Повышение эксплуатационной надежности строительных и дорожных машин путем модифицирования смазочных материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.04, кандидат технических наук Спирин, Евгений Николаевич

• Спирин, Евгений Николаевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Спирин, Евгений Николаевич

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Анализ причин низкой эксплуатационной надежности строительных и дорожных машин.

1.2 Традиционные методы повышения надежности строительных и дорожных машин.

1.3 Методы диагностики агрегатов строительных и дорожных машин

1.4 Прогнозирование работоспособности агрегатов строительных и дорожных машин.

1.5 Модифицирование смазочных материалов.

1.6 Цель и задачи исследования.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Моделирование изнашивания трущихся деталей строительных и дорожных машин.

2.2 Диагностирование состояния работающего масла.

2.3 Анализ способов модифицирования смазочных материалов.

2.4 Выводы по главе.

3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Объекты исследования.

3.2 Методика экспериментального исследования.

3.3 Оценка изнашивания методом ЭСАМ.

3.4 Выводы по главе.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ И ДОРОЖНЫХ МАШИН.

4.1 Выбор оптимального способа модифицирования смазочного материала.

4.2 Оценка влияния комплексного физико-химического модифицирования на машине трения.

4.3 Оценка влияния комплексного физико-химического модифицирования в условиях стендовых испытаний.

4.4 Оценка влияния комплексного физико-химического модифицирования в условиях эксплуатации.

4.5 Выводы по главе.

5 ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ И

ДОРОЖНЫХ МАШИН.

5.1 Управление надежностью системы «агрегат-масло».

5.2 Прогнозирование остаточного ресурса двигателей фронтальных погрузчиков БелАЗ-7822.

5.3 Расчёт годового экономического эффекта от внедрения физико-химического модифицирования моторного масла.

5.4 Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эксплуатационной надежности строительных и дорожных машин путем модифицирования смазочных материалов»

Повышение надежности строительных и дорожных машин, совершенствование их конструкции и эффективности использования в условиях эксплуатации является задачей большого народнохозяйственного значения.

Большой вклад в решение проблемы надежности внесли работы многих ученых отечественных и зарубежных ученых: К.П. Чудакова, Д.П. Великано-ва, Ю.К. Беляева, А.Д. Соловьева, Я.Б. Шора, Е.С. Кузнецова, А.И. Селиванова, Ф.Н. Авдонькина, Н.Я. Говорущенко, С.К. Кюрегяна, В.В. Чанкина, В.А. Зорина, Р. Барлоу, JI. Хунтера, Ф. Прошана, В Радановича и др.

Как показывает практика, ресурс силовых агрегатов строительных и дорожных машин зачастую оказывается существенно меньше нормативного. Это обусловлено отсутствием эффективных методов управления надежностью агрегатов, позволяющих выявить неисправности на стадии развития и предотвратить их тем самым обеспечить высокую долговечность и безотказность, а так же равнопрочный ресурс узлов и агрегатов машин.

Создание надежных машин невозможно без проведения соответствующих исследований, позволяющих оценить влияние конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов на износостойкость узлов и деталей. Разработка мероприятий, обеспечивающих увеличение надежности машин, связана с проведением большого числа износных испытаний, а также изучением и контролем процессов изнашивания, как отдельных деталей, так и машины в целом.

Для успешного решения этих задач исследователи должны владеть надежными и эффективными методами контроля износа, которые бы давали возможность получать достоверные результаты износных испытаний машин и их агрегатов при минимальных затратах времени и материальных средств. Одним их таких методов, наиболее полно соответствующим перечисленным требованиям, является эмиссионный спектральный анализ работающего масла.

Спектральный анализ позволяет одновременно определять в картерном масле наличие всех металлов, применяемых в машиностроении. Зная характерный для данной детали химический элемент и периодически определяя концентрацию этого элемента в работающем масле, можно проследить динамику износа детали. При этом нет необходимости специально готовить машину или агрегат, достаточно знать химический состав изнашиваемых деталей.

Однако метод спектрального анализа в силу своей специфики дает возможность получить информацию лишь о суммарном (интегральном) износе всех изнашиваемых поверхностей одной или нескольких деталей, а так же машины в целом.

Спектральный анализ в нашей стране и за рубежом является одним из основных методов исследования металлов и сплавов руд и минералов. Простота и универсальность спектрального анализа, высокая чувствительность и быстрота определения многих химических элементов позволили использовать этот метод также в металлургической, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности, а также геологии и геохимии.

Анализ прогрессивных методов показал, что для управления надежностью машин наиболее применимыми являются физико-химические и спектральные методы анализа работающего масла. Однако до настоящего времени эти методы исследования долговечности для целей диагностики основных агрегатов СДМ еще не получили должного распространения. Это в значительной степени объясняется недостаточной изученностью возможностей предлагаемых методов, что не позволяет их использовать для СДМ большой единичной мощности. Этому также препятствуют отсутствие математических моделей описывающих механизм изменения долговечности по параметрам работающего масла. Их разработка с использованием вероятностных методов расчета позволила бы дать научно обоснованную оценку надежности СДМ и разработать пути ее повышения в эксплуатации.

Наиболее перспективным способом повышения долговечности и, соответственно, надежности агрегатов машин с замкнутой системой смазки является модифицирование смазочных материалов. Модифицирование масел осуществляется как физическими методами (очистка, воздействия электромагнитным полем, ультразвуком и т.д.), так и химическими (введение присадок и добавок).

Изучение влияния модифицирования работающих масел на различных масштабных уровнях с учетом всего многообразия процессов приводящих к снижению надежности машин, позволит разработать низкозатратные ресурсосберегающие технологии, обеспечит возможность полной реализации ресурса, заложенного при производстве машины, улучшить их экологические характеристики.

В связи с вышеизложенным целью настоящей работы является повышение эксплуатационной надежности строительных и дорожных машин путем комплексного физико-химического модифицирования моторного масла.

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

- научно обоснована классификация различных способов модифицирования смазочных материалов, позволяющая выполнить выбор оптимального способа модифицирования;

- научно обоснован механизм модифицирования смазочного материала магнитным полем;

- разработан новый способ повышения износостойкости пар трения и улучшения антифрикционных и противозадирных свойств смазочного масла путем его комбинированного физико-химического модифицирования. Предлагаемый способ защищен патентом РФ № 30867.

Практическая ценность работы заключается в разработке методов контроля и управления надежностью строительных и дорожных машин. С этой целью разработаны: способ комплексного физико-химического модифицирования смазочных материалов непосредственно в условиях эксплуатации в течение всего жизненного цикла, в том числе на борту машины, обоснован выбор и предложен ряд диагностических параметров, а так же метод высоковольтной диагностики работающего масла.

Разработаны рекомендации, которые могут быть использованы для выбора способа модифицирования и управления надежностью строительных и дорожных машин.

Улучшены экономические характеристики исследуемых машин.

Работа выполнена в лабораториях кафедры «Автомобили и тракторы», кафедры химии, лаборатории гидравлики ТГАСУ в период с 2000 по 2006 г.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при чтении лекций и проведении практических занятий студентов специальности «Подъемно-транспортные и дорожно-строительные машины»

В результате выполненной работы разработаны и внедрены:

- технология физико-химического модифицирования моторного масла фронтальных погрузчиков БелАЗ-7822 в ЗАО «Стройсер-вис» (г. Кемерово);

- Диагностика машин по параметрам работающего масла в ООО «Вахрушевец» (г. Киселевск Кемеровской обл.).

Основная часть результатов работы опубликована [109-119].

Заключение диссертации по теме «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины», Спирин, Евгений Николаевич

5.4 Выводы по главе

В результате теоретических и экспериментальных исследований установлено, что основными путями повышения надежности двигателей строительных и дорожных машин являются комплексное физико-химическое модифицирование моторного масла при помощи магнитоактиватора на основе постоянных магнитов и металлоплакирующей медьсодержащей присадки при непрерывном контроле и управлении надежностью машин по параметрам работающего масла.

Определены диагностические параметры системы «ДВС-масло», позволяющие выявить неисправности, при достижении которых дальнейшая эксплуатация машины становится нецелесообразной.

На основании закономерностей процесса изнашивания выполнен расчет остаточного и полного ресурса двигателей фронтальных погрузчиков Бе-лАЗ-7822, в результате модифицирования масла и управления техническим состояние ресурс цилиндровых втулок, прогнозируемым по поступлению железа в масляную систему возрастает в среднем на 30%.

Годовой экономический эффект от внедрения модифицирования моторного масла и управления техническим состоянием машин составил 68 тыс. руб. в пересчете на одну машину.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты исследований.

В результате выполненных теоретических исследований разработаны математические модели изнашивания деталей ДВС СДМ, как функции случайной величины с использованием методов математической статистики и корреляционно-регрессионного анализа.

Разработан метод оценки влияния низкоэнергетических воздействий на смазочные материалы по интегральным показателям.

Установлено, что в реальных условиях эксплуатации ресурс «критических» по надежности деталей снижается в 1,3. 1,5 раза, что приводит к длительным простоям машин. Основными причинами отказов являются неисправности систем очистки воздуха, масла, системы питания и охлаждения.

Разработан метод оценки влияния низкоэнергетических воздействий на смазочные материалы по интегральным показателям.

Разработана методика стендового испытания способов модифицирования, реализованная на автомобильном компрессоре.

Разработаны методы управления техническим состоянием двигателей строительных и дорожных машин на протяжении всего жизненного цикла эксплуатации с учетом комбинированных воздействий на смазочный материал. Разработан метод высоковольтной экспресс диагностики состояния работающего масла позволяющий:

- производить замену масла по фактическому состоянию;

- предотвратить неисправности двигателя, связанные с потерей маслом эксплуатационных свойств;

- обеспечить входной контроль качества свежего масла;

- оперативно управлять качеством масла в процессе эксплуатации машины.

Основываясь на теоретических и экспериментальных исследованиях, показано, что повышение долговечности двигателей строительных и дорожных машин путем направленного модифицирования смазочного материала наиболее эффективно при применении комбинированного способа воздействия на систему «ДВС-масло», при этом долговечность двигателя и качество работающего масла:

- показано, что интенсивность изнашивания деталей снижается в 1,3.1,5 раза;

- коэффициент и момент трения снижаются на 25. .40% и 40. .50% соответственно;

- срок службы масла увеличивается в 1,2. 1,6 раза.

На основании закономерностей процесса изнашивания выполнен расчет остаточного и полного ресурса двигателей фронтальных погрузчиков Бе-лАЗ-7822, в результате модифицирования масла и управления техническим состояние ресурс цилиндровых втулок, прогнозируемым по поступлению железа в масляную систему возрастает в среднем на 30%.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Спирин, Евгений Николаевич, 2006 год

1. Мыроишиков Л.В. Диагностирование технического состояния автомобилей на автотранспортных предприятиях / Л.В. Мирошников, А.П. Болдин, В.И. Пал. - М.: Транспорт, 1977 - 262 с,

2. Мышкин Н.К. Диагностика изнашивания трибосопряжений / Н.К. Мышкин, О.В. Холодилов // Сб. науч. трудов: Трибология и надежность машин. М.: Наука, 1990. - С. 31-43.

3. Соколов А.И. Изменение качества масла и долговечность автомобильных двигателей / А.И. Соколов. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1976.- 122 с.

4. Соколов А.И. Применение эмиссионного спектрального анализа масла для оценки износа и свойств работающего масла / А.И. Соколов, Н.Т. Тищенко. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1979. -208 с.

5. Соколов А.И., Оценка работоспособности машин по параметрам работающего масла: Учебное пособие. / А.И. Соколов, Н.Т. Тищенко, В.А. Аметов. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1991. - 200 с.

6. Кюрегян С.К. Оценка износа двигателей внутреннего сгорания методом спектрального анализа / С.К. Кюрегян. М.: Машгиз, 1966. -152 с,

7. Чанкин В. В. Спектральный анализ масел в транспортных двигателях и методы контроля их состояния без разборки / В.В. Чанкин. — М.: Транспорт, 1967. 85 с.

8. Вериггт Ю.А. Строительные машины: Учебное пособие / Ю.А Ве-ригин. Барнаул: изд-во АлтГТУ, 2000. - 141 с.

9. Вершин Ю.А. Механизация технологических процессов строительства / Ю.А. Веригин. Барнаул: изд.-во АлтГТУ, 2004. - 308 с.

10. Соколов И.И. Влияние добавляемой олеиновой кислоты к смазочному маслу на сопротивляемость заеданию тяжелонагруженных зубчатых передач / И.И. Соколов // Вестник машиностроения. -1987.-№12.-С. 17-19.

11. Соколов А.И. Изменение качества масла и долговечность автомобильных двигателей / А.И. Соколов. Томск: Изд-во Томск, ун.-та, 1976. -122 с.

12. Лахши В.Л. Высокотемпературные антифрикционные присадки к моторным маслам / B.JI. Лахши, А.Б. Виппер, В.В. Кулагин. // Сб. Трение и износ. М.: 1980 т. 1. - № 4

13. Громаковский Д.Г. Повышение долговечности узлов трения путем применения карбонфторидов / Д.Г. Громаковский, Н.Д. Кузнецов и др. // Вестник машиностроения 1987. - № 8

14. Ковтун Г. А. Противоизносные свойства присадок на основе комплексов металлов с дитисалкилфенолами / Г.А. Ковтун, Г.Б. Жуковская // НТИС «Нефтепереработка и нефтехимия» — 1986. — №7.

15. Гаркунов Д.Н. Открытие №41 / Д.Н. Гаркунов, И.В. Крагельский Б.Н. №17. 1965.

16. Григорьев М.А. Антифрикционные присадки к моторным маслам / М.А. Григорьев, А.Н. Первушин, С.В. Противень // Автомобильная промышленность. 1989. - №8. - С.23-24.

17. Самагина И.В. Повышение ресурса машин и механизмов трибохи-мическими методами / И.В. Самагина // Износостойкость машин, Тез. докл. 2-й Международной науч.-те. конф. Брянск: БГИТА, 1996. - С.65-66.

18. Кужаров А. С. Свойства и применение металлоплакирующих смазок / А.С. Кужаров, Н.Ю. Онищук. М.: ЦНИИТЭ - нефтехимия, 1985.-56 с,

19. Беляев С.А. Влияние УДП присадки меди в смазке на процессы трения и изнашивания / С.А. Беляев, С.Ю. Тарасов, А.В. Колубаев,

20. С.А. Ларионов // Материалы междунар. научн.-практ. симпозиума "СЛАВЯНОТРИБО-5. Наземная и аэрокосмическая трибология-2000: проблемы и достижения". / ВМПАВТО, МФ СЕЗАМУ, РГАТА. Под общ. ред. Л.И. Погодаева, Ю.П. Замятина. СПб-Рыбинск, 2000. - С. 249-251.

21. Гришин Н.Н. Смазочные материалы, реализующие эффект «безиз-носности» / Н.Н. Гришин и др. // Химия и технология топлив и масел. 1988. -№1

22. Третьяков И.Г. Влияние электромагнитной обработки на противо-износные свойства индивидуальных углеводородных соединений. Вопросы авиационной химмотологии / И.Г. Третьяков, Ю.И. Короленко // Межвуз.сб., вып.2. Киев, 1978. СЛ41-144.

23. Классен В.И. Омагничивание водных систем / В.И. Классен. М: Химия, 1982.- 196 с.

24. Ильин А.П. Влияние добавок нанопорошка сплава Си Ni. к минеральному маслу на триботехнические характеристики пар трения /

25. A.П. Ильин, С.В. Рихерт, Д.В. Тихонов, Г.В. Яблуновский // ФХОМ. 2006. - №3. - С.83-87.

26. Тайц В.В. Снижение токсичности отработавших газов за счет дополнительной обработки топлива / В.В. Тайц // Тез. докл. 2-ой междунар. научно-техн. конф. "Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе".- М., 1998. С.39-41.

27. Подгорков В.В. Несущая способность магнитных жидкостей /

28. B.В. Подгорков // Трение и износ. 1990. — Т11. — №2. - С.359-361.

29. Болотов А.Н. Роль магнитного поля при трении поверхностей, смазываемых магнитным маслом / А.Н. Болотов, Н.В. Лочагин, Ю.О. Михалев // Трение и износ. т.9. - №5. - С. 870-877.

30. Вислович А.Н. Влияние магнитного поля на гидродинамику магни-тожидкосного слоя между выпуклыми профилями / А.Н. Вислович, В.В. Дударев, В.Ф. Медведев // Трение и износ. 1985. - т.11. -№4. - С. 689-696.

31. Орлов Д.В. / Орлов Д.В., Подгорков В.В. // Трение и износ. т.6. -№4.-С. 581-866.

32. Лапочкин А.И. Использование магнитных жидкостей в качестве смазки в мелкомодульных зубчатых передачах / А.И. Лапочкин // Вестник машиностроения. 2002. - №6. - С. 34-35.

33. Пивоварова Н.А. Влияние постоянного магнитного поля на парамагнитную активность нефтяных систем / Н.А. Пивоварова, Ф.Г. Унгер, Б.П. Туманян // Химия и технология топлив и масел. -2002. -№6. С.30-32.

34. Борсуцкий З.Р. Исследования механизма магнитной обработки нефтей на основе результатов лабораторных и промысловых испытаний / З.Р. Борсуцкий, С.Е. Ильясова // Нефтепромысловое дело -2002.-№8.-С. 28-37.

35. Ширяева Р.Н. Регулирование реологических свойств парафини-стой нефти высокочастотным электромагнитным полем / Р.Н. Ширяева, Ф.Л. Саяхов, Ф.Х. Кудашева, Л.А. Ковалева, Р.Н. Гимаев // Химия и технология топлив и масел. 2001. - №6. - С. 20-21.

36. Агаев С.Г. Депарафинизация масляного сырья в электрическом поле / С.Г. Агаев, А.Н. Халин // Химия и технология топлив и масел.- 2001.-№3.-С.3 8-42.

37. Основы трибологии / Под ред. А.В. Чичинадзе. М.: Наука и техника, 1995. - 778 с.

38. Гаркунов Д.Н. Триботехника / Д.Н. Гаркунов. М.: Машиностроение, 1989.-328 с.

39. Машков Ю.К. Трибология кострукционных материалов / Ю.К. Машков. Омск: ОмГТУ, 1996. - 299 с.

40. Орлин А. С. Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей / А.С. Орлин, М.Г. Круглов. М.: Машиностроение, 1984. - 383 с.

41. Юлмачев Н.П. Устройсво и эксплуатация автомобилей / Н.П. Юл-мачев. -М.: Изд-во ДОСААФ, 1984. 334 с.

42. Теоретические и прикладные задачи трения, износа и смазки машин. / Сб.тр. М.: Наука, 1982. - 307 с.

43. Трение, изнашивание и смазка: Справочник: В 2 кн / Под ред. И.В. Крагельского. -М.: Машиностроение, 1978.

44. Справочник по триботехнике: в 3 т. М.: Машиностроение. -1989.

45. Т.1. Теоретические основы.

46. Т.2. Смазочные материалы и техника смазки.

47. Т.З. Триботехника антифрикционных, фрикционных и сцепныхустройств, методы триботехнических испытаний.

48. Технические средства диагностирования: Справочник. М.: Машиностроение, 1989. - 672 с.

49. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. / Л.Г. Одинцов. М.: Машиностроение, 1987. - 327 с.

50. Матвиевский P.M. Смазочные материалы. Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний: Справочник. / P.M. Матвиевский, B.JI. Лашхи, И.А. Буяновский, И.Г. Фукс, К.М. Бадыштова. -М.: Машиностроение, 1989. -217 с.

51. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Справочник / Под ред. В.М. Школьникова. -М.: Химия, 1989.-432 с.

52. Подшипники качения: Справочник. М.: Машиностроение, 1984. -279 с.

53. Уплотнения и усталостная техника: Справочник / Под ред. A.M. Голубева, Л.А. Кодакова. М.: Машиностроение, 1990. 688 с.

54. Конструкционные материалы: Справочник / Под ред. Б.Н. Арзо-масова. М.: Машиностроение, 1989. - 233 с.

55. Громаковский Д.Г. Повышение износостойкости узлов трения упрочняющим деформационным формоизменением контактирующих поверхностей / Д.Г. Громаковский //Вестн. машиностроения-1983.-№5.

56. Громаковский Д.Г. Повышение долговечности узлов трения путем применения карбонофторидов / Д.Г. Громаковский, Н.Д. Кузнецов и др. // Вестн. Машиностроения. 1987. - № 8.54,55,56,57.58,59,60,61,62,63.64,6566,

57. Проников А.С. Надежность машин. / А.С. Проников. М.: Машиностроение, 1978.-591 с.

58. Елизаветин М.А. Технологические способы повышения долговечности машин / М.А. Елизаветин, JI.A Сатель. М.: Машиностроение, 1979.-438 с.

59. Кугларов А.С. Свойства и применение металлоплакирующих смазок: Тематический обзор. / А.С. Кугларов, Н.Ю. Онищук. М.: ЦНИИТЭН, 1985.-60 с.

60. Суранов Г.И. Уменьшение износа авторемонтных двигателей при пуске /Г.И. Суранов. -М.: Колос, 1982. 143 с. Полимеры в узлах трения машин и приборов / Под ред. А.В. Чичи-надзе. -М.: Машиностроение, 1988. - 328 с.

61. Киршенбаум В.Я. Механотермическое формирование поверхностей трения / В.Я. Киршенбаум. М.: Машиностроение, 1987. -230 с.

62. Рыкалин Н.Н. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов / Н.Н. Рыкалин, А.А. Углов, И.В. Зуев, А.Н. Кокора. М.: Машиностроение, 1985. -495 с.

63. Буше Н.А. Совместимость трущихся поверхностей / Н.А. Буше,

64. B.В. Копытко. М.: Наука, 1981. - 233 с.

65. Федорченко И.М. Композиционные спеченные антифрикционные материалы / И.М. Федорченко, Л.И. Пугина. Киев: Наукова думка, 1980.-400 с.

66. Футорянскш Ю.В. Эффективные методы упрочнения стальных изделий / Ю.В. Футорянский. Куйбышев: Куйбыш. кн. изд-во. 1978.-87 с.

67. Пжегж С. В. Контактная прочность и сопротивление качению /

68. C.В. Пинегин. -М.: Машиностроение, 1969. 244 с.