Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ состояния вопроса 13
1.1 Развитие систем технического обслуживания автотранспортных средств... 13
1.2 Изменения технического состояния моторных масел и двигателей внутреннего сгорания в процессе эксплуатации и их анализ 18
1.3 Методы определения технического состояния моторного масла 27
Выводы по главе 48
2 Теоретические исследования оценки периодичности технического обслуживания двигателей внутреннего сгорания автотранспортных средств по комплексному критерию диагностики технического состояния моторного масла 49
2.1 Алгоритм определения периодичности технического обслуживания двигателей внутреннего сгорания автотранспортных средств путем оценки комплексного критерия диагностики технического состояния моторного масла. 49
2.2 Математическое описание процесса диагностики технического состояния моторного масла 2.2.1 Обоснование выборочной совокупности количества отбора проб при экспериментальном исследовании. 60
2.2.2 Оценка факторов, влияющих на параметры масляного пятна 62
2.2.3 Оценка точности и достоверности определения комплексного критерия диагностики технического состояния моторного масла 64
2.3 Весомость комплексных критериев диагностики технического состояния моторного масла в процессе эксплуатации 67
Выводы по главе 70
3 Комплекс мероприятий повышения точности корректирования периодичности технического обслуживания двигателей автотранспортных средств 71
3.1 Разработанная методика оценки масляного пятна моторного масла двигателей автотранспортных средств по комплексному критерию диагностики технического состояния моторного масла 71
3.2 Методика оценки количества моторного масла, наносимого на фильтровальную бумагу 79
3.3 Определение временного интервала, необходимого для высушивания растекающейся капли моторного масла на фильтровальной бумаге 83
Выводы по главе 85
4 Экспериментальные исследования изменения показателей технического состояния моторных масел в процессе эксплуатации двигателей автотранспортных средств 86
4.1 Определение массы капли моторного масла, наносимой на фильтровальную бумагу 86
4.2 Определение размера изображения масляного пятна 89
4.3 Определение временного интервала необходимого для высушивания растекающейся капли моторного масла на фильтровальной бумаге 91
4.4 Количество проб для проведения экспериментального исследования 94
4.5 Диагностики технического состояния моторного масла усовершенствованным и лабораторными методами. Рекомендации по корректированию периодичности технического обслуживания двигателей автотранспортных средств 95
4.6 Определение весомости разработанных комплексных критериев диагностики технического состояния моторного масла в процессе эксплуатации 107
4.7 Сравнительная оценка точности и достоверности определения разработанного критерия диагностики технического состояния моторного масла и диспергирующей способности моторного масла 113
Выводы по главе 121
5 Определение технико-экономического эффекта от применения результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований 123
5.1 Общая часть 123
5.2 Расчет экономии смазочных материалов при использовании методики диагностики технического состояния моторного масла и корректирования периодичности технического обслуживания двигателей автотранспортных средств 124
5.3 Расчет капитальных вложений на создание системы диагностики технического состояния моторных масел разработанной методикой 126
5.4 Расчет текущих затрат на содержание и эксплуатацию разработанной методики 126
Выводы по главе 129
6 Практические рекомендации к организации технического обслуживания двигателей внутреннего сгорания автотранспортных средств 130
6.1 Разработка «Положения по ведению смазочного хозяйства предприятия».. 130
6.2 Определение критерия предельного состояния моторных масел 131
6.3 Разработка регламентов выполнения работ по техническому обслуживанию двигателей автотранспортных средств с использованием данных диагностики технического состояния моторных масел 132
6.4 Корректировка должностных инструкций 133
6.5 Выпуск приказа по организации о начале работ по системе технического обслуживания двигателей автотранспортных средств по фактическому состоянию 134
Выводы по главе 135
Заключение 136
Список литературы 139
Приложения 159
Приложение А. Запатентованные способы диагностики технического состояния моторных масел 159
Приложение Б. Свидетельство о регистрации электронного ресурса "Алгоритм определения остаточного ресурса моторного масла" 161
Приложение В. Изображения масляного пятна через интервалы времени и его соответствующие характеристики 162
Приложение Г. Оценка эксплуатации АТС предприятий ГП ДРСУ № 3 и УК КРУ «Кедровский» 165
Приложение Д. Масляные пятна проб и плотности распределений пикселей моторных масел АТС предприятий ГП ДРСУ № 3 и УК КРУ «Кедровский» 168
Приложение Е. Внешний вид вискозиметра капиллярного стеклянного ВПЖ–2м LABTEX 184
Приложение Ж. Внешний вид термостата жидкостного ВИС–Т–07 185
Приложение И. Внешний вид автоматического титратора TitroLine alpha 10 plus 186
Приложение К. Акт внедрения в учебный процесс результатов диссертационной работы 187
Приложение Л. Акты внедрения результатов научных исследований 188
- Изменения технического состояния моторных масел и двигателей внутреннего сгорания в процессе эксплуатации и их анализ
- Разработанная методика оценки масляного пятна моторного масла двигателей автотранспортных средств по комплексному критерию диагностики технического состояния моторного масла
- Диагностики технического состояния моторного масла усовершенствованным и лабораторными методами. Рекомендации по корректированию периодичности технического обслуживания двигателей автотранспортных средств
- Расчет текущих затрат на содержание и эксплуатацию разработанной методики
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Для поддержания автотранспортных
средств (АТС) в работоспособном состоянии необходимо проводить плановое
техническое обслуживание (ТО), периодичность которого устанавливает завод-
изготовитель. Рекомендуемая изготовителем периодичность ТО, измеряемая в
километрах пробега или мото-ч работы, соответствует усреднённым условиям
эксплуатации АТС. В реальных условиях эксплуатация АТС может
сопровождаться более тяжелыми нагрузками, длительной работой на холостом
ходу, работой в сложных условиях эксплуатации. Учитывая возраст АТС и
такие условия эксплуатации, необходимо более часто проводить ТО. Наоборот,
при работе в более лёгких условиях эксплуатации может появиться
возможность увеличить интервал между ТО. При этом нормативно-
технической документацией предусмотрено увеличение периодичности ТО и
широкое применение средств диагностирования технического состояния АТС,
по результатам которых прогнозируются техническое состояние АТС и его
остаточный ресурс. Поэтому целесообразно периодичность ТО АТС
устанавливать по его фактическому состоянию.
Одним из самых нагруженных элементов АТС является двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Исправное состояние ДВС зависит от многих факторов и одним из основных является исправное состояние системы смазки ДВС. Как правило, одним из основных факторов, влияющих на периодичность обслуживания не только ДВС, но и АТС в целом, выступает замена смазочного материала в ДВС. Смазочным материалом в ДВС выступает моторное масло. Таким образом, исправное состояние ДВС невозможно без своевременной замены моторного масла, которая является одной из трудоемких и дорогостоящих работ при ТО АТС. Особенно это актуально становится при ТО карьерных автотранспортных средств, например, самосвалов БелАЗ, где объем моторного масла, необходимый для замены, может достигать более 500 л.
Становится актуальной задача диагностики технического состояния моторных масел. Существуют методы, либо требующие лабораторных условий и оборудования, либо условия проведения исследования и результаты диагностики технического состояния зависят от неформализованных и субъективных решений специалиста, который, в зависимости от своего опыта, физиологических возможностей, может принять необъективное решение по результатам диагностики. Поэтому требуются методы, позволяющие принимать объективные решения о дальнейшей эксплуатации моторного масла и корректировать периодичность ТО ДВС АТС.
В связи с вышеизложенным, исследование, направленное на повышение эффективности технической эксплуатации АТС, снижение затрат и корректирование периодичности ТО ДВС АТС на основе диагностики технического состояния моторного масла ДВС научно обоснованным в диссертации методом, является актуальным.
Рабочая гипотеза. Совершенствование процессов и организации ТО ДВС АТС заключается в корректировании периодичности ТО ДВС АТС, что достигается за счет усовершенствования метода оценки диспергирующих свойств моторного масла ДВС, который позволит оценивать остаточный ресурс моторного масла и
проводить его замену по фактическому состоянию, что повысит эффективность и сократит расходы при технической эксплуатации ДВС и АТС в целом.
Степень разработанности темы исследования. Вопросами технической диагностики ДВС автотранспортных средств занимались А.Р. Асоян, В.А. Бондаренко, А.С. Гребенников, М.А. Григорьев, И.Б. Гурвич, А.С. Денисов, В.В. Ефремов, В.А. Зорин, В.Е. Канарчук, Л.И. Карпов, Е.С. Кузнецов, Л.В. Мирошников, В.М. Михлин, В.А. Шадричев и многие другие авторы. В работах А.П. Болдина, Д.Н. Гаркунова, М.А. Григорьева, Б.И. Костецкого, В.М. Михлина, К.К, Папок, Ю.А. Розенберга, В.А. Сомова, H.S. Brosinsky и др. ученых отмечалось непрерывное взаимодействие и взаимовлияние процессов, происходящих в работающем моторном масле. Вопросами контроля показателей качества и определения сроков замены работающих моторных масел занимались многие ученые: В.А. Аметов, Л.С. Васильева, Ю.А. Власов, М.А. Григорьев, Ю.А. Гурьянов, В.В. Ефимов, С.В. Корнеев, В.Л. Лашхи, К.К. Папок, А.А. Петелин, И.Г. Фукс, О.Н. Цветков, В.М. Школьников, M.G. Jennings, M. Verlinde и др.
Диссертация соответствует следующим пунктам паспорта специальности 05.22.10 «Эксплуатация автомобильного транспорта»: п. 12. (эффективность и качество эксплуатационных материалов), п. 13. (технологические процессы и организация технического обслуживания, ремонта и сервиса; методы диагностики технического состояния автомобилей, агрегатов и материалов).
Объект исследования – процесс ТО двигателей АТС.
Предмет исследования – периодичность проведения ТО двигателей АТС.
Цель диссертационной работы – повышение эффективности технической эксплуатации автотранспортных средств.
Задачи исследования:
-
Провести диагностику технического состояния моторного масла для корректирования периодичности ТО ДВС АТС за счет определения диспергирующих свойств усовершенствованным методом.
-
Разработать методику цифровой оценки масляного пятна для принятия решения о техническом состоянии моторного масла ДВС и корректирования периодичности ТО ДВС АТС.
-
Обосновать комплексный критерий диагностики технического состояния моторного масла двигателей АТС и определить параметры условий его оценки. Установить функциональные зависимости изменения разработанного комплексного критерия от наработки.
-
Провести оценку достоверности усовершенствованного метода оценки диспергирующих свойств моторного масла АТС по комплексному критерию диагностики технического состояния и оценить технико-экономический эффект от внедрения результатов теоретических и экспериментальных исследований.
-
Разработать практические рекомендации к организации технического обслуживания двигателей автотранспортных средств.
Научная новизна диссертационной работы заключается:
1. Определены необходимые условия для определения разработанного
комплексного критерия диагностики технического состояния и
диспергирующих свойств моторного масла.
-
Впервые установлена зависимость изменения разработанного комплексного критерия от наработки моторного масла и его взаимосвязь с диспергирующими свойствами моторного масла.
-
Разработана методика корректирования периодичности ТО ДВС АТС по комплексному критерию диагностики технического состояния моторного масла.
-
Определена зависимость периодичности замены масла двигателей автотранспортных средств от разработанного комплексного критерия.
Теоретическая и практическая значимость работы:
-
Внедрение усовершенствованного метода диагностики технического состояния моторного масла позволяет сократить простои АТС при ТО, повысить качество ТО, снизить затраты при ТО.
-
Выявленные зависимости параметров условий оценки разработанного комплексного критерия и диспергирующих свойств моторного масла позволяют повысить точность проведения диагностики технического состояния моторного масла ДВС АТС.
-
Разработанная методика цифровой оценки масляного пятна позволяет получить информацию о фактическом состоянии моторного масла и корректировать периодичность ТО ДВС АТС.
-
Результаты исследований используются в учебном процессе ФГБОУ ВО «СибАДИ».
-
Практические рекомендации к организации ТО ДВС АТС закрепляют на предприятии проведение диагностики технического состояния моторного масла и корректирование периодичности ТО ДВС АТС.
Методология и методы исследования. При выполнении диссертационной
работы использовались широко апробированные известные методы
технической эксплуатации автомобилей; методы диагностики технического состояния моторных масел и методы математического и физического моделирования; методы теоретического и экспериментального исследования на базе математической и прикладной статистики, а также проведения исследований с использованием оборудования на базе современных ЭВМ.
Положения, выносимые на защиту.
Автор защищает совокупность научных положений, на базе которых
разработана методика цифровой оценки масляного пятна для принятия решения
о техническом состоянии моторного масла ДВС и корректирования
периодичности ТО ДВС АТС; разработанный комплексный критерий
диагностики технического состояния моторного масла двигателей АТС и
установленные функциональные зависимости изменения разработанного
комплексного критерия от наработки; установленные зависимости
параметров условий для оценки разработанного комплексного критерия;
технико-экономические показатели применения теоретических и
экспериментальных результатов исследования.
Степень достоверности научных положений, выводов и
рекомендаций обеспечена:
-
Применением методов статистической обработки результатов, теорией вероятности и математической статистики.
-
Корректностью принятых допущений.
-
Корректным использованием методов математического моделирования и достаточным объемом экспериментальных данных.
-
Адекватностью результатов теоретических и экспериментальных исследований.
-
Использованием широко известных результатов ранее апробированных научных исследований.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены,
обсуждены и одобрены на IV Всероссийской научно-практической
конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Развитие дорожно
строительного комплекса и строительной инфраструктуры на основе
рационального природопользования» (ФГБОУ ВПО «СибАДИ», г. Омск,
2009 г.), Всероссийской 65-й научно-технической конференции ФГБОУ ВПО
«СибАДИ» (с международным участием) «Ориентированные фундаментальные
и прикладные исследования – основа модернизации и инновационного развития
архитектурного-строительного и дорожно-транспортного комплексов России»
(г. Омск, 2011г.), XV Международной научно-инновационной конференции
аспирантов, студентов и молодых ученых «Теоретические знания – в
практические дела» (ФГБОУ ВО «МГУТУ имени К. Г. Разумовского», г. Омск,
2014 г.),. на семинарах факультета «Нефтегазовая и строительная техника»
ФГБОУ ВПО «СибАДИ» (Омск, 2014 – 2015гг.), XV Межрегиональной
выставке-форуме «Энергоэффективность – стратегический вектор развития»
(Югра-Экспо, КВЦ г. Ханты-Мансийск, 2015 г.) и XXVII Международной
научно-практической конференции «Вопросы современных научных
исследований» (Научный центр «Орка», г. Омск, 2018 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, из них 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 свидетельство о регистрации электронного ресурса РФ.
Реализация результатов работы. Результаты исследований приняты для внедрения ООО «Управление механизации № 10» и ООО «АлтайМАЗавто». Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВО «СибАДИ».
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 181 наименования, 10 приложений; всего на 189 страницах машинописного текста, рисунков – 42, таблиц – 37.
Изменения технического состояния моторных масел и двигателей внутреннего сгорания в процессе эксплуатации и их анализ
Качество моторного масла, его изменение в процессе эксплуатации влияет на техническое состояние двигателя, периодичность проведения внеплановых ремонтных воздействий, а это влияет на затраты на ремонт, простои во время проведения ремонтных работ, материальные затраты, связанные с прекращением эксплуатации [129]. В свою очередь техническое состояние двигателя и его систем, качество и периодичность проведения ТО и ремонтов оказывают влияние на техническое состояние моторного масла, периодичность его замены [129]. Работоспособность моторных масел оценивается по показателям технического состояния: кинематическая вязкость, щелочное число, кислотное число, водородный показатель (pH), содержание нерастворимых примесей (осадок), диспергирующие свойства, температура вспышки в открытом тигле, содержание воды [63].
По мнению В.В. Ефимова интенсивность старения моторных масел оценивается при помощи таких показателей, которые существенно меняются в процессе работы двигателей АТС: температура вспышки, содержание воды, диспергирующая способность, щелочное число и оптическая плотность [52].
В.А. Аметов считает, что интенсивность изменений в состоянии работающих моторных и трансмиссионных масел оценивалась по показателям эксплуатационных свойств (вязкости, pH, щелочности, показателю детергентно-диспергирующих свойств и др.) [3].
А.А. Петелин установил, что наиболее важные показатели, характеризующие техническое состояние моторного масла – вязкость, диспергирующая способность, щелочное число, оптическая плотность [123]. В работе [7] авторы предлагают в качестве показателей технического состояния моторного масла использовать щелочность, изменение вязкости и дисперги-руемость.
С.П. Горбунов утверждает, что на темп износа основных деталей двигателя и образование лака и отложений в нем наибольшее влияние оказывает концентрация нерастворимых примесей, срабатываемость моюще-диспергирующей присадки, накопление продуктов окисления [24].
Ю.А. Власов прогнозирует остаточный срок службы масла, через показатели загрязненности работающего масла [19, 20, 101].
Д.А. Дрючин делает заключение о том, что решающее влияние на долговечность подшипников коленчатого вала оказывают вязкостно-температурные свойства и заметное влияние – смазывающая способность моторного масла [51].
Вопросом определения показателей предельного состояния моторного масла занимались и многие другие ученые [8, 47, 149 и др.]. Большинство исследователей для диагностики технического состояния моторного масла используют показатели: диспергирующе-стабилизирующую способность, вязкость, щелочное число, оптическую плотность, загрязненность масла, в том числе охлаждающей жидкостью и топливом. Реже в качестве показателей технического состояния используются коксуемость, зольность сульфатная и другие [52, 139].
Вязкость – показатель качества масла, от которого значительно зависит режим смазки пар трения, противоизносные свойства, отвод тепла от рабочих поверхностей и уплотнения зазоров, величина энергетических потерь в двигателе [15, 174]. Вязкость в процессе эксплуатации может увеличиваться и уменьшаться [15]. Значительное увеличение вязкости масла нежелательно, так как при этом происходит ухудшение поступления масла к парам трения, снижение работоспособности системы фильтрации масла, ухудшение пусковых свойств ДВС [15]. Снижение вязкости также негативно сказывается на ресурсе ДВС – снижается эффективность смазывания [15]. Свойства моторных масел характеризуются величинами вязкости при 100 С и 0 С (для некоторых масел – при 18С) и индексом вязкости (ИВ) [15]. Вязкостно-температурные свойства масел оцениваются по ИВ – условному показателю, характеризующему степень изменения вязкости масла в пределах от 40 до 100 С [15]. Чем выше ИВ, тем более пологой вязкостно-температурной кривой характеризуется масло и тем лучше его вязкостные свойства [15].
Срок работы масел в двигателях зависит от их способности сохранять свои первоначальные свойства и противостоять внешнему воздействию при нормальных температурах [15]. В основном на стабильность масел, применяемых в ДВС, оказывают влияние: химический состав масел, температурные условия, длительность окисления, каталитическое действие металлов и продуктов окисления, присутствие воды и нерастворимых примесей, поверхность окисления [15].
Термоокислительная стабильность моторного масла определяется как его устойчивость к окислению в тонком слое при повышенной температуре методом оценки прочности масляной пленки [15]. C повышением температуры воздуха увеличивается скорость окислительных процессов [123]. Окисление может происходить в толстом масляном слое (поддон картера), в тонком слое (на поверхностях горячих деталей) и в распыленном (туманообразном) состоянии [52]. Чтобы замедлить реакции окисления и уменьшить образование отложений в двигателе, в масла вводятся антиокислительные присадки [15]. Быстрое истощение термоокислительных свойств происходит при накоплении органических примесей, продуктов изнашивания двигателя [139].
Кислотное число – это показатель, который характеризуется наличием в моторном масле продуктов окисления [15]. Общее кислотное число свежего моторного масла достаточно велико и в процессе старения увеличивается, при этом важно, чтобы в масле не накапливались сильные кислоты [15]. Возрастание количества кислых продуктов в масле приводит к процессам срабатывания щелочных присадок, увеличению интенсивности разрушения защитной пленки на поверхности металла и возрастанию коррозионных процессов, в результате происходит повышенный износ двигателя [123].
Двигатели могут подвергаться коррозионному воздействию, вызывающему ржавление внутренних полостей и деталей, таких как рабочее зеркало цилиндров, поршневые кольца и др. [15]. Для уменьшения коррозионного износа деталей двигателей в масла вводят антикоррозионные присадки, обладающие щелочными свойствами, обеспечивающими нейтрализацию кислых продуктов, образующихся в масле [15].
Щелочные свойства масла характеризуются щелочным числом, определяемым количеством едкого калия (в миллиграммах), эквивалентным количеству соляной кислоты, израсходованной на нейтрализацию всех основных соединений, содержащихся в 1 г масла, то есть щелочное число – это способность масла нейтрализовать кислоты, которые образуются из продуктов окисления и сгорания масла [15]. Для свежего масла основой щелочных свойств являются металлосо-держащие детергенты и в меньшей степени – беззольные депрессанты [15]. Щелочные свойства масла при работе двигателя уменьшаются [15]. Изменение щелочного числа в работающем масле зависит также от расхода присадки на нейтрализацию кислых соединений и диспергирование нерастворимых примесей [123].
Нерастворимые осадки часто становятся причиной для признания масла неработоспособным и требующем замены [63]. В основном в состав нерастворимого осадка входят: продукты неполного сгорания топлива; неорганические продукты срабатывания присадок; продукты глубокого окисления базового масла; пыль, попадающая через неплотности и с засасываемым воздухом; продукты изнашивания или коррозии двигателя; оксиды и соли свинца[63].
Предотвращение образования шлама возможно при высоких диспергирующих свойствах масла [2, 52, 139, 163]. Диспергирующим свойством масла называется его способность препятствовать слипанию углеродистых частиц и удерживать их в состоянии устойчивой суспензии (поддержание загрязняющих примесей во взвешенном состоянии) [52, 139]. Предельное содержание нерастворимого осадка в основном зависит от диспергирующих свойств масла: чем они лучше, тем большее количество нерастворимого осадка может удерживаться в масле без выпадения шлама и образования отложений [15, 63].
При повышенных температурах окружающего воздуха эксплуатация моторного масла сопровождается увеличением интенсивности изменения диспергирующей способности по сравнению с эксплуатацией при отрицательных температурах [123]. Это связано с увеличением окисления и большего загрязнения масла частицами дорожной пыли, твердых частиц взвеси [123].
О степени разжижения масла топливом и наличии в масле более легких топливных фракций можно судить по параметру, называемому температурой вспышки, которая у современных масел выше 200 С [63]. Предельным значением температуры вспышки для работавшего масла можно считать ее снижение до 175–180 С [63].
Моторное масло, являясь конструктивным элементом смазываемых узлов [14, 40, 172], оказывает влияние на техническое состояние ДВС. В то же время изменения, происходящие в работе ДВС, влияют на изменение технического состояния масла (таблица 1.1) [80, 139, 177].
Разработанная методика оценки масляного пятна моторного масла двигателей автотранспортных средств по комплексному критерию диагностики технического состояния моторного масла
Применение методов и технических средств диагностики технического состояния при эксплуатации и ТО АТС позволяет уменьшить трудоемкость технических воздействий, продолжительность простоев АТС в ТО и ремонтах, затраты на эксплуатацию. Методы диагностики технического состояния направлены на получение информации о фактическом состоянии АТС и отдельных его элементов. Таким образом, конечная цель диагностики технического состояния – это обслуживание АТС по фактическому состоянию. Для этого требуется корректировка существующей периодичности ТО АТС. ДВС современного АТС является одним из самых основных и дорогостоящих агрегатов, который требует постоянного контроля и обслуживания. В свою очередь наиболее важной и затратной операцией при ТО является замена моторного масла ДВС АТС. Таким образом, для корректирования периодичности ТО ДВС АТС необходимо объективно и точно проводить диагностику технического состояния моторного масла.
Лабораторные методы и методы экспресс диагностики технического состояния позволяют выполнять диагностику технического состояния моторного масла, учитывая номинальные и предельные значения контрольных параметров системы «двигатель–моторное масло».
В практике технической диагностики эксплуатационных материалов двигателей АТС экспресс-методы оценки контрольных параметров системы «двигатель – моторное масло» методом капельной пробы по внешнему виду позволяют определять диспергирующие свойства (ДС) моторного масла по соотношению диаметров его ядра и зоны диффузии (рисунок 3.1). Функциональная зависимость определения ДС определяется выражением (2.3) главы 2.1.
Разработанная методика оценки масляного пятна по комплексному критерию диагностики технического состояния моторных масел основана на технологиях оценки критериев системы «двигатель – моторное масло» методом капельной пробы [140]. В отличие от известного метода, где методика оценки пятна сводится к органолептическому методу, разработана методика цифровой обработки масляного пятна с использованием компьютерных средств и прикладного программного обеспечения, которая позволяет проводить формализованную и объективную оценку. Схема алгоритма усовершенствованного метода представлена на рисунке 3.2. На рисунке Б.1 представлено свидетельство о регистрации электронного ресурса "Алгоритм определения остаточного ресурса моторного масла".
В таблице 3.1 в качестве примера показаны позитивные и негативные цифровые копии масляных пятен, которые получены при оценке капельных проб методом масляного пятна моторного масла G-Profi 15W-40.
Экспериментальные исследования проводятся в три этапа:
1. Сбор статистических данных, забор проб из двигателей АТС предприятия и нанесение контрольной капли на фильтровальную бумагу обеззоленный фильтр «синяя лента», изготовленную по ГОСТ 12026–76 [26, 161].
2. Анализ отобранных проб моторного масла G-profi MSI Plus SAE 15w40 API CI-4/SL лабораторными методами. 3. Назначение браковочного значения комплексного критерия Uh для моторного масла G-profi MSI Plus SAE 15w40 API CI-4/SL из картера дизельного двигателя Сummins QSK-60c самосвалов БелАЗ-75306.
На первом этапе экспериментального исследования требуется забор моторного масла из двигателей АТС и транспортно-технологических машин. В связи с этим сделан выбор предприятий ГП ДРСУ № 3 и УК КРУ «Кедровский», который обусловлен применением моторных масел, массово применяемых при эксплуатации АТС, а также использование одного сорта масел на всех однотипных АТС предприятия.
Одной из важных задач при анализе масла является взятие проб. От качества и периодичности взятия пробы зависит весь результат анализа. Для правильного применения анализа масла необходимы исходные данные об эксплуатации АТС. Образец, взятый на анализ, должен представлять масло, используемое в двигателе. При взятии проб необходимо руководствоваться следующими правилами:
- прежде чем приступить к взятию проб, двигатель должен прогреться до рабочей температуры. Тем самым гарантируется, что в отбираемых пробах будет репрезентативный уровень загрязнения масла;
- последующие пробы следует брать в том же месте, действуя аналогичным образом;
- прежде чем залить новое масло, необходимо получить образец используемого масла;
- для сбора образцов масла необходимо использовать чистую и сухую емкость.
Для диагностики технического состояния моторного масла двигателя фирмы Cummins забор проб масла осуществляется тремя способами [132]:
1. Взятие пробы через пробоотборный кран: кран установлен с внутренней стороны фильтра. Перед взятием пробы протирается краник, прогревается двигатель до рабочей температуры, после чего открывается краник. После того как застоявшееся масло вытечет, берется проба масла из струи, подаваемой двигателем, работающим на холостых оборотах.
2. Взятие пробы из штуцера Compuchek: шланг с адаптером Compuchek необходимо подключить к штуцеру головки фильтра Compuchek. Перед взятием пробы тщательно протирается штуцер Compuchek. После того как двигатель прогреется до рабочей температуры, проба масла забирается из штуцера Compu-chek; при этом двигатель должен работать на низких холостых оборотах.
3. Взятие пробы из вакуумного насоса: длина трубки больше длины масло-мерного щупа, что позволяет опустить ее на 25 – 50 мм ниже уровня масла в баке, закрепленным на вакуумном ручном насосе. Взятие пробы масла осуществляется сразу же после остановки двигателя, прогретого до рабочей температуры и помещается в чистую сухую емкость. Не допускается взятие пробы масла со дна поддона картера, поскольку в пробу попадет лишний осадок и результаты анализа будут неправильными. После каждого взятия проб заменяется трубка во избежание вторичного загрязнения образцов масла.
Метод капельной пробы заключается во взятии пробы масла из картера разогретого до рабочей температуры двигателя аналогично 3 методу фирмы Cummins, описанному выше. Затем капля масла наносится на фильтровальную бумагу обеззольный фильтр «синяя лента», изготовленную по ГОСТ 12026–76 [26, 161]. Диспергирующие свойства моторных масел оцениваются после высушивания расплывающейся капли масла в течение определенного времени по величине размеров ядра и диффузионной зоны масляного пятна, получаемого на фильтровальной бумаге, и их соотношению [104, 109, 119]. Cчитается, что чем больше размеры диффузионной зоны, тем выше диспергирующие свойства масла [104, 109, 119].
В отличие от метода капельной пробы при определении параметра ДС (методика измерения органолептическим методом с использованием измерительного инструмента) в усовершенствованном методе оценка масляного пятна осуществляется разработанной методикой (применяется оценка с использованием компьютерных средств и прикладного программного обеспечения).
Первоначально проводится отбор пробы моторного масла из картера двигателя АТС, разогретого до рабочей температуры. В зависимости от удаленности АТС от лаборатории отбор пробы осуществляет оператор АТС или лаборант лаборатории. Для отбора пробы используется трубка, длина которой больше длины масломерного щупа. Трубку вставляют в отверстие для масломерного щупа и опускают на 25 – 50 мм ниже уровня масла в картере ДВС. На другом конце трубки оператор (лаборант) закрепляет вакуумный ручной насос, к сливному отверстию которого закрепляется емкость для сбора пробы. Отбор пробы проводится сразу же после остановки ДВС. Оператор (лаборант) с помощью ручного насоса наполняет емкость из расчета наполнения емкости моторным маслом объемом 0,1-0,2 л. После этого извлекается и утилизируется трубка. Емкость с пробой закрывается крышкой и передается в мобильную или стационарную лабораторию. При этом на емкость наносится дата взятия пробы, наработка моторного масла с момента замены, наименование и табельный номер АТС.
В лаборатории лаборант открывает емкость с пробой моторного масла (масло имеет комнатную температуру 20-25 оС), и проводит отбор пробы моторного масла с помощью пипетки офтальмологической до середины стеклянной части пипетки. Далее осуществляется нанесение капли масла с помощью пипетки на фильтровальную бумагу обеззольный фильтр «синяя лента», изготовленную по ГОСТ 12026–76 [26, 161]. После нанесения капли фильтровальная бумага с масляным пятном высушивается при комнатной температуре (20-25 оС) в течении 3-4 часов.
Диагностики технического состояния моторного масла усовершенствованным и лабораторными методами. Рекомендации по корректированию периодичности технического обслуживания двигателей автотранспортных средств
Экспериментальные исследования изменения показателей технического состояния моторных масел были проведены на автотранспортных средствах и транспортно-технологических машинах предприятий Государственное предприятие Омской области "Дорожное ремонтно-строительное управление № 3" (ГП ДРСУ № 3), ОАО «Угольная компания «Кузбассразрезуголь» филиал «Кедров-ский угольный разрез» (УК КРУ «Кедровский») с целью повышения точности и достоверности диагностики технического состояния смазочных материалов при эксплуатации АТС.
Задачи, поставленные перед экспериментальным исследованием:
- определение основных зависимостей изменения технического состояния моторных масел при эксплуатации АТС;
- обоснование и подтверждение работоспособности, объективности и достоверности усовершенствованного метода диагностики технического состояния моторных масел;
- выявление предельного состояния моторного масла, при котором необходима его замена, что позволит производить замену моторного масла по фактическому состоянию, а не по наработке или пробегу АТС.
В соответствии с программой исследования выполнен отбор проб и оценка эксплуатации АТС с момента последней замены моторного масла предприятий. Результаты занесены в таблицы Г.1, Г.2 и Г.3.
В целом парк АТС и транспортно-технологических машин ГП ДРСУ № 3 имеет большую наработку и масло не всегда меняется в соответствии с ней. Чаще всего замена производится при переходе с летне-зимнего и зимне-летнего сезонов при использовании сезонных масел. На предприятии УК КРУ «Кедровский» масло меняется в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя и используется всесезонное масло.
При выполнении экспериментальных исследований для отбора проб используется способ, аналогичный третьему способу взятия проб фирмы Cummins (см. глава 3) [132]. На основании разработанной методики произведен анализ проб и получены плотности распределения пикселей. Результаты занесены в таблицы Д.1, Д.2 и Д.3.
Для моторного масла рекомендованы браковочные значения показателей технического состояния (таблица 4.10). Соответственно для назначения предельного состояния разработанных критериев Uh, Uя, Uo моторного масла G-profi MSI Plus SAE 15w40 API CI-4/SL, отобранного из картеров ДВС Сummins QSK-60 самосвалов Белаз-75306 его пробы исследуются лабораторными методами.
Нормативный срок замены моторного масла в соответствии с руководством по эксплуатации и техническому обслуживанию двигателей Cummins серии QSK45 и QSK60 БелАЗ–75306 рекомендуется 250 мото-ч. Состояние моторного масла оценивается показателями вязкости в соответствии с ГОСТ 33–2000 [34] и щелочного числа согласно ГОСТ 11362–96 [25]. Определение кинематической вязкости проводится с использованием вискозиметра капиллярного стеклянного ВПЖ–2м LABTEX (рисунок Е.1) [18] и термостата жидкостного ВИС–Т–07 (рисунок Ж.1) [136]. Определение щелочного числа осуществляется с использованием автоматического титратора TitroLine alpha 10 plus (рисунок И.1) [134]. Основные результаты приведены на рисунках 4.5, 4.6 и в таблице 4.11 [64].
Предельными изменениями вязкости при 100 С при достижении предельных наработок масел является переход в другой класс вязкости по SAE. Показателем технического состояния может быть и показатель щелочного числа моторного масла, браковочным значением которого считалось снижение его на 50 %. Однако из-за фактического отсутствия серы в современном качественном топливе возможно использование и более низкого значения щелочного числа [178]. Таким образом, щелочное число может быть малоинформативным показателем технического состояния моторного масла.
В соответствии с таблицей 4.11 и рисунками 4.5, 4.6 в данных условиях эксплуатации маслом не достигнуто браковочных значений по вязкости и щелочному числу, полученных лабораторным способом, что не позволяет использовать их в качестве браковочных показателей в разработанной методике. Таким образом можно сделать вывод о том, что масло пригодно к дальнейшей эксплуатации. Однако нельзя говорить о техническом состоянии масла, оценив только вязкость и щелочное число. Необходимо прибегнуть к контролю моюще-диспергирующих свойств (диспергирующей способности) моторного масла.
Для полученных зависимостей вязкости при 100 С и щелочного числа моторного масла G-profi MSI Plus SAE 15w40 API CI-4/SL от наработки рассчитаны статистические параметры по методике, приведенной в [12] и с использованием программного обеспечения «Microsoft Office Excel» [122] (таблица 4.12).
В результате статистической оценки полученных экспериментальных данных определено, что численные значения коэффициентов детерминации составили 0,93…0,97, коэффициентов корреляции – 0,97…0,99, что говорит о существенном влиянии и тесной связи факторов вязкость и щелочное число с наработкой. Значения критерия Фишера, полученные на основе экспериментальных данных, больше табличных значений F-критерия для доверительной вероятности =0,95, что свидетельствует об адекватности результатов эксперимента.
В результате оценки полученных плотностей распределения разработанной методикой получены значения разработанных комплексных критериев Uh, Uя, Uo, а также с использованием анализа известным методом капельной пробы получены значения параметра ДС (таблица 4.13).
Для назначения срока замены моторного масла по его фактическому состоянию усовершенствованным методом необходимо определить соответствующие показатели технического состояния моторного масла. Одним из таких показателей может служить параметр ДС, предельное значение которого составляет 0,3 [44, 123, 127].
Предельное значение комплексного критерия Uh определяется при наработке, соответствующей предельному состоянию моторного масла по контрольному параметру ДС (рисунок 4.7). Сопоставляя результаты ДС по назначению предельной наработки моторного масла по его фактическому состоянию с критерием Uh (см. рисунок 4.7) могут быть назначены его предельно допустимые значения. Например, среднее предельное значение Uh для моторного масла G-profi MSI Plus SAE 15w40 API CI-4/SL из картера дизельного двигателя Сummins QSK-60c самосвалов БелАЗ-75306, выполняющих технологические работы в Кемеровской области, принимается 1,135.
Расчет текущих затрат на содержание и эксплуатацию разработанной методики
Затраты на научно-исследовательские работы [76]
Заработная плата научного сотрудника складывается: из основной Зосн = 420000 руб/год, дополнительной Здоп = 63000 (15 % от основной), отчисления на социальное страхование Зсоц = 48300 (10 % от основной и дополнительной). Итого составляет [76]
Зп = Зосн + Здоп + Зсоц = 420000+63000+48300 = 531300 руб. (5.8)
Накладные расходы (60 % от фонда заработной платы): Зн = 0,6 531300 = = 318780 руб.
Командировочные и прочие расходы (принимаем 10 % от Зп): Зком = 53130 руб.
Амортизационные отчисления на сканирующее устройство и ноутбук [76] a = fil, (5.9) где Co - стоимость сканирующего устройства, ноутбука и программного обеспечения, Со = 100000 руб.
Н0 - норма амортизационных отчислений (принимается 10 %) юоооо .ю =10000
Затраты на текущий ремонт сканирующего устройства и ноутбука Срем = 5000 руб (принимается 5 % от стоимости оборудования). Прочие затраты [76]
Спроч = 0,1Зп+Апроб Срасх, (5.10) где Срасх - затраты на расходные материалы при проведении забора проб (одноразовую гибкую трубку стоимостью 65 руб/м [4], емкость для отобранного масла стоимостью 120 руб за шт [4] и фильтровальную бумагу обеззольный фильтр «синяя лента» стоимостью 0,21 руб [161]), Срасх = 185,21 руб. на забор одной пробы; Апроб - количество взятия проб в год (примем, что забор проб производится 4 раза при эксплуатации до замены на 1 самосвале), Апроб = 316. Спроч = 0,1531300+316185,21 = 111656,4 руб. Итоговая сумма текущих годовых затрат [76] УС =З +З +З +а + С +С =1029866,4 руб. (5.11)
Удельные затраты на 1 самосвал [76] С = Сэ = 1029866 4 = 102986,64 руб. (5.12) А 10
Приведенные затраты по формуле (5.2) ЭПР =102986,64 + 0,15-15550 = 105319,14 руб.
Таким образом, после подстановки в формулу (5.1) Эг = [204325- (102986,64 + 0,15-15550)]-10 = 990059 руб. Срок окупаемости капитальных вложений определяется по формуле [76]
ЕЭ_ЕЭпр 204325-105319,14 Таким образом, срок окупаемости капитальных вложений составляет 0,16 года.