Помощь студентам в учебе
МЕТОД КОМПЛЕКСНОГО КОНТРОЛЯ ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В БРОНЕТЕХНИКЕ, ПРИ ИХ ОКИСЛЕНИИ И ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ
|
ВВЕДЕНИЕ 5
1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ЭКСПЛУАТА
ЦИОННЫХ СВОЙСТВ ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ 13
1.1 Краткие сведения о трансмиссиях, применяемых в бронетехнике 13
1.2 Основные требования и классификация трансмиссионных масел 14
1.3 Важнейшие эксплуатационные свойства трансмиссионных масел 17
1.4 Анализ эксплуатационных факторов, влияющих на надежность транс
миссий 21
1.5 Современные методы контроля эксплуатационных свойств трансмис-
миссионных масел 40
1.6 Анализ современных методов контроля термоокислительной стабиль
ности трансмиссионных масел 47
Выводы по первой главе 55
2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КОНТРОЛЯ МЕХАНИЗМА СТАРЕНИЯ
ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИ БРОНЕТЕХНИКИ 57
2.1 Выбор трансмиссионных масел для исследования 57
2.2 Основные требования и краткая характеристика средств контроля сос
тояния работающих и товарных масел 57
2.2.1 Основные требования к средствам контроля 57
2.2.2 Фотометрическое устройство 58
2.2.3 Малообъемный вискозиметр 60
2.2.4 Прибор для термостатирования смазочных масел 61
2.2.5 Трехшариковая машина трения 62
2.3 Методика контроля термоокислительной стабильности трансмиссионных масел 64
2.4 Методика контроля трансмиссионных масел, находящихся на длительном хранении 66
2.5 Методика контроля противоизносных свойств трансмиссионных ма
сел 69
2.6 Методика обработки экспериментальных данных 72
Выводы по второй главе 76
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ 78
3.1 Результаты испытания минерального трансмиссионного масла ТСзп-8 78
3.2 Результаты испытания минерального трансмиссионного масла МС-20 94
3.3 Результаты испытания минерального трансмиссионного масла МТ-8п .... 107
3.4 Анализ результатов контроля минеральных трансмиссионных масел 121
3.5 Результаты испытания трансмиссионных масел различной базовой
основы 130
3.6 Результаты испытания трансмиссионного масла МТ-8п, находящегося
в трансмиссиях при хранении бронетехники 147
Выводы по третьей главе 152
4 ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНТРОЛЮ СОСТОНИЯ
ТОВАРНЫХ И РАБОТАЮЩИХ ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ 156
4.1 Технология контроля состояния трансмиссионных масел парка
машин длительного и кратковременного хранения 156
4.1.1 Технология контроля состояния трансмиссионных масел по
составу продуктов старения 156
4.1.2 Технология контроля концентрации легких фракций и воды в
трансмиссионных маслах 157
4.1.3 Технология контроля концентрации продуктов износа в транс
миссионных маслах 159
4.1.4 Технология контроля потенциального ресурса товарных и оста
точного ресурса работающих трансмиссионных масел 160
4.1.5 Технология контроля сопротивляемости окислению товарных
трансмиссионных масел 165
4.1.6 Технология контроля температуры начала процессов окисления
и испарения трансмиссионных масел 167
4.1.7 Технология контроля состояния работающих трансмиссионных масел парка машин 167
4.2 Технология контроля сопротивляемости старению работающих
трансмиссионных масел 169
4.3 Технология контроля противоизносных свойств товарных и работа
ющих трансмиссионных масел 170
4.4 Рекомендации по выбору трансмиссионных масел для трансмиссий 177
4.5 Рекомендации по классификации трансмиссионных масел 179
4.6 Рекомендации по периодичности контроля состояния работающих
трансмиссионных масел 182
Выводы по четвертой главе 185
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 186
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 188
ПРИЛОЖЕНИЕ: Акты внедрения 204
1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ЭКСПЛУАТА
ЦИОННЫХ СВОЙСТВ ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ 13
1.1 Краткие сведения о трансмиссиях, применяемых в бронетехнике 13
1.2 Основные требования и классификация трансмиссионных масел 14
1.3 Важнейшие эксплуатационные свойства трансмиссионных масел 17
1.4 Анализ эксплуатационных факторов, влияющих на надежность транс
миссий 21
1.5 Современные методы контроля эксплуатационных свойств трансмис-
миссионных масел 40
1.6 Анализ современных методов контроля термоокислительной стабиль
ности трансмиссионных масел 47
Выводы по первой главе 55
2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КОНТРОЛЯ МЕХАНИЗМА СТАРЕНИЯ
ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИ БРОНЕТЕХНИКИ 57
2.1 Выбор трансмиссионных масел для исследования 57
2.2 Основные требования и краткая характеристика средств контроля сос
тояния работающих и товарных масел 57
2.2.1 Основные требования к средствам контроля 57
2.2.2 Фотометрическое устройство 58
2.2.3 Малообъемный вискозиметр 60
2.2.4 Прибор для термостатирования смазочных масел 61
2.2.5 Трехшариковая машина трения 62
2.3 Методика контроля термоокислительной стабильности трансмиссионных масел 64
2.4 Методика контроля трансмиссионных масел, находящихся на длительном хранении 66
2.5 Методика контроля противоизносных свойств трансмиссионных ма
сел 69
2.6 Методика обработки экспериментальных данных 72
Выводы по второй главе 76
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ 78
3.1 Результаты испытания минерального трансмиссионного масла ТСзп-8 78
3.2 Результаты испытания минерального трансмиссионного масла МС-20 94
3.3 Результаты испытания минерального трансмиссионного масла МТ-8п .... 107
3.4 Анализ результатов контроля минеральных трансмиссионных масел 121
3.5 Результаты испытания трансмиссионных масел различной базовой
основы 130
3.6 Результаты испытания трансмиссионного масла МТ-8п, находящегося
в трансмиссиях при хранении бронетехники 147
Выводы по третьей главе 152
4 ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНТРОЛЮ СОСТОНИЯ
ТОВАРНЫХ И РАБОТАЮЩИХ ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ 156
4.1 Технология контроля состояния трансмиссионных масел парка
машин длительного и кратковременного хранения 156
4.1.1 Технология контроля состояния трансмиссионных масел по
составу продуктов старения 156
4.1.2 Технология контроля концентрации легких фракций и воды в
трансмиссионных маслах 157
4.1.3 Технология контроля концентрации продуктов износа в транс
миссионных маслах 159
4.1.4 Технология контроля потенциального ресурса товарных и оста
точного ресурса работающих трансмиссионных масел 160
4.1.5 Технология контроля сопротивляемости окислению товарных
трансмиссионных масел 165
4.1.6 Технология контроля температуры начала процессов окисления
и испарения трансмиссионных масел 167
4.1.7 Технология контроля состояния работающих трансмиссионных масел парка машин 167
4.2 Технология контроля сопротивляемости старению работающих
трансмиссионных масел 169
4.3 Технология контроля противоизносных свойств товарных и работа
ющих трансмиссионных масел 170
4.4 Рекомендации по выбору трансмиссионных масел для трансмиссий 177
4.5 Рекомендации по классификации трансмиссионных масел 179
4.6 Рекомендации по периодичности контроля состояния работающих
трансмиссионных масел 182
Выводы по четвертой главе 185
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 186
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 188
ПРИЛОЖЕНИЕ: Акты внедрения 204
Надежность трансмиссий как триботехнических систем определяется прочностными характеристиками материалов, режимами смазки, качеством смазочного материала и режимами эксплуатации. Зависимость надежности триботехнических систем от качества смазочного материала, которое в процессе эксплуатации снижается из-за срабатывания противоизносных и противозадирных присадок, изучена недостаточно. Кроме того, долговечность трансмиссионного масла как элемента трибосистемы в разы уступает долговечности деталей агрегатов трансмиссии.
Проблема повышения эффективности использования трансмиссионных масел относится к одной из сложных научно-технических задач трибологии, материаловедения и химмотологии. Значительные трудности, возникающие при разра - ботке теории старения смазочных масел и определении предельного состояния, связаны с большим количеством факторов, влияющих на их состояние. Такие факторы, как режимы и условия эксплуатации, техническое состояние трансмиссий, процессы старения масел, объем заливаемого масла, применяемые конструкционные материалы достаточно изучены и в этой области разработано большое количество методов и средств контроля. Можно выделить два основных направления исследований в области определения предельного состояния трансмиссионных масел: лабораторные и эксплуатационные. При лабораторных исследованиях контролируются основные эксплуатационные показатели качества, к которым относятся антиокислительные, противоизносные, противозадирные, коррозионные, диспергирующие, антипенные и вязкостные свойства. На основе лабораторных исследований разрабатываются рекомендации, которые проверяются и корректируются в условиях эксплуатации. Неэффективность такой системы заключается в установлении ресурса трансмиссионных масел заводами- изготовителями и регламентации его в километрах пробега.
Такая система контроля состояния трансмиссионных масел в период эксплуатации техники не предусматривает применения диагностических средств контроля и поэтому наряду со своей простотой не обеспечивает эффективности использования масел и приводит к увеличению эксплуатационных затрат.
Неэффективность такой системы особенно проявляется в области эксплуатации бронетехники, которая используется периодически. При хранении такой техники процессы старения протекают с минимальной скоростью и не могут оцениваться пробегом. Кроме того, основные элементы трансмиссий работают в условиях граничной и эластогидродинамической смазки. Однако влияние продуктов старения на свойства этих слоев изучено недостаточно.
В этой связи разработка новых методов контроля состояния трансмиссионных масел в процессе периодического использования техники является актуальной задачей. Решение этой задачи должно быть комплексным, учитывающим изменение основных физико-химических показателей и влияния продуктов старения на противоизносные свойства трансмиссионных масел. Поэтому практическое и научное значение представляют исследования: механизма старения трансмиссионных масел в период эксплуатации; механизма окисления; влияния продуктов окисления и старения на противоизносные свойства масел и процессы, протекающие на фрикционном контакте при триботехнических испытаниях; изменения потенциального ресурса.
Степень разработанности темы
Для оценки влияния процессов старения трансмиссионных масел в парке бронетехники и исследования процессов окисления в товарных маслах различной базовой основы, а также влияния продуктов окисления и старения на проти - воизносные свойства окисленных и работающих масел применен комплекс средств контроля включающий: фотометрическое устройство для прямого фото- метрирования проб масел; прибор для термостатирования масел при статической температуре 150 °С и циклически изменяющейся в диапазоне температур от 120 до 150 С; малообъемный вискозиметр; центрифугу; электронные весы для оценки испаряемости масел и трехшариковую машину трения со схемой «шар — цилиндр». Применение данных средств контроля позволяет осуществлять текущий контроль за состоянием работающих масел, применяемых в агрегатах трансмиссий бронетехники и установить различия в их качестве.
Исследования проводились по следующим направлениям: изучение механизма окисления товарных масел различной базовой основы при статической и циклически изменяющейся температурах; оценка состояния работающих трансмиссионных масел парка машин; оценка влияния продуктов окисления и старения на противоизносные свойства масел и исследование процессов, протекающих на фрикционном контакте при граничной смазке.
Существенный вклад в изучение процессов окисления (старения) смазочных масел внесли: В.А. Михеев, А.Б. Виппер, К.И. Климов, М.А Григорьев, Л.А. Кондаков, С.Е. Крейн, А.В. Непогодьев, К.К. Папок, Н.И. Черножуков, Г.И. Шор и многие др. На основании анализа данных исследований в настоящей работе предложен фотометрический метод контроля термоокислительной стабильности товарных и работающих масел, на основании которого обоснован критерий тер - моокислительной стабильности, учитывающий количество поглощенной тепловой энергии продуктами окисления и испарения. Предложен альтернативный критерий, характеризующий сопротивление испытуемого масла окислению и испарению, а также коэффициент интенсивности процессов самоорганизации при термостатировании, определяемый отношением скорости окисления к скорости испарения. Применение метода циклического изменения температуры испытания позволило определить температуры начала процессов окисления и испарения.
Изучением триботехнических свойств смазочных масел занимались: И.В. Крагельский, А.С. Ахматов, О.Б. Айнбиндер, И.А. Буяновский, В.Г. Виноградов, С.В. Венцель, Г.И. Шор, В.П. Лашхи, Р.М. Матвеевский, Ю.А. Розенберг, В.Н. Лозовский и др. Их работы содержат фундаментальные основы молекулярномеханической теории трения. На основании данной теории в настоящей работе предложен эмпирический критерий противоизносных свойств трансмиссионных масел, зависимость которого от концентрации продуктов окисления (старения) носит линейный характер.
Существенный вклад в изучение процессов, протекающих на фрикционном Контакте, внесли Н.А. Буше, И.В. Крагельский, Н.М. Михин, А.Б. Виппер, И.С. Гершман, Д.Н. Гаркунов, Б.И. Костецкий, А.С. Кужуров и др. В этих работах рассмотрены вопросы формирования на поверхностях трения защитных граничных слоев. На основе анализа результатов исследований предложен электрометрический метод оценки интенсивности процессов, протекающих на фрикционном контакте, за счет пропускания постоянного тока (100 мкА) через пару трения от стабилизированного источника напряжения, что позволило определить электро - проводность фрикционного контакта, время его формирования и влияние продуктов окисления (старения) на эти показатели.
Актуальность диссертационной работы заключается в том, что предложенные средства контроля позволяют получить дополнительную информацию о качестве товарных трансмиссионных масел, обеспечивающую обоснованный их выбор для эксплуатационных испытаний, и организовать текущий контроль за работающими маслами в период эксплуатации трансмиссий. Кроме того, применение фотометрического метода контроля процессов окисления и старения трансмиссионных масел позволяет снизить его трудоемкость и расширить информацию о качестве масел, а применение триботехнических испытаний позволяет обосновать предельное состояние по параметрам износа и процессам, протекающим на фрикционном контакте.
Объектом исследования являются товарные и работающие трансмиссионные масла, используемые в бронетехнике.
Предмет исследования — метод контроля состояния трансмиссионных масел при статической и циклически изменяющейся температурах и триботехнических испытаниях.
Цель диссертационной работы: повысить эффективность использования товарных и работающих трансмиссионных масел, посредством контроля их состояниея оптическим, термическим и триботехническим методами испытания.
Задачи исследования:
1. Разработать комплексный метод контроля состояния товарных и работающих трансмиссионных масел с применением оптических, термических и три - ботехнических методов, расширяющий информацию об их состоянии.
2. Исследовать состояние работающих трансмиссионных масел, применяемых в трансмиссиях бронетехники с применением комплексной методики контроля и провести статистическую обработку экспериментальных данных.
3. Провести сравнительную оценку товарных трансмиссионных масел различной базовой основы, применяемых в трансмиссиях бронетехники, по параметрам термоокислительной стабильности и триботехническим характеристикам и обосновать критерии оценки.
4. Разработать практические рекомендации по контролю состояния товарных и работающих трансмиссионных масел с целью их выбора и установления сроков замены.
Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось с применением теории надежности, теории экспериментов, теории трения и износа, оптических, электрометрических, физических и триботехнических методов исследования.
При выполнении работы применялись стандартные и специально разработанные средства контроля, а для обработки экспериментальных результатов исследований использовались методы математической статистики и регрессионного анализа.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных автором, подтверждается теоретически и экспериментально, научные положения аргументированны, теоретические результаты работы получены с использованием положений оптики, триботехники, теплотехники и электротехники, выводы подтверждены экспериментальными исследованиями, сопоставимы с результатами других авторов и результатами математической обработки с использованием сертифицированных программ.
На защиту выносятся:
1. Комплексный метод контроля состояния товарных и работающих трансмиссионных масел, включающий определение показателей термоокислительной стабильности, противоизносных свойств и процессов, протекающих на фрикционном контакте.
2. Результаты анализа работающих трансмиссионных масел парка машин по концентрации продуктов старения, воды, противоизносным свойствам, интенсивности процессов, протекающих на фрикционном контакте, и кинематической вязкости.
3. Результаты исследования термоокислительной стабильности при статической и циклически изменяющейся температурах и противоизносных свойств товарных минеральных трансмиссионных масел, применяемых в бронетехнике , и альтернативных масел различной базовой основы, физическая модель процессов окисления и критерии оценки.
4. Результаты исследования процессов самоорганизации, протекающих в смазочном масле при термостатировании, и явление перераспределения избыточной тепловой энергии между продуктами окисления и испарения.
5. Практические рекомендации по технологиям контроля товарных и работающих трансмиссионных масел.
Научная новизна наиболее существенных результатов, полученных лично автором:
1. Разработан комплексный метод контроля, позволяющий оценить состояние товарных и работающих трансмиссионных масел, установить новые критерии оценки процессов, протекающих в масле при статических и циклически изменяющихся температурах и триботехнических испытаниях.
2. Установлены общие закономерности и регрессионные уравнения измене - ния оптических свойств товарных и работающих трансмиссионных масел при окислении, характеризующиеся образованием двух видов продуктов различной оптической плотности, вызывающих изгиб зависимостей коэффициента поглощения светового потока от времени окисления, описываемых кусочно-линейными уравнениями и явления перераспределения избыточной тепловой энергии между продуктами окисления и испарения, характеризующее процессы самоорганизации, протекающие в смазочном масле при окислении.
3. Предложены физическая модель процессов окисления трансмиссионных масел различной базовой основы, позволяющая обосновать альтернативный критерий термоокислительной стабильности, учитывающий сопротивляемость температурным воздействиям, функциональные зависимости и регрессионные уравнения изменения противоизносных свойств окисленных трансмиссионных масел от концентрации продуктов окисления, а также критерий противоизносных свойств, характеризующий условную концентрацию продуктов окисления на номинальной площади фрикционного контакта, позволяющий сравнивать различные масла.
4. Предложен электрометрический метод контроля процессов, протекающих на фрикционном контакте в условиях граничного трения, позволяющий определить продолжительность пластической, упругопластической и упругой деформаций, электропроводность граничного слоя и время формирования фрикционного контакта в зависимости от концентрации продуктов окисления (старения).
Практическая значимость работы. На базе теоретических и экспериментальных исследований разработаны практические рекомендации, включающие технологии контроля: состояния трансмиссионных масел по составу продуктов старения; концентрации легких фракций и воды; концентрации продуктов износа; потенциального ресурса товарных и остаточного ресурса работающих трансмиссионных масел; сопротивляемости окислению; температур начала процессов окисления и испарения; состояния работающих масел парка машин; сопротивляемости старению работающих масел; противоизносных свойств товарных и работающих масел; выбора трансмиссионных масел для трансмиссий, а также по классификации и периодичности контроля состояния работающих трансмиссионных масел.
Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы в учебном процессе Военно-инженерного института Сибирского федерального университета, на центральной базе резерва танков (войсковая часть № 54630) Министерства обороны Российской Федерации (пос. Козулька, Красноярский край).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на центральной базе резерва танков (пос. Козулька, Красноярский край, 2010-2014), научно-методических семинарах кафедры «Топливообеспечение и горючесмазочные материалы» (г. Красноярск, СФУ, 2008-2014), на первом международном научно-техническом конгрессе «Энергетика в глобальном мире» (Красноярск, 2010), на 10-й Международной конференции «Трибология и надежность» (Санкт- Петербург, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, включая 8 работ в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК, получено два патента РФ № 2453832, № 2485486.
Автор выражает признательность за помощь и поддержку научному руководителю доктору технических наук профессору Ю.Н. Безбородову, сотрудникам кафедры «Топливообеспечение и ГСМ» Института нефти и газа Сибирского федерального университета и кафедры «Физических методов и приборов контроля качества», Национального исследовательского Томского политехнического университета.
Проблема повышения эффективности использования трансмиссионных масел относится к одной из сложных научно-технических задач трибологии, материаловедения и химмотологии. Значительные трудности, возникающие при разра - ботке теории старения смазочных масел и определении предельного состояния, связаны с большим количеством факторов, влияющих на их состояние. Такие факторы, как режимы и условия эксплуатации, техническое состояние трансмиссий, процессы старения масел, объем заливаемого масла, применяемые конструкционные материалы достаточно изучены и в этой области разработано большое количество методов и средств контроля. Можно выделить два основных направления исследований в области определения предельного состояния трансмиссионных масел: лабораторные и эксплуатационные. При лабораторных исследованиях контролируются основные эксплуатационные показатели качества, к которым относятся антиокислительные, противоизносные, противозадирные, коррозионные, диспергирующие, антипенные и вязкостные свойства. На основе лабораторных исследований разрабатываются рекомендации, которые проверяются и корректируются в условиях эксплуатации. Неэффективность такой системы заключается в установлении ресурса трансмиссионных масел заводами- изготовителями и регламентации его в километрах пробега.
Такая система контроля состояния трансмиссионных масел в период эксплуатации техники не предусматривает применения диагностических средств контроля и поэтому наряду со своей простотой не обеспечивает эффективности использования масел и приводит к увеличению эксплуатационных затрат.
Неэффективность такой системы особенно проявляется в области эксплуатации бронетехники, которая используется периодически. При хранении такой техники процессы старения протекают с минимальной скоростью и не могут оцениваться пробегом. Кроме того, основные элементы трансмиссий работают в условиях граничной и эластогидродинамической смазки. Однако влияние продуктов старения на свойства этих слоев изучено недостаточно.
В этой связи разработка новых методов контроля состояния трансмиссионных масел в процессе периодического использования техники является актуальной задачей. Решение этой задачи должно быть комплексным, учитывающим изменение основных физико-химических показателей и влияния продуктов старения на противоизносные свойства трансмиссионных масел. Поэтому практическое и научное значение представляют исследования: механизма старения трансмиссионных масел в период эксплуатации; механизма окисления; влияния продуктов окисления и старения на противоизносные свойства масел и процессы, протекающие на фрикционном контакте при триботехнических испытаниях; изменения потенциального ресурса.
Степень разработанности темы
Для оценки влияния процессов старения трансмиссионных масел в парке бронетехники и исследования процессов окисления в товарных маслах различной базовой основы, а также влияния продуктов окисления и старения на проти - воизносные свойства окисленных и работающих масел применен комплекс средств контроля включающий: фотометрическое устройство для прямого фото- метрирования проб масел; прибор для термостатирования масел при статической температуре 150 °С и циклически изменяющейся в диапазоне температур от 120 до 150 С; малообъемный вискозиметр; центрифугу; электронные весы для оценки испаряемости масел и трехшариковую машину трения со схемой «шар — цилиндр». Применение данных средств контроля позволяет осуществлять текущий контроль за состоянием работающих масел, применяемых в агрегатах трансмиссий бронетехники и установить различия в их качестве.
Исследования проводились по следующим направлениям: изучение механизма окисления товарных масел различной базовой основы при статической и циклически изменяющейся температурах; оценка состояния работающих трансмиссионных масел парка машин; оценка влияния продуктов окисления и старения на противоизносные свойства масел и исследование процессов, протекающих на фрикционном контакте при граничной смазке.
Существенный вклад в изучение процессов окисления (старения) смазочных масел внесли: В.А. Михеев, А.Б. Виппер, К.И. Климов, М.А Григорьев, Л.А. Кондаков, С.Е. Крейн, А.В. Непогодьев, К.К. Папок, Н.И. Черножуков, Г.И. Шор и многие др. На основании анализа данных исследований в настоящей работе предложен фотометрический метод контроля термоокислительной стабильности товарных и работающих масел, на основании которого обоснован критерий тер - моокислительной стабильности, учитывающий количество поглощенной тепловой энергии продуктами окисления и испарения. Предложен альтернативный критерий, характеризующий сопротивление испытуемого масла окислению и испарению, а также коэффициент интенсивности процессов самоорганизации при термостатировании, определяемый отношением скорости окисления к скорости испарения. Применение метода циклического изменения температуры испытания позволило определить температуры начала процессов окисления и испарения.
Изучением триботехнических свойств смазочных масел занимались: И.В. Крагельский, А.С. Ахматов, О.Б. Айнбиндер, И.А. Буяновский, В.Г. Виноградов, С.В. Венцель, Г.И. Шор, В.П. Лашхи, Р.М. Матвеевский, Ю.А. Розенберг, В.Н. Лозовский и др. Их работы содержат фундаментальные основы молекулярномеханической теории трения. На основании данной теории в настоящей работе предложен эмпирический критерий противоизносных свойств трансмиссионных масел, зависимость которого от концентрации продуктов окисления (старения) носит линейный характер.
Существенный вклад в изучение процессов, протекающих на фрикционном Контакте, внесли Н.А. Буше, И.В. Крагельский, Н.М. Михин, А.Б. Виппер, И.С. Гершман, Д.Н. Гаркунов, Б.И. Костецкий, А.С. Кужуров и др. В этих работах рассмотрены вопросы формирования на поверхностях трения защитных граничных слоев. На основе анализа результатов исследований предложен электрометрический метод оценки интенсивности процессов, протекающих на фрикционном контакте, за счет пропускания постоянного тока (100 мкА) через пару трения от стабилизированного источника напряжения, что позволило определить электро - проводность фрикционного контакта, время его формирования и влияние продуктов окисления (старения) на эти показатели.
Актуальность диссертационной работы заключается в том, что предложенные средства контроля позволяют получить дополнительную информацию о качестве товарных трансмиссионных масел, обеспечивающую обоснованный их выбор для эксплуатационных испытаний, и организовать текущий контроль за работающими маслами в период эксплуатации трансмиссий. Кроме того, применение фотометрического метода контроля процессов окисления и старения трансмиссионных масел позволяет снизить его трудоемкость и расширить информацию о качестве масел, а применение триботехнических испытаний позволяет обосновать предельное состояние по параметрам износа и процессам, протекающим на фрикционном контакте.
Объектом исследования являются товарные и работающие трансмиссионные масла, используемые в бронетехнике.
Предмет исследования — метод контроля состояния трансмиссионных масел при статической и циклически изменяющейся температурах и триботехнических испытаниях.
Цель диссертационной работы: повысить эффективность использования товарных и работающих трансмиссионных масел, посредством контроля их состояниея оптическим, термическим и триботехническим методами испытания.
Задачи исследования:
1. Разработать комплексный метод контроля состояния товарных и работающих трансмиссионных масел с применением оптических, термических и три - ботехнических методов, расширяющий информацию об их состоянии.
2. Исследовать состояние работающих трансмиссионных масел, применяемых в трансмиссиях бронетехники с применением комплексной методики контроля и провести статистическую обработку экспериментальных данных.
3. Провести сравнительную оценку товарных трансмиссионных масел различной базовой основы, применяемых в трансмиссиях бронетехники, по параметрам термоокислительной стабильности и триботехническим характеристикам и обосновать критерии оценки.
4. Разработать практические рекомендации по контролю состояния товарных и работающих трансмиссионных масел с целью их выбора и установления сроков замены.
Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось с применением теории надежности, теории экспериментов, теории трения и износа, оптических, электрометрических, физических и триботехнических методов исследования.
При выполнении работы применялись стандартные и специально разработанные средства контроля, а для обработки экспериментальных результатов исследований использовались методы математической статистики и регрессионного анализа.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных автором, подтверждается теоретически и экспериментально, научные положения аргументированны, теоретические результаты работы получены с использованием положений оптики, триботехники, теплотехники и электротехники, выводы подтверждены экспериментальными исследованиями, сопоставимы с результатами других авторов и результатами математической обработки с использованием сертифицированных программ.
На защиту выносятся:
1. Комплексный метод контроля состояния товарных и работающих трансмиссионных масел, включающий определение показателей термоокислительной стабильности, противоизносных свойств и процессов, протекающих на фрикционном контакте.
2. Результаты анализа работающих трансмиссионных масел парка машин по концентрации продуктов старения, воды, противоизносным свойствам, интенсивности процессов, протекающих на фрикционном контакте, и кинематической вязкости.
3. Результаты исследования термоокислительной стабильности при статической и циклически изменяющейся температурах и противоизносных свойств товарных минеральных трансмиссионных масел, применяемых в бронетехнике , и альтернативных масел различной базовой основы, физическая модель процессов окисления и критерии оценки.
4. Результаты исследования процессов самоорганизации, протекающих в смазочном масле при термостатировании, и явление перераспределения избыточной тепловой энергии между продуктами окисления и испарения.
5. Практические рекомендации по технологиям контроля товарных и работающих трансмиссионных масел.
Научная новизна наиболее существенных результатов, полученных лично автором:
1. Разработан комплексный метод контроля, позволяющий оценить состояние товарных и работающих трансмиссионных масел, установить новые критерии оценки процессов, протекающих в масле при статических и циклически изменяющихся температурах и триботехнических испытаниях.
2. Установлены общие закономерности и регрессионные уравнения измене - ния оптических свойств товарных и работающих трансмиссионных масел при окислении, характеризующиеся образованием двух видов продуктов различной оптической плотности, вызывающих изгиб зависимостей коэффициента поглощения светового потока от времени окисления, описываемых кусочно-линейными уравнениями и явления перераспределения избыточной тепловой энергии между продуктами окисления и испарения, характеризующее процессы самоорганизации, протекающие в смазочном масле при окислении.
3. Предложены физическая модель процессов окисления трансмиссионных масел различной базовой основы, позволяющая обосновать альтернативный критерий термоокислительной стабильности, учитывающий сопротивляемость температурным воздействиям, функциональные зависимости и регрессионные уравнения изменения противоизносных свойств окисленных трансмиссионных масел от концентрации продуктов окисления, а также критерий противоизносных свойств, характеризующий условную концентрацию продуктов окисления на номинальной площади фрикционного контакта, позволяющий сравнивать различные масла.
4. Предложен электрометрический метод контроля процессов, протекающих на фрикционном контакте в условиях граничного трения, позволяющий определить продолжительность пластической, упругопластической и упругой деформаций, электропроводность граничного слоя и время формирования фрикционного контакта в зависимости от концентрации продуктов окисления (старения).
Практическая значимость работы. На базе теоретических и экспериментальных исследований разработаны практические рекомендации, включающие технологии контроля: состояния трансмиссионных масел по составу продуктов старения; концентрации легких фракций и воды; концентрации продуктов износа; потенциального ресурса товарных и остаточного ресурса работающих трансмиссионных масел; сопротивляемости окислению; температур начала процессов окисления и испарения; состояния работающих масел парка машин; сопротивляемости старению работающих масел; противоизносных свойств товарных и работающих масел; выбора трансмиссионных масел для трансмиссий, а также по классификации и периодичности контроля состояния работающих трансмиссионных масел.
Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы в учебном процессе Военно-инженерного института Сибирского федерального университета, на центральной базе резерва танков (войсковая часть № 54630) Министерства обороны Российской Федерации (пос. Козулька, Красноярский край).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на центральной базе резерва танков (пос. Козулька, Красноярский край, 2010-2014), научно-методических семинарах кафедры «Топливообеспечение и горючесмазочные материалы» (г. Красноярск, СФУ, 2008-2014), на первом международном научно-техническом конгрессе «Энергетика в глобальном мире» (Красноярск, 2010), на 10-й Международной конференции «Трибология и надежность» (Санкт- Петербург, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, включая 8 работ в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК, получено два патента РФ № 2453832, № 2485486.
Автор выражает признательность за помощь и поддержку научному руководителю доктору технических наук профессору Ю.Н. Безбородову, сотрудникам кафедры «Топливообеспечение и ГСМ» Института нефти и газа Сибирского федерального университета и кафедры «Физических методов и приборов контроля качества», Национального исследовательского Томского политехнического университета.
1. Разработан универсальный метод контроля состояния трансмиссионных масел различной базовой основы, включающий: прямое фотометрирование, центрифугирование, определение показателей термоокислительной стабильности, про- тивоизносных свойств и интенсивности процессов, протекающих при окислении и на поверхностях трения, позволяющий получить дополнительную информацию о состоянии товарных масел, обоснованного их выбора для трансмиссий и оценить текущее состояние рабочих.
2. Получены функциональные зависимости и регрессионные уравнения процессов окисления товарных трансмиссионных масел различной базовой основы при статической и циклически изменяющейся температурах, на основании которых установлено, что процессы окисления протекают последовательно с образованием первичных продуктов окисления, переходящих во вторичные с большей оптической плотностью, что вызывает явление перераспределения тепловой энергии между этими продуктами и испарением, оцениваемое коэффициентом интенсивности процессов самоорганизации. Циклическое изменение температуры испытания позволяет определить температуры начала процессов окисления и испарения, обосновать принадлежность масел к группам эксплуатационных свойств.
3. Предложен критерий термоокислительной стабильности, учитывающий оптические свойства и испаряемость масел при окислении, и альтернативный критерий, характеризующий сопротивляемость окислению и испарению, позволяющий определить температурную область работоспособности, и альтернативный критерий противоизносных свойств, учитывающий концентрацию продуктов окисления на номинальной площади фрикционного контакта и определяемый отношением коэффициента поглощения светового потока к площади контакта или среднеарифметическому значению диаметра пятна износа, позволяющий осуществлять обоснованный выбор масел в зависимости от степени нагруженности трансмиссий и совершенствовать систему классификации по группам эксплуатационных свойств.
4. Применение электрометрического метода контроля процессов, протекающих на фрикционном контакте, позволило обосновать целесообразность применения дополнительных показаний триботехнических характеристик масел, включающих: продолжительность пластических, упругопластических и упругих деформаций, электропроводность фрикционного контакта и время его формирования, коэффициент интенсивности механохимических процессов, позволяющих оценить влияние механической и химической составляющих на изнашивание.
6. Разработаны практические рекомендации, включающие технологию контроля: состояния трансмиссионных масел по составу продуктов окисления (старения); концентрации легких фракций и воды и продуктов износа; потенциального ресурса товарных и остаточного ресурса работающих масел; сопротивляемости окислению; температуры начала процессов окисления и испарения; состояния работающих масел парка машин; противоизносных свойств; рекомендации по выбору трансмиссионных масел; и их классификации; рекомендации по периодичности контроля состояния работающих трансмиссионных масел парка машин. Технологии и рекомендации апробированы на базе хранения танков (пос. Козулька, Красноярский край).
2. Получены функциональные зависимости и регрессионные уравнения процессов окисления товарных трансмиссионных масел различной базовой основы при статической и циклически изменяющейся температурах, на основании которых установлено, что процессы окисления протекают последовательно с образованием первичных продуктов окисления, переходящих во вторичные с большей оптической плотностью, что вызывает явление перераспределения тепловой энергии между этими продуктами и испарением, оцениваемое коэффициентом интенсивности процессов самоорганизации. Циклическое изменение температуры испытания позволяет определить температуры начала процессов окисления и испарения, обосновать принадлежность масел к группам эксплуатационных свойств.
3. Предложен критерий термоокислительной стабильности, учитывающий оптические свойства и испаряемость масел при окислении, и альтернативный критерий, характеризующий сопротивляемость окислению и испарению, позволяющий определить температурную область работоспособности, и альтернативный критерий противоизносных свойств, учитывающий концентрацию продуктов окисления на номинальной площади фрикционного контакта и определяемый отношением коэффициента поглощения светового потока к площади контакта или среднеарифметическому значению диаметра пятна износа, позволяющий осуществлять обоснованный выбор масел в зависимости от степени нагруженности трансмиссий и совершенствовать систему классификации по группам эксплуатационных свойств.
4. Применение электрометрического метода контроля процессов, протекающих на фрикционном контакте, позволило обосновать целесообразность применения дополнительных показаний триботехнических характеристик масел, включающих: продолжительность пластических, упругопластических и упругих деформаций, электропроводность фрикционного контакта и время его формирования, коэффициент интенсивности механохимических процессов, позволяющих оценить влияние механической и химической составляющих на изнашивание.
6. Разработаны практические рекомендации, включающие технологию контроля: состояния трансмиссионных масел по составу продуктов окисления (старения); концентрации легких фракций и воды и продуктов износа; потенциального ресурса товарных и остаточного ресурса работающих масел; сопротивляемости окислению; температуры начала процессов окисления и испарения; состояния работающих масел парка машин; противоизносных свойств; рекомендации по выбору трансмиссионных масел; и их классификации; рекомендации по периодичности контроля состояния работающих трансмиссионных масел парка машин. Технологии и рекомендации апробированы на базе хранения танков (пос. Козулька, Красноярский край).