Технические
науки/4. Транспорт
К.т.н., доцент
Королев А.Е.
Государственный аграрный университет Северного
Зауралья
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ МОТОРНОГО МАСЛА
Моторное масло
является носителем информации о термодинамических, химических и трибологических
процессах, происходящих в двигателе [1]. Изменение физико-химических
показателей по сравнению с исходными может быть вызвано как обычным процессом
старения масла, так и техническим состоянием двигателя [2]. Старение масла
происходит в результате окисления его углеводородной основы, срабатывания
присадок, накопления продуктов неполного сгорания топлива, частиц износа
деталей, пыли и воды [3]. Интенсивность и характер старения зависят от уровня
форсирования двигателя и температурной напряженности деталей цилиндропоршневой
группы, содержания серы в топливе, качества применяемого масла, изменения
рабочих процессов двигателя. Диагностирование двигателей по параметрам
работавших масел обладает высокой информативностью и оперативностью, малой
трудоемкостью. Применение масел, не отвечающих требованиям технической эксплуатации,
снижает надежность техники. В то же время использование масел с большим
запасом качества приводит к нерациональным расходам, т.к. даже незначительные неточности
в определении оптимальных значений показателей качества могут повлечь за собой
большие убытки.Моторные
масла в процессе эксплуатации существенно отличаются своими свойствами, поэтому
целесообразно ряд ихпоказателей объединить в один комплексный показатель качества,
учитывающий их взаимосвязь и характер изменения.
Для комплексной оценки
качества масла предлагается использовать показатель следующего вида:
По =
где
Единичный показатель
определяется в безразмерном виде и возводится в квадрат для нивелировки знаков:
Пi =
где
Нормированный вес
показателя равен:
Ai=
где ai - коэффициент значимости i-го показателя.
В общем случае между
выходными параметрами существует нелинейная связь и, следовательно, изменение
одного параметра повлечет изменение остальных пропорционально степени их
взаимосвязи. Определение нормированного веса единичных показателей можно
представить в следующем виде: имеется объект с набором параметров yu1, yu2,…, yui, yun, при изменении yu1 на ∆y1 получаем новый набор
параметров. Эти изменения находятся из корреляционных уравнений. Тогда, взяв
производную выражения (1) и учитывая (2) определяем, как должны соотноситься
весовые коэффициенты A1 и Ai, т.е. в какой степени изменение
одного параметра может быть скомпенсировано другим:
Ai = A1∙
С учетом того, что Ai =
ai =
Возьмем a1 = 1, а значимость каждого
показателя принимаем относительно первого, тогда
ai =
Таким образом, порядок
определения нормированного веса единичных свойств масла следующий: из
корреляционных уравнений находится ∆yi, по формуле (6)
рассчитывают ai, а по (3) -
С увеличением
продолжительности обкатки выходные параметры yui по своим значениям
приближаются к параметрам yоi для полностью приработанных двигателей. Поэтому обобщенный
показатель можно представить в следующем виде:
где t – продолжительность
обкатки,
а – скорость изменения показателя,
α – показатель степени функции.
В процессе эксплуатации тракторов Kamatsu производился периодический отбор проб масла SAE-10Wиз картера двигателя и их
последующий физико-химический анализ, при этом определялись следующие показатели:
вязкость (ГОСТ 33-2000), щелочное число (ГОСТ 11362-96), содержание
механических примесей (ГОСТ 6370-83), температура вспышки (ГОСТ 4333-87),
плотность (ГОСТ 3900-85). В качестве параметра сравнения при определении весомости единичных
показателей была принята вязкость масла. В результате обработки информации
установлена следующая корреляционная зависимость:
ν = 2,3∙10-4∙С0,300∙Т1,800∙G0,052∙Р0,007, (8)
где
ν-вязкость, сСт;
С - щелочное число, мг КОН/г;
Т - температура вспышки,
G - содержание механических примесей, %;
Р - плотность, кг/м3.
Используя данное
уравнение, по формулам (6) и (3) были рассчитаны коэффициенты весомости
единичных показателей качества масла
(табл. 1).
Таблица 1
Расчет весомости единичных показателей качества масла
Наименование параметров |
Значения
параметров |
||||
ν |
C |
T |
G |
Р |
|
Величина параметров на
нормативном уровне yoi Величина приращения
параметров ∆yi Значимость единичных
показателей ai Нормированный вес единичных
показателей Ai |
5 0,31 1 0,309 |
9,5 1 0,3118 0,096 |
200 20 1,8715 0,579 |
0,015 0,005 0,0452 0,014 |
890 5 0,0070 0,002 |
В процессе эксплуатации двигателя изменяются качественные и
количественные показатели моторного масла. Качественные изменения обусловлены
физическими и химическими процессами, протекающими в двигателе (старение
масла). Количественные изменения сводятся уменьшению запаса масла в маслосистеме
(угар масла). Старение масла происходит вследствие двух основных причин: внутренних
- обусловливаемых нарушением стабильности масла (испарение, окисление,
разложение, полимеризация) и внешних - обусловливаемых загрязнением масла
механическими примесями, водой и топливом. В результате старения базового масла
возрастает его вязкость и кислотность, частично компенсируемые разжижением
топливом и адсорбцией кислых органических соединений на механических примесях и
высокомолекулярных соединениях с последующим отделением образовавшихся
конгломератов в масляных фильтрах. Наибольшую весомость в комплексном показателе имеет
температура вспышки, а наименьшую - плотность масла. Температура вспышки достаточно
полно характеризует изменение остальных показателей и варьируется в широком
диапазоне. Плотность масла в малой степени зависит от эксплуатационных факторов,
изменяется незначительно, поэтому имеет низкую чувствительность и информативность.
Эксперименты
показали, что характер взаимосвязи параметров по другим маркам масел
аналогичный, поэтому данная методика также применима к ним.По формуле (1) были
вычислены значениякомплексногопоказателяпо 104 двигателям и выявлена закономерность
его рассеивания (рис. 1).
Рисунок 1- Плотность распределения
комплексного показателя
Установлено, что только 3%
масел соответствует нормативам, в том время как оценка по отдельным показателям
признает годными от 13 до 21% масел. Следовательно, предложенная методика
позволяет более своевременно и объективно производить смену моторного масла.
Литература:
1. Безбородов Ю.Н. Методы контроля и диагностики эксплуатационных свойств
смазочных масел по параметрам термоокислительной стабильности : автореф.
дис....доктор техн. наук/ Ю.Н. Безбородов. - Красноярск, 2009. - 34 с.
2. Наглюк И.С.Оценка качества
моторных масел при эксплуатации легковых автомобилей/И.С. Наглюк// Автомобильный
транспорт. - 2011. -№29.-С. 184-186.
3. Куцев А.В. Повышение эффективности действия моюще-дисперги-рующих
присадок в моторных маслах: автореф. дис....канд. техн. наук/ А.В. Куцев. -
М., 2010. -20 с.