Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 9
1.1. Структура машинно-тракторного парка. Особенности и проблемы его эксплуатации 9
1.2. Классификация и эксплуатационные качества энергетических средств в сельском хозяйстве 13
1.2.1. Классификация тракторов 14
1.2.2. Классификация автомобилей 15
1.2.3. Эксплуатационные качества тракторов и автомобилей 15
1.3. Силовые установки автомобилей и тракторов. Основные направления улучшения характеристик двигателей 16
1.4. Эксплуатационные показатели автотракторных ДВС 17
1.4.1. Общетехнические показатели 18
1.4.2. Мощностные показатели 23
1.4.3. Экономические показатели 23
1.4.4. Экологические показатели
1.5. Характеристики двигателей внутреннего сгорания 30
1.6. Возможность безразборного улучшения эксплуатационных характеристик автотракторных двигателей применением ремонтно-восстановительных препаратов 32
1.7. Химические ремонтно-восстановительные препараты, их классификация, группы, обзор ассортимента и свойств
1.7.1. Реметаллизанты (металлоплакирующие препараты) 39
1.7.2. Полимерсодержащие и полимеризующиеся препараты 42
1.7.3. Геомодификаторы 44
1.7.4. Кондиционеры поверхностей металлов 46
1.7.5. Слоистые добавки 47
1.7.6. Нанопрепараты 49
1.8. Выводы по главе
Глава 2. Теоретические предпосылки улучшения эксплуатационных характеристик двигателей путём применения ремонтно-восстановительньгх препаратов 53
2.1. Сочетаемость ремонтно-восстановительных препаратов и базовых функциональных присадок, входящих в состав моторного масла 53
2.2. Явления самоорганизации при трении, эффект безызносности и их использование для улучшения эксплуатационных характеристик ДВС 55
2.3. Теория разработки металлоплакирующего препарата-восстановителя 57
2.4. Сырьё для приготовления металлоплакирующего РВП 60
2.5. Выводы по главе 62
Глава 3. Методика экспериментальных исследований 63
3.1. Планирование и порядок проведения исследовательских работ 63
3.2. Методы проведения экспериментальных исследований 64
3.2.1. Приготовление РВП, установление его физико-химических свойств 64
3.2.2. Физико-химический анализ проб смазочных материалов 72
3.2.3. Лабораторные триботехнические испытания, проведённые в РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева 73
3.2.4. Лабораторные триботехнические испытания, проведённые в ГНУ ГОСНИТИ 83
3.2.5. Стендовые испытания 84
3.2.6. Эксплуатационные испытания
3.3. Статистическая обработка результатов испытаний 90
3.4. Выводы по главе 95
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований 96
4.1. Результаты разработки методики лабораторного физико-химического анализа смазочных материалов на содержание ионов металлов 96
4.2. Результаты оптимизации состава металлоплакирующей ремонтно-восстановительной присадки по содержанию активных компонентов 99
4.3. Результаты разработки ремонтно-восстановительного состава для улучшения эксплуатационных характеристик ДВС 100
4.4. Результаты сравнительных триботехнических испытаний 102
4.4.1. Результаты триботехнических испытаний с использованием машины трения «Timken» 102
4.4.2. Результаты триботехнических испытаний с использованием трибометра «TRB-S-DE» 105
4.5. Результаты стендовых испытаний 106
4.6. Результаты эксплуатационных испытаний
4.7. Выводы по главе 112
Глава 5. Внедрение и экономическая оценка результатов исследований 113
5.1. Апробация результатов исследований пз
5.2. Внедрение результатов работы ш
5.3. Экономическая оценка эффективности результатов работы 114
5.4. Выводы по главе 118
Общие выводы 119
Список использованных источников 121
- Силовые установки автомобилей и тракторов. Основные направления улучшения характеристик двигателей
- Явления самоорганизации при трении, эффект безызносности и их использование для улучшения эксплуатационных характеристик ДВС
- Лабораторные триботехнические испытания, проведённые в РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева
- Результаты оптимизации состава металлоплакирующей ремонтно-восстановительной присадки по содержанию активных компонентов
Введение к работе
Актуальность работы. Сельскохозяйственное производство в России в настоящее время можно охарактеризовать как недостаточно эффективное. Одной из причин этого является неудовлетворительное техническое состояние эксплуатируемых машин и механизмов. В структуре машинно-тракторного парка РФ преобладает отечественная и импортная автотракторная техника с большим пробегом и сроком службы, не отвечающая современным мировым требованиям по эксплуатационным характеристикам. Особенно это актуально в отношении отечественных автотракторных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с большой наработкой.
Поэтому исследования, направленные на изучение, разработку и совершенствование способов безразборного повышения эксплуатационных характеристик автотракторных ДВС путём применения химических ремонтно-восстановительных препаратов (РВП), являются актуальной задачей, имеющей значение, как для агропромышленного комплекса, так и в целом для экономики России.
Внедрение РВП способно сократить прямые материальные затраты на восстановление ДВС; повысить их эксплуатационные характеристики, снизить расход топлива и смазочных материалов, уменьшить содержание вредных выбросов, а также оказывать косвенные положительные экономические эффекты, связанные со снижением времени простоя машин и механизмов.
Потребность в проведении диссертационного исследования определялась необходимостью дальнейших изысканий в целях совершенствования теоретических и методических основ разработки и применения РВП, а также практических рекомендаций по их использованию.
Работа выполнена в рамках Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы; программ «Стратегия машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 года», «Концепция развития аграрной науки и научного обеспечения агропромышленного комплекса Российской Федерации на период до 2025 года», а также планами научно-исследовательской работы ФГБОУ ВПО РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева на период 2010-2012 годов.
Цель исследования. Улучшение эксплуатационных характеристик автотракторных двигателей применением ремонтно-восстановительных препаратов в процессе эксплуатации.
Объект исследований. Эксплуатационные характеристики автотракторных двигатели сельскохозяйственной техники; их изменения при применении присадок и РВП, обусловленные составом, свойствами и особенностями механизмов действия данных химических средств.
Предмет исследований. Изменение количественных и качественных показателей, характеризующих работу автотракторных ДВС при применении присадок и РВП. Совокупность трибохимических процессов, происходящих в ДВС, приводящих к изменению их эксплуатационных характеристик.
Методология исследований. В работе применен комплексный метод исследований, включающий в себя лабораторные триботехнические испытания, специальные химические и физико-химические исследования, стендовые и эксплуатационные испытания техники при применении РВП.
Для экспериментальных исследований использовались современные доступные средства измерений с наилучшими техническими и метрологическими характеристиками. Все использованные приборы внесены в Государственный реестр средств измерений РФ и имели действующие свидетельства о поверке.
Обработка экспериментальных данных осуществлялась с использованием компьютерных программ Microsoft Office 2007 и MathCAD 13.
Научная новизна работы: 1. Сформулированы и экспериментально проверены теоретические принципы разработки новых РВП, реализующих металлоплакирующий эффект и предназначенных для безразборного улучшения эксплуатационных характеристик автотракторных двигателей; предложен метод приготовления новых РВП; предложен технологически целесообразный химический метод приготовления таких РВП.
-
Предложена новая методика лабораторного физико-химического анализа моторных масел, модифицированных металлоплакирующими РВП, на содержание ионов металлов, основанная на атомно-адсорбционной спектрометрии.
-
Разработан и запатентован новый состав - ремонтно-восстановительная металло-плакирующая присадка к смазочным материалам и композициям (положительное решение о выдаче патента на изобретение от 13.07.2011 по заявке №2010129498), предназначенный для улучшения эксплуатационных характеристик автотракторных двигателей.
-
Получены новые результаты сравнительных испытаний присадок и препаратов - восстановителей, позволяющие сделать выводы об их эффективности в различных условиях и сформулировать рекомендации по применению таких средств для безразборного улучшения эксплуатационных характеристик ДВС.
Практическая значимость работы заключается в разработке технической документации, изготовлении и внедрении ремонтно-восстановительного препарата «MedAl» (ТУ 38.01.00492931-2011), позволяющего эффективно влиять на трибологи-ческие характеристики трущихся деталей ДВС и, посредством этого, улучшать эксплуатационные характеристики автотракторных двигателей.
Получены новые результаты трибологических, стендовых и эксплуатационных испытаний РВП, принадлежащих к разным химическим группам.
Достоверность результатов работы обеспечена использованием теоретических законов и положений трибологии и надежности машин, применением современных методик и измерительных приборов, допустимыми величинами ошибок вычислительных операций и подтверждена экспериментальными проверками в производственных условиях.
Реализация результатов работы. Результаты исследований могут быть использованы при эксплуатации автотракторных двигателей на автотранспортных и сельскохозяйственных предприятиях, в фермерских и личных подсобных хозяйствах.
Внедрение. Результаты исследований использованы ООО «Автохимия-Инвест» при подготовке технологической документации на присадку «MedAl» (ТУ 38.01.00492931-2011), внедрены на машинно-тракторной станции (МТС) РГАУ-МСХА, а также используются в учебном процессе РГАУ-МСХА.
Апробация работы. Результаты работы доложены, обсуждены и одобрены на ежегодных международных научно-практических конференциях РГАУ-МСХА (2009 - 2012); международных конференциях: «Образование в сфере нанотехнологий: современные подходы и перспективы» (РНЦ «Курчатовский институт», М., 2010); «Трибология и экология» (МГАУ им. В.П. Горячкина, М., 2010); ((Интеграция науки, образования и производства в области аг-роинженерии» (МГАУ им. В.П. Горячкина, М, 2010); ((Научные проблемы развития ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей» (ГНУ ГОСНИ-ТИ Россельхозакадемии, М., 2010); ((Научные проблемы эффективного использования тяго-во-транспортных средств в сельском хозяйстве» (МГАУ им. В Л. Горячкина, М, 2011 и 2012), ((Нанотехнологий и наноматериалы в лесном комплексе» (МГУЛ, М., 2011), «Трибс-технические основы повышения ресурса машин» (МГАУ им. В Л. Горячкина, М., 2012); 24-м Межгосударственном научно-техническом семинаре ((Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники в АПК» (СГАУ им. НЛ. Вавилова, Саратов, 2011).
Основные положения и результаты исследований были предметом обсуждения и получили одобрение на заседаниях кафедры ((Механизации растениеводства» РГАУ-МСХА в период 2009-2012 гг.
Публикации. Результаты исследований отражены в семи печатных работах, в том числе четырёх статьях в печатных изданиях, рекомендованных перечнем ВАК, а также в описании к патенту на изобретение (положительное решение о выдаче патента от 13.07.2011 по заявке №2010129498).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Изложена на 130 страницах машинописного текста, включая 40 рисунков, 15 таблиц. Библиографический список насчитывает 150 наименований. Приложения содержат 20 страниц.
Силовые установки автомобилей и тракторов. Основные направления улучшения характеристик двигателей
По назначению трактора подразделяют на промышленные и сельскохозяйственные. Модели промышленных тракторов характеризуются большими, чем у сельскохозяйственных тракторов, тяговыми усилиями. Они выполняют землеройные, до-рожно-строительные, мелиоративные и другие работы в агрегате с навесными (бульдозерная лопата, снегоочиститель, экскаваторный ковш и т.п.) и прицепными (скрепер, грейдер и т.п.) машинами (орудиями).
Сельскохозяйственные трактора в агрегате с соответствующими машинами (орудиями) осуществляют пахоту, культивацию, посев, уборку и другие работы. Наиболее мощные трактора используются при освоении целинных и залежных земель, для корчевания пней, удаления и запащки кустарников и прочих тяжёлых работ.
Сельскохозяйственные тракторы классифицируют по номинальному тяговому усилию, назначению, типу ходовой части.
Номинальное тяговое усилие — это усилие, развиваемое трактором в пределах максимального тягового КПД. По номинальному тяговому усилию тракторы и самоходные шасси сельскохозяйственного назначения подразделяют на восемь тяговых классов: 0,6; 0,9; 1,4; 2; 3; 4; 5; 6.
По назначению еельскохозяйственные тракторы подразделяют на: тракторы общего назначения, универсально-пропашные, садово-огородные, епециальные.
Тракторы общего назначения (тяговые клаесы 3 - 6) выполняют основные сель-скохозработы, кроме уборки некоторых пропащных культур и междурядной обработки.
Универсально-пропащные тракторы (тяговые классы 0,6; 0,9; 1,4 и 2) предназначены для возделывания пропащных культур (посев и обработка междурядий); могут использоваться на небольших полях и на транспортных работах.
Садово-огородные тракторы и еамоходные шаеси работают в садах, на ягодниках, огородных плантациях и выполняют транспортные работы.
Специальные тракторы (бульдозеры, грейдеры, экекаваторы, трубоукладчики), оборудованные специальными устройствами и механизмами, выполняют работы в строительстве, мелиорации, прокладке трубопроводов [27].
По типу ходовой чаети тракторы подразделяют на колёсные и гусеничные. 1.2.2. Классификация автомобилей
В большинстве случаев иепользовать тракторы для транспортировки грузов нецелесообразно [28]. Для этого используют автомобили. Грузовые автомобили подразделяются по грузоподъёмности, типу кузова и ходовому аппарату [26].
Номинальная грузоподъёмность определяется наибольшим полезным грузом, на перемещение которого расечитан автомобиль при его экеплуатации на дорогах с твёрдым покрытием хорошего качеетва. В плохих дорожных условиях грузоподъёмность может снижаться на 20 - 30% [28]. По номинальной грузоподъёмности грузовые автомобили подразделяются на группы: до 0,75 т - для мелких сборных грузов; от 0,75 до 2,5 т - для внутрихозяйственных перевозок; от 2,5 до 10,0 т - для перевозок маесовых грузов. Автомобили большей грузоподъёмности используются для постоянных крупных перевозок груза по дорогам выеокого класса и в сельском хозяйстве применяютея мало [26].
По типу кузова автомобили выбирают сообразно плотности и другим свойствам грузов. Учитываются возможности уменьшения затрат времени на погрузочно-разгрузочные операции, еохранноети грузов в пути и более полного использования грузоподъемности [26]. По типу кузова грузовые автомобили подразделяются на следующие типы: общего назначения е деревянными или металлическими кузовами (платформами) и с универсальными или сменными выеокими бортами; автосамосвалы для перевозки еыпучих и полужидких грузов; автофургоны с закрытым кузовом (торговые фургоны, передвижные мастерские); тягачи еедельные для работы с полуприцепами; автоцистерны для жидких грузов (топлива, воды, удобрений); автопогрузчики с механическим или гидравлическим приводом [26].
По типу ходового аппарата автомобили подразделяются на машины нормальной и повышенной проходимоети.
В трудах Б.С. Свирщевского, Б.А. Линтварева [16 - 20] и других специалистов по ЭМТП, традиционно эксплуатационные качества сельскохозяйственных тракторов и автомобилей, подразделялиеь на следующие основные группы: технико-экономические - качества, характеризующие способность выполнять необходимые технологические операции с наименьшими затратами энергии и ередств (производительность, тяговые свойства, топливная экономичность, эксплуатационная надёжность, возможность рационального агрегатирования и т. п.); агротехнические - приспособленность к условиям возделывания сельскохозяйственных культур (проходимость общая и в междурядьях, манёвренность); общетехнические - качества, характеризующие удобство работы и обслуживания (устойчивость продольная и поперечная, лёгкость запуска, устройство кабины, обеспечивающей защиту от шума, пыли, газов и другие).
В последствии, была показана необходимость сочетания улучшения эксплуатационных качеств автомобилей и тракторов с потребностями охраны окружающей среды и обеспечением безопасности сельскохозяйственной продукции. Эта тенденция особенно усилилась в последние десятилетия [24]. К важнейщим эксплуатационным качествам добавились экологические характеристики, такие как снижение токсичности выхлопов автотракторных двигателей, недопущение утечек топлива, моторных и трансмиссионных масел, других смазочных материалов [25].
Явления самоорганизации при трении, эффект безызносности и их использование для улучшения эксплуатационных характеристик ДВС
К данной группе РВП относя препараты, включающие в свой состав полимеры или органические соединения, полимеризующиеся в зоне трения.
Применяются РВП, содержащие полимеры: политетрафторэтилен (тефлон), фторопласт-4, перфторполиэфир карбоновой кислоты (энилам), силикон или содер-жащие мономеры, способные к полимеризации (перфторпропиленоксид) [10, 28, 55].
Наиболее распространены препараты на основе ПТФЭ - политетрафторэтилена (тефлона). Разработчиком и обладателем торговой марки «Teflon», а также производителем препаратов автохимии на его основе «DLX-600» и других, является американская фирма «DuPont de Neumours & Company» («Дюпон»),
Другими препаратами на основе ПТФЭ являются «Slik 50» и «Slider 2000 РTFЕ» производства фирм Shell Car Сare International Ltd и Slider Ltd (Великобритания). Отечественные средства - «Форум» и «МикроХ-3».
После применения ПТФЭ покрывает трущиеся поверхности деталей, что заменяет трение металла о металл трением полимера по полимеру. Имеющиеся данные указывают на возможность увеличения сроков службы обработанной полимерами техники, снижение расхода топлива, смазочных материалов, и другие положительные эффекты.
Механизм сцепления тефлонового антифрикционного слоя с поверхностью детали носит механический характер. Это определяет нестойкость тефлоновых покрытий. Тефлон с поверхности трения удаляется путем механического соскабливания, в частности, поршневыми кольцами на пусковых режимах. Кроме того, тефлон в камере сгорания активно разлагается под воздействием высоких температур. Для эффективной работы присадки также необходимо ее постоянное присутствие в масле.
Действие тефлона наиболее эффективно в узлах трения со сравнительно низкими температурами - в подшипниках коленчатого и распределительного валов, в нижней части поршней. В зоне высоких температур - на поверхности цилиндро-поршневой группы эффективность резко снижается. Кроме того, тефлон - хороший теплоизолятор, поэтому наличие тефлонового слоя на стенках камеры сгорания ведет к существенному росту температур газа в цилиндре. С одной стороны, это хорошо, поскольку растет эффективность двигателя и снижается выброс СО и СН, с другой стороны - наблюдается практически двукратный рост содержания NOx в отработавших газах [27]. Отмечены случаи, когда длительное постоянное использование тефлоновых препаратов приводило к закоксовыванию поршневых колец, и, как следствие, перегреву поршней и выходу двигателей из строя [25]. w
Принципиальным недостатком тефлона является образование при его сгорании термическом разложении высокотоксичного фосгена. По этой причине применение тефлона в качестве РВП строго ограничено в США и странах Западной Европы [31].
Другой широко известной группой полимерных препаратов являются средства ведущие своё начало от «Аспект-Модификатора». Эти препараты, разработанные оборонной промышленностью СССР, изначально имели узкое назначение - обеспечить кратковременное сохранение подвижности боевой техники в случае повреждения масляной системы. Поэтому длительная работа препарата в масляной системе автотракторных две была исследована слабо [27].
Эффект применения таких препаратов выражался в увеличении эффективной мощности и снижении удельного расхода топлива. У изношенного двигателя на малых оборотах гасла контрольная лампа давления масла, из чего делался вывод о восстанавливающем действии препарата. Однако эффект снижения расхода топлива быстро пропадал, а причина увеличения давления масла вскрывалась при разборке двигателя - приемный грибок масляного насоса и масляные каналы «зарастали» полимером. Сечения каналов уменьшались, что и приводило к росту давления в масляной системе. Уменьшение расхода масла, естественно, отрицательно сказывалось на работе подшипников двигателя. Пока действовал эффект полимерной защиты поверхностей трения - это было не очень заметно, но как только он пропадал - скорость износа двигателя, расход топлива резко возрастали, мощность падала [27].
В настоящее время всё большее распространение получают препараты на основе эпиламных полимерных соединений. Наиболее известные - «Универсальный модификаторе» («Автокон», Россия) и серия препаратов «Energie 3000» («Е 3000», Франция). Особенностью применения препаратов этой марки является рекомендация что они должны вводиться примерно за 1000 км до смены моторного масла. Затем масло с пре паратом сливается, двигатель промывается и зз.прз.вляется но вым маслом. Разработчики утверждают, что обработка трущихся соединений происходит до смены масла и дополнительное введение препарата больше не требуется [25].
Действие эпиламных антифрикционных препаратов основано на формировании защитного слоя на поверхностях трения двигателя по механизму хемосорбции [27]. По механизму действия и свойствам защитной поверхности, образующейся в зоне трения они сходны с металлоплакирующими ионными РВП. Эпиламные препараты не содержат пластичных металлов, однако другие их компоненты (ПАВ), аналогичны соединениям, применяемым при производстве реметализантов. Эпиламообразующие вещества - это поверхностно-активные соединения с содержанием фтора. Поверхностные слои узлов трения насыщаются длинными фторсодержащими молекулами, выполняющими роль армирующего материала, повыщающего поверхностную прочность деталей. Аналогичный эффект может быть достигнут в случае обработки поверхности ПАВ, содержащими другие галогены - бром и йод. Подобные слои называют квазиэпиламными [27].
Эпиламные препараты отличаются большей ценой, чем средства из других групп. Однако возможность однократной обработки ДВС с длительным сохранением эффекта на протяжении 20-40 тыс. км пробега делает их использование экономически оправданным [25].
Недостатки эпиламных препаратов предопределены их химическим строением. Также как и ПТФЭ, эпиламные соединения - это фтор органические вещества, обладающие плохой теплопроводностью и образующие при сгорании и токсичные компоненты (фосген). Эти недостатки сдерживают применение эпиламных РВП.
К «геомодификаторам» относят препараты, приготовленные на основе природных минералов и других соединений геологического происхождения. Эти добавки к то-пливно-смазочным материалам, по сути, представляю собой природную керамику [33].
Они вступают в сложное физико-химическое взаимодействие с трущимися металлическими поверхностями, формируя на них металлокерамический слой, частично восстанавливающий дефекты поверхностей трения и обладающий высокими антифрикционными и противоизносными свойствами.
Началом исследований в данном направлении стало явление, обнаруженное в СССР при бурении сверхглубокой скважины на Кольском полуострове. Было выявлено, что при прохождении буровым инструментом (долотом) горных пород, богатых минералом серпентинитом, ресурс режущих кромок инструмента резко увеличивался. Изучение этого явления проведено в 1980-х годах в институте «МеханОбр» (г. Ленинград) под руководством академика В. И. Ревнивцева. Было установлено, что эффект является следствием разложения серпентина в зоне бурения с дополнительным выделением большого количества тепловой энергии. Вследствие этого наблюдается разогрев материала бурового долота, диффузия в него элементов минерала и образование композиционной металлокерами-ческой структуры, обладающей высокой твердостью и износостойкостью [34].
Лабораторные триботехнические испытания, проведённые в РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева
Для оценки результатов испытаний и эффектов действия препаратов использовался комплекс основных показателей: физических (геометрических, механических) и физико-химических. В частности оценивались:
Шероховатость поверхностей трения (Ra). Является одним из важных харакгеристик, определяющих стояние приработанной поверхностей образцов. Критерием здесь является эксплуатационная шероховатость поверхности.
Шероховатость поверхностей определялась стандартными методами в соответствие с ГОСТ 2789-73 «Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики» с использованием профилометра «SUR1RONIC DUO» (пр-ва «Taylor Hobson Ltd», Великобритания), зарегистрированного в государственном реестре средств из мерений РФ под № 20669-00. Измерения проводились в соответствии с инструкцией по эксплуатации профилометра.
Износ детали (/). В период испытаний происходят относительные потери массы детали, изменение зазоров в соединениях. Интенсивность износа по мере проведения испытаний уменьшается и стабилизируется на некотором уровне для конкретных скоростных и наїрузочньїх параметров. Приработочный износ достаточно велик, поэтому его можно определить по потере массы деталей путем взвешивания.
Для этого использовались весы аналитические «СЕ 224-С» (пр-ва ЗАО «САРТО-ГОСМ», Россия), зарсгистрированных в государственном реестре средств измерений РФ под № 33939-07. Работа с весами осуществлялась в соответствии с инструкцией по их эксплуатации.
Помимо этого, вид зон трения оценивался визуально и фотографировался с помощью оптического цифрового микроскопа «Prima Expert», производства ОАО «ЛОМО», Россия, соединённого с персональным компьютером. Общий вид данного оборудования приведён на рисунке 3.10.
Оптический цифровой микроскоп (пр-во ОАО «ЛОМО, Россия), снабжённый программой фиксации изображений, анализа и измерения размеров объектов «Prima Expert» с помощью специальной калибровочной пластины и программного обеспечения, поставляемых вместе с микроскопом, осуществлялись измерение геометрических размеров зон трения и последующий вывод на компьютер и принтер фотографий с автоматически добавленными линейками, указывающими геометрические размеры. Фотографии зон трения приведены в главе 4.
В ряде случаев измерения размеров, сделанные автоматически, проверялись щтангенциркулем производства ГУП «МВСЗ», Россия, зарегистрированным государственном реестре средств измерений РФ под № 24653-03. Проверки показали, что во всех случаях погрещность автоматических измерений не превышала допускаемой погрешности замеров, выполненных штангенциркулем. По этой причине, автоматические измерения, выполненные с помощью ПО микроскопа, мы считаем достоверными.
Помимо геометрических величин измерялись следующие показатели. Температура поверхности трения (Тп). Температура трущихся поверхностей в процессе испытания повышается. По мере физико-механических и физико-химических изменений под влиянием смазочных сред температура стабилизируется, в том числе и за счет изменения микрогеометрии поверхности. Исходя из значений температуры поверхности трения, можно судить о скорости эффекта восстановления поверхности и свойства смазочной среды.
Для измерения температуры поверхностей трения использовались термометр электронный цифровой Testo 925 в комплекте с зондами-термопарами типа К (хромель-алюмелевыми), зарегистрированный в реестре средств измерений РФ под № 38574-08, а также регистратор данных температуры Testo 177 в комплекте с измерительными зондами и системой фиксации и обработки данных ComSoft 3 В, зарегистрированный в реестре средств измерений под № 32383-06. Оба термометра - производства Testo AG (Германия).
Расход мощности на трение. Уменьшение и последующая стабилизация расхода мощности на трение свидетельствует о начале процесса восстановления трущихся поверхностей.
В условиях триботехническпх испытаний, при применении машины трения Тимкена, снабжённой электродвигателем, имеющем при работе постоянную частоту вращения, и неизменности условий передачи крутящего момента от электродвигателя, расход мощности на трение компенсируется увеличением электрической мощности потребляемой электродвигателем. В работе расход мощности на трение определялся опосредованно, путём измерения электрической мощности, потребляемой машиной трения. Для этого использовался ваттметр «Ц301», пр-ва ОАО «Краснодарский ЗИП». Процедура проведения триботехнических испытаний
Сравнительные лабораторные триботехнические испытания смазочных материалов, модифицированных РВП, проводились в режиме приработки. Движение ролика машины трения, выполненного из высокопрочной легированной стали, по цилиндрическому образцу из стали 45 вызывало износ последнего. Степень износа зави-села от применяемого в данном цикле испытаний смазочного материала. В качестве базы сравнения использовались результаты испытаний с использованием чистого моторного масла М-10-Г2 (SAE 15W/30).
Перед началом работ уточнялись режимы испытаний на машине трения Тим-кена, а именно определялись давление нагружения в зоне трения и продолжительность испытаний. Подробно методика данных испытаний описана в работах [3, 4, 14].
Определение удельной нагрузки проводили по критерию отсутствия возникновения задира О -» оо) при относительной скорости скольжения v = 1,83 м/с, обусловленной конструкцией машины трения (типом электродвигателя и типом передачи крутящего мо-мента), и продолжительности испытаний на одном режиме не менее г = 3600 с. Варьировать давление возможно в широких пределах, изменяя количество грузов на подвесе машины трения. Было установлено, что нагрузка р=5 МПа обеспечивает стабильный режим трения без возникновения задира и получения регистрируемых выбранными при испыта-ниях методами износных характеристик образцов за выбранный период испытаний. Нагрузку р (МПа) рассчитывали по формуле: р = Аа. ра, где Аа - площадь номинальной поверхности трения неподвижного образца, м ; р — расчетное номинальное давление, применительно к которому оценивается необходимый параметр, МПа.
Временя испытаний г (с) определяли по стабилизации коэффициента трения [І, температуре в зоне трения Т (С) и интенсивности изнашивания пальчиковых образцов / (г) при трении в чистом моторном масле М-10-Гг. Испытания проводили при удельной нагрузке р = 5 МПа, относительной скорости скольжения v= 1,83 м/с.
Таким образом, на основании результатов предварительных опытов, задавались следующие режимы триботехнических испытаний: давление в зоне трения устанавливалось р — 5 МПа, скорость скольжения v = 1,83 м/с, время испытаний i = 60 мин. Путь трения в каждой повторности составлял 6597,3 м.
Результаты оптимизации состава металлоплакирующей ремонтно-восстановительной присадки по содержанию активных компонентов
Все зависимости, составляющие внешнюю скоростную характеристику, приведённые на рисунке 4.7, построены по экспериментальным данным, обработанным, согласно требованиям ГОСТ 8509-88. Испытания проводились в трехкратной повторное. При обработке учтены значения допускаемой погрешноети измерений. Из больших значений параметров, соответствующих тому или иному варианту, погрешность вычиталась. С меньшими - суммировалаеь. Затем эти частично обработанные данные усреднялись по каждому варианту. Данная процедура позволяет наносить на график обработанные данные, то есть визуализировать результаты в виде характеристик, и говорить о статистически достоверных разницах между вариантами.
Для большей визуальной наглядности показатели, составляющие скоростную характеристику, представлены на рисунках 4.8-4.12.
При анализе изменения крутящего момента, развиваемого двигателем, в варианте с «MedAl» отмечено статистически достоверное увеличение крутящего момента по сравнению с контролем. Увеличение наблюдалось во всём диапазоне частот вращения коленчатого вала. Среднее достоверное увеличение крутящего момента по всему диапазону оборотов составило 1,05%. Достоверный прирост крутящего момента, развиваемого ДВС, свидетельствует о снижении потерь на трение.
Полученные экспериментальные значения в обоих вариантах при значениях до Пном удовлетворительно (с достоверностью аппроксимации более 95%) описываются полиномиальными уравнениями третьего порядка. Для варианта с базовым моторным маслом: Мк(1) = (1,68Е-07)n3-(9,75Е-04)n2+(1,79Е+00)п-(8,01Е+02), для варианта с маслом, модифицированным 0,5% РВП «MedAl»: Мк(2) = (1,95Е-07)n3-(l,10E-03)n2+(l,99E+00)n-(8,92E+02). Аппроксимационные уравнения использовались для дальнейшей обработки данных.
Зависимость эффективной мощности от оборотов двигателя представлена на графике 4.9. Так как крутящий момент в варианте с РВП «MedAl» оказался выше, чем в контроле, то закономерно отмечено и повышение мощности, развиваемой двигателем. Среднее повышение мощности во всём диапазоне оборотов составило 1,0%. Учитывая, что достоверное различие в крутящих моментах с ростом числа оборотов увеличивалось, то при повышении оборотов увеличивался и прирост эффективной мощности в варианте с РВП «MedAl». При номинальной частоте вращения вала двигателя (оборотах максимальной мощности) достоверное увеличение эффективной мощности составило 1,9%.
Полученные данные с доверительной вероятностью 95% аппроксимируются следующими уравнениями: Ке(1Н-ЗД6Е-05)п +(1,21Е-01)п-(7,04Е+01) для базового масла и Ne(2)=(-3,12Е-05)п2+(1,19Е-01)п-(6,86Е+01) для масла, модифицированного «MedAl».
В ходе испытаний выяснено, что кривые, соответетвующие часовому расходу топлива для двух условий испытаний находятся в области допустимой по 108 грешности измерений, то есть, не выявлено достоверного снижения часового расхода топлива. Поэтому при обработке результатов для получения уравнения регрессии объединяли оба массива данных. График зависимости приведён на рисунке 4.10.
Данные по часовому расходу топлива использованы для расчёта удельного расхода топлива (отнесённого к единице эффективной мощности). Рисунок 4.11.
В варианте с РВП, при равном с контролем часовом расходе топлива, двигатель развивал большие крутящий момент и эффективную мощность. Таким образом, удельный расход топлива варианте с РВП снижался по сравнению с контрольным вариантом за счёт увеличения мощности. Статистически достоверное снижение среднего удельного расхода топлива (во всём диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя) составило 1,0%. При номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя в варианте с РВП «MedAl» снижение удельного расхода топлива составило 1,9%. Наибольшее снижение удельного расхода топлива отмечено на высоких оборотах двигателя (2240 мин" ) - 2,9%.
Результаты эксплуатационных испытаний автомобилей и тракторов показывают, что применение РВП «MedAl» обеспечивает; увеличение ходимости моторного масла, вследствие снижения нагрузочного и температурного режимов в парах трения; снижения концентрации продуктов износа в пробах масла из картера двигателя на 25...30%; сокращение расхода топлива, за счёт уменьшения потерь на трение; уменьшение интенсивности изнашивания деталей в 1,5... 1,7 раза.
