Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ факторов, влияющих на эксплуатационные свойства моторных масел 10
1.1 Классификация и общие требования к моторным маслам 10
1.2 Системы контроля качества нефтепродуктов в Российской Федерации 14
1.3 Факторы, влияющие на ресурс моторных масел 19
1.4 Процессы самоорганизации в трибосистемах 25
1.5 Современные методы исследования термоокислительной стабильности моторных масел 34
2 Методика исследования процессов самоорганизации моторных масел при циклическом термостатировании 44
2.1 Моторные масла — как объект исследования 44
2.2 Процессы самоорганизации при циклическом изменении температуры- как предмет исследования 45
2.3 Выбор моторных масел для исследования процессов самоорганизации 47
2.4 Конструктивные особенности прибора для определения термоокислительной стабильности 47
2.5 Характеристика измерительных средств 50
2.5.1 Фотометрическое устройство 51
2.5.2 Малообъемный вискозиметр 52
2.6 Методика испытания моторных масел на термоокислительную стабильность при циклическом изменении температуры 55
2.7 Методика обработки результатов исследования 56
Выводы по главе 62
3 Результаты испытания моторных масел 63
3.1 Результаты испытания минерального моторного масла М-10-Г2к 63
3.2 Результаты испытания частично синтетического моторного масла Visco3000 10W-40SL/CF 86
3.3 Результаты испытания частично синтетического моторного масла Zic 5000 5W-30 CL-4 97
3.4 Результаты испытания синтетического моторного масла Mannol Elite 5W-40 SL/CF Ill
3.5 Результаты испытания синтетического моторного масла Mobil Synts 5W-40 SL/CF 126
3.6 Результаты испытания синтетического моторного масла Spectrol Polarm OW-40 SJ/CF 135
3.7 Результаты испытания синтетического моторного масла CastrolSLXOW-30SL/CF 148
3.8 Анализ результатов исследования моторных масел различных базовых основ на термоокислительную стабильность 158
Выводы по главе 167
4 Разработка практических рекомендаций по определению термоокислительной стабильности моторных масел при циклическом изменении температуры испытания 170
4.1 Рекомендации по технологии определения термоокислительной стабильности моторных масел 170
4.2 Технология идентификации моторных масел 173
4.3 Технология определения ресурса моторных масел 174
4.4 Технология определения температурной области работоспособности моторных масел 177
Выводы по главе 179
- Современные методы исследования термоокислительной стабильности моторных масел
- Конструктивные особенности прибора для определения термоокислительной стабильности
- Результаты испытания частично синтетического моторного масла Visco3000 10W-40SL/CF
- Рекомендации по технологии определения термоокислительной стабильности моторных масел
Введение к работе
Смазочный материал, как элемент трибосистемы оказывает существенное влияние на надежность машин и агрегатов. Ему присущи такие свойства надежности как безотказность, долговечность, сохраняемость и восстанавливаемость, т.е. для смазочного материала существует предельное состояние по достижению, которого его необходимо сменять на новое.
Основной функцией смазочного материала является снижение коэффициента трения, поглощения теплоты, выделяемой при трении, и унос частиц износа, однако процессы самоорганизации трибосистем, определяющие совместимость ее элементов изучены недостаточно, но позволяют познать природу изменения его состояния.
При проектировании объектов машиностроения основное внимание уделяется выбору материалов пар трения, оптимизации шероховатостей поверхностей, закономерностям приработки, противозадирной стойкости и термоокислительной стабильности смазочных материалов, а также совместимости элементов трибосистемы. Вопросам совместимости элементов трибосистемы в настоящее время уделяется большое внимание, т.к. это свойство определяет процессы самоорганизации, протекающие при трении, и способность ее элементов к защите от внешних воздействий.
Процесс самоорганизации трибосистемы характеризуется сопротивлением ее элементов температурным, механическим и химическим воздействиям путем создания на поверхностях трения защитных слоев, причем влияния смазочного материала в этих процессах является основным. В виду того, что смазочный материал не может неограниченно поглощать тепловую энергию избыток ее поглощается продуктами окисления и испарения. В этой связи температура начала процесса превращения и параметры самого процесса могут служить показателями сопротивляемости температурным воздействиям, по которым различные смазочные материалы могут сравниваться. Полученная таким образом информация, позволяет идентифицировать и классифици-
ровать смазочные материалы по группам эксплуатационных свойств, а также осуществлять их выбор для соответствующих температурных условий работы трибосистем и обосновать предельное состояние.
Существующая система допуска к производству и применению смазочных масел в Российской Федерации основана на результатах квалификационных испытаний, при этом практически отсутствуют научно- обоснованные методы предварительного их выбора, что позволила бы снизить затраты на квалификационные испытания. Классификация смазочных масел по группам эксплуатационных свойств не всегда точно отвечает установленным требованиям и значительно различается при производстве нефтепродуктов. Кроме того, отсутствуют ускоренные стандартные методы и средства контроля, а также научно-обоснованные критерии определения качества производимых масел. Применение тех или иных масел определяется изготовителями техники и регламентируется инструкциями по эксплуатации, где указываются основные масла и его заменители. В этом случае теряет свое значение роль классификации, которая должна предусматривать применение любого масла соответствующего данному классу вязкости и группе эксплуатационных свойств.
Инструкции по эксплуатации техники устанавливают сроки замены масел в мото-часах или километрах пробега, однако при этом не учитывается изменение технического состояния механизма, широкий нагрузочно-скоростной и температурный режимы эксплуатации. Такая система не направлена на эффективное использование смазочных материалов.
Одной из актуальных задач в повышении ресурса смазочных материалов, является расширение температурного диапазона их работоспособности. С этой целью в базовые масла вводят поверхностно-активные или химически-активные соединения называемые модификаторами трения. Однако эти мероприятия способны расширить диапазон работоспособности современных смазочных материалов в относительно небольшом интервале температур. Все эти мероприятия, направлены на улучшения качества смазочных мате-
риалов, требуют создания методической и инструментальной баз для определения предельного их состояния и исследования кинетики изменения состояния при эксплуатации объектов машиностроения, поэтому выбор смазочных материалов на стадии проектирования машин и агрегатов является актуальной задачей, а разработка методов и средств контроля имеет научное и практическое значение, т.к. позволяет исследовать процессы самоорганизации, протекающие в смазочном материале и влияние, образующихся при этом продуктов на ресурс, изменение моющих, диспергирующих свойств и вязкости в процессе эксплуатации, обосновать критерии диагностирования и определить температурный диапазон работоспособности.
Цель работы. Исследовать влияние циклического изменения температуры на процессы самоорганизации, протекающие в смазочных маслах различных базовых основ, обосновать температурный критерий и на этой основе разработать практические рекомендации по их выбору для трибосистем различной степени нагруженности.
Задачи исследований. Разработать методику исследования процессов самоорганизации в смазочных материалах по параметрам термоокислительной стабильности при циклическом изменении температуры испытания.
Исследовать влияние циклического изменения температуры на процессы самоорганизации в смазочных материалах на примере моторных масел, установить количественные параметры процесса применительно к классификации по группам эксплуатационных свойств.
Разработать аналитическую модель процесса самоорганизации, протекающего в смазочных материалах при циклическом изменении температуры и обосновать критерий оценки.
Разработать практические рекомендации по выбору смазочных материалов для механизмов, работающих в различных температурных условиях.
Предмет исследования — процессы самоорганизации в моторных маслах различных базовых основ, классов вязкости и групп эксплуатационных свойств при циклическом изменении температуры.
Методы исследования; Решение поставленных задач осуществлялось после анализа литературных данных в области исследования процессов самоорганизации с применением теории экспериментов, оптических и термодинамических методов исследования, теории трения и трибодиагностики.
При выполнении работы применялись стандартные и специально разработанные приборы, а для обработки результатов экспериментальных исследований использовались методы математической статистики и регрессионного анализа.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных автором, обеспечивается необходимым объемом экспериментальных исследований, удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментально полученных зависимостей, непротиворечивостью исследованиям других авторов, использованием экспериментального оборудования, позволяющего с достаточной точностью осуществлять измерения требуемых параметров, а также использованием стандартных программ для обработки экспериментальных данных с применением современных средств вычислительной техники в соответствии с постановкой и планированием экспериментальных исследований.
Положения, выносимые на защиту:
методика исследования процессов самоорганизации по параметрам термоокислительной стабильности смазочных масел при циклическом изменении температуры испытания;
результаты исследований минеральных, частично синтетических и синтетических моторных масел и критерии оценки термоокислительной стабильности;
метод определения влияния продуктов тепловых преобразований на оптические свойства и вязкость испытуемого масла при циклическом изменении температуры испытания;
коэффициент термоокислительной стабильности, используемый в качестве критерия процессов самоорганизации; применяемого при идентификации и установлении группы эксплуатационных свойств;
аналитическая модель процесса самоорганизации моторных масел при циклическом изменении температуры испытания;
номограмма определения скорости изменения термоокислительной стабильности;
практические рекомендации выбора смазочных масел по параметрам процессов самоорганизации, ресурсу и температурной области работоспособности.
Научная новизна работы:
разработана методика исследования процессов самоорганизации по параметрам термоокислительной стабильности моторных масел при циклическом изменении температуры испытания с использованием средств измерения: фотометра, прибора для определения термоокислительной стабильности, вискозиметра, центрифуги и электронных весов, позволяющих установить основные параметры, обосновать критерий процесса и использовать его при выборе моторных масел для двигателей внутреннего сгорания;
получены функциональные зависимости и регрессионные уравнения изменения коэффициентов поглощения светового потока, относительной вязкости и летучести при циклическом изменении температуры испытания на примере моторных масел различных базовых основ, позволяющие определить сопротивляемость моторных масел температурным воздействиям, склонность к загрязнению масляных систем, пусковые свойства, температурную область работоспособности, ресурс, а также идентифицировать на соответствие группам эксплуатационных свойств;
предложен метод определения коэффициента влияния продуктов тепловых преобразований на оптические свойства и вязкость испытуемого масла при циклическом изменении температуры испытания, измеряемого отношением коэффициента поглощения светового потока к относительной вязкости, позволяющий оценить доминирующее влияние одного из них на этот показатель и подтвердить изменение состава продуктов окисления от жидкого состояния в полужидкое, а затем в твёрдое;
коэффициент термоокислительной стабильности предложен в качестве критерия процессов самоорганизации моторных масел, определяемый суммой коэффициентов поглощения светового потока и летучести, что позволяет сравнивать моторные масла по этому показателю, установить ресурс и использовать для идентификации или установления группы эксплуатационных свойств;
установлена линейная зависимость между коэффициентами термоокислительной стабильности Етос и поглощения светового потока Кп при циклическом изменении температуры испытания, которая учитывает время и температуру испытания, что позволяет определить скорость тепловых преобразований и совершенствовать процедуру идентификации или установления принадлежности масел группам эксплуатационных свойств;
- предложена номограмма определения скорости изменения тепловых преобразований в смазочном масле, что позволяет снизить трудоемкость исследований по выбору смазочных материалов с высокой термоокислительной стабильностью.
Практическая значимость работы. Разработанные методика исследования и измерительная база могут найти широкое применение на стадиях проектирования и эксплуатации техники, в учебном процессе, испытательных лабораториях и производственных предприятиях для контроля качества смазочных масел. Разработанные практические рекомендации составляют основу технологий по определению термоокислительной стабильности, идентификации моторных масел и установлению группы эксплуатационных свойств, определению их потенциального ресурса и температурной области работоспособности.
Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы в учебном процессе кафедры «Топливообеспечение и ГСМ» Института нефти и газа Сибирского федерального университета и на производстве: ОМТО УФСКН России по Красноярскому краю.
Автор выражает признательность за помощь и поддержку научному
руководителю, д.т.н., профессору Б.И. Ковальскому; к.т.н, доценту, зав. кафедрой «Топливообеспечение и ГСМ» Ю.Н. Безбородову, к.т.н, доценту, зав. кафедрой «Подъемно-транспортные машины и роботы» СИ. Васильеву, а также сотрудникам этих кафедр.
Современные методы исследования термоокислительной стабильности моторных масел
Термоокислительная стабильность является интегральным эксплуатационным показателем моторных масел, т.к образующиеся при окислении продукты влияют на коррозионные, противоизносные и вязкостные свойства. Этому показателю исследователи уделяют большое внимание. Основным фактором, оказывающим влияние на скорость окислительных процессов является температура, которая генерируется на поверхностях трения. Кроме того, металлические поверхности оказывают каталитические влияния на окислительные процессы при повышенных температурах. Однако роль продуктов окисления, как продуктов процесса самоорганизации коллоидной системы, и влияние их на фрикционные свойства масел изучены недостаточно т.к сам механизм их образования также недостаточно изучен.
Стойкость смазочных масел к окислению повышают путем их легирования антиокислительными присадками. Однако активность присадок при длительной работе двигателей внутреннего сгорания падает, поэтому важно иметь приборное обеспечение для оценки текущего значения термоокислительной стабильности масел за весь период применения. Состояние вопроса о разработке методов и средств контроля является основной целью данного подраздела работы.
Основные методы и средства контроля термоокислительной стабильности рассмотрены в монографии [2] и обзоре [44].
Метод [45] позволяет оценивать лакообразующие свойства масел и действие на них присадок. В этой связи предложен коэффициент лакообразо-вания, который можно использовать для определения степени окисления масла. Метод реализуется с помощью стандартного лакообразователя.
Способ определения стабильности растворов присадок в маслах [46] заключается в измерении их электропроводности, изменяющейся в зависимости от их состояния (высаживание присадок, превращение раствора в коллоидный, изменение химического состояния присадок). По характеру зависимости время испытания-сила тока, проходящего через образец судят о влиянии различных факторов на стабильность растворов присадок в маслах.
При определении термической стабильности масел графическую зависимость строят в координатах: температура-сила тока, а определение термических границ взаимодействия присадок с различными металлами электроды изготовляют из соответствующего металла. Способ определения свойств моторного масла [47] заключается в отборе проб масла, прошедшего испытания в двигателе, выдерживании его в присутствии 1-5 вес. % воды или водного раствора электролита при 70-150С. Количество выпавшего сухого осадка является показателем стойкости к шлакообразованию. Термоокислительную стабильность отобранной пробы масла определяют по приросту вязкости. Результаты исследования термоокислительной стабильности и шлакообразования согласуется с данными длительных стендовых и эксплуатационных испытаний.
Прибор для оценки термоокислительной стабильности масел [48] состоит из узлов предварительного окисления масла в объеме и окисления в тонком слое. Предварительное окисление проводится при температуре и подаче окислителя (воздух) в масло через перфорированное кольцо. Стабильность масла оценивается по изменению его физико-химических и эксплуатационных свойств, а также по количеству отложений и летучести.
Способ определения термоокислительной стабильности низкомолекулярных нефтепродуктов [49] заключается в определении разности удельной мощности диэлектрических потерь в присутствии катализатора и без него, который определяется по формуле где Б - диэлектрическая проницаемость нефтепродукта; е0 - диэлектрическая постоянная; со — угловая частота; tg 5 — тангенс угла диэлектрических потерь; Е — напряженность электрического поля, кВ/м.
В ходе определения tg S каждый исследуемый нефтепродукт нагревают от комнатной температуры, до появления максимума tgd, при этом скорость нагрева должна составлять 2,2-2,4 град/мин. По максимуму tg 5 определяют удельную мощность при наличии и отсутствии катализатора по формуле
Способ [50] определения термоокислительной стабильности предусматривает нагревание и перемешивание пробы смазочного материала при испытании, определение температуры начала окисления и скорости окисления, которая принята за критерий, характеризующий склонность смазочного материала к образованию растворимых и нерастворимых продуктов окисления, определяемая по зависимости оптической плотности от времени испытания.
Способ [51] позволяет определить степень загрязненности работавшего моторного масла путем измерения физических параметров исходного и работавшего масел, а затем вычислению степени загрязненности. В качестве физических параметров используют плотности исходного и работавшего масел и плотность нерастворимых в масле загрязнений.
Конструктивные особенности прибора для определения термоокислительной стабильности
Надежность механических систем во многом определяется правильным выбором моторного масла, как его элемента (детали). Основным функциональным назначением смазочного материала является уменьшение износа, снижение температуры поверхностей трения, унос частиц износа с поверхностей трения, формирование на поверхностях трения граничных защитных адсорбционных, хемосорбционных и модифицированных слоев, повышение нагрузки схватывания [26,66-70]. Поэтому изучение процессов самоорганизации, протекающих в самом смазочном материале позволяет оценить влияние их в целом на трибосистему. Основным параметром, влияющим на эти процессы принята температура, которая определяет количество сбрасываемой тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления и испарения.
В качестве объекта исследования выбраны моторные масла, как самые распространенные и от которых зависит надежность двигателей внутреннего сгорания, кроме того процессы самоорганизации и окислительные процессы протекают более интенсивно за счет изменения температурных условий на поверхностях трения нагретых до температур выше 180С.
Как элемент конструкции двигателя моторное масло может длительно и надежно выполнять свои функции, обеспечивая заданный ресурс двигателя, при точном соответствии его свойств термическим, механическим и химическим воздействиям, которым оно подвергается в смазочной системе двигателя на поверхностях трения [22,31,32,36,38,40]. В этой связи разработка методов и средств контроля изменения эксплуатационных свойств моторных масел при термическом воздействии является актуальной задачей. К основным эксплуатационным свойствам моторных масел относятся: моюще - диспергирующие, антиокислительные, противоизносные, антикоррозионные и вязкостно — температурные [67].
В рамках диссертационной работы рассмотрены вопросы влияния температурных условий работы на термоокислительную стабильность моторного масла, как параметра процессов самоорганизации. Это объясняется тем, что при окислении моторного масла образуются продукты, оказывающие влияние на: моюще- диспергирующие, коррозионные, вязкостные и противоизносные свойства. Исследование кинетики изменения термоокислительной стабильности при термическом воздействии на моторное масло позволит определить параметры сбрасываемой избыточной тепловой энергии и оценить интенсивность процессов самоорганизации .
Процессы самоорганизации характеризуют сопротивляемость смазочного материала температурным воздействиям, поэтому определение основных характеристик этого процесса может способствовать совершенствованию системы идентификации и классификации смазочных материалов, а исследования состава продуктов, образующихся при этом, направлены на улучшения качества легирующих присадок. За основу процесса самоорганизации принята термоокислительная стабильность смазочных материалов.
Анализ современных методов исследования термоокислительной стабильности приведен в подразделе 1.5. При квалификационных испытаниях (см.табл. 1.1) применяют четыре метода определения термоокислительной стабильности на приборе ДК -2 НАМИ, шестеренной установке, по индукционному периоду осадкообразования ГОСТ 11063 [56] и метод Папок ГОСТ 23175 [55]. Термоокислительную стабильность оценивают по изменению вязкости, содержанию осадка, отложениям на деталях испытательной установки. Однако все параметры окисления зависят от температуры испытания, поэтому ряд исследователей изучали зависимость окислительных процессов от температуры испытания [72-87].
Термоокислительная стабильность определяется по времени начала образования нерастворимых продуктов окисления их коагуляции, а по предельному значению коэффициента поглощения светового потока определяют ресурс испытываемого смазочного материала [73].
В работе [74] термоокислительную стабильность определяют коэффициентом термоокислительной стабильности Ктос:
Ктос , (2.1; где Ки - коэффициент поглощения светового потока окисленным маслом; //о и /л,сх — соответственно вязкости окисленного и товарного масел, сСт.
Скорость образования промежуточных и конечных продуктов окисления определяют по тангенсу углов наклона участков зависимости коэффициента термоокислительной стабильности от времени испытания смазочного материала. Этот метод позволяет учитывать влияние продуктов окисления на вязкостные и оптические свойства исследуемого смазочного материала.
Способ [75] предусматривает испытание смазочного материала как минимум при трех температурах в течение не более 12 ч, а термоокислительную стабильность определяют по критической температуре работоспособности и температурам начала окисления и испарения. Эти три параметра определяют температурную область работоспособности смазочных материалов, которые могут использоваться при классификации и назначении группы эксплуатационных свойств.
Анализ методов и средств контроля термоокислительной стабильности смазочных материалов показал, что для получения полной информации о механизме окисления необходимо применять комплексный подход, учитывающий изменения температуры и времени испытания, а также состав продуктов, образующихся при окислении, что позволит установить температурную область работоспособности и критерии оценки процесса окисления.
Результаты испытания частично синтетического моторного масла Visco3000 10W-40SL/CF
Очевидно несовершенство системы классификации моторных масел. Здесь нужен альтернативный критерий коэффициенту поглощения светового потока, который учитывал бы количество тепловой энергии, затраченный на образование единицы концентрации продуктов окисления, измеряемый количественной величиной. Таким альтернативным критерием может служить безразмерный коэффициент Етос, определяемый суммой коэффициентов поглощения светового потока К и и летучести Ка названый коэффициентом термоокислительной стабильности.
Физический смысл данного критерия определяется количеством поглощенной избыточной тепловой энергии продуктами окисления и испарения, причем чем больше продуктов образовавшихся за единицу времени тем ниже термоокислительная стабильность смазочного масла.
Зависимости коэффициента летучести KQ ОТ времени и температуры испытания представлены на рис. 3.105. Наиболее летучим является синтетическое масло Mobil Synts 5W-40 SL/CF (кривая 5), а наименее -синтетическое масло Castrol SLX OW-30 SL/CF (кривая 7) хотя последнее масло испытыва-лось при более высокой температуре (190-160 С). Масла 2,3,4 и 6 незначительно различаются по параметру летучести.
Зависимости коэффициента термоокислительной стабильности от времени испытания моторных масел различных базовый основ представлены на рис. 3.106. Термоокислительную стабильность моторных масел можно определить по времени поглощения одинакового количества тепловой энергии. Так, например, значение коэффициента термоокислительной стабильности тос=0,3 ед., достигается за время 9,6 ч для масла 2 (Visco 3000 10W-40 SL/CF); 31,2 ч - масло 1(М 10Г2к); 48 ч. - масло 5 (Mobil Synts 5W-40 SL/CF); 69,6 ч - масло 4 (Mannol Elite 5w-40SL/CF); 108 ч - масло 6(Spectrol Polarm OW-40 SJ/CF); 151,2 ч. - масло 3 (Zic 5000 5W-30 GL-4) и 216 ч.- масло 7 (Castrol GTX OW-30 SL/CF).
Для масел 2,4,5 и 7 предназначенных для бензиновых двигателей и относящихся к одной группе эксплуатационных свойств SL по классификации API время достижения значения коэффициента термоокислительной стабильности Eroc = 0,3 ед. колеблется от 9,6 до 216 часов, что указывает на несовершенство системы классификации и скрытые резервы повышения эффективности использования моторных масел за счет увеличения сроков их замены.
Зависимости коэффициента термоокислительной стабильности от времени испытания и циклическом изменении температуры подвержены колебаниям за счет повышения и понижения температуры испытания, однако они имеют общую тенденцию увеличения коэффициента Етос от времени испытания. Исключением является масло 6 (Spectrol Polarm OW-40 SJ/CF), в котором после 108 ч. испытания коэффициент Етос подвержен большим колебаниям, что может быть вызвано релаксацией продуктов окисления.
Практическое применение зависимостей коэффициента термоокислительной стабильности от времени испытания может найти при выборе масел с высоким ресурсом работоспособности и низкой склонностью к загрязнению масляной системы двигателя для заданного интервала температур.
Связь между коэффициентами термоокислительной стабильности и коэффициентом поглощения светового потока определяет количество тепловой энергии поглощенной продуктами окисления (рис. 3.106), поэтому, чем больше значение коэффициента термоокислительной стабильности, тем выше термоокислительная стабильность моторного масла при постоянном значении коэффициента поглощения светового потока. Зависимости ET0Q=J{Kn) для масел 1 и 2 имеют линейных характер, а синтетические моторные масла 4-7 и частично синтетическое масло 3 (Zic 5000 5W-30 GL-4) имеют два линейных участка. Кроме того, на втором линейном участке наблюдается большой разброс значение коэффициента Етос в связи с процессом релаксации состояния продуктов окисления и увеличением летучести масел. Начальный участок зависимости ET0C=J{Kп) описывается уравнением вида
где а — коэффициент, характеризующий скорость изменения коэффициента термоокислительной стабильности или скорости сбрасываемой тепловой энергии; с — значение коэффициента Етос при котором начитаются процессы преобразования.
Второй линейный участок зависимости Етос=/[Кп) указывает на образование продуктов окисления, требующих большего количества тепловой энергии, а ее недостаток вызван расходом ее на испарение, поэтому на данном участке наблюдается увеличение коэффициента Етос и замедление роста коэффициента поглощения светового потока.
Скорость изменения коэффициента термоокислительной стабильности на первом участке зависимости іітосгїДДп) предлагается в качестве критерия оценки термоокислительной стабильности исследуемого масла. Данный критерий рекомендуется для применения при установлении или идентификации масел по группам эксплуатационных свойств, причем чем больше значение скорости изменения коэффициента Етос, тем выше термоокислительная стабильность исследуемого масла и выше группа эксплуатационных свойств.
Для исследованных универсальных моторных масел (кривые 2,4,5,6,7) скорость изменения коэффициента термоокислительной стабильности находится в пределах от 1,1 до 1,5 ед, а масел, предназначенных для дизельных двигателей (кривые 1,3) от 1,02 до 1,8 ед. Масла для бензиновых двигателей относятся к группам SJ (кривая 6) и 8Ь(кривые 2,4,5,7), поэтому для группы SJ скорость изменения коэффициента Етос может находиться в пределах от 1,1 до 1,3, а для группы SL от 1,3 до 1,5.
Масла, предназначенные для дизельных двигателей относятся к группе СС (кривая 1) и CL (кривая 3), поэтому их можно распределить по группам со следующими скоростями изменения коэффициента Егос: СС от 1 до 1,1; CD - от 1,1 до 1,3; CF - от 1,3 до 1,5; CG от 1,5 до 1,7 и CL 1,7ед. Для универсальных масел группа эксплуатационных свойств устанавливается обычно для бензиновых двигателей, а группа для дизельных принимается на две группы ниже.
Для обоснованного выбора моторных масел и установления или идентификации принадлежности их к группе эксплуатационных свойств предлагается номограмма, связывающая время испытания температурный диапазон и значения коэффициентов термоокислительной стабильности и поглощение светового потока. Зависимости Ajf=/(?) и ErQC— f(i) применяют для определения скорости изменения коэффициента термоокислительной стабильности (рис.3.108). Циклическое изменение температуры испытания моторных масел в сторону увеличения, а затем уменьшения в диапазоне от 180 до 160 С вызывает колебания как коэффициента поглощения светового потока, так и коэффициента термоокислительной стабильности, однако независимо от температуры скорость изменения коэффициента термоокислительной стабильности характеризуется линейной зависимостью.
Рекомендации по технологии определения термоокислительной стабильности моторных масел
Разработанная методика испытания моторных масел на термоокислительную стабильность при циклическом изменении температуры испытания позволяет определить количественные показатели процессов самоорганизации, при которых избыточная тепловая энергия поглощается продуктами окисления и испарения, по которым устанавливается температурная область работоспособности масел и их ресурс, причем применение циклического изменения температуры снижает трудоемкость и продолжительность испытаний.
Полученные функциональные зависимости и регрессионные уравнения процесса окисления моторных масел, выраженные коэффициентом поглощения светового потока, относительной вязкостью и летучестью, позволяют количественно оценить процессы самоорганизации, сопротивляемость масел окислению, загрязнению масляных систем двигателя, пусковые свойства, температурную область работоспособности и ресурс, а также идентифицировать и устанавливать группы эксплуатационных свойств, что упрощает процедуру их выбора для машин и агрегатов различной степени нагру-женности.
Предложен метод определения влияния продуктов окисления на оптические свойства и вязкость испытуемого масла при циклическом изменении температуры, заключающийся в определении коэффициента, измеряемого отношением коэффициента поглощения светового потока к относительной вязкости, позволяющего оценить доминирующее влияние продуктов окисления на один из этих показателей и подтвердить наличие явления перераспределения избыточной энергии при окислении моторных масел.
Коэффициент термоокислительной стабильности предложен в качестве критерия процессов самоорганизации моторных масел, который определяется суммой значений коэффициентов поглощения светового потока и летучести, т.е. значением избыточной тепловой энергии поглощенной продуктами окисления и летучести, что позволяет сравнивать масла, по этому показателю и использовать его для идентификации или установления группы эксплуатационных свойств.
Установлена линейная зависимость между коэффициентами термоокислительной стабильности и поглощения светового потока при циклическом изменении температуры испытания, поэтому концентрация и состав продуктов окисления определят характер изменения зависимости Eroc =J{Kn) и учитывает время и температуру испытания, что позволяет по аналитическим зависимостям установить принадлежность масел группам эксплуатационных свойств.
Температура начала окисления синтетического масла Castrol SLX OW-30 SL/CF составила 160С, Spectrol Polarm OW-40 SJ/CF - 154 С, Zic 5000 5W-30 GL-4 - 150 С, Mannol - 138 С, Mobil - 159 С и М10-Г2к -148 С, a Visco 3000 - 137 С. Температура начала испарения для масла Castrol составила 167 С, а остальных масел в пределах от 138 до 150С. Установлено, что при классификации моторных масел эти параметры не учитываются.
За 48 часов испытания коэффициент поглощения светового потока достиг следующих значений: М10-Г2к-0,62 ед.; Visco 3000-0,85ед.; Zic 5000-0,05 ед.; Mannol Е1ііе-0,15ед.; Mobil Synts-0.18 ед.; Spectrol Polarm-0,1 ед. и Castrol SLX-0,02 ед. Первые два масла склонны к загрязнению масляной системы. 8. Вязкость моторных масел за 48 часов испытания изменилась для: М 10-Г2к-увеличилась на 6%; Visco 3000-увеличилась на 18%; уменьшилась для: Zic 5000 - 5%; Mannol Elite - 15%; Mobil Synts - 25%; Spectrol Polarm -37% и Castrol SLX - 5%. 9. Установлено явление перераспределения избыточной тепловой энергии при образовании продуктов окисления и испарения, при этом с увеличением приращения коэффициента поглощения светового потока, прира 169 щение летучести либо уменьшается, либо стабилизируется, что объясняется образованием продуктов различной энергоемкости. 10. Ресурс исследованных моторных масел по коэффициенту термоокислительной стабильности, учитывающему процессы окисления и испарения, при его значении равному 0,4 ед. составил для: масла М10-Г2к-36 ч.; Visco 3000- 23ч.; Zic 5000-276 ч.; Mannol Elite-84 ч.; Mobil Synts-75 ч.; Spectrol Polarm-113 ч.; Castrol SLX- более 294 ч. Полученные результаты подтверждают несовершенство классификации моторных масел по группам эксплуатационных свойств. В этой связи коэффициент термоокислительной стабильности предложен в качестве критерия процессов самоорганизации, что позволяет создать нормативную базу данных, по смазочным материалам и применять на стадии проектирования для обоснованного их выбора. 11. Предложена номограмма определения скорости изменения коэффициента термоокислительной стабильности, позволяющая сократить объем исследований и их трудоемкость при выборе масел с высокими показателями термоокислительной стабильности для машин и агрегатов.
