CC BY
13
удк 621.43+ 621.8 DOI 10.18286/1816-4501-2019-2-14-18
определение качества Холодной обкатки по изменению потерь
мощности на трение
карпенко Михаил Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Сервис и механика»
Глущенко Андрей Анатольевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Эксплуатация мобильных машин и технологического оборудования»
карпенко Галина владимировна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Агротехно-логии, машины и безопасность жизнедеятельности»
ФГБОУ ВО Ульяновский ГАУ
432017, г. Ульяновск, бульвар Новый Венец, 1; тел.: 89050357550; e-mail: mikhailcarpenko@ yandex.ru
ключевые слова/ износ, поверхностно-активные вещества, ресурс, испытания, качество, эффективность.
Мероприятия, направленные на обеспечение качества обкатки двигателей после ремонта, занимают важное место в организации деятельности мотороремонтных предприятий. Их снижению может способствовать ускорение времени приработки деталей двигателей после ремонта и применение для обкатки более качественных отечественных сортов моторных масел. Исследования в области применения различных масел с приработочными композициями, содержащими поверхностно-активные (ПАВ) и химически-активные вещества (ХАВ), ускоряют процесс обкатки и повышают ее качество. Исследования проводили на участке обкатки ОАО «Ульяновский авторемонтный завод № 2» и в лаборатории испытания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) Ульяновского ГАУ. Коллективом авторов разработана приработочная присадка к маслу - ВАРКС. Она позволяет значительно ускорить время приработки сопряженных поверхностей при обкатке. Проведенные эксперименты показали, что по потерям мощности на трение можно судить о качестве обкатки двигателей. Было установлено, что при добавлении приработочной композиции ВАРКС (3 % по массе) в эксплуатационные масла механические потери на трение интенсивно снижаются. Эффективность масел различного состава по снижению и стабилизации механических потерь на трение уменьшается в следующем порядке: М-8-В + 3 % ВАРКС; И-40А + ВАРКС; И-40А; М-8-В; М-53/10-Г1; М-6/10-В. Результаты исследований свидетельствуют о том, что потери мощности на трение после ускоренной обкатки двигателей на маслах М-8-В и И40А с приработочной композицией ВАРКС ниже по сравнению с типовой обкаткой на чистых маслах. Это подтверждает эффективность использования применяемой композиции. При ее применении с маслами М-8-В и И40А потери на трение соответственно в 1,45 и 1,47раза ниже по сравнению с обкаткой на чистом масле М-8-В.
введение
Мероприятия, направленные на обеспечение качества обкатки двигателей после ремонта, занимают важное место в организации деятельности мотороремонтных предприятий. При этом всегда требуется учитывать энергетические и материальные затраты. Их снижению может способствовать ускорение времени приработки деталей двигателей после ремонта и применение для обкатки более качественных
отечественных сортов моторных масел.
Исследования в области применения различных масел с приработочными композициями, содержащими поверхностно-активные (ПАВ) и химически-активные вещества (ХАВ), ускоряют процесс обкатки и повышают ее качество [1, 2, 3].
объекты и методы исследований Исследования проводили на участке обкатки ОАО «Ульяновский авторемонтный завод
№ 2» и в лаборатории испытания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) Ульяновского ГАУ.
Коллективом авторов разработана прира-боточная присадка к маслу - ВАРКС [4, 5, 6]. Она представляет собой смазочную композицию из олеиновой кислоты, тетрабората этилендиам-мония и октадецилсульфаната натрия и позволяет значительно ускорить время приработки сопряженных поверхностей при обкатке.
В период холодной обкатки приработоч-ный эффект достигается за счет ПАВ, в качестве которых выступает олеиновая кислота (С17Н33СО-ОН) и вода, присутствующая в масле, а также ок-тадецилсульфанат натрия (C18H37S03Na) [7, 8, 9].
Проведенные эксперименты показали, что по потерям мощности на трение можно судить о качестве обкатки двигателей.
При проведении испытаний двигателей на обкаточно-тормозном стенде КИ-5543 с электрической балансировочной машиной АКБ-82 потери мощности на трение можно контролировать по изменению показаний Р весового механизма тормоза стенда (при постоянной частоте вращения электродвигателя стенда п = const) или по увеличению n (при Р = const). Так как электродвигатель стенда - асинхронная машина, то показания весового механизма тормоза остаются постоянными, а частота вращения вала двигателя изменяется при неизменном положении ножей реостата, т. е. двигатель стенда развивает большую мощность за счет снижения трения в соединениях ДВС.
Потери мощности на трение, кВт, в ДВС в период холодной обкатки [3]
NT = 2 N,-N2
PI ,
——(2П1 -П.),
9554 (1)
где N1 и N2 - мощности, развиваемые электродвигателем стенда при его прокрутке в начале обкатки и момент измерения, кВт; Р -показания весов тормоза, Н; I - плечо весового устройства тормоза (6 = 0,716 м); n1 и n2 - частоты вращения двигателя в начале обкатки и в момент измерения, мин-1 (согласно технической характеристики стенда n2 < 1400 мин-1).
Для сравнения результатов при обкатке разных двигателей начальную частоту вращения коленчатого вала приводят к значению, равному 800 мин-1, а последующие значения частоты вращения коленчатого вала корректируют. Например, если начальная частота вращения коленчатого вала равна 500 мин-1 , то коэффициент приведения будет равен 800/500 = 1,6. Корректировку частоты вращения коленчатого
вала корректируют путем умножения текущих значений на коэффициент приведения.
После подстановки в формулу исходных постоянных значений Рт = 130 Н, I = 0,716 м, n1 = 800 мин-1 формула принимает вид:
(2)
Используя полученную зависимость, определяли потери мощности на трение, регистрируя частоту вращения двигателя каждые две минуты [6].
Изменения потерь мощности на трение за период холодной обкатки определяют прокруткой ДВС электродвигателем стенда после обкатки, измеряя частоту вращения двигателя и показания весового механизма тормоза.
Показатель, учитывающий изменение потерь мощности на трение в период холодной обкатки, называют коэффициентом прирабаты-ваемости К1 и определяют по формуле:
NTl - NT7
Кг
Л,
где NT1 и NT2 ■
'Ti (3)
потери мощности на трение соответственно до и после холодной обкатки на чистых маслах и маслах с присадками, кВт.
В период холодной обкатки происходит интенсивное изменение геометрических характеристик поверхностей с износами, достигающими 70 % износа за весь обкаточный период. Механические потери на трение при прокрутке от электродвигателя стенда зависят в основном от трения в соединениях гильза - поршневое кольцо и гильза - поршень (78...83 %). По мере приработки снижаются и стабилизируются потери на трение. На различных маслах стабилизация происходит по-разному [10]. Результаты исследований Изменения потерь мощности на трение NT во время холодной обкатки при испытании двигателей на стандартных маслах представлены на рисунке 1. Масло индустриальное И-40А (ГОСТ 20799-88) не имеет в своем составе присадок, поэтому оно значительно дешевле моторных масел. По вязкости это масло соответствует вязкости масла М-8 ГОСТ 17479-85. По классификации SAE и API оно соответствует вязкости SAE20. Всесезонное моторное масло М-6з/10-В (ГОСТ 10541-78) изготовлено на основе компаундированного базового масла и композиции присадок. Соответствует маслу SAE20W30 SE, используется при эксплуатации среднефорси-рованных бензиновых двигателей. Масло М-8-В SINTEC (ГОСТ 17479.1-85) по своему действию
Мт,
кВт
----- «- (-» <-! (->
О
0.5
-И40А (кривая 1) -М-5з/10-Г1 (кривая 4)
? 4 6 8 10 12
+М-8-В (кривая 2) -Ж-И40А+3% ВАРКС (кривая 5)
14
16
18
•М-бз/10-В (кривая 3) -М-8-В+3% ВАРКС (кривая 6)
20 22 тг мин
Рис. 1 - Зависимость потерь мощности на трение от продолжительности холодной обкатки двигателей, типа используемого масла и наличия в нем приработочных композиций
и применению аналогично маслу М-63/10-В, но отличается содержанием присадок. Масло М-53/10-Г1 изготовлено на основе дистиллятных компонентов, загущенных макрополимерными присадками в количестве 7...12,5 %. Его используют для высокофорсированных двигателей легковых автомобилей. По SAE соответствует классу 15W30 SE.
Приведенные на рисунке 1 кривые (1, 2, 3, 4) показывают некоторую зависимость потерь мощности на трение от продолжительности хо-
лодной обкатки двигателей и содержания эксплуатационных присадок в масле.
Меньше всего снижаются потери мощности на трение при обкатке на масле И-40А, не содержащем присадок. При использовании масла М-8-В, содержащего 10 % присадок, потери на трение по сравнению с маслом И-40А снижаются на 3 %. Еще в большей мере снижают потери на трение все-сезонное масло И-6з/10-В, содержащее 13,5 % присадок, и масло М-53/10-Г1, содержащее 12,5 % присадок.
При добавлении прира-боточной композиции ВАРКС (3 % по массе) в эксплуатационные масла механические потери на трение интенсивно снижаются. При этом наибольший эффект наблюдается при использовании масел, содержащих меньшее количество эксплуатационных присадок. Такое явление, скорее всего, происходит из-за взаимодействия присадок.
При введении в масло И-40А присадки -приработочной композиции ВАРКС (кривая 5) трение снижается наиболее эффективно, однако скорость изменения потерь мощности на трение здесь невелика. Наибольшая скорость изменения потерь мощности на трение наблю-
Таблица 1
Показатели прирабатываемости (К1, тст) в период холодной обкатки двигателей
Приработочное масло Коэффициент прирабатываемости К,, Время стабилизации тст, мин Эффективность, %
И-40А 0,19 20 45
И-40А + 3% ВАРКС 0,70 14 64
М-8-В 0,21 20 45
М-8-В+3% ВАРКС 0,62 9 100
М-63/10-В 0,28 16 56
М-53/10-Г1 0,31 15 60
Таблица 2 Средние значения потерь мощности на трение
Приработочное масло Время обкатки, мин. Потери мощности, кВт, при частоте вращения электродвигателя стенда, мин-1 Среднее значение кВт Эффективность по отношению к маслу М-8-В
800 1200 1600
М-8-В 115* 3,8 3,7 3,5 3,67 -
М-8-В+3 % ВАРКС 30** 2,5 2,6 2,5 2,53 1,45
И40А+3% ВАРКС 30** 2,5 2,4 2,6 2,50 1,47
' - ускоренная
дается при введении присадки ВАРКС в масло М-8-В (кривая 6). При этом время стабилизации механических потерь на трение по сравнению с чистым маслом М-8-В уменьшается в 2,2 раза и составляет примерно 9 минут.
Показатели прирабатываемости деталей и времени стабилизации механических потерь на трение в период холодной обкатки на чистых маслах и с добавлением в них приработочной композиции ВАРКС приведены в таблице 1.
Эффективность масел различного состава определяли по формуле
чтгшш . 100 о/0
Гг-т
(4)
где т . - минимальное время стабили-
^ ст min г
зации, мин.; тст - текущее время стабилизации, мин.
Эффективность масел различного состава по снижению и стабилизации механических потерь на трение уменьшается в следующем порядке: М-8-В + 3 % ВАРКС; И-40А + ВАРКС; И-40А; М-8-В; М-53/10-Г1; М-63/10-В.
Характер действия приработочной композиции ВАРКС сохраняется при обкатке различных двигателей [10, 11].
Средние значения потерь мощности на трение в двигателях после их обкатки на чистых маслах и с добавлением в них приработочной композиции ВАРКС приведены в таблице 2. выводы
Данные, приведенные в таблице 2, свидетельствуют о том, что потери мощности на трение после ускоренной обкатки двигателей на маслах М-8-В и И40А с приработочной композицией ВАРКС ниже по сравнению с типовой обкаткой на чистых маслах. Это подтверждает эффективность использования применяемой композиции. При ее применении с маслами М-8-В и И40А потери на трение соответственно в 1,45 и 1,47 раза ниже по сравнению с обкаткой на чистом масле М-8-В.
Библиографический список
1. Bowden, F.P. Solid surfaces under static and sliding contact: Some recent work on microdeformation and chemical reactivity / F.P. Bowden, D. Tabor, N. Gan, R.F. Willis. - Z. Phys. Chem. 244, 1973. - Р. 129-143.
2. Wolker, S.T. A running in procedure for diesel engines / S.T. Wolker // Me^anical Power. -1963. - № 700. - P. 39-42.
3. Стрельцов, В.В. Ресурсосберегающая ускоренная обкатка отремонтированных двигателей / В.В. Стрельцов, В.Н. Попов, В.Ф. Карпен-ков. - М.: Колос, 1995. - 175 с.
4. Пат. 2340657 Российская Федерация. Приработочное масло / А.Н. Литвиненко, В.В. Варнаков, С.М. Сергеев, Н.С. Родионов, В.В. Артемов, М.А. Карпенко; опубл. 10.12.08; Бюл. № 34. - 4 с.
5. Применение тетрабората этилдиамо-ния в качестве антикоррозийной добавки к сма-зочно-охлаждающим жидкостям / С.В. Назаров, В.В. Артемов, Н.С. Родионов, В.О. Горячев // Научный вестник Вольского военного института материального обеспечения . - 2016. - № 3 (39).
- С. 99-100.
6. Карпенко, М.А. Принцип действия и результаты исследования приработочной присадки ВАРКС для ускоренной обкатки карбюраторных двигателей / М.А. Карпенко, В.В. Варнаков // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2004. - № 11. - С. 88-90.
7. Капитанов, Ю.Н. Исследование влияния смазочной композиции на качество приработки деталей двигателя / Ю.Н. Капитанов, В.В. Артемов // Научно-исследовательские публикации. 2014. - № 8 (12). - С. 47-52.
8. Карпенко, М.А. Ресурсосбережение при проведении обкатки двигателей после ремонта / М.А. Карпенко // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии.
- 2017. - № 1(37). - С. 167-170.
9. Капитанов, Ю.Н. Способ холодной обкатки двигателей с применением воздушной приработочно-консервационной смеси / Ю.Н. Капитанов, В.В. Артемов, Н.С. Родионов // Научный вестник Вольского военного института материального обеспечения. - 2014. - № 2 (34). - С. 238-240.
10. Хохлов, А.Л. Повышение качества обкатки двигателей после ремонта с использованием присадок / А.Л. Хохлов, В.В. Варнаков. -Ульяновск: УГСХА, 2012. - 155 с.
11. Карпенко, М.А. Повышение технико-экономических показателей двигателей при проведении обкатки после ремонта / М.А. Карпенко, Г.В. Карпенко, В.А. Голубев // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2017. - № 4(40). - С. 184188.
SPECIFICATION OF COLD RUNNING-IN QUALITY TO POWER CHANGE LOSSES FOR FRICTION
Karpenko M. A., Glushchenko A. A., Karpenko G.V.
FSBEI HE Ulyanovsk SAU
432017, Ulyanovsk, Novyi Venets Boulevard, 1; tel.: 89050357550; e-mail: [email protected]
Keywords: wear, surfactants, resource, testing, quality, efficiency.
Measures aimed at ensuring the quality of engine running-in after repair take an important place in activity of engine-repair enterprises. Their reduction can be facilitated by the acceleration of the running-in time of engine parts after repair and the use of better-quality domestic engine oil for running. Research in the field of application of various oils with running-in compositions containing surface-active (surfactant) and chemical-active substances accelerate the running-in process and improve its quality. Research was carried out at the run-in area of OAO Ulyanovsk Car Repair Plant No. 2 and in the testing laboratory of internal combustion engines (ICE) of the Ulyanovsk State Agrarian University. The authors' team has developed oil running-in additive - VARKS. It allows to significantly speed up the running-in time of the mating surfaces during the run-in. Experiments have shown that the quality of engine running can be judged by the power loss for friction. It was found that with the addition of the running-in composition VARKS (3% of weight) in the operating oils, the mechanical friction losses were intensely reduced. The effectiveness of oils of different composition to reduce and stabilize mechanical friction losses decreases in the following order: M-8-B + 3% VARKS; I-40A + VARKS; I-40A; M-8-B; M-53/10-G1; M-6/10-B. Research results indicate that the power loss due to friction after the accelerated running in of engines on M-8-B and I40A oils with running-in composition VARKS is lower compared to the typical running-in on pure oils. This confirms the effectiveness of use of the composition. In case of its application with M-8-B and I40A oils, friction losses are 1.45 and 1.47 times lower, respectively, compared to running-in on pure M-8-B oil.
Bibliography
1. Bowden, F.P. Solid surfaces under static and sliding contact: Some recent work on micro-deformation and chemical reactivity / F.P. Bowden, D. Tabor, N. Gan, R.F. Willis. - Z. Phys. Chem. 244, 1973. - P. 129-143.
2. Wolker, S.T. A running in procedure for diesel engines / S.T. Wolker // Mechanical Power. -1963. - № 700. - P. 39-42.
3. Streltsov, V.V. Resource-saving accelerated running-in of repaired engines / V.V. Streltsov, V.N. Popov, V.F. Karpenkov. - M.: Kolos, 1995. -175 p.
4. Pat. 2340657 Russian Federation. Break-in oil/A.N. Litvinenko, V.V. Varnakov, S.M. Sergeev, N.S. Rodionov, V.V. Artemov, M.A. Karpenko; publ. 10.12.08; Bul No. 34. - 4 p.
5. The use of ethyldiamonium tetraborate as an anticorrosive additive to coolant fluids / S.V. Nazarov, V.V. Artemov, N.S. Rodionov, V.O. Goryachev // Scientific vestnik of Volsky Military Institute of Material Support. - 2016. - № 3 (39). - p. 99-100.
6. Karpenko, M.A. The principle of action and the results of study of running-in additive VARKS for accelerated running in of carburetor engines / M.A. Karpenko, V.V. Varnakov // Vestnik of Ulyanovsk State Agricultural Academy. - 2004. - № 11. - p. 88-90.
7. Kapitanov, Yu.N. Study of the effect of lubricating composition on the quality of running-in of engine parts / Yu.N. Kapitanov, V.V. Artemov // Scientific Research Publications. 2014. - № 8 (12). - P. 47-52.
8. Karpenko, M.A. Resource saving during engine running after repair / M.A. Karpenko // Vestnik of Ulyanovsk State Agricultural Academy. - 2017. - № 1 (37). - P. 167-170.
9. Kapitanov, Yu.N. Method for cold running in of engines using an air running-in conservation mixture / Yu.N. Kapitanov, VV. Artemov, N.S. Rodionov // Scientific vestnik of Volsky Military Institute of Material Support. - 2014. - № 2 (34). - P. 238-240.
10. Khokhlov, A.L. Improving the quality of engine run-in after repair using additives / A.L. Khokhlov, V.V. Varnakov. - Ulyanovsk: USAA, 2012. -155 p.
11. Karpenko, M.A. Improving the technical and economic performance of engines during running-in after repair / M.A. Karpenko, G.V. Karpenko, V.A. Golubev // Vestnik of Ulyanovsk State Agricultural Academy. - 2017. - № 4 (40). - P. 184-188.
