Метод контроля температурной области работоспособности моторных масел различной базовой основы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Акимов Михаил Викторович

• Акимов Михаил Викторович
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Акимов Михаил Викторович

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБЛАСТИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МОТОРНЫХ МАСЕЛ

1.1 Основные эксплуатационные свойства моторных масел

1.2 Методы контроля и диагностики эксплуатационных свойств моторных масел

1.3 Механизм старения моторных масел в процессе

эксплуатации двигателей

1.4 Факторы, влияющие на ресурс моторных масел

1.5 Методы оценки ресурса моторных масел

1.6 Научная идея по определению температурной области работоспособности моторных масел

1.7 Выводы по первому разделу

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДА КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБЛАСТИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МОТОРНЫХ МАСЕЛ

2.1 Обоснование выбора моторных масел для исследования

2.2 Обоснование выбора средств контроля и испытания

смазочных масел

2.3 Краткая характеристика средств контроля и испытания

2.3.1 Прибор для термостатирования работавших масел

2.3.2 Спектрофотометр ПЭ-5300ВИ

2.3.3 Электронные весы

2.4 Методика исследования температурной области работоспособности моторных масел различной базовой основы

2.5 Обработка экспериментальных данных

2.6 Выводы по второму разделу

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБЛАСТИ

РАБОТОСПОСОБНОСТИ МОТОРНЫХ МАСЕЛ РАЗЛИЧНОЙ БАЗОВОЙ ОСНОВЫ

3.1 Результаты установления аналитической связи между температурой термостатирования, оптической плотностью и испаряемостью моторных масел

3.2 Альтернативный графоаналитический метод прогнозирования показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов

3.3 Энергетический метод контроля показателей термоокислительной стабильности смазочных масел

3.3.1 Результаты испытания минеральных моторных масел

3.3.2 Результаты испытания частично синтетических

моторных масел [46]

3.3.3 Результаты испытания синтетических моторных масел

3.4 Анализ результатов испытания моторных масел

различных базовых основ

3.5 Выводы по третьему разделу

4 ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОЦЕНКЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБЛАСТИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МОТОРНЫХ МАСЕЛ

4.1 Технология определения показателей

термоокислительной стабильности

4.2 Технология определения тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления и испарения

4.3 Технология определения температуры начала

процессов окисления и критической температуры окисления

4.4 Технология определения температуры начала процессов

испарения и критической температуры испарения

4.5 Технология определения потенциальной тепловой энергии, необходимой для начала процессов окисления и времени начала изменения тепловой энергии, поглощенной продуктами испарения

4.6 Технология определения температурной области работоспособности моторных масел

4.7 Выводы по четвертому разделу

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБЛАСТИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МОТОРНЫХ МАСЕЛ РАЗЛИЧНОЙ БАЗОВОЙ ОСНОВЫ

Приложение Б. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ ОСНОВНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Повышение эффективности использования моторных масел различной базовой основы относится к одной из сложных научно-технических задач трибологии, материаловедения и химмотологии.

Значительные трудности, возникающие при разработке теории старения смазочных масел и определении предельного состояния, связаны с большим количеством факторов, влияющих на их состояние.

Можно выделить два основных направления исследований в области определения предельного состояния моторных масел: лабораторные и эксплуатационные.

В первом случае контролируются основные эксплуатационные показатели качества, к которым относятся антиокислительные, антифрикционные, про-тивоизносные, противозадирные, противокоррозионные, диспергирующие, антипенные и вязкостные свойства моторных масел. На основе лабораторных исследований разрабатываются рекомендации, которые проверяются и корректируются в условиях эксплуатации.

Во втором случае система контроля состояния моторных масел в период эксплуатации автомобильной техники не предусматривает применение диагностических средств контроля и поэтому наряду со своей простотой не позволяет обеспечить своевременный анализ состояния масел, что приводит к увеличению эксплуатационных затрат.

Кроме того, на эффективность эксплуатационной системы влияют заводы-изготовители, устанавливающие ресурс моторных масел в километрах пробега или наработкой в моточасах.

Увеличение периодов смены масел рассматривается в настоящее время как один из реальных путей экономии нефтяных ресурсов Российской Федерации, так как очевидно, что более длительная работа смазочного масла в двигателях внутреннего сгорания без смены предопределяет и более экономичную эксплуатацию автомобильной техники.

Необходимо отметить, что довольно редко регламентная замена моторного масла совпадает с действительно необходимой.

Наиболее правильный подход к смене моторного масла - это его замена по фактическому состоянию масла.

Для того чтобы проверить состояния моторного масла с учетом его эксплуатационных свойств на данный момент, нужно провести отбор пробы масла и (при помощи экспресс-тестов) оценить его состояние по браковочным показателям, установленных ранее на основании результатов проведенных исследований. После этого можно дать рекомендацию по замене моторного масла или возможности дальнейшей его работы в двигателе внутреннего сгорания.

Распространению данного метода препятствует отсутствие лабораторий контроля качества в автотранспортных предприятиях и на станциях технического обслуживания автомобильной техники.

В этой связи разработка новых методов контроля состояния моторных масел различной базовой основы в процессе периодического использования автомобильной техники является актуальной задачей. Решение этой задачи должно быть комплексным, учитывающим изменение основных физико-химических показателей и влияние продуктов старения на противоизносные свойства моторных масел. Поэтому практическое и научное значение представляют исследования механизма старения моторных масел в период эксплуатации; механизма окисления; влияния продуктов окисления и старения на противоизносные свойства масел и процессы, протекающие на фрикционном контакте при трибо-технических испытаниях; изменения потенциального ресурса.

Степень разработанности темы

Основными свойствами моторных масел являются моюще-диспергирующие, антиокислительные, противоизносные, антикоррозионные и вязкостно-температурные. В процессе эксплуатации эти свойства изменяются вследствие механических, окислительных, температурных и химических воздействий, а также из-за влияния продуктов неполного сгорания топлива, поэтому моторные масла имеют предел работоспособности или предельное состояние (ГОСТ 27.002.89).

Вопросами обоснования сроков службы смазочных масел занимались К.К. Папок, Л.С Васильева, Б.И. Ковальский, и др. Однако до сих пор отсутствует научно обоснованный метод определения ресурса смазочных масел.

Существующие методы определения предельного состояния в значительной степени условны и зависят от многих факторов, а более объективные методы трудоёмки, экономически нецелесообразны и непригодны для применения в условиях эксплуатации техники. Анализ литературных данных показал, что метод определения предельного состояния моторных масел должен быть комплексным. Для обоснования предельного состояния работающих моторных масел в условиях эксплуатации широкое применение нашли следующие методы контроля: фотометрия, центрифугирование, термостатирование, испытание на противоизносные свойства, измерение вязкости и методы математической обработки статистических данных, что позволило получить данные о процессах старения моторных масел, концентрации общих, растворимых и нерастворимых продуктов старения, вязкости, испаряемости, сопротивлении окислению, про-тивоизносных свойствах и изменении эксплуатационных свойств моторного масла при эксплуатации двигателя от залива масла до его замены. Полученные данные позволили обосновать предельное состояние, по достижении которого необходима замена масла.

При достижении хотя бы одного из этих показателей браковочного значения смазочный материал считается непригодным для эксплуатации и подлежит замене.

Однако широкого применения на эксплуатационных предприятиях эти методы контроля не нашли из-за необходимости создания специальных лабораторий и служб диагностики, увеличивающих себестоимость технического обслуживания техники.

Объёмные и инструментальные методы контроля также не нашли широкого применения по той же причине, поэтому разработка и обоснование новых методов и средств контроля состояния моторных масел, применяемых на эксплуатационных предприятиях, является актуальной задачей.

Вопросы, связанные с определением момента замены моторных масел по фактическому состоянию, остаются актуальными и сегодня, поскольку основные физико-химические показатели качества масла не всегда достигают предельных значений при замене, так как зависят от правильности их выбора для той или иной техники.

Поэтому для решения проблемы эффективного применения смазочных материалов и контроля их состояния в процессе эксплуатации необходимо учитывать температурные пределы их работоспособности, учитывать такие показатели, как температура начала процессов окисления, испарения, критические температуры этих процессов. Эти показатели влияют на ресурс смазочных материалов и скорость изменения основных эксплуатационных показателей.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод контроля температурной области работоспособности моторных масел различной базовой основы»

Актуальность диссертационной работы

В соответствии с Государственными программами Российской Федерации «Транспортной стратегией и Развития оборонно-промышленного комплекса РФ» и энергетическая стратегия ТЭК подлежащих реализации до 2035 года и требуют:

- развитие всех видов транспорта, транспортной сети и энергетических ресурсов, обеспечивающих работу транспорта;

- повышение экологичности, снижение себестоимости перевозок, увеличение грузооборота;

- развитие направления ресурсосбережения и энергоэффективности;

- повышение качества предоставляемых транспортных услуг;

- повышение качества материалов, обеспечивающих работу транспорта.

Анализ последних 20 лет свидетельствует:

- о увеличении стоимости грузооборота;

- росте цен на топливо и смазочные материалы;

- о снижении ассортимента моторных и трансмиссионных масел на фоне вводимых санкций.

Требования государственных программ Российской Федерации по ресурсосбережению энергоэфективности технических, технологических или иных

решений и разработки, имеющие существенное значение для развития страны могут быть выполнены на основе разработки новых научно-обоснованных технологий, рационального использования техники, развития ресурсосберегающих направлений работы, решения экологических проблем, качества топлива и смазочных материалов, обоснованного ресурса работоспособности на основе учета всех показателей эксплуатационных свойств. Решение этой проблемы представляется важным, актуальным и направлено на обеспечение надежной эксплуатации техники и повышение уровня технического обслуживания и экологической безопасности.

Объект исследования - моторные масла различной базовой основы.

Предмет исследования - метод контроля температурной области работоспособности моторных масел.

Цель диссертационной работы: повысить эффективность и экологическую безопасность при применении в двигателях внутреннего сгорания различного исполнения моторных масел разных базовых основ и классов вязкости за счет учета температурной области работоспособности.

Задачи исследования:

1. Усовершенствовать методику определения и контроля температурной области работоспособности моторных масел, включающим температурных параметров процессов термоокисления и испарения и критических преобразований.

2. Установить аналитическую связь между температурой термостатиро-вания, оптической плотностью и испаряемостью моторных масел, обосновать графоаналитический метод определения температурной области работоспособности моторных масел.

3. Предложить усовершенствованный энергетический метод определения температурной области, работоспособности моторных масел.

4. Разработать практические рекомендации по определению температурной области работоспособности моторных масел разных базовых основ и классов вязкости.

Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось с применением анализа механизмов старения, теории экспериментов, методов

расчета ресурса смазочных материалов, оптических и физических методов исследования. При выполнении работы применялись стандартные и специально разработанные приборы, а для обработки экспериментальных данных использовались методы математической статистики и регрессионного анализа.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных автором, подтверждается теоретически и экспериментально. Научные положения аргументированы, теоретические результаты работы и выводы подтверждены проведенными экспериментальными исследованиями и математической обработкой с использованием положений теории окисления углеводородов, теории размерностей и подобия, а также стандартных лицензионных программ для обработки экспериментальных данных в соответствии с постановкой и планированием экспериментальных исследований с применением вычислительной техники.

На защиту выносятся:

1. Результат практической реализации метода определения и контроля температурной области работоспособности моторных масел, которым является усовершенствованная методика испытаний масел, обеспечивающая получение новой информации о температурах начала процессов термоокисления, испарения и температурных преобразованиях, а также критических и предельно допустимых температур этих процессов

2. Результат установления аналитической связи между температурой термостатирования, оптической плотностью и испаряемостью моторных масел различной базовой основы. Применение графоаналитического метода, позволяющего определить температурную область работоспособности моторных масел, который позволяет получить новую информацию о качестве моторных масел.

3. Усовершенствован и предложен энергетический метод определения температурной области работоспособности моторных масел, позволяющий получить информацию о температурных пределах работоспособности.

Научная новизна наиболее существенных результатов, полученных лично автором:

1. Усовершенствована методика контроля температурной области работоспособности моторных масел различных базовых основ, позволившая определить температуры начала процессов термоокисления, испарения и температурных преобразований, критические и предельно допустимые температуры этих процессов.

2. Установлена зависимость аналитической связи между температурой термостатирования, оптической плотностью и испаряемостью моторных масел различной базовой основы, которая позволила применить графоаналитический метод, для определения температурной области работоспособности моторных масел, позволяющий получить расширенную информацию о качестве моторных масел, применяемых в двигателях внутреннего сгорания.

3. Впервые предложен и усовершенствован энергетический метод определения температурной области работоспособности моторных масел, позволяющей получить информацию о температурных пределах работоспособности.

Практическая значимость работы. На основе теоретических и экспериментальных исследований усовершенствована методика контроля температурной области работоспособности моторных масел, позволяющая определить новые эксплуатационные показатели - температуры начала процессов окисления и испарения, а также критические температуры этих процессов, которые определяют температурную область применения, что позволяет сравнивать масла одного назначения и обоснованно выбирать более термостойкие.

Обосновано применение графоаналитического метода определения температурной области работоспособности смазочных масел, позволяющий снизить трудоемкость исследований, а также предложен усовершенствованный энергетический метод, учитывающий количество тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления и испарения, что позволило определить температуры начала процессов окисления и испарения, критические температуры этих процессов и потенциальную энергию, необходимую для начала этих процессов.

Реализация результатов работы. Акты внедрения: в войсковой части 54630 п.г.т Козулька Красноярского края; ООО Рус-Ресурс п.г.т Березовка Красноярский край; ООО «Терминал» г. Красноярск Красноярский край.

Результаты исследования использованы в учебном процессе кафедры «Топливообеспечение и ГСМ» и военном учебном центре Сибирского федерального университета.

Апробация результатов работы. Основные научные положения и результаты исследования докладывались и обсуждались на:

1. На XII Международной научно-практической конференции г. Ростов-на-Дону в 2021 году.

2. На научно-методических семинарах кафедры «Топливообеспечение и ГСМ» Сибирского федерального университета.

3. На научно-методических семинарах в Военном учебном центре при Сибирском федеральном университете.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, включая 5 работ в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК, 1 статья в сборнике XII Международной научно-практической конференции.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 198 страницах, и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Текст работы содержит 18 таблиц и 142 рисунка. Список литературы содержит 76 источников.

Автор выражает признательность за помощь и поддержку научному руководителю доктору технических наук Ковальскому Болеславу Ивановичу, профессору кафедры «Топливообеспечение и ГСМ» Института нефти и газа, сотрудникам кафедры «Топливообеспечение и ГСМ» и военного учебного центра.

1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБЛАСТИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МОТОРНЫХ МАСЕЛ

1.1 Основные эксплуатационные свойства моторных масел

Для моторных масел основными эксплуатационными свойствами, от которых зависит их ресурс, являются следующие [1].

Моюще-диспергирующие свойства - характеризуют способность масла обеспечивать необходимую чистоту деталей двигателя, поддерживать продукты окисления и загрязнения во взвешенном состоянии без выпадения осадка. Эти свойства обеспечивают моющие присадки, включающие сульфоналы, алк-килфеноляты, алкилсациолаты и фосфаты кальция или магния. Антиокислительные свойства определяют стойкость масла к старению. Окисление масла в двигателе наиболее интенсивно происходит в тонких пленках на поверхностях деталей, нагревающихся до высокой температуры и соприкасающихся с горячими газами.

Стойкость моторных масел к окислению повышают введением в их состав антиокислительных присадок, включающих диалкил и диарилдитиофосфаты цинка, которые улучшают также антикоррозионные и противоизносные свойства. Их часто комбинируют с беззольными антиокислителями фенолами, ароматическими аминами, беззольными дитиофосфатами и др.

Противоизносные свойства - зависят от химического состава и полярности базового масла, состава композиции присадок и вязкостно-температурной характеристики масла с присадками, которая в основном предопределяет температурные пределы его применимости. Повышение противоизносных свойств обеспечивается введением присадок, содержащих серу, фосфор, галогены, бор, а также беззольных депрессантов, содержащих противоизносные фрагменты.

Антикоррозионные свойства - зависят от состава базовых компонентов, концентрации и эффективности антикоррозионных, антиокислительных присадок и деактиваторов металлов. В процессе старения коррозионность моторных

масел возрастает за счет повышения его кислотности. В качестве антикоррозионной присадки используют дитиофосфат цинка. Антикоррозионные свойства масла оценивают по ГОСТ 20502-75 по потере массы свинцовых пластин за 10 или 25 часов испытания при температуре 140 °С. Вязкостно-температурные свойства определяют диапазон температуры окружающей среды, в которой данное масло обеспечивает пуск двигателя без предварительного подогрева, прокачивание насосом масла по смазочной системе, надежное смазывание и охлаждение деталей двигателя при наибольших допустимых нагрузках и температуре окружающей среды.

Характеристиками вязкостно-температурных свойств служат кинематическая вязкость, определяемая в капиллярных вискозиметрах, и динамическая вязкость, измеряемая при различных градиентах скорости сдвига в ротационных вискозиметрах, а также индекс вязкости - безразмерный показатель пологости вязкостно-температурной зависимости, рассчитываемой по значениям кинематической вязкости масла, измеренной при температурах 40 и 100 °С (ГОСТ 25371-82).

Моторные масла классифицируют по ГОСТ 17479.1-85 и подразделяют их на классы по вязкости и группы по назначению и уровням эксплуатационных свойств. Российской промышленностью выпускаются минеральные, частично синтетические и синтетические масла. [2; 5]. Они выпускаются сезонными, всесезонными и универсальными (для бензиновых и дизельных двигателей). Характеристикой моторных масел являются показатели: кинематическая вязкость; индекс вязкости; массовая доля механических примесей, воды; температура вспышки; температура застывания; коррозионность; моющие свойства; щелочное число; зольность сульфатная; стабильность по индукционному периоду осадкообразования; цвет; плотность при 20 °С; массовая доля активных элементов; вязкость динамическая. Из числа перечисленных показателей только температуры вспышки и застывания косвенно характеризуют температурную область работоспособности моторных масел. Температуры вспышки Твсп и застывания Тзаст для масел групп Г1; В и В1 приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Температурные характеристики вспышки и застывания моторных масел

Для масел групп Г1, В и В1

М6з/ 12Г1 М-5з/ 10Г1 М-4з/ 6В1 М-8В М-6з/ 10В - - - -

Т °С Т всп С 210 200 165 207 190 - - - -

Т °С 1 заст, С -30 -38 -42 -25 -30 - - - -

Для дизельных двигателей масел групп А и Б2

МС-20П М-14Б МТ3-10П М-16ПУ МТ-16П - - - -

Т °С 1 всп С 225 200 165 230 210 - - - -

Т °С 1 заст, С -18 -15 -43 -25 -25 - - - -

Для масел группы В2

М-8В2 М-10В2 М-10В2С М-14В2 М-20В2Ф М-16 В2 М-14В2З М-20В2 М16ИХП3

Т °С Т всп, С 200 205 210 210 230 200 220 235 225

Т °С Т заст, С -25 -15 -15 -12 -15 -15 -30 -15 -25

Для масел группы Г2 автотракторных и транспортных дизелей

М-8Г2 М-10Г2 М-8Г2К М-10Г2К М-14Г2К М-8Г2У М-10Г2У - -

Т °С Т всп С 200 205 210 220 215 210 225 - -

Т °С Т заст, С -25 -15 -30 -18 -25 -30 -15 - -

Для масел группы Г2 судовых и тепловозных дизелей

М-10Г2 УС М-14Г2 УС М-16Г2 УС М-14Г2 М-20Г2 - - - -

Т °С Т всп, С 210 215 210 220 235 - - - -

Т °С Т заст, С -10 -10 -10 -12 -15 - - - -

Для масел группы Д2 автотракторных дизелей

М-8ДМ М-10ДМ М-10ДМ М-6з/ 14ДМ МТ-4з/ 8ДС МТ-5з/ 10Д - - -

Т °С Т всп С 195 220 230 210 200 200 - - -

Т °С Т зась С -30 -18 -15 -30 -55 -40 - - -

Для масел группы Д2 судовых, тепловозных и стационарных дизелей

М-10 ДИЛ20 М-10 ДИЛ20 КЛ-14 ДИЛ30 М-14ДР МТ-16ДР - - - -

Т °С Т всп, С 215 220 210 215 225 - - - -

Анализ приведенных данных показывает, что не существует корреляции между температурой вспышки и температурой застывания. Кроме того, в характеристиках масел отсутствуют данные по температурам начала процессов окисления и испарения, а также критическим температурам этих процессов, которые должны

быть ниже температуры вспышки. Это подтверждает актуальность исследований по определению температурной области применения моторных масел.

1.2 Методы контроля и диагностики

эксплуатационных свойств моторных масел

Качество моторных масел в процессе эксплуатации двигателей изменяется за счет образования эксплуатационных примесей, поэтому методы оценки их концентрации, состава и химической структуры можно подразделить на количественные и качественные [5; 9].

Количественные методы определяют массу твердых загрязнений в масле и регламентируются стандартами ГОСТ 6370-2018 и 12275-66. При наличии в масле большой концентрации загрязнений применяют объемные методы контроля нормаль Н 8016-60, предусматривающие центрифугирование проб работающих масел.

Оптические методы находят широкое применение при контроле технологических процессов производства масел [4; 5], а также наличия частиц износа в отработанном масле. Для оценки дисперсного состава частиц применяют электрометрический метод, заключающийся в фотометрировании проб работающих масел сначала в статическом электрическом поле, а затем при его снятии [6; 7].

Химический состав примесей в масле определяется инструментальными и лабораторными методами количественного анализа. К инструментальным методам относятся полярографический, спектральный, нейтронной активации, феррографии и др.

Полярографический метод основан на электролизе растворенного в кислоте зольного остатка, образованного после сжигания пробы масла. Анализ полярограмм, построенных в координатах «напряжение - сила тока», количественно характеризует содержание веществ в масле.

Спектральный эмиссионный анализ проводят на загрязненном масле или исследуют золу после его сжигания. По спектрам делают вывод о количественном составе загрязнений. Возможно применение ИК-спектрометрии [8], обна-

руживающей продукты окисления, соли карбоновых кислот, сульфаты и неорганические нитраты. Особое значение приобретают методы определения содержания воды в смазочных материалах. В лабораторных условиях применяют методы, основанные на испарении воды с последующей конденсацией, а также взаимодействии ее с веществами, например, гидридом кальция, по количеству выделенного водорода при реакции гидрида кальция с содержащийся в масле водой делают вывод о ее количестве. Измерение количества тепла, выделяемого при данной реакции, лежит в основе метода, описанного в работе [9]. Среди экспрессивных методов контроля смазочных масел известны методы, основанные на оптимальном балансе поступления в масло загрязнений и удаления их из него [10]. В этой связи предложен критерий физической стабильности, измеряемый оптической плотностью масла до и после центрифугирования без разбавления [11]. Оценка загрязнения масел по изменению оптической плотности является интегральной характеристикой. Результаты исследования показали, что оптическая плотность масла находится в линейной зависимости от концентрации загрязнений [12]. Однако возможности данного метода изучены недостаточно.

1.3 Механизм старения моторных масел

в процессе эксплуатации двигателей

При использовании автотранспортного средства моторное масло постепенно утрачивает свои первоначальные качества (стареет), происходит окисление углеводородов и срабатывание присадок, повышается кислотность и содержание частиц износа деталей, продуктов сгорания топлива, влаги, пыли и смолистых веществ.

Скорость и особенности старения зависят от разных факторов:

- степени форсирования двигателя;

- температурных условий эксплуатации;

- качества горюче-смазочных материалов;

- износа деталей;

- технических показателей автомобилей;

- частоты доливов вследствие угара масла и герметичности масляной системы.

В процессе старения моторного масла изменяются его характеристики.

Вязкость. Если моторное масло обладает увеличенными показателями вязкости, значит, в нем накопились продукты неполного сгорания (сажа) и окисленные углеводороды, а легкие фракции испарились. Пониженная вязкость моторного масла - признак попадания в них продуктов неполного сгорания топлива и разрушения полимерной присадки.

Температура вспышки. Этот показатель снижается посредством попадания в моторное масло топливных компонентов.

Коксуемость. Показатель коксуемости повышается в результате увеличения продуктов окисления смазочного материала и сгорания топлива.

Количество влаги. Если моторное масло содержит воду, это является сигналом проникновения влаги из системы охлаждения.

Щелочные показатели, кислотные показатели. Уменьшение щелочного показателя является признаком снижения количества моющих присадок, а рост кислотного числа определяет степень окисления масла, а также их температурную, механическую химическую деструкцию.

Количество частиц износа (рисунок 1.1). Для того чтобы выявить частицы износа, используются разные способы, включая спектральный анализ, который пользуется большой популярностью для диагностики двигателей автомобилей.

Рисунок 1.1 - Продукты старения масел

Работавшее моторное масло обладает сниженным количеством присадок, уменьшенным щелочным числом, что приводит к увеличению коррозионного изнашиванию деталей автомобиля.

Задача щелочных присадок заключается в устранении действия кислот и обеспечении устойчивости к возникновению коррозии.

Большой опасностью является проникновение в моторное масло фракций горючего с низкими показателями стабильности к окислению. Смазочные материалы с определенным количеством топлива обеспечивают ускоренный процесс окисления и способствуют образованию отложений и органических кислот, что значительно снижает их качество.

В результате попадания топлива показатели вязкости масла значительно снижаются, что приводит к повреждению подшипников скольжения и образованию нагара в цилиндропоршневой группе автомобиля.

1.4 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, АСЕА, CCMC, ILSAC, SAE, ГОСТ). Затруднения возникают также и в результате применения разнообразной терминологии при описании состава и свойств смазочных материалов.

Функцией моторного масла в двигателе внутреннего сгорания является снижение температуры, трения и износа трущихся деталей двигателя за счёт создания на их поверхностях прочной масляной плёнки [1; 10; 13; 14].

Одновременно моторные масла должны обеспечить [1]:

- 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;

- уменьшение расхода масла при работе двигателя;

- увеличение срока службы масла до замены без ущерба для надёжности двигателя автомобиля.

Выполнение указанных функций моторными маслами возможно только в том случае, если их качество будет удовлетворять нижеперечисленным эксплуатационным требованиям [1; 15]:

- высокая моющая, диспергирующе-стабилизирующая способность по отношению к различным нерастворимым загрязнениям, обеспечивающая чистоту деталей двигателя;

- 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;

- стойкость к старению, способность противостоять внешним воздействиям окружающей среды с минимальным ухудшением свойств;

- пологость вязкостно-температурной характеристики, обеспечение про-качиваемости при холодном пуске двигателя и надежного смазывания в экстремальных климатических условиях при высоких нагрузках и различной температуре окружающей среды;

- совместимость с материалами уплотнения;

- малая летучесть, низкий расход на угар.

Эксплуатация транспортных средств, машин и механизмов неизбежно связана с изменениями качественных и количественных показателей, применя-

емых 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 производительность системы фильтрации. Качественные показатели 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 свойства.

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 [16.. .30].

Основное влияние на ресурс смазочных материалов оказывают условия работы силовых установок, трансмиссий, редукторов и других механических систем, которые характеризуются эксплуатационными и внешними характеристиками [38]:

- частыми пусками и прогревом двигателей;

- переменными нагрузочными, скоростными и температурными режимами;

- значительными вибрациями, колебаниями и ударами однократного и многократного действия;

- неблагоприятными климатическими условиями для поддержания нормального теплового режима работы.

Температурный режим работы двигателей, трансмиссий, редукторов и других механических систем является определяющим параметром, 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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Акимов Михаил Викторович, 2024 год

9 Список использованных источников

1. Патент № 2722119 Российская Федерация, МПК G01N № 25/02; G01N №25/22. Способ определения температуры начала изменения показателей термоокислительной стабильности и предельной температуры работоспособности смазочных материалов: № 2019139741: заявл. 04.12.2019: опубл. 26.05.2020 / Ковальский Б. И., Лысянникова Н. Н.; заявитель ФГАОУ СФУ. - 16 с.

2. Патент № 2695704 Российская Федерация, МПК G01N № 33/30. Способ прогнозирования показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов: № 2019112379: заявл. 23.04.2019: опубл. 25.07.2019 / Ковальский Б. И., Лысянникова Н. Н., Петров О. Н., Шрам В. Г.; заявитель ФГАОУ СФУ. - 13 с.

3. Ковальский, Б. И. Метод сравнения моторных масел по показателям термоокислительной стабильности / Б. И. Ковальский, В. И Верещагин, В. Г. Шрам, А. Н. Сокольников, Е. Г. Кравцова// Известия ТулГУ. Технические науки. - 2019. - № 9. - С. 434-440.

Приложение Б

АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ ОСНОВНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

УТВЕРЖДАЮ РЕКТОР000 РУСт-.РЕСУРС

13 г.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ результатов научно-исследовательских, опытно-конструкторских

работ

еских

НАСТОЯЩИМ АКТОМ ПОДТВЕРЖДАЕТСЯ, ЧТО в ООО РУС-РЕСУРС ВНЕДРЕН МЕТОД КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБЛАСТИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МОТОРНЫХ МАСЕЛ

(наименование темы)

выполнено АКИМОВ МИХАИЛ ВИКТОРОВИЧ

Кафедра ТОПЛИВООБЕСПЕЧЕНИЕ И ГОРЮЧЕСМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИНСТИТУТА НЕФТИ И ГАЗА СИБИРСКОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА

(Ф.И.О. исполнителя, наименование кафедры) внедрены в ООО РУС-РЕСУРС г. КРАСНОЯРСК КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ Вид внедренных результатов: МЕТОДИКА КОМПЛЕКСНОГО ИСПЫТАНИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ

эксплуатация (изделия, работы, технологии), производство (изделия, работы, технологии) и др.

1. Характеристика масштаба внедрения: СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ СМЕНЫ МОТОРНЫХ МАСЕЛ. ОБСЛЕДОВАН ПАРК МАШИН 30 ед.

2. Форма внедрения МЕТОД КОНТРОЛЯ ПРЕДЕЛЬНОЕ'О СОСТОЯНИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ПО СОДЕРЖАНИЮ ЗАГРЕЗНЯЮШИХ ПРИМЕСЕЙ, ИЗМЕНЕНИЯ ВЯЗКОСТИ И СТЕПЕНИ СТАРЕНИЯ.

_методика (метод)

3. Новизна результатов научно-исследовательских работ: КАЧЕСТВЕННО НОВЫЕ

(принципиально новые, качественно новые, модификация старых разработок)

4. Опытно-промышленная проверка ПОДТВЕРЖДЕНА ПРОТОКОЛАМИ ИСПЫТАНИЙ ВНЕДРЯЕМОГО МЕТОДА КОНТРОЛЯ

5. Внедрено в промышленное производство ПАРК МАШИН

6. Годовой экономический эффект: Ожидаемый - Фактический -

7. Удельная экономическая эффективность внедренных результатов -

8. Объем внедрения — составляет — от объема внедрения, положенного в основу расчета гарантированного экономического эффекта, рассчитанного по окончании НИР

9. Социальный и научно-технический эффект: РАСШИРЕНА БАЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ

(охрана окружающей среды, недр, улучшение условий труда, специального назначения и т.п.)

От исполнителя

Автор разработанного метода контроля Акимов М.В.

Главный механик ООО Рус-Ресурс

Лапин А.С.

УТВЕРЖДАЮ ДИРЕКТОР ООО «ТЕРМИНАЛ» К.А. КНАПНУГЕЛЬ

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических

работ

НАСТОЯЩИМ АКТОМ ПОДТВЕРЖДАЕТСЯ, ЧТО в ООО «ТЕРМИНАЛ» ВНЕДРЕН МЕТОД КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБЛАСТИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МОТОРНЫХ МАСЕЛ

(наименование темы)

выполнено АКИМОВ МИХАИЛ ВИКТОРОВИЧ

Кафедра ТОПЛИВООБЕСПЕЧЕНИЕ И ГОРЮЧЕСМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИНСТИТУТА НЕФТИ И ГАЗА СИБИРСКОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА

(Ф И О. исполнителя, наименование кафедры)

внедрены в ООО «ТЕРМИНАЛ» г. КРАСНОЯРСК КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

Вид внедренных результатов: МЕТОДИКА КОМПЛЕКСНОГО ИСПЫТАНИЯ МОТОРНЫХ

МАСЕЛ

эксплуатация (изделия, работы, технологии), производство (изделия, работы, технологии) и др.

1. Характеристика масштаба внедрения: СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ СМЕНЫ МОТОРНЫХ МАСЕЛ, ОБСЛЕДОВАН АВТОПАРК МАШИН 40 ед.

2. Форма внедрения МЕТОД КОНТРОЛЯ ПРЕДЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ПО СОДЕРЖАНИЮ ЗАГРЕЗНЯЮШИХ ПРИМЕСЕЙ. ИЗМЕНЕНИЯ ВЯЗКОСТИ И СТЕПЕНИ СТАРЕНИЯ.

_методика(метод)

3. Новизна результатов научно-исследовательских работ: КАЧЕСТВЕННО НОВЫЕ

(принципиально новые, качественно новые, модификация старых разработок)

4 Опытно-промышленная проверка ПОДТВЕРЖДЕНА ПРОТОКОЛАМИ ИСПЫТАНИЙ ВНЕДРЯЕМОГО МЕТОЛА КОНТРОЛЯ

5. Внедрено в промышленное производство АВТОПАРК МАШИН

6. Годовой экономический эффект: Ожидаемый_□_Фактический_□_

7. Удельная экономическая эффективность внедренных результатов_□_

8. Объем внедрения_□_составляет_□___от объема внедрения, положенного в основу

расчета гарантированного экономического эффекта, рассчитанного по окончании НИР

9. Социальный и научно-технический эффект: РАСШИРЕНА БАЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ

(охрана окружающей среды, недр, улучшение условий труда, специального назначения и т.п.)

От исполнителя

Автор разработанного метода контроля / /¿у/ /Акимов М.В.