Таблица 2 - Надежность ТОД с использованием устройства ИMД-ЦM
Этапы Количество операций на этапах Надежность (вероятность безотказной работы) элементов ТОД ДBC
К-700 ^З-238НБ) Т-150К ^Д-62 ) ^40M (Д-144)
I этап 6 0,993 0,993 0,993
II этап 12 0,956 0,956 0,956
III этап 12 0,950 0,938 0,947
IV этап 3 0,973 0,970 0,959
Все этапы 39 0,877 0,864 0,862
Библиографический список
1. Техническая диагностика строительных, дорожных и коммунальных машин: Учеб. пособие / Иванов В.И., Кузнецова В.Н., Салихов Р.Ф., Рыжих Е.А. -Омск: Изд-во СибАДИ, 2006. - Часть I. Теоретические основы технической диагностики СДКМ. - 132 с.
2. Фокин Ю.Г. Оператор-технические средства: обеспечение надежности. - М.: Воениздат, 1985. - 192 с.
Reliability estimation of road- building
machines technical diagnostics system
V. I. Ivanov, A. N. Cheboksarov
The authors execute researches with the purpose of reliability estimation of diagnostics means. The analyses are executed for 3 types of diagnosed engines of road-building machines on the base of their effective power parameter.
Иванов Виктор Иванович - канд техн. наук, доцент кафедры «Эксплуатация дорожных машин» Сибирской государственной автомобильнодорожной академии. Основное направление научных исследований - эксплуатация дорожностроительных машин и технологического оборудования. Имеет более 80 опубликованных работ. Тел. (3812)65-07-66.
Чебоксаров Алексей Николаевич - аспирант кафедры «Эксплуатация дорожных машин» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - повышение эффективности технического диагностирования ДСМ. Имеет 2 опубликованные работы. Тел. (3812)65-07-66.
Статья поступила 18.11.2008 г.
УДК 621.892:621.22
ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ВОДЫ НА ВЯЗКОСТНЫЕ СВОЙСТВА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО МАСЛА МГ-15В (ВМГЗ)
C.B. Корнеев, д-р техн. наук, Н.В. Дорошенко, канд. техн. наук,
A.M. Кавыев
Аннотация. Рассмотрено влияние вязкостно-температурных свойств рабочей жидкости на работу гидрооборудования. Кратко рассмотрены вопросы влияния обводненности на свойства рабочих жидкостей. Изучено влияние воды на вязкостные свойства рабочих жидкостей МГ-15В.
Ключевые слова: влага, гидравлические жидкости, рабочие жидкости, гидравлическое оборудование, вязкость.
Введение
Технологии дорожного строительства невозможны без широкого использования строительных и дорожных машин. Реализация планов освоения природных богатств Восточной
и Западной Сибири предполагает наличие большого числа гидрофицированных машин, конструкции которых должны учитывать суровые условия эксплуатации в районах с жесткими климатом.
Одним из существенных вопросов повышения надежности техники при эксплуатации в условиях низких температур является повышение требований к эксплуатационным материалам.
Теоретическое исследование
Рассматривая гидропривод строительных и дорожных машин с точки зрения теории надежности как систему взаимодействующих элементов, необходимо выделить рабочую жидкость как составной элемент гидравлического привода, влияющий на надежность всего гидрооборудования.
Влияние жесткого климата на надежность гидрооборудования определяется несколькими факторами: низкими температурами окружающей среды, высокой влажностью воздуха, и значительными перепадами температур. В этой связи необходимо отметить важность изучения физико-химических свойств рабочих жидкостей, применяемых в гидроприводах строительных и дорожных машин применительно к условиям их использования.
В качестве рабочих жидкостей в гидроприводах отечественных строительных и дорожных машин в основном применяют масла нефтяного происхождения.
Одним из важнейших свойств, определяющим эксплуатационные свойства рабочих жидкостей, является их кинематическая вязкость.
Вязкость рабочей жидкости - это свойство оказывать сопротивление перемещению одних слоев жидкости относительно других, то есть вязкость это силы внутреннего трения. Уровень вязкости оказывает непосредственное влияние на рабочие процессы, происходящие в гидрооборудовании, и зависит от теплового режима гидропривода. С повышением температуры рабочей жидкости ее вязкость уменьшается в соответствии с ее вязкостно-температурными свойствами. При этом гидромеханические потери уменьшаются, а объемные потери существенно возрастают вследствие увеличения утечек жидкости главным образом в подвижных соединениях деталей гидрооборудования. Снижение объемного коэффициента полезного действия (КПД) оборудования приводит к уменьшению скорости исполнительных механизмов машины и нарушению синхронности их работы [1].
При достижении температуры рабочей жидкости порога допустимых значений (более 75-85°С) наружные утечки возрастают, внутренние перетечки рабочей жидкости в шестеренных гидронасосах резко увеличиваются, нарушается надежность смазки сопряженных поверхностей деталей, жидкостное трение
заменяется граничным или полусухим. В этих условиях возникают: непосредственный контакт взаимно перемещающихся поверхностей трения, локальный перегрев, интенсивный износ и даже схватывание сопряженных деталей, что приводит к частичной или полной потере работоспособности гидравлического оборудования. Кроме того, резко активизируются процессы окисления рабочей жидкости, которые сопровождаются образованием смолистых соединений, вызывающих частичную или полную закупорку проходных каналов и дроссельных щелей, нарушающие нормальную работу гидропривода. Дальнейшее повышение температуры рабочей жидкости может привести к повреждению или отказу работы гидрооборудования [1].
Увеличение вязкости рабочей жидкости приводит к повышению гидромеханических потерь и снижению давления в магистральных трубопроводах.
Снижение давления приводит к уменьшению усилий и моментов на штоках гидроцилиндров и валах гидромоторов. Таким образом, снижается общий кпд гидропривода.
Увеличение вязкости вызывает повышение инерционности гидропередачи. Имеются данные, согласно которым время срабатывания гидравлических устройств при низких температурах возрастает в 1,5-2,0 раза. Повышение инерционности гидропривода увеличивает продолжительность рабочего цикла, в результате которого сокращается эксплуатационная производительность техники [2].
При низких температурах усиливаются кавитационные процессы. Причиной кавитации являются разряжение во всасывающих полостях насосов, приводящее к возникновению разрыва сплошности потока рабочей жидкости. Возможность возникновения кавитации возрастает при повышенной вязкости жидкости. Кавитация приводит также к повышенному износу гидроаппаратуры, снижению ресурса. Рациональным выбором характеристик жидкости кавитация может быть снижена.
В условиях холодного климата низкие температуры воздуха в совокупности со значительными перепадами температур воздуха создают условия для накопления влаги в гидравлических баках и обводнения рабочей жидкости.
Вода попадает в гидросистему:
- вследствие конденсационных процессов в полостях гидробаков при изменениях температуры окружающего воздуха
- вместе со свежим гидравлическим маслом, при нарушении технологии хранения.
Попадающая в гидросистему вода частично растворяется в рабочей жидкости, а оставшаяся часть может образовывать с маслом эмульсию или выпадать в осадок. Степень обводненности зависит от концентрации водяных паров в воздухе, с которым контактирует рабочая жидкость, и перепада температур жидкости и окружающей среды.
При понижении температуры в рабочей жидкости могут образовываться кристаллы льда, из-за изменения растворимости воды в масле и конденсации воды на поверхности масла, остающиеся вследствие малой плотности во взвешенном состоянии и забивающие фильтры, дроссели, клапаны и другие агрегаты гидравлических систем [3].
В нефтяных маслах влага может существовать в разных видах. Некоторое количество влаги растворено в масле и её количество может значительно меняться в зависимости от внешних условий и наличия присадок. Также влага может находится в масле в состоянии эмульсии, дисперсность и стабильность которой зависят от физико-химических свойств масла. Эмульгированная вода может частично переходить в растворенную и обратно при изменении температуры и давления. С течением времени часть эмульгированной влаги может отстояться и выпасть в осадок. Кроме того, вода в масле может быть в химически связанном состоянии, то есть вступать в химические реакции с компонентами масла. При недостаточной гидролитической стабильности составляющих масла вода может вступать с ним в иные реакции, сопровождающиеся образованием кислот, щелочей и других веществ, способных существенно ухудшать свойства масла.
Под воздействием воды ухудшаются смазывающие свойства масла (особенно у масел, содержащих присадки) [1,3]. При образовании стабильной водомасляной эмульсии микрокапли воды в смазывающем слое масла отрицательно влияют на процесс смазывания. В теплонапряженных узлах вода может испаряться; при этом происходят разрывы масляной пленки между трущимися поверхностями, а также проявляются кавитационные явления. Ухудшение смазывания повышает износ смазываемых деталей.
Наличие воды приводит к усилению коррозионного воздействия масел на металлы, в том числе на цветные (медь, свинец); это объясняется повышением активности низкомолекулярных кислот, содержащихся в масле, в присутствии влаги. В присутствии воды значительно активнее протекают процессы окис-
ления углеводородов, что приводит к образованию твердых частиц, которые ускоряют забивание маслоочистительных устройств (в первую очередь фильтров тонкой очистки), а также других агрегатов масляных систем. В результате окислительных процессов вследствие образования органических кислот при химическом взаимодействии углеводородов базового масла с водой повышается его кислотность.
В присутствии воды резко возрастает коррозионная агрессивность содержащихся в масле химически активных веществ, в первую очередь низкомолекулярных органических кислот. В обезвоженном масле указанные кислоты не представляют большой опасности, но появление даже следов воды в масле увеличивает скорость коррозии под влиянием этих кислот более чем в 20 раз [4].
Проведенный обзор источников [1-4] показал, что вязкость является важнейшим свойством гидравлического масла, определяющим режим работы элементов гидрооборудования. В этой связи представляет интерес исследование влияния воды на вязкость гидравлического масла.
Проведение экспериментальных исследований
Исследования по влиянию воды на изменение вязкостных свойств гидравлического масла проводились с использованием свежих масел марки ВМГЗ производства компаний Лукойл и SIBTEK. Выбор наименований гидравлических масел был осуществлен исходя из практики применения гидравлических масел в условиях отрицательных температур в качестве рабочей жидкости гидрооборудования строительной и дорожной техники отечественного производства. Для исследований выбраны гидравлические масла <^!ВТЕК-ВМГЗ» ТУ 38.101479-00 и «Лукойл - ВМГЗ» ТУ 38.101479-00
Обводнение масел производилось путем интенсивного перемешивания масла с дистиллированной водой в концентрациях 0,5%; 1,0%; 2,0% ; 4,0%; 5,0; 6,0%; 7,0% по массе до достижения состояния однородной эмульсии при комнатной температуре.
Свежее гидравлическое масло марки ВМГЗ производства компании Лукойл представляет собой маслянистую жидкость светло-желтого цвета, масло производства компании SIBTEK имеет светло-коричневый цвет.
При добавлении дистиллированной воды отчетливо наблюдалось выпадение белого осадка в случае рабочей жидкости ВМГЗ производства Лукойл, и осадка коричневого цвета
в случае рабочей жидкости SIBTEK. Это может быть вызвано различиями в составе пакетов присадок рабочих жидкостей и самих базовых масел.
При визуальном рассмотрении полученных эмульсий хорошо заметно, что оптическая плотность увеличивается по мере воз-
растания концентрации воды в рабочей жидкости. Видимый осадок выпадает после 10-15 минут отстаивания эмульсии.
Основные физико-химические показатели рабочей жидкости МГ-15В марки ВМГЗ согласно ТУ 38.101479-00 представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Основные физико-химические показатели свежих рабочих жидкостей по ТУ 38.101479-00
Наименование показателя Норма
Вязкость кинематическая, мм /с при 50°С, не менее 10
Вязкость кинематическая, мм /с при 40°С, не менее 15
Кислотное число, мг КОН/г, не более 1,0
Стабильность против окисления: массовая доля осадка после окисления, % не более 0,05
Зольность сульфатная, % не более 0,2
Содержание водорастворимых кислот и щелочей отсутствует
Содержание воды отсутствует
Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С, не ниже 135
Температура застывания, °С, не выше -45
Испытание на коррозию выдерж.
Цвет на колориметре ЦНТ единицы ЦНТ, не более 2,0
Изменение массы резины марки УИМ-1 после воздействия масла в течении 72 часов при 80 °С, % 2,0-7,5
Плотность кг/м3, не более при 20 °С 870
Образцы эмульсий с заданными концентрациями воды приготавливались путем навески свежей рабочей жидкости с помощью электронных весов HR-200. Далее с помощью медицинского шприца в навеску вводилось количество воды, соответствующее массовому содержанию воды в данном образце. Плотность воды принималась равной 1гр/мл.
Кинематическая вязкость образцов измерялась в соответствии с ГОСТ 10028-81.
Вязкость каждого образца измерялась не менее 3 раз. В промежутке между измерениями эмульсия в вискозиметре тщательно перемешивалась для предотвращения выпадения осадка.
Исследуя полученные зависимости, представленные на рис.1 и рис.2, необходимо отметить разный характер изменения вязкости от содержания воды в рабочей жидкости
В эксперименте с рабочей жидкостью Лу-койл-ВМГЗ наблюдается незначительное снижение вязкости в зоне до 2% содержания воды, затем наблюдается увеличение кинематической вязкости.
В случае с рабочей жидкостью Sibtek-ВМГЗ наблюдается нарастание вязкости в зоне до 5% воды, затем происходит стабилизация.
Несмотря на сходные физико-химические свойства рабочих жидкостей ВМГЗ, масла различных производителей в присутствии воды ведут себя по-разному.
Несмотря на то, что повышение вязкости гидравлического масла незначительно при попадании воды в гидравлическое масло и не превышает 12% в концентрациях до 7% воды, это может привести к неравномерности движения исполнительных механизмов и повышению износа сопряженных деталей гидравлических систем.
Рабочие жидкости марки ВМГЗ различных производителей по-разному меняют вязкостные свойства в зависимости от степени обводнения, что обусловлено по-видимому, различным пакетом присадок и, химическим составом базового масла. Поэтому подобные различия в физико-химических свойствах масел МГ-15В (ВМГЗ), различных производите-
лей могут обуславливать разные эксплуатационные свойства таких масел.
Рис. 1 Зависимость изменения вязкости гидравлического масла Лукойл-ВМГЗ от степени обводнения
Рис. 2 Зависимость изменения вязкости гидравлического масла SibTek-ВМГЗ от степени обводнения
Выводы
На основе проведенных исследований можно сделать следующие заключения:
1. Вязкость гетерогенных систем, состоящих из рабочей жидкости и эмульгированной воды, увеличивается при повышении содержания воды.
2. Характер влияния содержания воды на кинематическую вязкость гидравлических масел ВМГЗ, произведенных разными компаниями, зависит от состава базового масла и пакета присадок.
3. Наличие воды в рабочей жидкости вызывает осадкообразование, способное затруднить работу гидропривода строительных и дорожных машин.
Представляют интерес дальнейшие исследования влияния воды на вязкость в области отрицательных температур, характерных для режимов запуска гидрооборудования в холодном климате.
Библиографический список
1. Васильченко В.А. Гидравлический привод строительных дорожных машин / В.А. Васильченко, Ф.М. Беркович. - М.: Стройиздат, 1978. - 165 с.
2. Диев А.Е. Совершенствование технического обслуживания и ремонта гидропривода экскаваторов в условиях Севера: дис. ... канд. техн. наук / А.Е. Диев - Омск, 1990. - 128 с.
3. Коваленко В.П. Загрязнения и очистка нефтяных масел / В.П. Коваленко. - М.: Химия, 1978. - 302 с.
4. Зорин В.А. Повышение долговечности дорожно-строительных машин путем совершенствования системы технического обслуживания и ремонта: дис. ... докт. техн. наук / В.А. Зорин. - М., 1998. - 273 с.
Effect of humidification for viscosity of hydrolic fluids MG-15V (VMGZ)
S.V. Korneev, N.V. Doroshenko,
A.M. Kavyev
The article reveals impact of humidification for viscosity-temperature behavior of hydrolic fluids. Briefly considered problems of humidification and influention for the state of hydraulic oils. Analysed the impact of water for viscosity of hydraulic fluid MG-15V (VMGZ).
Корнеев Сергей Васильевич - д-р техн. наук, директор Нефтехимического института Омского государственного технического университета (НХИ ОмГТУ), имеет 102 опубликованные работы. Основное направление научных исследований - рациональное использование нефтепродуктов. e-mail: [email protected]
Дорошенко Николай Владимирович - канд. техн. наук, старший преподаватель кафедры «Теплотехника и тепловые двигатели» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии, имеет 4 опубликованные работы. Основное направление научных исследований - эффективное использование топливо-смазочных материалов при эксплуатации транспортных и технологических машин в условиях холодного климата. e-mail: [email protected]
Кавьев Азат Маратович - научный сотрудник научно-исследовательского сектора Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии, имеет 22 опубликованные работы. Основное направление научных исследований - исследование физико-химических и эксплуатационных свойств гидравлических масел, режимов эксплуатации гидрооборудования в условиях низких температур. e-mail: [email protected]
Статья поступила 22.01.2009 г.