЭСАМ (рис. 3.1).
К числу поставленных задач по совершенствованию ЭСАМ отнесены: - повышение оперативности метода ЭСАМ за счет автоматизации расчета концентраций химических элементов;
Фотоэлектрическая установка МФС-7 - повышение точности и достоверности получаемых результатов за счет оптимизации числа параллельных испытаний, выполняемых с учета влияния «третьих» элементов, причем как при анализе жидких, так и порошковых проб; - снижение трудоемкости ручных трудоемких работ.
Для решения этих задач разработаны машинная подпрограмма управления исполнительными устройствами и программа для расчета концентраций при анализе рабочих проб. Отличие машинной подпрограммы от стандартной программы, входящей в комплект спектрометров, заключается в том, что номера каналов используемых фотоумножителей, а также время предварительного нагрева, обжига и экспозиции «вшиты» в тело подпрограммы. Однако это не вызывает неудобств, т.к. на практике назначаются оптимальные режимы и наборы анализируемых элементов, которые в дальнейшем остаются неизменными. В случае, если требуются какие-либо изменения, их легко можно выполнить, изменив небольшое количество команд подпрограммы. Машинная подпрограмма вводит значения показаний вольтметра и код режима работы, имеет три варианта автоматического расчета концентраций элементов: вывод на печать показаний вольтметра, аналогичный тому, который обеспечивает стандартная программа; анализ жидких и порошковых проб с вычислением концентраций без учета буферного действия элементов присадок (Са, Ва, Zn и др.); анализ жидких и порошковых проб с вычислением концентраций с учетом буферного действия элементов присадок.
Автоматическая программа вычисления концентраций химических элементов может работать в следующих режимах: печать концентраций или показаний напряжений на цифровом вольтметре; вычисление и печать среднего арифметического от результатов, полученных при многократном сжигании одной пробы; вычисление и печать коэффициента вариации результатов двух-пяти-кратного сжигания пробы.
Триботехнические испытания модифицированных масел на трибологическом стенде
Главной задачей триботехнических испытаний являлась оценка эффективности действия металлосодержащих присадок в условиях, близких к реальным. Одновременно выполнена оценка влияния на работоспособность три-босистем комплексного модифицирования масел как путем введения присадки, так и намагничивания.
С этой целью спланированы и проведены испытания, которые условно разделены на два этапа. На первом этапе испытывались минеральные автотракторные масла с добавлением в их состав различных металлосодержаптих присадок, изготовленных на базе ультрадисперсных порошков (УДП). На втором этапе выполнялась оценка трибосопряжений (ТС) в условиях комплексного модифицирования масел как путем введения присадки, так и посредством намагничивания.
Особое внимание на первом этапе уделено износным испытаниям различных композиций УДП меди в моторном масле как функции времени и нагрузки. Так, на рис. 4.1 приведены результаты эксперимента, проведенного на трибологическом стенде (рис. 3.2), по определению антифрикционных свойств исходного моторного масла «Лукойл-Супер», модифицированного двумя композициями ультрадисперсного порошка (УДП), входящего в состав медьсодержащей присадки (№1 с 0,3 % УДП Си и состав №2 с 0,2 % УДП Си). Как показано на рис. 4.1, с увеличением концентрации УДП меди в масле коэффициент трения (f ) для пары «Сталь 35 - СЧ 15» в зависимости от нормальной нагрузки (FN) меняется преимущественно в сторону снижения. Для состава № 1 снижение имеет место до FN 350 Н, а для состава № 2 - до FN 650 Н.
Оптимальный процентный состав УДП меди в присадке «Гарант-М», полученный совместно с С.А. Ларионовым и сотр. [128] по результатам испытания ТС типа «кольцо - ролик», в зависимости от концентрации медьсодержащей присадки «Гарант» и времени испытаний, определялся с учетом 2-факторной модели износа образцов трения (рис. 4.2). Анализ данной модели свидетельствует о ее достаточно сложном и неоднозначном характере. Видно, что наиболее заметное снижение износа ТС наблюдается после 3-5 часов работы от момента введения присадки, а оптимальная концентрация УДП меди, при которой износ минимален, для данного ТС колеблется в диапазоне от 0,25 до 0,75 % Си (мае).
Результаты последних испытаний привели к пониманию необходимости дифференцированного подхода к выбору типа присадок как с учетом конструктивных особенностей материалов ТС, так и режимов их работы и технического состояния. Очевидно, что эксплуатационные факторы определяют величину фактических нагрузок в трибосистеме. В результате последующих экспериментальных проверок был установлен оптимальный состав препарата для ресурсоопределяющих деталей агрегатов АТС, в том числе для деталей ДВС и зубчатых передач. В частности, для автомобильных двигателей, имеющих различное техническое состояние, определяемое общим пробегом, разработано три типа модифицированного препарата «Гарант-М»: 1. тип А - на период приработки нового двигателя; 2. тип В - используемый в период установившегося износа деталей; 3. тип С - применяемый в случае повышенного или аварийного износа. Таким образом, совместно со специалистами НПФ «Техносинтез» были оптимизированы и сертифицированы в системе сертификации нефтепродуктов составы противоизносных, антифрикционных и противозадирных присадок типа «Гарант-М» и «Гарант-Т» и установлено, что оптимальной массовой концентрацией УДП меди в масле агрегатов являются: - для зубчатых передач агрегатов трансмиссии - около 1,0 % УДП Си; - для кривошшшо-шатунной группы двигателей - 0,2... 0,3 % УДП Си.
Отметим, что наибольшая сходимость результатов, полученных на модели и реальных сопряжениях, имела место при следующих условиях:
- механическая система в зависимости от времени испытаний и вида сопряжений, непосредственно участвующих в процессе трения и износа, должна быть смоделирована как с учетом реологических свойств материалов (микрогеометрии поверхности), так и в соответствии со значениями внешних скоростных, силовых и температурных нагрузок, а также трибологических характеристик смазывающей среды;
- стендовое оборудование для испытаний модельных сопряжений обеспечивает идентичность пар трения сопряжениям оригинала. Гарантией этому служит использование однородных материалов и смазывающей среды, формирование в узле нагружения законов внешних силовых и температурных нагрузок, максимально приближенных к реальным [26].
Похожие диссертации на Повышение эксплуатационной надежности агрегатов автотранспортных средств путем контроля и модифицирования смазочного масла
