Методы контроля и результаты исследования состояния моторных масел двигателей внутреннего сгорания в условиях длительного хранения и эксплуатации

методы контроля и результаты исследования состояния моторных масел двигателей внутреннего сгорания в условиях длительного хранения и эксплуатации Рассмотрены основные методы контроля эксплуатационных свойств моторных масел, проведён анализ изменения их физико-химических свойств в зависимости от сроков хранения. Предложены показатели качества моторных масел, позволяющие обосновать предельное состояние, по достижению которого необходима их замена.

Монография

Институт нефти и газа

Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ Монография

Красноярск СФУ 2016 1

УДК 621.892.004.4 ББК 39.33-082-326 М425

Р е ц е н з е н т ы: Н. И. Селиванов, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Тракторы и автомобили» Красноярского государственного аграрного университета; Л. А. Фельдман, кандидат технических наук, заслуженный работник нефтяной и газовой промышленности Российской Федерации, главный инженер ОАО «Красноярскнефтепродукт»

М425

Методы контроля и результаты исследования состояния моторных масел двигателей внутреннего сгорания в условиях длительного хранения и эксплуатации : монография / В. И. Верещагин, М. М. Рунда, Б. И. Ковальский, Ю. Н. Безбородов. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2016. – 188 с. ISBN 978-5-7638-3424-6 Рассмотрены основные методы контроля эксплуатационных свойств моторных масел, проведён анализ изменения их физико-химических свойств в зависимости от сроков хранения. Предложены показатели качества моторных масел, позволяющие обосновать предельное состояние, по достижению которого необходима их замена. Предназначена для студентов и аспирантов технических специальностей, инженерно-технических работников, занимающихся производством смазочных материалов, проектированием, конструированием и эксплуатацией машин и механизмов.

Электронный вариант издания см.: http://catalog.sfu-kras.ru ISBN 978-5-7638-3424-6

2

УДК 621.892.004.4 ББК 39.33-082-326 © Сибирский федеральный университет, 2016

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 6 1. АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА СОСТОЯНИЕ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ТЕХНИКИ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ................................................. 7 1.1. Виды и методы хранения техники ......................................................... 7 1.2. Загрязнения в нефтяных маслах и методы их определения ................ 8 1.3. Влияние загрязнённости моторных масел на работу двигателей внутреннего сгорания ...................................... 12 1.4. Защитные и коррозионные свойства моторных масел ...................... 13 1.5. Изменение свойств моторных масел при эксплуатации двигателей ............................................................... 17 1.6. Анализ современных методов контроля процессов старения моторных масел ................................................... 20 1.7. Обоснование комплексного метода текущего контроля качества моторных масел при хранении и эксплуатации техники................................................ 25 2. АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА РЕСУРС МОТОРНЫХ МАСЕЛ В ПЕРИОД ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕХНИКИ............................................ 28 2.1. Факторы, влияющие на ресурс моторных масел ............................... 28 2.2. Анализ моторных масел, применяемых при эксплуатации двигателей .............................................................. 33 2.3. Основные виды трения и изнашивания узлов ДВС........................... 35 2.4. Современные методы оценки эксплуатационных свойств моторных масел ..................................................................................... 39 2.5. Современные методы оценки термоокислительной стабильности смазочных материалов ................................................. 44 3. КОМПЛЕКСНЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ МЕХАНИЗМА СТАРЕНИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ХРАНЕНИИ ТЕХНИКИ ...................................... 49 3.1. Метод контроля состояния моторных масел при длительном хранении техники ...................................................... 49 3.2. Метод контроля термоокислительной стабильности, противоизносных свойств товарных масел и масел с различным сроком хранения ............................................... 53 3

4. МЕТОД КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОТРАБОТАННЫХ И РАБОТАЮЩИХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ПО ПАРАМЕТРАМ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ И ПРОТИВОИЗНОСНЫМ СВОЙСТВАМ ............ 55 4.1. Метод контроля отработанных и работающих моторных масел ........................................................... 55 4.2. Метод контроля противоизносных свойств отработанных и работающих моторных масел .................................. 59 4.3. Методика обработки результатов исследования моторных масел ..................................................................................... 61 5. СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ И ИЗМЕРЕНИЯ .............................................. 65 5.1. Основные требования к средствам контроля и измерения ............... 65 5.2. Прибор для определения оптических свойств смазочных материалов .......................................................................... 66 5.3. Характеристика прибора для термостатирования смазочных материалов .......................................................................... 67 5.4. Малообъёмный вискозиметр ................................................................ 69 5.5. Малообъёмная центрифуга................................................................... 71 5.6. Электронные весы ................................................................................. 71 5.7. Трёхшариковая машина трения ........................................................... 71 6. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СТАРЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ХРАНЕНИИ ТЕХНИКИ ...................................... 73 6.1. Результаты анализа минеральных моторных масел МТ-16П при длительном хранении парка машин ............................................. 73 6.2. Результаты анализа минеральных моторных масел М-16ИХП-3 при длительном хранении парка машин ............................................. 82 6.3. Результаты исследования термоокислительных процессов и противоизносных свойств товарного моторного масла МТ-16П ................................................... 86 6.4. Результаты исследования термоокислительных процессов и противоизносных свойств товарного моторного масла М-16ИХП-3 ............................................ 93 6.5. Результаты исследования термоокислительных процессов и противоизносных свойств товарного моторного масла М-16Г2ЦС .............................................. 99 6.6. Результаты исследования влияния сроков хранения минеральных моторных масел М-16ИХП-3 на физико-химические и противоизносные свойства ...................... 108 4

6.7. Исследование влияния сроков хранения минеральных моторных масел МТ-16П на физико-химические и противоизносные свойства ...................... 116 7. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОТРАБОТАННЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ............................................ 125 7.1. Результаты исследования отработанных частично синтетических моторных масел......................................... 125 7.2. Результаты исследования отработанных синтетических моторных масел ......................................................... 133 7.3. Различия в механизме старения моторных масел разных базовых основ ......................................................................... 139 7.4. Результаты исследования противоизносных свойств отработанных масел............................................................................. 141 7.5. Динамика изменения эксплуатационных свойств моторных масел за нормативный срок службы ................................ 148 8. РАЗРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО КОНТРОЛЮ СОСТОЯНИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ .................... 153 8.1. Технология диагностирования моторных масел при хранении парка машин................................................................ 153 8.2. Технология определения концентрации воды в моторных маслах ............................................................................. 154 8.3. Технология оценки противоизносных свойств моторных масел .................................................................................. 155 8.4. Технология определения снижения потенциального ресурса моторных масел при длительном хранении ..................................... 156 8.5. Предложения по снижению скорости процессов старения моторных масел при длительном хранении ..................................... 159 8.6. Технология определения предельного состояния отработанных моторных масел ......................................................... 162 8.7. Технология определения текущего контроля состояния работающих моторных масел .......................................... 164 8.8. Технология диагностирования состояния фильтрующих элементов системы смазки двигателя ...................... 165 8.9. Технология диагностирования технического состояния цилиндропоршневой группы .............................................................. 167 8.10. Технология диагностирования противоизносных свойств работающих моторных масел ........................................................... 167 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................... 169 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .............................................................................. 172 ПРИЛОЖЕНИЕ ............................................................................................... 181 5

ВВЕДЕНИЕ Долговечность двигателей внутреннего сгорания (ДВС) зависит от качества моторных масел, свойства которых в процессе эксплуатации изменяются, поэтому важно осуществлять контроль их состояния в процессе эксплуатации ДВС. Работа ДВС на непригодном масле вызывает износ деталей, а слив доброкачественного масла увеличивает себестоимость эксплуатации техники. Контроль состояния моторных масел позволяет повысить не только эффективность их применения, но и долговечность ДВС в целом. Обеспечение надёжности двигателей внутреннего сгорания – комплексная задача, решаемая в различных направлениях, основными из которых являются контроль работоспособности моторных масел в условиях эксплуатации, а также обоснование браковочных показателей для оценки качества работающих масел и определения срока их службы. В настоящее время ресурс моторных масел регламентируется заводами-изготовителями, а контроль их состояния и сроки замены обеспечиваются системой технического обслуживания, рекомендованной производителями транспортных средств. Ресурс моторных масел оценивается по пробегу в километрах пройденного пути или наработкой в моточасах. Такая система оценки имеет ряд существенных недостатков: ресурс моторных масел, установленный в моточасах или километрах пробега, не учитывает индивидуальных условий эксплуатации, технического состояния ДВС, качества самого масла, что снижает эффективность их использования. В данной монографии исследованы товарные и отработанные моторные масла, определены некоторые подходы к комплексному решению проблемы контроля состояния моторных масел, учитывающему изменение основных физико-химических показателей качества масла в зависимости от условий эксплуатации техники и потенциального ресурса при её длительном хранении.

6

1

АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА СОСТОЯНИЕ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ТЕХНИКИ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ 1.1. Виды и методы хранения техники

Хранение техники – это период эксплуатации, при котором она не используется в определенном интервале времени, а работоспособное состояние поддерживается за счет применения способов и средств защиты от воздействия факторов внешней среды и выполнения комплекса организационно-технических мероприятий [1]. Постановке на хранение подлежит техника, которая не планируется к применению по назначению более месяца. В зависимости от длительности перерыва в использовании машин установлено два вида хранения: кратковременное (до одного года) и длительное (более одного года). Комплекс организационно-технический мероприятий по поддержанию работоспособности техники при хранении включает: ● постановку техники на хранение и ее обслуживание в процессе хранения в установленные сроки; ● разработку и осуществление мероприятий по сокращению сроков снятия ее с хранения; ● контроль технического состояния техники и качества проводимых работ, своевременное устранение обнаруженных недостатков; ● создание необходимых условий для качественного хранения и обслуживания техники; применение современных диагностических средств контроля технического состояния техники, находящейся на хранении. При постановке техники на хранение она может быть законсервирована двумя методами: консервация техники без герметизации с использованием консервационных смазок; консервация техники с герметизацией и использованием влагопоглотителей. Работы по подготовке техники к хранению планируются и выполняются в следующем порядке [1]: анализируется техническое состояние техники с проверкой функционирования механизмов, приборов, систем и другого оборудования; в ходе выполнения этих работ устраняются все выявленные неисправности, при необходимости состояние отдельных агрегатов и систем проверяется пробегом машин в объёме 15 км для гусеничных и 50 км для колесных машин; проводится обслуживание машин в объёме ТО-1 или ТО-2; в зависимости от установленных сроков хранения или наработки проводится замена горюче-смазочных материалов (ГСМ) и спецжидкостей, окраска (подкраска) агрегатов и узлов и их консервация. 7

На машинах длительного хранения применяются только всесезонные или зимние сорта основных марок горючего, масел, смазок и спецжидкостей, срок изготовления которых не более 1 года. Применение заменителей ГСМ на машинах длительного хранения не допускается. Анализы качества ГСМ должны быть сделаны до заправки техники. Замена горючего, масел, смазок и жидкостей производится по истечении срока их хранения или при отработке ими установленных сроков. Если при проверках в горючем, маслах, смазках и спецжидкостях обнаруживаются механические примеси, вода, а также при порче их по другим причинам (разжижение, расслоение и др.) они заменяются с обязательной промывкой систем, агрегатов и узлов.

1.2. Загрязнения в нефтяных маслах и методы их определения В процессе производства нефтяных масел они загрязняются веществами, содержащимися в исходном сырье. Состав и концентрация этих веществ приводятся в работах [2, 3]. Кроме того, в нефтях, используемых для выработки масел, содержатся органические загрязнения, представляющие собой углеводороды и продукты их окисления. Так, на асфальтосмолистые вещества в легких нефтях приходится до 4–5 % (масс.), а в нефти с высокой плотностью их содержание достигает 20 % (масс.) [4]. Смолистые вещества могут образовываться и в процессе переработки нефти в результате химических превращений парафинов, нафтенов, ароматических углеводородов и гетероорганических соединений. Химический состав пыли определяет гранулометрический состав, а от него зависит способность пыли находиться в атмосфере во взвешенном состоянии. Количество загрязнений G, попадающих в масло из атмосферы, определяется по формуле G = n ⋅ cv, (1.1) где n – количество перекачки нефтепродуктов; с – концентрация пыли в атмосферном воздухе; v – объем перекачки нефтепродукта, м3. Концентрацию атмосферных загрязнений определяют непосредственно путем замера запыленности воздуха методами, изложенными в работе [5]. При хранении масел в резервуарах атмосферный воздух попадает в резервуар при вентиляции газового пространства, тогда количество атмосферной пыли, попадающей в резервуар, можно рассчитать по формуле [2]

G = c ⋅μ ⋅ Sотв ⋅ τ 2 g 8

H (ρсм ⋅ρв ) , ρсм

(1.2)

где µ – коэффициент расхода отверстия; Sотв – площадь отверстия; м2; τ – продолжительность вентиляции, с; g – ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с2; Н – расстояние между отверстиями, м; ρсм и ρв – плотность соответственно масло-воздушной смеси и воздуха, кг/м3. Атмосферная пыль попадает в масло при его сливе и наливе открытой струей, транспортировании, запылении приемных и раздаточных рукавов, сливных труб, присоединительных устройств и другого технологического оборудования. Атмосферная влага, попадающая в масло из воздуха, растворяется или конденсируется на поверхности. Растворимость воды в масле значительно увеличивается в маслах с присадками [6]. Микробиологические загрязнения (бактерии, грибки, пирогенные вещества) попадают в масла из атмосферы и начинают там размножаться. Известно более 100 видов микроорганизмов, содержащихся в почве, сточных водах, органических остатках растительного и животного происхождения. Росту микроорганизмов способствуют вода, воздух и минеральные соли. Количество микроорганизмов оценивается экспериментально по методике, изложенной в работе [7]. В нефтяных маслах присутствуют продукты химической или электрохимической коррозии конструкционных материалов. Методики определения количества прокорродированного металла изложены в работе [8]. При наличии в масле воды коррозионно-активные вещества диссоциируют в водном растворе на ионы, и тогда коррозия носит электрохимический характер. Электрохимическая коррозия особенно интенсивна при контакте обводненного масла с металлами, имеющими разный электрохимический потенциал. Количество прокорродированного металла Gµ (г) определяется выражением [9]

Gμ =

τ⋅ A ⋅ I, F ⋅n

(1.3)

где τ – время прохождения тока, с; А – атомная масса металла; F – число Фарадея 96494 Кл/г-экв; I – сила тока, А. Износные загрязнения попадают в масло вследствие механического износа перекачивающего оборудования и замерной арматуры на нефтебазах, а также износа агрегатов масляных и гидравлических систем, смазываемых деталей двигателей, машин и механизмов. Оценить количество износных загрязнений можно только экспериментальным путем или моделированием интенсивности изнашивания в лабораторных условиях. Значительное количество загрязнений возникает в маслах из-за окисления, особенно при высоких температурах и присутствии катализаторов (различных металлов и их солей) [10]. В настоящее время разработаны методы, позволяющие оценить способность масел сопротивляться окислению 9

[11–17]. Однако эти методы не позволяют точно оценить количество загрязнений, что связано с многообразием факторов, влияющих на процесс окисления масла, поэтому необходимые данные могут быть получены только экспериментально в реальных условиях эксплуатации. Особые трудности представляет количественная оценка загрязнений, образующихся в результате окисления моторных масел. Известно, что в зависимости от температуры масла продукты окисления могут быть в двигателе в виде лаков, нагара или осадков. Лаковые отложения имеют высокую прочность, они отлагаются на поршне и практически не попадают в масло. Нагар – твердый слой, покрывающий стенки камеры сгорания и днище поршня, он непостоянен по составу и структуре (может быть плотным, рыхлым, пластинчатым, зернистым). В процессе работы двигателя нагар может частично разрушаться, а его частицы попадают в картер двигателя, загрязняя масло. Наибольшее загрязняющее действие на масла оказывают осадки, содержащие воду, карбены, карбоиды, асфальтены и неорганические вещества. Образованию осадка способствует вода, попадающая в картер двигателя при плохой его вентиляции, понижении температуры масла и охлаждающей жидкости, так как в этих условиях ускоряется конденсация водяных паров как продукта сгорания топлива. Интенсивность образования осадка зависит от качества топлива и режимов работы двигателя, определяющих температуру и характер сгорания топлива. Для оценки количества загрязнений в виде нагара и осадков достаточно точных методов не существует. Коксуемость масла не позволяет судить о степени нагарообразования, так как этот процесс в лабораторных условиях идет иначе, чем в двигателе. Термоокислительная стабильность масел характеризует их склонность к лакообразованию, а кислотное число является обобщенным показателем и не характеризует структуру и строение продуктов кислого характера. Также недостаточно изучено влияние кислых продуктов на противоизносные свойства масел, особенно при граничном трении скольжения. Моторные методы испытания тоже не могут однозначно определить вероятность образования в масле того или иного количества загрязнений, так как условия работы двигателя на стенде отличаются от условий эксплуатации. Углеводородные загрязнения могут образовываться не только при использовании моторных масел в системе смазки двигателей, но и при соприкосновении их с нагретыми деталями, в результате чего происходит термическое разложение с образованием загрязнений. Склонность нефтяных масел к термическому разложению зависит от углеводородного состава. Более склонны к термическому разложению масла, в состав которых входят углеводороды, имеющие длинные молекулы разветвленного строения [2]. 10

Интенсивность термического разложения углеводородов, входящих в состав нефтяных масел, возрастает с повышением температуры. Так, в пределах от 400 до 450 оC с увеличением температуры на 10 оC в соответствии с законом Вант-Гоффа термическое разложения увеличивается в два раза. Кроме температуры на термическое разложение углеводородов влияет присутствие металлов, например меди и цинка, которые значительно снижают температуру деструкции. Для оценки степени загрязнения масла применяют качественные и количественные методы, изложенные в работе. Качественные методы служат для предварительной оценки чистоты масел и применяются при довольно высокой концентрации загрязнений. К количественным методам относится определение массы твердых загрязнений в масле по ГОСТ 6370–59, в котором предусмотрено разбавление навески загрязненного масла бензином Б-70 или бензолом с последующей фильтрацией через беззольный фильтр «красная лента», взвешиваемой до и после анализа. Более точным является метод определения чистоты масел по ГОСТ 12275–66, предусматривающий фильтрацию пробы масла в вакууме через мембранный фильтр № 4 (размер пор 1,2 мкм). Рассмотренные методы определения массы твердых загрязнений недостаточно характеризуют чистоту масла, поэтому при наличии большого количества частиц малой плотности применяют объемные методы, предусматривающие центрифугирование проб масел на высокооборотной центрифуге. Гранулометрический состав загрязнений в маслах определяют седиментационным и микроскопическим методами, основанными на различных принципах оптики, фотоэлектронными, ультразвуковыми и др. В основе седиметационного метода лежит определение эквивалентного диаметра частиц по скорости их осаждения в масле на основании закона Стокса. Долю частиц близких размеров подсчитывают с помощью весов, осаждением на суперцентрифуге или оптическими методами. Микроскопические методы определения гранулометрического состава загрязнений получили широкое распространение вследствие ряда их преимуществ перед седиментационными: высокая точность; возможность подсчета частиц определенного размера; независимость от плотности частиц. Частицы подсчитывают с помощью микроскопа после их осаждения на бумажном или нитроцеллюлозном фильтрах. В работе [9] излагается способ определения числа и размера частиц загрязнений в масле, основанный на принципах светорассеяний под малыми и большими углами; в первом случае можно фиксировать частицы размером от 2 до 100 мкм, во втором от 0,1 до 10 мкм. Ультразвуковые методы определения гранулометрического состава загрязнений основаны на изменении скорости распространения и поглощения ультразвука в жидкости из-за наличия в ней твердых частиц. 11

Химический состав твердых загрязнений в маслах определяют лабораторными методами количественного анализа и инструментальными методами. Известно, что концентрация химических элементов, входящих в состав загрязнений, незначительная, что затрудняет применение метода титрования. Для определения содержания железа в масле практическое применение нашли колорометрический или фотоколометрический методы, основанные на способности водных растворов солей железа при реакции с сульфосалициловой кислотой давать окрашенные растворы, имеющие разную оптическую плотность в зависимости от концентрации в них железа. Из инструментальных методов определения элементного состава загрязнений применяют метод нейтронной активации, полярографический и спектральный анализы. Метод ИК-спектроскопии позволяет определить содержание в масле некоторых продуктов его окисления и карбонильных соединений. Для определения содержания воды в масле применяют методы, основанные на испарении воды с последующей конденсацией паров, а также на химическом взаимодействии воды с некоторыми веществами, выделяющими газы или повышающими температуру реакции. Конструкции приборов, применяемых для измерения количества твердых загрязнений и воды, подробно описаны в работах [18, 19, 35].

1.3. Влияние загрязнённости моторных масел на работу двигателей внутреннего сгорания Загрязнения в моторных маслах вызывают повышенный износ сопряженных деталей двигателя, увеличивают нагарообразование, засоряют маслоподводящие каналы, очистительные устройства, нарушают температурный режим [20, 21]. Наиболее распространенным видом износа деталей двигателя является абразивный [22], который проявляется вследствие попадания твердых частиц в слой жидкой смазки, разделяющей поверхности трения. Величина абразивного износа зависит от размеров частиц, их соизмеримости с зазорами между поверхностями трения, а также от формы и твердостей частиц. Автором [23] показано, что неорганические загрязнения масел в первую очередь влияют на износ коренных и шатунных шеек коленчатого вала, а загрязнения, попадающие в двигатель с воздухом, способствуют износу поршней. Износ гильз цилиндров и подшипников коленчатого вала происходит в результате суммарного воздействия загрязнений обоих видов. Установлено [24], что с повышением твердых частиц в масле от 0,05 до 0,2 % (масс.) скорость износа верхних поршневых колец и гильз цилиндров увеличивается более чем в два раза. По12

скольку долговечность поршневого двигателя определяется степенью износа деталей цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунного механизма, то количество твердых частиц неорганического происхождения является важным показателем при эксплуатации двигателя. Органические загрязнения при их небольшом содержании в масле не оказывают такого влияния на износ, как твердые неорганические частицы. Однако они играют и отрицательную роль: засоряют маслопроводы, масляные каналы и фильтры, нарушают температурный режим работы двигателя. Поэтому наряду с удалением из масла твердых неорганических частиц необходимо одновременно принимать меры к ограничению углеводородных загрязнений с целью увеличения ресурса моторных масел. Испытаниями работающих моторных масел авторами работ [25–28] установлены три характерных вида изнашивания: окислительное, смешанное и абразивное. Тот или иной вид изнашивания определяется концентрацией нерастворимых продуктов старения, образующихся в процессе эксплуатации двигателей внутреннего сгорания. В качестве критерия оценки вида изнашивания предложена удельная плотность нерастворимых продуктов старения на площади фрикционного контакта. Установлено, что при переходе одного вида изнашивания в другой происходит изгиб зависимости концентрации нерастворимых продуктов старения на площади фрикционного контакта от общей концентрации продуктов старения в масле. Однако при установленных сроках смены масел по пробегу абразивный участок не установлен для партии исследованных масел. Применение предложенного критерия позволяет оценить объективность установленного ресурса масел для конкретных двигателей и степени их нагруженности.

1.4. Защитные и коррозионные свойства моторных масел Защита деталей машин от коррозии актуальна на всех стадиях: изготовления, эксплуатации и хранения техники. Это одна из важнейших проблем химмотологии. При хранении техники на открытых площадках двигатели подвергаются коррозионному воздействию, вызывающему ржавление таких деталей, как зеркало цилиндров, поршневые кольца, подшипники скольжения, кулачки, толкатели механизма газораспределения и др. Под влиянием коррозионных процессов поверхностный слой деталей разрыхляется и разрушается, что неизбежно повышает износ и снижает долговечность двигателя в целом [29]. Коррозионные процессы усиливаются с повышением влажности и температуры воздуха. Коррозионное воздействие особенно интенсивно, если двигатель эксплуатируется или хранится в районах влажного жаркого тропического и морского кли13

мата. Коррозионные свойства масел зависят от наличия в них органических кислот, перекисей и других продуктов окисления, сернистых соединений, неорганических кислот, щелочей и воды. Товарные масла характеризуются низкой коррозионной активностью. Присутствие в товарных маслах органических кислот связано с их неполным удалением в процессе очистки и оценивается кислотным числом. Для товарных масел оно не превышает 0,4 мг КОН на 1 г масла. В процессе эксплуатации двигателя содержание кислот в масле возрастает в 3–5 раз и зависит от его химической стабильности, содержания антиокислителей и условий работы. Эти кислоты наиболее опасны, так как растворяются в воде и диссоциируют на ионы. Исследованиями Н. И. Черножукова [10] установлено, что при сгорании масла образующиеся высокомолекулярные органические кислоты действуют на металлы, подвергающиеся электрохимическому растворению только в присутствии кислорода и воды. Электрохимическую коррозию можно представить в виде реакции металла (Ме) с водой и кислородом: Me + H 2O + 1 O 2 → Me(OH) 2 , 2 Me(OH) 2 + 2RCООH → Me(RCОО) 2 + 2H 2 O.

(1.4) (1.5)

Коррозионная активность высокомолекулярных органических кислот опасна для цветных металлов и сплавов. Кроме того, коррозионная активность масел связана также с содержанием в них сернистых соединений (15–20 %) в виде сульфидов, компонентов остаточной серы, видоизменение которых при повышенных температурах приводит к появлению сероводорода, меркаптанов и других активных продуктов. Работа двигателя на сернистом топливе вызывает появление неорганических кислот. За счет конденсации в картере двигателя серного и сернистого газов совместно с парами воды происходит образование серной и сернистой кислот, которые наиболее сильно разрушают свинец и кадмий. Защитные свойства масел обуславливаются созданием защитного слоя на поверхности металла, который, в свою очередь, состоит из трех слоев. Нижний слой представляет собой химическое соединение компонентов масла с металлом (хемосорбционный слой); средний образуется за счет адсорбции поверхностно-активных веществ (адсорбционный слой); верхний слой – объемный слой масла, он не защищает поверхности от проникновения влаги и газов, а наоборот их транспортирует. Так, основным барьером, снижающим коррозионную активность работающих масел, являются поверхностно-активные и химически активные вещества, выполняющие роль ингибиторов коррозии, способствующие образованию на металлических поверхностях защитных слоев (пленок). 14

Коррозионные процессы в двигателях подавляют следующими способами: нейтрализацией кислых продуктов; замедлением окислительных процессов; созданием на металлических поверхностях защитных пленок. Для замедления процессов окисления в масла вводят антиокислительные присадки, однако они полностью не предотвращают накопление продуктов окисления, поэтому для создания на поверхностях защитной тонкой пленки в масла вводят пассиваторы. Эти органические соединения, содержащие серу, фосфор или хлор, способны в результате химического взаимодействия присадки с металлом образовывать на поверхностях деталей стойкие защитные пленки. Кроме того, для уменьшения коррозионного износа в масла вводят антикоррозионные присадки, обладающими щелочными свойствами, обеспечивающими нейтрализацию кислых продуктов. Основные области применения вышеперечисленных защитных материалов представлены в табл. 1.1. Таблица 1.1 Области применения консервационных смазочных материалов [30] Вид материала Основное назначение Ингибиторы коррозии: маслорастворимые (МИК) Для внутренней консервации металлоизделий. Компонент моторных и трансмиссионных масел с улучшенными свойствами, ПИНС, ЗВВС, КМ, РКМ водорастворимые (ВМИК) Для защиты составов и композиций водорастворимые (ВИК) То же консервационные масла Для защиты от коррозии наружных и внутренних (КМ) поверхностей техники, запасных частей и инструмента, хранящихся без непосредственного воздействия климатических факторов рабоче-консервационные мас- Для хранения, транспортирования, периодической и ла (РКМ) постоянной эксплуатации техники Пленкообразующие ингибированные нефтяные составы: группа Д-1 Для длительной консервации наружных поверхностей грузовых автомобилей, сельскохозяйственной техники, дорожных машин группа Д-2 Для образования на металле более тонкие пленки, чем продукты группы Д-1. Область применения та же, что и для Д-1 группа МЛ-1 Для защиты скрытых и труднодоступных внутренних поверхностей металлоизделий группа МЛ-2 (тиксотронные) То же группа 3.4 Для дополнительной защиты от коррозии деталей с гальваническими и лакокрасочными покрытиями, а также запасных частей, металлического листа при межоперационном хранении Защитные водовытесняющие Для удаления влаги там, где нужны хорошие пронисоставы кающие свойства 15

В общем случае комплекс мероприятий по защите металлоизделий от коррозии и коррозионно-механического изнашивания называют противокоррозионной защитой, которую условно разделяют на постоянную и временную [30]. Постоянная предусматривает применение коррозионностойких материалов, покрытий, анодной и катодной защиты. Временная предполагает защиту металлоизделий от коррозии и коррозионномеханического изнашивания во время изготовления, межоперационного или длительного хранения, транспортирования и эксплуатации. Осуществление противокоррозионной защиты на время хранения и транспортирования называют консервацией. Среди средств временной противокоррозионной защиты важное место занимают консервационные смазочные материалы, к которым относятся: ингибиторы коррозии (ИК), консервационные (КМ) и рабочеконсервационные масла (РКМ); пленкообразующие ингибированные нефтяные составы (ПИНС) и защитные водовытесняющие составы (ЗВВС). Ингибиторы коррозии являются поверхностно-активными веществами (ПАВ); их подразделяют на водорастворимые (ВИК), водомаслорастворимые (ВМИК) и маслорастворимые (МИК) (табл. 1.1). На основании изучения объемных и поверхностных свойств маслорастворимых ингибиторов коррозии их разделяют на ингибиторы хемосорбционного и адсорбционного (экранирующего) действия. В свою очередь, ингибиторы хемосорбционного действия подразделяют на ингибиторы анодного действия (доноры электронов) и ингибиторы катодного действия (акцепторы электронов). Ингибиторы-доноры (сульфированные и нитрованные масла и др.) содержат группы с сильным отрицательным суммарным электронным эффектом (NО2, CO, SO3H). Ингибиторы-акцепторы (амины, имидазолины, алкенилоукцигнимиды и др.) содержат группы с положительным суммарным электронным эффектом (NH2, NH, OH). К ингибиторам адсорбционного действия относят, например, окисленныйпетралатум, жирные кислоты, сложные эфиры. Многие ПАВ адсорбционного типа являются одновременно быстродействующими и водовытесняющими компонентами. Комбинированные защитные присадки содержат следующие функциональные маслорастворимые ПАВ: ингибиторы коррозии хемосорбционного и адсорбционного типов, водовытесняющие и быстродействующие ПАВ, ингибирующие водную фазу-электролит; противоокислительные и противокоррозионные присадки. Отечественные комбинированные ингибиторы коррозии первого поколения (АКОР-1) обладают недостаточной защитной эффективностью, их добавляют в масла в количестве 10–20 % (масс.). Композиции присадокингибиторов коррозии (пакеты) второго поколения более эффективны и обеспечивают защиту двигателей от износа (в зависимости от условий от 3 16

до 15 лет) при содержании в масле 3–5 % (масс.). Эти присадки уменьшают коррозионный и коррозионно-механический износы. Однако они недостаточно эффективны в условиях усталостного изнашивания, коррозионного растрескивания, фреттинг-коррозии, слабо снижают водородный износ. Композиция присадок и ингибиторов коррозии третьего поколения содержат кроме функциональных ПАВ антифрикционные или защитноантифрикционные присадки, в состав которых входят легирующие металлы. Эти композиции с содержанием их в масле 3–5 % масс. выполняют те же функции, что и комбинированные ингибиторы второго поколения, но дополнительно уменьшают коррозионный и коррозионно-механический износ и придают маслам повышенные противоизносные, противозадирные и антифрикционные свойства, физико-химические характеристики и защитные свойства которых приведены в справочнике [3]. Консервационные масла предназначены для временной противокоррозионной защиты, производятся на основе минерального или синтетического масел со значительным содержанием маслорастворимых ингибиторов коррозии, обеспечивают наружную и внутреннюю консервацию металлоизделий во время хранения или транспортирования в различных условиях. При использовании консервационных масел находящуюся на хранении технику перед введением в эксплуатацию необходимо расконсервировать, т. е. удалить консервационное масло. Консервационно-рабочие масла отличаются от консервационных тем, что они используются только один раз при введении техники в эксплуатацию. Рабоче-консервационные масла имеют более низкие защитные свойства, чем консервационные и консервационно-рабочие, но более высокие, чем рабочие масла, что позволяет им защищать металлоизделие от коррозии как при хранении и транспортировании, так и при периодической и постоянной эксплуатации. Рабочие масла обеспечивают защиту от коррозии и коррозионно-механического изнашивания до 10–15 лет. По сравнению с рабочими и чисто консервационными маслами эти масла характеризуются более высоким уровнем поверхностных свойств. Пленки рабоче-консервационных масел обладают бóльшими абсорбционно-хемосорбционными свойствами, за счет чего повышаются противокоррозионные, смазывающие, противоизносные и противозадирные свойства.

1.5. Изменение свойств моторных масел при эксплуатации двигателей В процессе эксплуатации двигателя в масле происходят количественные и качественные изменения. Количественные изменения 17

вызваны испарением легких фракций, сгоранием масла (угар), частичным вытеканием через уплотнения, химическими превращениями его компонентов, попаданием пыли. Качественные изменения связаны со старением масла, попаданием продуктов износа деталей, воды и продуктов неполного сгорания топлива. Процесс старения масел представляет сложный механизм. Повышенная температура и кислород, с которым контактирует масло, вызывают окисление и окислительную полимеризацию его молекул. Такие продукты окисления, как смолы, органические кислоты находятся в масле в растворенном состоянии и способствуют увеличению вязкости и кислотного числа, а асфальтеновые соединения образуют лаки, особо опасные липкие соединения, приводящие к запеканию и пригоранию поршневых колец. Продукты окисления могут образовывать устойчивую механическую взвесь, являющуюся источником образования нагара и шлака. Продукты глубокой окислительной полимеризации отлагаются в зонах высоких температур и поступают в картер, оказывая влияние на масло. Таким образом, в картере работающего двигателя формируется сложная смесь исходного масла с разнообразными продуктами старения, загрязнения и воды, от которых полностью очистить масло фильтрацией не удается, вследствие чего концентрация продуктов старения в масле повышается, что можно определить при визуальном контроле – масло темнеет. Выделяют две основные группы примесей, загрязняющих масло: органические, попадающие в масло из камеры сгорания, это продукты неполного сгорания топлива, термического разложения, окисления и полимеризации, а также неорганические – частицы пыли и износа деталей, срабатывания зальных присадок, технологические загрязнения после изготовления двигателя. Из камеры сгорания в масло могут попадать вода как продукт сгорания топлива, соединения серы и свинца. Вместе с товарными маслами в двигатель попадают загрязнения (0,08–0,23 %), оставшиеся при их производстве и накапливающиеся в процессе транспортировки, хранения, технологических операциях и заправки. Установлено, что на интенсивность процессов загрязнения моторных масел при эксплуатации двигателя оказывают влияние вид и свойства топлива, качество самого масла, тип, конструкция, техническое состояние, режим работы и условия эксплуатации двигателя и многие другие факторы. Так, при снижении полного сгорания топлива и увеличении прорыва газов в картер масло загрязняется, прежде всего, органическими примесями. Средняя скорость загрязнения масел в дизельных двигателях из-за загрязнения сажей в 2–5 раз выше, чем в бензиновых, и в 10–20 раз больше, чем в газовых при равной мощности двигателей [29]. При сроке службы масла 6–13 тыс. км пробега автомобиля содержание загрязняющих приме-

18

сей в бензиновых двигателях находится в пределах 0,6–0,8 %, а в дизельных – 1–3 %. Исследованиями дисперсионного состава работающих моторных масел установлено, что 80 % частиц органического происхождения имеют размеры около 2 мкм, неорганических – 1 мкм, железа – 0,5 мкм, однако встречаются частицы, например кварца, размером около 100 мкм. Крупные частицы от 30 до 40 мкм образуются в результате цементирующего действия асфальтосмолистых продуктов и попадания в масло воды, которые осаждаются, формируя на деталях низкотемпературной зоны двигателя отложения. Для уменьшения концентрации этих отложений в масла вводят диспергирующие присадки, замедляющие процесс коагуляции частиц. Присутствие воды в работающих маслах объясняется рядом причин: попадание из камеры сгорания вместе с прорывающимися газами, негерметичность системы охлаждения двигателя, конденсация влаги при пуске двигателя. Наличие воды повышает коррозийную активность масла: омыляются присадки, повышается коксуемость и др. Качество моторных масел ухудшается из-за накопления в нем продуктов неполного сгорания топлива (5–10 %) и зависит от технического состояния цилиндропоршневой группы. Это приводит к снижению вязкости, температуры вспышки, ухудшению смазывающей способности, нарушению режима жидкостного трения. На качество работающих масел оказывает влияние срабатывание присадок. Скорость этого процесса зависит от следующих факторов: типа и теплонапряженности двигателя, его технического состояния, условий эксплуатации, качества топлива. Срабатывание присадок приводит к снижению щелочного числа, ухудшаются моющие свойства, повышается коррозионность масла и его триботехнические свойства. Таким образом, при работе двигателя внутреннего сгорания в моторном масле происходят глубокие изменения: накапливаются продукты превращения углеводородов масла; загрязнения, попавшие с воздухом и топливом; увеличивается количество агрессивных соединений. Во всех случаях качество масла ухудшается быстрее, если оно неправильно подобрано для двигателя данного типа и его качество не отвечает требованиям ГОСТа. Несмотря на глубокие изменения качества масла при работе двигателя, основной его углеводородный состав изменяется незначительно. Так, если из масла удалить все механические примеси и продукты окисления, общее количество которых обычно не превышает 4–6 %, то можно получить базовую основу масла хорошего качества. Именно на этом принципе основана регенерация отработанных масел и повторное их использование, что позволяет сократить расход масла. 19

1.6. Анализ современных методов контроля процессов старения моторных масел Методы контроля процессов старения предназначены для установления предельного состояния работающих масел и определения срока их службы. Это является основной задачей при решении проблемы повышения экономичности и увеличения моторесурса двигателей. В зависимости от типа двигателя, режимов его работы, качества применяемого масла и других факторов комплекс браковочных параметров может быть различным. В качестве основных показателей, характеризующих свойства масла, обычно принимают: вязкость, щелочность, содержание нерастворимых продуктов загрязнения и др., браковочные значения которых приведены в табл. 1.2. Однако для организации такого контроля необходимо на предприятиях создать специальные службы диагностики и оснастить их необходимым оборудованием. Таблица 1.2 Браковочные показатели работающих масел Показатель Изменение вязкости, %: прирост; снижение Содержание примесей, не растворимых в бензине, %, не более Щелочное число, мг КОН/г, не менее Снижение температуры вспышки, оС, не более Содержание воды, %, не более Содержание топлива, %, не более Диспергирующие свойства по методу: Лабораторных центрифуг, А/Б не менее; (А-Б)/А, не менее; масляного пятна, усл. ед., не менее Стабильность по индикационному периоду осадкообразования в приборе ДК-МАМИ, ч

Значение показателя Бензиновые Дизельные двигатели двигатели 25 20

35 20

1,0 0,5–2,0* 20 0,5 0,8

3,0 1,0–3,0* 20 0,3 0,8

2,0** 0,7 0,3–0,35 3–5

2,0 0,7 0,3–0,35 7–10

* – большие значения для масел высших групп; ** А/Б – отношение общего А и крупно дисперсионного осадка Б.

Вязкость моторных масел, не содержащих вязкостных присадок, при эксплуатации двигателя увеличивается вследствие накопления продуктов окисления, а также частичного испарения легкокипящих углеводородов. 20

Изменение вязкости определяется условиями протекания следующих процессов: накопление продуктов окисления, вызывающих увеличение вязкости; деструкция вязкостных присадок, уменьшающих вязкость, и разбавление масла продуктами неполного сгорания топлива. В результате этого исходная вязкость может оставаться либо неизменной, либо увеличиваться или уменьшаться, но индекс вязкости тогда уменьшается. При использовании масел со щелочными присадками в форсированных двигателях присадка может реагировать с продуктами окисления, при этом образуются высоковязкие соединения. В этом случае вязкость может возрастать до 150 %. Необходимость введения щелочности в число браковочных показателей вызвана применением моторных масел с присадками. Применение противокоррозионных присадок снижает коррозию подшипников и деталей цилиндропоршневой группы, особенно при работе двигателей на топливе с повышенным содержанием серы. Для нейтрализации продуктов неполного сгорания топлива и предотвращения их коррозионного действия в двигателях используются современные моторные масла, которые обладают определенным щелочным запасом (2–10 мг КОН/г). В зависимости от условии эксплуатации, применяемого топлива и качества масла его щелочной запас в процессе работы расходуется с различной интенсивностью, поэтому скорость расходования щелочности определяет величину коррозионного изнашивания деталей, особенно в верхней части цилиндров дизельных двигателей. При работе дизельных двигателей на сернистом топливе маслу необходим большой запас щелочных свойств – не менее 5,5 мг КОН/г. В маслах, полностью отработавших свой ресурс, показатель щелочного числа снижается до 1–0,5. Температура вспышки автомобильных масел находится в пределах от 165 до 235 оС. По ней можно судить об огнеопасности масла и наличии в нем легкоиспаряющихся углеводородов, а также разбавлении топливом: чем ниже температура вспышки, тем больше будет расход масла на угар. Так, при снижении температуры вспышки с 200 до 140 оС расход масла увеличивается на 50 %. Зольность масел оценивается по-разному: до и после введения присадки. Для масел без присадок необходимо максимальное содержание золы, а для масел с присадками – минимальное. Зольность масла характеризует природу исходной нефти, степень очистки и его загрязненность в процессе производства или применения. Масла с высокой зольностью понижают их противоизносные свойства и нагарообразование. Присадки к маслу увеличивают зольность за счет повышения содержания в масле растворимых солей, которые не являются абразивными. Для высокощелочных масел нормируется сульфатная зольность. Существуют лабораторные и оперативные методы контроля качества масел. Лабораторные методы контроля стандартизированы и включают определение кислотного и ще21

лочного чисел, кинематической вязкости, температуры вспышки и др. Краткое описание этих методов представлено в табл. 1.3. Таблица 1.3 Некоторые стандартные методы анализа масел [31] Показатель качества масел Описание метода Общее кислотное число, мг Определяется титрованием КОН/г (ГОСТ 11362–96, пробы масла спиртовым ИСО 6619–88) раствором гидроокиси калия потенциометрически Общее щелочное число, мг Определяется титрованием КОН/г (ГОСТ 11362–96, пробы масла спиртовым ИСО 6619–88) раствором соляной кислоты потенциометрически Кинематическая вязкость, Измеряется временем истемм2/С (ГОСТ 33–2000, чения определенного объеИСО 3104–94) ма масла под действием силы тяжести при постоянной температуре (40 или 100 оС) калиброванным стеклянным вискозиметром Температура вспышки, оС Пробу масла нагревают в (ГОСТ 4333–87) открытом тигле с установленной скоростью до тех пор, пока не произойдет вспышка паров масла над его поверхностью от зажигательного устройства

Цель анализа Оценка старения масла вследствие окисления Оценка способности масла нейтрализовать кислоты Оценка вязкости – одного из основных показателей качества масла. Уменьшение вязкости свидетельствует о загрязнении системы топлива или охлаждающей жидкости Оценка присутствия легколетучих и воспламеняющихся материалов. Например, низкая температура воспламенения моторного масла указывает на содержание в нем топлива

Содержание механических примесей в маслах без присадки не допускается, а в маслах с присадками строго ограничивается. Содержание воды в маслах не допускается, так как она вызывает образование пены и эмульсии, которые, заполняя масляные каналы, ухудшают условия смазки трущихся деталей и способствуют образованию осадков, вызывающих коррозию деталей, разрушают и вымывают присадки. Срок службы моторных масел определяется на основе эксплуатационных испытаний, являющихся наиболее достоверными. Применение браковочных показателей, приведенных в табл. 1.2, позволяет предварительно оценить их состояние. Кроме стандартных методов используется широкий спектр лабораторных методов анализа от электрохимического до масс-спектроскопии структуры углеводородов. Количественный анализ позволяет определить химический состав масла, содержание нерастворимых компонентов и состав присадок. 22

Лабораторные методы [31] обычно обладают высокой информативностью, чувствительностью и точностью, однако они требуют создания на предприятиях специализированных лабораторий, их оснащения специальным оборудованием и, кроме того, результаты анализа из лаборатории поступают с большой задержкой. Очевидно, что для принятия решения по замене масла, обеспечения его эффективного использования и повышения надежности техники необходимо использовать методы и устройства непрерывного контроля состояния масла, работающие в масштабе реального времени и сочетающие в себе низкую стоимость анализа и достаточную достоверность. Поэтому применение методов и средств оперативной диагностики является приоритетным направлением в совершенствовании контроля качества смазочных материалов. Оперативная диагностика должна включать определение следующих показателей: вязкость, электропроводимость, коррозионная активность, кислотные и щелочные числа, спектральное поглощение, оптическая плотность и др. Эти показатели отражают степень окисления масла, его загрязненность продуктами износа, топлива, охлаждающей жидкостью, продуктами деструкции присадок, их срабатываемость, а также концентрацию воды (табл. 1.4). Для определения изменения вязкости применяются датчики [32, 33], основанные на измерении времени прохождения акустического излучения, сдвига фазы или измерения резонансной частоты кварцевого генератора. В работе [34] описан датчик вязкости, изготовленный по интегральной технологии, основанный на измерении мощности, необходимой для поддержания вынужденных колебаний на заданной частоте. Таблица 1.4 Показатели качества масла, используемые в средствах оперативной диагностики [31] Показатель качества масла спекдиэлек- элек- корроФактор, вызывающий китриче- тро- зионще- тральухудшение качества вязслотлочное ное ская прово- ная масла кость ное число поглопрони- ди- активчисло щение цаемость мость ность Окисление масла (карбоновые кислоты * * * * и сложные эфиры) Загрязнение масла топливом и охлаж- * * * * * * дающей жидкостью Срабатывание масла * * * Загрязнение водой * * * *

оптическая плотность

флуоресценция

*

* *

23

В результате термического окисления масла увеличивается диэлектрическая проницаемость. Она изменяется также в результате попадания в масло продуктов неполного сгорания топлива, воды и охлаждающей жидкости, поэтому диэлектрическая проницаемость работающих масел значительно выше, чем у товарных [35–37]. Диагностика состояния работающего масла по электрической проводимости основана на проводимости некоторых загрязнений (серная кислота, вода). Основным элементом датчика [38] является электрическая ячейка, состоящая из двух концентрических электродов, разделенных слоем масла. Измерение проводимости с использованием переменного тока позволяет уменьшить электрический шум. Датчик дает информацию о состоянии отработавшего масла по содержанию кислых продуктов и воды, однако не учитывает присутствие других загрязнений. Датчик коррозионной активности состоит из двух резисторов, один из которых погружается в масло, а другой изолирован от него [39]. Измерение сопротивления погруженного в масло резистора является показателем содержания коррозионных загрязнений. Недостаток этого метода измерения – необходимость установки нового чувствительного резистора после каждого измерения. Датчик устройства измерения кислотного числа [40, 41] состоит из двух электродов, покрытых инертными металлами (золото, платина). Зазор между электродами (150 мкм) заполнен тестируемым маслом. Электроды представляют собой конденсатор, к которому приложено переменное напряжение треугольной формы от внешнего источника. Величина изменения тока на выходе конденсатора определяется электрохимической активностью масла. Однако этот метод не позволяет отделить кислоты, образовавшиеся при окислении, от кислот, которые содержатся в присадках. Для нейтрализации кислых продуктов в масло вводят щелочные присадки, объем которых составляет около половины всех вводимых в масло присадок. Щелочное число характеризует степень старения масла. Оценка этого показателя при оперативной диагностике основана на взаимосвязи щелочного числа и скорости распространения ультразвука в масле [42]. С уменьшением щелочного числа скорость звуковой волны увеличивается. Датчики, основанные на контроле оптических свойств, определяют общую загрязненность масел [43]. Преимущество оптических датчиков заключается в их работоспособности в агрессивных средах, и они не подвергаются воздействию электрических и магнитных полей. Молекулярная спектроскопия, особенно инфракрасная Фурье-спектроскопия, широко используется для оценки таких параметров масла, как содержание воды, топлива, охлаждающей жидкости, солей, продуктов окисления и присадок. Принцип молекулярной спектроскопии основан на поглощении отдельными молекулами оптических излучений на характерных длинах волн. 24

Лабораторные ИК-спектрометры позволяют проводить анализ масла в спектральном диапазоне 600–4 000 см–1 [44]. Аналогичные датчики [45] применяются в газовых турбинах и дизельных двигателях для контроля кислотного и щелочного числа, содержания антиокислительных и противоизносных присадок. Кроме ИК-спектроскопии для контроля свойств масла используется флуоресцентная спектроскопия. Флуоресценция – излучение света молекулами при переходе из электронного возбуждения в основное состояние. При этом спектр излучения обычно лежит в диапазоне от ультрафиолетовых до видимых длин волн, иногда в ближнем ИК-диапазоне. Современный флуоресцентный спектрометр состоит из двух монохроматоров, сканирующих возбуждающее и испускаемое излучения [46]. Анализ стандартных и оперативных методов контроля качества моторных масел показал, что первые требуют создания на предприятиях специализированных лабораторий, а вторые не могут обеспечить полный контроль из-за необходимости применения большого количества датчиков. Однако часть оперативных методов может применяться в системе стандартных методов. Кроме того, анализ показал необходимость комплексного подхода для решения задач текущего контроля качества масел как при хранении техники, так и при ее эксплуатации.

1.7. Обоснование комплексного метода текущего контроля качества моторных масел при хранении и эксплуатации техники Комплексный подход к решению проблемы контроля качества моторных масел обусловлен многофункциональным их назначением: медленным старением, минимальным коррозийным действием, высокими противоизносными свойствами, способностью формировать на поверхностях трения защитные граничные слои (адсорбционные, хемосорбционные, модифицированные в зависимости от степени нагруженности), удовлетворительными пусковыми свойствами в холодное время года. Согласно проведенному анализу наиболее эффективными методами контроля являются применение фотометрии, центрифугирования, испытания на фрикционные свойства и определение вязкости. Эти методы наиболее просты в реализации, не требуют дорогостоящего оборудования и высококвалифицированных специалистов. Применение фотометрии позволяет определить концентрацию общих продуктов старения, а центрифугирование проб масел с последующим фотометрированием – концентрацию растворимых продуктов старения. Разность между концентрациями общих 25

и растворимых продуктов характеризует наличие нерастворимых продуктов в работающих маслах. Предлагаемый комплексный метод апробирован на трансмиссионных [47–52], индустриальных [53, 54] и моторных маслах [55, 56]. В качестве комплексного показателя качества смазочных материалов принят коэффициент термоокислительной стабильности [58–60], который позволяет оценивать влияния металлов [61, 62], смесей масел различной базовой основы [63], циклично изменяющейся температуры [64] и ультрадисперсных порошков [65] на окислительные процессы смазочных масел. Фотометрический метод позволяет оценить механизм старения масел [66], определить температуры начала окислительных процессов и время образования нерастворимых продуктов [67–75], а также изменение оптических свойств и вязкости работающих масел в двигателях внутреннего сгорания [76], установить влияние продуктов старения на противоизносные свойства [77, 78] и влияние доливов на механизм старения [79–81]. Применение электрометрического метода определения электрического сопротивления фрикционного контакта [82, 83] при оценке противоизносных свойств товарных и работающих масел позволяет исследовать динамику его изменения при трении в областях пластической, упругопластической и упругой деформаций, установить границы формирования адсорбционных и хемосорбционных граничных слоев при трении скольжения [84, 85] и процессы самоорганизации [86]. Применение в качестве критерия качества масел коэффициента термоокислительной стабильности, характеризующего склонность товарных масел к окислению, а работающих к старению, является комплексной оценкой, так как определяет скорость окисления, испаряемость и изменение вязкости при термостатировании. Кроме того, данный критерий позволяет оценивать динамику изменения этих показателей во времени и сравнивать масла различной базовой основы, классов вязкости и групп эксплуатационных свойств, что способствует их идентификации и контролю при производстве и в торговой сети, а также исследовать влияние климатических условий при длительном хранении масел в таре, резервуарах и технике, поставленной на длительное хранение. Существуют стандартные и инструментальные методы определения термоокислительной стабильности различных масел. Стандартные методы [11–17] предусматривают определение термоокислительной стабильности по следующим показателям: изменению вязкости, отложениям на поршне, образованию лака, количеству осадка, внешнему виду, изменению кислотного числа и коррозионной активности, содержанию смол, коксуемости, тангенсу угла диэлектрических потерь, массе конденсата и электрическому сопротивлению. Инструментальные методы в основном направлены на совершенствование конструкций средств контроля, обеспечивающих снижение трудо26

емкости проведения испытаний [73, 87–90]. В этой связи следует отметить, что стандартные и инструментальные методы не предусматривают исследование связи процессов окисления и старения моторных масел с их противоизносными свойствами. Существует стандарт (ГОСТ 9490) определения фрикционных свойств масел на четырехшариковой машине трения, однако он применяется в основном при оценке противоизносных свойств товарных масел при их производстве. Исследований в области изменения противоизносных свойств смазочных материалов при их хранении на нефтебазах или в технике, поставленной на длительное хранение, недостаточно. Поэтому решение проблемы контроля является актуальным направлением повышения эффективности использования смазочных материалов.

27

2

АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА РЕСУРС МОТОРНЫХ МАСЕЛ В ПЕРИОД ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕХНИКИ 2.1. Факторы, влияющие на ресурс моторных масел

Реализация технико-экономического потенциала автомобиля, заложенного в двигателе и трансмиссии, возможна только при использовании смазочного материала, полностью соответствующего по эксплуатационным свойствам их конструкционным особенностям и условиям работы. Выбор оптимального смазочного материала в условиях современного рынка осложняется наличием нескольких систем классификации и маркировки (API, ACEA, CCMC, ILSAC, SAE, ГОСТ). Затруднения возникают также и в результате применения разнообразной терминологии при описании состава и свойств смазочных материалов. Моторное масло в двигателе служит для снижение температуры, трения и износа трущихся деталей двигателя за счёт создания на их поверхностях прочной масляной плёнки. Одновременно моторные масла должны обеспечить: ● уплотнение зазоров в сопряжениях работающего двигателя; ● эффективный отвод тепла от трущихся деталей, удаление из зон трения продуктов износа; ● надёжную защиту рабочих поверхностей деталей двигателя от коррозионного воздействия продуктов окисления масла и сгорания топлива; ● предотвращение образования всех видов отложений (нагары, лаки, зольные отложения, шламы) на деталях двигателя при его работе на различных режимах; ● сохранение первоначальных свойств как в многообразных условиях применения, так и при длительном хранении; ● малый расход масла при работе двигателя; ● большой срок службы масла до замены без ущерба для надёжности двигателя. Выполнение указанных функций моторными маслами возможно только в том случае, если их качество будет удовлетворять перечисленным эксплуатационным требованиям: ● высокая моющая, диспергирующе-стабилизирующая способность по отношению к различным нерастворимым загрязнениям, обеспечивающая чистоту деталей двигателя; 28

● высокая термическая и термоокислительная стабильность, что

позволяет повысить предельную температуру нагрева масла в картере и увеличить срок замены; ● достаточные противоизносные свойства, обеспечиваемые прочностью масляной пленки, нужной вязкостью при высокой температуре и высоком градиенте скорости сдвига, способностью химически модифицировать поверхность металла при граничном трении, нейтрализовать кислоты, образующиеся при окислении масла и продуктов сгорания топлива; ● надёжная защита трущихся поверхностей и других металлических деталей от коррозионного воздействия, как во время работы, так и при хранении автомобилей; ● стойкость к старению, способность противостоять внешним воздействиям с минимальным ухудшением свойств; ● пологость вязкостно-температурной характеристики, обеспечение холодного пуска, прокачиваемости при холодном пуске и надежного смазывания в экстремальных условиях при высоких нагрузках и температуре окружающей среды; ● высокая стабильность при транспортировании и хранении в регламентированных условиях; ● малая испаряемость, низкий расход на угар. Особые дополнительные требования предъявляют к некоторым маслам. Масла, загущенные макрополимерными присадками, должны обладать требуемой стойкостью к механической и термической деструкции; для судовых дизельных масел особенно важна влагостойкость присадок и малая эмульгируемость с водой; для энергосберегающих − антифрикционность, благоприятные реологические свойства. Эксплуатация транспортных средств, машин и механизмов неизбежно связана с изменениями качественных и количественных показателей применяемых в них масел. Заложенный в процессе производства потенциальный ресурс смазочных материалов расходуется в процессе эксплуатации. Интенсивность этого процесса связана с эксплуатационными факторами и степенью их влияния на процесс старения масел. Ресурс смазочных материалов определяется качественными показателями товарных масел; техническим состоянием механических систем, в которых оно применяется; нагрузочными и скоростными режимами работы; температурными режимами; степенью воздействия окружающей среды на процесс эксплуатации техники и производительностью системы фильтрации. Качественные показатели товарных масел зависят от базовой основы и комплекта присадок. Базовые моторные и трансмиссионные масла подразделяют на минеральные, частично синтетические и синтетические, а вводимые комплекты присадок обеспечивают требуемые параметры эксплуатационного качества. 29

Основными параметрами, характеризующими качество смазочного материала, а следовательно, и его эксплуатационный ресурс, являются термическая стойкость, термоокислительная стабильность, смазывающие свойства и вязкость. Данные показатели используются при выборе смазочного материала и обосновании ресурса. Сроки замены моторного масла определяет производитель двигателя по пробегу либо временному интервалу. При такой системе замены не учитывается фактическое состояние смазочного материала. Проводимые исследования по оценке термостойкости, термоокислительной стабильности и смазывающим свойствам смазочных материалов различных базовых основ показывают, что потенциальный ресурс синтетических, частично синтетических и минеральных масел различен, следовательно, сроки эксплуатации этих смазочных материалов также будут различными, однако в реальных условиях эксплуатации техники это не учитывается [5–18]. В двигателях внутреннего сгорания масло должно соответствовать конструкции смазочной системы двигателя, условиям эксплуатации, качеству применяемого топлива. Условия работы масел в ДВС постоянно ужесточаются. Формирование нагрузочных и скоростных режимов двигателей, уменьшение удельной емкости системы смазки приводят к росту температуры основных деталей и, как следствие, к интенсификации процессов окисления масел и снижению ресурса. Основное влияние на ресурс смазочных материалов оказывают условия работы силовых установок, трансмиссий, редукторов и других механических систем, которые характеризуются эксплуатационными и внешними характеристиками: ● частыми пусками и прогревом двигателей; ● переменными нагрузочными, скоростными и температурными режимами; ● неблагоприятными условиями для поддержания нормального теплового режима работы. Нагрузочный и скоростной режимы работы двигателей и трансмиссии устанавливают в зависимости от эксплуатационных температурных параметров и условий движения транспортных средств. В этом случае сохраняется оптимальный расход ресурса как машины в целом, так и смазывающего материала в частности. Увеличенные скорости движения приводят к значительным нагрузкам на силовую установку, трансмиссию и ходовую часть, что в свою очередь ведет к повышению температурных режимов их работы, снижению технического и эксплуатационного ресурсов механических систем и смазочного материала. Температурный режим работы двигателей, трансмиссий, редукторов и других механических систем является определяющим параметром, 30

влияющим на ресурс применяемого смазочного материала. Тепловое состояние двигателей оценивается по температуре охлаждающей жидкости и масла на выходе из двигателя. Оценка по тепловому параметру масла производится не на всех транспортных средствах, машинах и механизмах. Вследствие этого основным параметром оценки остается температура охлаждающей жидкости. Конструктивно системы смазки механических систем по способу подачи масла к трущимся деталям могут быть с подачей масла разбрызгиванием, непрерывной подачей масла под давлением, комбинированным способом. В процессе эксплуатации в системе смазки происходят изменения, приводящие к нарушению работоспособности. Основными признаками неисправности систем смазки являются перегрев смазочного материала, низкое давление в системе, загрязненность смазочного материала. Нарушение работоспособности системы смазки не только снижает ресурс смазочного материала, но и является основной причиной выхода из строя техники. Низкое давление масла в системе может быть вызвано недостаточным количеством его в системе смазки, перегрузкой или изношенностью двигателей, трансмиссий, редукторов, загрязненностью масляных радиаторов или корпусов редукторов, нарушающих теплоотвод, неисправностью редукционных клапанов масляных насосов. В период прогрева двигателей температура масла далеко не соответствует действительному тепловому состоянию подшипников, оцениваемому по температуре масла в зазоре. Масло при низкой температуре плохо прокачивается в системе, дольше задерживается в зазорах сопряженных деталей, плохо отводит от них тепло, что приводит к перегреву деталей и масляной пленки на их поверхностях. Как показывают результаты исследований [1, 18], предельное значение температуры масла в подшипниках ограничивается рабочей температурой его антифрикционного слоя, которая составляет 140 оС (рис. 2.1). Следовательно, такой режим обеспечивается при температуре выходящего масла от 30 до 110 оС. Система смазки надежно работает при температуре масла 55–110 оС. Этот диапазон температур соответствует минимальному нагреву масла в подшипниках. Резкое увеличение температуры масла в подшипниках, когда температура масла на выходе из двигателя превышает 90 оС, объясняется ухудшением теплоотвода от подшипников. Длительная работа масла в системе смазки сопряжена с изменениями его состава и прежде всего с разжижением масла топливом, как следствие – нарушение и тепловых режимов работы двигателя и значительным его износом, а также загрязнением продуктами окисления, частицами износа трущихся деталей и другими эксплуатационными примесями. Кроме того, происходит уменьшение количества смазочного материала в системе вследствие испарения и угара. Все эти показатели ухудшают физикохимические свойства масел и снижают его эксплуатационный ресурс. 31

Воздействие внешней среды на ресурс смазочного материала оценивается запыленностью воздуха, влажностью, резкими перепадами температур, характерными для многих районов, в которых эксплуатируется техника. Степень запыленности оценивается содержанием пыли в единице объема воздуха. Пыль является причиной интенсивного износа трущихся деталей, а попадая в смазочный материал, она является основным компонентом его загрязнения. Работа двигателей и агрегатов трансмиссии в условиях запыленности приводит к повышению тепловых режимов эксплуатации. Процесс теплоотвода нарушается вследствие оседания пыли на агрегатах, узлах и механизмах. Для улучшения условий работы системы смазки необходимо непрерывно очищать масло от вредных примесей. Очистка масла в системе производится фильтрацией, центрифугированием и отстаиванием. Степень очистки масла зависит от конструкции системы и предусматривает периодичность ее технического обслуживания.

Рис. 2.1. Зависимость температуры масла в подшипниках от температуры масла на выходе из двигателя [1]

На определение ресурса смазочных материалов влияют периодичность технического обслуживания систем смазки, качество и чистота применяемых масел, герметичность систем и отсутствие подсоса неочищенного воздуха, своевременная промывка фильтров. На основе проведённого анализа установлено, что ресурс моторных масел зависит от их сопротивляемости механическим, температурным и химическим воздействиям, герметичности масляной системы, частоты доливов, степени износа цилиндропоршневой группы, производительности системы фильтрации. Поэтому основным направлением для увеличения ресурса и надёжности двигателей является организация периодического контроля состояния моторного масла. 32

2.2. Анализ моторных масел, применяемых при эксплуатации двигателей Проблема повышения износостойкости деталей двигателей относится к проблемам, не теряющим своей актуальности и в настоящее время. Несмотря на постоянное совершенствование конструкции двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и технологии производства, вопросы износостойкости деталей во многом ещё не решены и находятся в центре внимания конструкторов, технологов и эксплуатационников. Сложность решения данной задачи заключается в том, что износостойкость – непостоянная величина для данного материала, она определяется его исходной структурой и составом вторичных структур, образующихся на поверхностях в процессе трения [19–21]. Повышение износостойкости материалов только за счёт улучшения их механических свойств в настоящее время не полностью решает эту задачу. Необходимо учитывать среду, в которой работает пара трения, и условия эксплуатации. При выборе материалов пары трения следует учитывать их совместимость и приспосабливаемость друг к другу при изменении параметров трения и среды [22, 23, 24]. В двигателестроении применяется большой ассортимент материалов для изготовления деталей, работающих в различных условиях. В качестве смазки в двигателях используют рекомендуемый заводомизготовителем один сорт моторного масла, редко указывается заменитель, причём в процессе эксплуатации оно претерпевает изменения, которые также оказывают влияние на триботехнические характеристики. Моторные масла согласно действующей классификации (ГОСТ 17479.1−85) по вязкостно-температурным показателям подразделяются на 22 класса: четыре зимних класса (3з, 4з, 5з, 6з), восемь летних(6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 24) и десять всесезонных (3з/8–6з/16). Номер класса соответствует численной величине средней кинематической вязкости масла данного класса. По уровню эксплуатационных свойств моторные масла подразделяются на шесть групп (А–Е), пять из которых (Б–Е) – на две подгруппы каждая, одна из которых предназначена для бензиновых двигателей (индекс 1), другая – для дизелей (индекс 2). Когда масло универсальное и применяется как в бензиновых, так и дизельных двигателях, индекс опускается. Наибольшее распространение получили моторные масла групп Б, В и Г, предназначенные для малофорсированных, среднефорсированных и высокофорсированных двигателей соответственно. Рассмотренная классификация содержит базовые требования к моторным маслам, согласованные и принятые ведущими производителями техники. Однако многие фирмы пользуются своим правом дополнять базовые требования классификаций собственными, которые бывают обусловлены спецификой конструкции двигателей, использованием редко применяемых конструкционных материалов и др. Такие дополни33

тельные требования излагают в фирменных спецификациях моторных масел, а выполнение их проверяется специальными фирменными методами испытаний в двигателях, выпускаемых данной фирмой. Современные моторные масла – это легированные материалы, состоящие из основы (базового масла и синтетических добавок) и присадок, улучшающих свойства базового масла. В настоящее время промышленностью выпускаются масла на синтетической, синтетическо-нефтяной и нефтяной основах. Наиболее распространены нефтяные масла. Нефтяные масла, получаемые путём переработки нефтяного сырья, имеют основу, состоящую из смеси изопарафиновых, нафтеновых, ароматических и нафтеноароматических углеводородов [25, 26]. Недостатками минеральных масел на нефтяной основе являются плохие низкотемпературные свойства, неудовлетворительные термическая и окислительная стабильности. Преимуществами минеральных масел считаются хорошая растворяющая способность по отношению к присадкам и совместимость с материалами уплотнений. Синтетические масла содержат смесь низкомолекулярных и высокомолекулярных молекул углеводородов. Синтетические масла в отличие от нефтяных выдерживают высокие рабочие температуры без заметного разложения и испарения, сохраняют подвижность при низких температурах, имеют в несколько раз больший срок службы, обеспечивают хорошее состояние двигателя, так как характеризуются лучшими антиокислительными, диспергирующими свойствами и механической стабильностью, равными или лучшими противоизносными и противозадирными свойствами и меньшим расходом на угар, что сокращает расход масла. Наряду с чисто нефтяными или синтетическими маслами всё чаще используются их смеси, так называемые частично синтетические масла. В настоящее время требования к эксплуатационным свойствам масел значительно ужесточились, что привело к необходимости введения в базовую основу масла тех или иных добавок из ряда специальных присадок [27]: моющих, диспергирующих, антиокислительных, антифрикционных, противокоррозионных, противоизносных, противозадирных, загущающих, противопенных. Разработкой новых типов присадок, их испытанием и рекомендацией к применению в двигателях занимается новая прикладная отрасль науки – химмотология. Так как наука химмотология пока не ответила, какие моющие, антикоррозионные и противоизносные присадки наиболее эффективны, влияние присадок на повышение тех или иных свойств масел не может определяться однозначно, а метод их оценки – быть универсальным. Таким образом, в современных ДВС применяются различные материалы с широким диапазоном физико-механических свойств. Детали, изготовленные из них, подвержены различным скоростным, нагрузочным и температурным условиям. Нормальная работа трибосопряжений усугуб34

ляется изменением свойств масляной среды в результате окисления, полимеризации и накопления примесей различного происхождения. Кроме того, исследования износостойкости материалов пар трения представляет сложность ввиду одновременного проявления различных видов изнашивания.

2.3. Основные виды трения и изнашивания узлов ДВС Для обеспечения требуемой надежности механических систем необходим правильный выбор смазочных масел и износостойких материалов в соответствии с условиями их работы и режимами смазки. Важное значение в обеспечении износостойкости и приспосабливаемости материалов пары трения имеет смазочный материал, влияние которого сказывается на рельефе, структуре и механических свойствах поверхностного слоя при изнашивании. В процессе эксплуатации механических систем смазочный материал подвергается старению, что приводит к изменению его свойств. Влияние процессов старения на долговечность трибосопряжений изучено недостаточно [28]. Известно, что смазочный материал предотвращает непосредственный контакт металлических поверхностей, охлаждает их и уносит продукты износа и окисления. Кроме того, он вступает во взаимодействие с металлами и существенно изменяет механические свойства, износостойкость и усталостную прочность поверхностных слоев [28]. В зоне фрикционного контакта прочность смазочного слоя зависит от нагрузки, скорости скольжения, температуры, механических свойств материалов и состояния поверхности, толщины слоя и его состава. Поэтому эти факторы определяют виды трения: жидкостное, граничное, эластогидродинамическое и трение без смазки. Такое деление условно, так как детали двигателей внутреннего сгорания, трансмиссий и гидроприводов работают в смешанных режимах трения, где реализуются различные виды механического и коррозионно-механического изнашивания. Более сложные процессы, зависящие от условий работы, происходят при изнашивании деталей двигателей внутреннего сгорания. Из внешних факторов наибольшее влияние на интенсивность изнашивания оказывают абразивные частицы и температуры в зоне фрикционного контакта. Особо неблагоприятные условия трения в цилиндре двигателя возникают при реверсировании в зонах минимальных скоростей движения поршня, особенно у камеры сгорания, где температура поверхностей трения цилиндра и колец достигает 350 оС, максимальное давление 6–16 МПа и минимальная толщина масляной пленки, которая разжижается рабочей смесью, выгорает в период воспламенения и выдувается из-под верхних колец

35

в момент такта сжатия [29]. Поэтому возле мертвых точек всегда наблюдается полное разрушение масляной пленки. Радиографические снимки зеркала цилиндровых втулок показывают, что по всей длине происходит взаимный перенос металла сопряженных деталей. Массоперенос с одной поверхности на другую происходит с различной интенсивностью и разными размерами разрушения, реализуемыми в макро-, микро- и субмикрообъемах [29]. Наибольшая интенсивность массопереноса имеет место в верхней и нижней зонах цилиндра. При реверсивном трении происходит разупрочнение поверхностного слоя, поэтому износ больше в 1,5–2 раза, чем при однонаправленном трении. При повышении температуры возрастает роль термической активации и ускоряется процесс схватывания даже при наличии пленок, экранирующих поверхность, так как они теряют свои разделяющие функции, но при этом повышается значение вторичных структур. Среди сложных повреждений втулок и поршневых колец можно выделить адгезионные, усталостные и абразивные. Для исследованных слоев на поверхностях трения цилиндропоршневой группы общей закономерностью является наличие разупрочненных слоев у самой поверхности с малой концентрацией дислокаций и высокой концентрацией вакансий, лежащих вблизи пластифицированного слоя, за ними следуют слои вторичных структур сложного фазового состава и далее слой с постепенно затухающей вглубь деформацией. Таким образом, работа трения посредством пластической деформации, тепла трения, фазовых превращений, химических и диффузионных процессов вызывает появление новых защитных структур в поверхностном слое, обладающих большей сопротивляемостью износу, чем исходный материал, тем самым проявляется эффект приспосабливаемости [30]. Основными видами изнашивания цилиндропоршневой группы являются абразивное, усталостное и окислительное. На интенсивность коррозионномеханического изнашивания оказывают влияние продукты сгорания топлива, особенно соединения серы и ванадия. Это приводит к изменению механических свойств поверхностных слоев материалов, их охрупчиванию и отделению частиц в результате фрикционного взаимодействия. На интенсивность изнашивания кроме условий работы оказывают влияние конструктивные особенности деталей, физико-механические свойства металла, качество поверхностей трения и свойства масел. Исследование этих факторов направлено на повышение ресурса сопряжений цилиндропоршневой группы. Условия трения поршневого пальца характеризуются вращательным и возвратно-поступательным движением. В зависимости от способа крепления плавающие пальцы работают в лучших условиях трения и более надежны, так как в случае заедания в одном из сопряжений качение шатуна не прекращается. При изменении величины и направления давления порш36

невой палец перемещается и прилегает к различным сторонам отверстий бобышек и втулки шатуна. Скорость перемещения деталей относительно друг друга невелика, поэтому толщина масляного слоя не является достаточной и детали работают в основном в режиме граничного трения. Износ поверхностей поршневого пальца протекает за счет молекулярного схватывания в момент прорыва масляной пленки при локальном перегреве, вибрации, абразивном действии частиц, застрявших в мягком материале втулки вкладыша и бобышек поршня. Кроме того, интенсивность изнашивания поршневого пальца неодинакова по периметру вследствие различных условий трения, вызванных деформацией деталей, неодинаковыми температурами, силовыми режимами и антифрикционными свойствами материалов сопряжений. Эффективным решением повышения износостойкости поршневого пальца является повышение твердости поверхности и вязкости сердцевины. Правильный выбор зазоров и обеспечение постоянного слоя смазки позволяет смягчить ударные нагрузки и обеспечить надежную работу узла. Работа коленчатого вала в паре с коренными и шатунными подшипниками характеризуется знакопеременной нагрузкой и различиями в скоростях скольжения. Пара трения «вал – подшипник» работает в условиях жидкостного трения. Для обеспечения данного режима необходимо правильно рассчитать толщину масляного слоя с учетом отклонений геометрической формы и шероховатости поверхности. Расчет работы подшипника скольжения при жидкостном трении производится согласно методикам, основанным на упругогидродинамической теории смазки [29, 30]. Гидродинамическая подъемная сила масляного слоя зависит от скорости скольжения, вязкости масла, рационального зазора, нагрузки и конструктивных параметров вала и подшипника. В реальных условиях эксплуатации жидкостное трение наступает при установившемся режиме трения. При пусках и остановках двигателя или работе на малых оборотах жидкостное трение переходит в граничное. Износ шеек коленчатого вала зависит от степени загрязнения моторных масел абразивными частицами, которые внедряются в мягкие антифрикционные материалы подшипников и царапают поверхности шеек. В зонах выхода смазки из отверстий шеек вала всегда образуются кольцевые выработки, что подтверждает наличие эффекта шаржирования подшипников абразивными частицами. Для уменьшения износа шеек коленчатого вала, особенно шатунных, необходимо применять меры по очистке масел от твердых абразивных частиц. Кроме того, на износ шеек оказывает влияние жесткость валов. В тяжелых режимах трения работает сопряжение «кулачок распределительного вала – тарелки толкателя». Изнашивание поверхностей кулачка и тарелки толкателя происходит под действием сил трения скольжения и качения. Наиболее подвержена изнашиванию верши37

на кулачка, а затем области, соответствующие началу набегания и сбегания. Кроме того, кулачок распределительного вала воспринимает ударную нагрузку, которая возрастает с увеличением зазора между толкателем и клапаном. В связи с этим повышается интенсивность износа торца клапана, тарелки толкателя, кулачка распределительного вала и гнезда клапана. Сопряжение «кулачок распределительного вала – тарелка толкателя» работает в условиях граничной смазки. В процессе трения происходит схватывание поверхностей кулачка и тарелки толкателя с образованием задиров на поверхности тарелки. Вследствие различия контактных давлений наблюдается неодинаковое изнашивание впускных и выпускных кулачков распределительного вала и тарелок толкателей. Кроме того, на интенсивность изнашивания оказывают влияние температурные условия газораспределительного механизма. Долговечность пары трения определяется физико-химическим и механическим воздействием смазочного материала на материалы пары трения. Так, при жидкостном трении на интенсивность изнашивания оказывают влияние только свойства масел, определяющие окислительный и коррозионный виды изнашивания. Триботехнические характеристики контакта определяются толщиной смазочного слоя масла и его вязкостью [30, 31]. При этом в масляном слое происходит скольжение между молекулярными слоями, что является отличительным фактором жидкостного трения. Установленная связь между дислокационной структурой поверхностного слоя и свойством смазочного материала является важным звеном в исследовании прочностных характеристик поверхностного слоя, определяемых внешним и внутренним эффектами Ребиндера. При тяжелых режимах трения положительная роль смазки заключается в поставке молекулярного кислорода и продуктов окисления масла в зону трения [32]. Свежеобразованные слои металла взаимодействуют с окислителями и формируют окисные слои, повышающие несущую способность сопряжения. Наличие окисных пленок не позволяет определить истинное значение коэффициента трения для данной пары трения, что искажает результаты сопоставления зависимости коэффициента трения от природы материалов трущихся тел. Для поддержания низкого уровня износа при легких режимах трения необходимым условием является равенство скоростей образования и разрушения окисных пленок. Увеличение скорости окисления поверхности металла приводит к увеличению толщины окисного слоя, ослаблению его связи с основным металлом, растрескиванию и усилению износа. В этом случае смазка выполняет полезную функцию, ограничивая окисление металла кислородом, находящимся в газовой фазе. Для обеспечения динамического равновесия скоростей образования и разрушения окисных пленок смазочные материалы легируют антиокислительными и противозадирными присадками, роль которых

38

заключается в ускорении или замедлении скорости образования защитных слоев в зависимости от механических воздействий [33, 34, 35]. Отсутствие строгой однозначной зависимости влияния свойств смазки на фрикционные характеристики материала не позволяет без экспериментальных исследований определить допустимую область их использования в зависимости от условий работы узла трения.

2.4. Современные методы оценки эксплуатационных свойств моторных масел Подбор смазочных материалов для двигателей внутреннего сгорания, агрегатов трансмиссий, систем гидропривода и других механических систем осуществляется с учетом основных эксплуатационных свойств масел. Основными из них являются вязкость, моющие свойства, противоизносные и противозадирные, диспергирующие, антикоррозионные, антиокислительные и нейтрализующие. Наличие такого количества свойств, изменяющихся в процессе эксплуатации двигателя, усложняет решение задачи контроля качества смазочных материалов. Методы оценки эксплуатационных свойств базируются на анализе изменения физико-химических свойств масла [18, 36–38]. Оптические методы находят широкое применение при контроле технологических процессов в производстве масел [39, 40], а также определении частиц износа диаметром более 3 мкм, присутствующих в отработанном масле. Электрические методы используются для определения гранулометрического состава загрязнений масел. Широко применяют счетчики Каутлера – Коунтера, действие которых основано на принципе электрического контраста. Основной проблемой при проведении исследований гранулометрического состава загрязнений на фильтрах является подбор элементов из-за неоднородности состава современных смазочных материалов [38]. Химический анализ загрязнений проводится для определения химического состава примесей методами масс-спектроскопии с абсорбционной спектроскопией, атомарной абсорбции, рентгеновской фотометрии и т. п. Эмиссионная спектрометрия как метод исследования позволяет оценить концентрацию продуктов износа трущихся деталей, находящихся в смазочном материале. Здесь возможно применение ИК-спектроскопии [41], обнаруживающей продукты окисления, соли карбоновых кислот, сульфаты и неорганические нитриты. Метод количественного молекулярного спектрального анализа, основанный на законе Бугера − Ламберта − Бера, позволяет установить связь между интенсивностями падающего и прошедшего через вещество света 39

в зависимости от толщины поглощающего слоя и концентрации вещества. Данный метод дает возможность определить концентрацию частиц износа в работающем масле [38]. Применение метода прямого фотометрирования позволяет использовать в качестве показателя, характеризующего пригодность смазочного материала, степень общего загрязнения продуктами окисления, эксплуатации и износа. Проточная ультрамикроскопия делает возможным определить концентрацию и распределение по размерам частиц износа. При этом методе проба смазочного материала, разбавленная для снижения вязкости и уменьшения коагуляции частиц, проходит через капилляр, на выходе которого через истекающий поток пропускается оптическое излучение, сфокусированное в некотором объеме. Регистрация частиц износа осуществляется в счетной зоне. Применение метода феррографии позволяет оценить дисперсионный состав ферромагнитных и парамагнитных частиц работавшего смазочного материала. Метод включает в себя два этапа: осаждение частиц в магнитном поле и получение количественной информации. Анализ феррограмм проводят измерением оптической плотности феррограммы, полученной на стекле, методом прямого считывания, измерением размера частиц износа под микроскопом, исследованием в бихроматическом микроскопе для определения наличия продуктов окисления. Определение концентрации магнитных частиц износа проводится применением метода магнитометрии. Работа магнитометрических устройств основана на регистрации изменения величины приложенного магнитного поля при его взаимодействии с магнитным моментом измеряемой пробы. Метод ядерного магнитного резонанса обладает высокой чувствительностью к малым концентрациям ферромагнитных частиц работавшего смазочного материала. Данный метод достаточно сложен и трудоемок, но к его достоинствам относится перспективность использования на ранней стадии диагностирования смазочных материалов. Акустический анализ применяется для оценки концентрации продуктов загрязнения и окисления в смазочных материалах. Он основан на регистрации сигналов акустической системы. По параметрам сигнала оценивается размер и количество частиц в единицу времени. Метод может быть реализован только в лабораторных условиях, так как акустическая система чувствительна к шумам окружающей среды. Методом полярографии определяют элементный состав исследуемой пробы и концентрацию продуктов загрязнения в смазочном материале. Разрешающая способность полярографического анализа существенно повышается при наложении переменного поляризующего напряжения. 40

Методики полярографического анализа применимы для анализа отработанных масел, определения химического состава и концентрации продуктов старения и загрязнения в лабораторных условиях. Диспергирующие свойства смазочных материалов оценивают, используя метод хроматографии на фильтрованной бумаге. С помощью фотоэлектрического фотометра осуществляется анализ полученных хроматограмм с оценкой качества смазочного материала и степени его загрязненности. При оценке качества смазочных материалов целесообразно использование методов определения количества воды, содержащейся в масле. Для этой цели в лабораторных условиях применяют методы, основанные на испарении воды с последующей конденсацией, а также на взаимодействии ее с некоторыми веществами, например, гидридом кальция. По количеству выделенного водорода при реакции гидрида кальция с содержащейся в масле водой определяется количество воды. Измерение количества выделенного тепла в ходе реакции лежит в основе метода, описанного в работе [42]. Сравнительно прост метод определения наличия и количества воды в масле с применением фотометрии и глицерина. Глицерин поглощает воду, поэтому фотометрирование пробы масла до и после смешивания с глицерином изменяет показания фотометра [37]. Весьма разнообразны инструментальные методы определения содержания воды в маслах. К их числу относятся метод измерения диэлектрической проницаемости масла, электрометрические, гидротермические и другие методы. Масла для двигателей внутреннего сгорания производятся в соответствии с государственными стандартами и техническими условиями. Использование представленных методов оценки эксплуатационных свойств смазочных материалов на стадии их производства позволяет установить показатели качества товарных масел [38]. Сравнительный анализ возможностей рассматриваемых методов представлен в табл. 2.1. В ходе эксплуатации масел меняются как количественные, так и качественные показатели. Оценка работоспособности смазочных материалов по предельным значениям параметров качества устанавливается экспериментально. Сроки замены смазочного материала указываются в технической документации и связаны со временем наработки двигателя в моточасах или пробегом транспортных средств в километрах пройденного пути. В настоящее время известно большое количество критериев оценки качества масла. Особое внимание при этом уделялось их корреляции с темпом износа. Авторы [43, 44] рекомендуют брать в качестве критерия оценки количество отложений на деталях двигателя. В общем случае эти критерии можно разделить на две группы.

41

Таблица 2.1 Методы диагностики смазочных материалов [38] Параметр оценки загрязненности

Метод анализа

Эмиссионная спектрофотометрия Атомно-адсорбционная спектрометрия Атомно-флуоресцентная спектрометрия ИК-спектроскопия Адсорбционная спектрофотометрия Прямое фотометрирование Электролитический метод Микроскопия Светорассеивание Проточная ультрамикроскопия Феррография Магнитометрия Метод ядерного магнитного резонанса Нейтронно-активационный анализ Акустический анализ Седиментометрия Полярография

состав частиц + + + – – – – – – – – – – – – +

Непреконобщая рывфракценмор- загрязность ционтрафоло- ненконный ция в гия ность троля состав среде среды + + + – + – + + + + + + + + + + +

– – – – – + + – + + – – – + + –

– – – – – – – + – – – – – – – – –

– – – + + + – – – – – – – – – – –

– – – – – – – – – + + – – – + – –

Использование экспрессприборов – – – – + + – – – – + + – – – – –

Первая группа оценивает смазочные свойства по показателям: давление, при котором происходит схватывание; скорость скольжения, вызывающая повышение температуры; десорбция смазки и схватывания; скорость износа и сила трения; температурная стойкость масла. Вторая группа показателей включает комплексную оценку масел по браковочным показателям: вязкость, плотность, температура вспышки, диспергирующая способность, наличие воды, содержание серы в топливе. В качестве критерия оценки работоспособности смазочного материала при граничном трении рекомендована критическая температура [45, 46]. В результате обобщения стендовых и эксплуатационных исследований, проведенных на различных двигателях внутреннего сгорания, были установлены показатели предельного состояния качества моторных масел, по которым можно дать предварительную оценку срока службы масел в двигателе (см. табл. 1.2). Причём замена масла в двигателе необходима, если достигнуты предельные значения одного или нескольких браковочных показателей [1]. 42

Для тепловозных двигателей, РЖД разработана методика оценки качества масел по браковочным показателям (табл. 2.2). Аналогичная система предложена для контроля моторных масел судовых двигателей [47]. За рубежом в качестве браковочных показателей рекомендуется загрязненность и диспергирующая способность масла, коксуемость, оптическая плотность и др. Данные по Германии приведены в табл. 2.3 [43]. Таблица 2.2 Браковочные показатели работавших моторных масел для тепловозных дизелей Показатель Общее щелочное число, мг КОН/г, менее Водородный показатель, рН, менее Вязкость, сСт, при 100 °С, % Температура вспышки, °С, менее Загрязненность масла, более Диспергирующая способность масла по пятну, более Наличие воды, %, более

Предельная величина показателя 25±0,5 5,5 ±20 170 450 3 0,05 Таблица 2.3

Браковочные показатели качества работавшего моторного масла, применяемые в Германии Максимальное Браковочное значение, значение, при котором Показатель рекомендуемое может быть допущена для замены масла работа двигателя Нерастворимые в бензине примеси, % 3,0 2,5 Содержание топлива, % 1,0 0,8 Содержание воды, % 0,8 0,5 Прирост вязкости, % 38 35

Рассмотренные методы и критерии оценки качества масел используются в основном при лабораторных и стендовых испытаниях. На основе анализа и обобщения результатов исследований показано, что на долговечность узлов трения, наряду с физико-механическими свойствами материалов, большое влияние оказывают смазочные материалы. Таким образом, в процессе работы механических систем качество смазочного материала изменяется вследствие образования примесей и отложений, ухудшающих режим работы и подачу смазки к узлам трения. Разработанные методы и критерии оценки не всегда эффективны для применения в условиях эксплуатации техники, поэтому очевидна необходимость разработки научно обоснованных экспрессивных методов и критериев оценки качества масел.

43

Кроме того, анализ квалификационных методов оценки качества смазочных материалов и большого количества инструментальных методов показывает, что для решения проблемы оценки качества работающих масел необходим комплексный метод и критерии, учитывающие связь между основными показателями качества, в том числе триботехническими. В работе предлагается комплексный подход к оценке работоспособности смазочных материалов, включающий методы определения концентрации общих, растворимых и нерастворимых продуктов старения, термоокислительной стабильности и триботехнических свойств.

2.5. Современные методы оценки термоокислительной стабильности смазочных материалов Способность масел противостоять действию кислорода при высоких температурах называют термоокислительной стабильностью [48, 49, 50]. Окисление смазочных материалов наиболее интенсивно происходит на поверхностях трения под воздействием высоких температур. Механизм окисления масел различных базовых основ изучен недостаточно, особенно – влияние продуктов окисления на противоизносные свойства и процессы, происходящие на фрикционном контакте. Исследование связи между процессами окисления и противоизносными свойствами смазочных материалов является важным элементом в разработке методик расчёта их предельного состояния. Производство смазочных материалов связано с повышением их качества, так, стойкость к окислению повышают применением антиокислительных присадок. При длительной эксплуатации активность присадок из-за уменьшения их концентрации падает, поэтому важно иметь разработанные методики и приборное обеспечение для оценки термоокислительной стабильности как одного из показателей ресурса масел. Рассмотрим современные методы оценки термоокислительной стабильности смазочных материалов. Метод [51] позволяет производить оценку лакообразующих свойств масел и действие на них присадок. По результатам исследования строят графические зависимости рабочей фракции (РФ) и лака (Л) от времени. По оси ординат в одинаковом масштабе откладываются величины РФ и Л в процентах, по оси абсцисс – время исследования в минутах. Точка пересечения РФ и Л соответствует образованию лакового остатка. Перпендикуляр, опущенный из точки пересечения кривых на ось абсцисс, определяет значение термоокислительной стабильности в минутах (Тt) (рис. 2.2). 44

Способ определения свойств моторного масла [52] заключается в отборе пробы масла, прошедшего испытания в двигателе, выдерживании его в присутствии 1–5 веса воды или водном растворе электролита при 70–150 оС. Показателем стойкости масла к шлакообразованию является количество выпавшего сухого осадка. По приросту вязкости отобранной пробы масла из двигателя оценивают его термоокислительную стабильность. Результаты термоокислительной стабильности и стойкости к шлакообразованию хорошо согласуются с данными, полученными при длительных стендовых и эксплуатационных испытаниях. Прибор для оценки термоокислительной стабильности масел [53] предусматривает предварительное окисление масла в объеме и окисление в тонком слое масла. СтабильРФ ность масла оценивается по изменению его физико-химических и эксплуатационных Л свойств, а также по количеству отложений и летучести. Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов [54] включает нагревание смазочного матеТt риала в присутствии кислорода воздуха, перемешивание, отбор проб окисленного сма- Рис. 2.2. Зависимость рабочей зочного материала, фотометрирование. Опрефракции и лака от времени окисления деление параметров процесса окисления проводят по графической зависимости, причём испытывают порознь две пробы смазочного материала постоянной массы: первую без катализатора, вторую с катализатором при одинаковой температуре в течение установленного времени. Через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала, определяют фотометрированием коэффициент пропускания светового потока без катализатора и с ним, строят графические зависимости изменения коэффициента пропускания светового потока окисленного смазочного материала от времени испытания и по его значению определяют начало каталитического действия катализатора. Термоокислительную стабильность смазочных материалов определяют коэффициентом каталитического действия металлов Kк.д по выражению K к.д = S/Sк,

(2.1)

где S – площадь под кривой зависимости коэффициента пропускания светового потока от времени испытания смазочного материала без катализатора, мм2; Sк – площадь под кривой зависимости коэффициента пропускания светового потока от времени испытания смазочного материала с катализатором, мм2. 45

Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов [55] включает нагревание пробы испытуемого смазочного материала постоянной массы в присутствии воздуха, перемешивание, фотометрирование, определение коэффициента поглощения светового потока окисленного масла и испаряемости. По полученным графическим зависимостям определяют параметры процесса окисления. Графические зависимости приращений скорости окисления и испаряемости строят от температуры испытания и скорости окисления смазочного материала от коэффициента поглощения светового потока. Термоокислительную стабильность испытуемого смазочного материала определяют по количеству циклов колебаний приращения скорости окисления до установленного значения коэффициента поглощения светового потока и по предельной температуре работоспособности, при которой приращение скорости окисления и испаряемости равны нулю. По способу определения термоокислительной стабильности смазочных материалов [56, 57] испытывают пробу смазочного материала, окисляя её в присутствии кислорода воздуха, при оптимальной температуре, выбранной в зависимости от базовой основы смазочного материала и группы эксплуатационных свойств, в течение времени, характеризующего одинаковую степень окисления. Через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала, определяют фотометрированием коэффициент поглощения светового потока, вязкость исходного и окисленного смазочного материала и проводят оценку процесса окисления. Испытания смазочного материала проводят как минимум при трех температурах ниже критической, определяя относительную вязкость как отношение вязкости окисленного смазочного материала к вязкости исходного. Термоокислительную стабильность определяют по показателю отношения коэффициента поглощения светового потока к относительной вязкости. Строят графическую зависимость показателя термоокислительной стабильности от коэффициента поглощения светового потока, по которой находят однородность состава продуктов окисления и температурную область работоспособности исследуемого смазочного материала. ГОСТ 20457–75 [58] предусматривает проведение испытаний масла на установке ИКМ в течение 40 ч и последующую оценку антиокислительных свойств по изменению вязкости масла и отложениям на поршне. Прирост вязкости масла ν за время испытания в процентах YB определяют по формуле YВ =

Δν 50 ⋅ 100, ν 50

(2.2)

где Δν50 – прирост вязкости за время испытания, сСт, равный / Δ ν 50 = ν 50 − ν 50 ,

46

(2.3)

где ν 5/ 0 – кинематическая вязкость масла при 50°С после 40 ч испытания, сСт; ν50 – кинематическая вязкость масла при 50°С до испытания, сСт. Общее количество отложений на поршне (О0, г) определяется по формуле: О0 = (m1 – m0) + mк ,

(2.4)

гдеm1 – масса поршня в комплекте с кольцами после испытания, г; m0 – масса поршня в комплекте с кольцами до испытания, г; mк– суммарный износ поршневых колец за время испытания, г, равный m2 – m3, где m2 – масса колец до испытания, г; m3 – масса чистых колец после проведения испытания, г. ГОСТ 23175–78 [59,60] предусматривает оценку моторных свойств и определение термоокислительной стабильности. Метод заключается в нагревании тонкого слоя масла на металлической поверхности, испарении легколетучих веществ, содержащихся в масле и образующихся при его разложении, с последующим разделением остатка на рабочую фракцию и лак. Показатели служат для условной оценки склонности масел к образованию лаковых отложений на деталях двигателей и эффективности присадок, уменьшающих лакообразование. ГОСТ 18136–72 [61,62] предусматривает определение термоокислительной стабильности по таким показателям, как кислотное число, число омыления, вязкость, коксуемость, содержание смол, наличие нерастворимого осадка, тангенс угла диэлектрических потерь, удельное электрическое объемное сопротивление, цвет и масса катализатора, внешний вид, цвет и масса конденсата. Оценку термоокислительной стабильности по количеству образовавшегося осадка, нерастворимого в изооктане, изменению вязкости, кислотного числа и наличию отложений в реакционном сосуде, а также коррозионности масла по изменению массы пластинок – катализаторов предусматривает регламентированный метод (ГОСТ 23797–79)[63]. Испытания проводят при температуре 300–400°С.Прибор [64] обеспечивает более благоприятные условия контактирования масла с кислородом воздуха за счет превращения его в аэрозоль с помощью диффузора. Применяют катализаторы для окисления масла, выполненные из медной пластины и стальной пружины. Применение катализаторов и превращение масла в мелкие капли увеличивает поверхность контакта и продолжительность взаимодействия с кислородом, что повышает скорость окислительных процессов. Прибор позволяет проводить окисление при температуре до 200 °С. Метод превращения масла в аэрозоль с помощью прибора для оценки эксплуатационных свойств моторных масел предложен в работе [65]. Прибор включает рабочую камеру с подогревом, разбрызгиватель, трубки 47

для подвода воздуха и масла, а также холодильник для конденсации летучих продуктов окисления, трубки для возврата конденсата и контактный термометр. Стабильность масел по приросту их вязкости и индукционному периоду осадкообразования и испаряемости можно определить на устройстве, предложенном в работах [66, 67]. Для определения коррозионности в кюветы с исследуемыми маслами устанавливаются в специальных держателях свинцовые пластины, которые при вращение кассеты попеременно контактируют с маслом и воздухом. Испытания проводят при температуре 140±1 °С, и по потере массы пластин делают выводы о коррозионности исследуемых масел. Оценку масел по нагаро- и лакообразующей способности, а также коррозионным свойствам можно проводить на установке, описанной в работе [67]. Работа установки заключается в том, что на нагретый цилиндр с градиентом температуры по его длине наносится пленка масла с помощью подвижного кольцевого элемента, выполненного с возможностью возвратно-поступательного движения. В результате контакта тонкой масляной пленки с нагретыми до различных температур участками цилиндра масло подвергается окислению, термической полимеризации и в зависимости от качества образует на поверхности нагаро- и лакоотложения с различными качественными и количественными характеристиками по температурным зонам цилиндра. Проведенный краткий анализ в области оценки качества нефтепродуктов показал, что методическая база и приборное обеспечение позволяют исследовать термоокислительную стабильность, нагаро- и коксообразование, изменение вязкости и коррозионную стойкость. Часть разработок универсальны, так как на их основе оценивают качество широкого ассортимента нефтепродуктов. Из анализа видно, что оценка качества нефтепродуктов должна быть комплексной и учитывать зависимость вышеупомянутых показателей от противоизносных свойств исследуемых нефтепродуктов.

48

3

КОМПЛЕКСНЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ МЕХАНИЗМА СТАРЕНИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ХРАНЕНИИ ТЕХНИКИ 3.1. Метод контроля состояния моторных масел при длительном хранении техники

Выбор моторных масел основан на рекомендациях заводов-изготовителей и включает три вида минеральных масел: М-16ИХП-3, М-16Г2ЦС и МТ-16п. Масло М-16ИХП-3 (ГОСТ 25770−83) – высококачественное минеральное моторное масло, изготавливаемое из смеси остаточного и дистиллятного компонентов сернистых нефтей, содержит специфическую композицию присадок [30]. Предназначено для безнаддувных автотранспортных дизелей старых моделей, для среднефорсированных судовых, тепловозных, транспортных и стационарных дизелей с наддувом, работающих на дистиллятном дизельном топливе с массовой долей серы до 0,5 %, и для форсированных транспортных дизелей, включая и двигатели с наддувом. Масло улучшено эффективной композицией присадок, придающих ему высокие эксплуатационные свойства, надежно защищающие двигатель при работе в сложных условиях. Вязкость масла М-16ИХП-3 15,5–16,5 м²/с (при 100 оС), температура вспышки в открытом тигле не менее плюс 225 оС, температура застывания не более минус 25 оС. Минеральное моторное масло М-16Г2ЦС (ГОСТ 12337–84) производят из смесей дистиллятного и остаточного компонентов, вырабатываемых из сернистых или малосернистых нефтей, и композиции эффективных присадок [30]. Предназначено для смазывания главных и вспомогательных тронковых дизелей, судов морского, транспортного, промыслового и речного флотов, используется в циркуляционных системах крейцкопфных дизелей высшей степени форсирования, когда массовая доля серы в применяемом топливе не более 1,5 %. Вязкость масла М-16Г2ЦС 15,5–17,0 м²/с при 100 оС, температура вспышки в открытом тигле 210 оС, температура застывания не более минус 10 оС. Минеральное моторное масло МТ-16П (ГОСТ 6360–83) вырабатывают из малосернистых нефтей компаундированием смеси остаточного и дистиллятного компонентов с композицией моющей, антиокислительной, 49

депрессорной и противопенной присадок [30]. Применяется для смазывания транспортных дизелей типа В2 и аналогичных по уровню форсирования безнаддувных двигателей. Основные характеристики масла: вязкость кинематическая (при 100 °С) 15,5–16,5 ммг/с; индекс вязкости не менее 85; щелочное число не менее 4,0 мг КОН/г; зольность 0,6–1,0 % (мас. доля); температура вспышки в открытом тигле не менее 210 оС; температура застывания не более минус 25 оС; коррозионность на пластинах свинца не более 5,0 г/м2; показатель износа при постоянной нагрузке 196 Н не более 0,45 мм. Разработанная методика предусматривает проведение испытаний моторных масел, находящихся на длительном хранении, в технике в пять этапов. Проба масла отбирается из прогретого двигателя массой 250 г. Технология определения состояния масел, находящихся на длительном хранении, представлена в виде блок-схемы на рис. 3.1. Испытуемое масло Фотометр

Центрифуга

Прибор для термостатирования

Вискозиметр Концентрация общих, растворимых и нерастворимых продуктов старения

Весы Концентрация воды

Информация о состоянии моторных масел в парке машин

Трехшариковая машина трения Противоизносные свойства, электропроводность фрикционного контакта, интенсивность механохимических процессов

Рис. 3.1. Блок-схема технологии исследования состояния моторных масел парка машин

На первом этапе определялись оптические свойства масла, которые характеризуют степень его старения, состав продуктов, при этом применялись прибор для определения оптических свойств масла и центрифуга, технические характеристики которых приведены в пунктах 5.2 и 5.4. В зависимости от срока хранения масла могут фотометрироваться при толщине фотометрируемого слоя 2 или 0,15 мм. Степень старения масла определяется по коэффициенту поглощения светового потока, характеризующего концентрацию общих продуктов старения. Центрифугирование пробы масла при частоте вращения ротора 8 000 об./мин в течение часа с последующим фотометрированием позволяет определить концентрацию растворимых продуктов старения, т. е. устано50

вить степень окисления масел. По разности коэффициентов поглощения светового потока до и после центрифугирования определялась концентрация нерастворимых продуктов старения масел. По плотности осадка на дне кюветы центрифуги устанавливалось наличие в масле моюще-диспергирующих присадок. В случае плотного и плохо смываемого бензином осадка делается заключение об отсутствии моющих присадок. По концентрации нерастворимых продуктов старения делается заключение о состоянии фильтрующих элементов. Степень старения моторных масел по парку машин определялась на основе графических зависимостей распределения концентрации общих, растворимых и нерастворимых продуктов старения масел, что позволяло провести анализ состояния масел по парку машин и выявить механизмы, требующие замены масел или их очистки физическими методами. Второй этап исследования заключался в определении вязкости масел. С этой целью использовался малообъемный вискозиметр, техническая характеристика которого представлена в пункте 5.6. Вязкость измерялась пятикратно при температуре 100 оС. Перед испытаниями пробы масел тщательно перемешивались. По результатам измерения строилась кривая распределения вязкости по парку машин, позволяющая определить состояние масел по этому параметру. Третий этап исследования состоял в определении концентрации воды. Для этого применялись прибор для термостатирования масел и электронные весы. Проба масел массой 100 г термостатировалась при температуре 120 оС в течение 20 мин. Температура и время установлены экспериментально и обеспечивали полное испарение воды. Во время испытания температура масла поддерживалась автоматически, а проба перемешивалась с частотой вращения мешалки 300 об./мин. После испытания проба масла взвешивалась и по изменению массы определялась концентрация С воды в процентах:

C=

( m3 − mт ) 100, m3

(3.1)

где m3 – заданная масса пробы (100г); mт – масса пробы после термостатирования, г. По результатам испытания строилась кривая распределения, по которой определялось состояние масел по парку машин. Четвертый этап включал термостатирование масел и определение термоокислительной стабильности. С этой целью использовались прибор для термостатирования масел, фотометр и электронные весы. Проба масла массой 100 г заливалась в прибор для термостатирования, нагревалась до температуры 170 оС и в течение 3 ч перемешивалась 51

стеклянной мешалкой с частотой вращения 300 об/мин. При испытании температура масла поддерживалась автоматически с точностью ±0,5 оС. Термоокислительная стабильность определялась по изменению коэффициента поглощения светового потока Kп и испаряемости масла. Фотометрирование окисленных масел проводилось при толщине фотометрируемого слоя 0,15 мм. Изменение оптических свойств масел оценивалось по разности коэффициентов поглощения светового потока масел до и после окисления. По результатам испытания строились кривые распределения коэффициентов поглощения светового потока масел до и после окисления, по которым определялась их сопротивляемость температурным воздействиям. Испаряемость масел парка машин определялась по кривой распределения испаряемости, по которой устанавливалось количество машин с наибольшим испарением масел для принятия мер по выявлению причин. Пятый этап исследования заключался в испытании моторных масел на трехшариковой машине трения с целью определения их противоизносных свойств. Обоснование параметров трения приведено в работах [83, 85, 92]. Для исследования интенсивности механохимических процессов, протекающих на фрикционном контакте, через один из трех шаров пропускался постоянный ток (100 мкА) от внешнего стабилизированного источника питания 3В [93]. Величина тока, протекающего через фрикционный контакт, зависит от вида деформации (пластическая, упругопластическая или упругая), а также от кислотности масла и его способности формировать на поверхностях контакта защитные граничные слои (асорбционные или хемосорбционные). Ток, протекающий через фрикционный контакт, через аналоговый преобразователь подавался на компьютер для записи в виде диаграммы, по которой определялась продолжительность пластической, упругопластической и упругой деформаций, причем при пластической деформации ток приобретает значение 100 мкА, задаваемое при статическом положении шара и цилиндра. Продолжительность упругопластической деформации определялась по времени уменьшения тока до определенной стабилизированной величины, которая зависит от кислотности масла и его способности к формированию защитных граничных слоев. Продолжительность упругой деформации устанавливали по времени стабилизации тока. Этот период изнашивания характеризуется формированием защитных граничных слоев, поэтому ток колеблется около определенного значения. Противоизносные свойства смазочного масла определялись по среднеарифметическому значению среднего диаметра пятна износа на трех шарах, продолжительности суммарной пластической и упругопластической деформаций и диаграммам записи тока. Противоизносные свойства масла также определялись по величине тока стабилизации, косвенно характери-

52

зующего кислотность и способность формировать на поверхности трения хемосорбционные слои. Интенсивность формирования адсорбционных и хемосорбционных слоев оценивалась по фотографиям и площадям контакта с помощью микроскопа «Альтами» Мет1М.

3.2. Метод контроля термоокислительной стабильности и противоизносных свойств товарных масел и масел с различным сроком хранения Данная методика разработана с целью определения изменения эксплуатационных свойств моторных масел при их хранении в резервуарах. При исследовании товарных масел использовались приборы, описанные в главе 5. Исследования товарных моторных масел проводились в три этапа. На первом этапе определялась термоокислительная стабильность при температуре 170 оС. Для этого проба масла массой 100 г заливалась в стеклянный стакан прибора для определения термоокислительной стабильности и термостатировалась при температуре 170 оС с перемешиванием стеклянной мешалкой и частотой вращения 300 об/мин. Температура и частота вращения поддерживались автоматически. После каждых 8 ч испытания стакан с пробой масла взвешивался для определения массы испарившейся пробы. Затем отбирались пробы термостатированного масла для фотометрирования и определения коэффициента поглощения светового потока и измерения вязкости при температуре 100 оС. Прямое фотометрирование проводилось при толщине фотометрируемого слоя 2 мм. После фотометрирования и измерения вязкости пробы сливались в стакан, который повторно взвешивался. Результаты взвешивания до и после термостатирования, а также после измерения оптических свойств и вязкости заносились в журнал. Проба масла подвергалась дальнейшему термостатированию в течение очередных 8 ч. Продолжительность испытаний определялась достижением значения коэффициента поглощения светового потока 0,7−0,8 ед. По полученным результатам испытания строились зависимости коэффициента поглощения светового потока, вязкости и испаряемости от времени испытания. Данные зависимости сравнивались с зависимостями, полученными для масел с различным сроком хранения в резервуарах, что позволило оценить влияние срока хранения на сопротивляемость масел окислению. Второй этап исследования аналогичен первому, только испытания проводились при циклическом изменении температуры в диапазоне 53

от 140 до 170 оС, а затем от 170 до 140 оС. Изменение температуры от 140 до 170 оС названо циклом повышения температуры испытания, а от 170 до 140 оС – циклом понижения температуры. Преимущество данного метода заключается в возможности определения температур начала окисления и испарения масла, т. е. можно установить температурный диапазон работоспособности. Третий этап исследований товарных масел предусматривал испытания на противоизносные свойства на трехшариковой машине трения со схемой трения «шар–цилиндр». Цель исследований – определение влияния окислительных процессов на изменение противоизносных свойств. Испытание окисленных масел на противоизносные свойства проводились при достижении маслом коэффициента поглощения светового потока Kп, равного приблизительно 0,1; 0,2; 0,3; … 0,8 ед. Проба товарного масла массой 100 г заливалась в стеклянный стакан прибора для термостатирования, которое проводилось при температуре 170 оС с перемешиванием стеклянной мешалкой и частотой ее вращения 300 об/мин. После 8 ч испытания проба взвешивалась для определения массы испарившегося масла. Затем из стакана отбиралась проба масла для фотометрирования при толщине фотометрируемого слоя 2 мм. В случае когда термостатированная проба достигала принятых значений коэффициента поглощения светового потока, дополнительно измерялась вязкость окисленного масла и отбиралась проба массой 20±3 г для испытаний на машине трения, при этом проба масла в стакане доливалась испытуемым маслом до 100 г и продолжались испытания на термоокислительную стабильность. После достижения коэффициентом поглощения светового потока значения 0,8 ед. испытания прекращались. Изменения противоизносных свойств окисленного товарного масла определялись по зависимостям изменения параметра износа от коэффициента поглощения светового потока; вязкости, продолжительности суммарной пластической и упругопластической деформаций; коэффициенту электропроводности фрикционного контакта. По данным результатам производился поиск критерия оценки влияния срока хранения товарных масел на противоизносные свойства.

54

4

МЕТОД КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОТРАБОТАННЫХ И РАБОТАЮЩИХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ПО ПАРАМЕТРАМ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ И ПРОТИВОИЗНОСНЫМ СВОЙСТВАМ 4.1. Метод контроля отработанных и работающих моторных масел

Способность масел защищать трущиеся поверхности от износа, обеспечивать снижение потерь на трение и температуру в зоне контакта, уносить частицы износа с поверхностей трения определяет надежность и долговечность деталей машин, которые при правильной эксплуатации определяются тремя основными факторами: конструкцией, технологией изготовления и смазкой. Если конструированию деталей машин и механизмов отведена существенная роль в науке, то вопросы смазки деталей по-прежнему остаются малоизученными. Смазочная эффективность масла зависит от сочетания различных факторов, определяющих в совокупности характер влияния его на износ и трение смазываемых поверхностей. Эффективность смазочных материалов зависит от свойств, которые изменяются в процессе эксплуатации; состояния трущихся поверхностей; параметров трения (скорость, нагрузка, температура) [68, 69]. Известно, что смазочное масло способно обеспечивать заданный ресурс только при точном соответствии его свойств конструкции агрегата и режиму его эксплуатации [70, 71]. В качестве объекта исследования выбраны всесезонные синтетические и частично синтетические товарные и отработанные моторные масла. Характеристики масел, выбранных для исследования, приведены в табл. 4.1, 4.2. При оценке качества выпускаемых моторных масел основными эксплуатационными показателями являются термоокислительная стабильность и противоизносные свойства. Термоокислительная стабильность определяет сопротивляемость моторного масла температурным воздействиям: и чем она выше, тем с меньшей скоростью образуются продукты окисления, загрязняются детали двигателя, увеличивается ресурс системы фильтрации и в конечном счете ресурс самого масла. Противоизносные свойства масел определяют долговечность самого двигателя [79–83]. Анализ проб исследуемых моторных масел проводился в лаборатории «Качество нефти и нефтепродуктов» Института нефти и газа Сибирского федерального университета. 55

Таблица 4.1 Характеристики товарных синтетических моторных масел Марка масла

Texaco BP Castrol GTX Havoline EssoUltron Visco5000 Magnatec Synthetic 5W−40 SJ/CF 5W−40SL/CF 10W−40 SL/CF Показатель 5W−40 SJ/CF Плотность при 15 оC, г/cм3 0,850 0,855 0,855 0,870 о Вязкость при 40 C, мм/с 86,8 84 – 105,2 Вязкость при 100 оC, мм/с 13,8 14,2 14,3 15,2 Индекс вязкости 163 175 175 145 Температура вспышки, оC 230 220 220 195 Температура застывания, оC –51 –39 –39 –39 Щелочное число, мг KOH/г 9,7 – 10,0 8,7 Зольность, % – 1,02 – – Таблица 4.2 Характеристики товарных частично синтетических моторных масел Марка масла

Texaco Ravenol Havoline Esso Ultra BP Visco 3000 TSI10W− Показатель Extra 10W−40SJ/CF 10W−40 SJ/CF 40 SM/CF 10W−40 SJ/CF Плотность при 15 оC, г/cм3 0,870 0,878 0,878 0,871 о Вязкость при 40 C, мм/с 100 97 – 92,4 о Вязкость при 100 C, мм/с 14,6 14,4 14,3 14 Индекс вязкости 151 156 155 154 Температура вспышки, оC 224 – 218 216 Температура застывания, оC –27 –31 –36 –36 Щелочное число, мг KOH/г 7,7 – 8,2 7,6

Основная концепция методики, которая легла в основу метода контроля состояния моторных масел, заключается в определении концентрации общих, растворимых и нерастворимых продуктов старения, вязкости и испаряемости, склонности к образованию в процессе эксплуатации двигателей продуктов старения. Методика исследования позволяет выявить закономерности изменения концентрации продуктов старения при эксплуатации двигателя и оценить противоизносные свойства масла. Пригодность масла для дальнейшего использования определяется путём сравнения параметров работавшего масла с предельно допустимыми (браковочными) значениями, установленными и обоснованными данной методикой. Смену масла в двигателе рекомендуется проводить при предельном значении одного или нескольких браковочных показателей, причём плановость системы смены сохраняется с корректировкой сроков технического обслуживания. Методика предусматривает исследования отработанных и работающих моторных масел различной базовой основы в два этапа (рис. 4.1). 56

На первом этапе отбирались отработавшие регламентируемый заводами-изготовителями срок пробы масел в объёме 0,2 л, слитые из двигателей парка машин при техническом обслуживании. Проба отработанного масла Фотометр

Вискозиметр

Измерение вязкости

Центрифуга

Фотометрирование

Заключение о ресурсе отработанного масла по параметру вязкости

Определение концентрации общих продуктов старения, Kп

Оценка и заключение о моющедиспергирующих свойствах

Определение концентрации нерастворимых продуктов Kпн = Kп – Kпр

Определение концентрации растворимых продуктов, Kпр Статистическая обработка результатов

Обоснование предельного состояния отработанного моторного масла

Оценка состояния масляных фильтров

Рис. 4.1. Схема испытания отработанных моторных масел: Kп − коэффициент поглощения светового потока, определяющий концентрацию общих продуктов старения в отработанном масле; Kпр − коэффициент, характеризующий концентрацию растворимых продуктов; Kпн − коэффициент, характеризующий концентрацию нерастворимых продуктов

Пробы масел делились на части. После тщательного перемешивания часть пробы использовалась для измерения вязкости (при 100 оС), по которой определялся отработанный маслом ресурс (вязкость не должна превышать вязкость товарного масла на 30–35 %). Часть пробы отработанного масла подвергалась прямому фотометрированию при толщине фотометрируемого слоя 0,15 мм для определения концентрации общих продуктов старения. Часть пробы масла подвергалась центрифугированию с частотой вращения ротора 8 000 об/мин в течение одного часа с последующим 57

фотометрированием и определением концентрации растворимых продуктов старения, а разность между концентрациями общих и растворимых продуктов определяла концентрацию нерастворимых продуктов старения, по которой производилась диагностика состояния фильтрующих элементов. По плотности осадка на днище кюветы центрифуги определялось наличие в масле моющих присадок. По результатам оценки концентрации общих продуктов старения проводилась статистическая обработка данных по парку машин, на основании которой предварительно определялось предельное состояние исследуемых масел. Проба отработанного масла

Прибор для термостатирования моторных масел

Вискозиметр

Определение вязкости окисленных масел

Электронные весы

Определение концентрации продуктов старения после термостатирования Kпт

Определение испаряемости при термостатировании масел

Определение ресурса масла по вязкости (допустимое увеличение на 30−35 %)

Фотометр

Диагностика технического состояния цилиндропоршневой группы

Статистическая обработка окисленных проб отработанных масел Корректировка предельного состояния отработанных масел

Рис. 4.2. Схема испытания отработанных моторных масел на термоокислительную стабильность

Второй этап исследования отработанных моторных масел заключался в корректировке предельного состояния, установленного на первом этапе, с учётом испытаний их на термоокислительную стабильность для определения запаса ресурса (рис. 4.2). Методика предусматривала нагрев в стеклянном стакане и перемешивание стеклянной мешалкой, с частотой вращения 300 об/мин, пробы отработанного моторного масла постоянной массы (100±1 г). Температура испытания составляла 180±2 оС и поддерживалась автоматически. Время испытания 20 ч. Причём после 3, 8, 14 и 20 ч испытания стакан с испытуемым маслом взвешивают с точностью 0,1 г и опре58

деляют массу испарившегося масла. Оценка степени окисления моторных масел проводилась прямым фотометрированием по коэффициенту поглощения светового потока Kпт термостатированной пробы, изменению вязкости и испаряемости, что позволило определить сопротивляемость отработанных масел окислению и установить резерв их ресурса. С целью апробации предложенной методики и проверки соответствия установленного предельного состояния моторных масел проводились исследования синтетического моторного масла Ravenol VSI 5W–40 SM/CF, работавшего в двигателе от залива товарного до слива отработанного, при нормативом пробеге, применительно к условиям эксплуатации. С этой целью из картера двигателя отбиралась проба масла массой 30 г и подвергалась испытанию согласно представленной на рис. 4.2 схеме, включая испытания на машине трения. По результатам изменения вязкости, испаряемости, коэффициенту поглощения светового потока и противоизносным свойствам строились графические зависимости, которые использовались для поиска критерия оценки состояния исследуемого масла. Разработанная методика позволила обосновать предельное состояние моторных масел разных базовых основ и групп эксплуатационных свойств. Это даёт возможность корректировать сроки замены в зависимости от индивидуальных особенностей эксплуатации, технического состояния двигателя.

4.2. Метод контроля противоизносных свойств отработанных и работающих моторных масел В РФ триботехнические испытания регламентированы ГОСТ 9094−84 и включают оценку противоизносных, противозадирных и антифрикционных свойств на лабораторных установках и приборах, имитирующих условия эксплуатации машины и непосредственно в реальных узлах машин и механизмов в условиях эксплуатации [84–87]. Для обоснования установленного предельного состояния моторных масел различной базовой основы проведены триботехнические испытания на трёхшариковой машине трения, с помощью которых определялось влияние окислительных процессов на изменение противоизносных свойств отработанных и работающих масел [88, 89]. Схема методики исследования противоизносных свойств представлена на рис. 4.3. Особенностью методики является применение трёхшариковой машины трения со схемой «шар – цилиндр» [78], причем контакт шаров с обоймой проходил по индивидуальным дорожкам трения, а через один из 59

шаров пропускался постоянный ток (100 мкА) от внешнего стабилизированного источника напряжения 3 В. Пропускаемый через фрикционный контакт ток регистрировался преобразователем ТРМ 202, а сигнал подавался на компьютер для записи изменения тока в виде диаграммы. По диаграммам определялась продолжительность пластической, упругопластической и упругой деформаций, а также электропроводность фрикционного контакта, характеризующего интенсивность механохимических процессов. Проба моторного масла Трехшариковая машина трения

Определение диаметра пятна износа

Определение суммарного времени деформации

Обработка результатов эксперимента Обоснование критерия противоизносных свойств База данных результатов противоизносных свойств Рис. 4.3. Схема методики исследования противоизносных свойств отработанных моторных масел

Параметры трения были выбраны постоянными: нагрузка 13 Н, скорость скольжения 0,68 м/с; температура масла 80±1 оС поддерживалась автоматически; время испытания 2 ч. В качестве образца пары трения выбран шар (подшипник № 204 ГОСТ 8338−57) диаметром 9,5 мм и верхняя обойма роликового подшипника № 7208 ГОСТ 333−59 диаметром 80 мм, выполненные из стали ШХ15. Перед проведением исследований поверхность обоймы шлифовалась тремя абразивными лентами различной зернистости (250, 500 и 2000). Шероховатость поверхности после шлифования в направлении вращения составляла Ra = 0,08 : 0,16 мкм. Поверхности шара и цилиндра перед испытанием промывались бензином и вытирались насухо. Параметром оценки противоизносных свойств являлось среднеарифметическое значение пятна износа на трёх шарах, а критерием – условная концентрация продуктов старения на площади фрикционного контакта и продолжительность пластической, упругопластической и упругой 60

деформации. Таким образом, разработанная методика исследования качества моторных масел позволила обосновать предельное состояние, сопротивляемость окислению, оценить противоизносные свойства и влияние продуктов старения на механохимические процессы, характеризующие склонность масел к формированию защитных граничных слоёв на поверхностях трения. Обработка результатов исследования проводилась на ЭВМ по программе Advanced Grapher.

4.3. Методика обработки результатов исследования моторных масел Анализ и обработка результатов исследования проводились в соответствии с разработанной методикой. Достоверность полученных результатов подтверждается многократным проведением экспериментов [90]. Полученные результаты заносились в журнал исследований и базу данных ПЭВМ по каждому маслу отдельно, после соответствующей математической обработки они использовались для построения графических зависимостей, затем проводился регрессионный анализ полученных зависимостей. Достоверность оценивалась по следующим математически обработанным показателям лабораторного оборудования: коэффициенту поглощения светового потока, коэффициенту относительной вязкости, испаряемости. Представленные показатели оценивались по сопоставимости результатов пятикратного испытания товарного частично синтетического моторного масла EssoUltra 10W–40 SJ/CF и определению абсолютной и относительной погрешностей [91–94]. Использовались программы ЭВМ «Advanced Grapher» и «Eregre» [91] для определения среднего квадратического отклонения, коэффициента корреляции, коэффициента регрессии и средней погрешности аппроксимации. Результаты сведены в табл. 4.3. Для оценки величины случайной ошибки результата измерения при пяти наблюдениях применим способ средней квадратичной ошибки по формуле n

Sn =

∑ ( х − xi )2 i =1

n −1

,

(4.1)

где n – число наблюдений; х – среднее арифметическое значение показателя; xi – результаты наблюдений. Среднее значение каждого из показателя определяли как среднее арифметическое из полученных результатов наблюдений:

61

−

x=

1 n ∑ xi . n i =1

(4.2)

Абсолютную погрешность каждого прибора определяли как разность между средним арифметическим значением каждого из показателей и значением, полученным при отдельном наблюдении: −

Δхi = | x – хот.набл | ,

(4.3)

Средняя относительная погрешность измерений определяется как отношение средней абсолютной погрешности к среднему арифметическому значению показателей: 1 n Δxi ε = ∑ − ⋅100 % . (4.4) n i=1 x Для характеристики величины случайной ошибки необходимо знать доверительный интервал и величину доверительной вероятности, которая позволяет оценить степень надежности полученного результата. При измерениях можно ограничиться доверительной вероятностью α = 0,95 [92], которой соответствует доверительный интервал в долях ω = 2,0. Так, для измерений показателей каждого наблюдения при соответствующей температуре испытания доверительный интервал Δτ x− определяется по формуле Δτ x− = SN⋅ω .

(4.5)

На рис. 4.4 представлена зависимость среднеарифметических значений коэффициента поглощения светового потока Kп от времени испытания. Зависимость получена по результатам статистической обработки экспериментальных показателей при пяти наблюдениях с указанием доверительного интервала для каждой точки завиРис. 4.4. Зависимость коэффициента симости. Результаты статистической обработки занесены в табл. 4.3. В довеKп от времени испытания частично рительные интервалы будут укладысинтетического моторного масла Esso Ultra 10W–40 SJ/CF ваться 90 % результатов всех измерений. Значения средней относительной погрешности каждого измерения и средняя погрешность аппроксимации не превышают 9 %. Достоверность результатов измерения вязкости на малобьёмном вискозиметре оценивалась при десятикратном испытании одного сорта масла. Полученные результаты сведены в табл. 4.4. 62

63

Таблица 4.3 Данные статистической обработки и регрессионного анализа результатов испытания товарного частично синтетического моторного масла Esso Ultra 10W–40 SJ/CF при температуре 180 оС Показатель Коэффициент поглощения светового потока Kп Время испытания, ч 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Опыт № 1 0,103 0,167 0,223 0,28 0,343 0,43 0,503 0,61 0,693 Опыт № 2 0,099 0,162 0,221 0,278 0,34 0,445 0,5 0,59 0,69 Опыт № 3 0,098 0,165 0,22 0,28 0,34 0,44 0,51 0,6 0,68 Опыт № 4 0,101 0,17 0,224 0,285 0,339 0,43 0,49 0,6 0,69 Опыт № 5 0,1 0,169 0,222 0,282 0,34 0,44 0,499 0,61 0,685 − 0,1002 0,1666 0,222 0,2804 0,3404 0,437 0,5004 0,602 0,687 Среднее значение Kп, x Средняя квадратичная погрешность, Sn 0,0019 0,0032 0,0016 0,0036 0,0015 0,0067 0,0072 0,0084 0,005 Средняя относительная погрешность, % 1,44 1,49 0,54 0,88 0,31 1,28 0,98 1,06 0,59 Доверительный интервал ±0,004 ±0,006 ±0,003 ±0,007 ±0,003 0,013 ±0,014 ±0,017 ±0,01 Уравнение регрессии Kп = 9,89·10–5⋅t2 + 0,01t + 0,03 Коэффициент корреляции 0,98 Среднее квадратическое отклонение 0,26 Средняя погрешность аппроксимации 2,39 Показатель Коэффициент испаряемости G, г Время испытания, ч 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Опыт № 1 0,8 0,6 0,4 0,5 0,4 0,5 0,4 0,5 0,4 Опыт № 2 0,9 0,6 0,5 0,5 0,5 0,5 0,4 0,5 0,4 Опыт № 3 0,85 0,5 0,5 0,6 0,4 0,5 0,4 0,6 0,4 Опыт № 4 0,7 0,7 0,4 0,5 0,5 0,4 0,4 0,5 0,5 Опыт № 5 0,7 0,6 0,4 0,6 0,5 0,5 0,5 0,5 0,4 − 0,64 0,6 0,44 0,54 0,46 0,48 0,42 0,52 0,42 Среднее значение G, x Средняя квадратичная погрешность, Sn 0,114 0,0707 0,0548 0,0548 0,0548 0,0447 0,0447 0,0447 0,0447 Средняя относительная погрешность, % 5,71 6,67 10,91 8,89 10,43 6,67 7,62 6,15 7,62 Доверительный интервал ±0,228 ±0,141 ±0,11 ±0,11 ±0,11 ±0,089 ±0,089 ±0,089 ±0,089 Уравнение регрессии G =–(7,3194⋅10–4)⋅t 2 + 0,1353⋅t + 0,4937 Коэффициент корреляции 0,997 Среднее квадратическое отклонение 0,04 Средняя погрешность аппроксимации 8,13

Результаты статистической обработки данных по противоизносным свойствам частично синтетического масла EssoUltra 10W–40 SJ/CF сведены в табл. 4.5. Определялись среднее значение, средняя квадратичная ошибка, средняя относительная погрешность, а также доверительный интервал Δτ x− по формулам (4.1), (4.2), (4.3), (4.4), (4.5) соответственно. Таким образом, в доверительные интервалы будут укладываться 98 % результатов всех измерений. Значение средней относительной погрешности каждого измерения не превышает 2,1 %. Таблица 4.4 Показания вискозиметра при температуре 100 оС частично синтетического моторного масла Esso Ultra 10W–40 SJ/CF Показатель Показания вискозиметра, сСт

Среднее значение вязкости, сСт Средняя квадратичная ошибка, Sn Средняя относительная погрешность, % Доверительный интервал

Показания вискозиметра, сСт Опыт Опыт Опыт Опыт Опыт №1 №2 №3 №4 №5 10,57 10,5 10,45 10,6 10,5 10,5 10,4 10,5 10,6 10,3 10,4 10,5 10,5 10,5 10,6 10,2 10,3 10,3 10,5 10,5 10,4 10,2 10,2 10,3 10,6 10,5 10,3 10,1 10,1 10,1 10,6 10,5 10,2 10,5 10,5 10,3 10,3 10,3 10,1 10,1 10,1 10,2 10,2 10 10,1 10,2 10,2 10,1 10 10 10,377 10,34 10,285 10,32 10,33 0,1711 0,1265 0,1528 0,2486 0,2359 1,4 1 1,2 2,1 2 ±0,342 ±0,253 ±0,306 ±0,497 ±0,472 Таблица 4.5

Данные статистической обработки результатов испытания противоизносных свойств частично синтетического масла моторного Esso Ultra 10W–40 SJ/CF Показатель Левый шар Центральный шар Правый шар Среднее значение Средняя квадратичная ошибка, Sn Средняя относительная погрешность, % Доверительный интервал Δτ x−

64

Износ U, мм Опыт № 1 Опыт № 2 Опыт № 3 Опыт № 4 0,239 0,243 0,26 0,28 0,291 0,281 0,3 0,3 0,262 0,288 0,28 0,26 0,264 0,271 0,280 0,280 0,026 0,024 0,02 0,02 0,70 0,70 0,69 0,67 0,052 0,048 0,04 0,04

5

СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ И ИЗМЕРЕНИЯ 5.1. Основные требования к средствам контроля и измерения

Важную роль в обеспечении надежности техники играет смазочный материал, качество которого в процессе эксплуатации практически не контролируется. Однако на ресурс смазочных материалов оказывают влияние не только режимы и условия эксплуатации, но и частота доливов масел, техническое состояние топливной аппаратуры и цилиндропоршневой группы, систем фильтрации и охлаждения. При эксплуатации моторных масел в двигателях образуются продукты окисления в виде асфальтосмолистых соединений, нагаров, лаков, воды и т. п. С целью предотвращения выпадения в осадок продуктов окисления в масло вводят моюще-диспергирующие присадки, представляющие поверхносто-активные вещества, которые удерживают их в коллоидном состоянии, поэтому резкое снижение эксплуатационных характеристик моторных масел наступает, когда израсходованы присадки. В этих условиях продукты окисления начинают выпадать в осадок и нарушать теплообмен, снижать производительность системы фильтрации, увеличивать вязкость масла и влиять на его противоизносные свойства и ресурс. Такое состояние масла свидетельствует о необходимости замены. Кроме того, отработанные моторные масла относятся к нефильтруемым [29, 95], так как при фильтрации наблюдается весьма незначительный эффект очистки от продуктов окисления. Одним из направлений обеспечения надежности машин [96] является изучение интенсивности старения моторных масел при различных условиях эксплуатации и продления срока их службы. В этой связи предлагается каждому транспортному предприятию использовать возможность экономить моторные масла, для чего следует организовать посты по сбору, очистке моторных масел и контролю их качества. Накопление механических примесей – это основной фактор ухудшения качества масел. Физические методы очистки являются наиболее простыми, не требующими значительных финансовых и трудовых затрат. Так, применение центробежной очистки позволяет повысить ресурс моторных масел в 2–3 раза, обеспечить благоприятные условия работы трибосопряжений, повысить их надежность и долговечность, снизить эксплуатационные затраты и повысить эффективность использования техники. Для исследования изменения эксплуатационных свойств моторных масел при эксплуатации или хранении 65

техники необходимо осуществлять отбор проб, однако отбор в больших объемах приводит к искажению действительной картины старения масла, поэтому основным требованием к средствам контроля является использование малых объёмов проб масел с целью исключения влияния доливов. Вторым основным требованием является выбор методов контроля, определяющих конструкцию прибора и объем используемого масла, который можно возвращать в масляную систему. Исходя из основных эксплуатационных свойств моторных масел выбраны основные параметры качества: термоокислительная стабильность, моюще-диспергирующие свойства, вязкость, испаряемость, противоизносные свойства, − которые являются основанием для разработки новых и применения стандартных приборов. Для исследования эксплуатационных свойств моторных масел выбраны: прибор для определения оптических свойств, малообъемный вискозиметр, прибор для термостатирования, трехшариковая машина трения со схемой трения «шар–цилиндр» и устройство для переточки цилиндра, микроскоп «Альтами» Мет-1М, а также центрифуга и электронные весы.

5.2. Прибор для определения оптических свойств смазочных материалов Прибор предназначен для прямого фотометрирования и оценки степени окисления товарных и работающих масел. Внешний вид прибора представлен на рис. 5.1, техническая характеристика приведена в табл. 5.1. 1 2

Рис. 5.1. Прибор для определения оптических свойств смазочных материалов: 1 – блок измерения; 2 – фотометрическая кювета

Показателем степени окисления (старения) масла принят коэффициент поглощения светового потока Kп, определяемый по формуле Kп = (300 – П)/300,

(5.1)

где 300 – фототок, генерируемый фотоэлементом при отсутствии масла в кювете, мкА; П – фототок при наличии масла в кювете, мкА. Прибор для определения оптических свойств смазочных материалов включает блок измерения и фотометрическую кювету, предназначенную для прямого фотометрирования масел различной оптической плотности. 66

Толщина фотометрируемого слоя 0,03; 0,15; 2 и 8 мм, что обеспечивает фотометрирование моторных, трансмиссионных, гидравлических и индустриальных масел. Фотометрические кюветы заполняются путём нанесения нескольких капель масла на стекло с помощью мерного щупа, вынимаемого из картера двигателя. Таблица 5.1 Техническая характеристика прибора для определения оптических свойств Параметр Диапазон измерения, мкА Фотоэлемент Погрешность измерения, % Время одного измерения с учетом вспомогательного, мин Время непосредственного измерения, с Толщина фотометрируемого слоя при фотометрировании, мм, моторных масел: дизельных двигателей бензиновых двигателей трансмиссионных масел гидравлических и индустриальных масел Напряжение питания, В Потребляемая мощность, ВА Время нагрева прибора для нормальной работы, мин Габариты, мм

Значение параметра 0−300 Сф 2-1А ±2,0 3,0±0,1 5,0±1 0,03 0,15 2,0 8,0 9 0,2±0,01 3,0±0,5 105×225×40

Принцип работы прибора основан на пропускании монохроматического светового потока через слой исследуемого масла, который регистрируется фотоприемником. В зависимости от концентрации нерастворимых продуктов окисления (старения) в масле обратно пропорционально изменяется величина фототока. Световой поток, преобразованный в электрический сигнал, регистрируется индикатором, по величине которого рассчитывается результат измерения в виде коэффициента поглощения светового потока. Чем больше примесей, тем ниже показания прибора. Браковочные показатели по механическим примесям устанавливаются экспериментально для каждого сорта масла и типа двигателя [72–75].

5.3. Характеристика прибора для термостатирования смазочных материалов Термоокислительная стабильность характеризует склонность масел к окислению и образованию продуктов окисления. При 67

термостатировании смазочных материалов изменяются их оптические свойства, вязкость и испаряемость. Прибор для термостатирования предназначен для определения термоокислительной стабильности товарных и работавших масел. Внешний вид прибора представлен на рис. 5.2, техническая характеристика приведена в табл. 5.2.

1 2 Рис. 5.2. Общий вид прибора для термостатирования смазочных материалов: 1 – механический блок; 2 – блок измерения и управления

В табл. 5.2 представлена техническая характеристика прибора для термостатирования. Таблица 5.2 Техническая характеристика прибора для термостатирования Параметр Напряжение питания, В Максимальная мощность нагревателя, Вт Погрешность измерения, % Объем испытуемого масла (РЖ), мл Температура измерения вязкости, оС: моторных и трансмиссионных масел гидравлических и индустриальных масел Время одного измерения, мин

Значение параметра 12±0,5 42±1,0 ±0,2 8,5±0,1 100±0,1 50±0,1 5±1

Прибор состоит из механического блока 1, обеспечивающего нагрев и перемешивание пробы масла, и измерительного блока 2 с органами управления, установленными на передней панели [76, 77]. Механический блок (рис. 5.3) включает стеклянный стакан 1, на наружной поверхности которого установлен нагревательный элемент 2, изолированный термоизоляцией 3 и установленный в корпус 4. Стакан 1 устанавливается на шарнирной платформе 5, выполненной поворотной и фиксируемой в горизонтальном положении фиксатором 6. В стакан 1 погружается стеклянная 68

мешалка 7, закрепленная на валу 8, установленном на подшипниках 9 в подшипниковом узле 10, закрытым крышкой 11. Вал 8 с помощью упругой муфты 12 соединен с микроэлектродвигателем 13, установленным в кронштейне 14. Для обеспечения соосности валов мешалки и электродвигателя подшипниковый узел установлен в кронштейне 16. Оба кронштейна 14 и 16 крепятся к передней панели с помощью винтов 15 и 17. Температура исследуемого масла измеряется с помощью термопары 18 (хромелькопель). Измерительный блок включает схемы питания, задания и сравнения температуры, настройки частоты вращения мешалки и автоматического поддержания температуры. 13 12 11 10 9

14 15

Рис. 5.3. Механический блок прибора для термостатирования смазочных масел: 1 – стакан для испытуемого масла; 2 – нагреватель; 3 – теплоизоляция; 4 – кожух; 5 – платформа; 6 – фиксатор платформы; 7 – мешалка; 8 – вал; 9 – подшипник; 10 – узел подшипниковый; 11 – крышка; 12 муфта; 13 – микроэлектродвигатель; 14, 16 – кронштейны; 15, 17 – винты; 18 – термопара

16 17 18 1 2 3 4

8 7

5

6

Органы управления, регистрации и установки температуры вынесены на лицевую панель. Защита элементов измерительного блока от перепадов напряжения сети обеспечивается предохранительным устройством. Температура испытуемого масла регистрируется цифровым индикатором, а необходимая температура задается дискретно и в процессе испытания поддерживается автоматически с точностью ±1 ºС. Напряжение питания на нагревательный элемент подается через штепсельный разъем от измерительного блока. Частота вращения мешалки устанавливается дискретно, регистрируется цифровым индикатором и в процессе испытания поддерживается автоматически с точностью ±5 об./мин. После каждого испытания отбирается проба масла для оценки текущих параметров. Проба масла взвешивается для определения испаряемости, измеряется вязкость масла, а также оцениваются изменения оптических свойств масла.

5.4. Малообъёмный вискозиметр Вискозиметр [73] предназначен для измерения вязкости малых объемов нефтепродуктов при 100 и 50 °С. Общий вид прибора 69

представлен на рис. 5.4, а техническая характеристика – в табл. 5.3. Прибор состоит из механического и электронного блоков, расположенных соответственно в верхней и нижней частях модуля.

Рис. 5.4. Общий вид малообъемного вискозиметра Таблица 5.3 Техническая характеристика малообъемного вискозиметра Параметр Напряжение питания, В Потребляемая мощность, ВА Частота вращения мешалки (регулируемая), об/мин Температурный диапазон, оС Масса испытуемого масла, г Датчик температуры Габариты, мм: высота длина ширина Масса, кг

Значение параметра ~220±10 % 400±10 % 300±5 % От 50 до 200 100±0,1 Хромель-копель 450±5,0 170±5,0 740±5,0 8,5±0,5

Работа прибора заключается в измерении времени погружения плоского диска под собственным весом в нефтепродукт при заданной его температуре на заданную глубину. Измерительная схема прибора предусматривает за 1 оС до заданной температуры (50 или 100 оС) отключение нагревателя и включение с помощью электромагнитной системы коромысла с диском для перемешивания жидкости в стакане. Перемешивание осуществляется до тех пор, пока температура жидкости максимально не приблизится к заданной, после чего коромысло фиксируется в верхнем положении, а при достижении заданной температуры электромагнитная система обесточивается, и диск под собственным весом опускается. Время его опускания зависит от вязкости жидкости [73, 74]. 70

Кинематическая вязкость определяется по формуле: µ = (П–K)/tgα ,

(5.2)

где µ – коэффициент кинематической вязкости, мм2/с, П – показания прибора, имп; K и tgα – коэффициенты, определяемые при тарировке прибора и зависящие от его конструктивных особенностей (диаметр диска, высота его опускания).

5.5. Малообъёмная центрифуга Малообъёмная центрифуга [73] предназначена для отделения эксплуатационных примесей при центрифугировании исследуемого масла и определения его диспергирующих свойств по количеству и плотности осадка. Частота вращения ротора 8 000 об/мин. Используется совместно с фотометром.

5.6. Электронные весы Предназначены для контроля и измерения массы заливаемого смазочного материала в прибор для определения термоокислительной стабильности с точностью ±0,1 г и массы испарившегося масла при испытании.

5.7. Трёхшариковая машина трения Машина трения (рис. 5.5) относится к испытательной технике и предназначена для определения противоизносных свойств товарных, отработанных, окисленных и термостатированых смазочных масел. Машина трения выполнена по схеме «шар – цилиндр», причем каждый из трех шаров взаимодействует с цилиндром по индивидуальной дорожке трения, т. е. позволяет исследовать и фотографировать рельеф изношенной поверхности. В качестве испытательных образцов используются шары от шарикоподшипника № 204 (ГОСТ 8338) диаметром 9,5 мм и обойма роликового подшипника № 42416 (ГОСТ 8328) диаметром 80 мм, изготовленные из стали ШХ15. Для исследования процессов формирования и разрушения граничных слоев на поверхностях трения через один из шаров пропускается ток от внешнего стабилизированного источника питания 3 В, который через аналоговый преобразователь подавался на компьютер для записи 71

в виде диаграммы [92]. Параметры трения выбраны [93] с максимальной чувствительностью на изменение свойств масел и составили: нагрузка 13 Н, скорость скольжения 0,68 м/с, температура масла 80 оС, время испытания 2 ч. Испытательные образцы использовались многократно: шары проворачивались в держателях, подводя новую поверхность, а цилиндр перетачивался на установке (рис. 5.6) тремя абразивными лентами разной зернистости, обеспечивая шероховатость 0,8 мкм. Диаметры пятен износа замерялись на оптическом микроскопе «Альтами» Мет1М, имеющем возможность фотографирования рельефа пятен износа (рис. 5.7).

Рис. 5.5. Трехшариковая машина трения [92]

Рис. 5.6. Шлифовальная машина

Рис. 5.7. Микроскоп электронный «Альтами» Мет1М

Противоизносные свойства смазочных масел оценивались по следующим параметрам: среднеарифметическому значению диаметров пятен износа на трех шарах; току, протекающему через фрикционный контакт, записанному в виде диаграмм; продолжительности пластической, упругопластической и упругой деформаций; средней скорости формирования пятна износа. 72

6

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СТАРЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ХРАНЕНИИ ТЕХНИКИ 6.1. Результаты анализа минеральных моторных масел МТ-16П при длительном хранении парка машин

При хранении техники на открытых площадках в связи с изменением климатических условий масла загрязняются. По химическому составу загрязнения подразделяют на неорганические, куда входят минеральные вещества, вода и воздух, и органические, имеющие углеводородное и микробиологическое происхождение. Исследованию подвергался парк машин в количестве 25 ед., произведенных в период с 1977 по 1986 г., наработка составила от 22 до 1 200 м/ч, пробег – от 140 до 10 600 км. Распределение машин по пробегу представлено на рис. 6.1: машин с пробегом до 500 км – 15 ед. (60 %), а с пробегом более 2 000 км – 7 ед. (28 %).

Рис. 6.1. Распределение парка машин по пробегу

Пробы моторного масла после хранения техники в течение различных промежутков времени подвергались фотометрированию, затем центрифугированию при частоте вращения ротора 8 000 об/мин, повторному фотометрированию при толщине фотометрического слоя 2 мм. Степень старения моторных масел определялась по коэффициенту поглощения светового потока Kп, определяемого по формуле (5.1). 73

Распределение концентрации общих продуктов старения в моторных маслах МТ-16П при хранении техники представлено на рис. 6.2, а. Данные показывают, что из парка машин в 25 ед. в 18 ед. техники масла находятся в пределах значений коэффициента Kпо от 0,8 до 1,0 ед. После центрифугирования и повторного фотометрирования моторных масел установлено, что растворимые продукты старения для большинства единиц техники (19 ед.) находятся в пределах по значению коэффициента поглощения светового потока Kпр до 0,4 ед. (рис. 6.2, б).

Рис. 6.2. Распределение концентрации общих (а), растворимых (б) и нерастворимых (в) продуктов старения моторного масла МТ-16П

Разность между коэффициентами светового потока до и после центрифугирования определяет концентрацию нерастворимых продуктов старения Kпн: Kпн = Kпо – Kпр.

(6.1)

Установлено (рис. 6.2, в), что для большинства двигателей (15 ед.) концентрация нерастворимых продуктов старения находится в пределах значений коэффициента Kпн до 0,4 ед.; в 10 ед. техники этот показатель составляет от 0,6 до 0,8 ед. Таким образом, применение фотометра и центрифуги позволяет определять общую загрязненность моторных масел Kпо парка машин, концентрацию растворимых Kпр и нерастворимых продуктов старения Kпн, а также осуществлять периодический контроль за их состоянием. Контроль состояния масел после летних и зимних условий хранения техники позволяет определить количественные изменения состава продуктов старения и влияние климатических условий на процессы старения, установить при74

чины и разработать мероприятия по уменьшению влияния окружающей среды на эти процессы. Кроме того, полученная информация о состоянии моторных масел способствует совершенствованию системы планирования мероприятий по смене масел в двигателях. Распределение кинематической вязкости партии масел МТ-16П по парку машин, находящихся на хранении, представлено на рис. 6.3, для большинства машин (10 ед.) вязкость составляет 14 мм2/с, а нормативная вязкость 16 мм2/с – только у семи машин. Превышение и занижение нормативного значения вязкости у четырёх машин. Концентрация воды определялась термостатированием проб масел МТ-16П массой 100±0,1 г в стеклянном стакане с перемешиванием при температуре 120 оС в течение 20 мин. Концентрация воды С определялась по изменению массы пробы масла после термостатирования по формуле ( m − mт ) ⋅ 100 %, (6.2) С= 3 m3 где m3 – заданная масса пробы (100 г); mт – масса пробы после термостатирования, г. Результаты испытания представлены на рис. 6.4. Установлено, что у большинства машин (11 ед.) концентрация воды составляет 0,4 %. Максимальная концентрация воды 1,8 г установлена в одной машине, а минимальная – 0,2 г в двух машинах. ед.

µ

Рис. 6.3. Плотность распределения кинематической вязкости моторных масел МТ-16П по парку машин

Рис. 6.4. Гистограмма распределения концентрации воды С в моторных маслах МТ-16П при хранении техники

Сопротивляемость моторных масел МТ-16П температурным воздействиям исследовалась при температуре 170 оС в течение 3 ч с перемешиванием масла стеклянной мешалкой с частотой вращения 300+2 об/мин. С этой целью использовался прибор для термостатирования масел. Сопротивляемость окислению оценивалась по изменению коэффициента поглощения светового потока (рис. 6.5) и испаряемости (рис. 6.6). 75

Фотометрирование масел до и после термостатирования проводилось при толщине фотометрического слоя 0,15 мм. Согласно представленной гистограме (рис. 6.5) наибольшее количество проб (9 ед.) до окисления имели оптические свойства с коэффициентом Kп до 0,02 ед., после окисления оптические свойства для большинства масел (12 ед.) увеличились до коэффициента Kп = 0,04 ед. В результате проведенных исследований установлено, что количество проб масел с коэффициентом Kп > 0,04 ед. после окисления уменьшилось, что объясняется выпадением в осадок при термостатировании масла атмосферных загрязнений за счет снижения вязкости. Таких проб установлено 6 ед. Испаряемость масел (рис. 6.6) после термостатирования при температуре 120 оС составила 6 г для большинства проб (11 ед.) и находилась в диапазоне от 2 до 10 г. Показатель испаряемости зависит от концентрации воды и наработки двигателей, т. е. износа цилиндропоршневой группы, вследствие чего в масло попадают продукты неполного сгорания топлива (вода, сажа, газы и т. п.).

Рис. 6.5. Гистограмма изменения коэффициента поглощения светового потока Kп минеральных масел МТ-16П при хранении техники: □ – до окисления; □ – после окисления в течение 3 ч для парка машин (толщина фотометрического слоя 0,15 мм)

Рис. 6.6. Гистограмма испаряемости минерального масла МТ-16П после окисления в течение 3 ч для парка машин

Испытание минеральных масел МТ-16П на противоизносные свойства проводилось на трехшариковой машине трения со схемой трения «шар – цилиндр» [116], техническая характеристика которой и параметры трения представлены в п. 5.7. Преимуществом машины трения является взаимодействие трех шаров с поверхностью цилиндра по индивидуальным дорожкам трения, что позволяет исследовать рельеф изношенных поверхностей, а применение электрометрического метода [80], предусматривающего 76

пропускание через пару трения постоянного тока (100 мкА) от внешнего источника стабилизированного напряжения (3 В), – исследовать процессы формирования защитных граничных слоев на поверхностях трения, изменяющих их сопротивление, а значит, и величину тока [93]. Результаты испытания моторных масел представлены на рис. 6.7. Противоизносные свойства масел оценивались по среднеарифметическому значению диаметров пятен износа на трех шарах, измеряемых на микроскопе «Альтами» Мет1М. Наилучшими противоизносными свойствами характеризуются 17 проб масла (рис. 6.7) с диаметром пятна износа до 0,3 мм. В семи пробах противоизносные свойства находятся в пределах от 0,3 мм до 0,4 мм и в одной пробе – меньше 0,5 мм. Таким образом, при хранении техники изменяются концентрация общих, растворимых и нерастворимых продуктов старения, вязкость и противоизносные свойства масел. Влияние концентрации общих (а) и нерастворимых продуктов (б) старения на противоизносные свойства моторных масел исследовано зависимостями диаметра пятна износа от концентрации этих продуктов (рис. 6.8).

Рис. 6.7. Распределение противоизносных свойств проб масел МТ-16П по парку машин

Рис. 6.8. Зависимости диаметра пятна износа от концентрации общих (а) и нерастворимых (б) продуктов старения при испытании минерального масла МТ-16П

Показано, что концентрация общих (рис. 6.8, а) и нерастворимых (рис. 6.8, б) продуктов старения оказывает влияние на противоизносные свойства моторных масел. Сохраняется общая параболическая зависимость изменения противоизносных свойств от концентрации общих продуктов старения. В этой связи предлагается критерий оценки противоизносных свойств П моторных масел, характеризующий условную концентрацию 77

продуктов старения на номинальной площади фрикционного контакта, определяемый выражением [119, 122] П = Kп/ U,

(6.3)

где Kп (Kпр, Kпн) – коэффициенты поглощения светового потока, зависящие от концентрации общих (Kп), растворимых (Kпр) и нерастворимых (Kпн) продуктов старения; U – диаметр пятна износа, мм. Из представленных данных (рис. 6.9) видно, что наиболее четкая линейная зависимость критерия П противоизносных свойств моторных масел наблюдается от концентрации растворимых и нерастворимых продуктов старения (рис. 6.9, б и в). Практическое применение критерия П позволяет прогнозировать изменение противоизносных свойств при длительном хранении техники.

Рис. 6.9. Зависимости критерия противоизносных свойств минерального моторного масла МТ-16П от концентрации общих (а), растворимых (б) и нерастворимых (в) продуктов старения

Предлагаемый критерий противоизносных свойств моторных масел П позволяет прогнозировать изменение противоизносных свойств в зависимости от изменения концентрации растворимых и нерастворимых продуктов старения. Для этого необходимо провести испытания масел по предлагаемой методике исследования, построить графическую зависимость данного критерия от концентрации продуктов старения, которую следует принимать за эталонную. Затем после некоторого времени хранения техники достаточно отобрать пробу масла МТ-16П в объеме 50 мл, отцентрифугировать ее, определить концентрацию растворимых и нерас78

творимых примесей и по зависимости П = f (Kп) найти значение критерия П, по которому оценить противоизносные свойства анализируемого масла: U = Kпр/П.

(6.4)

Механохимические процессы, протекающие на фрикционном контакте, исследовались электрометрическим методом путем пропускания постоянного тока через пару трения от внешнего стабилизированного источника напряжения 3В. Активность этих процессов устанавливалась по коэффициенту электропроводности Kэ, определяемому отношением тока, протекающего через контакт, к току, заданному (100 мкА) при статическом положении образцов. Результаты исследования записывались в виде диаграмм на ЭВМ (рис. 6.10).

Рис. 6.10. Диаграммы записи тока, протекающего через фрикционный контакт при испытании моторного масла МТ-16П: 1 – Kп = 0,08; 2 – Kп = 0,11; 3 – Kп = 0,12; 4 – Kп = 0,17; 5 – Kп = 0,34

Величина тока зависит от электропроводности адсорбционных, хемосорбционных и модифицированных слоев, образующихся на фактиче79

ской площади контакта, и от состава и концентрации продуктов старения в масле и их кислотности. Диаграммы записи тока имеют три характерных участка, определяющих продолжительность пластической деформации, когда ток равен 100 мкА, упругопластической, когда ток уменьшается до стабилизированного значения, и упругой деформации, при которой ток находится около стабильной величины. В этой связи продолжительность суммарной пластической и упругопластической деформаций определяет время формирования защитных граничных слоев на фактической площади фрикционного контакта. В зависимости от состава и концентрации продуктов старения и их химической активности изменяется величина тока, протекающего через фрикционный контакт, что видно из диаграммы записи тока. Большие амплитуды колебания тока указывают на неспособность масла формировать прочные граничные слои. Зависимость коэффициента электропроводности фрикционного контакта от коэффициента поглощения светового потока Kп, характеризующего концентрацию продуктов старения в смазочном материале, представлена на рис. 6.11. Показано, что при увеличении коэффициента Kп электропроводность фрикционного контакта возрастает практически по линейной зависимости: Kэ = 0,28 + 0,42Kп,

(6.5)

где 0,28 – значение коэффициента Kэ при Kп = 0; 0,42 – коэффициент, характеризующий тангенс угла наклона зависимости к оси абсцисс или скорость изменения электрического сопротивления фрикционного контакта (или коэффициента Kэ). Стабилизация коэффициента электропроводности определяет время окончания пластических и упругопластических деформаций в контакте и переход к установившемуся изнашиванию, при котором скорость изнашивания резко уменьшается за счет образования на поверхностях трения защитных граничных слоев. Зависимость параметра износа от коэффициента электропроводности (рис. 6.12) показывает, что четкой связи между этими показателями не наблюдается, особенно при значениях коэффициента Kэ в пределах от 0,6 до 0,8 ед. Это объясняется повышением кислотности масла, концентрация которой по-разному влияет на коэффициент Kэ. Кислотность масел влияет на время формирования защитного граничного слоя tфпк на поверхностях трения, так как повышается активность хемосорбционных процессов, что подтверждается отсутствием четкой зависимости этого параметра от коэффициента поглощения светового потока (рис. 6.13). На показатель tфпк оказывает износ цилиндропоршневой группы, влияющий на коэффициент Kп. Влияние продолжительности формирования защитных граничных слоев на поверхностях трения на параметр износа исследовалось зависи80

мостью U = f(tфпк) (рис. 6.14). Показано, что при увеличении времени tфпк до 50 мин наблюдается тенденция увеличения износа. Дальнейшее увеличение времени tфпк вызывает уменьшение износа для трех проб масел, что объясняется большой концентрацией кислых продуктов старения, вызывающих увеличение коэффициента электропроводности Kэ и быстрое формирование граничных слоев. Поэтому при высоком кислотном числе время формирования защитных слоев точно определить невозможно, особенно для масел, применяемых в двигателях с различным отработанным ресурсом.

Рис. 6.11. Зависимость коэффициента электропроводности фрикционного контакта от коэффициента поглощения светового потока моторных масел МТ-16П парка машин

Рис. 6.12. Зависимость параметра износа от коэффициента электропроводности фрикционного контакта при испытании минеральных моторных масел МТ-16П парка машин

0,4 0,3 0,2 0,1 Рис. 6.13. Зависимость времени формирования защитных граничных слоев на поверхностях трения от коэффициента поглощения светового потока при испытании минеральных масел МТ-16П

Рис. 6.14. Зависимость диаметра пятна износа от продолжительности формирования защитного слоя на фрикционном контакте при испытании минеральных моторных масел парка машин

С целью установления общих закономерностей процесса старения моторных масел при длительном хранении техники необходимо получить статистические данные при исследовании других минеральных масел по аналогичной методике, провести сопоставительный анализ и сделать объективные выводы о механизме старения. 81

6.2. Результаты анализа минеральных масел М-16ИХП-3 при длительном хранении парка машин Исследовался парк машин из 15 ед., произведенных в 1983−1988 годы, пробег от 130 до 1 900 км. Качество моторных масел оценивалось по концентрациям общих, растворимых и нерастворимых продуктов окисления, вязкости и содержанию воды в пробах масел. Кривая распределения машин от пробега представлена на рис. 6.15. Оптические свойства моторных масел оценивались при прямом фотометрировании по коэффициенту поглощения светового потока Kп при толщине фотометрического слоя 2 мм (рис. 6.16). Гистограмма распределения степени загрязнения масел продуктами старения представлена на рис. 6.16, из которой следует, что в шести пробах коэффициент Kп имеет значение до 0,1 ед., а в девяти пробах – от 0,8 до 1,0 ед.

Рис. 6.15. Распределение парка машин от пробега

Рис. 6.16. Гистограмма распределения парка машин по оптическим свойствам моторных масел М-16ИХП-3

Концентрации в маслах растворимых и нерастворимых продуктов старения представлены на рис. 6.17. Наименьшая концентрация растворимых продуктов старения (кривая 1) при Kп < 0,1 ед. установлена в шести пробах, в восьми пробах концентрация растворимых продуктов находится в пределах от 0,8 до 1,0 ед. Содержание нерастворимых продуктов старения (кривая 2) при Kп > 0,1 ед..установлено в 12 пробах масел, что указывает на удовлетворительное состояние системы фильтрации. Вязкость масла в исследованных пробах находится в пределах от 12 до 16 мм2/с (рис. 6.18). У большинства проб (7 ед.) вязкость соответствует стандарту. Концентрация воды в пробах испытанных масел представлена в виде гистограммы на рис. 6.19. Установлено, что в большинстве проб (7 ед.) 82

концентрация воды составила 0,2 %, а наибольшая концентрация 0,6 % установлена в одной пробе.

Рис. 6.17. Распределение парка машин по концентрации продуктов старения в моторных маслах М-16ИХП-3: 1 – растворимых продуктов; 2 – нерастворимых продуктов

Рис. 6.18. Распределение вязкости моторных масел М-16ИХП-3 по парку машин

Полученные результаты анализа проб минерального моторного масла М-16ИХП-3 показали, что применение таких измерительных средств, как центрифуга, фотометр, малообъемный вискозиметр и прибор для термостатирования, позволяет контролировать текущие состояния масел при хранении техники по следующим показателям: концентрация общих, растворимых и нерастворимых продуктов старения, вязкости и содержанию воды. Анализ масел желательно проводить весной для оценки влияния зимних условий хранения техники на их состояние и осенью для оценки влияния летних условий, а также корректировать требования к хранению в зависимости от климатических условий. Противоизносные свойства масел М-16ИХП-3 исследовались при тех же параметрах трения, что и масла МТ-16П (рис. 6.20).

Рис. 6.19. Гистограмма распределения концентрации воды в минеральных моторных маслах при хранении техники

Рис. 6.20. Гистограмма распределения противоизносных свойств моторных масел М-16ИХП-3 по парку машин

Установлено, что в шести пробах масел противоизносные свойства составили 0,25 мм, а в восьми пробах – 0,35 мм, что соответствует противоизносным свойствам товарного масла (0,355 мм). 83

Влияние продуктов старения на противоизносные свойства масел исследованы зависимостями параметра износа U от концентрации общих, растворимых и нерастворимых продуктов (рис. 6.21).

Рис. 6.21. Зависимости параметра износа от концентрации общих (а), нерастворимых (б) и растворимых (в) продуктов старения моторных масел М-16ИХП-3

Показано, что четкой зависимости между этими параметрами не наблюдается из-за различий в составе и свойствах продуктов старения, включающих продукты окисления и температурной деструкции попадающих из камеры сгорания и извне. В связи с тем, что оптические свойства исследуемых проб масел М-16ИХП-3 в основном имеют значения коэффициента Kп до 0,2 ед. и от 0,9 до 1,0 ед. (рис. 6.16). Механохимические процессы, протекающие на фрикционном контакте, представлены зависимостью параметра износа от коэффициента электропроводности (рис. 6.22).

Рис. 6.22. Зависимость параметра износа от коэффициента электропроводности фрикционного контакта при испытании минеральных моторных масел М-16ИХП-3 при длительном хранении техники

Установлена линейная зависимость между параметром износа и коэффициентом электропроводности Kэ [23, 125]: U = 0,275 Kэ + 0,09,

(6.6)

где Kэ – коэффициент электропроводности фрикционного контакта; 0,275 – скорость изменения параметра износа; 0,09 – параметр износа при Kэ = 0. Предложен критерий оценки противоизносных свойств работающих моторных масел П, характеризующий условную концентрацию продуктов 84

старения на номинальной площади фрикционного контакта. На рис. 6.23 представлены зависимости критерия П от концентрации общих (Kп), растворимых (Kпр) и нерастворимых (Kпн) продуктов старения. Установлена линейная зависимость критерия П от концентрации общих, растворимых и нерастворимых продуктов старения.

Рис. 6.23. Зависимости критерия противоизносных свойств моторных масел М-16ИХП-3 от концентрации общих (а), растворимых (б) и нерастворимых (в) продуктов старения при хранении техники

При хранении техники изменяются эксплуатационные свойства масел, поэтому для определения количественных показателей пробы масел подвергались термостатированию на приборе для термостатирования с перемешиванием, что позволило определить их сопротивляемость температурным воздействиям. Сопротивляемость моторного масла М-16ИХП-3 при хранении техники температурным воздействиям оценивалась при температуре 170 oС в течение 3 ч. Фотометрирование масел до и после окисления проводилось при толщине фотометрического слоя 0,15 мм. Результаты испытания представлены в виде гистограммы на рис. 6.24. Установлено, что при значениях коэффициента поглощения светового потока Kп< 0,01 ед. изменения оптических свойств масел не наблюдаются (шесть проб до и после окисления). Изменения наблюдаются при значении Kп > 0,05 ед. Испаряемость моторных масел при окислении представлена гистограммой распределения на рис. 6.25, из которой видно, что в шести пробах масел испаряемость составила 1 г, в трёх пробах она составила 3 г и в двух пробах установлена испаряемость 5 г. Увеличение испаряемости связано 85

со сроком хранения техники, т. е. при изменении температурных и климатических условий хранения в моторные масла попадает влага и атмосферная пыль, что вызывает ухудшение их эксплуатационных свойств.

Рис. 6.24. Гистограмма распределения концентрации общих продуктов старения моторных масел М-16ИХП-3 при их окислении в течение 3 ч: ■ – до окисления; ■ – после окисления (толщина фотометрируемого слоя 0,15 мм)

Рис. 6.25. Гистограмма распределения испаряемости моторных масел М-16ИХП-3 при окислении в течение 3 ч при температуре 170 оС

Для объяснения механизма старения моторных масел при хранении техники необходимо исследовать товарные масла на термоокислительную стабильность и определить влияние продуктов окисления на их противоизносные свойства.

6.3. Результаты исследования термоокислительных процессов и противоизносных свойств товарного моторного масла МТ-16П Методика исследования термоокислительных процессов и противоизносных свойств масла МТ-16П предусматривала применение прибора для термостатирования масел, малообъемного вискозиметра, фотометрического устройства, электронных весов и трехшариковой машины трения со схемой «шар – цилиндр». Методика описана в работах [67, 70, 73] и включает испытание пробы масла массой 100±0,01 г в стеклянном стакане с перемешиванием стеклянной мешалкой с частотой вращения 300±2 об/мин при температуре 170 оС. Сопротивляемость масла МТ-16П окислению определялась по изменениям коэффициента поглощения светового потока Kп, испаряемости G и коэффициенту относительной вязкости Kµ. Коэффициент Kп определялся при толщине фотометрируемого слоя 2 мм, а относительная вязкость – как отношение вязкости окисленного масла к вязкости товарного. Масло испытывалось в два этапа: первый – исследо86

вание на термоокислительную стабильность; второй – исследования противоизносных свойств окисленного масла каждые 8 ч испытания, при этом проба масла доливалась каждый раз до 100 г. Результаты исследования моторного масла МТ-16П представлены на рис. 6.26. Данное масло выдержало 24 ч испытаний при температуре 170 оС, при этом коэффициент Kп составил 0,787 ед. (рис. 6.26, а), вязкость увеличилась на 17 %, испаряемость составила 1,8 г, а коэффициент термоокислительной стабильности Eтос – 0,805 ед. На основе полученных данных можно сделать вывод, что температура 170 оС для данного масла является высокой.

Рис. 6.26. Зависимости коэффициентов поглощения светового потока Kп (а), относительной вязкости Kµ (в), испаряемости G (б) и коэффициента термоокислительной стабильности Eтос (г) от времени окисления минерального моторного масла МТ-16П при температуре 170 оС

По данным [101–103], смазочный материал не может неограниченно поглощать тепловую энергию, поэтому избыток ее сбрасывается на более низкие энергетические уровни в виде продуктов окисления и испарения, которые влияют на показатель вязкости. Следовательно, термоокислительную стабильность можно оценивать по показателям испаряемости и изменениям коэффициента Kп. В работе предложено оценивать термоокислительную стабильность коэффициентом Етос, определяемым выражением (6.7) Eтос = Kп + KG, где KG – коэффициент испаряемости; (6.8) KG = m /М, где m и М соответственно масса испарившегося масла за установленное время и масса оставшейся пробы после испытания. 87

При увеличении времени испытания (рис. 6.26, г) коэффициент Eтос увеличивается практически по линейной зависимости. Процессы окисления и испарения моторного масла МТ-16П оценивались скоростями окисления VKп и испарения VG (рис. 6.27).

Рис. 6.27. Зависимости скоростей окисления VKп (а) и испаряемости VG от времени окисления минерального моторного масла МТ-16П

Установлено, что скорости окисления и испарения подвержены колебаниям. Это объясняется перераспределением избыточной тепловой энергии в сторону ускорения окислительных процессов либо испарения, т. е. подтверждено, что в моторном масле протекают процессы самоорганизации. В качестве показателя, характеризующего интенсивность процессов самоорганизации, предложен коэффициент Kс, определяемый отношением скорости окисления к скорости испарения (рис. 6.28). Показано, что коэффициент KС при увеличении времени испытания возрастает, т. е. при температуре испытания 170 °С преобладают процессы окисления. Для определения температурной области работоспособности масло МТ-16П испытывалось при циклическом изменении температуры в диапазоне от 140 до 170 °С, а затем от 170 до 140 °С (рис. 6.29, а и б). Масло выдержало один цикл повышения температуры и один неполный цикл понижения (рис. 6.29, а) [113]. Температурная область работоспособности моторного масла определялась по скоростям окисления VKп и испарения VG (рис. 6.30). Установлено, что при 140 °С скорость окисления составила 0,038 с–1, а испаряемость во втором цикле ниже 0,001 г/ч, поэтому предельной температурой работоспособности данного масла является температура ниже 140 °С. Противоизносные свойства масла МТ-16П исследовались на трехшариковой машине трения с параметрами: нагрузка – 13 Н, скорость скольжения – 0,68 м/с, температура окисленного масла – 80 °С, время испытания – 2 ч. При трении металлические поверхности (сталь ШХ15) взаимодействовали с продуктами окисления или присадками и создавали на поверхности трения в контакте химические соединения, изменяющие величину тока. Интенсивность химических реакций определялась коэффициентом 88

электропроводности Kэ фрикционного контакта, а за параметр износа принималось среднеарифметическое значение диаметра пятна износа на трех шарах. Влияние продуктов окисления на параметр износа оценивалось зависимостью U = f(Kп) (рис. 6.31, а). Показано, что в начале окисления противоизносные свойства практически не изменяются по отношению к товарному маслу (штриховая линия), однако при Kп < 0,62 ед. они ухудшаются, а при дальнейшем увеличении коэффициента Kп приближаются к противоизносным свойствам товарного масла. Поэтому концентрация продуктов окисления на площади фрикционного контакта может быть принята в качестве критерия П, оценивающего противоизносные свойства (рис. 6.31, б): (6.9) П = Kп/ U. Показано (рис. 6.31, б), что при увеличении концентрации продуктов окисления критерий П возрастает по линейной зависимости: (6.10) П = 3,563·Kп. Критерий противоизносных свойств позволяет сравнивать различные масла по этому показателю, причем чем больше угол наклона зависимости П = f(Kп) к оси абсцисс, тем выше противоизносные свойства смазочного масла.

Рис. 6.28. Зависимость коэффициента интенсивности процессов самоорганизации от времени окисления минерального моторного масла МТ-16П

Рис. 6.29. Зависимости коэффициента поглощения светового потока от температуры окисления (а) и времени испытания (б) минерального моторного масла МТ-16П при циклическом изменении температуры: 1 – цикл повышения температуры; 2 – цикл понижения температуры

Кроме того, критерий П можно использовать для контроля качества масла МТ-16П при производстве и в торговой сети без испытания на износ, испытывая его на термоокислительную стабильность, определяя значения коэффициента поглощения светового потока Kп по эталонной зависимости П =ƒ(Kп), и оценивать противоизносные свойства по формуле (6.11) U = Kп / П. Влияние продуктов окисления на формирование защитных граничных слоев на поверхностях трения оценивалось по диаграммам записи тока, протекающего через фрикционный контакт (рис. 6.32). 89

При трении важно знать время формирования защитного слоя tфпк и величину коэффициента электропроводности, так как эти параметры определяют величину износа.

Рис. 6.30. Зависимости скорости окисления VKп (а) и испарения VG (б) от времени окисления минерального моторного масла МТ-16П при циклическом изменении температуры: 1 – цикл повышения температуры от 140 до 170 °С; 2 – цикл понижения температуры от 170 до 150 °С

Рис. 6.31. Зависимости диаметра пятна износа (а) и критерия противоизносных свойств (б) от коэффициента поглощения светового потока при окислении минерального моторного масла МТ-16П

Время формирования защитного граничного слоя, определяющего наступление режима установившегося изнашивания, рассчитывали по диаграммам записи тока при минимальном его значении. Данные исследования представлены на рис. 6.33, а и б. Установлено, что коэффициент электропроводности фрикционного контакта от концентрации продуктов окисления (рис. 6.33, б) увеличивается по линейной зависимости, описываемой уравнением (6.12) Kэ = 0,21 + 0,65Kп, где 0,21 – коэффициент, при котором наступает установившееся изнашивание для товарного масла; 0,65 – скорость увеличения коэффициента электропроводности фрикционного контакта. Величина коэффициента Kэ зависит от электропроводности граничных слоев, разделяющих поверхности трения, состава и концентрации продуктов окисления. Различают адсорбционные, хемосорбционные и мо90

дификационные граничные слои, на формирование которых влияет активность продуктов окисления или присадок, взаимодействующих с металлическими поверхностями. Скорость формирования этих слоев определяется временем и зависит от нагрузки и температуры в зоне контакта.

Рис. 6.32. Диаграммы записи тока, протекающего через фрикционный контакт, при испытании минерального моторного масла МТ-16П: 1 – товарное масло Kп = 0,093; 2 – Kп = 0,417; 3 – Kп = 0,62; 4 – Kп = 0,717; 5 – Kп = 0,813

Время формирования защитного граничного слоя (рис. 6.33, а) в начале окисления уменьшается до значения коэффициента поглощения светового потока Kп = 0,72 ед. и становится меньше, чем у товарного масла (штриховая линия), а при Kп > 0,72 ед. время формирования защитного граничного слоя увеличивается, что указывает на изменение механизма изнашивания. 91

Параметры трения (нагрузка, скорость скольжения и температура), а также качество смазочного материала определяют интенсивность механохимических процессов, протекающих на фрикционном контакте, которые влияют на электропроводность, время формирования площади контакта (время формирования защитных граничных слоев) и, в конечном счете, на параметр износа. Все эти параметры зависят от концентрации продуктов окисления.

Рис. 6.33. Зависимости времени формирования площади фрикционного контакта (а) и коэффициента электропроводности фрикционного контакта (б) от коэффициента поглощения светового потока при окислении минерального моторного масла МТ-16П

Механохимические процессы определяют время формирования защитных граничных слоев, при котором наступает установившееся изнашивание и упругопластические деформации переходят в упругие. На рис. 6.34 представлена зависимость средней скорости формирования номинальной площади пятна износа на шарах Vфпк от концентрации продуктов окисления, определяемой выражением Vфпк = U/ tфпк,

(6.13)

где U – параметр износа, мм; tфпк – время формирования защитного граничного слоя.

Рис. 6.34. Зависимость средней скорости формирования площади пятна износа от концентрации продуктов окисления моторного масла МТ-16П (пунктирная линия – товарное масло, сплошная линия – окисленное масло)

Показано, что в начале окисления скорость формирования площади контакта практически одинакова с товарным маслом (штриховая линия). 92

Дальнейшее окисление масла МТ-16П до значения коэффициента Kп = 0,72 ед. влияет на среднюю скорость формирования пятна износа – она увеличивается до 0,1 мм/ч, а при коэффициенте Kп > 0,72 ед. она уменьшается за счет увеличения времени формирования защитных граничных слоев.

6.4. Результаты исследования термоокислительных процессов и противоизносных свойств товарного моторного масла М-16ИХП-3 Термоокислительная стабильность данного масла определялась при температуре 170 °С по таким показателям, как коэффициент поглощения светового потока Kп, вязкость µ, испаряемость G и коэффициент термоокислительной стабильности Етос. Результаты испытания представлены на рис. 6.35.

Рис. 6.35. Зависимости коэффициента поглощения светового потока Kп (a), вязкости µ (б), коэффициента термоокислительной стабильности Етос (в) и испаряемости G (г) от времени окисления минерального моторного масла М-16 ИXП-3 при температуре 170 оС

Зависимость коэффициента поглощения светового потока от времени испытания (рис. 6.35, а) имеет изгиб после 32 ч испытания, что указывает на образование при окислении двух видов продуктов с различной опти93

мальной плотностью. Данное масло выдержало 56 ч испытания, при этом коэффициент Kп составил 0,847 ед., вязкость увеличилась с 14,9 до 18,51 мм2/с, испаряемость составила 3,2 г, а коэффициент термоокислительной стабильности – 0,88 ед. Начало образования второго вида продуктов окисления определяется продлением участка зависимости Kп = f(t) после точки изгиба до пересечения с осью абсцисс (штриховая линия на рис. 6.35, а). Масло М-16ИХП-3 имеет область сопротивляемости окислению, равную 6 ч, в течение которых оно не окисляется. Вязкость масла (рис. 6.35, б) при окислении вначале падает до 14,71 мм2/с, а затем увеличивается в 1,24 раза за 56 ч испытания. По зависимости испаряемости можно определить массу легких фракций и воды, находящихся в масле (точка на ординате рис. 6.35, г). Установлено, что испаряемость масла М-16ИХП-3 увеличивается со временем испытания по линейной зависимости. Масло содержит 0,8 г легких фракций и воды. Коэффициент термоокислительной стабильности (рис. 6.35, в) является комплексным показателем, характеризующим окисляемость и испаряемость смазочного материала при данной температуре испытания, и может применяться для сравнения различных масел при принятых условиях испытания. Процессы, протекающие при термостатировании масла M-16ИХП-3, оценивались скоростями окисления VKп и испарения Vg (рис. 6.36).

Рис. 6.36. Зависимости скоростей окисления VKп (a) и испарения Vg (б) от времени окисления минерального моторного масла М-16ИХП-3 при температуре 170 оС

Показано, что эти параметры подвержены колебаниям за счет процессов самоорганизации, протекающих при термостатировании масла и перераспределении избыточной топливной энергии либо в сторону увеличения скорости окисления, либо испарения. Процессы самоорганизации предложено оценивать коэффициентом интенсивности Kc (рис. 6.37). По полученной зависимости видно, что коэффициент Kс подвержен колебаниям, данное явление подтверждает наличие перераспределения 94

избыточной тепловой энергии, поглощаемой продуктами окисления и испарения. Так как испаряемость масла М-16ИХП-3 при окислении увеличивается по линейной зависимости (рис. 6.34, г), то колебания коэффициента Kс вызваны в основном изменениями коэффициента поглощения светового потока и переходом первоначальных растворимых продуктов окисления в гелеобразные продукты, оптически более непрозрачные и более энергоемкие, что вызывает замедление или ускорение окислительных процессов. Для определения температурной области работоспособности минерального моторного масла М-16ИXП-3 (температуры начала окислительных процессов и критической температуры) их испытывали при циклически изменяющейся температуре в диапазоне от 140 до 170 оС (рис. 6.38, а и б).

Рис. 6.37. Зависимость коэффициента интенсивности процессов самоорганизации от времени окисления минерального моторного масла М-16ИХП-3

Рис. 6.38. Зависимости коэффициента поглощения светового потока Kп от температуры испытания (а) и времени испытания (б) моторного масла М-13ИХП-3 при циклическом изменении температуры: циклы 1, 3, 5 – повышение температуры от 140 до 170 оС; циклы 2, 4 – понижение температуры от 170 до140 оС

Данное масло выдержало три цикла повышения температуры испытания от 140 до 150 оС через 10 оС и два цикла понижения температуры от 170 до 140 оС. По данным рис. 6.38, а видно, что в третьем цикле повышения температуры произошли наибольшие изменения коэффициента поглощения светового потока при температуре 170 оС. Это объясняется преобразованием начальных продуктов окисления в более оптически непрозрачные 95

продукты (гелеобразные). Ресурс исследуемого масла при циклически изменяющейся температуре испытания составил 128 ч (рис. 6,38, б) против 56 ч при статической температуре испытания 170 оС. Анализ полученных данных подтверждает, что температура 170 оС для данного масла является критической. Для определения температур начала процессов окисления и испарения масла М-16ИХП-3 построены зависимости скоростей окисления VKп и испарения Vg от времени испытания (рис. 6.39, а и б) при циклическом изменении температуры, определяемых выражениями VKп = dKп/dt и Vg = dG/dt.

(6.14)

Рис. 6.39. Зависимости скоростей окисления (а) и испарения (б) от времени испытания моторного масла М-16ИХП-3 при циклическом изменении температуры (усл. обозн. см. на рис. 6.38)

Установлено, что окислительные процессы при температуре 140 оС в циклах 2 и 4 имеют скорость 0,0025 и 0,0016 ед/ч соответственно. Поэтому температура начала окислительных процессов ниже 140 оС (рис. 6.39, а), температура начала испарения (рис. 6.39, б) в циклах 2 и 4 понижения температуры составила соответственно при температуре 140 оС ноль и 0,0013 г/ч, значит, можно считать эту температуру за начало испарения исследуемого масла. Противоизносные свойства масла М-16ИXП-3 оценивались по диаметру пятен износа (рис. 6.40, а) и критерию противоизносных свойств П (рис. 6.40, б). Установлено, что в начале процесса окисления противоизносные свойства масла понижаются по сравнению с товарным маслом (точка на ординате), а при дальнейшем окислении масла (увеличение коэффициента Kп) они повышаются. Критерий противоизносных свойств П при увеличении коэффициента Kп изменяется по линейной зависимости и описывается уравнением П = 4,375·Kп. 96

(6.15)

Механохимические процессы, протекающие на фрикционном контакте, при постоянных параметрах трения оцениваются по коэффициенту электропроводности фрикционного контакта и времени формирования защитных граничных слоев, параметры которых определялись по диаграммам записи тока, протекающего через фрикционный контакт (рис. 6.41).

Рис. 6.40. Зависимости диаметра пятна износа (а) и критерия противоизносных свойств (б) от коэффициента поглощения светового потока при испытании минерального моторного масла М-16ИXП-3

На рис. 6.42 представлены зависимости коэффициента электропроводности фрикционного контакта и времени формирования защитных граничных слоев на поверхностях трения от концентрации продуктов окисления, выраженных коэффициентом поглощения светового потока. Установлено (рис. 6.42, а), что при увеличении концентрации растворимых продуктов окисления коэффициент Kэ уменьшается (кривая 1), а при увеличении концентрации гелеобразных продуктов он изменяется незначительно. Время формирования защитных граничных слоев на поверхностях трения (рис. 6.42, б) при увеличении концентрации продуктов окисления подвержено колебаниям как при возрастании концентрации растворимых продуктов (кривая 1), так и гелеобразных продуктов (кривая 2), что можно объяснить перераспределением избыточной тепловой энергии при доокислении растворимых продуктов и переходе их в гелеобразные – более энергоемкие. Кроме того, растворимые продукты являются исходным сырьем для образования гелеобразных продуктов, поэтому соотношение между ними постоянно изменяется и влияет на продолжительность формирования защитных граничных слоев. Зная время формирования защитных граничных слоев, можно определить среднюю скорость Vфпк формирования площади пятна контакта: Vфпк = U/tфгс.

(6.16) 97

Рис. 6.41. Диаграммы записи тока, протекающего через фрикционный контакт при испытании моторного масла М-16ИХП-3: 1 – товарное масло; окисленные пробы масел: 2 – Kп = 0,133; 3 – Kп = 0,233; 4 – Kп = 0,317; 5 – Kп = 0,493

Рис. 6.42. Зависимости коэффициента электропроводности фрикционного контакта (а) и времени формирования площади фрикционного контакта (б) от коэффициента поглощения светового потока при испытании минерального моторного масла М-16ИХП-3: 1 – влияние растворимых продуктов окисления; 2 – влияние растворимых и гелеобразных продуктов окисления

98

Зависимость средней скорости формирования площади пятна контакта от коэффициента поглощения светового потока представлена на рис. 6.43.

Рис. 6.43. Зависимости средней скорости формирования пятна контакта от концентрации продуктов окисления минерального моторного масла М-16ИХП-3: 1 – кривая при наличии растворимых продуктов; 2 – кривая при наличии нерастворимых продуктов

Показано, что в области физической адсорбции (адсорбционный слой) (кривая 1) средняя скорость формирования площади пятна контакта уменьшается при увеличении коэффициента поглощения светового потока. Этот процесс происходит до изгиба зависимости Kп = f(t) (рис. 6.35), когда при окислении масла образуются растворимые продукты. В области формирования хемосорбционных слоёв на поверхности трения (кривая 2) происходят колебания скорости Vфпк при увеличении коэффициента Kп. Такое влияние гелеобразных продуктов на среднюю скорость объясняется их концентрацией в масле. Так, при Kп > 0,66 ед. средняя скорость Vфпк стабилизируется, а при значениях Kп от 0,48 до 0,66 ед. она колеблется из-за малой концентрации гелеобразных продуктов окисления в масле. В результате сравнения противоизносных свойств минеральных масел МТ-16П (рис. 6.34) и М-16ИХП-3 (рис. 6.43) автором было установлено, что средняя скорость формирования площади фрикционного контакта у первого масла максимальна и составляет 0,1 мм/мин при коэффициенте Kп = 0,7 ед., а у второго она максимальна и равна 0,038 мм/мин при Kп = 0,12 ед. и 0,033 мм/мин при Kп = 0,56 ед.

6.5. Результаты исследования термоокислительных процессов и противоизносных свойств товарного моторного масла М-16Г2ЦС Масло М-16Г2ЦС испытывалось в три этапа: на первом определялась его термоокислительная стабильность; на втором противоизносные свойства; на третьем испытания термоокислительной стабильности проводились при циклическом изменении температуры от 140

99

до 170 оС при повышении или понижении температуры на 10 оС. Результаты испытания представлены на рис. 6.44.

Рис. 6.44. Зависимости коэффициентов поглощения светового потока (а), относительной вязкости (б), испаряемости (в) и коэффициента термоокислительной стабильности (г) от времени окисления минерального моторного масла М-16Г2ЦС

Установлено, что оптические свойства масла при окислении, оцениваемые коэффициентом поглощения светового потока Kп, изменяются с различной скоростью, что указывает на образование двух видов продуктов с различной оптической плотностью. Показано, что зависимость Kп = f(t) имеет изгиб после окисления масла в течение 48 ч. По данной зависимости определяется время начала образования продуктов с бόльшей оптической плотностью, которое составило 15 ч. Вязкость масла при окислении (рис. 6.44, б) оценивается коэффициентом относительной вязкости Kμ, возрастает по линейной зависимости и после 56 ч испытания увеличивается на 23,5 %, однако после 64 ч испытания она резко увеличилась в 2,3 раза по сравнению с товарным маслом. Испаряемость масла (рис. 6.44, в) за 64 ч испытания составила 5,5 г, т. е. масло характеризуется более низкой испаряемостью при температуре 170 оС по сравнению с маслами МТ-16 и М-16ИХП-3. Термоокислительная стабильность оценивалась коэффициентом Етос (рис. 6.44, г), определяемым суммой коэффициентов поглощения светового потока и испаряемости. Показано, что зависимость Етос = f(t) имеет изгиб, что также подтверждает образование при окислении двух видов продуктов. 100

Процессы окисления и испарения при термостатировании масла оценивались скоростями изменения коэффициента поглощения светового потока и испаряемости (рис. 6.45). Установлено, что скорость окисления (рис. 6.45, а) в первые 24 ч испытания уменьшается от 0,014 до 0,0066 ед/ч, затем увеличивается до значения 0,0179 ед/ч и в дальнейшем повторно уменьшается. Такие колебания скорости вызваны процессами самоорганизации, характеризующимися перераспределением избыточной тепловой энергии между продуктами окисления и испарения, а также образованием различных по энергоемкости продуктов окисления с различной оптической плотностью. Скорость испарения масла М-16Г2ЦС (рис. 6.45, б) в течение 32 ч испытания уменьшается, а в дальнейшем стабилизируется на уровне 0,063 г/ч. В этой связи интенсивность процессов самоорганизации, протекающих в масле при термостатировании, предложено оценивать коэффициентом Kс (рис. 6.46).

Рис. 6.45. Зависимости скорости окисления VKп (а) и испаряемости VG (б) от времени окисления минерального масла М-16Г2ЦС

Рис. 6.46. Зависимость коэффициента интенсивности процессов самоорганизации Kс от времени окисления минерального моторного масла М-16Г2ЦС

Зависимость коэффициента Kс от времени окисления представляет ломаную линию, что вызвано процессами перераспределения избыточной тепловой энергии, поглощаемой продуктами окисления различной энергоемкости. В связи с этим можно утверждать, что более энергоемкие продукты образуются из менее энергоемких при их определенной концентрации в масле. В этом случае скорость окисления замедляется, так как часть 101

избыточной энергии расходуется на образование более энергоемких продуктов, однако ее недостаточно из-за расхода части энергии на испарение, поэтому процесс перехода одних продуктов окисления в другие замедляется, вызывая изменение коэффициента Kс. Противоизносные свойства масла М-16Г2ЦС (рис. 6.47, а) при окислении изменяются в пределах от 0,217 мм товарного масла (точка на ординате) до 0,289 мм в диапазоне изменения коэффициента поглощения светового потока от 0 до 0,83 ед., т. е. продукты окисления незначительно влияют на параметр износа.

Рис. 6.47. Зависимости диаметра пятна износа (а) и критерия противоизносных свойств (б) при окислении минерального моторного масла М-16Г2ЦС от коэффициента поглощения светового потока

Зависимость критерия противоизносных свойств от коэффициента поглощения светового потока (рис. 6.47, б) имеет линейный характер: П = 3,8·Kп, что позволяет контролировать противоизносные свойства масел при их производстве без проведения триботехнических испытаний, используя методику испытания масел на термоокислительную стабильность и применяя формулу U = Kп/П.

(6.17)

Причем чем больше угол наклона зависимости П = f(Kп) к оси абсцисс, тем выше противоизносные свойства исследуемого масла. Влияние продуктов окисления на процессы, протекающие на фрикционном контакте, оценивалось коэффициентом электропроводности Kэ и временем формирования защитных граничных слоев tфпк (рис. 6.48), определяемых из диаграмм записи тока (рис. 6.49) по наступлению установившегося изнашивания. Доказано, что коэффициент электропроводности фрикционного контакта в начале окисления масла (Kп < 0,27 ед.) увеличивается по сравнению с товарным маслом (точка на ординате), а при дальнейшем увеличении концентрации продуктов окисления он сначала уменьшается до значения Kэ = 0,1 ед., а затем увеличивается до 0,2 ед. 102

При значении Kп > 0,7 ед. коэффициент электропроводности резко возрастает из-за увеличения электропроводности граничного слоя, разделяющего поверхность трения, за счет повышения кислотности масла. Время формирования площади фрикционного контакта tфпк (рис. 6.48, б) увеличивается до значения коэффициента Kп = 0,527 ед., а затем подвергается колебаниям, что свидетельствует о неустойчивости формирования граничных слоев и изменении их электропроводности.

Рис. 6.48. Зависимости коэффициента электропроводности фрикционного контакта (а) и времени формирования номинальной площади фрикционного контакта (б) при окислении минерального моторного масла М-16Г2ЦС от коэффициента поглощения светового потока

Испытания масла М-16Г2ЦС при циклическом изменении температуры в диапазоне от 140 до 170 оС (рис. 6.50) показали, что оно выдержало четыре цикла повышения температуры от 140 до 170 оС и три цикла понижения температуры в диапазоне от 170 до 140 оС. Согласно зависимости коэффициента поглощения светового потока от времени испытания (рис. 6.51) установлено, что окислительные процессы в циклах понижения температуры стабилизируются, а окисление масла в основном происходит при температурах 160 и 170 оС. Для определения температур начала окисления и испарения исследованы зависимости скоростей окисления и испарения при циклическом изменении температуры (рис. 6.52). Установлено, что скорость окисления масла при температурах 150 и 140 оС равна нулю, а в цикле 4 понижение температуры приобретает отрицательное значение (140 оС), т. е. температура начала окисления составляет 140 оС. Отрицательное значение скорости окисления вызвано дифракцией светового потока при фотометрировании зарождающимися центрами коагуляции продуктов окисления, которые адсорбируют на свои поверхности смолистые соединения, очищая масло. При этом световой поток, огибая их микроскопические размеры, не поглощается ими, уменьшая коэффициент поглощения светового потока. 103

Рис. 6.49. Диаграммы записи тока, протекающего через фрикционный контакт: 1 – Kп = 0; 2 – Kп = 0,127; 3 – Kп = 0,213; 4 – Kп = 0,273; 5 – Kп = 0,36

Рис. 6.50. Зависимость коэффициента поглощения светового потока от температуры испытания моторного масла М-16Г2ЦС при циклическом изменении температуры 104

Рис. 6.51. Зависимость коэффициента поглощения светового потока от времени окисления моторного масла М-16Г2ЦС при циклическом изменении температуры испытания: 1, 3, 5, 7 – циклы повышения температуры от 140 до 170 оС; 2, 4, 6 – циклы понижения температуры от 170 до 140 оС

Скорость испарения масла VG (рис. 6.52, б) минимальна при температуре 140 оС и составляет 0,013 г/ч. В связи с этим можно считать, что нормальной температурой на поверхности трения, с учетом процессов окисления и испарения, необходимо считать температуру 140 оС. Эта температура обеспечит максимальный ресурс моторного масла. Процессы самоорганизации, протекающие в масле при его термостатировании при температуре 140 оС, практически прекращаются (рис. 6.53), а в четвертом цикле понижения температуры их интенсивность становится отрицательной. В целом результаты испытания моторного масла М-16Г2ЦС отличаются от масел МТ-16П и М-16ИХП-3.

Рис. 6.52. Зависимости скорости окисления VKп (а) и летучести VG (б) от времени окисления моторного масла М-16Г2ЦС при циклическом изменении температуры (усл. обозн. см. на рис. 6.51)

Рис. 6.53. Зависимость коэффициента интенсивности процессов самоорганизации от времени окисления моторного масла М-16Г2ЦС при циклическом изменении температуры (усл. обозн. см. на рис. 6.51)

При испытании моторного масла на термоокислительную стабильность избыточная тепловая энергия поглощается продуктами окисления и испарения, за счет чего изменяются его свойства, поэтому коэффициент термоокислительной стабильности Етос характеризует условное количество поглощенной энергии. При испытании масел на противоизносные свойства механическая энергия затрачивается на формирование номинальной площади фрикционного контакта, поэтому параметр износа характеризует условное количество механической энергии. Так, общая энергия Qy, поглощенная в процессе окисления и изнашивания, будет определена суммой, принятой за энергетический критерий: (6.18) Qy = Етос + U, где Етос – коэффициент термоокислительной стабильности; U – параметр износа, мм. 105

Величина (рис. 6.54) Qy – условно безразмерная, зависимость которой от коэффициента поглощения светового потока представляет эмпирическую линейную функцию: Qy =1,2Kп – 0,22,

(6.19)

где 1,2 – коэффициент, характеризующий скорость изменения общей энергии, поглощенной продуктами окисления и испарения, а также полученной при формировании номинальной площади фрикционного контакта; Kп – коэффициент поглощения светового потока; 0,22 – коэффициент, характеризующий тепловую энергию, затраченную на формирование номинальной площади фрикционного контакта моторным маслом при Kп = 0.

Рис. 6.54. Зависимость энергетического критерия от коэффициента поглощения светового потока при испытании моторного масла М-16Г2ЦС

Зависимость Qy = f(Kп) рекомендуется применять для контроля противоизносных свойств, при производстве масел, используя формулу U = Qy – Етос.

(6.20)

В этом случае достаточно определить термоокислительную стабильность данного масла. Результаты испытаний минеральных моторных масел МТ-16П, М-16ИХП-3, М-16Г2ЦС приведены в табл. 6.1. Анализ представленных экспериментальных данных показывает, что наименьшим потенциальным ресурсом характеризуется масло МТ-16П (24 ч), а масла М-16ИХП-3 и М-16Г2ЦС выдержали температуру 170 оС в течение 56 ч. Вязкость минеральных масел возросла: наименьшее увеличение (10 %) установлено для масла М-16Г2ЦС, а наибольшее (24 %) – для масла М-16ИХП-3. Испаряемость масел за время испытания наибольшая (5,4 г) у масла М-16Г2ЦС, а наименьшая (1,8 г) – у масла МТ-16П, однако средняя скорость испаряемости за время испытания наименьшая у масла М-16ИХП-3 (0,057 г/ч), а наибольшая – у масла М-16Г2ЦС. Противоизносные свойства моторных масел, определяемые по критерию противоизносных свойств как отношение коэффициента поглощения светового потока к параметру износа, более высокие у масла М-16ИХП-3, а самые низкие – у масла МТ-16П. При циклическом изменении температуры 106

испытания в диапазоне от 140 до 170 оС наиболее термостойким является масло М-16Г2ЦС, выдержавшее семь циклов изменения температуры, а менее термостойким является масло МТ-16П, выдержавшее неполных два цикла. Таблица 6.1 Сводные данные испытания моторных масел Показатель масла

Марка масла МТ-16П М-16ИХП-3 М-16Г2ЦС 24,0 56,0 56,0

Время испытания при температуре 170 оС, ч Коэффициент поглощения светового потока при 0,79 0,84 0,8 температуре испытания 170 оС Коэффициент термоокислительной стабильности 0,8 0,88 0,82 Увеличение вязкости, раз 1,17 1,24 1,1 Испаряемость, г 1,8 3,2 5,4 Средняя скорость испаряемости, г/ч 0,075 0,057 0,096 Критерий противоизносных свойств П = 3,563Kп П = 4,375Kп П = 3,8Kп Количество циклов при циклическом изменении 2,0 5,0 7,0 температуры в интервале от 140 до 170 оС Время испытания, ч 48,0 128,0 176,0 Температура начала окисления, оС 0,187 ед. наступает изгиб зависимости, вызванный повышением противоизносных свойств за счёт уменьшения параметра износа. Данная зависимость П = f(Kп) может служить эталоном для исследуемого масла и применяться для определения параметра износа при его старении в двигателе внутреннего сгорания. Для этого необходимо отобрать пробу масла, определить коэффициент поглощения светового потока, показатель П определить текущее значение противоизносных свойств масла. 150

Например, показатель П = 0,9 ед., а Kп = 0,2 ед., параметр износа равен U = 0,2 / 0,9 = 0,22 мм. На рис. 7.27 показана зависимость критерия противоизносных свойств от пробега автомобиля. П

0,2

Рис. 7.26. Зависимость критерия противоизносных свойств от коэффициента поглощения светового потока

Рис. 7.27. Зависимость критерия противоизносных свойств синтетического моторного масла Ravenol VSI 5W–40 SM/CF от пробега

Показано, что в течение пробега до 7 292 км критерий противоизносных свойств П изменяется по линейной зависимости за счет увеличения концентрации продуктов старения, а дальнейшее увеличение пробега приводит к увеличению критерия П за счет уменьшения параметра износа. Увеличение критерия П после пробега 7 292 км вызвано изменениями механизма изнашивания за счет образования продуктов старения, способствующих формированию на поверхностях трения защитных граничных слоев, уменьшающих параметр износа. Результаты исследования приведены в табл. 7.5. Таблица 7.5 Результаты испытания работавшего синтетического моторного масла Ravenol 5W–40 SM/CF Пробег, км Исходное 1 046 2 057 6 446 7 296 8 693 9 742

Kп, ед. 0 0,033 0,057 0,157 0,187 0,222 0,26

Kµ, ед. 1 0,84 0,94 0,85 0,81 0,75 0,79

U, мм 0,273 0,427 0,433 0,333 0,323 0,26 0,233

П, 1/мм 0 0,08 0,131 0,471 0,587 0,853 1,12

151

В ходе исследования синтетического моторного масла Ravenol VSI 5W–40 SM/CF в двигателе от залива до слива установлено, что после пробега 9 742 км коэффициент поглощения светового потока не достиг установленного предельного состояния. При этом вязкость уменьшилась максимально на 20 %, противоизносные свойства в начале испытания понизились от 0,273 мм до 0,433 мм, а в конце испытания – повысились.

152

8

РАЗРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО КОНТРОЛЮ СОСТОЯНИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ 8.1. Технология диагностирования моторных масел при хранении парка машин

Данная технология применяется для оценки состояния моторного масла парка машин, в основном бронетехники, находящихся на длительном хранении. Контроль осуществляется дважды в год: после летнего и зимнего хранения, что позволяет определить влияние сезонных изменений климата на процесс старения. Для этих целей используются следующие средства измерения: фотометр, центрифуга и малообъёмный вискозиметр. Вискозиметр позволяет контролировать изменение вязкости масел в процессе хранения техники и установить влияние летних и зимних условий хранения на этот показатель. Фотометрирование масел при толщине фотометрируемого слоя 2 или 0,15 мм позволяет определить скорость старения масел по коэффициенту поглощения светового потока, характеризующего общую концентрацию продуктов старения, фотометрирование масел после центрифугирования определяет концентрацию растворимых продуктов старения. Разность между концентрациями общих и растворимых продуктов старения определяет концентрацию нерастворимых продуктов. Проба моторного масла Средства контроля Фотометр

Центрифуга

Концентрация общих продуктов старения

Вискозиметр

Определение Концентрации растворимых продуктов старения Kпр

Концентрация нерастворимых продуктов старения, Kпо– Kпр

Изменения вязкости

Оценка состояния масла

Мониторинг состояния моторного масла по парку машин Рис. 8.1. Блок-схема диагностики состояния моторного масла в процессе хранения парка машин

153

Блок-схема диагностики состояния моторного масла по парку машин, находящихся на длительном хранении, представлена на рис. 8.1. Для осуществления предлагаемых рекомендаций из двигателей отбираются пробы масла массой 150 г. Пробы должны отбираться из прогретого двигателя. По полученным диагностическим параметрам вязкости, концентрации общих, растворимых и нерастворимых продуктов старения строятся гистограммы их распределения в зависимости от количества машин. Для этого диапазон изменения данных параметров разбивается на участки с заданным шагом (не менее шести), затем определяется количество машин, в которых значение параметра соответствует значению параметра данного участка. Затем строится кривая распределения данного параметра в зависимости от количества машин, что позволяет определить состояние моторного масла по парку машин и планировать сроки их замены, установить различия в процессах старения масел в летний и зимний периоды хранения техники. Эффективность применения предлагаемой технологии повышается при установлении браковочных показателей по концентрации общих, растворимых и нерастворимых продуктов старения. Предельным показателем по вязкости является ее увеличение на 30 % или уменьшение на 20 % по отношению к вязкости товарного масла.

8.2. Технология определения концентрации воды в моторных маслах Блок-схема технологии определения концентрации воды в масле представлена на рис. 8.2 и заключается в следующем: проба масла массой 100 г заливается в стеклянный термостойкий стакан, который устанавливается в прибор, затем термостатируется при температуре 120 оС с перемешиванием мешалкой при частоте вращения 300 об/мин. Температура поддерживается автоматически с помощью терморегулятора. Продолжительность испытания установлена экспериментально (так как за это время вода полностью испаряется из масла) и составляет 20 мин. Проба моторного масла

Прибор для термостатирования масел

Электронные весы

Термостатирование при 120 оС

Мониторинг состояния моторных масел по содержанию воды Рис. 8.2. Блок-схема технологии определения концентрации воды в масле

Масса испарившейся воды

После испытания стакан с термостатированной пробой взвешивается и определяется масса испарившейся воды. По результатам испытания по154

строена гистограмма распределения концентрации воды в масле, по которой определялось количество машин с наибольшим содержанием воды. Предельное содержание воды в масле определяется статистическими данными влияния условий эксплуатации техники в зимний и летний периоды хранения.

8.3. Технология оценки противоизносных свойств моторных масел Оценка противоизносных свойств при длительном хранении техники позволяет установить влияние климатических условий на этот параметр и обосновать предельное состояние, по достижении которого производится смена масел и совершенствуется система планирования замены масел по фактическому состоянию. Такой подход позволяет максимально эффективно использовать моторные масла. Для оценки противоизносных свойств применяется трехшариковая машина трения со схемой трения «шар – цилиндр», техническая характеристика которой приведена в п. 5.7. Технология определения противоизносных свойств моторных масел заключается в следующем (рис. 8.3). Проба масла массой 20 г заливалась в ванночку для испытуемого масла и нагревалась до температуры 80 оС, после чего образцы с шарами последовательно опускались на поверхность цилиндра и устанавливалась нагрузка. Регистрировалось время начала испытания и запускалась программа записи тока, протекающего через фрикционный контакт. Противоизносные свойства моторных масел оценивались по среднеарифметическому значению диаметров пятен износа на трех шарах, измеряемому на микроскопе «Альтами» Мет1М, и времени формирования площади фрикционного контакта, определяемого по диаграммам записи тока и продолжительности пластической и упругопластической деформаций. При пластической деформации ток, протекающий через фрикционный контакт, равнялся заданному 100 мкА, а при упругопластической он уменьшался до минимального значения, зависящего от кислотности масла. Наступление стабилизации тока свидетельствовало о завершении упругопластической деформации и формировании номинальной площади фрикционного контакта. Предельное значение противоизносных свойств устанавливается по параметрам износа при статистической обработке результатов испытания масел парка машин. Склонность масел к формированию защитных слоев на поверхностях трения оценивается по величине тока стабилизации, а противоизносные свойства – по критерию противоизносных свойств П. 155

Чем больше значение критерия П, тем выше противоизносные свойства испытуемого масла. При наличии эталонной кривой зависимости критерия П от концентрации нерастворимых продуктов старения испытания на машине трения можно не проводить. Проба моторного масла Средства измерения

Трехшариковая машина трения

Микроскоп «Альтами» Мет1М

Определение параметра износа, мм

Компьютер

Диаграмма записи тока

Оценка противоизносных свойств испытуемого масла

Определение времени формирования площади фрикционного контакта, мин

Заключение о пригодности масла

Рис. 8.3. Блок-схема технологии определения противоизносных свойств моторного масла

В этом случае достаточно использовать данные по концентрации нерастворимых продуктов старения после центрифугирования масла и эталонную кривую, по которой определяется критерий П при данном значении концентрации нерастворимых продуктов старения.

8.4. Технология определения снижения потенциального ресурса моторных масел при длительном хранении Данная технология предназначена для оценки влияния сроков хранения техники на изменение таких параметров масла, как оптические свойства (коэффициент поглощения светового потока), вязкость и испаряемость по сравнению с товарным маслом. Этому испытанию подвергаются товарное масло и масло после хранения. Блок-схема технологии представлена на рис. 8.4. Перед испытаниями проба масла, взятая из двигателя после хранения техники независимо от зимних или летних условий, подвергается фото156

метрированию для определения коэффициента поглощения светового потока и измерению вязкости. Полученные данные сравниваются с данными товарного масла и предыдущими испытаниями и делается заключение о влиянии климатических условий на процесс старения. Однако для оценки влияния продуктов старения, образующихся при хранении техники, необходимо определить изменение сопротивляемости данного масла температурным воздействиям. Для этого испытания проводятся дважды: для товарного масла и масла, находящегося на хранении в технике. Проба масла массой 100 г наливается в стакан прибора для термостатирования, термостатируется при температуре 170 оС и перемешивается при частоте вращения мешалки 300 об/мин. Последовательно через 3, 5, 8 ч испытания стакан с пробой окисленного масла взвешивается, определяется масса испарившегося масла, отбираются пробы для фотометрирования и определения коэффициента поглощения светового потока и вязкости. Проба моторного масла Средства контроля

Прибор для определения термоокислительной стабильности

Весы

Фотометр

Определение оптических свойств товарного и испытуемого масел при термостатировании

Определение испаряемости товарного и термостатированного масел

Вискозиметр

Определение вязкости товарного и испытуемого масел при термостатировании

Оценка изменения потенциального ресурса испытуемого масла

Рис. 8.4. Блок-схема технологии определения снижения потенциального ресурса моторного масла при длительном хранении техники

Полученные данные термостатированых масел, находящихся на длительном хранении, сравнивают с данными окисленых товарных масел, что удобнее делать по зависимостям коэффициента поглощения светового потока, испаряемости и коэффициента относительной вязкости от времени 157

испытания 24 ч. Причем коэффициент относительной вязкости определяется отношением вязкости окисленного масла за время испытания 3, 5, 8 ч к вязкости товарного масла без термостатирования. При этом сразу видно, на сколько процентов изменилась вязкость испытуемого масла за 24 ч испытания. Уменьшение ресурса масла Р, находящегося на хранении, определяется отношением коэффициентов термоокислительной стабильности Етос масла, находящегося на хранении и термостатированного при температуре 170 оС в течение 24 ч, и товарного масла, испытанного при тех же условиях: xp Pтос = Eтос / Eтос ,

(8.1)

где Етос – коэффициент термоокислительной стабильности товарного масxp – коэффициент термоокислительной стабильности масла, находяла; Eтoc xp щегося на хранении. Коэффициенты Етос и Eтoc определяются по формуле

Етос = Kп + KG,

(8.2)

где Kп и KG – соответственно коэффициенты поглощения светового потока и испаряемости, определенные после 24 ч испытания: KG = m/M,

(8.3)

где m и М – соответственно массы испарившегося масла за 24 ч испытания и оставшейся пробы после термостатирования. Изменение ресурса масла, находящегося на хранении, по испаряемости и вязкости определяется аналогично – отношениями испаряемости или вязкости масла, находящегося на хранении после 24 ч испытания, и товарного масла, испытанного при тех же условиях: PG = Gхр/Gтов,

(8.4)

Pµ = µхр/µтов,

(8.5)

где РG и Рµ – показатели изменения ресурса масла, находящегося на длительном хранении, по испаряемости и вязкости соответственно; Gxp и Gтов – испаряемость масел, находящихся на длительном хранении, и товарного масла за 24 ч испытания; µхр и µтов – коэффициенты кинематической вязкости масел, находящихся на хранении, и товарного масла после их термостатирования в течение 24 ч. Предложенные показатели отношений коэффициентов термоокислительной стабильности, испаряемости и вязкости масел, находящихся на длительном хранении, и товарного масла, срок хранения которого не более одного года, позволяют количественно установить изменения потенциального ресурса и учитывать эти особенности при вводе в эксплуатацию техники после консервации.

158

В качестве примера на рис. 8.5 приведены данные изменения ресурса моторных масел М16-ИХП3 со сроками хранения 1, 10 и 20 лет по параметрам отношения коэффициентов термоокислительной стабильности Ртос; испаряемости РG и вязкости Рµ после 24 ч испытания.

Рис. 8.5. Зависимости изменения потенциального ресурса от сроков хранения моторного масла М16-ИХП3: а – по коэффициенту термоокислительной стабильности; б – испаряемости; в – коэффициенту кинематической вязкости

Установлено, что ресурс по коэффициенту термоокислительной стабильности уменьшился на 11 % при хранении масла 10 и 20 лет; испаряемость масла после 10 лет хранения увеличилась в 2,99 раза, а вязкость – в 1,26 раза. После 20 лет хранения испаряемость увеличилась в 2,00 раза, а вязкость в 1,02 раза по сравнению с товарным маслом. Таким образом, направление исследований должно заключаться в решение проблемы по предотвращению попадания влаги в резервуары или заправочные емкости машин, находящихся на длительном хранении.

8.5. Предложения по снижению скорости процессов старения моторных масел при длительном хранении Техника, с которой отбирались пробы моторного масла, в основном дизельная и содержала масляный насос, маслозакачивающий насос (МЗН-З), центробежный фильтр, масляный радиатор, контрольно-измерительную аппаратуру, маслопроводы и подогреватель масла. Система смазки циркуляционная комбинированная под давлением. Основной объем масла находится в масляном баке и маслозаправочном бачке. При хранении техники температура внешней среды изменяет объемы масла и воздушного пространства в масляном баке согласно закону ГейЛюссака: (8.6) V = V0 (1 + 1/273 t), 159

что вызывает изменение давления в воздушном пространстве масляного бака (закон Шарля): Р = Р0 (1 + 1/273 t),

(8.7)

где V0 – объем газа в газовом пространстве масляного бака, при 0 оС; Р0 – давление газа в газовом пространстве масляного бака; t – температура окружающей среды. В этой связи при изменении температуры происходит «дыхание» масляных баков, а так как в атмосферном воздухе находится влага и различные загрязнения, то они попадают в масляный бак и тем самым влияют на процессы старения масла. Кроме того, кислород воздуха ускоряет эти процессы. Так, наиболее эффективным направлением в решении проблемы исключения попадания в масла загрязнений и воды является изоляция воздушного пространства масляных баков и картера от внешней среды. Это возможно за счет создания в этой системе давления, равного атмосферному. На рис. 8.6 представлена схема компенсации давления в газовом пространстве масляной системы двигателя, предусматривающая объединение воздушных пространств масляных баков и картера в единую систему. Принцип работы компенсатора давления заключается в изменении его объема в зависимости от температуры внешней среды. При увеличении температуры окружающей среды объем компенсатора увеличивается и, наоборот, при понижении температуры окружающей среды объем компенсатора уменьшается, что обеспечивает выравнивание давления в системе смазки с атмосферным. Масляный бак

Заправочный бак

Картер

Компенсатор давления Рис. 8.6. Схема компенсации давления в газовом пространстве масляной системы двигателя

Компенсатор давления (рис. 8.7) представляет гофрированную трубку, выполненную из прорезиненной ткани, имеющей штуцер для соединения с масляной системой. Объем компенсатора рассчитывается исходя из объема масляной системы по формуле (8.7) и изменения температуры окружающей среды от плюс 50 до минус 50 оС. Так, если объем воздушного пространства масляной системы (масляного, заправочного баков и картера двигателя) составляет 50 л, то этот объем принимаем равным при 0 оС. Тогда при температуре окружающей среды плюс 50 оС объем масляной системы увели160

чится согласно формуле (8.7) на 9,15 л и станет 59,15. Избыточный объем для выравнивания давления в масляной системе с атмосферным давлением должен обеспечить компенсатор. При понижении температуры окружающей среды до минус 50 оС объем масляной системы уменьшается с 50 до 40,85 л, поэтому объем компенсатора должен составлять 59,15 – 40,85 = 18,3 л. Исходя из этого геометрические размеры компенсатора должны иметь следующие значения: диаметр наибольший – 25 см, высота максимальная – 38 см.

а

б Рис. 8.7. Схема компенсатора давления (а) и конструкции фильтрующего элемента (б)

При соединении компенсатора к масляной системе его длина устанавливается в зависимости от температуры окружающей среды. Так, при нуле градусов она должна составлять половину его максимальной длины (19 см). Поэтому при увеличении температуры окружающей среды до плюс 50 оС длина компенсатора будет увеличиваться до максимального значения, а при понижении температуры до минус 50 оС она уменьшается до минимального значения. В зависимости от годовых перепадов температуры в различных регионах страны геометрические размеры компенсатора могут изменяться. 161

8.6. Технология определения предельного состояния отработанных моторных масел Старение масел при работе двигателей − сложный процесс. В картере работающего двигателя формируется сложная смесь исходного масла с самыми разнообразными продуктами его старения, от которых полностью очистить масло (фильтрацией) не удаётся, вследствие чего количество углеродистых частиц в масле повышается [68, 101]. Состав продуктов загрязнения моторных масел представлен на рис. 8.8. При разработке технологии определения предельного состояния работающих моторных масел принимались во внимание её простота в применении, достоверность и доступность для предприятий в сфере обслуживания транспортных средств, простота средств контроля [102, 123]. Вещества, загрязняющие моторное масло

Сернистые свинцовистые и другие соединения

Водный конденсат

Кислоты

Топливо

Продукты износа, технологические включения

Посторонние продукты

Вода антифриз из системы охлаждения

Продукты, полученные при отфильтровывании, выпавшие в осадок

Сработавшаяся присадка

Продукты химических реакций

Сажа

Продукты несгоревшего топлива Продукты частичного окисления топлива

Азотистые соединения

Продукты окисления

Продукты окисления и термического разложения углеводородов

Пыль

Рис. 8.8. Схема процесса старения моторного масла

Схема разработанной технологии определения предельного состояния работавших масел представлена на рис. 8.9, технология предусматривает применение комплекта приборов, предназначенных для контроля качества отработанных масел любой базовой основы и парка машин раз162

личного состава и количества. Для этого парк машин разбивается на однотипные машины, в которых применяются масла одной марки. Контроль отработанных масел осуществляется при отработке ими инструктивных сроков, рекомендованных заводами-изготовителями двигателей. При этом накапливаются статистические данные по оптическим свойствам масел их вязкости и концентрации общих, растворимых и нерастворимых примесей. На основании полученных данных строят графические зависимости распределения этих показателей от количества исследуемых машин, и определяется математическое ожидание значений этих показателей, при которых производилась замена масла у большинства машин. Отработанное моторное масло Средства контроля

Малообъёмный вискозиметр

Центрифуга Фотометр

Прибор для термостатирования масел (температура 180 оС)

Весы (замер веса пробы)

Определение параметров состояния масла Определение вязкости

Определение наличия моющих присадок

Определение концентрации общих, растворимых и нерастворимых продуктов старения

Трехшариковая машина трения

Определение испаряемости

Определение противоизносных свойств

Статистическая обработка результатов Обоснование предельного состояния моторных масел Рис. 8.9. Схема определения и обоснования предельного состояния работающих моторных масел

Для определения остаточного ресурса отработанных масел используются средства контроля, позволяющие установить сопротивляемость отработанных масел окислению, наличие топливных фракций, противоизносные свойства и изменение вязкости. 163

Испытания проводятся в течение 20 ч, причём через каждые 3, 8, 14 и 20 ч отбираются пробы термостатированых масел для определения изменений оптических свойств, вязкости, испаряемости и противоизносных свойств. На основании полученных данных строятся графические зависимости коэффициента поглощения светового потока от количества исследованных проб масел до и после термостатирования и по точке их пересечения определяется предельное значение коэффициента поглощения светового потока, при достижении которого необходимо произвести замену испытанного масла.

8.7. Технология определения текущего контроля состояния работающих моторных масел Работоспособность моторных масел, как было доказано в пунктах 7.1 и 7.2, не имеет чёткой зависимости от времени наработки (пробега), так как определяется индивидуальными факторами. Для каждого механизма вследствие его индивидуальных особенностей и различий в режимах и условиях эксплуатации предельные показатели достигаются через разные промежутки времени. Своевременная замена масел в двигателях внутреннего сгорания увеличивает срок службы трибосопряжений. Основным путём повышения эффективности использования масел является контроль текущего состояния масла в течение эксплуатации. Так как система стандартизированных показателей для оценки качества работавших масел до сих пор не разработана, происходит либо преждевременная их замена, влекущая за собой перерасход масел из-за невыработанного ресурса, либо двигатель работает на загрязнённом масле, вызывая износ деталей, приводящий к увеличению зазора между гильзами и поршнями двигателя, что в свою очередь повышает угар масла [73]. С этой целью нами была разработана технология определения текущего состояния масла на основе результатов исследований, представленных в главе 3, которая предусматривает применение приборов, позволяющих определить коэффициент поглощения светового потока и коэффициент вязкости. По данным показателям можно судить о необходимости замены масел, а также корректировать сроки и полностью исключить возможность слива доброкачественных работающих масел или работу на непригодных. Оснащение предприятий комплектом приборов требует изменения организационной структуры технических служб, в том числе создания специальных служб диагностики смазочных материалов. Основными их задачами являются планирование отбора проб масел из механизмов парка машин, составление и заполнение графика отбора проб, анализ масел, 164

обработка результатов анализа, планирование техобслуживания с указанием потребности в замене масел [74]. Результаты текущего контроля позволяют оценить состояние работающих масел и сделать заключение о процессе их старения в двигателях. Он осуществляется путём отбора проб масла из масляной системы двигателя в объёме 10 мл. Взятые пробы масла фотометрируют, определяют вязкость, на основании полученных данных проводят анализ их текущего состояния и прогнозируют момент замены масла, сравнивая полученные показатели с предельными. При приближении к предельному показателю необходимо провести дополнительные исследования, включающие центрифугирование проб с целью определения концентраций нерастворимых и растворимых продуктов старения и сравнить результаты с предельными значениями, определить состояние фильтрующих элементов системы смазки двигателя и наличие моющих присадок и принять решение о сроках замены масла. При текущем контроле состояния моторного масла важно установить начальную чистоту двигателя при замене масла на новое. Для этого после залива товарного масла из двигателя, проработавшего 10–15 мин, нужно отобрать пробу, которую фотометрируют, определяют коэффициент поглощения светового потока, и по его значению судят о качестве проведенного технического обслуживания. Чем больше значение коэффициента поглощения светового потока, тем больше загрязнена масляная система двигателя, поэтому при очередном техническом обслуживании необходимо запланировать промывку системы. Описанный подход к контролю масел позволяет корректировать сроки службы в зависимости от индивидуальных особенностей эксплуатируемой техники, исключить слив доброкачественных масел. Кроме того, текущий контроль состояния смазывающего материала позволяет рационально использовать его ресурс и своевременно проводить работы по замене применяемых масел.

8.8. Технология диагностирования состояния фильтрующих элементов системы смазки двигателя Одной из существенных предпосылок нормальной работы двигателя внутреннего сгорания является непрерывная смазка движущихся частей, причём моторное масло для избежания преждевременного износа деталей должно оставаться на требуемом уровне чистоты. В этом процессе важную роль играет фильтрующий элемент, который 165

обеспечивает непрерывную очистку моторного масла, удерживая твёрдые частицы, образующиеся при нормальном износе двигателя, а также продукты окисления и частицы сажи. Преждевременное снижение производительности фильтрующих элементов системы смазки двигателя приводит к более интенсивному загрязнению масел. Эффективность использования фильтра характеризуется затратами на очистку определённого количества масла при необходимой степени надёжности фильтра. Однако в настоящее время отсутствует научно обоснованная система критериев, позволяющая оценивать надёжность фильтров. Основные понятия и определения теории надёжности, сформулированные применительно к фильтрам, имеют специфические особенности и связаны с необходимостью промывки или замены фильтрующих элементов после накопления определённого количества загрязнений [103, 104]. Для оценки степени загрязнения фильтрующих элементов системы смазки двигателя было предложено применение прибора для определения оптических свойств смазочных масел и центрифугирование. Показателем степени старения масла принят коэффициент поглощения светового потока Kп, характеризующий концентрацию общих продуктов старения, образовавшихся за время эксплуатации механизма. Центрифуга с частотой вращения ротора не менее 8000 об/мин позволяет определить концентрации нерастворимых примесей, которые выпадают в осадок при центрифугировании масла. Время центрифугирования – не менее 60 мин. По концентрации нерастворимых продуктов старения делается заключение о производительности системы фильтрации и принимается решение о замене фильтров. Концентрация нерастворимых примесей Kпн определяется путём фотометрирования работающих масел после их центрифугирования. Технология установления предельного состояния фильтрующих элементов системы смазки двигателя по коэффициенту Kпн приведена в п. 8.6. Контроль фильтрующих элементов системы смазки рекомендуется проводить перед отработкой двигателем инструктивного срока. Применение центрифугирования работающих масел позволяет контролировать наличие в них моющих присадок по плотности осадков в кювете центрифуги. Гелеобразный или мягкий осадок свидетельствует о наличии моющих присадок, при срабатывании моющих присадок в основном осадок тёмного цвета, плотный и тяжело смываемый бензином. Наличие твёрдого осадка в кювете центрифуги свидетельствует о необходимости смены масла, так как отсутствие моющих присадок способствует коагуляции продуктов старения и загрязнению фильтрующих элементов. Разработанная технология позволяет оценить отработанный моторными маслами ресурс, определить состав эксплуатационных примесей и состояние фильтрующих элементов системы смазки двигателя. 166

8.9. Технология диагностирования состояния цилиндропоршневой группы Моторесурс двигателя, определяющий долговечность его работы, зависит в первую очередь от износа деталей цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунного механизма (поршневые кольца, коренные и шатунные подшипники) [42]. Предлагаемая технология предусматривает определение технического состояния цилиндропоршневой группы по испаряемости работающего моторного масла. Испаряемость масел характеризует моторные свойства и определяет температурную область их применения, она изменяется и зависит от степени износа цилиндропоршневой группы. Прорыв газов в картер разжижает масло, что вызывает понижение вязкости и температуры вспышки. На испаряемость масел оказывает влияние вода, попадающая в картер из камеры сгорания и из-за конденсации паров влаги в зимний период эксплуатации двигателей в период их пуска. Чем больше продуктов неполного сгорания топлива и влаги попадает в моторное масло, тем больше его испаряемость. Текущие значения испаряемости работающих масел определяются с помощью прибора для термостатирования и весов. Для этого проба масла постоянной массы (100 г) заливается в стакан прибора и термостатируется при температуре 120 оС (для моторных масел) в течение 3 ч. После испытания проба термостатированного масла взвешивается и по разности масс до и после термостатирования определяется масса испарившегося масла. Испаряемость моторного масла определяет состояние цилиндропоршневой группы: чем она больше, тем больше изношена цилиндропоршневая группа. При больших значениях необходимо провести диагностику технического состояния цилиндропоршневой группы, мощностных характеристик двигателя и расхода топлива, что позволит определить необходимость проведения текущего или капитального ремонтов. Масла с повышенной испаряемостью при эксплуатации техники более интенсивно загрязняются продуктами неполного сгорания топлива.

8.10. Технология диагностирования противоизносных свойств работающих моторных масел Данная технология предназначена для текущего контроля противоизносных свойств работающих масел и применяется совместно с другими описанными в данной главе технологиями. Для реализации 167

технологии применяются фотометрическое устройство, малообъёмный вискозиметр и трёхшариковая машина трения со схемой «шар – цилиндр». Способ текущего контроля противоизносных свойств работающих моторных масел осуществляется следующим образом. Отбирается проба масла из хорошо прогретого двигателя массой 25 г, которая фотометрируется при толщине фотометрируемого слоя 0,15 мм. Вторая часть пробы подвергается измерению вязкости при температуре 100 оС. Если вязкость работающего масла ниже 20 % или выше на 30–35 % товарного масла, то принимается решение о замене. Текущий контроль работающих моторных масел осуществляется до предельного значения коэффициента поглощения светового потока, установленного для каждого сорта масла, по методике, описанной в п. 4.1, 4.2. Для контроля совпадений значений противоизносных свойств, определяемых по эталонной зависимости с истинными значениями, проводятся испытания пробы масла на трехшариковой машине трения.

168

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В монографии разработана комплексная методика контроля состояния моторных масел, включающая прямое фотометрирование, центрифугирование, определение показателей термоокислительной стабильности, противоизносных свойств и интенсивности процессов, протекающих при окислении и в зоне фрикционного контакта, которая применялась для испытания масел, находящихся в объектах длительного хранения (до 20 лет), что позволяет получить дополнительную информацию о состоянии моторных масел, оценить текущее их состояние для парка машин и повысить эффективность использования смазочных материалов в целом. Мониторинг состояния моторных масел парка машин (40 ед.) показал, что при длительном хранении техники такие параметры состояния, как оптические свойства и состав продуктов старения изменяются в широких пределах – от 0,1 до 1,0 ед., вязкость – от 12,0 до 22,0 сСт (норма 16±0,5 сСт), концентрация воды – от 0,1 до 1,8 г и противоизносные свойства – от 0,25 до 0,5 мм, что позволяет совершенствовать систему планирования смены масел, выявить причины ускоренного процесса старения масел и разработать рекомендации по их устранению. Получены функциональные зависимости и регрессионные уравнения процессов старения и окисления товарных масел и масел, находящихся на длительном хранении в технике, на основании которых установлено, что при старении и окислении масел образуется два вида продуктов различной оптической плотности. Причем первичные продукты являются исходным материалом для образования вторичных и эти процессы обуславливают явления перераспределения избыточной тепловой энергии между данными продуктами, характеризуют процессы самоорганизации, протекающие в смазочном материале, интенсивность которых предложено оценивать по коэффициенту, определяемому отношением скорости окисления (старения) к скорости испарения. Предложен критерий оценки противоизносных свойств моторных масел, находящихся на длительном хранении и испытуемых на термоокислительную стабильность при статических и циклически изменяющихся температурах, определяемый отношением коэффициента поглощения светового потока к параметру износа и характеризующий условную концентрацию продуктов старения (окисления) на номинальной площади фрикционного контакта. Установлена линейная зависимость между критерием и коэффициентом поглощения светового потока, угол наклона которой к оси абсцисс определяет противоизносные свойства испытуемого масла, что позволяет контролировать их без триботехнических испытаний. 169

Установлена общая закономерность изменения противоизносных свойств моторных масел при их окислении, заключающаяся в том, что при концентрации продуктов окисления и коэффициенте Kп = 0,15 ед. противоизносные свойства понижаются, при увеличении концентрации они повышаются, а при увеличении сроков хранения вновь понижаются. В качестве триботехнических параметров минеральных масел наряду с износом предложены коэффициент электропроводности фрикционного контакта и время его формирования. Увеличение коэффициента электропроводности в области формирования адсорбционных слоев вызывает увеличение износа, а в области хемосорбционных слоев значения износа колеблются из-за различной прочности этих слоев; кроме того, при переходе одних слоев в другие наблюдается резкое изменение времени их формирования. Предложен энергетический критерий, определяемый суммой коэффициента термоокислительной стабильности и параметра износа, характеризующий суммарную условную энергию, поглощенную смазочным маслом при окислении и триботехнических испытаниях, зависимость которого от коэффициента поглощения светового потока описывается линейным уравнением. При этом чем больше угол наклона зависимости к оси абсцисс, тем ниже противоизносные свойства испытуемого масла и его сопротивляемость температурным воздействиям. Доказано, что данный критерий не зависит от сроков хранения масел до 10 лет, но при увеличении сроков свыше 10 лет возрастает из-за увеличения концентрации продуктов старения, загрязнений и воды, попадающих извне. Разработан метод контроля предельного состояния моторных масел различных базовых основ с применением фотометрии, центрифугирования, термостатирования и триботехнических испытаний, позволяющий повысить эффективность использования смазочных материалов. Анализ отработанных моторных масел различной базовой основы парка машин (40 ед.) показал, что концентрация общих продуктов старения колеблется от 0,06 до 0,61 ед., нерастворимых – от 0,02 до 0,28 ед., растворимых – от 0,01 до 0,59 ед., вязкость изменяется в пределах от 8,11 до 24,4 сСт, противоизносные свойства (по среднеарифметическому значению диаметра пятна износа) от 0,28 до 0,38 мм, что указывает на несовершенство существующей системы замены масел по пробегу автомобиля. На основе статистической обработки результатов исследования отработанных моторных масел различной базовой основы обосновано предельное значение концентрации общих продуктов старения, определяемое фотометрическим методом и численно равное Kп = 0,38 ± 0,02 ед. Предложено оценивать состояние фильтрующих элементов масляной системы двигателя по концентрации нерастворимых продуктов старения, а состояние цилиндропоршневой группы двигателя – по испаряемости отработанных масел, термостатированых при температуре 120 оС. 170

Разработаны практические рекомендации, включающие технологии определения предельного состояния отработанных масел; текущего контроля состояния работающих моторных масел; технического состояния цилиндропоршневой группы и фильтрующих элементов системы смазки; противоизостных свойств, направленные на повышение эффективности применения моторных масел, совершенствование системы плановопредупредительных ремонтов и снижение эксплуатационных затрат.

171

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Васильева, Л. С. Автомобильные эксплуатационные материалы : учебник для вузов. / Л. С. Васильева. – М. : Транспорт, 1986. – С. 177−189. 2. Трейгер, М. И. Экономное и рациональное использование смазочных материалов / М. И. Трейгер. – ЛДНТИ, 1982. – С. 280. 3. Мартынюк, Н. П. Автомобильные эксплуатационные материалы: Обзор. информ. / Н. П. Мартынюк, А. П. Корпочан. – М., 1993. – С. 275. 4. Венцель, С. В. Применение смазочных масел в двигателях внутреннего сгорания / С. В. Венцель. – М. : Химия, 1979. – С. 238. 5. А.с. № 1105815 G 01 № 33/28. Устройство для термической деструкции масел / Л. А. Ашкинази, А. С. Куракин, Н. А. Ряполова ; опубл. 1984. Бюл. № 28. 6. А.с. № 1269018 G 01 № 33/22. Способ оценки термоокислительной стабильности нефтяного топлива / Я. Б. Чертков, В. С. Азев, Р. М. Березина, Т. И. Кирсанова ; опубл. 1986. Бюл. № 41. 7. А.с. № 1525576 G 01 № 33/30. Способ определения термической стабильности смазочного масла / П. Ф. Григорьев, О. А. Лебедев ; опубл. 1989. Бюл. № 44. 8. Пат. № 2419791 РФ: МПК G01 № 33/30, G 01 № 3/56. Способ определения смазывающей способности масел / Б. И. Ковальский, О. Н. Петров, А. В. Кузьменко [и др.] ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет». – № 2010108896/15 ; заявл. 09.03.2010, опубл. 27.05.2011. Бюл. № 15. 9. А.с. № 527660 СССР, МКИ G01 № 33/30 Способ определения свойств моторного масла / А. В. Непогодьев, В. Г. Колупаев ; опубл. 1976. Бюл. № 33. 10. Пат. № 2057326 РФ МКИ3 G01 № 25/02. Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов / Б. И. Ковальский, Л. Н. Деревягина, И. А. Кириченко ; опубл. 1996. Бюл. № 9. 11. Пат. № 2219530 РФ МКИ3 G01 № 25/00. Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов / Б. И. Ковальский, С. И. Васильев, Е. Ю. Янаев ; опубл. 2003. Бюл. № 35. 12. Пат. № 2274850 РФ МКИ3 G01 № 25/02. Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов/ Б. И. Ковальский, С. И. Васильев, Ю. Н. Безбородов, В. В. Гаврилов ; опубл. 2004. Бюл. № 11. 13. Пат. № 222012 РФ МКИ3 G01 № 33/30. Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов / Б. И. Ковальский, С. И. Васильев, Р. А. Ерашов [и др.] ; опубл. 2004. Бюл. № 2. 172

14. Пат. № 2247971 РФ МКИ3 G01 № 25/00. Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов / Б. И. Ковальский, С. И. Васильев, Ю. Н. Безбородов, А. А. Бадьина ; опубл. 2003. Бюл. № 7. 15. Пат. № 2318206 РФ МКИ3 G01 № 25/00. Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов / Б. И. Ковальский, В. С. Даниленко, Н. Н. Малышева ; опубл. 2008. Бюл. № 6. 16. Пат. № 2334976 РФ МКИ3 G01 № 25/00. Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов / Б. И. Ковальский, Н. Н. Малышева, А. А. Метелица, Ю. Н. Безбородов ; опубл. 2008. Бюл. № 27. 17. Пат. № 2298173 РФ МПК7 G01 № 25/02. Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов / Н. Н. Малышева, Б. И. Ковальский, М. А. Шунькина [и др.] ; опубл. 2007. Бюл. № 12. 18. Безбородов, Ю. Н. Методы контроля и диагностики эксплуатационных свойств смазочных масел по параметрам термоокислительной стабильности : дис. … д-ра техн. наук / Ю. Н. Безбородов. – Красноярск, 2009. – С. 65. 19. Любарский, И. М. Превращения на поверхности трения и их влияние на износостойкость сталей в вакууме / И. М. Любарский, Г. В. Добровольская, И. Л. Лебедева // Трение и износ. – 1980. – Т. 1, № 2. – С. 280–292. 20. Грозин, Б. Д. Фазовые и структурные изменения в углеродистой стали при импульсном воздействии высоких температур и давлений / С. Б. Грозин. – М. : ФММ, 1961. – Т. 12, № 1. – С. 84–90. 21. Буше, Н. А. Совместимость трущихся поверхностей / Н. А. Буше, В. В. Копытько. – М. : Наука, 1981. 22. Коровчинский, М. В. Прикладная теория подшипников трения / М. В. Коровчинский. – М. : Машгиз, 1954. – С. 186. 23. Масино, М. А. Автомобильные материалы / М. А. Масино, В. Н. Алексеев, Г. В. Мотовилин // Справочник инженера-механика. – М. : Транспорт, 1979. – С. 288. 24. Дерябин, А. А. Смазка и износ дизелей / А. А. Дерябин. – Л. : Машиностроение, 1974. – С. 184. 25. Автомобильный каталог. – М. : НИИавтопром. 1973. – Т. 4. – С. 334. 26. Маркова, Л. В. Трибодиагностика машин / Л. В. Маркова, Н. К. Мышкин. – Минск : Бел. наука, 2005. –С. 13. 27. Химическая энциклопедия: в 5 т. / редкол. : И. Л. Кнунянц (гл. ред.) и др. – М.: Большая Рос. энцикл., 1992. – Т. 3. 28. Справочник по триботехнике: в 3 т. Т. 2. Смазочные материалы, техника смазки, опоры скольжения и качения / под общ. ред. М. Хебды, А. В. Чичинадзе. – М. : Машиностроение, 1990. 29. Автомобильный каталог. – М. : НИИавтопром. – 1974. – Т. 6. – С. 10. 173

30. Анурьев, В. И. Справочник конструктора-машиностроителя / В. И. Анурьев. – М. : Машиностроение, 1968. – С. 688. 31. Трение, изнашивание и смазка: справ. / под ред. И. В. Крагельского. – М. : Машиностроение. − 1978.– кн. 1. – 400 с. 32. Виноградова, И. Э. Противоизносные присадки к маслам / И. Э. Виноградова. – М. : Химия, 1972. – С. 272. 33. Ахматов, А. С. Молекулярная физика граничного трения / А. С. Ахматов. – М. : Изд-во физ-мат. лит., 1963. – С. 472. 34. Ишлинский, А. Ю. Развитие науки о трении и износе в СССР / А. Ю. Ишлинский, В. А. Белый // Трение и износ. – 1980. – Т. 1, № 1. – С. 7−11. 35. Марковский, Е. А. Радиоактивный контроль износа деталей двигателей внутреннего сгорания / Е. А. Марковский, В. И. Тихонович. – Киев : Техника, 1965. 36. Костецкий, Б. И. Структурно-энергетическая приспосабливаемость материалов при трении / Б. И. Костецкий // Трение и износ. – 1985. – Т. 6, № 2. – С. 201−212. 37. Безбородов, Ю. Н. Методы и средства повышения эффективности использования трансмиссионных масел : монография / Ю. Н. Безбородов. – Красноярск : Сиб. фед. ун-т, 2007.– С.154. 38. Ковальский, Б. И. Методы и средства повышения эффективности использования смазочных масел / Б. И. Ковальский. – Новосибирск : Наука, 2005. – С. 34. 39. Терентьев, В. Ф. Смазка и смазочные материалы в трибосистемах / В. Ф. Терентьев, В. Е. Редькин, С. И. Щелканов. – Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2002. – С. 7−20. 40. Гольберг, Д. О. Контроль производства масел и парафинов / Д. О. Гольберг. – М. : Химия, 1964. – С. 245. 41. Меньшов, П. А. Об определении цвета нефтепродуктов / П. А. Меньшов, В. С. Иванов, В. Н. Логинов // Химия и технология топлив и масел. – 1981. – № 4. – С. 45−48. 42. Зуидема, Г. Г. Эксплуатационные свойства смазочных масел / Г. Г. Зуидема. – М. : Гостоптехиздат, 1957. – С. 170. 43. Обслуживание старых легковых автомобилей. Service zeitmit Oldtimern // AMZ: Auto, Mot., Zubehor. − 2002. − № 95. 44. Большаков, Г. Ф. Восстановление и контроль качества нефтепродуктов / Г. Ф. Большаков. – Л. : Недра, 1974. – С. 318. 45. Соколов, А. И. Измерения качества масел и долговечность автомобильных двигателей / А. И. Соколов. – Томск : Изд-во Том. ун-та, 1976. – С.120. 46. Костецкий, Б. И. Трение, смазка и износ в машинах / Б. И. Костецкий. – Киев : Техника, 1970. − С. 396. 174

47. Кропачев, В.С. Трение и износ стали ШХ-15 в вводно-органическом растворе / В. С. Кропачев, М. А. Толстая, И. А. Буяновский // Трение и износ. – 1982. – Т. 3, № 5. – С. 897−902. 48. Сторожев, В. Н. Определение срока службы картерного масла / В. Н. Сторожев. – Новосибирск : Зап.-Сиб. кн. изд-во, 1964. – С. 16. 49. Верещагин, В. И. Методика определения критерия термоокислительной стабильности отработанных моторных масел / В. И. Верещагин, Б. И. Ковальский // Материалы II Всерос. науч. конф. с междунар. участием. – Красноярск, 2007. – С. 400–405. 50. Кораблев, С. А. Фотометрический метод определения термоокислительной стабильности трансмиссионных масел / С. А. Кораблев, Б. И. Ковальский, Ю. Н. Безбородов, В. И. Верещагин // Вестн. КрасГАУ. – 2006. – №. 12. – С. 204−209. 51. А.с. № 113465 СССР, МПК G01 № 33/30. Метод оценки термической стабильности смазочных масел / К. К. Папок, опубл. 1958. 52. А.с. № 527660 (СССР), МКИ3 G01 № 33/30. Способ определения свойств моторного масла / А. В. Непогодьев, В. Г. Колупаев ; опубл. 1976. Бюл. № 33. 53. А.с. № 744325 (СССР), МКИ3G01№33/28. Прибор для оценки термоокислительной стабильности масел / Е. П. Федоров, Н. Т. Разгоняев, В. В. Горячев, О. А. Запорожская ; опубл. 1980. Бюл. № 24. 54. Патент № 2298173 РФ МПК7 G 01 № 25/02. Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов / Н. Н. Малышева, Б. И. Ковальский, М. А. Шунькина [и др.] ; опубл. 2007. Бюл. № 12. 55. Ковальский, Б. И. Современное состояние вопроса об исследовании термоокислительной стабильности нефтепродуктов / Б. И. Ковальский, Д. Г. Барков, Р. А. Ерашов, Е. Ю. Янаев // Вестн. Краснояр. гос. тех. ун-та. Сер. «Транспорт». − 2001. – № 25. − С. 207−223. 56. Пат. № 2318206 РФ МКИ3 G01 № 25/00. Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов / Б. И. Ковальский, В. С. Даниленко, Н. Н. Малышева ; опубл. 2008. Бюл. № 6. 57. Пат. № 2334976 РФ МКИ3 G01 № 25/00. Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов / Б. И. Ковальский, Н. Н. Малышева, А. А. Метелица, Ю. Н. Безбородов ; опубл. 2008. Бюл. № 27. 58. ГОСТ 20457–75. Масла моторные. Метод оценки антиокислительных свойств на установке ИКМ. – Введ. 01.01.77. 59. ГОСТ 23175–78. Масла моторные. Метод оценки моторных свойств и определения термоокислительной стабильности. – Введ. 01.01.80. 60. ГОСТ 11063–77. Масла моторные с присадками. Метод определения стабильности по индукционному периоду осадкообразования. – Введ. 07.01.79. 175

61. ГОСТ 20944–75. Жидкости для авиационных систем. Метод определения термоокислительной стабильности и коррозионной активности. 62. ГОСТ 18136–72. Масла. Метод определения стабильности против окисления в универсальном приборе. 63. ГОСТ 23797–79. Масла для авиационных газотурбинных двигателей. Метод определения термоокислительной стабильности в объеме масла. 64. А.с. 1656427 G01 № 25/02. Устройство для сравнительной оценки термостабильности смазочных материалов / И. Г. Арендателев, В. Ф. Никандрова ; опубл. 1991. Бюл. № 22. 65. А.с. 179083. Прибор для оценки эксплуатационных свойств моторных масел / Н. А. Сорокин, Ю. А. Суетин ; опубл. 1966. Бюл. № 4. 66. А.с. 1270701, МКИ3G01 № 33/28. Прибор для определения стабильности и коррозионности смазочных масел / В. Ю. Кирсанов, Д. П. Якуба, Ю. В. Луньков, В. М. Корневский ; опубл. 1986. Бюл. № 42. 67. Пат. РФ 2199114, МКИ3G01 № 33/28. Прибор для оценки эксплуатационных свойств моторных масел / Б. И. Ковальский, Д. Г. Барков, Р. А. Ерашов, С. И. Васильев; опубл. 2003. Бюл. № 5. 68. Розенберг, Ю. А. Влияние смазочных масел на долговечность и надёжность деталей машин / Ю. А. Розенберг. – М. : Машиностроение, 1970. – С. 315. 69. Венцель, С. В. Смазка двигателей внутреннего сгорания / С. В. Венцель. – М. : Машгиз, 1963. – С. 179. 70. Ковальский, Б. И. Методология контроля и диагностики смазочных материалов как элементов систем приводов многокомпонентных машин / Б. И. Ковальский : сб. науч. тр. − Новосибирск, 2005. – С. 412. 71. Ахматов, А. С. Граничный смазочный слой как квазитвердое тело / А. С. Ахматов. – М.–Л. : Изд-во АН СССР, 1965. − Т. 3. − С. 144−154. 72. Коваленко, В. П. Загрязнённость нефтяных масел при трансформировании и хранении и их очистка / В. П. Коваленко. − М. : Изд-во УНИИТЭ нефтехим., 1974. − С. 60. 73. Ковальский, Б. И. Методы и средства повышения эффективности использования смазочных материалов / Б. И. Ковальский. − Новосибирск : Наука, 2005. − С. 341. 74. Скиндер, Н. И. Портативный комплект средств / Н. И. Скиндер, Ю. А. Гурьянов // Химия и технология топлив и масел. − 2001. − № 1. − С. 38–41. 75. Ковальский, Б. И. Разработка комплексного метода оценки работоспособности дизельных масел : автореф. дис. … канд. техн. наук // Б. И. Ковальский. − М., 1985. − С. 24. 76. А.с. № 2057326 (СССР), МКИ3 G01 № 25/02. Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов / Б. И. Ковальский, Л. Н. Деверягина, И. А. Кириченко; заявитель и патентообладатель 176

Государственный проектный научно-исследовательский и конструкторский институт. – № 5046019/25 ; опубл. 1996. Бюл. № 9. 77. Пат. № 2057326 РФ, МКИ3 G01 № 25/00. Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов / Б. И. Ковальский, С. И. Васильев, Р. А. Ерашов [и др.] ; опубл. 2004. Бюл. № 35. 78. Пат. 2428677 РФ, МПК G01 № 19/02. Устройство для испытания трущихся материалов и масел / Б. И. Ковальский, Ю. Н. Безбородов, О. Н. Петров В. И. Тихонов; опубл. 2004, Бюл. № 25. 79. Верещагин, В. И. Методика оценки ресурса моторных масел / В. И. Верещагин Б. И. Ковальский, А. С. Попов // Вестн. КрасГАУ. – 2007. − № 6. – С. 169−174. 80. Верещагин, В. И. Метод контроля качества работающих моторных масел / В. И. Верещагин, А. В. Берко, Ю. Ф. Кайзер, А. В. Кузьменко // Интерстроймех-2009 : материалы Междунар. науч.-техн. конф. // Кырг. гос. ун-т строит-ва, трансп. и архит. – Бишкек, 2009. – С. 335–339. 81. Пат. 2222012 РФ, МКИ3 G01 № 33/30. Способ определения работоспособности смазочных масел / Б. И. Ковальский, С. И. Васильев, Р. А. Ершов [и др.] ; опубл. 2004. Бюл. № 2. 82. Пат. № 2451293 РФ МПК G01 № 33/30 Способ определения работоспособности смазочных масел / Б. И. Ковальский, А. В. Юдин, М. М. Рунда ; опубл. 2012. Бюл. № 17. 83. ГОСТ 981–75. Масла нефтяные. Метод определения стабильности против окисления. – URL: files.strjy inf.ru. 84. Костецкий, Б. И. Взаимодействие поверхностей при внешнем трении кристаллических тел / Б. И. Костецкий, П. В. Назаренко // Докл. АН СССР, 1965. – Т. 160. – № 1. – С. 88−90. 85. Кулиев, А. М. Химия и технология присадок к маслам и топливам / А. М. Кулиев. – М. : Химия, 1972. – С. 358. 86. А.с. 15874442, МКИ3G01 № 33/28. Установка для испытания моторных масел / Б. Н. Бунаков, А. Н. Первушин, В. А. Кауров [и др.] ; опубл. 1990. Бюл. № 31. 87. Болибрух, А. А. Толщина смазочного слоя в контакте упругих тел при переменной нагрузке / А. А. Болибрух, М. А. Галахов // Трение и износ. – 1981. – Т. 2, № 5. – С. 807−819. 88. Берко, А. В. Влияние степени окисления моторных масел на их противоизносные свойства / А. В. Берко, Ю. Н. Безбородов, Н. Н. Ананьин, В. И. Верещагин // Интерстроймех-2009: материалы междунар. науч.-техн. конф. / Кырг. гос. ун-т строит-ва, транспорт и архитектуры. – Бишкек, 2009. – С. 349–353. 89. Айнбиндер, С. Б. О механизме граничного трения / С. Б. Айнбиндер // Трение и износ. – 1983. – Т. 4, № 1. – С. 5−11.

177

90. Алексеев, Р. И. Руководство по вычислению и обработке результатов количественного анализа / Р. И. Алексеев, Ю. И. Коровин. – М. : Атомиздат, 1972. – С. 72. 91. Пустыльник, Е. И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений / Е. И. Пустыльник. – М. : Наука, 1968. – С. 288. 92. Зайдель, А. Н. Элементарные оценки ошибок измерений / А. Н. Зайдель. – Л. : Наука. 1968. – С. 97. 93. А.с. 610534 РФ, МКИ3 G01 J1/04. Регрессионный анализ многофакторных экспериментальных исследований (Eregre) / С. П. Ереско ; опубл. 2004. Бюл. № 28. 94. Метелица, А. А. Метод контроля влияния стали 45 на процессы термоокисления масла М-10-Г2к : дис… канд. тех. наук / А. А. Метелица. − 2009. – С. 63−68. 95. Ковальский, Б. И. Результаты анализа отработанных моторных масел / Б. И. Ковальский, В. И. Верещагин, В. С. Даниленко, H. H. Малышева // Вестн. университетского комплекса : сб. науч. тр. / под общ. ред. Н. В. Василенко. − Красноярск : ВСФ РГУИТП, НИИ СУВПТ, 2006. – № 8(22). – С. 257. 96. Маркова, Л. В. Современные требования к контролю работоспособности масла дизельного ДВС / Л. В. Маркова, Н. К. Мышкин и др. // Трение и износ. – 2002. − Т. 23, № 4. – С. 425−435. 97. Виноградов, В. Г. Опыт исследования противоизносных свойств углеводородных смазочных сред / В. Г. Виноградов // Методы оценки противозадирных и противоизносных свойств смазочных материалов. – М. : Наука, 1969. – С. 3−11. 98. Пинчук, В. Г. О взаимосвязях изменения структуры поверхностных слоев твердых тел и смазочной среды при трении / В. Г. Пинчук, Р. Г. Пинчук // Трение и износ. – 1982. – Т. 3, № 2. – С. 335−338. 99. Ковальский, Б. И. Влияние климатических условий эксплуатации двигателей на процесс старения моторного масла / Б. И. Ковальский, В. И. Верещагин, М. М. Рунда [и др.] // Вест. нефтяных компаний «Мир нефтепродуктов». – 2013. – № 12. – С. 8−10. 100. Чиченадзе, А. В. Трение, износ и смазка / А. В. Чиченадзе, Э. М. Берлинер, Э. Д. Браун и др. – М. : Машиностроение, 2003. – С. 576. 101. Ковальский Б. И. Метод оценки качества отработанных моторных масел / Б. И. Ковальский, В. И. Верещагин, А. А. Метелица, А. С. Попов // Наука и технологии : тр. XXVI Рос. шк. – М. : РАН, 2006. – С. 295. 102. Верещагин, В. И. Технология определения предельного состояния работавших моторных масел / В. И. Верещагин, Б. И. Ковальский, Е. Г. Мальцева // Энергетика в глобальном мире : сб. тез. докл. первого междунар. науч.-техн. конгресса. – Красноярск : ООО «Версо», 2010. – С. 313. 178

103. Верещагин В. И. Диагностика состояния фильтрующих элементов в процессе эксплуатации двигателя внутреннего сгорания / В. И. Верещагин, Б. И. Ковальский // VII Всерос. науч.- техн. конф. с междунар. участием «Механики XXI века» : сб. докл. – Братск, 2008 – С. 428. 104. Ковальский, Б. И. Вопросы прогнозирования долговечности технических систем по параметрам смазочного материала / Б. И. Ковальский, В. И. Верещагин // Современные проблемы развития науки, техники и образования : сб. науч. тр. – Красноярск : ИПК СФУ 2009. – С. 359–368. 105. Рунда, М. М. Методика предварительного выбора моторных масел / М. М. Рунда, Б. И. Ковальский, Н. Н. Малышева, И. А. Шумовский // Вестн. Иркут. гос. техн. ун-та. – 2012. – № 8 (67). – С. 130–135. 106. Пат. 2454654 РФ, МПК3G01 № 3/56, G01№ 33/30. Способ определения качества смазочных масел / Б. И. Ковальский, Ю. Н. Безбородов, Н. Н. Малышева [и др.] ; опубл. 27.06.2012. Бюл. № 18. 107. Ковальский, Б. И. Исследование термоокислительной стабильности и противоизносных свойств минерального моторного масла М-16Г2ЦС / Б. И. Ковальский, В. И. Верещагин, М. М. Рунда // Армейский сборник. – 2012. – № 2. – С. 40–44. 108. Рунда, М. М. Исследование влияния срока хранения минеральных моторных масел на термоокислительную стабильность и противоизносные свойства / М. М. Рунда, Б. И. Ковальский, В. С. Янович, Н. А. Лебедева // Вест. нефтяных компаний «Мир нефтепродуктов». – 2012. – № 9. – С. 12–17. 109. Ковальский, Б. И. Результаты исследования моторного масла МТ-16П при хранении бронетехники / Б. И. Ковальский, А. А. Масалов, М. М. Рунда, В. С. Янович // Сборник рефератов депонированных рукописей. – 2011. – № 95. – С. 102–106. 110. Ковальский, Б. И. Результаты испытания моторных масел на термоокислительную стабильность при циклическом изменении температуры / Б. И. Ковальский, А. А. Масалов, М. М. Рунда // Сборник рефератов депонированных рукописей. – 2011. – № 95. – С. 19. 111. Безбородов, Ю. Н. Процессы самоорганизации в минеральных моторных маслах при их окислении / Ю. Н. Безбородов, Б. И. Ковальский, М. М. Рунда // Сборник рефератов депонированных рукописей. – 2011. – № 95. – С. 17. 112. Берко, А. В. Влияние термоокислительных процессов на противоизносные свойства моторного масла МТ-16П / А. В. Берко, Б. И. Ковальский, М. М. Рунда // Сборник рефератов депонированных рукописей. – 2011. – № 96. – С. 21. 113. Ковальский, Б. И. Влияние сроков хранения масел М-16 ИХП-3 на термоокислительную стабильность и противоизносные свойства /

179

Б. И. Ковальский, А. В. Юдин, М. М. Рунда, В. С. Янович // Вестн. нефтяных компаний «Мир нефтепродуктов». – 2012. – № 5. – С. 19–24. 114. Ковальский, Б. И. Исследование влияния продуктов окисления на противоизносные свойства минерального трансмиссионного масла ТС 3п-8 / Б. И. Ковальский, В. С. Янович, М. М. Рунда и др. // Вестн. Кузбас. гос. техн. ун-та. – 2011. – № 6 (88). – С. 55–61. 115. Ковальский, Б. И. К вопросу исследования влияния характеристик ГСМ на эксплуатацию вооружения и военной техники / Б. И. Ковальский, М. М. Рунда // Бюллетень научно-методических материалов. – 2011. – № 63. – С. 209–215. 116. Ковальский, Б. И. Результаты испытания минеральных моторных масел на термоокислительную стабильность / Б. И. Ковальский, М. М. Рунда, В. С. Янович // Основные результаты диссертационных исследований докторантов, адъютантов и соискателей академии. – Июль 2011. – С. 175–184. 117. Гольберг, Д. О. Контроль производства масел и парафинов / Д. О. Гольберг. – М. : Химия, 1964. – 245 с. 118. Меньшов, П. А. Об определении цвета нефтепродуктов / П. А. Меньшов, В. С. Иванов, В. Н. Логинов // ХТТМ. – 1981. – № 4. – С. 45–48. 119. Ковальский, Б. И. Процессы самоорганизации в минеральных моторных маслах при их окислении / Б. И. Ковальский, М. М. Рунда, А. В. Юдин, А. В. Берко, А. С. Ромащенко // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2011. – № 2. – С. 67–71. 120. Непогодьев, А. В. Влияние угара масла на интенсивность его старения / А. В. Непогодьев, В. И. Ворожихина // Двигатели внутреннего сгорания / НИИ Информтяжмаш. – 1969. – № 12. – С. 22–27. 121. Стропихеев, А. А. Основы химии высокомолекулярных соединений / А. А. Стропихеев, В. А. Деребицкая, Г. Л. Сломицкий. – М. : Химия, 1966. 122. Ерусалимский, Б. Л. Процессы ионной полимеризации / Б. Л. Иерусалимский, С. Г. Любецкий. – М. : Химия, 1974. – 256 с. 123. Ковальский, Б. И. Процессы самоорганизации в частично синтетических моторных маслах при их окислении / Б. И. Ковальский, Ю. Н. Безбородов, М. М. Рунда, А. В. Юдин, А. С. Ромащенко // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2011. – № 3. – С. 66–69.

180

№ п/п

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

ZicА Plus 10W–40 SL/CF ZicА Plus 10W–40 SL/CF ZicА Plus 5W–30 SL/CF Zic А Plus 10W–40 SL/CF BP Visco 3000 10W–40 SJ/CF BP Visco 3000 10W–40 SJ/ CF BP Visco 3000 10W–40 SJ/ CF BP Visco 3000 10W–40 SJ/ CF Texaco Havoline Extra 10W–40 SJ/CF Texaco Havoline Extra 10W–40 SJ/CF Texaco Havoline Extra 10W–40 SJ/CF Texaco Havoline Extra 10W–40 SJ/CF Texaco Havoline Extra 10W–40 SJ/CF Ravenol HCS 5W–40 SL/CF Ravenol TSI 10W–40 SM/CF Ravenol TSI 10W–40 SM/CF ТНКСупер 5W–40 SL/CF ESSO Ultra 10W–40 SJ/CF ESSO Ultra 10W–40 SJ/CF ESSO Ultra 10W–40 SJ/CF

Марка масла

Пробег автомобиля, км 161 450 184 190 173 190 135 290 164 500 135 500 98 700 114 000 66 800 176 500 188 460 85 242 103 000 195 130 319 666 30 820 76 200 156 215 135 066 158 550

Продолжительность работы масла, км 8 000 16 000 11 500 8 000 9 000 10 000 10 700 7 000 8 800 10 000 9 800 10 000 12 500 10 000 10 000 11 000 10 000 6 000 10 000 6 000

Время испытания, ч Исходное 3 8 14 0,23 0,43 0,47 0,48 0,40 0,72 0,76 0,79 0,51 0,72 0,77 0,80 0,29 0,33 0,35 0,38 0,33 0,73 0,82 0,87 0,19 0,35 0,39 0,40 0,17 0,31 0,36 0,42 0,17 0,35 0,41 0,53 0,41 0,62 0,77 0,87 0,27 0,56 0,63 0,66 0,25 0,38 0,58 0,59 0,33 0,58 0,65 0,67 0,37 0,41 0,41 0,45 0,24 0,30 0,60 0,60 0,22 0,53 0,63 0,71 0,17 0,47 0,61 0,69 0,24 0,39 0,42 0,52 0,24 0,39 0,42 0,52 0,29 0,57 0,63 0,67 0,24 0,38 0,42 0,52

181

20 0,49 0,80 0,81 0,38 0,89 0,50 0,45 0,55 0,90 0,68 0,6 0,71 0,49 0,62 0,76 0,75 0,55 0,55 0,68 0,55

Таблица П.1

Результаты изменения коэффициента поглощения светового потока (Kп) отработанных частично синтетических моторных масел в зависимости от времени и температуры испытания (180 оС)

Протоколы экспериментальных данных моторных масел

Приложение

182

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

№ п/п

ZicА Plus 10W–40 SL/CF ZicА Plus 10W–40 SL/CF ZicА Plus 5W–30 SL/CF Zic А Plus 10W–40 SL/CF BP Visco 3000 10W–40 SJ/CF BP Visco 3000 10W–40 SJ/ CF BP Visco 3000 10W–40 SJ/ CF BP Visco 3000 10W–40 SJ/ CF Texaco Havoline Extra10W–40SJ/CF Texaco Havoline Extra10W–40 SJ/CF Texaco Havoline Extra 10W–40SJ/CF Texaco Havoline Extra10W–40 SJ/CF Texaco Havoline Extra10W–40 SJ/CF Ravenol HCS 5W–40 SL/CF Ravenol TSI 10W–40 SM/CF Ravenol TSI 10W–40 SM/CF ТНК СУПЕР 5W–40 SL/CF ESSO Ultra 10W–40 SJ/CF ESSO Ultra 10W–40 SJ/CF ESSO Ultra 10W– 40 SJ/CF

Марка масла

Пробег автомобиля, км 161 450 184 190 173 190 135 290 164 500 135 500 98 700 114 000 66 800 176 500 188 460 85 242 103 000 195 130 319 666 30 820 76 200 156 215 135 066 158 550

Продолжительность работы масла, км 8 000 16 000 11 500 8 000 9 000 10 000 10 700 7 000 8 800 10 000 9 800 10 000 12 500 10 000 10 000 11 000 10 000 6 000 10 000 6 000 3 4,8 3,5 3,3 5,7 3,9 3,6 2,5 3,6 6,9 3,5 2,8 4,6 1,8 3,4 3,0 3,7 9,9 3,8 5,0 3,8

Время испытания, ч 8 14 20 6 7 8 4,9 5,8 6,6 4,9 6,5 7,7 7,9 9,6 11 6,1 8,2 9,7 5,28 6,8 7,25 4,2 5,8 7 5 6,6 7,8 8,5 10,1 11,5 4,8 5,6 6,4 3,7 4,6 5,5 6,2 6,6 6,7 3,7 4,9 6,2 4,6 5,7 6,8 4,6 5,9 7 5,3 6,7 8 15,1 16,5 19,3 5,1 6,1 6,6 6,4 8 9,7 4,8 5,3 6,6

Результаты изменения испаряемости отработанных частично синтетических моторных масел в зависимости от времени и температуры испытания (180 оС)

Таблица П.2

№ п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Результаты изменения коэффициента относительной вязкости (Kμ) отработанных частично синтетических моторных масел в зависимости от времени и температуры испытания (180 оС) μ исх µ окисл µтов100 oC, μокисл µисх % Марка масла μ µ тов μтов сСт 3ч ZicА Plus 10W–40 SL/CF 14,78 14,24 0,96 4 15,08 1,02 ZicА Plus 10W–40 SL/CF 14,78 15,17 1,03 –3 16,81 1,14 ZicА Plus 5W–30 SL/CF 11,68 8,11 0,69 31 8,71 0,75 Zic А Plus 10W–40 SL/CF 14,3 9,65 0,67 33 11,62 0,81 BP Visco 3000 10W–40 SJ/CF 14,3 14,04 0,98 2 14,48 1,01 BP Visco 3000 10W–40 SJ/ CF 14,3 13,25 0,93 7 14,74 1,03 BP Visco 3000 10W–40 SJ/ CF 14,3 14,04 0,98 2 14,78 1,03 BP Visco 3000 10W–40 SJ/ CF 14,3 12,66 0,89 11 13,40 0,94 Texaco Havoline Extra10W–40 SJ/CF 14,6 15,08 1,03 3 16,95 1,16 Texaco Havoline Extra10W–40 SJ/CF 14,6 13,74 0,94 6 14,14 0,97 Texaco Havoline Extra 10W–40SJ/CF 14,6 13,30 0,91 9 17,05 1,17 Texaco Havoline Extra10W–40 SJ/CF 14,6 13,55 0,93 7 13,75 0,94 Texaco Havoline Extra10W–40 SJ/CF 14,6 14,59 1,00 0 15,08 1,03 Ravenol HCS 5W–40 SL/CF 14,6 13,05 0,89 11 13,10 0,90 Ravenol TSI 10W–40 SM/CF 14 13,00 0,93 7 13,10 0,94 Ravenol TSI 10W–40SM/CF; 14 10,73 0,77 23 10,73 0,77 ТНК СУПЕР 5W–40 SL/CF 14,22 10,29 0,72 28 12,71 0,89 ESSO Ultra 10W–40 SJ/CF 14,4 9,79 0,68 32 11,28 0,78 ESSO Ultra 10W–40 SJ/CF 14,4 11,82 0,82 18 13,64 0,95 ESSO Ultra 10W–40 SJ/CF 14,4 9,79 0,68 32 11,72 0,81 µо

183

−2 −14 25 19 −1 −3 −3 6 −16 3 −17 6 −3 10 6 23 11 22 5 19

%

Таблица П.3

184

№ п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Visco BP 5000 5W–40 SJ/CF Visco BP 5000 5W–40 SJ/CF Visco BP 5000 5W–40 SJ/CF Mobil 1 Rally Formula 5W–50 SJ/CF Mobil 1 Rally Formula 5W–50 SJ/CF Mobil 1 Rally Formula 5W– 50 SJ/CF Mobil Synthetic 5W–40 SJ/CF Castrol GTX Magnatec 5W–40 SL/CF Castrol GTX Magnatec 5W–40 SL/CF Castrol GTX Magnatec 10W–40 SL/CF Castrol GTX Magnatec 10W–40 SL/CF Castrol Formula RS 10W–60 SL/CF Castrol TXT Softec Plus 5W–30 SJ/CF Texaco Havoline Synthetic 5W–40 SJ/CF Texaco Havoline Synthetic 5W–40 SJ/CF ESSO Ultron 5W–40SL/CF ESSO Ultron 5W–40SL/CF SH/EC ESSO Ultron 5W–40SL/CF Shell Helix Ultra 0W–40 SL/CF Ravenol VSI 5W–40 SM/CF

Марка масла

Пробег автомобиля, км 196 000 145 700 113 300 164 500 124 650 223 950 132 300 39 878 230 000 28 500 173 600 74 700 98 633 89 500 39 180 173 190 158 500 123 460 142 305 117 559

Продолжительность работы масла, км 5 000 12 000 9 000 9 000 11 000 10 000 8 000 8 000 10 000 10 000 20 000 9 000 10 000 9 000 10 000 11 500 10 500 10 000 10 000 9 171

Время испытания, ч Исходное 3 8 14 0,12 0,21 0,24 0,26 0,29 0,60 0,66 0,68 0,19 0,28 0,31 0,33 0,4 0,72 0,73 0,81 0,31 0,6 0,66 0,68 0,06 0,15 0,19 0,25 0,61 0,64 0,64 0,65 0,11 0,3 0,35 0,39 0,4 0,44 0,44 0,50 0,28 0,69 0,8 0,85 0,23 0,44 0,52 0,51 0,13 0,4 0,45 0,48 0,21 0,53 0,54 0,57 0,31 0,55 0,61 0,65 0,54 0,74 0,8 0,83 0,51 0,72 0,77 0,8 0,35 0,59 0,65 0,66 0,17 0,40 0,43 0,55 0,18 0,31 0,33 0,34 0,26 0,62 0,69 0,45

Результаты изменения коэффициента поглощения светового потока (Kп) отработанных синтетических моторных масел в зависимости от времени и температуры испытания (180 оС) 20 0,29 0,74 0,33 0,81 0,71 0,35 0,66 0,62 0,51 0,91 0,56 0,48 0,59 0,7 0,84 0,81 0,67 0,55 0,34 0,75

Таблица П.4

Марка масла

Visco BP 5000 5W–40 SJ/CF Visco BP 5000 5W–40 SJ/CF Visco BP 5000 5W–40 SJ/CF Mobil 1 Rally Formula 5W–50 SJ/CF Mobil 1 Rally Formula 5W–50 SJ/CF Mobil 1 Rally Formula 5W– 50 SJ/CF Mobil Synthetic 5W–40 SJ/CF Castrol GTX Magnatec 5W–40 SL/CF Castrol GTX Magnatec 5W–40 SL/CF Castrol GTX Magnatec 10W–40 SL/CF Castrol GTX Magnatec 10W–40 SL/CF Castrol Formula RS 10W– 60 SL/CF Castrol TXT Softec Plus 5W–30 SJ/CF Texaco Havoline Synthetic 5W–40 SJ/CF Texaco Havoline Synthetic 5W–40 SJ/CF ESSO Ultron 5W–40SL/CF ESSO Ultron 5W–40SL/CF SH/EC ESSO Ultron 5W–40SL/CF Shell Helix Ultra 0W–40 SL/CF Ravenol VSI 5W–40 SM/CF

№ п/п

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Пробег автомобиля, км 196 000 145 700 113 300 164 500 124 650 223 950 132 300 39 878 230 000 28 500 173 600 74 700 98 633 89 500 39 180 173 190 158 500 123 460 142 305 117 559

Продолжительность работы масла, км 5 000 12 000 9 000 9 000 11 000 10 000 8 000 8 000 10 000 10 000 20 000 9 000 10 000 9 000 10 000 11 500 10 500 10 000 10 000 9 171 3 3,1 4,2 1,6 4,1 3,5 6,8 1,5 2,1 4,8 6,7 2,8 3,7 4,5 2,8 3,2 3,3 3,1 3,5 2,2 8,2

185

Время испытания, ч 8 14 20 4,2 5 5,7 6 7,5 8,9 2,9 4,2 4,3 5.6 7,1 7,6 4,8 6 7,1 9,5 11,2 12,6 3,0 4,5 5,7 3,4 4,4 5 7,4 8,8 9,2 9,5 11,5 13,4 4,3 5,6 6,8 5 6 6,6 6,6 8,1 9,3 5,1 5,9 6,2 4,3 5,4 6,3 4,9 6,5 7,7 4,7 6,1 6.8 4,9 6,3 7,4 3,3 4,3 5,3 11 13,4 15

Результаты изменения испаряемости отработанных частично синтетических моторных масел в зависимости от времени и температуры испытания (180 оС)

Таблица П.5

186

Результаты изменения коэффициента относительной вязкости (Кμ) отработанных синтетических моторных масел в зависимости от времени и температуры испытания (180 оС) µисх µокисл µтов100 oC, µокисл µисх % № п/п Марка масла μ µо µтов µтов сСт 3ч 1 Visco BP 5000 5W–40 SJ/CF 14,3 10,14 0,71 29 10,78 0,75 2 Visco BP 5000 5W–40 SJ/CF 14,3 15,62 1,09 –9 21,01 1,47 3 Visco BP 5000 5W–40 SJ/CF 14,3 9,7 0,68 32 9,70 0,68 4 Mobil 1 Rally Formula 5W–50 SJ/CF 17 17,6 1,04 –4 18,63 1,10 5 Mobil 1 Rally Formula 5W–50 SJ/CF 17 13,99 0,82 18 17,21 1,01 6 Mobil 1 Rally Formula 5W–50 SJ/CF 17 10,78 0,63 37 11,97 0,70 7 Mobil Synthetic 5W–40 SJ/CF 15,5 11,13 0,72 28 11,47 0,74 8 Castrol GTX Magnatec 5W–40 SL/CF 13,7 10,93 0,80 20 11,27 0,82 9 Castrol GTX Magnatec 5W–40 SL/CF 13,7 10,04 0,73 27 10,75 0,78 10 Castrol GTX Magnatec 10W–40 SL/CF 15,2 15,47 1,02 –2 16,87 1,11 11 Castrol GTX Magnatec 10W–40 SL/CF 15,2 12,97 0,85 15 13,74 0,90 12 Castrol Formula RS 10W–60 SL/CF 24,4 17,3 0,71 29 18,05 0,74 13 Castrol TXT Softec Plus 5W–30 SJ/CF 11,8 9,35 0,79 21 9,40 0,80 14 Texaco Havoline Synthetic 5W–40 SJ/CF 13,8 9,99 0,72 28 9,99 0,72 15 Texaco Havoline Synthetic 5W–40 SJ/CF 13,8 9 0,65 35 10,29 0,75 16 ESSO Ultron 5W–40SL/CF 14,2 8,11 0,57 43 8,71 0,61 17 ESSO Ultron 5W–40SL/CF SH/EC 14,2 11,82 0,83 17 13,68 0,96 18 ESSO Ultron 5W–40SL/CF 14,2 10,88 0,77 23 11,72 0,83 19 Shell Helix Ultra 0W–40 SL/CF 13,5 11,52 0,85 15 12,02 0,89 20 Ravenol VSI 5W–40 SM/CF 14 10,48 0,75 25 10,78 0,77

25 −47 32 −10 −1 30 26 18 22 –11 10 26 20 28 25 39 4 17 11 23

%

Таблица П.6

Научное издание

Верещагин Валерий Иванович Рунда Михаил Михайлович Ковальский Болеслав Иванович Безбородов Юрий Николаевич

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

Монография

Редактор А. А. Быкова Корректор М. В. Саблина Компьютерная верстка Н. Г. Дербенёвой

187

Подписано в печать 30.08.2016. Печать плоская. Формат 60×84/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 11,75. Тираж 500 экз. Заказ № 360 Библиотечно-издательский комплекс Сибирского федерального университета 660041, Красноярск, пр. Свободный, 82а Тел. (391) 206-26-67; http://bik.sfu-kras.ru E-mail: [email protected]

188