Введение к работе
Актуальность работы. Надежность механических систем закладывается
на стадии проектирования, обеспечивается при изготовлении и подтверждается в период эксплуатации техники. Большое влияние на показатели надежности оказывают смазочные масла. Поэтому на стадии проектирования конструктора должны обеспечиваться методической базой по выбору и полной информацией не только по прочностным характеристикам материалов деталей машин, но и смазочным маслам, включающей: температурную область применения, совместимость с материалами пар трения, противоизносные свойства, термоокислительную стабильность, несущей способности граничного слоя, склонность к формированию защитных слоев на поверхностях трения и антикоррозионные свойства.
На стадии изготовления машин и механизмов, при разработке технологий упрочнения деталей не учитываются фактические температуры в зоне фрикционного контакта, процессы, протекающие на поверхностях трения и в самом смазочном материале, влияющие на коррозионно-механическое изнашивание.
В процессе эксплуатации не учитываются изменяющиеся свойства и качество смазочных масел. В существующей системе планово-предупредительных работ предусмотрен контроль ресурса смазочных масел по наработке в мото-часах
и пробегу в километрах пройденного пути, что объективно не может учитывать фактическое состояние применяемых масел и техническое состояние узлов трения и системы фильтрации, режимы и условия эксплуатации техники. Поэтому эта система, наряду со своей простотой, не в полной мере направлена на повышение эффективного использования применяемых масел.
Вследствие этого, одной из основных задач, связанных с повышением технических и эксплуатационных показателей проектируемой и эксплуатируемой техники является подбор соответствующих смазочных масел, выбор оптимальных режимов эксплуатации и смазки.
Смазочные масла, оптимально подобранные для решения конкретной технической задачи, могут дать значительный эффект за счет экономии энергии, снижения износа, затрат на техническое обслуживание и ремонт, увеличение срока службы машин и оборудования, и, наконец, они могут быть рациональным средством решения актуальных проблем экологии и охраны окружающей среды.
На основании выше изложенного можно сделать вывод, что разработка средств и методов контроля состояния смазочных масел и процессов, протекающих на фрикционном контакте, а также обоснование критериев их оценки является актуальной задачей.
Цель диссертационной работы. Разработка системы контроля и диагностирования смазочных масел на основе дополнительной информации по параметрам термоокислительной стабильности.
Задачи исследований. Разработать комплексную методику и средства контроля смазочных масел, которые позволяют получить дополнительную информацию для проведения классификационных испытаний, обоснованный выбора на этапах проектирования и контроля работоспособности в условиях эксплуатации.
Исследовать процессы и механизм термоокисления смазочных масел различных классов вязкости, групп эксплуатационных свойств, базовой основы и области применения при статических и циклических изменениях температуры.
Исследовать влияние эксплуатационных факторов на ресурс и противоизносные свойства смазочных масел.
Разработать эффективные методы и средства контроля смазочных масел
в условиях эксплуатации техники, и предложения по расширению информации
о эксплуатационных свойствах товарных смазочных масел, используемых на этапах проектирования новых машин и механизмов.
Разработать технологии по обоснованному и эффективному применению смазочных масел.
Объект исследований – товарные, моторные и трансмиссионные масла различных базовых основ и классов вязкости, и отработанные моторные масла.
Предмет исследований – термоокислительная стабильность смазочных масел, факторы влияющие на этот показатель и связь его с противоизносными свойствами.
Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось с применением теоретического анализа механизма окисления углеводородов и присадок к ним, теории экспериментов, теории трения, износа и смазки, теории износостойкости, методов расчета ресурса смазочных масел, электрооптических методов, методов седиментации и хромотографии.
При выполнении работы применялись стандартные и специально разработанные приборы, а для обработки результатов экспериментальных исследований – методы математической статистики и регрессионного анализа.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных автором, подтверждается теоретически и экспериментально, а также обеспечивается: необходимым объемом экспериментальных исследований; удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментально полученных результатов исследований; непротиворечивостью исследованиям других авторов; использованием регистрирующего испытательного оборудования, позволяющего
с достаточной точностью осуществлять измерения требуемых параметров; обоснованием критериев, характеризующих процессы окисления и формирования защитных граничных слоев для смазочных материалов различных базовых основ,
а также использованием регрессионного анализа при обработке полученных результатов с применением современных средств вычислительной техники, программного обеспечения и методов математической статистики.
На защиту выносятся:
Комплексная методика исследования смазочных масел различных классов вязкости, групп эксплуатационных свойств, базовой основы и назначения на термоокислительную стабильность при статических и циклических изменениях температуры.
Рекомендуемые дополнительные показатели эксплуатационных свойств смазочных масел, применяемые при проведении классификационных испытаний, обоснованного выбора на этапах проектирования и контроля работоспособности в условиях эксплуатации.
Результаты исследования влияния доливов, смесей и минеральных и синтетических масел, углеродистых и подшипниковых сталей на окислительные процессы и критерии их оценки.
Метод испытания смазочных масел на противоизносные свойства, результаты исследования товарных масел и критерии оценки.
Результаты исследования связи между процессами окисления и противоизносными свойствами смазочных масел.
Результаты исследования противоизносных свойств отработанных масел и метод определения предельного состояния.
Метод исследования механохимических процессов при граничном трении скольжения.
Технологии контроля товарных и диагностирования работающих смазочных масел, направленных на эффективное их применение.
Научная новизна работы:
- разработана комплексная методика исследования товарных масел и диагностирования работающих смазочных масел, включающая оценку их состояния по термоокислительной стабильности и противоизносным свойствам, что позволяет обосновать и предложить дополнительные информационные показатели: температура начала окисления и испарения, коэффициент тепловых преобразований, количественные показатели процесса формирования защитных граничных слоев при трении скольжения;
- разработана методика исследования термоокислительной стабильности смазочных масел при циклическом изменении температуры испытания, позволяющая определить температурные параметры процесса окисления, интенсивность и скорость их протекания и применять их при классификации и идентификации, а также определение потенциального ресурса;
- получены функциональные зависимости и регрессионные уравнения процессов окисления смазочных масел различных базовых основ, классов вязкости
и назначения, дающие возможность их идентифицировать и совершенствовать систему классификации;
- разработана методика исследования противоизносных свойств смазочных масел, позволившая установить связь между термоокислительной стабильностью и противоизносными свойствами и обосновать интегральный критерий, учитывающий время пластической и упругопластической деформаций и механохимические процессы на фрикционном контакте;
- предложен электрометрический метод определения интенсивности механохимических процессов при граничном трении скольжения, позволяющий определить влияние продуктов окисления на период формирования фрикционного контакта и защитных граничных слоев на поверхностях трения;
- исследован механизм влияния металлов, доливов и смесей масел различных базовых основ на термоокислительную стабильность моторных масел,
что позволило установить количественные показатели влияния этих факторов
на ресурс и подтвердить эффективность предложенной комплексной методики исследования;
- получены функциональные зависимости и регрессионные уравнения процессов формирования фрикционного контакта и интенсивности механохимических процессов при образовании хемосорбционных защитных слоев, что позволило создать физическую модель этих процессов и предложить критерий противоизносных свойств смазочных масел;
- предложен метод определения предельного состояния работавших моторных масел, предусматривающий определение концентрации нерастворимых продуктов старения, что позволило оценить техническое состояние системы фильтрации, корректировать сроки замены масел и снизить эксплуатационные затраты;
- разработаны практические рекомендации, включающие технологии контроля товарных масел и диагностирования работающих смазочных масел, применение которых на эксплуатационных предприятиях позволяет повысить эффективность их применения;
- предложены дополнительные показатели эксплуатационных свойств смазочных масел, позволяющие совершенствовать их классификацию по группам эксплуатационных свойств и обоснованно осуществлять выбор для машин и агрегатов в зависимости от степени их нагруженности.
Практическая значимость работы. Разработана комплексная методика исследования смазочных масел различных классов вязкости и групп эксплуатационных свойств, базовой основы и назначения на термоокислительную стабильность при статических циклических изменениях температуры.
Получены дополнительные показатели эксплуатационных свойств смазочных масел, применяемые при их классификации .
Разработаны методы испытания смазочных масел на противоизносные свойства, исследования механохимических процессов при граничном трении, определения предельного состояния работающих масел.
Предложены технологии контроля товарных масел и диагностирования работающих смазочных масел.
Внедрены в учебный процесс и производство методическая и экспериментальная базы испытания смазочных масел.
Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы в учебных процессах Института нефти и газа Сибирского федерального университета, на кафедре «Автомобили и автомобильное хозяйство» Курского государственного технического университета; на производстве: ОНО «Красноярский опытный завод ГОСНИТИ Россельхозакадемии» (г. Красноярск), ОАО «Красноярское автотранспортное предприятие №1» (г. Красноярск), ФГУП «СибНИИ Стройдормаш» (г. Красноярск), ФГУП «НИИ автоматической аппаратуры имени академика В. С. Семенихина» (г. Москва), ООО «Красноярский металлургический завод» Институт автоматизации проектирования Российской академии наук (г. Москва), ОАО «Ангарская нефтяная компания» (г. Ангарск).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались: на Международной конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий» (Москва, 2003 г.); Всероссийской IV научно – практической конференции «Энергоэффективность жизнеобеспечения города» (Красноярск, 2006 г.); межрегиональной научно-практической конференции «Инновационное развитие регионов Сибири» (Красноярск, 2006 г.); Всероссийской научной конференции «Молодежь и наука – третье тысячелетие» (Красноярск, 2006); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития и эксплуатации поршневых двигателей в транспортном комплексе Азиатско-тихоокеанского региона» (Хабаровск, 2008 г.); Гомельской IV региональной конференции молодых ученых «Новые функциональные материалы, современные технологии и методы исследования» (Беларусь, Гомель, 2008 г.); Международной IV конференции «Новые материалы, неразрушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении» (Тюмень, 2008 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 научных трудов, в том числе 1 монография, 1 авторское свидетельство и 6 патентов РФ. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.
Объем и структура диссертации. Диссертация содержит _____страниц, включая _____ страниц машинописного текста, ____ рисунков, ____ таблиц. Работа состоит из введения, 6 разделов, основных выводов, библиографического списка из ____ наименований и двух приложений.
