НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

МАЗЕПА ВІТАЛІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 629.3.014:621.89.012

ОБҐРУНТУВАННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ВИМОГ ДО ПІДБОРУ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЇ МОТОРНИХ ОЛИВ ПО ТЕХНІЧНОМУ СТАНУ В ЗАСОБАХ ТРАНСПОРТУ

Спеціальність 05.22.20 – Експлуатація і ремонт засобів транспорту

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ – 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в науково – дослідному технологічному інституті Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка (НДТІ ХНТУСГ) Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник: | доктор технічних наук, професор Войтов Віктор Анатолійович, проректор з наукової роботи Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка Міністерства аграрної політики України, м. Харків.

Офіційні опоненти: | лауреат Державної премії України у галузі науки і техніки, доктор технічних наук, професор Тихонович Вадим Іванович, старший науковий співробітник Фізико – технологічного інституту металів і сплавів Національної академії наук України;

кандидат технічних наук, доцент Туз Микола Дмитрович, доцент кафедри “Конструкції літальних апаратів” Національного авіаційного університету Міністерства освіти і науки України, м. Київ.

Провідна установа: | Харківський університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба Міністерства оборони України, м. Харків.

Захист відбудеться “ 22 ” березня 2007 р. о 15 – 30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.062.03 при Національному авіаційному університеті за адресою: 03680, м. Київ, пр. Космонавта Комарова, 1 (1 – й навчальний корпус).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного авіаційного університету за адресою: 03680, м. Київ, пр. Космонавта Комарова, 1 (8 – й навчальний корпус).

Автореферат розісланий “ 14 ” лютого 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, професор О. І. Запорожець

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. У зв'язку з безперервним зростанням парку автомобілів в Україні, істотну роль відіграють питання раціонального підбору й застосування моторних олив у процесі експлуатації засобів транспорту.

Найбільш надійним до цього часу є метод встановлення терміну експлуатації моторної оливи шляхом стендових випробувань двигунів, що працюють з різними термінами її експлуатації.

Проте він занадто дорогий і дає інформацію лише для конкретної моделі двигуна. Важливо вчасно визначити термін експлуатації моторної оливи, проводячи її заміну на підставі граничних показників, досягши яких, моторна олива вважається непридатною для подальшого застосування й підлягає заміні.

Дослідження роботи присвячені розгляду основних питань впливу терміну експлуатації і марки моторної оливи на її експлуатаційні властивості, стосовно двигунів внутрішнього згоряння.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася відповідно до плану НДР Науково – дослідного технологічного інституту Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. П. Василенка у рамках держбюджетної теми на замовлення Мінагрополітики України (договір 22 – /2004) “Розробка дослідного зразка випробувального обладнання і рекомендацій по оцінці експлуатаційних властивостей усіх видів моторних олив з визначенням строків їх зміни” (№ ДР – U002780) згідно з Державною науково – технічною програмою 3.12. “Енерго – і ресурсозберігаючі технології в сільськогосподарському виробництві”.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є обґрунтування експлуатаційних вимог щодо підбору моторних олив до двигунів внутрішнього згоряння засобів транспорту, дослідити закономірності зміни експлуатаційних властивостей моторних олив у процесі експлуатації та розробити рекомендації щодо їх використання за технічним станом.

Відповідно до мети в роботі визначені такі завдання дослідження:

1. Розробка критеріального підходу за оцінкою умов роботи моторної оливи в двигуні внутрішнього згоряння транспортних засобів та обґрунтування експлуатаційних вимог щодо підбору моторних олив до двигунів транспортних засобів.

2. Розробка методики підбору моторної оливи до двигуна внутрішнього згоряння, з урахуванням його конструктивних і експлуатаційних особливостей, і визначення термінів їх експлуатації.

3. Дослідження закономірностей зміни експлуатаційних властивостей моторної оливи в процесі експлуатації транспортних засобів, з урахуванням конструктивних особливостей двигуна внутрішнього згоряння.

4. Розробка граничних показників роботи моторної оливи в двигуні внутрішнього згоряння транспортних засобів і рекомендації щодо їх експлуатації за технічним станом.

Об’єкт дослідження – двигун внутрішнього згоряння транспортних засобів – моторна олива.

Предмет дослідження – обґрунтування експлуатаційних вимог до підбору та експлуатації моторних олив за технічним станом у засобах транспорту.

Методи дослідження. Дослідження проводилися на основі критеріального підходу, системного аналізу, теорії подібності і моделювання. Лабораторні випробування фізико – хімічних і експлуатаційних властивостей моторної оливи як товарної, так і відпрацьованої, проводилися відповідно до методик випробувань моторних олив, поданих у ГОСТ та ДСТУ. Обробка отриманих результатів проводилася з використанням методів математичної статистики, з розрахунком критеріїв Кохрена і Фішера.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Використовуючи положення системного аналізу й основні теореми теорії подібності і моделювання, отримані і обґрунтовані три критерії подібності: критерій оцінки умов роботи моторної оливи в двигуні внутрішнього згоряння – ДВЗ, що враховує конструктивні й експлуатаційні особливості двигуна внутрішнього згоряння; критерій оцінки експлуатаційних властивостей моторних олив – ?м, що враховує фізико – хімічні й експлуатаційні властивості як товарних, так і моторних олив з різним часом експлуатації; критерій оцінки часу експлуатації моторної оливи в двигуні – ?t, що оцінює в комплексі процес зміни експлуатаційних властивостей у моторній оливі при її роботі в двигуні внутрішнього згоряння транспортних засобів.

Ці критерії обґрунтовані та отримані вперше.

2. Отримані критеріальні залежності ?м ??ДВЗ) як для бензинових, так і для дизельних двигунів транспортних засобів. Встановлено, що отримані залежності адекватно відображають усі складні процеси в системі “ДВЗ – моторна олива” і дозволяють розрахунковим шляхом здійснювати підбір моторної оливи для експлуатації двигуна, з урахуванням його літрової потужності, конструктивних особливостей, питомої витрати палива, максимальних обертів і об'єму оливи в системі змащення.

3. Отримані критеріальні залежності ?м ??t) як для бензинових, так і для дизельних двигунів. Експлуатаційними випробуваннями встановлено, що отримана залежність адекватно відображає процес зниження експлуатаційних властивостей моторної оливи (?м) із збільшенням часу експлуатації (?t) і дозволяє розрахунковим шляхом визначити час експлуатації або пробіг автомобіля, коли експлуатаційні властивості моторної оливи досягнуть граничного стану, з урахуванням вмісту сірки в паливі і доливання свіжої оливи на чад.

Практичне значення одержаних результатів.

1. Обґрунтовано і розроблено методичний підхід вибору моторної оливи для експлуатації змішаного парку двигунів в автопідприємствах, який складається з таких методик:

1.1. Методика підбору моторної оливи до двигуна внутрішнього згоряння. Економічно обґрунтовано, що при виборі моторної оливи необхідно орієнтуватися на більш вимогливі моделі двигунів, для менш вимогливих двигунів, терміни експлуатації вибраної оливи можна збільшити.

1.2. Методика визначення термінів експлуатації моторної оливи, яка дозволяє розрахунковим шляхом визначити час експлуатації моторної оливи, з урахуванням сірки в паливі і доливання свіжої оливи на чад.

2. Обґрунтовано граничні показники на моторну оливу. Встановлено, що максимально змінюються такі показники: протизносні і протизадирні властивості на 30 – ; схильність до окислення на 20 – ; лужне число на 30; в’язкість на 10Перераховані параметри необхідно контролювати в процесі експлуатації.

3. Застосування розроблених методик і граничних показників дозволить експлуатувати моторну оливу в автопідприємствах не за напрацюванням, а залежно від їх технічного стану, що принесе економічний ефект не менше 569 грн. на один двигун при напрацюванні 800 мотогодин.

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок здобувача полягає в отриманні таких наукових результатів: в отриманні критеріїв подібності для оцінки умов роботи моторної оливи в ДВЗ транспортних засобів, оцінки експлуатаційних властивостей моторної оливи і оцінки термінів її експлуатації; в отриманні критеріальних залежностей, які дозволяють проводити якісний і кількісний підбір моторної оливи до автотракторних двигунів і визначати терміни її експлуатації; в розробці методик щодо підбору моторної оливи до ДВЗ транспортних засобів і визначенню термінів її експлуатації; в проведенні лабораторних і експлуатаційних випробувань.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися і обговорювалися на конференціях: Міжнародній науково – технічній конференції “Наука і техніка” (Харків, 1999 р.); Міжнародній науково – практичній конференції “Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки” (Харків, 2001 р.); другій Міжнародній науково – практичній конференції “Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки” (Харків, 2003 р.); четвертій Міжнародній науково – практичній конференції “Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки” (Харків, 2005 р.).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи викладено у 6 статтях фахових видань.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота містить вступ, 5 розділів основної частини, загальні висновки, список використаної літератури з 231 найменування і 2 додатки. Дисертаційну роботу викладено на 144 сторінках, в тому числі 33 рисунки і 5 таблиць.

Загальний обсяг дисертаційної роботи складає 188 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, визначено об’єкт і предмет дослідження, сформульовано мету, завдання, наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, наведені основні наукові результати, що виносяться на захист.

У першому розділі розглядаються особливості застосування фізичного моделювання і теорії подібності при рішенні задач, пов’язаних з підбором та визначенням терміну експлуатації моторних олив у двигунах внутрішнього згоряння засобів транспорту. Наведено аналіз існуючих методик щодо підбору та визначенню термінів експлуатації моторних олив у двигунах внутрішнього згоряння. Огляд літературних джерел, присвячених цій проблемі, показав, що старіння моторних олив у процесі експлуатації в двигунах є складним багатофакторним процесом, моделювання якого можливо лише при застосуванні системного аналізу.

Були визначені фактори, що характеризують: конструктивні та експлуатаційні особливості двигунів внутрішнього згоряння; фізико – хімічні й експлуатаційні властивості моторних олив та зміну їх властивостей в процесі експлуатації моторних олив у двигунах транспортних засобів. Контроль цих факторів у процесі експлуатації, з метою не допустити досягнення ними граничних значень, дозволить забезпечити надійну експлуатацію транспортних засобів. Тому розробка та обґрунтування експлуатаційних вимог, за якими визначатимуть зміну експлуатаційних властивостей моторних олив в процесі експлуатації транспортних засобів, з урахуванням доливання олив (освіження олив), а також оцінка граничних показників для ухвалення рішення на зняття оливи з експлуатації або на її експлуатацію в беззмінному режимі, є актуальним завданням.

З аналізу літературних джерел, які наведено в першому розділі витікає, що у зв'язку із збільшенням на ринку України асортименту моторних олив, а також збільшення парку автомобілів імпортного виробництва, актуальним завданням є правильний підбір моторної оливи до конкретного двигуна, а також встановлення оптимальних термінів експлуатації цієї моторної оливи.

Як показує практика, вибір моторної оливи, перш за все, повинен визначатися її сумісністю з двигуном. Сумісність змащувального матеріалу як складового конструктивного елемента такої найскладнішої трибосистеми, як двигун внутрішнього згоряння, визначає надійність і довговічність його деталей.

На основі проведеного аналізу визначено мету й завдання дослідження.

У другому розділі обґрунтована і розроблена математична модель процесу системного підбору моторної оливи та визначення термінів її експлуатації у двигунах транспортних засобів за її технічним станом.

Модель може використовуватись як на стадії проектування, так і в процесі експлуатації засобів транспорту.

Модель створена у вигляді рекурсивного адаптивного скалярного фільтра Калмана, проте, вона є еволюційно – перспективною і може бути трансформованою до рекурсивного векторного фільтра.

Пристрій калманівської оцінки реалізує процес параметричного оцінювання, заснований на авторегресивній моделі процесу генерації сигналу.

Розроблена математична модель процесу системного підбору та визначення термінів експлуатації моторних олив забезпечує.

1. Розв’язання багатокритеріального завдання в умовах невизначеності та відмову від суб’єктивно – апріорного підходу при підборі та визначені термінів експлуатації моторних олив.

2. Об’єктивне врахування всіх діючих факторів й оптимізація процесу підбору і визначення термінів експлуатації моторних олив.

3. Компактність інженерної методики підбору та визначення термінів експлуатації моторних олив.

4. Зменшення часу й витрат при реалізації цієї інженерної методики на стадії експлуатації.

Загальний методологічний підхід до розробки концепції підбору моторних олив до ДВЗ транспортних засобів подано на рис. 1.

Проаналізовані нормативні документи за оцінкою фізико – хімічних і експлуатаційних властивостей моторних олив дозволяють розробити експлуатаційні вимоги щодо підбору моторних олив до двигунів внутрішнього згоряння і визначення терміну експлуатації моторних олив в процесі експлуа-тації транспортних засобів або експлуатацію моторних олив у беззмінному режимі.

Визначені технічні засоби вимірювань і випробувань, які дозволяють у повному обсязі визначати фізико – хімічні і експлуатаційні властивості як товарних моторних олив, так і моторних олив з різним часом напрацювання в двигунах транспортних засобів.

У третьому розділі були обґрунтовані експлуатаційні вимоги щодо підбору моторних олив до двигунів транспортних засобів та експлуатація моторних олив за технічним станом.

В основу методичного підходу для розвязання поставленого завдання покладено системний аналіз, де об’єктом дослідження були трибосистеми двигуна внутрішнього згоряння – моторна олива.

Аналіз літературних джерел у галузі експлуатації транспортних засобів дозволив визначити фактори, які в першу чергу впливають на надійність і довговічність двигунів транспортних засобів. До них належать:– 

літрова потужність двигуна, що характеризує наявність або відсутність турбонаддуву, Nл, Вт/м3 або в системі СІ – кг/м·с3;– 

сумарна площа циліндрів, що значно впливає на процес окислення оливи в двигуні через контакт тонкої масляної плівки з відпрацьованими газами, Fц, м2;– 

питома витрата палива, що характеризує вид виконуваної роботи (характер навантаження) і ступінь зносу двигуна, ge, кг/кВт·год або в системі СІ – с2/м2;– 

комплекс, що характеризує “оборотність” оливи в двигуні, який включає в себе максимальні оберти двигуна, n та об'єм оливи в системі змащення, Gм в системі СІ – /кг·с;– 

енергетичний інтегральний критерій оцінки трибологічної характеристики моторної оливи, який характеризує наявність в оливі антифрикційних проти-зносних і протизадирних присадок, Е, Дж/м3;– 

лужне число оливи, характеризує миюче – диспергіруючі властивості оливи, а також спроможність оливи нейтралізувати сірчані з’єднання, які утворюються в процесі згоряння палива, Щ, мг·КОН/г або в системі СІ – кг;– 

кінематична вязкість оливи, що характеризує витрати на тертя, ?, мм2/с або в системі СІ – м2/с;– 

схильність оливи до окислення, С, в системі СІ – кг/м3;– 

наявність сірки в паливі, S, в системі СІ – м3;– 

час роботи двигуна, t, в системі СІ – с;– 

об'єм доливання свіжої моторної оливи, Gд, в системі СІ – кг.

З перелічених факторів методом аналізу розмірностей були отримані три критерії подібності:

, (1)

, (2)

. (3)

Показники ступенів, що стоять при факторах, вказують на значимість факторів у даному процесі.

У ході практичної роботи був проведений аналіз технічної літератури у вигляді керівництв з експлуатації і оброблені дані більш ніж 100 двигунів транспортних засобів як вітчизняних, так і зарубіжних фірм –виробників. Метою аналізу стало отримання залежності м ?ДВЗ) для всіх типів двигунів внутрішнього згоряння транспортних засобів.

Отримані графічні залежності (рис. і рис. ) були апроксимовані за допомогою методу найменших квадратів у вигляді такої логарифмічної залежності.

Для дизельних двигунів:

?м ,4664505·10+23ln(?ДВЗ) ,5262·10+25. (4)

Для бензинових двигунів:

?м ,25013·10+23ln(?ДВЗ) ,568·10+24. (5)

Адекватність отриманих математичних моделей була оцінена за критерієм Фішера, з достовірною вірогідністю 0,95 і розрахунком коефіцієнта кореляції між критеріями ?м і ?ДВЗ, що дорівнює 0,93 – ,94.

Залежності (4) і (5) дозволяють розрахунковим шляхом здійснювати підбір моторної оливи до двигуна. Для цього необхідно за формулою (1) розрахувати значення ?ДВЗ і підставити його в залежність (4) або (5). За отриманим значенням ?м можна підібрати групу експлуатації за API, використовуючи графічні залежності, рис. 2 і 3.

На підставі отриманих залежностей була розроблена методика підбору моторних олив до двигуна внутрішнього згоряння транспортних засобів.

У четвертому розділі визначено перелік параметрів, які визначаються у олив з різним часом експлуатації в двигунах транспортних засобів. Проте, визначивши густину, наявність води, механічних домішок, в'язкість і температуру спалаху, ми одержуємо тільки попередню інформацію, пов'язану із ступенем забруднення моторної оливи. При цьому не одержуємо інформації про наявність присадок у моторних оливах. Величина вмісту присадок у моторних оливах, дозволить обґрунтовано встановлювати терміни заміни олив у процесі експлуатації автомобільної, тракторної, дорожньої техніки і інших типів машин або експлуатувати їх у беззмінному режимі.

Методичний підхід для визначення характеристичних параметрів у процесі експлуатації транспортних засобів. Мета розроблюваної методики – визначити закономірності (збільшення, зменшення) характеристичних параметрів моторної оливи залежно від часу експлуатації в двигуні внутрішнього згоряння транспортних засобів.

На СТО і в автопідприємствах, в процесі експлуатації автомобільної техніки, відбиралися проби моторної оливи спочатку через 100 мотогодин, а потім через кожні 50 мотогодин, через трубку установки масляного щупа. Олива відбиралась вакуумним насосом на гарячому, щойно вимкненому двигуні. Порядок відбору проб проводився згідно з методикою, поданою в ГОСТ  – .

Визначення вибраних параметрів проводилося, відповідно до нормативних документів і технічних засобів.

Викладена послідовність виконуваних робіт є методикою за оцінкою характеристичних параметрів моторних олив в процесі їх експлуатації. Методика дозволить встановити закономірності зміни параметрів моторної оливи за часом, від її експлуатації в двигуні внутрішнього згоряння транспортних засобів, що дозволить визначати терміни експлуатації моторних олив, або їх експлуатацію в беззмінному режимі.

Якщо значення характеристичних параметрів досягають величин граничних показників, то моторна олива потрапляє в категорію відпрацьованих олив. Оливи необхідно знімати з експлуатації при досягненні граничних значень показників як за всіма параметрами, так і за одним з перерахованих.

Дослідження проводилися як на бензинових, так і на дизельних двигунах внутрішнього згоряння транспортних засобів. Був проведений розрахунок параметрів, що характеризують конструктивні й експлуатаційні характеристики двигунів транспортних засобів.

Першим етапом випробувань було проведення лабораторних досліджень параметрів, що характеризують фізико – хімічні й експлуатаційні властивості моторних олив як товарних, так і з різним часом експлуатації в двигуні, в мотогодинах.

Отримані параметри підставлялися у формулу (2), за якою розраховувалося значення м як товарних, так і олив з різним часом експлуатації в двигуні: 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 мотогодин.

Отримані значення критерію м для 11 типів моторних олив. Дані показують характер зміни критерію оцінки експлуатаційних властивостей олив м залежно від ступеня напрацювання в двигунах транспортних засобів. Максимальне значення критерію м відповідає початковим властивостям моторної оливи. Із збільшенням часу експлуатації оливи в двигуні значення критерію м зменшується, що пояснюється зниженням кількості присадок в моторних оливах в 2 – разів.

Другим етапом випробувань було визначення залежності зміни критерію оцінки часу експлуатації моторної оливи в двигуні t в процесі експлуатації транспортних засобів. У випробуваннях брали участь 43 дизельні двигуни і 21 бензиновий двигун.

Перед початком випробувань визначався вміст сірки в паливі, а в процесі випробувань – доливання моторної оливи на чад і пробіг (час напрацювання) транспортного засобу.

Отримані дані підставляли у формулу (3) і розраховували критерій t.

За отриманими даними були побудовані залежності зміни експлуатаційних властивостей моторних олив від їх напрацювання в процесі експлуатації як в бензинових, так і в дизельних двигунах внутрішнього згоряння транспортних засобів, тобто критеріальні залежності м ?t), що подано на рис. 4 і 5.

Отримані експериментальні критеріальні залежності рис. 4 і 5 були апроксимовані за допомогою методу найменших квадратів наступною математичною залежністю. Адекватність залежностей оцінювали за критерієм Фішера.

Для дизельних двигунів, які повинні експлуатуватися на оливах групи CC і CD, тобто двигуни без наддуву:

, (6)

на оливах груп CE, CF – , CF, CG – и CH – , тобто для наддувних та високонаддувних дизелів:

. (7)

Для бензинових двигунів, що повинні експлуатуватися на оливах групи SE, залежність має вигляд:

, (8)

на оливах груп SF, SG, SH, SJ:

, (9)

де: ?м – значення критерію, що відповідає початковим експлуатаційним властивостям моторної оливи.

Розрахунок коефіцієнтів кореляції підтвердив наявність доброго зв'язку між ?м і ?t на рівні R ,9 – ,93.

Отриману математичну залежність ?м ??t) логарифмуємо, підставляємо розгорнені вирази формул (3) для ?t і (2) для ?м та отримаємо вираз для розрахунку часу експлуатації моторної оливи в секундах:

. (10)

де: Е0, Щ0, ?0, С0 – початкові показники товарних моторних олив, що визначаються лабораторним шляхом;

Егр, Щгр, ?гр, Сгр – граничні значення показників моторних олив;

а – значення показника ступеня в залежностях 6 –  для різних груп експлуатації моторних олив за класифікацією API.

Однак, для того щоб користуватися отриманою залежністю необхідно розробити граничні показники експлуатації моторних олив, при досягненні яких моторну оливу необхідно зняти з експлуатації.

Аналіз літературних джерел, а також аналіз технічної літератури (керівництво з експлуатації на конкретний двигун, де вказано час експлуатації двигуна до заміни олив), дозволив обґрунтувати і розробити граничні значення показники на моторні оливи.

З аналізу інструкцій з експлуатації, де вказані терміни зміни моторних олив витікає наступне:– 

для олив груп SE, CC, CD — пробіг до заміни складає 5  –  км;– 

для олив груп SF, SG, СЕ, CF – , CF – пробіг до заміни складає 10 км;– 

для олив груп SH, SJ, CG – , CH –  – пробіг до заміни складає 15 км.

Було проаналізовано 11 типів моторних олив різних груп експлуатації за API і 64 типи двигунів транспортних засобів, з яких були узяті проби олив після їх зливу для заміни. Пробіг до зливу відповідав пробігу, вказаному в керівництві з експлуатації на даний двигун. Група моторної оливи за API, також відповідала вимогам керівництва з експлуатації.

Проби відпрацьованих моторних олив були проаналізовані в лабораторії за характеристичними показниками.

Для кожного показника був оцінений відсоток зниження або збільшення показника. Отримані дані можна подати таблично, таблиця 1.

Як витікає з таблиці, максимальну зміну значень мають такі показники: наявність протизадирних і протизносних присадок –  – ; схильність до окислення –  –  %; лужне число – ; в'язкість – 

На підставі поданої таблиці 1 можна розрахувати граничне значення критерію ?м гр, формула (2), досягши якого, оливу необхідно зняти з експлуатації.

Таблиця 1

Значення фізико – хімічних показників відпрацьованих олив

Показники | Оливи SE, CC, CD | Оливи SF, SG, CE, CF – 4, CF | Оливи SH, SJ, CG – 4, CH – 4

В'язкість при 100 ?С, мм2/с, % | збільшення –  | збільшення –  | збільшення – 

зниження –  | зниження –  | зниження – 

Температура спалаху, % | зниження –  | зниження –  | зниження – 

Вміст води, % мас | 0,3 | 0,5 | 0,4

Вміст механічних домішок, % мас | збільшення – ,5 | збільшення – ,5 | збільшення – ,3

Лужне число, мг·КОН/г, % | зниження –  | зниження –  | зниження – 

Схильність до окислення, % | збільшення –  | збільшення –  | збільшення – 

Наявність протизносних присадок | зниження –  | зниження –  | зниження – 

Наявність протизадирних присадок | зниження –  | зниження –  | зниження – 

Результати розрахунку граничних значень критерію ?м гр можна подати таблично, таблиця 2.

Таблиця 2

Граничні значення критерію ?м гр

Група експлуатації олив за API | CC | CD | SE | SF | SH | CE | CF–4 | SG | CF | SJ | CG–4 | CH–4

Критерій ?м пред·10+21 | 2,91 | 18,54 | 21,56 | 46,96 | 107,21 | 46,69 | 88,22 | 88,22 | 199,5 | 131,96 | 206,54 | 319,11

Дані числові значення, отримані експериментальним шляхом, оцінюють експлуатаційні властивості моторних олив після пробігу, який вказаний у керівництві з експлуатації на конкретний двигун транспортного засобу, з урахуванням групи експлуатації оливи, яке рекомендується цим же документом.

У п'ятому розділі були проведені експлуатаційні випробування і оцінка достовірності отриманих залежностей.

Експлуатаційні випробування проводилися на двигунах ЯМЗ – , кількість яких складала 20 од., ЯМЗ –  Н, кількість яких складала 15 од. і КамАЗ – , кількість яких складала 25 од.

Після напрацювання 800 мотогодин злив відпрацьованої оливи з двигуна і порядок відбору проб визначався згідно з ГОСТ26378.0 – , з проби, об'ємом 1000 см3, в лабораторних умовах видаляли воду, паливо і механічні домішки з контролем якості очищення. Потім визначали відсоток спрацьовування лужної, в’язкістної, антиокислювальної, протизносної і протизадирної присадок.

Усі типи двигунів транспортних засобів при виконанні тих або інших видів робіт були заправлені моторною оливою Леол – Премиум CF – /SG (допуск МВ .1), показники якої були визначені в лабораторії.

Дані показники дозволили розрахувати критерій ?М0 (формула 2).

Була проведена оцінка правильності вибору моторної оливи Леол – Премиум CF – 4/SG для експлуатації автомобілів з двигунами ЯМЗ – , ЯМЗ –  Н та КамАЗ – .

Із залежностей виходить, що допустима група експлуатації знаходиться в межах СС і CD для всіх трьох типів двигунів транспортних засобів. Група експлуатації CF – перевищує вимоги на перераховані двигуни транспортних засобів, що призведе до збільшення часу експлуатації моторної оливи.

Отже, експлуатація вказаних двигунів на моторній оливі CF – /SG перевищує необхідні значення для двигунів ЯМЗ – у 25 разів; для двигунів КамАЗ –  – у 6,9 раза; для двигунів ЯМЗ –  Н – у 5 разів. Такий запас щодо експлуатаційних властивостей забезпечить можливість збільшення часу експлуатації моторної оливи.

Аналіз отриманих результатів і зміни характеристичних параметрів показав:

1. Збільшення в моторній оливі механічних домішок і води зростає до 200 мотогодин, а потім стабілізується. Стабілізація пояснюється певним рівнем ефективної роботи штатної системи очищення оливи. При цьому наявність механічних домішок не перевищує 2а наявність води 0,35що є допустимим. Ці параметри не можуть виступати в якості граничних показників, навіть при напрацюванні 800 мотогодин.

2. Попадання в моторну оливу незгорілого палива проявляється на зміні в'язкості і температурі спалаху. Проте дані параметри стабілізуються при експлуатації 200 мотогодин. При цьому в'язкість знижується на 6а температура спалаху на 8,5тобто на 3,7 °С. Хорошу стабілізацію параметрів можна пояснити тим, що випробування проводилися в літню пору року, коли процеси випаровування палива підвищені. Такий параметр, як температура спалаху, також не може виступати в якості граничного, тому що при напрацюванні 800 мотогодин і більше, їх значення знаходитимуться в межах норми.

3. Зміна вмісту лужної присадки відбувається за монотонною, лінійною залежністю. Після 200 мотогодин експлуатації в двигуні зниження лужного числа відбувається на 15а після 800 мотогодин, до 25З отриманих даних виходить, що після 800 мотогодин зниження лужного числа відбувається до 9 мг·КОН/г.

4. Схильність оливи до окислення зростає більш полого. Її збільшення при експлуатації 200 мотогодин складає 13а при експлуатації 800 мотогодин – що є цілком допустимим.

5. Спрацьовування протизносних присадок в оливі, показник зносу і кри-тичне навантаження носить немонотонний характер. При експлуатації 200 мотогодин зниження властивостей відбувається на 10 – а при 800 мотогодин, на 20 – що не є граничним показником. Протизадирні присадки спрацьовуються більш повільно і при експлуатації 800 мотогодин знижують свої властивості не більш, ніж на 15що не є граничним показником.

Аналізуючи вищевикладене, можна зробити висновок, що час експлуатації моторної оливи, для даних типів двигунів транспортних засобів необхідно встановлювати за двома параметрами:

1. Зниженням лужного числа.

2. Зниженням протизносних властивостей оливи.

Розрахувавши, формула (3), відповідні значення критерію часу (?t), який враховує всі чинники, що впливають на зміну експлуатаційних властивостей моторних олив, а саме: час експлуатації, якість палива, доливання моторної оливи, ступінь форсування двигуна транспортного засобу і початкова якість моторної оливи, побудуємо залежність зміни експлуатаційних властивостей моторної оливи від часу експлуатації в двигунах транспортних засобів, рис. .

Як випливає з графічної залежності 6 фізико – хімічні властивості моторної оливи Леол – Премиум CF – 4/SG з напрацюванням 800 мотогодин за своїми експлуатаційними властивостями перевищує вимоги, що висуваються до товарних моторних олив для таких двигунів. Отже, час експлуатації моторної оливи Леол – Премиум CF – 4/SG для вказаних двигунів транспортних засобів можна збільшувати в 2 і більше рази, що узгоджується з розрахунками.

Проводився теоретичний розрахунок (часу експлуатації в мотогодинах) для моторної оливи “Леол – Премиум” CF – 4/SG у двигуні КамАЗ – , з тією умовою, що час експлуатації складе 800 мотогодин, як в експерименті.

Виходячи з отриманого результату, можна зробити висновок, що теоретичний розрахунок показав значення 860 мотогодин, а експеримент –  мотогодин, що складає похибку 6,98 %.

Була проведена економічна оцінка доцільності експлуатації моторних олив у двигунах транспортних засобів за технічним станом, на прикладі двигуна КамАЗ – .

Економія на один двигун з урахуванням пробігу 46  км складає 569,83 грн.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Поставлені в дисертаційній роботі задачі розв’язані, а мета роботи досягнута.

1. Розроблено критеріальний підхід щодо оцінки умов роботи моторної оливи в ДВЗ транспортних засобів та обґрунтовані експлуатаційні вимоги щодо підбору моторних олив до двигунів транспортних засобів.

2. Розроблені методики підбору моторної оливи до двигуна внутрішнього згоряння, з урахуванням його конструктивних і експлуатаційних особливостей та визначені терміни їх експлуатації.

3. Досліджені закономірності зміни експлуатаційних властивостей моторних олив в процесі експлуатації транспортних засобів залежно від конструктивних особливостей двигуна внутрішнього згоряння.

4. Розроблені граничні показники роботи моторної оливи в двигуні внутрішнього згоряння транспортних засобів та рекомендації по їх експлуатації за технічним станом.

Проведені експлуатаційні випробування двигунів транспортних засобів з лабораторним аналізом моторних олив. Розрахункові значення пробігу і отримані значення згідно експерименту складають похибку 6,98Це говорить про те, що отримані математичні залежності для підбору олив, а також залежності для визначення часу експлуатації моторних олив за їх технічним станом є достовірними і можуть застосовуватися в практичній діяльності фахівців з експлуатації засобів транспорту.

Обґрунтовано підхід щодо підбору моторних олив для експлуатації в змішаних парках транспортних засобів. Встановлено, що при переході парку транспортних засобів на єдину моторну оливу необхідно орієнтуватися на найвимогливіші двигуни (двигуни з турбонаддувом). Для менш вимогливих двигунів час експлуатації моторної оливи можна збільшити, що принесе економічний ефект 569,83 грн. на один двигун за період експлуатації 1917 мотогодин, що відповідає 47  км.

ОСНОВНІ МАТЕРІАЛИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

1. Войтов В. А., Мазепа В. А., Левченко А. В. Критериальный подход для выбора моторных масел к автотракторным ДВС. Повышение надежности вос-станавливаемых деталей машин: Сб. науч. тр. ХГТУСХ. – Харьков, вып. , 2001. – с.  – .

2. Войтов В.А., Мазепа В.А. Критериальный подход для оценки служебных свойств моторных масел в процессе эксплуатации ДВС. Вестник НТУ “ХПИ”. Сб. науч. тр. Тематический выпуск “Автомобиле – и тракторостроение”. – Харьков: НТУ “ХПИ”. – . – № , Т. . – с.  – .

3. Войтов В.А., Мазепа В.А. Критериальный подход для оценки снижения служебных свойств моторных масел в процессе эксплуатации и определение сроков их смены. Повышение надежности восстанавливаемых деталей машин: Сб. науч. тр. ХГТУСХ. – Харьков, вып. , .– с.  – .

4. Войтов В.А., Мазепа В.А. Обзор исследований по подбору моторных масел к ДВС и системный подход при его решении. Технический сервис АПК, техника и технологии в сельскохозяйственном машиностроении: Сб. науч. тр. ХНТУСХ. – Харьков, вып. , , – с.  – .

5. Войтов В.А., Мазепа В.А. Разработка и обоснование браковочных показателей моторных масел в процессе эксплуатации ДВС. Проблеми трибології. – . № . – с.  – .

6. Войтов В.А., Мазепа В.А. Системный подход для эксплуатации моторных масел по техническому состоянию. Проблеми трибології. – . № . – с. 108 – .

АНОТАЦІЯ

Мазепа В.О. Обґрунтування експлуатаційних вимог до підбору та експлуатації моторних олив по технічному стану в засобах транспорту. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.20 – Експлуатація і ремонт засобів транспорту. Національний авіаційний університет, Київ, 2007 р.

Розроблено методику підбору моторних олив до ДВЗ, до складу якої входить попередня оцінка конструктивних та експлуатаційних характеристик двигуна, а також попередні властивості моторних олив за допомогою критеріїв подібності.

Запропоновано нові критеріальні комплекси: критерій оцінки умов роботи моторної оливи в ДВЗ – ?ДВЗ, що характеризує конструктивні й експлуатаційні характеристики, ступінь зносу двигуна та рід виконуваної роботи; критерій оцінки експлуатаційних властивостей моторних олив – ?м, що характеризує початкові властивості моторних олив і їх зміну в процесі експлуатації засобів транспорту; критерій оцінки часу напрацювання моторної оливи в двигуні – ?t, що дозволяє визначати терміни експлуатації моторних олив за фактичним станом, з урахуванням конструктивних і експлуатаційних особливостей ДВЗ.

Розроблено методику експлуатації моторних олив за технічним станом, що дозволяє розрахунковим шляхом визначати час експлуатації моторних олив, з урахуванням конструктивних особливостей двигунів транспортних засобів, вмісту сірки в паливі, доливання оливи на чад та початкових властивостей моторних олив.

Ключові слова: моторна олива, експлуатаційні властивості, критеріальні комплекси, ДВЗ, засоби транспорту, фізичне моделювання, підбір моторних олив.

THE ABSTRACT

Маzеpа V.А. Substantiation of the operational requirements to selection and operation of motor oils on a technical condition in means of transport. –

The dissertation for competition of a scientific degree of the Candidate of Technical Science in a specialty 05.22.20 –and repair of means of transport. National University of Aviation, Kiev, 2007.

There has been developed a method of the selection of motor oils for the EIC is developed which includes a tentative estimation of the constructive and operational characteristics of the engine, and also initial properties of motor oils with the help of criteria of similarity.

There has been offered a new criterion complexes: criterion of an estimation of conditions of work of motor oil in EIC – ?EIC, which characterizes the constructive and operational characteristics, degree of deterioration of the engine and sort of carried out work; criterion of an estimation of operational properties of motor oils – ?М, which characterizes initial properties of motor oils and their change while in service of means of transport; criterion of an estimation of time of an operating time of motor oil in the engine – ?t, which allows to define terms of operation of motor oils on their actual condition, in view of constructive and operational features EIC.

There has been developed a method of the operation of motor oils on their technical condition is developed which allows by a settlement way to define time of operation of motor oils, in view of design features of engines of vehicles, contents of sulfur in fuel, pour of oil on an intoxication and initial properties of motor oils.

Key words: motor oil, operational properties, criterion complexes, EIC, means of transport, physical modeling, selection of motor oils.

АННОТАЦИЯ

Мазепа В.А. Обоснование эксплуатационных требований к подбору и эксплуатации моторных масел по техническому состоянию в средствах транспорта. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 – Эксплуатация и ремонт средств транспорта. Национальный авиационный университет, Киев, 2007 г.

Диссертация направлена на решение проблемы сокращения времени и стоимости эксплуатационных испытаний, необходимых при подборе моторных масел к двигателям внутреннего сгорания, на исследование процессов изменения физико– химических и эксплуатационных свойств (процесс старения) моторных масел в процессе их эксплуатации в двигателях транспортных средств, а также на рациональное использование горюче – смазочных материалов, вследствие эксплуатации моторных масел не по наработке, а по их техническому состоянию.

Как показывает практика, подбор моторного масла должен осуществляться с учетом его совместимости с материалами узлов трения, т.е. должны учитываться физико– химические и эксплуатационные свойства моторных масел.

Обзор литературных источников, посвященных данной проблеме, позволил установить, что процессы изменения физико  химических и эксплуатационных свойств моторных масел в двигателе, т. е. процессы его старения являются многофакторными процессами, установление зависимостей между которыми является сложной многофакторной задачей. При решении таких задач нами были применены основные теоремы теории подобия и моделирования.

На основании второй теоремы теории подобия и моделирования (? – теоремы) методом анализа размерностей были получены новые критериальные комплексы: критерий оценки условий работы моторного масла в ДВС – ?ДВС, который характеризует конструктивные и эксплуатационные характеристики, степень износа двигателя и род выполняемой работы; критерий оценки эксплуатационных свойств моторных масел – ?М, который характеризует начальные свойства моторных масел и их изменение в процессе эксплуатации транспортных средств; критерий оценки времени наработки моторного масла в двигателе – ?t, который позволяет определять сроки эксплуатации моторных масел по их фактическому состоянию, с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей ДВС.

Разработана методика подбора моторных масел к ДВС, которая включает в себя предварительную оценку конструктивных и эксплуатационных характеристик двигателя, а также начальных свойств моторных масел с помощью критериев подобия.

Разработаны и обоснованы предельные значения эксплуатационных показателей моторных масел, использование которых позволило разработать методику эксплуатации моторных масел по их техническому состоянию, которая позволяет расчетным путем определять время эксплуатации моторных масел, с учетом конструктивных особенностей двигателей транспортных средств, содержания серы в топливе, долива масла на угар и начальных свойств моторных масел.

Применение разработанных методик и предельных показателей позволит эксплуатировать моторные масла не по наработке, а по их фактическому состоянию, что приведет к значительному экономическому эффекту.

Ключевые слова: моторное масло, эксплуатационные свойства, крите-риальные комплексы, ДВС, средства транспорта, физическое моделирование, подбор моторных масел.