Обеспечение долговечности двигателей дорожностроительных машин путем выбора и назначения рациональных сроков замены моторных масел Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 621.89:621.436

В. И. ИВАНОВ А. П. СЕРКОВ

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, г. Омск

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН ПУТЕМ ВЫБОРА И НАЗНАЧЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ СРОКОВ ЗАМЕНЫ МОТОРНЫХ МАСЕЛ

Эффективность эксплуатации дорожно-строительных машин (ДСМ) существенно зависит от безотказности и долговечности двигателей их силовых установок. Наиболее перспективными способами повышения долговечности агрегатов машин с замкнутыми системами смазки являются правильный выбор смазочных материалов, а также назначение рациональных способов их замены с учетом контроля качества. Оценка показателей качества моторных масел двигателей ДСМ по параметрам их предельного состояния, прогнозирование рациональных сроков замены должны осуществляться достаточно простыми, достоверными эксплуатационными методами.

Ключевые слова: двигатель, надежность, моторное масло, ресурс, прогнозирование, наработка.

Применение методов и технических средств диагностирования при использовании, техническом обслуживании и ремонте ДСМ позволяет уменьшить трудоемкость технических воздействий, продолжительность простоев машин в ТО и ремонтах, затраты на эксплуатацию. В практике оценки технического состояния двигателей ДСМ достаточно широко использует методы диагностирования по составу их моторных масел.

Основными причинами ухудшения качества моторного масла являются его загрязнение водой, топливом, механическими примесями, что связано с неисправностями в работе систем силовой установки или условиями эксплуатации машины. Лабораторные методы и методы экспресс - диагностики позволяют выполнять оценку состояния моторного масла, учитывая номинальные и предельные значения диагностических параметров системы «двигатель - моторное масло» (табл. 1) [1].

Известны различные способы определения загрязненности моторного масла примесями, в том числе, йапример: центрифугированием, фотометрический способ определения оптической плотности раствора моторного масла в бензине, оценка загрязненности моторного масла методом капельной пробы.

В практике технической диагностики двигателей ДСМ экспресс - методы оценки диагностических параметров системы «двигатель — моторное масло» методом капельной пробы по внешнему виду, содержанию механических примесей (хроматограмма масляного пятна), %, а также диспергирующих свойств масла (ДС) по соотношению диаметров его ядра и диффузии [2,3] имеет известные недостатки. Визуальная (субъективная) оценка и недостаточная точность определения количественного показателя ДС не позволяют выполнять достоверные оценки.

Потребность в разработке достоверных экспресс-методов количественной оценки по составу моторного масла приобрела большое значение, поскольку в настоящее время рекомендации по его выбору учи-

тывают не только спецификации производителя машины и условия ее эксплуатации, но также и техническое состояние двигателя.

В соответствии с рекомендациями производителей моторное масло выбирают с учетом показателей эксплуатационных свойств согласно спецификации производителя машины, указанные в инструкции по эксплуатации. Так же учитывают состояние двигателя ДСМ. Например, для двигателей КамАЗ-740 различных модификаций в соответствии с рекомендациями производителя моторных масел ООО «Татнефть — Нижнекамскнефтехим - ойл» [4]:

— при наработке машины менее 25% от планового ресурса двигателя (двигатель новый) необходимо применять моторные масла классов БАЕ 5\Л/-30 или 10Ш-30 всесезонно;

Таблица 1

Диагностические параметры системы «ДВС-масло»

Параметры диагностики Номинальное значение Предельное значение

Кинематическая вязкость при 100°С, сСт 10 ±10%

Содержание негорючих примесей, % 0,05 0,1

Водородный показатель 4,1 9...12

Зольность масла, % 1 1,5.2,5

Наличие воды отсутствует следы

Температура вспышки, "С 208 170

Концентрация элементов -индикаторов износа, г/т Ре 8 40

Сг 2 20

РЬ 1 20

N1 0,5 10

1 25

Плотности распределения пикселей в массивах цифровых отпечатков капельных проб моторного масла М8-ДМ

Цифровой отпечаток капельной пробы моторного масла Негативное изображение капельной пробы моторного масла Вид плотностей распределения пикселей в массивах цифровых отпечатков

Наработка с замены масла 150 мото-ч

%

Наработка с замены масла 306 мото-ч

Наработка с замены масла 650 мото-ч

— при наработке машины 25 — 75% от планового ресурса двигателя (двигатель технически исправен) целесообразно применять в условиях летней эксплуатации моторные масла классов БАЕ 10\\М0 и 15\¥-40, зимой — БАЕ 5\¥-30 и ЮШ-ЗО, всесезонно - БАЕ 5Ш-40;

— при наработке машины более 75% от планового ресурса двигателя (изношенный двигатель) следует применять в летних условиях эксплуатации моторные масла классов БАЕ 15\¥-40 и 20\¥-50, зимой — БАЕ 5\\М0 и 10\\М0, всесезонно - БАЕ 5Ш-50.

Известно, что для количественной оценки величины остаточного ресурса агрегата или узла ДСМ достаточно определить приращение измеряемого значения диагностического параметра относительно его начального значения [5]. При этом величина остаточного ресурса, в том числе и для моторного масла, может определяться по формуле

и. -и.

(1)

где 1:(1<т — остаточный ресурс моторного масла, мото.-ч; 1 — текущая наработка с момента замены моторного масла, мото.-ч; а — показатель степени, характеризующий интенсивность изменения принятого для оценки диагностического параметра во всем диапазоне наработки (определяет условия эксплуатации, режимы работы и техническое состояние двигателя); ишах — предельное значение диагностического параметра системы «двигатель - моторное масло»; иттп, ин — начальное значение диагностического параметра системы «двигатель - моторное масло»; и, — измеренное значение диагностического параметра системы «двигатель - моторное масло».

Показатель степени а можно определить, используя выражение [6]

а 1п(Д{/„,/Д{/,)

(2)

где Ди — приращение диагностического параметра.

При замене моторного масла система смазки может не промываться или промывается с пропуском обязательных операций в нарушение требований инструкции по эксплуатации машины. Такие нарушения

Результаты обработки проб масла М8-ДМ

Диагностический параметр Номер испытания Машина, год выпуска

«Бюргер», 2005 УМ-70, 1997 ТО-18Б, 2005 ТО-18Б, 2005 ДЗ-98В, 2004 МТЗ-82, 2003

Наработка с начала эксплуатации, мото-ч

6110 13449 3933 3958 3699 8466

Наработка с замены масла, мото-ч

125 150 177 202 306 650

и„ 1 1 1,155 1,062 1,15 1,12 1,156

2 1,005 1,02 1,041 1,058 1 1,101

3 1,057 1 1,132 1,131 1,175 1,256

4 1,014 1 1,074 1,079 1,095 1,188

5 1,044 1 1,044 1,054 1,072 1,131

и. 1 1,315 1,096 1 1,282 1,174 1,25

2 1,359 1,471 1,503 1,52 1 1,494

3 1,195 1 1,147 1,184 1,181 1,366

4 1,382 1 1,303 1,299 1,204 1,531

5 1,324 1 1,023 1,061 1,067 1,287

и„ 1 1 1,084 1,132 1,08 1,134 1,084

2 1,096 1,103 1,113 1,105 1 1,141

3 1 1,053 1,24 1,15 1,223 1,24

4 1 1,05 1,137 1,127 1,01 1,116

5 1,06 1,026 1,022 1,037 1 1,084

условий эксплуатации машинистом (водителем) машины следует выявлять путем контроля состояния качества моторного масла при наработке двигателя 10 — 20 мото. -ч от начала использования работающего масла. Машиниста (водителя), как правило, не интересуют точные количественные характеристики качества работающего масла в начале или в течение всего периода его использования. Соответственно заявочное диагностирование по составу моторного масла в период его работы может проводиться при появлении таких отклонений, как, например, разжижение по причине загрязнения топливом или охлаждающей жидкостью. Величину остаточного ресурса моторного масла целесообразно определять в планируемые сроки периодических обслуживаний после наработки технически исправного двигателя не менее 50% от назначенной периодичности его замены. При этом целесообразно использовать вариант контроля с оценкой состояния качества по диагностическим параметрам с учетом известной наработке масла и выполненному одному измерению.

Как известно, варианты определения остаточного ресурса агрегатов и составных частей машины с использованием аналитических зависимостей предполагают два способа прогнозирования [7]. При первом варианте достаточно знать наработку объекта диагностирования с начала эксплуатации, UH, — номина-

льное значение диагностического параметра, его измеренное значение — UH, предельное значение — UM и показатель степени — а.

Предлагаемый способ диагностирования по составу моторных масел основан на технологиях оценки диагностических параметров системы «двигатель — моторное масло» методам капельной пробы и последующей цифровой обработке хроматограмм пробы.

В табл. 2 показаны цифровые копии хроматограмм, которые получены при оценке капельных проб моторного масла М8-ДМ и результаты их анализа с использованием прикладных программ «Adobe Photoshop» и «MathCAD».

Как видно из табл. 2, качество моторного масла оценивается методом капельной пробы на фильтровальную бумагу «синяя лента». После сушки необходимо получить цифровую копию хроматограммы. Цифровое изображение целесообразно получить путем сканирования хроматограммы, а его цифровую копию перевести в негативное изображение с использованием прикладной программы «Adobe Photoshop» (табл. 2).

Негативное изображение может быть вставлено в документ «MathCAD» (рис. 1). В среде «MathCAD» осуществляют преобразование хроматограммы в двумерный массив, число элементов которого равно числу пикселей цифрового изображения, причем

М ^ RiiAD [MAGE)"C I3Jpi')

i 0.. 489

Muróla nfemai:<M.0.4W>,0,48»)

О '0 100 I» КО IK МО НО 400 454 SOO

I

Рис. 1. Пример обработки хроматограммы капельной пробы моторного масла (ресурс моторного масла 150 мото.-ч) в среде «MathCAD»

значения элементов массива могут лежать в интервале от 0 до 600 [8].

С целью обеспечения требований к достоверности оценок плотность распределения пикселей в массиве цифрового отпечатка капельной пробы моторного масла (табл. 2) должна быть получена, как кумулятивная кривая с учетом поворота негативного изображения на 90° (четыре положения) и наложения четырех соответствующих кривых. При этом обеспечивается построение общего графика в координатах двумерного массива.

Полученные плотности распределения пикселей в координатах N1^ (рис. 1, табл. 2) могут быть вставлены в документ «Котрав-ЗВ» и обработаны с использованием возможностей этой прикладной программы (рис. 2). Для полученных плотностей распределения пикселей в массивах цифровых отпечатков капельных проб достаточно просто определить показатели, характеризующие загрязненность и ДС моторного масла. При этом могут измеряться такие характеристики плотностей распределения пикселей в массивах цифровых отпечатков, как:

— 1г — высота графика, характеризует обобщенные показатели хроматограммы;

— 30 — общая площадь под кривой плотности распределения пикселей, также характеризует обобщенные показатели совокупности свойств капельной пробы моторного масла;

— 5я — площадь под кривой плотности распределения в интервале расположения ядра хромотограммы, в большей степени характеризует качественный и количественный состав механических примесей в моторном масле.

Нетрудно определить коэффициенты, которые могут использоваться, как диагностические параметры показателей качества моторного масла

(3)

(4)

(5)

где иы — диагностический параметр, характеризующий изменения высоты плотности распределения двумерного массива, 1г1 (1г( — измеренное значение высоты плотности распределения двумерного массива, см); Ьп1|п — начальное измеренное значение высоты плотности распределения двумерного массива, см; ия| — диагностический параметр, характеризующий изменения площади ядра хроматограммы, 5Я| (Бя. — измеренное значение площади под кривой графика плотности распределения двумерного массива, характеризующей ядро хроматограммы капельной пробы, см2); 5ят|п — измеренное начальное значение площади под кривой графика плотности распределения двумерного массива, характеризующей ядро хроматограммы, см2; ио| — диагностический параметр, характеризующий изменения общей площади хроматограммы, 5о| (Б0| — измеренное значение общей площади под кривой графика плотности распределения двумерного массива, см2); Б , — измеренное

Рис. 3. Зависимость коэффициента разрешающей способности диагностического параметра от значения координат субматрицы в пикселях

а)

Рис. 2. Основные характеристики плотностей распределения пикселей в массивах цифровых отпечатков капельных проб моторного масла: Sd — измеренное значение площади под кривой графика плотности распределения двумерного массива, характеризующее ядро хроматограммы капельной пробы моторного масла, взятого при наработке 150 мото-часов дорожной машины УМ-70 в программе «Kompas-3D», h, — измеренное значение высоты плотности распределения двумерного массива

начальное значение общей площади под кривой графика плотности распределения двумерного массива, см2.

В период 2009 — 2010 гг. разработанный способ использован для оценки капельных проб моторных масел ДСМ ГП ДРСУ №3. Замены моторных масел в двигателях ДСМ осуществлялись при переходе с летнего периода на зимний период и с зимнего на летний периоды эксплуатации. При замене моторных масел промывка систем смазки осуществлялась не на всех машинах с должным качеством. Основные результаты использования в практике эксплуатации ДСМ предложенного метода экспресс-диагностики по составу моторных масел методом капельных проб представлены в табл. 3.

По результатам выполненных исследований минимальное значение интервала плотностей распределения пикселей двумерных массивов выбрано 270 с учетом получения копий хроматограмм без обрезания изображения капельной пробы. Для оценки чувствительности и информативности диагностических параметров оценивался коэффициент их разрешающей способности, Кп [7]

1,45 2,55 4,00 5,00 6,15 8,30 14,00 22,35 38,00 Время, ч

б)

- | _ ^min

(6)

1,45 2,55 4,00 5,00 6,15 8,30 14,00 22,35 38,00 Время, ч

Рис. 4. Зависимости характеристик хроматограммы капельной пробы от продолжительности ее высушивания: а) площади ядра; б) общей площади плотности распределения

где итах, итш — максимальное и минимальное значения диагностического параметра.

Как видно из графиков (рис. 3), для диагностических параметров качества моторных масел целесообразно применять диапазон двумерного массива 450 — 500 пикселей. При проведении исследований использованы двумерные массивы плотностей распределения размером 490x490 пикселей. С учетом таких массивов хроматограммы капельных проб при любом состоянии моторного масла полностью помещаются на цифровом изображении, а также по известным причинам повышается точность измерений и предложенного способа оценки состояния масла.

о

СП >

—•—ии .....Логарифмический (ии)

Рис. 5. График зависимости диагностических параметров иь в функции наработки моторного масла М8-ДМ, где 17ь = 0,08411.п(|) + 0,6239 величина достоверности аппроксимации Н2=0,9364

Интервал элементов массива принят также с учетом размеров хроматограмм капельной пробы, которые целесообразно получать после высушивания в течение 3 — 4 часов при температуре 18 — 20 °С. Оценка рациональной продолжительности высушивания капельных проб осуществлялась с учетом изменения основных характеристик хроматограмм. Время высушивания выбрано на основании того, что при малых значениях (20 — 30 минут), на хромато-грамме капельной пробы не образуются четкие границы ядра кольца и общей площади. При больших значениях (10—12 часов и более) хроматограммы капельных проб имеют не четкие, размытые границы элементов (рис. 4).

Анализ полученных зависимостей диагностических параметров ио, и||Г 1_1я в функции наработок показал возможность использования достаточно достоверного, однозначного, информативного параметра ий для оценки величины остаточного ресурса моторного масла М8-ДМ (рис. 5). Возможность использования параметров ио и ия в оценках предложенным способом требуют дополнительных исследований.

Библиографический список

1. Спирин, Е. Н. Повышение эксплуатационной надежности строительных и дорожных машин путем модифицирования смазочных материалов: автореф. дис.... канд. т. н. / Е. Н. Спирин. — Томск, 2006. - 22 с.

2. Пономаренко, В. С. Эксплуатационные материалы: лабораторный практикум / В. С. Пономаренко, С. В. Корнеев, А Л. Иванов. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2010. - 80 с.

3. Пат. 201768 Российская Федерация, МПК7 СОШ 31/08. Способ определения необходимости замены масла в дизелях

[Текст] / Пасечников Н. С., Хмелевой Н. М.; заявитель Государственный всесоюзный научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка. - № 1081469/26-25 ; заявл. 01.06.1966; опубл. 08.09.1967, Бюл. №18. - 2 с.

4. Рекомендации производителя ООО «Татнефть-Нижне-камскнефтехим-ойл» по применению моторных масел [Электронный ресурс]. - URL : http://tatoil-paom.com/files/pdf/ accort_tatoil.pdf (дата обращения: 25.02.11).

5. Михлин, В. М. Управление надежностью сельскохозяйственной техники / В. М. Михлин. — М : Колос, 1984. — 213 с.

6. Максименко, А. Н. Диагностика строительных, дорожных и подъемно-транспортных машин : учеб. пособие / А. Н. Максименко, Г. Л. Антипенко, Г. С. Лягушев. — СПб: БХВ-Петербург, 2008. - 302 с.

7. Техническая диагностика строительных, дорожныхи коммунальных машин: учеб. пособие/В. И. Иванов и [др.] //Часть 1, Теоретические основы технической диагностики СДКМ. — Омск : Изд-во СибАДИ, 2006. - 132 с.

8. Дьяконов, В. MathCAD 2000: учебный курс / В. Дьяконов. — СПб: Питер, 2001. - 592 с.

ИВАНОВ Виктор Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Эксплуатация и сервис технологических машин и комплексов в строительстве». СЕРКОВ Артём Петрович, аспирант кафедры «Эксплуатация и сервис технологических машин и комплексов в строительстве».

Адрес для переписки: e-mail: [email protected]

Статья поступила в редакцию 02.03.2011г. © В. И. Иванов, А. П. Серков

Книжная полка

УДК 620/Р43

Реслер, Иоахим. Механическое поведение конструкционных материалов [Текст]: учеб. пособие / И. Реслер, X. Хардерс, М. Бекер; пер. с нем. под ред. С. Л. Баженова. - Долгопрудный: Интеллект, 2011. - 502 с. - ISBN 978-5-91559-081-5.

Книга знакомит читателя с поведением металлов, полимеров, керамик и композиционных материалов под действием механической нагрузки. Рассмотрен широкий спектр тем, начиная от методов механических испытаний и описания упругих характеристик и пластичности материалов и кончая дислокационной теорией деформирования металлов. Описано поведение материалов при циклическом нагружении, при воздействии повышенной температуры, высокой скорости нагружения и других воздействиях.