Методы контроля и диагностики эксплуатационных свойств смазочных масел по параметрам термоокислительной  стабильности (29.06.2009)

Автор: Безбородов Юрий Николаевич

Таким образом, на основании проведенных исследований установлена возможность расширения эксплуатационных свойств минеральных масел с синтетической добавкой и обоснована методическая база по контролю эксплуатационных показателей.

Количественная и качественная оценка влияния сталей на термокислительные процессы имеет важное значение в исследовании процессов самоорганизации трибосистем в части понимание механизма схватывание поверхностей трения и формирование защитных граничных слоев. С этой целью проведены исследования влияния углеродистых и подшипниковых сталей на термоокислительные процессы моторных масел. В качестве исследуемых материалов выбраны стали: Ст3, Ст10, Ст35 с содержанием углерода 0,3; 1,0 и 3,5% соответственно и сталь ШХ15. Оценка термоокислительной стабильности проводилась по коэффициенту поглощения светового потока, летучести и коэффициенту относительной вязкости.

Влияние содержания углерода в стали на термоокислительные процессы представлено зависимостью коэффициента поглощения светового потока после 20 ч испытания (рис. 18а).

Рис. 18. Зависимость коэффициента поглощения светового потока Кп (а) и летучести G (б) от содержания углерода в стали и температуры испытания минерального моторного масла М-10-Г2к: 1 – 180оС; 2 – 170оС; 3 – 160оС; 4 – 150оС; 5 – 140оС. Время испытания 20 ч

Установлено, что при температурах испытания 140?С и 150?С (кривая 4,5) содержание углерода в сталях практически не оказывает влияния на окислительные процессы, при температурах 160?С и 170?С (кривые 2 и 3) замедляют окислительные процессы. При температуре испытания 180 ?С все стали оказывают каталитическое влияние на процессы окисления (кривая 1). Такое влияние сталей на окислительные процессы смазочного материала оказывает поверхностная энергия твердого тела, которая увеличивается с повышением содержания углерода.

Летучесть практически сохраняет ту же тенденцию изменения от температуры испытания, что и коэффициент поглощения светового потока. Это наглядно показывает зависимость летучести от содержания углерода в сталях (рис. 18б).

Исследованиями установлено, что для температуры испытания 180 ?С стали являются катализаторами процессов окисления и испарения, для температур 160 и 170 ?С ингибиторами, а для температур 140 и 150 ?С они нейтральны. В связи с этим, ресурс смазочных масел при каталитическом влиянии сталей снижается до 15 %, при ингибиторном – увеличивается до 30 %.

Исследование влияния стали ШХ15 на окислительные процессы моторных масел обусловлено использованием этой стали для изготовления подшипников качения широко применяемых в агрегатах и узлах машин и механизмов. Они смазываются как жидким маслом различного назначения, так и пластическими смазками. Влияние стали ШХ15 на процессы окисления оценивалось в сравнении результатов испытания на термоокислительную стабильность моторных масел без стали и со сталью (рис. 19). Испытаниям подвергались масла на минеральной, частично-синтетической и синтетической базовой основах.

Рис. 19. Зависимость коэффициента поглощения светового потока от времени испытания частично синтетического моторного масла Chevron Supreme 10W-40 SJ/CF при циклическом изменении температуры: 1 - товарное масло; 2 - тоже со сталью ШХ15; 1,3,5,7,9 - циклы повышения температуры; 2,4,6,8 - циклы понижения температуры.

На основании полученных экспериментальных данных установлено, что сталь ШХ15, при комплексной оценке термоокислительных процессов моторных масел, является ингибитором для минерального масла и катализатором для частично-синтетического и синтетического масел.

Полученные выводы подтверждаются результатами исследований и должны учитываться при выборе смазочного материала для подшипников качения при проектировании машин и агрегатов.

В пятом разделе диссертации представлен комплекс испытаний по оценке противоизносных свойств товарных и работавших моторных масел и механохимических процессов, протекающих на фрикционном контакте, исследуемых электрометрическим методом (рис. 20).

Рис. 20. Диаграммы записи тока, протекающего через фрикционный контакт от стабилизированного источника постоянного напряжения при испытании товарных моторных масел: 1 - М-10-Г2К; 2 - Лукойл Супер 10W-40 SG/CD; 3 - Лукойл Синтетик 5W-40 SL/CF.

Противоизносные свойства оценивались по диаметру пятна износа на шаре, а интенсивность механохимических процессов по коэффициенту электропроводности фрикционного контакта КЭ.

Электрометрический метод определения механохимических процессов, протекающий на фрикционном контакте, позволяет при испытании товарных, искусственно окисленных и отработанных масел установить продолжительность пластической, упругопластической и упругой деформаций, а так же склонность масел к образованию защитных граничных пленок и качественно определять влияние продуктов окисления и старения на эти процессы (рис. 21).

Рис 21. Диаграмма записи тока, протекающего через фрикционный контакт при испытания отработанных моторных масел

В качестве критерия оценки противоизносных свойств П предложено соотношение концентрации нерастворимых продуктов окисления к площади пятна износа.

П = Кпн/Sп, (10)

где Кпн – концентрация нерастворимых продуктов окисления; Sп – площадь пятна износа, мм2,

что позволяет обосновать предельное состояние смазочных масел, определить производительность системы фильтрации и остаточный ресурс.

Приведенная плотность нерастворимых продуктов старения на фактической площади контакта предложена в качестве показателя работоспособности смазочных масел, что позволяет обосновать предельную концентрацию нерастворимых продуктов старения и установить сроки смены масел.

Разработанная комплексная методика испытания позволяет обосновать критерий предельного состояния смазочного масла и определяемого выражением

U = f(tg?КЭ) (11)

где tg – суммарное время пластической и упругой деформации; КЭ – коэффициент электропроводности.

Применение данного критерия позволяет обоснованно определить потенциальный ресурс смазочных масел и с учетом степени их окисления и диагностировать смазочные масла в процессе эксплуатации техники.

В шестом разделе диссертации рассматривается применение разработанных методов и средств контроля при классификации, сертификации и идентификации товарных моторных и трансмиссионных масел, их выборе для узлов различной степени нагруженности на стадии проектирования, диагностирования работающих масел с целью повышения эффективности их использования смазочных масел и повышения надежности техники в период ее эксплуатации.

Разработана и апробирована технология оценки качества товарных и работающих смазочных масел (рис. 22,23), позволяющая осуществлять контроль за их состоянием в процессе эксплуатации техники и корректировать эксплуатационный ресурс в зависимости от режимов и условий эксплуатации с помощью разработанных средств контроля и предлагаемых технологий (патенты РФ 2247971, №2298173, № 2274850, №2318206, №2334976 и а.с. № 20005611135). В качестве параметров оценки предложены коэффициенты поглощения светового потока, относительной вязкости, летучести, температуры начала окисления и испарения, потенциального ресурса, скорости термоокисления, интенсивности накопления продуктов окисления, диспергирующие и моющие свойства.

Применение предлагаемых показателей и средств контроля позволяет определить концентрацию общих, растворенных и нерастворенных продуктов окисления и старения смазочных масел, состояние фильтрующих элементов и цилиндропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания, отработанный ресурс смазочных масел и прогнозировать остаточный.

Рис. 22. Блок-схема технологии классификации жидких смазывающих материалов при сертификации и идентификации

Рис. 23. Блок-схема технологии диагностирования работающих жидких смазывающих материалов

Разработанные новые технологии и средства контроля могут применяться как мобильно, так и стационарно, на автотранспортных предприятиях, станциях технического обслуживания, пунктах замены смазочных материалов, АЗС, нефтебазах, складах хранения горюче-смазочных материалов и лабораториях заводов по производству смазочных масел.

Отдельные этапы работы внедрены в учебный процесс высших учебных заведений и изложены в учебных пособиях, внедрены на производственных предприятиях Ангарска, Ачинска, Нижнекамска, Красноярска.

Основные научные и практические результаты и выводы

1. Комплексная методика исследования смазочных масел при статических и циклических температурах испытаниях на основе использования метода прямого фотометрирования по определению термоокислительной стабильности, скорости термоокислительной реакции, интенсивности образования продуктов окисления, температурной области работоспособности и потенциального ресурса, что позволяет получить обширную информацию о работоспособности масел в условиях эксплуатации техники и лечь в основу классификационных испытаний при их стандартизации и идентификации. Предлагаемая методика защищена охранными документами (патенты РФ 2247971, №2298173, № 2274850, №2318206, №2334976 и а.с. № 20005611135).

2. Функциональные зависимости в виде уравнений регрессии процесса термоокисления минеральных, частично синтетических и синтетических масел различного назначения при статических и циклических температурах испытаниях, дающие возможность количественно оценить влияние базовой основы и присадок на процессы окисления, а интенсивность образования продуктов окисления и скорость термоокислительной реакции предложены в качестве показателей потенциального ресурса смазочных масел для их идентификации и классификации по группам эксплуатационных свойств .

3. Механизм термоокисления смазочных масел, характеризующий перераспределением поглощенной теплоты, как показатель образования продуктов окисления и летучести, влияние температуры на процесс образования и состав продуктов окисления. Показана возможность использования этих показателей в качестве оценки тепловых преобразований смазочных масел и процессов самоорганизации при термоокислении.

4. Механизм влияния доливов на ресурс смазочных масел, показывающий что доливы для минеральных и частично синтетических масел увеличивают ресурс в зависимости от эксплуатационной температуры до 30%, а для синтетических масел – уменьшают на 13%. В качестве параметра оценки влияния доливов предложен коэффициент, учитывающий количество теплоты затраченной на образование продуктов окисления и испарение при термостатировании масел без доливов и с доливами, что позволяет корректировать сроки замены масел и повысить эффективность их применения.

6. Метод количественной оценки влияния смесей минерального масла с синтетической добавкой, доказывающий возможность улучшения эксплуатационных свойств, увеличения ресурса и улучшения вязкостно-температурных характеристик минеральных масел, что позволяет обоснованно определить соотношение масел в смеси.

7. Метод оценки влияния углеродистых и подшипниковых сталей на термоокислительные процессы моторных масел, позволяющий количественно и качественно оценить процессы самоорганизации трибосистем в части понижения механизма схватывания поверхностей трения и формирования защитных граничных слоев. Предложен коэффициент каталитического влияния сталей в качестве критерия оценки процессов самоорганизации в трибосистемах, определяемый разностью коэффициентов тепловых преобразований при испытании товарных масел без сталей и со сталями, что позволяет обоснованно осуществлять выбор совместимых элементов трибосистем.

8. Электрометрический метод оценки противоизносных свойств смазочных материалов, позволяющий определить склонность товарных и работающих масел к формированию защитных граничных слоев при граничном трении скольжения. Показано, что для любой трибосистемы существует область параметров трения, при которых скорость образования защитных граничных слоев максимальна при минимальном износе пар трения, а коэффициент электропроводности рекомендован в качестве критерия оценки совместимости элементов трибосистемы, что позволяет обоснованно осуществлять их выбор в зависимости от режимов трения.


загрузка...