Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Факторы, влияющие на работоспособность гидравлических масел 13
1.1. Анализ конструкционных и смазочных материалов, применяемых в узлах трения 13
1.2. Анализ существующих методов определения термоокислительной стабильности 16
1.3. Требования к чистоте гидравлических масел 21
1.4. Влияние загрязненности гидравлических масел на работу гидравлической системы 26
1.5. Классификация гидравлических масел 29
1.6. Квалификационные методы оценки и требования к гидравлическим маслам 30
1.7. Выводы по первой главе 34
Глава 2. Разработка комплексной методики исследования товарных и работавших гидравлических масел 35
2.1. Объект исследования 35
2.2. Предмет исследования 37
2.3. Средства измерения 41
2.3 1. Фотометрическое устройство 41
2.3.2. Вискозиметр 44
2.3.3. Прибор для определения температуры вспышки нефтепродуктов
2.3.4. Прибор для определения термоокислительной стабильности смазочных масел, 48
2.4. Методика исследования товарных масел 50
2.5. Обработка результатов наблюдений 57
2.6. Выводы по второй главе 60
Глава 3. Результаты исследования гидравлических масел 62
3.1. Исследование механизма окисления гидравлических масел 62
3.2. Исследования влияния окислительных процессов на вязкость гидравлических масел 79
3.3. Результаты исследования товарных гидравлических масел 86
3.4. Обоснование критерия оценки термоокислительной стабильности товарных гидравлических масел 93
3.5. Исследование влияния кислорода воздуха на окисление гидравлических масел 98
3.6. Выводы по третьей главе , 104
Глава 4. Экспериментальные исследования работавших гидравлических масел 106
4.1. Результаты исследования термоокислительной стабильности работавших гидравлических масел 106
4.2. Результаты исследования изменения вязкости работавших масел при их окислении
4.3. Результаты исследования летучести работавших гидравлических масел 116
4.4. Результаты исследования коэффициента термоокислительной стабильности работавших гидравлических масел 119
4.5. Предложения по увеличению ресурса гидравлических масел 123
4.6. Предложения по определению остаточного ресурса работавших гидравлических масел
4.7. Выводы по четвертой главе 126
Основные результаты и выводы исследования 128
Библиографический список 131
- Анализ существующих методов определения термоокислительной стабильности
- Прибор для определения температуры вспышки нефтепродуктов
- Исследования влияния окислительных процессов на вязкость гидравлических масел
- Результаты исследования изменения вязкости работавших масел при их окислении
Введение к работе
Широкое распространение гидропривода в различных областях техники ставит задачу повышения его надежности и снижения эксплуатационных затрат. Учитывая тенденцию развития техники с гидроприводом, главным образом, направленную на увеличения давления в гидросистеме, то в этой связи выдвигаются повышенные требования к конструкционным материалам и гидравлическим маслам.
Особую роль в обеспечении надежности элементов гидропривода необходимо уделять гидравлическому маслу, выполняющему две функции: передачу энергии исполнительным органам и обеспечение смазывания поверхностей трения. Учитывая температурные условия и режимы эксплуатации гидропривода, гидравлическое масло является основным элементом, влияющим на надежность гидропривода в целом.
Статистические данные эксплуатации наземных аэродромных машин с гидроприводом показывает, что долговечность прецизионных деталей трущихся пар гидроагрегатов, работающих в жидких средах под давлением, не отвечает современным требованиям. Так, постепенные отказы гидроприводов мобильных машин составляют 35 - 40% от общего числа и вызваны изнашиванием прецизионных пар трения. Основными причинами повышенного износа деталей современных гидроприводов является не всегда правильный подбор гидравлических масел, свойства которых в процессе эксплуатации техники изменяются.
Несмотря на значительные успехи, достигнутые за последние годы в науке о трении и износе, вопросы, связанные с повышением качества гидравлических масел и контролем за их свойствами в процессе эксплуатации техники остаются недостаточно изученными. Отсутствуют методики, средства контроля и критерии оценки ресурса работоспособности гидравлических масел в зависимости от рабочего процесса в гидросистеме, условий и режимов
5 эксплуатации гидропривода. Недостаточно изучены вопросы влияния продуктов окисления гидравлических масел на их противоизносные свойства и роли материалов пар трения на окислительные процессы. Отсутствуют научно-обоснованные предложения по методам очистки гидравлических масел от механических примесей и продуктов окисления с целью повышения их смазывающих свойств. Более того, современная классификация гидравлических масел по классам вязкости и группам эксплуатационных свойств (ГОСТ 17479.3 - 85) не дает полной информации о их работоспособности в условиях эксплуатации техники. Поэтому разработка методов и средств контроля и критериев оценки качества гидравлических масел в процессе эксплуатации гидрофицированной техники является актуальной проблемой.
Предметом исследования в настоящей работе приняты наиболее распространенные гидравлические масла гидрофицированных аэродромных машин.
Целью работы является разработка комплексного метода ускоренных испытаний гидравлических масел на основе исследования их термоокислительной стабильности.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать методику ускоренных испытаний гидравлических масел на термоокислительную стабильность и обосновать выбор средств;
исследовать механизм окисления гидравлических масел при ускоренных испытаниях в зависимости от температуры с применением прямого фо-тометрирования;
разработать критерии оценки механизма окисления и потенциального ресурса гидравлических масел;
разработать практические рекомендации по использованию комплексного метода контроля товарных и работающих гидравлических масел.
Научная новизна:
разработана комплексная методика ускоренных испытаний гидравлических масел, предусматривающая определение потенциального ресурса, температурной области работоспособности, механизма окисления и термоокислительной стабильности;
разработан критерий оценки кинетики окисления гидравлических масел с применением прямого фотометрирования;
разработана расчетная модель определения времени окисления гидравлических масел в зависимости от температуры испытания;
разработана модель определения потенциального ресурса товарных гидравлических масел;
предложена аналитическая модель процесса окисления гидравлических масел в зависимости от температуры и времени испытания.
Новизна результатов исследований защищена двумя патентами РФ. Практическая ценность работы заключается в:
разработке комплексного метода ускоренных испытаний гидравличе
ских масел, позволяющего на стадии проектирования гидроприводов обосно
вать их выбор с учетом температурных режимов и условий эксплуатации;
применении коэффициента термоокислительной стабильности гидравлических масел в качестве критерия определения ресурса для товарных и остаточного ресурса для работающих масел;
разработке практических рекомендаций по оценке ресурса товарных и работающих гидравлических масел.
выводы, полученные в результате выполненной работы, могут служить исходными требованиями для совершенствования системы фильтрации масел и очистки воздуха от пыли и влаги при дыханиях в гидробаках в результате колебания уровня масла в нем при работе исполнительных органов;
применение предложенных методов, критериев оценки и средств контроля в процессе эксплуатации гидрофицированной аэродромной техники позволяет получить объективную диагностическую информацию о состоянии
7 гидравлических масел в гидроприводах всего парка машин и организовать смену или их очистку по потребности; что значительно повысит долговечность гидроприводов и эффективность использования масел. На защиту выносятся:
критерий оценки потенциального ресурса работоспособности гидравлических масел;
методика оценки термоокислительной стабильности товарных гидравлических масел и критерий оценки потенциального ресурса их работоспособности;
расчетная модель определения времени окисления гидравлических масел при ускоренных испытаниях в зависимости от температуры;
комплексная методика и средства диагностирования работавших гидравлических масел;
практические рекомендации по контролю качества гидравлических масел в процессе эксплуатации гидрофицированных машин.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений.
Во введении обоснованна актуальность темы диссертации, сформулирована цель и задачи исследования, а также основные положения, выносимые на защиту.
Первый раздел посвящен анализу литературных данных по теме диссертации. Он содержит анализ условий работы элементов гидропривода и влияние их на старение гидравлических масел, как в объеме за счет интенсивного перемешивания с воздухом, так и на поверхностях трения под действием высоких температур. Классификация гидравлических масел по ГОСТ 17479.3-85 не представляет объективной информации по их работоспособности в условиях эксплуатации гидравлических машин.
Анализ квалификационных методов испытания гидравлических масел для специальной, строительно-дорожной и сельскохозяйственной техники,
8 самолетов и вертолетов показал, что для допуска их в производство и применение используется 20 методов испытаний, что указывает на необходимость комплексного подхода к оценке эксплуатационных свойств. Одним из методов учитывающих поведение гидравлических масел в процессе эксплуатации гидроприводов является испытание их на термоокислительную стабильность, так как при окислении изменяется вязкость, коррозионные и противоизнос-ные свойства и действие продуктов окисления на уплотнительные материалы. Поэтому данный метод может являться комплексным при оценке эксплуатационных свойств гидравлических масел, и принят основным при их исследовании. Недостаточно изучен механизм старения гидравлических масел в процессе эксплуатации гидроприводов.
Показано, что для повышения надежности прецизионных деталей гидропривода основным требованием к гидравлическим маслам предъявляется их чистота. В этой связи в работе приведены данные по классам чистоты.
В инструкциях по эксплуатации гидрофицированных машин не приводятся требования к контролю качества гидравлических масел. Современные методы оценки качества масел не нашли широкого применения на эксплуатационных предприятиях ввиду сложности измерительных средств и ограниченного их использования, поэтому разработка ускоренных и комплексных методов оценки эксплуатационных свойств гидравлических масел является актуальной задачей.
Во втором разделе рассматривается одна из задач данной работы - разработка комплексной методики работоспособности товарных и работавших гидравлических масел.
Предметом исследования было выбрано наиболее распространенное гидравлические масла - МГ-15В (ТУ 38.101479-86), применяемое в гидравлических приводах гидрофицированных аэродромных машин.
Особенностью методики испытания гидравлических масел является применение приборов для определения вязкости, температуры вспышки и
термоокислительной стабильности. Основные испытания гидравлических масел заключались в определении их склонности к окислению. С этой целью разработан прибор, с помощью которого имитировались процессы, происходящие при работе гидропривода. Испытанию подвергались гидравлические масла постоянной массы, которые подвергались нагреванию в широком диапазоне температур от 373 до 443 К и перемешивались механической мешалкой. Температура испытания устанавливалась дискретно и в течение испытания поддерживалась автоматически в пределах ±1 К. Через равные промежутки времени отбиралась проба масла для фотометрирования и определения коэффициента поглощения светового потока, вязкости и летучести.
Процесс окисления гидравлических масел исследовался прямым фото-метрированием путем создания масляных слоев толщиной 8 мм, что обеспечивало оптимальную чувствительность фотометра.
Для определения количества продуктов окисления методика исследования предусматривает центрифугирование проб масел на центрифуге. Процесс окисления гидравлических масел исследовался по изменению таких параметров как: коэффициент поглощения светового потока, вязкость, летучесть, концентрация продуктов окисления.
Методика исследования работавших гидравлических масел предусматривает начальное определение таких показателей как вязкость, температура вспышки, концентрация продуктов окисления.
Отработка методики исследования предусматривала обоснование температуры испытания гидравлических масел, выбора средств контроля и определение погрешности их измерения.
При обработке результатов экспериментальных исследований использовались методы математической статистики и регрессивного анализа.
Комплексная оценка термоокислительной стабильности гидравлических масел проводилась по таким показателям как: коэффициент поглощения
10 светового потока, вязкость, летучесть, температура начала окисления, коэффициент термоокислительной стабильности.
В третьем разделе представлены результаты экспериментальных исследований товарных гидравлических масел применяемых в гидравлических приводах гидрофицированных аэродромных машинах.
Термоокислительные процессы в товарном масле являются основной причиной его старения. Они происходят в виде комплекса сложных многостадийных реакций углеводородов с кислородом (атмосферным, растворенным в масле, молекулярно связанным). Интенсивность окислительных процессов в работе оценивалась коэффициентом поглощения светового потока Кт определяемым отношением светового потока прошедшего через фото-метрируемый слой, к световому потоку, падающему на слой фотометрируе-мого масла.
Анализ зависимостей коэффициента поглощения светового потока Кп от времени испытания товарного гидравлического масла показал, что интенсивность окисления зависит в основном от температуры. Характерной особенностью полученных зависимостей является наличие четырех областей, отличающихся интенсивностью окислительных процессов.
В работе разработана расчетная математическая модель определения время окисления испытуемого масла для любых температур при наличии двух экспериментальных значений коэффициента поглощения светового потока.
Образующиеся в процессе окисления гидравлических масел продукты окисления влияют на вязкость масла, причем, чем выше температура испытания, тем интенсивней увеличивается вязкость окисленного масла. Установлена связь между коэффициентом поглощения светового потока Кп и вязкостью.
При окислении гидравлических масел в основном изменяются вязкость и коэффициент поглощения светового потока, поэтому можно использовать
изменение этих параметров в качестве критерия термоокислительной стабильности.
Исследованиями связи между коэффициентами термоокислительной стабильности и поглощения светового потока установлена линейная зависимость с учетом перемешивания и без него, что указывает на идентичность механизма окисления гидравлических масел.
Экологические свойства гидравлических масел оценивались по их летучести при испытании на термоокислительную стабильность. Установлено, что летучесть зависит от вязкости и температуры испытания.
На основании проведенных исследований разработана технология испытания товарных гидравлических масел с целью определения потенциального ресурса их работоспособности, учитьшающая изменение коэффициента термоокислительной стабильности от времени испытания.
В четвертом разделе представлены результаты экспериментальных исследований термоокислительной стабильности работавших гидравлических масел гидрофицированных аэродромных машин.
На основании проведенных исследований работавших гидравлических масел предложен алгоритм их контроля в процессе эксплуатации с целью определения остаточного ресурса работоспособности, количества эксплуатационных загрязнений и состояния фильтрующих элементов, а так же потребность их в очистке, предусматривающий использование фотометра и центрифуги.
Разработаны практические рекомендации по определению остаточного ресурса работающих гидравлических масел и по увеличению ресурса гидравлических масел.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах в КГТУ; на расширенном заседании кафедры «Топливообеспечение и горючесмазочные материалы»; на Международной научно-практической конференции «Сибирский аэрокос-
12 мический салон 2002» (Красноярск, 2002); на Международной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития гидромашиностроения в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2003). Результаты настоящей работы применены в условиях эксплуатации систем и оборудования гидроприводов Красноярского судоподъемника, а так же при эксплуатации гидрофицированных машин в службе Спецтранспорта и эксплуатации аэродромов аэропорта «Черемшанка» г. Красноярск.
Публикация результатов исследования. По результатам исследований опубликовано 7 научных работ, в том числе получено 2 патента Российской Федерации.
Автор благодарит научного руководителя Ковальского Б.И., декана факультета НГТМ Васильева СИ., заведующего кафедрой ТОГСМ Подвезенного В.Н., а также сотрудников кафедры ТОГСМ за консультации и помощь в работе.
Анализ существующих методов определения термоокислительной стабильности
Вследствие того, что функция рабочей жидкости является не только передача энергии от источника до потребителей - исполнительных механизмов, но и смазывающая (удаление продуктов износа из поверхностей трения, снижение коэффициента трения и температуры), то контроль за состоянием гидравлических масел и их сроком службы представляет актуальную задачу.
Состояние рабочей жидкости контролируют при ее изготовлении, хранении и эксплуатации. По данным [11, 34, 49, 95, 96, 101] при приемке рабочей жидкости производят контроль: вязкости (ГОСТ 33-82); температуры вспышки (ГОСТ 11-84); температуры застывания (ГОСТ20287-74); кислотного числа КОН (ГОСТ 5985-79 или ГОСТ 11362-76); концентрацию примесей (ГОСТ 6370-83; ГОСТ 10577-78); стабильности против окисления (ГОСТ 981-75); коррозионного воздействия на металлы (ГОСТ 2917-76); изменение массы стандартной резины (ГОСТ 9.030-74).
При хранении рабочей жидкости определяют содержание механических примесей, воды, кислотное число и температуру вспышки. В условиях эксплуатации гидроприводов рабочую жидкость проверяют на наличие воды, механических примесей и определяют вязкость. Важное значение на ресурс работы гидравлических масел оказывают условия и режимы эксплуатации гидроприводов. Эти факторы определяют качественный и количественный состав примесей образующихся за счет окисления гидравлических масел или попадающие извне вследствие колебания уровня жидкости в гидробаке. Окисление масла в основном происходит в тонких пленках на поверхностях трения, нагретых до температур 100-200 С (гидронасосы, гидромоторы) [12, 105, 106]. Частицы изнашивания, загрязнения неорганического происхождения оказывают основное влияние на ресурс прецизионных агрегатов. Гидравлический КПД при передаче энергии на исполнительные органы в основном зависит от вязкости рабочей жидкости. Поэтому контроль за механизмом окисления гидравлических масел и концентрацией механических примесей и продуктов окисления является актуальной задачей, решение которой позволит увеличить ресурс не только самих масел, но и гидропривода в целом,
Повышение стойкости гидравлических масел к окислению осуществляют путем легирования их антиокислительными присадками. Однако при длительной эксплуатации активность присадок уменьшается. Известно, что молекулы присадки адсорбируются на металлической поверхности и образуют защитный слой, исключающий контакт углеводородов с металлом [13]. Через некоторое время адсорбированный слой молекул присадки под действием высоких температур, взаимодействия с металлом и кислородом воздуха переходит в дисперсную фазу, которая не способна удерживаться на металлической поверхности. При движении масла образовавшиеся продукты разложения присадки уносятся потоком, а освободившееся место восстанавливается новыми молекулами присадки.
Таким образом, для оценки термоокислительной стабильности рабочей жидкости в течение всего периода эксплуатации гидропривода необходимо разработать систему контроля, включающую технологию, устройства для его осуществления и предельные научно-обоснованные показатели.
Важность решения данной проблемы видна из анализа патентных и литературных источников. Так, в работе [14] производят оценку лакообразую-щих свойств масел и действие на них присадок. При реализации данного метода вычисляют испаряемость, рабочую фракцию и лаки по полученным значениям строят графики зависимости рабочей фракции и лака от времени, по которой определяют значение термоокислительной стабильности. Данный метод, в основном, применяется для оценки термоокислительной стабильности моторных масел, применение его для рабочих жидкостей неизвестно.
Способ определения стабильности присадок в маслах [15] основан на изменении их электропроводности. На основании результатов строят графическую зависимость температура - сила тока и определяют термическую стабильность масел.
Определение свойств моторного масла [16] заключается в отборе проб масла, прошедших испытание в двигателе, выдерживании его в присутствии 1-5 % вес. воды при температуре 70-150 С и определении выпавшего сухого осадка, количество которого является показателем стойкости масла к шлакообразованию. А термоокислительная стабильность масла определяется по приросту вязкости.
Прибор для оценки термоокислительной стабильности масел [17] позволяет оценить стабильность масла по изменению его физико-химических и эксплуатационных свойств, а так же по количеству отложений на стакане.
Определение индукционного периода окисления топлива [18] заключается в нагреве заданного объема до заданной температуры и определении в нем хромотографически содержание растворенного кислорода. Данный способ, в основном, применяется для оценки окисления топлив, применение его для рабочих жидкостей неизвестно. Определение качества работавшего масла [21] заключается в определении отношения разности плотностей рабочего и свежего масла к плотности свежего масла (Дри/р0). О качестве масла судят по зависимости между этим отношением и щелочным числом.
Прибор для определения температуры вспышки нефтепродуктов
Принцип работы прибора основан на нагреве испытуемой пробы нефтепродукта до температуры, при которой при поджиге с помощью электрической спирали происходит устойчивое вспыхивание паров.
Прибор состоит из механического и измерительного блоков (рис. 2.5) и выполнен в отдельном модуле. Механический блок (рис. 2.6) выполнен в отдельном корпусе 1, расположенном над блоком электроники. Механическая блок прибора расположен на перегородке 2, установленной в корпусе 1, на которой установлены направляющая стойка 3, закреплённая во втулке 4, цилиндрический нагреватель 5, фиксатор 6 платформы 7, на которой в пазе установлен стакан 8. Платформа 7 выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси. Верхнее положение платформы 7 фиксируется с помощью рычага 9, входящего в зацепление с фиксатором 6. Температура масла регистрируется с помощью термопары 10, а поджиг паров нефтепродукта производится с помощью спирали 11, установленной на отдельной плате.
Предназначен для определения термоокислительной стабильности товарных и работавших масел. Термоокислительная стабильность характеризует склонность масел к окислению и образованию примесей. Прибор состоит из механического и измерительного блоков (рис. 2.7), причём механический блок, установлен на передней панели. Механический блок (рис. 2.8) включает цилиндрическую печь 1, на наружной поверхности которой намотан нагреватель 2, изолированный от внешней среды теплоизоляцией 3. Печь 1 крепится к передней панели 4 измерительного блока с помощью винтов через пластину 5 из термоизоляции. Стакан 6 для испытуемого масла устанавливается в печь 1 с нижнего торца с помощью ручки 7, соединённой со стаканом 6 с помощью стеклопла-стиковой пластины 8, и фиксируется упором.
Над верхним торцом печи 1 установлен подшипниковый узел 9, в котором на подшипниках 10 установлен вал 11 мешалки 12. Подшипники 10 закрыты с двух сторон крышками 13. Подшипниковый узел 9 зафиксирован в кронштейне 14 с помощью винта 15, который крепится к лицевой панели измерительного блока через пластину 5. Выходной торец вала 11 через упругую муфту 16 соединён с электродвигателем 17, установленным и зафиксированным винтом 18 в кронштейне 19, который крепится через пластину 5 к передней панели 4 измерительного блока.
С учетом проведенного анализа способов и средств оценки качества смазочных материалов при разработке методики исследования принята термоокислительная стабильность в качестве основного метода испытания гидравлических масел. Данный метод моделирует условия эксплуатации гидравлических масел в гидроприводе, учитьгоая температурные режимы и перемешивание (контакт с кислородом воздуха). В качестве показателя термоокислительной стабильности приняты: коэффициент Кп поглощения светового потока окисленным маслом, вязкость, летучесть и коэффициент термоокислительной стабильности.
С этой целью использовались следующие приборы и устройства: вискозиметр, приборы для определения термоокислительной стабильности и температуры вспышки, центрифуга и фотометр, причем последний обеспечивает прямое фотометрирование масел, что исключает необходимость их разбавления растворителями.
Универсальность методики оценки качества гидравлических масел заключается в возможности исследования как товарных, так и работавших масел. Отличительной особенностью при исследовании работавших масел являются дополнительные их испытания, связанные с определением концентрации эксплуатационных примесей.
Для реализации методики необходима проба масла массой 150 г, при этом по 9 г использовалось для измерения вязкости и температуры вспышки, 2 г масла использовалось для фотометрирования и 125 г для испытания на термоокислительную стабильность.
Склонность к окислению товарных гидравлических масел определялась в диапазоне температур от 373 до 443 К в течение 4-х часов (рис. 2.9.). Гидравлические масла МГ-46-В и МГ-15-В начинают окисляться при температуре больше 423 К, а масла МГ-15-Б и МГ-22-А не окислялись даже при температуре 443 К. Поэтому для исследования механизма окисления товарных гидравлических масел принят диапазон температур от 413 до 443 К.
Схема реализации методики приведена на рис 2.10, согласно которой масло перед испытанием на термоокислительную стабильность подвергалось фотометрированию, определялась вязкость и температура вспышки. При испытании на термоокислительную стабильность проба масла через два часа подвергалась фотометрированию, определению вязкости и измерялась масса испарившегося масла на электронных весах.
Исследования влияния окислительных процессов на вязкость гидравлических масел
Вязкость (внутреннее трение) является важным свойством, определяющим потери на трение. Вязкость \х обусловлена силами внутреннего трения между взаимно перемещающимися частицами жидкости. Загущенные минеральные и синтетические жидкости, пластичные смазки и некоторые масла при низких температурах отличаются зависимостью \І от dV/dh и называются не ньютоновскими или аномально — вязкими.
В процессе эксплуатации гидроприводов, образующиеся продукты окисления и загрязнения масел увеличивают их вязкость, однако это увеличение зависит от структуры и свойств загрязнений. В работе исследовано влияние продуктов окисления гидравлического масла на динамическую вязкость и ее связь с коэффициентом поглощения светового потока.
Практическое и научное значение приобретают исследования связи между динамической вязкостью и коэффициентом поглощения светового потока Кп при различных температурах окисления. На (рис. 3.5) приведены экспериментальные зависимости вязкости масла МГ-15В от времени и температуры испытания. Вязкость измерялась при температуре 323 К. Общей тенденцией приведенных зависимостей является увеличение динамической вязкости при испытании масел на термоокислительную стабильность, однако с увеличением температуры испытания интенсивность увеличения вязкости возрастает. В этой связи можно предположить, что основное влияние на увеличение вязкости оказывают продукты окисления масла.
Если сравнить зависимости изменения коэффициента поглощения светового потокаК„ (рис.ЗЛ, 3.2) от температуры и времени испытания масла на термоокислительную стабильность, то видно, что с увеличением температуры испытания интенсивность изменения коэффициента К„ возрастает. Это обусловлено тем, что с увеличением температуры испытания возрастает скорость окисления масел и увеличивается количество продуктов окисления.
Данные выражения можно использовать для определения вязкости гидравлического масла в процессе эксплуатации гидроприводов, используя только их фотометрирование и определение коэффициента Кп. Согласно зависимости (рис. 3.6) вязкость масла в основном значительно изменяется в начальный период испытания при малых значениях коэффициента Кп (до 0,3), когда образуются продукты окисления, увеличивающие внутреннее трение между молекулами масла.
Зависимости динамической вязкости гидравлического масла МГ-15Б от температуры испытания на термоокислительную стабильность (рис. 3.7) имеют аналогичную тенденцию, однако коэффициент поглощения светового потока Кп практически равен нулю. В данном случае механизм увеличения вязкости обусловлен, видимо только испарением легких фракций и зависит от базовой основы вырабатываемой из глубоко деароматизированной низко-застывающей фракции, получаемой из продуктов гидрокрекинга парафини-стых нефтеЙ и состоящий из нафтеновых и изопарафиновых углеводородов.
Отличительной особенностью полученных зависимостей (рис. 3.7) является более интенсивное увеличение вязкости масла МГ-15Б по отношению с маслом МГ-15В.
Вязкость загущенного масла МГ-46В при испытании (рис. 3.8) изменяется с наименьшей скоростью, однако тенденция ее изменения аналогична зависимостям для масла МГ-15В (кривая выпуклая).
Коэффициент «с» характеризует начальную вязкость масла до испытания, «Ь» коэффициент, характеризующий скорость увеличения вязкости. С увеличением температуры испытания коэффициент «Ъ» обычно увеличивается. Коэффициент «а» принимает отрицательное значение и характеризует сдерживание скорости увеличения вязкости и поэтому зависит от базовой основы, свойств загущенной присадки и продуктов окисления.
Летучесть гидравлических масел характеризует их экологические свойства и определяет потери при эксплуатации техники. Наиболее простым методом измерения летучести является давление, при котором происходит насыщение паров исследуемого нефтепродукта [65].
Наиболее близкий метод, моделирующий работу гидропривода, предусматривает продувку над поверхностью нефтепродукта, прогретого до необходимой температуры потока воздуха, уносимого его пары, так как за счет разности объемов штоковой и поршневой полостей в гидробак непрерывно поступает воздух и выдавливается определенный объем паровоздушной смеси [66].
Результаты исследования изменения вязкости работавших масел при их окислении
Изменение вязкости гидравлического масла в процессе эксплуатации влияет на КПД гидропривода. Увеличение или уменьшение вязкости установлено в пределах 20%. Превышение данного предела приводит к дополнительным энергетическим потерям при трении и сжатии гидравлических масел. Снижение вязкости гидравлического масла приводит к снижению несущей способности смазочных свойств при трении. Поэтому вязкость гидравлического масла является важным эксплуатационным параметром. Результаты исследования изменения динамической вязкости работавших гидравлических масел от времени и температуры испытания приведены на рисунке 4.3 - 4.4. Общей тенденцией полученных зависимостей является увеличение динамической вязкости от времени испытания. Характер изменения динамической вязкости сильно зависит от температуры испытания, увеличение которой приводит к ее увеличению вязкости (рис. 4.3). Характерной особенностью полученных зависимостей при ускоренных испытаниях работавших масел является значительное колебание вязкости в начальный период испытания (от 5 до 10 часов). Это можно объяснить влиянием продуктов окисления за счет различия в их составе и структуре путем изменения сил межмолекулярного взаимодействия.
Зависимость между динамической вязкостью и коэффициентом Кп имеет практическое значение, так как по значениям Кп можно определить ориентировочно динамическую вязкость. Летучесть - показатель, характеризующий потери гидравлического масла при эксплуатации гидроприводов за счет «дыхания» гидробака (изменение уровня масла). Кроме того, по летучести можно определить сорт залитого в гидросистему гидравлического масла. Результаты исследования летучести гидравлических работавших масел при испытании их на термоокислительную стабильность представлены на рисунках 4.6 - 4.7. На основе полученных данных можно сделать вывод, что более вязкие работавшие гидравлические масла, так же как и товарные обладают наименьшей летучестью, а менее вязкие обладают наибольшей летучестью.
При сравнении полученных данных исследования товарного гидравлического масла МГ-15В и работавшего масла той же марки в течении 500м/ч рис 4.7 видно, что значение летучести товарного масла намного выше, что объясняется наличием большего количества легких фракций чем у работавших масел.
Проведенные в разделе 4.1, 4.2 исследования работавших гидравлических масел на термоокислительную стабильность по ускоренному методу испытания показали, что при их окислении, так же как и у товарных масел изменяется коэффициент Кп поглощения светового потока и динамическая вязкость. Поэтому данные параметры определяют термоокислительную стабильность не только товарных гидравлических масел, но и работавших масел. Так как работавшие гидравлические масла уже имеют продукты окисления и минеральные примеси, попавшие в гидравлическую систему извне, то процессы окисления этих масел будут происходить быстрее.
На основании результатов проведенных исследований характерной особенностью работавших гидравлических масел в отличие от товарных является отсутствие области сопротивляемости окислению (коэффициент поглощения светового потока УС имеет значение больше 0) рис 4.8-4.9.
Таким образом, коэффициент термоокислительной стабильности Ктос для работавших масел из выражения 3.19 всегда будет иметь значение меньше единицы.
На рисунках 4.8-4.9 приведены зависимости коэффициента термоокислительной стабильности от температуры и времени испытания работавших гидравлических масел. По полученным данным видно, что работавшие масла, обладающие большей вязкостью, как и товарные, окисляются быстрее. Поэтому коэффициент Ктос термоокислительной стабильности более вязких масел уменьшается более интенсивно.
В разделе 3.4 было установлено оптимальное значение коэффициента КТос термоокислительной стабильности, обоснованное путем анализа зависимостей коэффициента Кп поглощения светового потока от времени испытания. На основании полученных результатов исследований работавших гидравлических масел видно, что коэффициент Кп поглощения светового потока данных масел изменяется более интенсивно после значения 0,3 (критическое значение Кп). Предельное значение коэффициента КТос в данных условиях можно определить из допустимого увеличения вязкости 20% по формуле: 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 t, ЧЯС
Предельно допустимое значение Ктос работавших гидравлических масел рассчитано из условия увеличения их вязкости на 20 %. Поэтому если вязкость работавшего масла при ускоренных испытаниях не изменится, то значение коэффициента/ поглощения светового потока примет значение 0,36.
По полученным значениям коэффициента Ктос термоокислительной стабильности работавших гидравлических масел также видно, что в отличие от товарных масел их зависимости лежат ближе к оси ординат. Данное явление объясняется наличием меньшего ресурса работоспособности работавших гидравлических масел, чем у товарных.
На основании результатов исследования полученных в разделах 3 и 4 показано, что основными факторами, снижающими ресурс работы гидравлических масел, являются загрязнения, попадающие в гидравлическую систему из-за «дыханий» в гидробаке и окисления масла.
Установлено, что загрязнение гидравлических масел вызывает выход из строя насосов, электромагнитных устройств и предохранительных клапанов на 40-50% [40]. Низкая эффективность системы фильтрации гидравлических масел сокращает срок службы насосов в 10-12 раз, а уменьшение размеров частиц загрязнений увеличивает срок службы гидроагрегатов в 8 раз [41, 42].
С целью снижения количества эксплуатационных загрязнений в гидравлических маслах предлагается организация периодического контроля их в процессе эксплуатации гидропривода с применением фотометра и центрифуги. Для этого пробу масла отбирают из гидробака гидравлической системы гидрофицированных машин, подвергают ее фотометрированию, определяют коэффициент Кп поглощения светового потока, характеризующего концентрацию общих примесей. Центрифугирование той же пробы масла с последующим ее фотометрированием позволяет определить концентрацию растворимых примесей. Разность между концентрацией общих и растворимых примесей определяет концентрацию нерастворимых примесей и состояние фильтрующих элементов гидравлической системы. По количеству и плотности осадка в центрифуге можно судить о моющих и диспергирующих свойствах работавшего масла. Кроме того, по концентрации нерастворимых примесей, содержащихся в пробе масла, определяется потребность в его очистке. По опыту исследований количество проб установлено в пределах 6-8 за период эксплуатации жидкости при смене масла два раза в год (в весенний и осенний технические обслуживания), поэтому отбор проб установлен раз в месяц[38, 39].
