CC BY
23
In article the algorithm of calculation of the elements of the mechanism of rotation of the workpiece for the portal-tilter used in lines for the production of welded I-beams, the results of the calculation and finite element analysis of the elements of the rotation mechanism.
Key words: weldedflange beam, gantry-tilter, swinging gripper, construction, calculation.
Raevskiy Vladimir Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,
Trukhov Nikolai Viktorovich, student, 240594k@,mail. ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch
УДК 621.892.8; 542.943
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПРОЦЕССЫ ОКИСЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕСТРУКЦИИ ЧАСТИЧНО-
СИНТЕТИЧЕСКОГО МОТОРНОГО МАСЛА СА8ТЯОЬ МАС^ТЕС 101-40 Я 8Ь/СР
Е.А. Ермилов, Б.И. Ковальский, Ю.Н. Безбородов, В. А. Балясников
Представлены результаты исследования процессов окисления и температурной деструкции и их влияние на кинематическую вязкость, испаряемость и противоиз-носные свойства. Установлено, что процессы температурной деструкции увеличивают скорость изменения оптической плотности, замедляют испаряемость и снижение кинематической вязкости, но увеличивают противоизносные свойства термостатированных масел при значениях коэффициента поглощения светового потока больше 0,1.
Ключевые слова: коэффициент поглощения светового потока, испаряемость, коэффициент относительной вязкости, показатели термоокислительной стабильности и температурной стойкости, приращение скорости процессов окисления и температурной стойкости, показатель противоизносных свойств.
При эксплуатации двигателя внутреннего сгорания на поверхностях трения одновременно протекают процессы окисления, температурной деструкции и химические реакции металлов с их продуктами и присадками. Однако доминирующее влияние одного из процессов на физико-химические и противоизносные свойства масел изучены недостаточно. Поэтому целью настоящих исследований является установление количественных показателей преимущественного влияния одного из процессов на физико-химические и противоизносные свойства термостатированных масел при постоянной температуре испытания.
99
Методика предусматривала применение следующих средств контроля и испытания: прибора для оценки термоокислительной стабильности, прибора для оценки температурной стойкости, малообъемного вискозиметра, фотометра, трехшариковой машины трения, оптического микроскопа «Альтами МЕТ 1М» и электронных весов.
Методика испытания частично-синтетического моторного масла Сав1то1 М^па!ес 10Ш-40 Я 8Ь/СБ на термоокислительную стабильность предусматривала два этапа. На первом этапе проба масла массой 100±0,1г заливались в стеклянный стакан прибора для оценки термоокислительной стабильности и термостатировалось при температуре 170 0С с перемешиванием стеклянной мешалкой с частотой вращения 300 об/мин в течение 8 часов. После этого стакан с окисленным маслом взвешивался для определения массы испарившегося масла, отбиралась часть пробы для прямого фотометрирования и определения коэффициента поглощения светового потока Кп:
КП = ^, (1)
П 300
где 300 - задаваемый ток фотометра при пустой кювете, мкА; П - показатель фотометра при фотометрировании масел, мкА.
Часть пробы окисленного масла использовались для измерения кинематической вязкости.
После измерения указанных показателей окисленные масла сливались в стакан, который повторно взвешивался и испытания продолжались до достижения коэффициента Кп значения 0,7 ... 0,8.
Второй этап заключался в оценке противоизносных свойств окисленных масел на трехшариковой машине трения со схемой «шар - цилиндр». Проба окисленного масла отбиралась в момент достижения коэффициента КП приблизительно равных значений 0,1; 0,2; 0,3 ... 0,8 массой 20 г, а проба масла в стакане доливалась товарным маслом до первоначальной массы 100±0,1г.
Параметры трения составляли: нагрузка 10 Н, линейная скорость вращения цилиндра 0,68 м/с, температура масла в объеме 80 ос, время испытания 1,5 ч. Противоизносные свойства оценивались по среднеарифметическому значению диаметра пятна износа на трех шарах с двух опытов.
Методика испытания температурной стойкости предусматривала два этапа. На первом этапе проба масла массой 80±0,1г заливались в стеклянный стакан прибора для оценки температурной стойкости и термоста-тировалось при температуре 170 ос без перемешивания и доступа воздуха с конденсацией паров в течение 8 часов. После этого стакан с окисленным маслом взвешивался для определения массы испарившегося масла, отби-
100
ралась часть пробы для прямого фотометрирования и определения коэффициента КП по формуле (1). Часть пробы окисленного масла использовались для измерения кинематической вязкости.
После измерения указанных показателей термостатированное масла сливались в стакан, который повторно взвешивался и испытания продолжались до достижения коэффициента Кп значения 0,7 . 0,8.
Второй этап заключался в оценке противоизносных свойств термостатированных масел. Для этого масло испытывалось по вышеописанной технологии с определением тех же показателей и дополнительно отбиралась проба для испытания на трехшариковой машине трения с теми же параметрами трения. Проба термостатированного масла отбиралась в момент достижения коэффициента Кп приблизительно равных значений 0,1; 0,2; 0,3 ... 0,8 массой 20г, а проба масла в стакане доливалась товарным маслом до первоначальной массы 100±0,1г.
Результаты исследования и их обсуждения
На рис. 1 представлены зависимости коэффициента поглощения светового потока (а), испаряемости (б) и коэффициента относительной вязкости (в) от времени испытания исследуемого частично-синтетического моторного масла при окислении (кривая 1) и температурной деструкции (кривая 2). Согласно данным (рис. 1, а) изменение оптических свойств, выраженных коэффициентом поглощения светового потока, за период времени до 88 часов различаются незначительно независимо от процессов окисления или температурной деструкции и только после этого периода времени процессы температурной деструкции ускоряются (кривая 2). Так, значение коэффициента 0,7 достигается за время 150 ч при окислении и 124 ч при температурной деструкции.
Испаряемость масла (рис. 1, б) значительно уменьшается при процессах температурной деструкции. Так, за 144 часа испытания испаряемость составила при окислении 12,2 г, а при температурной деструкции - 8,5 г.
Установлено, что данные зависимости описываются линейным уравнением
О = Ш + Ь, (2)
где а - скорость изменения показателя О; 1 - время испытания, ч.
Регрессионные уравнения зависимостей имеют вид для процессов окисления (кривая 1)
О = 0,0791+0,868, процессов температурной деструкции (кривая 2)
О = 0,0551+0,527.
Коэффициент корреляции составил 0,999 и 0,998 соответственно.
Изменение кинематической вязкости выражено коэффициентом относительной вязкости Кц, определяемым по выражению
101
К
т
_ тТ
т ИСХ
(3)
где ц Т - вязкость термостатированного масла, мм2/с; цИСХ - вязкость товарного масла, мм2/с.
Рис. 1. Зависимость коэффициента поглощения светового потока (а), испаряемости (б) и коэффициента отностительной вязкости (в) от времени и температуры испытания (170 С) частично-синтетического моторного масла Castrol Magnatec 10Ж-40 Я 8Ь/С¥: 1 - при окислении; 2 - при температурной
деструкции
Согласно данным (рис. 1, в) коэффициент Кц понижается медленнее при температурной деструкции (кривая 2) за период времени испытания 88 часов. При дальнейшем испытании вязкость более интенсивно увеличивается при окислении, а при температурной деструкции остается постоянной.
На рис. 2 представлены зависимости показателей П термоокислительной стабильности (кривая 1) и температурной деструкции (кривая 2), определяемые выражением
П = Кп +КС, (4)
где Ке - коэффициент испаряемости,
т
К* = т' (5)
где т - масса испарившегося масла при окислении или температурной деструкции, г; М - масса пробы масла перед испытаниями за определенное время термостатированния, г.
Рис. 2. Зависимость показателей термоокислительной стабильности (кривая 1) и температурной стойкости (кривая 2) от времени и температуры испытания 170 С частично-синтетического моторного масла Castrol Magnatec 10W-40 R SL/CF
Показатель П характеризует количество тепловой энергии, поглощенной смазочным маслом при термостатировании и образовании определенной концентрации продуктов окисления или температурной деструкции и испарения. Согласно данным (рис. 2) в течение всего испытания процессы температурной деструкции преобладают над процессами окисления (кривая 2).
Для сравнения интенсивности процессов окисления и температурной деструкции предложен параметр приращения скорости этих процессов АУКп, определяемый выражением
^Укп = (Кп 2 - Кп1)/г. (6)
На рис. 3 представлены зависимости приращения скоростей процессов окисления и температурной деструкции за определенные отрезки времени испытания. Согласно данным процессы температурной деструкции протекают более интенсивно после 88 часов испытания (кривая 2). Характерной особенностью представленных зависимостей является начальное увеличение приращения скорости как процессов окисления, так и температурной деструкции, а после 80 часов для процесса окисления и 88 часов для температурной деструкции испытания наступает период уменьшения приращения скорости процессов со значительным его колебаниями. Такое изменение приращения скорости процессов окисления и температурной деструкции вызвано образованием двух видов продуктов с различной энергоемкостью, поэтому с образованием этих продуктов приращение скорости процессов замедляется, т.к. требуется большее количество тепловой энергии для их образования.
Важным показателем эксплуатационных свойств моторных масел являются их противоизносные свойства, обеспечивающие надежность двигателей. В этой связи важно установить доминирующее влияние на противоизносные свойства продуктов окисления или температурной деструкции. В данной работе предложен показатель противоизносных свойств Ппс, определяемый выражением
Ппс = КП/И , (7)
где И - среднеарифметическое значения диаметра пятна износа на трех шарах, мм.
Рис. 3. Зависимости приращения скоростей окисления (кривая 1) и температурной деструкции (кривая 2) от времени и температуры испытания 170 С частично-синтетического моторного масла Castrol
Magnatec 10W-40 R SL/CF
Данный показатель характеризует концентрацию продуктов окисления или температурной деструкции на номинальной площади фрикционного контакта.
На рис. 4 представлены зависимости показателя противоизносных свойств от коэффициента поглощения светового потока.
Установлено, что данные зависимости описываются линейным уравнением
П ПС =аКп, (8)
где а - скорость изменения показателя Ппс.
Регрессионные уравнения зависимостей имеют вид для процессов окисления (кривая 1) Ппс = 3,529Кп, процессов температурной деструкции Ппс = 4,202Кп (кривая 2).
Коэффициент корреляции составил 0,967 и 0,999 соответственно.
Согласно данным (рис. 4) противоизносные свойства при температурной деструкции превышают противоизносные свойства окисленных масел в 1,2 раза, кроме того, при температурной деструкции моторного масла значения показателя Ппс более стабильны.
Рис. 4. Зависимости показателя противоизносных свойств при окислении (кривая 1) и температурной деструкции (кривая 2) от коэффициента поглощения светового потока и температуры испытания 170 С частично-синтетического моторного масла Castrol Magnatec 10W-40 R SL/CF
Выводы. На основании проведенных исследований установлено: 1. Процессы температурной деструкции оказывают большее влияние на оптические свойства частично-синтетического моторного масла Са-Magnatec 10"^40 Я БЬ/СБ, уменьшают скорость испарения и кинематическую вязкость.
2. Предложен показатель интенсивности процессов окисления и температурной деструкции, определяемый приращением скорости этих процессов за установленное время испытания, позволяющий утверждать образование двух видов продуктов различной энергоемкости.
3. Установлено, продукты температурной деструкции повышают противоизносные свойства в 1,2 раза по сравнению с продуктами окисления причем, значительное различие установлено в период образования продуктов с большей энергоемкостью.
Ермилов Евгений Александрович, асп., evermilovamail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Ковальский Болеслав Иванович, д-р техн. наук, проф., Labsmamail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Безбородов Юрий Николаевич, д-р техн. наук, проф., зав. каф., Labsma mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Балясников Валерий Александрович, асп., [email protected], Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа
THE ASSESSMENT OF INFLUENCE OF TEMPERATURE ON PROCESSES OF OXIDATION AND THERMAL DESTRUCTION OF PART SYNTHETIC MOTOR OIL
CASTROL MAGNATEC10W-40 R SL/CF
Е.А. Ermilov, B.I. Kovalsky, Y.N. Bezborodov, V.A. Balyasnikov
The results of the study of the processes of oxidation and thermal destruction, and their influence on the kinematic viscosity, volatility and anti-wear properties are presented. It was found, that the processes of thermal destruction have increased the rate of change of optical density, have reduced volatility and they have decreased kinematic viscosity as well, but they have increased anti-wear properties of thermostatted oils with coefficient of the luminous flux greater than 0,1.
Key words: coefficient of the luminous flux, volatility, coefficient of ratable viscosity, index of thermooxidation stability and thermal withstandability, increment velocity of processes of oxidation and thermal withstandability, index of anti-wear properties.
Ermilov Evgeny Alexsandrovich, postgraduate, evermilovamail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian federal university, Institute of oil and gas,
Kowalski Boleslav Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, Labsmamail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian federal university, Institute of oil and gas,
Bezborodov Yriy Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of department, Labsma mail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian federal university, Institute of oil and gas,
Balyasnikov Valery Alexsandrovich, postgraduate, kanzas29amail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian federal university, Institute of oil and gas
106
