CC BY
71
2. Пат. 111958 Российская Федерация, МПК А 01 С 1/00. Скарификатор / Шевченко А. П., Вербовский А. В., Лукин А. Н. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. аграрный ун-т им. П. А. Столыпина. — № 2011 2011124427/13 ; заяв. 16.06.2011 ; опуб. 10.01.2012, Бюл. № 1.
3. ГОСТ 12038 — 84. Методы определения всхожести. — М., 1991. - 24 с.
ШЕВЧЕНКО Анатолий Павлович, кандидат технических наук, профессор кафедры «Тракторы и автомобили, сельскохозяйственные машины».
ЛУКИН Александр Николаевич, ассистент кафедры «Тракторы и автомобили, сельскохозяйственные машины».
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 27.09.2013 г.
© А. П. Шевченко, А. Н. Лукин
УДК 6214 И. И. ШИРЛИН
А. В. КОЛУНИН С. А. ГЕЛЬВЕР А. А. ИВАННИКОВ В. В. НЕЧАЕВ А. Д. ГЕДЗЬ Н. А. КУЗНЕЦОВ
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
Омский государственный университет путей сообщения
Омский филиал Военной академии материально-технического обеспечения
РЕСУРС МАСЛА КАК ПОКАЗАТЕЛЬ, ЗАВИСЯЩИЙ ОТ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Условия эксплуатации автомобилей в значительной степени определяют активность окислительных процессов в моторных маслах и процессов срабатывания пакета присадок, вводимых при их производстве. В Омской области нашли широкое применение автомобили отечественного производства «ГАЗель». Грузовой, пассажирский транспорт, служба скорой помощи, полиция и многие другие сферы деятельности омичей включают в себя использование автомобилей этого семейства. В данной статье представлены результаты испытаний моторного масла класса вязкости SAE 10W-40 эксплуатационного класса по API SL/CF. Данное масло испытывалось в двигателях 4-х групп автомобилей «ГАЗель», работавших в различных условиях эксплуатации, а также интерпретации этих результатов.
Ключевые слова: ресурс масла, кислотное число, щелочное число, окислительные процессы, частота вращения коленчатого вала, пропан-бутановая смесь.
Более 50 % эксплуатационных затрат автотранспортных предприятий связано с расходами на приобретение топлива, цена которого с течением времени неумолимо увеличивается. Последнее обстоятельство вынуждает автоперевозчиков к поиску иных, менее затратных путей в осуществлении своей деятельности. Как известно, рыночная стоимость сжиженного нефтяного газа (СНГ, пропан-бутано-вая смесь), приблизительно, на 40 % ниже стоимости традиционного жидкого топлива. В этой связи
для снижения себестоимости автоперевозок многие владельцы устанавливают на автомобили дополнительные системы питания — газобаллонное оборудование, обеспечивающее работу двигателя на про-пан-бутановой смеси.
Такая переконвертация, как правило, не требует существенных изменений конструкции двигателя и быстро окупается за счет разницы в стоимости двух видов топлива. Автомобиль, оснащённый газобаллонным оборудованием, в случае необхо-
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013
димости может эксплуатироваться и на жидком топливе.
Однако существует ряд особенностей, которые необходимо учитывать при эксплуатации автомобилей с бинарной системой питания.
Во-первых, пропанобутановая смесь имеет относительно низкую теплотворную способность в сравнении с традиционным видом топлива [1], что влечет снижение мощности и приводит к увеличению расхода СНГ.
Во-вторых, газово-воздушная смесь имеет более широкие пределы воспламеняемости в сравнении с бензиновой смесью, что позволяет использовать в двигателях более бедные топливовоздушные смеси, чем отчасти компенсируется повышение расхода топлива. Но при сгорании более бедных смесей снижается мощность двигателя.
В обоих случаях снижение мощности приводит к изменению скоростных режимом работы двигателя, поскольку для поддержания крутящего момента колесного движителя, водитель вынужден чаще использовать пониженные передачи, меняя при этом передаточное число трансмиссии. Следовательно, растет продолжительность работы двигателя на повышенной частоте вращения коленчатого вала, что может в определенной степени активизировать процесс старения моторного масла.
С другой стороны, газообразное топливо имеет легкий фракционный состав, легко переходит из жидкого в газообразное состояние, перемешивается с атмосферным воздухом образуя гомогенную, топливовоздушную смесь. Температура начала кипения пропана, при давлении 0,1 МПа, составляет минус 42° С, бутана — минус 1° С, а диапазон кипения бензина при тех же условиях составляет от 35 до 220° С [2]. Столь значительная разница во фракционном составе накладывает свой отпечаток на процесс смесеобразования. Температура конца кипения ( + 220° С) характеризует содержание тяжёлых фракций, той доли топлива, которая может не испаряться в процессе подготовки топливовоздушной смеси, а оставаться в виде жидкой фазы. Неиспарившаяся часть бензина оказывает негативное воздействие на полноту сгорания всего объема топлива, введенного в камеру сгорания, ресурс деталей цилиндропоршневой группы, токсичность отработавших газов и, конечно, на состояние моторного масла — как накопителя несгоревших топливных фракций.
Таким образом, при использовании двигателей с бинарными системами питания возникает два противоположно направленных фактора, которые могут повлиять на состояние моторного масла. С одной стороны, негативный фактор — это работа двигателя на повышенной частоте вращения коленчатого вала для получения требуемого крутящего момента колесного движителя и, как следствие, повышенный расход ресурса моторного масла. С другой стороны, отсутствие тяжелых фракций, оказывающих негативное воздействие на полноту сгорания топлива, а значит, их отсутствие и в самом масле. И это — позитивный фактор. Возникают вопросы: какой из двух выше указанных факторов является более действенными, насколько активно происходит старение масла при работе на СНГ в сравнении с работой на бензиновом топливе в городских условиях и вне города?
Для оценки влияния вышеуказанных факторов на ресурс моторного масла проанализируем результаты эксплуатационных испытаний универсаль-
ного всесезонного моторного масла класса вязкости по SAE 10W-40 и эксплуатационного класса по API SL/CF.
В качестве объекта исследования были выбраны две группы автомобилей «ГАЗель», оснащенных двигателями УМЗ-4216 [3] с бинарной системой питания, работающими на пропан-бутановой смеси газов, одна из которых работала в режиме городского цикла, а другая в загородном режиме. И две группы таких же автомобилей, не оснащённых газобаллонным оборудованием и работающх на бензине марки «Регуляр-92», раздельно по городскому и загородному циклу. Таким образом, в испытаниях было задействовано четыре группы машин.
Испытания проводились при среднесуточной температуре 18° С. Учитывая равнинный рельеф местности, организаторы испытаний приняли допущения, что все автомобили эксплуатируются при одинаковом атмосферном давлении 0,1 мПа.
Моторное масло работающего двигателя является своеобразным накопителем подвергшихся термической деструкции и частично окисленных топливных фракций, а также продуктов термического крекинга собственных углеводородов. Окислительные процессы топлива и масла способствуют накоплению активных кислот и снижению щелочного запаса реализуемого на защиту деталей двигателя и моторного масла от химически активных соединений. Кроме того высокощелочные сульфанаты определяют моющие — диспергирующие свойства масел, свойства, обеспечивающие определённую чистоту деталей двигателя и предотвращающие образование мазеобразных отложений в системе смазки.
Таким образом, выше перечисленные процессы инициируют повышение кислотного числа и понижение щелочного числа моторного масла в процессе эксплуатации автомобильной техники.
Для большинства эксплуатационников моторное масло является своеобразным «котом в мешке». Нет полной гарантии, что даже вновь приобретённое моторное масло в полной мере обеспечено всеми эксплуатационными свойствами (вязкостно-температурными, детергентно-диспергирующими, анти-окислительными, антикоррозионными, антипен-ными и т.д.), а тем более работавшие масла. Определение состояния моторного масла требует затрат на проведение анализов, а аргументированная интерпретация их результатов под силу лишь специалистам, владеющим знаниями в области смазочных материалов и двигателей внутреннего сгорания.
Оценка ресурса моторного масла в нашем эксперименте производилась по значениям кислотного и щелочного чисел в пробах работавшего масла. Определение данных показателей производилось с помощью лабораторного прибора — титратора Schott Titroline Alpha, по ГОСТ 11362-96, единицы измерения — мг КОН/г. Принято считать, что при достижении равнозначного значения кислотного и щелочного чисел масло достигает предельного состояния и его дальнейшее применение недопустимо [4]. В ходе эксперимента производился отбор проб масла со средней периодичностью 2000 км среднесуточная наработка автомобилей находилась в пределах от 50 до 140 км/сут.
Усредненные значения кислотного и щелочного чисел, полученные в результате анализа проб работавшего масла взятых из двигателей выше указанных групп автомобилей, представлены на рис.1.
Данные графических зависимостей свидетельствуют о существенном расхождении в ресурсе мо-
Рис. 1. Влияние вида топлива и режима работы автомобилей на ресурс моторного масла: а и б — автомобили, использовавшие газовое топливо (движение в загородном и городском режиме соответственно); в и г — автомобили, работавшие на бензине (движение в загородном и городском режиме соответственно)
торного масла до наступления равнозначных значений кислотного и щелочного чисел.
Так, при использовании газообразного топлива в режиме междугородних перевозок наступление предельного состояния можно прогнозировать на уровне 17000 км пробега. При работе автомобилей в аналогичных условиях на бензине предельное состояние можно прогнозировать при наработке около 12000 км.
При работе автомобилей в условиях городского движения равнозначный баланс кислотного и щелочного чисел наступает при значениях 8000 и 4500 км в зависимости от вида топлива соответственно.
Таким образом, полученные зависимости позволяют сделать вывод, что использование газового топлива, несмотря на указанные недостатки, способствует увеличению ресурса моторного масла в сравнении с применением бензинового топлива при тех же условиях, не оказывает негативного влияния на процесс старения моторного масла. Скорее, наоборот, применение пропан-бутановой смеси позволяет увеличить его наработку до наступления предельного состояния по равнозначным значениям кислотного и щелочного чисел на 40 % — при эксплуатации автомобилей в режиме загородного движения и 70 % — в городе.
Также обращает на себя внимание влияние режима движения автомобилей на ресурс моторного масла. Работа автомобиля в загородных условиях отличает стабильность нагрузок на двигатель и отсутствие переходных режимов. Поэтому такой режим работы способствует увеличению ресурса моторного масла по отношению к городскому циклу при работе на бензине в 2,5 раза, а при работе на газе — в 2 раза.
В заключение следует отметить, что представленные результаты справедливы только для конкретных образцов техники и моторного масла, которые эксплуатировались в указанных условиях.
Использование данных результатов в других условиях эксплуатации с другими образцами техники и масла требует проведения дополнительных исследований.
Библиографический список
1. Васильева, Л. С. Автомобильные эксплуатационные материалы / Л. С. Васильева. — М. : Транспорт, 2001. — 279 с.
2. ГОСТ 4.24-84 Масла смазочные. Номенклатура показателей. — М. : ИПК издательство стандартов, 2002. — 13 с.
3. Двигатель 4216 и его исполнения. Руководство по эксплуатации 4216.3902010 РЭ. — Ульяновск, 2007. — 45 с.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013
4. Розенблит, Ю. А. Влияние смазочных масел на долговечность и надежность деталей машин / Ю. А. Розенблит. — М. : Машиностроение, 1970. — 314 с.
ШИРЛИН Иван Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ).
КОЛУНИН Александр Витальевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование» СибАДИ. ГЕЛЬВЕР Сергей Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Физика и химия» Омского государственного университета путей сообщения.
ИВАННИКОВ Алексей Алексеевич, начальник кафедры ремонта бронетанковой и автомобильной техники Омского филиала Военной академии материально-технического обеспечения.
НЕЧАЕВ Виталий Викторович, кандидат технических наук, профессор кафедры ремонта бронетанковой и автомобильной техники Омского филиала Военной академии материально-технического обеспечения.
ГЕДЗЬ Андрей Джонович, кандидат технических наук, заместитель начальника кафедры ремонта бронетанковой и автомобильной техники Омского филиала Военной академии материально-технического обеспечения.
КУЗНЕЦОВ Николай Александрович, старший преподаватель кафедры ремонта бронетанковой и автомобильной техники Омского филиала Военной академии материально-технического обеспечения. Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 11.06.2013 г.
© И. И. Ширлин, А. В. Колунин, С. А. Гельвер,
А. А. Иванников, В. В. Нечаев, А. Д. Гедзь, Н. А. Кузнецов
уДК 62-567.2 519.8 ю. Ф. ГАЛУЗА
Омский государственный технический университет
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АКТИВНОЙ ВИБРОИЗОЛЯЦИОННОЙ ОПОРЫ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ИНЕРЦИОННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ
Рассматривается математическая модель активной виброизоляционной опоры, состоящей из параллельно соединенных пневматического амортизатора и гидравлического инерционного преобразователя движения с активным управлением на базе резинокордной оболочки.
Ключевые слова: гидравлический инерционный преобразователь движения, резинокордная оболочка, активное управление, коэффициент передачи усилия.
В настоящее время, в связи с ужесточением требований по виброизоляции, активные гидравлические виброопоры с гидравлическим инерционным трансформатором (ГИТ) являются перспективным направлением в системах виброизоляции [1]. Такие системы позволяют эффективно гасить вибрации в широких диапазонах за счёт того, что они могут автоматически подстраиваться под рабочий режим силовых агрегатов, что позволяет улучшить их эксплуатационные характеристики. Использование в одном конструктиве ГИТ с активным управлением на базе резинокордной оболочки (РКО), заполненной жидкостью, параллельно с упругим элементом (резинометаллическим и пневматическим) может значительно улучшить виброизоляционные свойства гидравлической опоры. В этом случае имеется возможность изменения в широких пределах характеристик инерционных трубок в ГИТ благодаря большому объёму РКО, кроме того, сохраняются достоинства освоенных промышленностью, надёжных и долговечных упругих элементов и РКО.
В качестве примера на рис. 1 приведена принципиальная схема виброизоляционной опоры. Виброи-
золяционная опора состоит из виброизолятора типа АПС и ГИТ на базе РКО рукавного типа с активным электромагнитным силовым приводом, который управляется системой автоматического управления (САУ).
Принцип действия опоры, показанный на рис. 1, заключается в том, при действии на опору периодического усилия резинометаллический элемент (АПС) будет деформироваться и создавать упругую силу, а в ГИТ жидкость в инерционных трубках будет совершать возвратно-поступательное движение. Кроме того, в ГИТ имеется электромагнитный силовой привод [2], который создает дополнительное усилие, зависящее от величины вибраций, возникающих в результате действия внешней нагрузки.
Мембрана 4 (рис. 1) служит для компенсации объёма вытесняемой жидкости при перемещении опорной поверхности 1 по отношению к основанию 6. Жидкость в отверстиях блока инерционных трубок будет иметь скорость большую, чем скорость опорной поверхности, на величину, равную отношению площади условного поршня (в первом приближении эквивалентная площадь сечения РКО) к
