Содержание к диссертации
Введение
1. Моторное масло как элемент конструкции двигателя 12
1.1. Принципиальная тождественность масла элементу конструкции двигателя 12
1.2. Организация представления масла через составляющие надежности 18
1.3. Кислотное число как показатель изменения качества масла 31
2. Влияние моторного масла на надежность двигателя 36
2.1. Основные факторы, влияющие на изменение качества масел в процессе работы в ДВС 36
2.2. Напряженность работы моторного масла в двигателях внутреннего сгорания .45
2.3. Изменение качества масел в процессе их работы в ДВС 53
2.4. Общее изменение состояния работающих масел 69
3. Организация и основные принципы методологии исследования. Объекты и методы исследования 77
3.1. Систематизация основных факторов, влияющих на общий процесс старения моторных масел при их работе в ДВС 77
3.2. Основные объекты анализа и типичные методы их исследования 78
3.3. Основные принципы и приемы анализа 79
4. Состояние работающих автотракторных дизельных масел как самоорганизующихся дисперсных систем 85
4.1. Природа твердой фазы, накапливающейся в работающем дизельном масле 85
4.2. Связь состояния масла с эффективностью его очистки фугованием 90
4.3. Общая физико-химическая модель поведения масел в ДВС 98
4.4. Показатель эффективности применения дизельных масел 106
5. Организация разработки универсальных пакетов присадок для производства автотракторных моторных масел различного уровня качества 115
5.1. Поведение основных типов функциональных присадок к моторным маслам 115
5.2. Оптимизация состава пакета присадок и разработка композиций моторных масел 127
6. Повышение эффективности ремонта тракторных дизелей 134
6.1. Роль ремонта в повышении эффективности эксплуатации дизелей 135
6.2. Анализ динамики технико-экономических параметров дизелей в процессе их эксплуатации 140
6.3. Обоснование ремонтного цикла дизелей и разработка рекомендаций по его проведению 144
6.3.1. Разработка целевой функции определения оптимальной периодичности и содержания ремонтных воздействий 144
6.3.2. Разработка методики определения показателей динамики технико-экономических параметров 148
6.3.3. Установление аналитической зависимости влияния исходного технического состояния сопряжений дизеля на динамику технико-экономических параметров 150
6.3.4. Разработка методики ускоренных испытаний дизелей 154
6.4. Исследования влияния периодичности и содержания ремонтных воздействий на динамику технико-экономических параметров дизелей 156
6.4.1. Основные положения методики экспериментальных исследований 158
6.4.2. Исследование динамики мощности, удельного расхода топлива и расхода масла на угар 163
6.5 Оптимизация содержания текущих ремонтных воздействий в процессе эксплуатации 170
7. Повышение эффективности применения моторного масла как конструкционного материала 181
7.1. Связь качества моторного масла с расходом его на угар в отремонтированных дизелях 182
7.2. Обоснование эффективных средств очистки работающих автотракторных дизельных масел 185
7.3. Дозирование ввода функциональных присадок в работающие автотракторные дизельные масла 193
7.4. Основные принципы управления качеством работающего моторного масла в смазочной системе ДВС 197
7.5. Систематизация результатов работы 200
8. Экономическая эффективность повышения качества моторных масел для дизельных установок 203
8.1. Обоснование эффективности использования отечественных универсальных пакетов присадок к маслам взамен импортных 204
8.2. Экономическая эффективность применения масел с увеличенным сроком службы 207
Выводы 208
Литература 212
Приложение № 1 221
Приложение №2 224
Приложение №3 226
- Организация представления масла через составляющие надежности
- Основные принципы и приемы анализа
- Исследование динамики мощности, удельного расхода топлива и расхода масла на угар
- Обоснование эффективных средств очистки работающих автотракторных дизельных масел
Введение к работе
Актуальность работы заключается в обеспечении заданной надежности автотракторных дизелей в значительной степени и достигается путем использования моторных масел требуемого уровня качества и работоспособности. В частности, применение масел, не регламентируемых по качеству эксплуатационной документацией, может привести к выходу из строя двигателей, в том числе и в гарантийный период.
Кроме того, технически необоснованное ограничение срока смены масел приводит к сливу из смазочной системы продуктов с достаточным запасом качества, а следовательно, и к их перерасходу в технике. С другой стороны, неоправданно высокая работоспособность масла (неоправданно увеличенные сроки смены) активно провоцирует снижение надежности двигателя или его отдельных составляющих. Более того, эксплуатация техники на маслах, выработавших свой ресурс, отрицательно сказывается на экологической обстановке и существенно затрудняет утилизацию отработанных продуктов.
Следовательно, актуальность работы заключается в создании ассортимента автотракторных моторных масел, обоснованного как с технической, так и с экологической точек зрения, а также обеспечении требуемой работоспособности масел в процессе эксплуатации автотракторной техники.
Основная цель исследования заключается в повышении надежности автотракторных дизелей или его отдельных составляющих путем научно обоснованного выбора моторного масла в сочетании с механическими (механохимическими) способами поддержания их качества на требуемом уровне.
Важным обстоятельством в этом случае является рациональный выбор химического состава используемого масла, обеспечивающий необходимое эффективное поддержание его качества на требуемом уровне в процессе эксплуатации.
Объектом диссертационного исследования являются автотракторные моторные масла и присадки входящие в их состав, а также основные узлы и детали двигателя внутреннего сгорания, с которыми приходится контактировать моторному маслу в процессе его работы.
Предметом исследования является изменение состояния моторного масла в процессе его работы в двигателе и изменение состояния деталей последнего в процессе эксплуатации.
Для достижения поставленной цели следовало решить ряд задач, к числу основных из которых относятся:
научное обоснование интерпретации масла в качестве элемента конструкции двигателя, поддающегося расчету на надежность аналогично любой механической детали;
обоснование фугования как наиболее предпочтительного способа очистки работающих моторных масел с учетом химического состава последних;
обоснование оптимального содержания ремонтных воздействий и нормативов предельных значений технико-экономических параметров дизелей с учетом качества используемых моторных масел;
корректировка состава работающих моторных масел в период их текущей эксплуатации для увеличения продолжительности (срока смены) их работы в двигателе;
оптимизация состава автотракторных моторных масел, обеспечивающих требуемую надежность существующих и перспективных отечественных изделий;
разработка универсальных пакетов присадок для получения серий масел различного уровня качества "каскадным" способом;
установление количественных связей между качеством масел и техническими показателями, в той или иной степени характеризующими надежность двигателя, позволяющими осуществить объективный прогноз требуемого уровня качества масел.
Научная новизна определяется разработкой научных основ самоорганизации -поддержания качества работающих автотракторных дизельных масел, заключающейся в регламентировании состава исходной композиции, а также в повышении ее работоспособности путем выбора средств очистки работающих масел и поддержания их качества в процессе эксплуатации дозированным вводом части сработавшихся присадок. В том числе, автором:
-
Предложены модели состояния моторных масел;
-
Разработаны методы, связывающие качество масел с показателями,, характеризующими надежность двигателя или отдельных его составляющих;
-
Обоснованы зависимости, определяющие изменение свойств моторных масел, позволяющие прогнозировать уровень их качества и его изменение во времени.
-
В целях объективной оценки качества масла обоснована возможность использования оперативных методов анализа, построенных по принципу адекватной реакции масла на внешние воздействия, типичные для условий эксплуатации.
-
Теоретически обоснован способ сохранения качества работающих дизельных масел, который реализован на практике с учетом химического состава последних в виде центрифугирования и дозированного ввода присадок.
В результате проведенного исследования решена научная проблема по разработке научно-методологических подходов к управлению качеством моторных масел с учетом критериев повышения надежности и безотказности автотракторной техники, в том числе и военной.
Практическая значимость диссертации связана с разработкой универсальных отечественных пакетов присадок для автотракторных моторных масел различного уровня качества и организовано их промышленное производство.
Указанные пакеты выгодно отличаются от зарубежных, экспортируемых в РФ, более низкой стоимостью при сохранении достаточной эффективности.
Крупными отечественными нефтеперерабатывающими предприятиями организовано промышленное производство серии автотракторных моторных масел с использованием пакетов присадок НПП "Квалитет», что позволило сократить, а в некоторых случаях полностью исключить дефицит моторных масел требуемых марок.
Реализация НПП "Квалитет" приемлемой ценовой политики на масляном рынке РФ позволяет на выгодных условиях обеспечить этой продукцией отечественного потребителя, вытеснив из данной "торговой ниши" зарубежную продукцию аналогичного функционального назначения.
Разработаны рекомендации по поддержанию качества работающих моторных масел в смазочной системе автотракторных дизелей, позволяющие увеличить их работоспособность.
ОАО "КАМАЗ" апробирована и рекомендована к практическому использованию новая конструкция центрифуги, устанавливаемой в смазочной системе автотракторных дизелей, обеспечивающей минимальное снижение качества работающих масел.
Достоверность и обоснованность диссертационного исследования подтверждена углубленной лабораторной проверкой и результатами стендовых испытаний в двигателях внутреннего сгорания.
Апробация работы и внедрение результатов исследования. Разработанные в диссертации рекомендации доложены на конференциях и технических совещаниях, проводимых предприятиями-изготовителями техники (ОАО "АВТОВАЗ", ОАО "КАМАЗ") в 2000 - 2003г.г, а также крупными отечественными производителями нефтепродуктов (ОАО "Нижегороднефтеоргсинтез", ООО "Пермнефтеоргсинтез", ОАО "Ангарская нефтехимическая компания" и др.). Ряд положений работы были доложены на зарубежных конференциях (США).
Технические рекомендации диссертации приняты и широко используются в процессе получения масел нефтеперерабатывающими предприятиями в РФ и странах ближнего зарубежья, а также предприятиями-изготовителями техники (ОАО "КАМАЗ").
Публикации. Автором опубликовано 65 публикаций, в 23 публикациях изложено основное содержание работы, общим объемом 77,7 пл., в том числе автору принадлежит 24,6 пл., по тематике работы получено 22 авторских свидетельства и патента.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, восьми глав, выводов, списка литературы.
Организация представления масла через составляющие надежности
Рассмотрим основные положения теории качества продукции и принципы его формирования с целью их возможной адаптации к эксплуатационным свойствам моторных масел и на этой основе реализации единых универсальных подходов к его оценке [1-4].
Под качеством продукции в своем большинстве понимают совокупность всех ее свойств, обеспечивающих определенные потребности. Качество должно реализовываться и контролироваться на всех этапах жизненного цикла продукции ("жизни" продукта), включающего разработку, производство, обращение (транспортирование до потребителя) и эксплуатацию. В общем качество характеризует устойчивое взаимоотношение элементов объекта, дающее возможность отличить один предмет от другого. Если качество Ка объекта А отлично от качества Кб объекта Б, то эти объекты качественно различимы (рис. 5, а, б, в, г). Если Ка и Кб тожественно, то качественно объекты А и Б неразличимы (рис. 5, Д).
Качество продукта реализуется в виде совокупности свойств, каждое из которых в свою очередь характеризуется сочетанием единичных показателей состояния. Вместе с тем в понятие качество входят не все, а только существенные свойства, т.е. иными словами свойства продукции делятся на основные (свойства, определяющие возможность использования продукции по прямому функциональному назначению или способность выполнять основную функцию) и дополнительные (вспомогательные).
Исходя из этого, при реализации системного подхода к управлению качеством продукции, ее описание должно проводится по базовым (основным) показателям. В соответствии с существующими теоретическими положениями для характеристики основных свойств даже сверх сложных систем число единичных показателей как правило не превышает 3-4. При необходимости остальные менее информативные показатели возможно комплексировать, повышая тем самым, их значимость в сочетании.
Применительно к каждому виду продукции свойства также делятся на ряд уровней субординации, что иллюстрируется деревом параметров свойств (рис. 6).
Другой структурной характеристикой системы свойств является степень их целостности и обособленности, а также связь между свойствами различных иерархических уровней. Так, если выделить М существенных свойств, то число возможных связей в системе будет равно М(М-1). Степень целостности и обособленности свойств оценивается относительным числом R реализуемых связей N: М(М-1)
Анализ приведенной зависимости показывает, что теоретически возможна реализация на практике двух видов систем. Так, если число связей N=0, то R=0, а все свойства являются обособленными, т.е. изменение одного свойства не вызывает в такой же степени изменения других свойств. Если число связей N = M(M-1), то R=l, а качество продукции представляет собой целостную систему свойств, т.е. изменение любого свойства сказывается на изменении других свойств. На практике, как правило, в этом случае реализуется условие 0 R 1 (рис. 7).
Общие подходы к оценке качества продукции через определение существенных свойств может быть в той или иной мере с большим или меньшим успехом использовано при анализе моторных масел.
Дерево свойств в приведенном объеме (см. рис. 6) характерно для сверхсложной технической продукции (машины, приборы). Применительно к маслам с учетом особенностей их применения возможна определенная адаптация схемы выражаемая в упрощении, т.е. в уменьшении числа фигурируемых параметров или показателей (рис. 8). Исходя из приведенной схемы общие свойства моторных масел (0) в общем виде дифференцируются в первом иерархическом уровне на надежность (1); сохраняемость (2); восстанавливаемость (3) и однородность (4). Надежность продукции может быть отождествлена со стабильностью эксплуатационных свойств. В свою очередь надежность исходя из соответствующей теории реализуется в форме долговечности (идентифицируемой с работоспособностью масел), ремонтопригодности (способности масел к регенерации) и безотказности (степени или эффективности реализации заданных свойств на практике в широком диапазоне условий эксплуатации). Сохраняемость, как уже отмечалось выше, может быть отождествлена со стабильностью качества масел (седиментационной устойчивостью) при хранении в широком диапазоне климатических условий, а восстанавливаемость с приемистостью к присадкам предназначенным для повышения качества или приданию работавшему маслу определенных свойств. Однородность в данном случае в большей степени относится к технологическим характеристикам масла и в той или иной мере выражается приведенными выше свойствами и, кроме того, при необходимости она может быть охарактеризована через коллоидное состояние масел, в том числе визуально.
Даже беглый и поверхностный анализ обособленности и целостности применительно к моторным маслам показывает, что механическое увеличение, без какого-либо научного обоснования, числа единичных показателей привлекаемых для описания качества приводит к R - 0; наоборот, при ограничении числа показателей наиболее информативными, характеризующими существенные (основные) свойства реализуется соотношение R — 1.
В общем, использование основополагающих понятий из области категории качества ставит своей целью не столько теоретизацию исследований, сколько определение возможности применения базовых принципов данной категории для оптимизации путей решения стоящих проблем, а также объективной систематизации номенклатуры показателей состояния масел, принципы формирования которой в отечественной практике отличаются крайним субъективизмом.
В развитие подхода к оценке состояния масел в рамках теории надежности, рассматривающего их как элемент конструкции, следует, что в общем виде вероятность безотказной работы Р связана с интенсивностью отказов А, числом элементов конструкции п и временем работы механизма т соотношением.
Из данного выражения следует, что вероятность безотказной работы проявляется в течение более продолжительного времени т - тшх в случае, если в ЭТОТ период сохраняется наименьшая частота отказов А - Amin. Иными словами, при заданной величине Р с увеличением А уменьшается т и наоборот.
Принимая Р=1 в первом приближении расчетным путем можно оценить среднее время безотказной работы Т = 1/ А, что применительно к маслу можно отождествлять со сроком его смены.
В этом случае А является одним из основных показателей интерпретирующим состояние масла через элементы теории надежности. С другой стороны, изменение состояния масла определяется степенью (глубиной) протекающих в нем превращений. В этом случае изменение состояния масла во времени можно описать зависимостью.
Основные принципы и приемы анализа
Моторные масла, используемые для смазывания в ДВС, как описывалось выше, являются наиболее сложными как с методической точки зрения, так и с точки зрения интерпретации получаемых результатов. В случае глубоких превращений исследование масел существенно затрудняется, а иногда становится практически невозможным.
Кроме того, эти трудности усугубляются тем обстоятельством, что на поведение моторного масла значительное влияние оказывает также особенности конструкции ДВС (характер рабочего процесса, протекающего в двигателе) и специфика эксплуатации.
Учитывая изложенное в мировой практике, с одной стороны, изучение поведения моторных масел, как правило, осуществляется путем моделирования и углубленного изучения в лабораторных условиях отдельных процессов, оказывающих, по мнению исследователей, доминирующее влияние на изменение свойств масел в заданных условиях эксплуатации. При этом в большинстве случаев моделирование отличается от классического и базируется преимущественно на принципах аффинного подобия. С другой стороны, поведение моторных масел оценивается по результатам их влияния на состояние смазываемого объекта - двигателя (изучение по конечному результату).
Сложность систем, какими являются моторные масла, в особенности в процессе их работы в ДВС, с одной стороны, а также необходимость их углубленного изучения, с другой, заставляют изыскивать различные способы упрощения этих систем, т.е. в той или иной мере заниматься их идеализацией. В результате облегчаются постановка эксперимента и анализ получаемых результатов, однако зачастую исключается возможность надежной корреляции этих результатов с данными эксплуатации. Это обусловлено, прежде всего, существенными различиями между идеализированным состоянием объекта исследования и условиями его реального функционирования.
Вместе с тем невозможно, несмотря на кажущуюся легкость, прогнозировать поведение систем высших порядков (более сложных категорий) по результатам изучения систем низших порядков, какими являются идеализированные (упрощенные) объекты исследования.
Положение, в части объективного изучения поведения моторных масел, осложняется, кроме того тем, что до настоящего времени, большинство процессов, протекающих в маслах, рассматривались преимущественно на качественном уровне, без каких-либо аргументированных попыток их количественной интерпретации, что приводит к снижению объективности обобщения, а также к невозможности составления надежного прогноза, в частности, путем интер- или экстраполяции.
Ввиду отсутствия строгих теоретических или фундаментально разработанных принципов исключается возможность совершенствования методологии подбора присадок и разработки оптимальных масляных композиций. Это приводит к необходимости проведения большого числа экспериментов, включая всестороннюю оценку в лабораторных, стендовых и эксплуатационных условиях. Однако, по указанным выше причинам, получаемые результаты, в частности, на этапе лабораторной проверки, недостаточно надежны и объективны.
Так, для исключения этих недостатков при изучении поведения моторных масел предлагается использование принципов системного анализа с учетом опыта накопленного при его использовании для исследования химических и физико-химических процессов.
Системный анализ представляет собой определенного рода стратегию изучения сложных систем. В качестве основного метода исследования в нем используется математическое моделирование, а основным принципом является декомпозиция сложных систем на более простые подсистемы (принцип иерархии систем) (табл. 1, 2). Причем математическая модель системы строится по блочному принципу путем деления общей модели на блоки, которым можно дать сравнительно простое математическое описание. Системный анализ оперирует такими понятиями как система, химическая система, микроуровни, макроуровни и т.д. Анализ предполагает, что всякая система состоит из взаимосвязанных и взаимодействующих между собой частей. При этом отдельно под химической системой понимается совокупность протекающих в ней физико-химических процессов. В практике системного анализа, как правило, все системы делятся на малые и большие. Малые системы однозначно связаны с результатом доминирующих процессов и с их внутренними связями. Большие же системы представляют собой сложную совокупность малых систем и отличаются от последних прежде всего в количественном отношении.
Моторное масло в первом приближении можно рассматривать как химическую систему, функционирующую на микроуровне, в которой протекают преимущественно детерминированные процессы. В свою очередь, детерминированная составляющая позволяет на базе фундаментальных законов количественно описать некоторые процессы, протекающие в масле и на их основе оценить, а при необходимости и спрогнозировать поведение присадок.
С другой стороны, масло в сочетании с состоянием ДВС в рамках системного подхода можно также представить в виде общей системы, функционирующей на макроуровне.
В зависимости от целей исследования и стоящих задач не исключается при необходимости моторное масло рассматривать в виде общей системы, в то время как функциональные присадки, содержащиеся в нем, в виде совокупности отдельных химических систем (более высокая степень детализации объекта исследования).
Объекты исследования в химмотологии, как и в любой другой науке, можно представить в виде системы, состоящей из элементов, взаимосвязанных структурно и функционально. В свою очередь, как известно, структура системы определяется числом составляющих ее элементов А, их свойствами Р и связями между ними R, т.е. представляет собой множество S = {А; Р; R}. Функциональные параметры описываются математическими уравнениями, физическим аналогом или словесно (рис. 22) [48]. Сложная система состоит из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих элементов и обеспечивает выполнение некоторой достаточно сложной функции. Для выявления функциональных связей в сложных системах широко используются методы физического и математического моделирования или их различные сочетания.
Исходя из изложенного, следует, что реализация системного подхода в практике исследования масел с последующей количественной интерпретации получаемых зависимостей позволяет в перспективе повысить эффективность изучения сложных систем, какими, в частности, являются моторные масла, в особенности в процессе их работы в ДВС.
Исследование динамики мощности, удельного расхода топлива и расхода масла на угар
Приведенная выше программа позволила выявить влияние наработки до каждого из рассматриваемых видов текущих ремонтов и их количества на динамику параметров.
Для реализации варианта № 1 намеченной программы были проведены испытания двенадцати дизелей. После обработки результатов получены средние значения показателей динамики параметров.
Рассмотрим характер изменения технико-экономических параметров от начала эксплуатации до исчерпания ресурса дизеля. Результаты исследований показывают, что характер изменения различных параметров за одинаковый период испытаний значительно отличается. Период стабилизации мощности и удельного расхода топлива в 1,5 раза продолжительнее, чем расхода масла на угар и составляет соответственно 1500 и 1000 моточасов. Этот вызвано тем, что с ростом зазоров в стыке поршневых колец, а также зазоров кольцо - канавка поршня и гильза - поршень возрастает попадание масла в камеру сгорания, что компенсирует падение мощности при одновременном увеличении расхода масла на угар.
Скорость изменения параметров в процессе эксплуатации неодинакова. Скорость изменения расхода масла на угар значительно превышает эту скорость для удельного расхода топлива и мощности. Так, за период испытаний, соответствующий 10000 часов работы дизеля в эксплуатации, расход масла на угар увеличивается в 2,9 раза, в то время как мощность дизеля падает на 5,5 %, а удельный расход топлива возрастает на -5,7 %. Незначительное отличие скорости изменения мощности и удельного расхода топлива вызвано практически одинаковой природой их изменения, которая объясняется увеличением неплотностей камеры сгорания, уменьшением коэффициента избытка воздуха, некоторым, хотя и незначительным, уменьшением степени сжатия вследствие увеличения зазора в коренных и шатунных подшипниках. Расход масла на угар подвержен влиянию практически всех деталей цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма, поэтому изменение их технического состояния в большей степени проявляется на величине расхода масла, т.е. он более полно характеризует техническое состояние дизелей.
После замены деталей параметры дизеля улучшаются и на некоторое время стабилизируются, затем наблюдается более резкое их ухудшение по сравнению с предыдущими вариантами. Такое улучшение и стабилизация параметров в последующем варианте по сравнению с предыдущими объясняется в первую очередь уменьшением зазоров в сопряжениях. Так, при замене по варианту 2 уменьшается зазор кольцо - гильза и кольцо - канавка поршня; по варианту 3 - также и зазор гильза - поршень, палец -поршень и палец - верхняя втулка шатуна; по варианту 4 полностью восстанавливается сопряжение гильза - кольцо, по вариантам 5 и 6 -соответственно зазоры в коренных и шатунных подшипниках.
Замена деталей цилиндро-поршневой группы (поршневых колец, поршней, гильз цилиндров) по каждому из рассматриваемых вариантов заметно влияет на величины и динамику всех исследуемых параметров (Ne, ge, gM).
Наибольшее влияние на величины всех исследуемых параметров оказывают поршневые кольца. Влияние же поршней проявляется в большей степени на величине расхода масла на угар, чем на расходе топлива и снижении мощности. Этот вызвано преобладающим влиянием зазора кольцо - канавка поршня на расход масла. Влияние же зазора гильза - поршень, восстанавливаемого за счет замены поршней, менее значимо. На расход топлива и мощность преобладающее влияние оказывает замена гильз цилиндров, так как при этом дополнительно восстанавливается сопряжение гильза - поршень, сопряжение кольцо - гильза, в результате чего значительно снижается прорыв газов в картер. Прорыв газов в картер, в свою очередь, оказывает значительное влияние на мощность и топливную экономичность.
Данные по изменению мощности, удельного расхода топлива, расхода масла на угар после проведения ремонтных воздействий показали, что после замен деталей начальные величины параметров улучшаются; это вызвано уменьшением зазоров в сопряжениях дизелей. Улучшение начальных величин параметров, однако, сопровождается сокращением периода их стабилизации и увеличением скорости их дальнейшего изменения. С увеличением количества заменяемых деталей в сопряжениях динамика параметра улучшается, но не достигает уровня, соответствующего новым дизелям, поскольку при таких заменах не удается восстановить полностью техническое состояние всех сопряжений дизеля. Кроме того, новое сопряжение с частично восстановленной работоспособностью становится динамически более нагруженным.
С увеличением наработки до приведения ремонтных воздействий скорость изменения показателей функции, описывающих динамику параметров (U0, V, tc), увеличивается в связи с возрастанием износов деталей и зазоров в сопряжениях.
Аппроксимируя величины параметров, полученные после замен деталей при различных наработках после проведения одного ремонта, получаем уравнения влияния периодичности ремонтных воздействий.
Как показывают результаты исследований, влияние замен деталей на технико-экономические параметры зависит от наработки дизеля и при условии проведения одной замены деталей относительное изменение этого влияния в процессе эксплуатации практически постоянно, в то время как абсолютная его величина возрастает.
Для каждого варианта замен деталей относительное изменение можно охарактеризовать некоторой величиной, которая может изменяться лишь в пределах вариации. Коэффициент вариации относительного изменения начальной величины параметра после проведения ремонтных воздействий невелик. Так, для расхода масла на угар коэффициент вариации начальной величины параметров составил: по варианту №2 - 0,138; № 3 -0,133; № 4 - 0,186; № 5 - 0,253; № 6 - 0,167.
Вышеизложенное позволяет сделать вывод, что баланс параметров в динамике сохраняется.
Наибольшая роль в балансе параметров приходится на поршневые кольца ( 50 %). Остальные детали влияют меньше, тем не менее, влияние поршней и гильз цилиндров также достигает значительной величины. При этом поршни большую роль играют в балансе расхода масла на угар в сравнении с другими параметрами вследствие влияния зазора кольцо - канавка поршня, гильзы цилиндров - в балансе мощности и удельного расхода топлива вследствие влияния зазоров в замке колец и гильза -поршень.
После обработки результатов исследований по изменению показателей функции изменения параметров дизелей (V и tc) с учетом коэффициентов, учитывающих количество проведенных ремонтных воздействий, получены функции изменения коэффициента, характеризующего скорость изменения параметров и периода стабилизации в зависимости от периодичности и числа проведенных ремонтных воздействий, необходимые при оптимизации ремонтного цикла.
Обоснование эффективных средств очистки работающих автотракторных дизельных масел
Обоснование эффективного функционирования работающих дизельных масел возможно провести как с позиций термодинамики, так и с позиций кинетики, т.е. с учетом факторов, напрямую влияющих на устойчивость дисперсных систем.
Так, при попадании в масло твердых продуктов производство энтропии определяется зависимостью. Минимизация ps требует уменьшения среднего размера частиц загрязнения твердой фазы. Однако при малых значениях L растет объемная доля дисперсной фазы и, как следствие, вязкость системы г). Последнее для практики является крайне нежелательным и приводит к необходимости минимизации размера загрязнений до определенного значения, при котором сокращается требуемая устойчивость системы при незначительном росте ее вязкости.
В процессе работы в масле накапливаются твердые продукты (твердая фаза - ТФ), являющиеся результатом термохимических процессов или попадающие в масло извне. Одна часть ТФ удаляется из масла средствами очистки (Кф), а другая - отлагается в различных частях двигателя и в его смазочной системе (Кот). ПАВ масла могут концентрироваться на границе раздела сред, в частности, на границе раздела фаз "масло - поверхность твердой частицы дисперсионной среды". Адсорбция ПАВ или другие способы их взаимодействия с ТФ приводят к диспергированию последней, образованию сольватных оболочек, препятствующих слипанию (укрупнению) частиц и, как следствие, седиментации или гетероадагуляции.
В общем случае можно предположить, что эффективность удаления или выделения ТФ из масла зависит от ее количества (к), степени дисперсности твердой фазы (Д) и ее устойчивости (S). При этом не исключается наличие зависимостей S = f(fl) и К = ф(т).
В общем случае склонность ТФ к выделению из объема системы характеризуется показателем или критерием устойчивости.
Для повышения эффективности работы масла в условиях эксплуатации необходимо стремиться к К — min, а также к (Кф + Кот) - max при обязательном условии Кф К0т Наиболее эффективная работа масла в двигателе реализуется при оптимальной величине коллоидной устойчивости системы - КуСТ) что напрямую связано с коллоидной химией масла.
При Куст — max может отмечаться слабое удаление ТФ из масла путем фугования, которая со временем будет активно накапливаться в масле и при определенных условиях может мгновенно выпасть в различных узлах и деталях двигателя. Наоборот, при Куст -» min может иметь место постоянный активный рост загрязненности двигателя по мере наработки.
В дальнейшем в качестве наиболее эффективного способа поддержания эксплуатационных свойств работающих моторных масел на требуемом уровне был рассмотрен процесс фугования. При этом введение присадок в базовое масло обеспечивает большую чистоту поршня при наличии центрифуги в системе прежде всего вследствие меньшего количества отложений в поршневых канавках и на перемычках (табл. 17).
Анализ механизма срабатывания присадок и эффективности удаления путем центрифугирования твердых продуктов из смазочной системы позволяет интерпретировать полученные экспериментальные данные в координатных осях определенной зависимостью (рис. 45). При этом на оси ординат отложено произведение, один из сомножителей которого характеризует загрязненность канавок (Зк), а второе - количество отложений в первой канавке (М); на оси абсцисс - количество отложений в центрифуге (Р).
В целом, дополнительным доказательством повышения чистоты поршневых канавок при использовании процесса центрифугирования служат результаты сравнительных стендовых испытаний двигателя с использованием различных процессов очистки работающего масла, а именно: фильтрование или фугование.
В частности, в процессе стендовых испытаний двигателя КАМАЗ 740.51-320 на масле Экстра-Дизель (SAE 15W/40 CF-4/SG) (уровень экологических показателей соответствует нормам EURO-2) была оценена эффективность разных средств очистки масла. С этой целью были проведены испытания в два этапа. На первом этапе двигатель в штатной комплектации (с частично-поточным фильтром - ЧПФ очистки масла в смазочной системе) после обкатки отработал 200 м-час в режиме безотказности. На втором этапе была установлена центрифуга «НПП Квалитет», а ЧПФ заглушён - продолжительность испытания как и в первом случае составила 200 м-час.
Результаты испытаний, представленные в табл. 18, с одной стороны, показывают большую эффективность центрифугирования работающего масла по сравнению с его фильтрованием, а с другой -подтверждают эффект минимизации отложений в поршневых канавках.
При этом, в отличие от фильтрования, фугование дизельных масел инициирует образование меньшего количества оксикислот; как первичных продуктов трансформации масла под влиянием внешних воздействий (табл. 19). Следствием этого является снижение общей склонности к образованию ВТО, напрямую связанное с термолитическими превращениями масла, в частности, с количеством отложений в поршневых канавках.
Отмеченный факт можно объяснить тем, что вследствие фугования из масла эффективнее удаляются твердые продукты, в результате чего освобождается внутримицеллярная емкость детергентов (например, сульфонатов), активно поглощающие оксикислоты.
Похожие диссертации на Системный анализ управления качеством моторных масел для дизельных установок : На примере автотракторных дизелей ВВТ
