Методы контроля и результаты исследования состояния моторных масел двигателей внутреннего сгорания в условиях длительного хранения и эксплуатации
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Автомобильный транспорт
Издательство:
Сибирский федеральный университет
Авторы:
Верещагин Валерий Иванович, Рунда Михаил Михайлович, Ковальский Болеслав Иванович, Безбородов Юрий Николаевич
Год издания: 2016
Кол-во страниц: 188
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-7638-3424-6
Артикул: 684764.01.99
Рассмотрены основные методы контроля эксплуатационных свойств
моторных масел, проведён анализ изменения их физико-химических свойств
в зависимости от сроков хранения. Предложены показатели качества моторных
масел, позволяющие обосновать предельное состояние, по достижению которого
необходима их замена.
Предназначена для студентов и аспирантов технических специальностей,
инженерно-технических работников, занимающихся производством смазочных
материалов, проектированием, конструированием и эксплуатацией машин и механизмов.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ Монография Красноярск СФУ 2016
УДК 621.892.004.4
ББК 39.33-082-326
М425
Р е ц е н з е н т ы:
Н. И. Селиванов, доктор технических наук, профессор, заведующий
кафедрой «Тракторы и автомобили» Красноярского государственного аграрного университета;
Л. А. Фельдман, кандидат технических наук, заслуженный работник
нефтяной и газовой промышленности Российской Федерации, главный
инженер ОАО «Красноярскнефтепродукт»
М425 Методы контроля и результаты исследования состояния моторных масел двигателей внутреннего сгорания в условиях длительного хранения и эксплуатации : монография / В. И. Верещагин, М. М. Рунда, Б. И. Ковальский, Ю. Н. Безбородов. – Красноярск :
Сиб. федер. ун-т, 2016. – 188 с.
ISBN 978-5-7638-3424-6
Рассмотрены основные методы контроля эксплуатационных свойств
моторных масел, проведён анализ изменения их физико-химических свойств
в зависимости от сроков хранения. Предложены показатели качества моторных
масел, позволяющие обосновать предельное состояние, по достижению которого
необходима их замена.
Предназначена для студентов и аспирантов технических специальностей,
инженерно-технических работников, занимающихся производством смазочных
материалов, проектированием, конструированием и эксплуатацией машин и механизмов.
Электронный вариант издания см.:
http://catalog.sfu-kras.ru
УДК 621.892.004.4
ББК 39.33-082-326
ISBN 978-5-7638-3424-6 © Сибирский федеральный
университет, 2016
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 6
1. АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ
НА СОСТОЯНИЕ МОТОРНЫХ МАСЕЛ
ТЕХНИКИ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ ................................................. 7
1.1. Виды и методы хранения техники ......................................................... 7
1.2. Загрязнения в нефтяных маслах и методы их определения ................ 8
1.3. Влияние загрязнённости моторных масел
на работу двигателей внутреннего сгорания ...................................... 12
1.4. Защитные и коррозионные свойства моторных масел ...................... 13
1.5. Изменение свойств моторных масел
при эксплуатации двигателей ............................................................... 17
1.6. Анализ современных методов контроля
процессов старения моторных масел ................................................... 20
1.7. Обоснование комплексного метода текущего
контроля качества моторных масел
при хранении и эксплуатации техники ................................................ 25
2. АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА РЕСУРС
МОТОРНЫХ МАСЕЛ
В ПЕРИОД ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕХНИКИ ............................................ 28
2.1. Факторы, влияющие на ресурс моторных масел ............................... 28
2.2. Анализ моторных масел, применяемых
при эксплуатации двигателей .............................................................. 33
2.3. Основные виды трения и изнашивания узлов ДВС ........................... 35
2.4. Современные методы оценки эксплуатационных свойств
моторных масел ..................................................................................... 39
2.5. Современные методы оценки термоокислительной
стабильности смазочных материалов ................................................. 44
3. КОМПЛЕКСНЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ
МЕХАНИЗМА СТАРЕНИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ
ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ХРАНЕНИИ ТЕХНИКИ ...................................... 49
3.1. Метод контроля состояния моторных масел
при длительном хранении техники ...................................................... 49
3.2. Метод контроля термоокислительной стабильности,
противоизносных свойств товарных масел
и масел с различным сроком хранения ............................................... 53
4. МЕТОД КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОТРАБОТАННЫХ
И РАБОТАЮЩИХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ
ПО ПАРАМЕТРАМ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ
СТАБИЛЬНОСТИ И ПРОТИВОИЗНОСНЫМ СВОЙСТВАМ ............ 55
4.1. Метод контроля отработанных
и работающих моторных масел ........................................................... 55
4.2. Метод контроля противоизносных свойств
отработанных и работающих моторных масел .................................. 59
4.3. Методика обработки результатов исследования
моторных масел ..................................................................................... 61
5. СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ И ИЗМЕРЕНИЯ .............................................. 65
5.1. Основные требования к средствам контроля и измерения ............... 65
5.2. Прибор для определения оптических свойств
смазочных материалов .......................................................................... 66
5.3. Характеристика прибора для термостатирования
смазочных материалов .......................................................................... 67
5.4. Малообъёмный вискозиметр ................................................................ 69
5.5. Малообъёмная центрифуга ................................................................... 71
5.6. Электронные весы ................................................................................. 71
5.7. Трёхшариковая машина трения ........................................................... 71
6. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРОЦЕССОВ СТАРЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ
МОТОРНЫХ МАСЕЛ
ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ХРАНЕНИИ ТЕХНИКИ ...................................... 73
6.1. Результаты анализа минеральных моторных масел МТ-16П
при длительном хранении парка машин ............................................. 73
6.2. Результаты анализа минеральных моторных масел М-16ИХП-3
при длительном хранении парка машин ............................................. 82
6.3. Результаты исследования термоокислительных процессов
и противоизносных свойств
товарного моторного масла МТ-16П ................................................... 86
6.4. Результаты исследования термоокислительных процессов
и противоизносных свойств
товарного моторного масла М-16ИХП-3 ............................................ 93
6.5. Результаты исследования термоокислительных процессов
и противоизносных свойств
товарного моторного масла М-16Г2ЦС .............................................. 99
6.6. Результаты исследования влияния сроков хранения
минеральных моторных масел М-16ИХП-3
на физико-химические и противоизносные свойства ...................... 108
6.7. Исследование влияния сроков хранения
минеральных моторных масел МТ-16П
на физико-химические и противоизносные свойства ...................... 116
7. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ОТРАБОТАННЫХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ............................................ 125
7.1. Результаты исследования отработанных
частично синтетических моторных масел ......................................... 125
7.2. Результаты исследования отработанных
синтетических моторных масел ......................................................... 133
7.3. Различия в механизме старения моторных масел
разных базовых основ ......................................................................... 139
7.4. Результаты исследования противоизносных свойств
отработанных масел ............................................................................. 141
7.5. Динамика изменения эксплуатационных свойств
моторных масел за нормативный срок службы ................................ 148
8. РАЗРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ
ПО КОНТРОЛЮ СОСТОЯНИЯ МОТОРНЫХ МАСЕЛ .................... 153
8.1. Технология диагностирования моторных масел
при хранении парка машин................................................................ 153
8.2. Технология определения концентрации воды
в моторных маслах ............................................................................. 154
8.3. Технология оценки противоизносных свойств
моторных масел .................................................................................. 155
8.4. Технология определения снижения потенциального ресурса
моторных масел при длительном хранении ..................................... 156
8.5. Предложения по снижению скорости процессов старения
моторных масел при длительном хранении ..................................... 159
8.6. Технология определения предельного состояния
отработанных моторных масел ......................................................... 162
8.7. Технология определения текущего контроля
состояния работающих моторных масел .......................................... 164
8.8. Технология диагностирования состояния
фильтрующих элементов системы смазки двигателя ...................... 165
8.9. Технология диагностирования технического состояния
цилиндропоршневой группы .............................................................. 167
8.10. Технология диагностирования противоизносных свойств
работающих моторных масел ........................................................... 167
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................... 169
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .............................................................................. 172
ПРИЛОЖЕНИЕ ............................................................................................... 181
ВВЕДЕНИЕ Долговечность двигателей внутреннего сгорания (ДВС) зависит от качества моторных масел, свойства которых в процессе эксплуатации изменяются, поэтому важно осуществлять контроль их состояния в процессе эксплуатации ДВС. Работа ДВС на непригодном масле вызывает износ деталей, а слив доброкачественного масла увеличивает себестоимость эксплуатации техники. Контроль состояния моторных масел позволяет повысить не только эффективность их применения, но и долговечность ДВС в целом. Обеспечение надёжности двигателей внутреннего сгорания – комплексная задача, решаемая в различных направлениях, основными из которых являются контроль работоспособности моторных масел в условиях эксплуатации, а также обоснование браковочных показателей для оценки качества работающих масел и определения срока их службы. В настоящее время ресурс моторных масел регламентируется заводами-изготовителями, а контроль их состояния и сроки замены обеспечиваются системой технического обслуживания, рекомендованной производителями транспортных средств. Ресурс моторных масел оценивается по пробегу в километрах пройденного пути или наработкой в моточасах. Такая система оценки имеет ряд существенных недостатков: ресурс моторных масел, установленный в моточасах или километрах пробега, не учитывает индивидуальных условий эксплуатации, технического состояния ДВС, качества самого масла, что снижает эффективность их использования. В данной монографии исследованы товарные и отработанные моторные масла, определены некоторые подходы к комплексному решению проблемы контроля состояния моторных масел, учитывающему изменение основных физико-химических показателей качества масла в зависимости от условий эксплуатации техники и потенциального ресурса при её длительном хранении.
1 АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА СОСТОЯНИЕ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ТЕХНИКИ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ 1.1. Виды и методы хранения техники Хранение техники – это период эксплуатации, при котором она не используется в определенном интервале времени, а работоспособное состояние поддерживается за счет применения способов и средств защиты от воздействия факторов внешней среды и выполнения комплекса организационно-технических мероприятий [1]. Постановке на хранение подлежит техника, которая не планируется к применению по назначению более месяца. В зависимости от длительности перерыва в использовании машин установлено два вида хранения: кратковременное (до одного года) и длительное (более одного года). Комплекс организационно-технический мероприятий по поддержанию работоспособности техники при хранении включает: ● постановку техники на хранение и ее обслуживание в процессе хранения в установленные сроки; ● разработку и осуществление мероприятий по сокращению сроков снятия ее с хранения; ● контроль технического состояния техники и качества проводимых работ, своевременное устранение обнаруженных недостатков; ● создание необходимых условий для качественного хранения и обслуживания техники; применение современных диагностических средств контроля технического состояния техники, находящейся на хранении. При постановке техники на хранение она может быть законсервирована двумя методами: консервация техники без герметизации с использованием консервационных смазок; консервация техники с герметизацией и использованием влагопоглотителей. Работы по подготовке техники к хранению планируются и выполняются в следующем порядке [1]: анализируется техническое состояние техники с проверкой функционирования механизмов, приборов, систем и другого оборудования; в ходе выполнения этих работ устраняются все выявленные неисправности, при необходимости состояние отдельных агрегатов и систем проверяется пробегом машин в объёме 15 км для гусеничных и 50 км для колесных машин; проводится обслуживание машин в объёме ТО-1 или ТО-2; в зависимости от установленных сроков хранения или наработки проводится замена горюче-смазочных материалов (ГСМ) и спецжидкостей, окраска (подкраска) агрегатов и узлов и их консервация.
На машинах длительного хранения применяются только всесезонные
или зимние сорта основных марок горючего, масел, смазок и спецжидкостей, срок изготовления которых не более 1 года. Применение заменителей
ГСМ на машинах длительного хранения не допускается. Анализы качества
ГСМ должны быть сделаны до заправки техники.
Замена горючего, масел, смазок и жидкостей производится по истечении срока их хранения или при отработке ими установленных сроков.
Если при проверках в горючем, маслах, смазках и спецжидкостях обнаруживаются механические примеси, вода, а также при порче их по другим
причинам (разжижение, расслоение и др.) они заменяются с обязательной
промывкой систем, агрегатов и узлов.
1.2. Загрязнения в нефтяных маслах
и методы их определения
В процессе производства нефтяных масел они загрязняются веществами, содержащимися в исходном сырье. Состав и концентрация этих веществ приводятся в работах [2, 3]. Кроме того, в нефтях,
используемых для выработки масел, содержатся органические загрязнения,
представляющие собой углеводороды и продукты их окисления. Так,
на асфальтосмолистые вещества в легких нефтях приходится до 4–5 % (масс.),
а в нефти с высокой плотностью их содержание достигает 20 % (масс.) [4].
Смолистые вещества могут образовываться и в процессе переработки нефти в результате химических превращений парафинов, нафтенов, ароматических углеводородов и гетероорганических соединений.
Химический состав пыли определяет гранулометрический состав,
а от него зависит способность пыли находиться в атмосфере во взвешенном состоянии. Количество загрязнений G, попадающих в масло из атмосферы, определяется по формуле
,
G
n cv
=
⋅
(1.1)
где n – количество перекачки нефтепродуктов; с – концентрация пыли в
атмосферном воздухе; v – объем перекачки нефтепродукта, м3.
Концентрацию атмосферных загрязнений определяют непосредственно путем замера запыленности воздуха методами, изложенными в работе [5].
При хранении масел в резервуарах атмосферный воздух попадает
в резервуар при вентиляции газового пространства, тогда количество атмосферной пыли, попадающей в резервуар, можно рассчитать по формуле [2]
см
в
отв
см
,
(
)
2
H
G
c
S
g
ρ
⋅ρ
= ⋅μ⋅
⋅τ
ρ
(1.2)
где µ – коэффициент расхода отверстия; Sотв – площадь отверстия; м2; τ –
продолжительность вентиляции, с; g – ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с2; Н – расстояние между отверстиями, м; ρсм и ρв – плотность
соответственно масло-воздушной смеси и воздуха, кг/м3.
Атмосферная пыль попадает в масло при его сливе и наливе открытой
струей, транспортировании, запылении приемных и раздаточных рукавов,
сливных труб, присоединительных устройств и другого технологического
оборудования.
Атмосферная влага, попадающая в масло из воздуха, растворяется
или конденсируется на поверхности. Растворимость воды в масле значительно увеличивается в маслах с присадками [6].
Микробиологические загрязнения (бактерии, грибки, пирогенные
вещества) попадают в масла из атмосферы и начинают там размножаться.
Известно более 100 видов микроорганизмов, содержащихся в почве, сточных водах, органических остатках растительного и животного происхождения. Росту микроорганизмов способствуют вода, воздух и минеральные
соли. Количество микроорганизмов оценивается экспериментально по методике, изложенной в работе [7].
В нефтяных маслах присутствуют продукты химической или электрохимической коррозии конструкционных материалов. Методики определения количества прокорродированного металла изложены в работе [8].
При наличии в масле воды коррозионно-активные вещества диссоциируют
в водном растворе на ионы, и тогда коррозия носит электрохимический характер. Электрохимическая коррозия особенно интенсивна при контакте
обводненного масла с металлами, имеющими разный электрохимический
потенциал. Количество прокорродированного металла Gµ (г) определяется
выражением [9]
,I
A
G
F n
μ
⋅
τ⋅
=
⋅
(1.3)
где τ – время прохождения тока, с; А – атомная масса металла; F – число
Фарадея 96494 Кл/г-экв; I – сила тока, А.
Износные загрязнения попадают в масло вследствие механического
износа перекачивающего оборудования и замерной арматуры на нефтебазах, а также износа агрегатов масляных и гидравлических систем, смазываемых деталей двигателей, машин и механизмов. Оценить количество
износных загрязнений можно только экспериментальным путем или моделированием интенсивности изнашивания в лабораторных условиях.
Значительное количество загрязнений возникает в маслах из-за окисления, особенно при высоких температурах и присутствии катализаторов
(различных металлов и их солей) [10]. В настоящее время разработаны методы, позволяющие оценить способность масел сопротивляться окислению
[11–17]. Однако эти методы не позволяют точно оценить количество загрязнений, что связано с многообразием факторов, влияющих на процесс окисления масла, поэтому необходимые данные могут быть получены только экспериментально в реальных условиях эксплуатации. Особые трудности представляет количественная оценка загрязнений, образующихся в результате окисления моторных масел. Известно, что в зависимости от температуры масла продукты окисления могут быть в двигателе в виде лаков, нагара или осадков. Лаковые отложения имеют высокую прочность, они отлагаются на поршне и практически не попадают в масло. Нагар – твердый слой, покрывающий стенки камеры сгорания и днище поршня, он непостоянен по составу и структуре (может быть плотным, рыхлым, пластинчатым, зернистым). В процессе работы двигателя нагар может частично разрушаться, а его частицы попадают в картер двигателя, загрязняя масло. Наибольшее загрязняющее действие на масла оказывают осадки, содержащие воду, карбены, карбоиды, асфальтены и неорганические вещества. Образованию осадка способствует вода, попадающая в картер двигателя при плохой его вентиляции, понижении температуры масла и охлаждающей жидкости, так как в этих условиях ускоряется конденсация водяных паров как продукта сгорания топлива. Интенсивность образования осадка зависит от качества топлива и режимов работы двигателя, определяющих температуру и характер сгорания топлива. Для оценки количества загрязнений в виде нагара и осадков достаточно точных методов не существует. Коксуемость масла не позволяет судить о степени нагарообразования, так как этот процесс в лабораторных условиях идет иначе, чем в двигателе. Термоокислительная стабильность масел характеризует их склонность к лакообразованию, а кислотное число является обобщенным показателем и не характеризует структуру и строение продуктов кислого характера. Также недостаточно изучено влияние кислых продуктов на противоизносные свойства масел, особенно при граничном трении скольжения. Моторные методы испытания тоже не могут однозначно определить вероятность образования в масле того или иного количества загрязнений, так как условия работы двигателя на стенде отличаются от условий эксплуатации. Углеводородные загрязнения могут образовываться не только при использовании моторных масел в системе смазки двигателей, но и при соприкосновении их с нагретыми деталями, в результате чего происходит термическое разложение с образованием загрязнений. Склонность нефтяных масел к термическому разложению зависит от углеводородного состава. Более склонны к термическому разложению масла, в состав которых входят углеводороды, имеющие длинные молекулы разветвленного строения [2].