Контроль влияния процессов температурной деструкции на вязкостно-температурные свойства моторных масел

УДК 621.892.8

Б.И. Ковальский, Ю.Н. Безбородов, Н.И. Селиванов, О.Н. Петров, В.Г. Шрам, А.Н. Сокольников

КОНТРОЛЬ ВЛИЯНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕСТРУКЦИИ НА ВЯЗКОСТНО-ТЕМПЕРАТУРНЫЕ СВОЙСТВА МОТОРНЫХ МАСЕЛ

Представлены результаты исследования влияния продуктов температурной деструкции на вязкостно-температурные свойства моторных масел, термостатированных в диапазоне температур от 140 до 300°С. Методика исследования: пробу масла постоянной массы (90 г) заливали в прибор для термостатирования и выдерживали при заданной температуре в течение 8 ч при атмосферном давлении с конденсацией паров и их отводом. После чего отбиралась проба для фотометрирования при толщине фотометрируемого слоя 2 мм и определения коэффициента поглощения светового потока и проба массой 85 г для измерения кинематической вязкости в диапазоне температур от 40 до 130°С. Температура термостатирования повышалась на 20°С. По значениям кинематической вязкости, измеренной при 40 и 100°С, устанавливали индекс вязкости (ГОСТ 25371-97, ИСО 2909-81). По полученным данным строили графические зависимости индекса вязкости от температуры термостатирования и коэффициента поглощения светового потока, определяя по ним влияние процессов температурной деструкции на вязкостно-температурные свойства моторных масел. Установлено: с увеличением температуры термостатирования и концентрации продуктов температурной деструкции в масле вязкость сохраняет тенденцию уменьшения, особенно при 40°С. Существует температурная область, где индекс вязкости практически не изменяется.

Ключевые слова: термостатирование, фотометрирование, коэффициент поглощения светового потока, кинематическая вязкость, индекс вязкости, вязкостно-температурная характеристика масла.

Введение

При эксплуатации двигателей внутреннего сгорания свойства моторных масел изменяются в основном на поверхностях трения из-за прорыва газов из камеры сгорания. Масла подвергаются окислению, температурной и механической деструкции, а также загрязнению продуктами химических реакций, протекающих на поверхностях трения. В этой связи исследование раздельного влияния продуктов этих процессов на вязкостно-температурные характеристики моторных масел - актуальная задача, позволяющая определить основные направления по улучшению их качества.

Целью настоящих исследований является установление влияния продуктов температурной деструкции на вязкостно-температурные свойства моторных масел.

Объекты и методы

Для исследования выбраны частично синтетическое моторное масло «Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF» и синтетическое «BardaЫSynpulsar 5W-30 SN/CF». В ходе проведения исследований использовались средства контроля и испытания: прибор для термостатирования масел в температурном интервале от 140 до 300°С, фотометрическое устройство для прямого фотометрирования термостатированных масел, малообъемный вискозиметр [1] для определения кинематической вязкости в диапазоне температур от 40 до 130°С с увеличением температуры на 10°С. Технические характеристики приборов приведены в монографии [2].

Методика исследования заключалась в следующем: пробу масла постоянной массы 90 ± 0,1 г заливали в прибор для термостатирования и выдерживали при заданной температуре в течение 8 ч при атмосферном давлении с конденсацией паров и их отводом. После отбиралась проба для фотометрирования при толщине фотометрируемого слоя 2 мм и определения коэффициента поглощения светового потока и проба массой 85 г для измерения кинематической вязкости в диапазоне температур от 40 до 130°С. Температура термостатирования повышалась на 20°С и поддерживалась автоматически с помощью терморегулятора ТРМ 202. По значениям кинематической вязкости, измеренной при 40 и 100°С, определялся индекс вязкости [3]. По полученным данным строили графические зависимости индекса вязкости от температуры термостатирования и коэффициента поглощения светового потока, по

© Ковальский Б.И., Безбородов Ю.Н., Селиванов Н.И., Петров О.Н., Шрам В.Г., Сокольников А.Н., 2016

которым определяли влияние продуктов температурной деструкции на вязкостно-температурные свойства моторных масел.

Результаты исследований На рис. 1 представлены зависимости кинематической вязкости от температуры измерения товарных моторных масел. Установлено, что вязкостно-температурная зависимость у синтетического масла (кривая 2) менее пологая, чем у частично синтетического (кривая 1).

и, мм2/с

Рис. 1. Зависимость кинематической вязкости от температуры измерения товарных моторных масел: 1 - частично синтетическое моторное масло «Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF»; 2 - синтетическое моторное масло «BardahlSynpulsar 5W-30 SN/CF»

При исследованиях влияния температуры термостатирования на кинематическую вязкость, измеренную при температуре 40 и 100°С (рис. 2), установлено: для частично синтетического масла (температура измерения 40°С, кривая 1) сохраняется тенденция уменьшения вязкости, начиная от температуры 180°С.

и, мм2/с

Рис. 2. Зависимость кинематической вязкости от температуры испытания моторных масел: 1, 1' - частично синтетическое моторное масло «Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF»; 2, 2' - синтетическое моторное масло «BardahlSynpulsar 5W-30 SN/CF»

Для синтетического масла (кривая 2) вязкость изменяется незначительно, в пределах от 62 до 52 мм2/с во всем диапазоне изменения температуры термостатирования.

Кинематическая вязкость моторных масел, измеренная при 100°С для частично синтетического (кривая 1') и синтетического масел (кривая 2'), практически стабильна.

Влияние продуктов температурной деструкции на кинематическую вязкость, измеренную при 40 и 100°С (рис. 3), подтверждает: для частично синтетического масла (кривая 1) с увеличением концентрации продуктов деструкции вязкость, измеренная при 40°С, непрерывно падает и имеет два участка разной интенсивности изменения, это указывает на наличие в масле двух видов продуктов различной оптической плотности. Для синтетического масла (кривая 2) вязкость изменяется всего на 10 мм2/с.

Кинематическая вязкость, измеренная при 100°С для частично синтетического масла (кривая 1'), уменьшается более интенсивно при КП > 0,48. Для синтетического масла (кривая 2') вязкость практически не зависит от концентрации продуктов температурной деструкции до коэффициента КП = 0,45 и совпадает с зависимостью 1'.

Рис. 3. Зависимость кинематической вязкости от коэффициента поглощения светового потока при термостати-ровании моторных масел: 1, 1' - частично синтетическое моторное масло «Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF»; 2, 2' - синтетическое моторное масло «BardahlSynpulsar 5W-30 SN/CF» (1, 2 - температура измерения 40°С;

1', 2' - температура измерения 100°С)

Изменение индекса вязкости ИВ при термостатировании исследуемых масел оценивалось в зависимости от температуры и концентрации продуктов температурной деструкции (рис. 4, 5). Для частично синтетического моторного масла (рис. 4) установлено: при температуре 140°С индекс вязкости увеличивается на 1, а в температурном интервале от 140 до 180°С уменьшается от 143 до 134. От 180 до 300°С ИВ увеличивается до 156, причем его зависимость имеет два участка (180-220°С), (240-300°С) разной интенсивности изменения.

Концентрация продуктов температурной деструкции (рис. 4, б) вызывает уменьшение индекса вязкости в начале процесса деструкции (КП < 0,027) и его увеличение, особенно в диапазоне изменения коэффициента КП от 0,57 до 0,707, что подтверждает наличие двух видов продуктов температурной деструкции.

Для синтетического моторного масла (рис. 5, а) индекс вязкости от температуры термоста-тирования изменяется всего на ±2, причем при температуре больше 240°С ИВ уменьшается.

Концентрация продуктов температурной деструкции увеличивает ИВ (рис. 5, б) при малых значениях коэффициента КП < 0,15, дальнейшее увеличение коэффициента КП до значения 0,22 снижает индекс вязкости, а при изменении значений коэффициента КП от 0,22 до 0,45 он увеличивается, но ниже значения для товарного масла.

Таким образом, установлено, что, независимо от базовой основы, температура и концентрация продуктов температурной деструкции оказывает влияние на индекс вязкости.

ИВ а

111111111 ^ 0:1 0:3 0.5 0.7 0:9 п

Рис. 4. Зависимость индекса вязкости от температуры испытания (а) и коэффициента поглощения светового потока (б) при термостатировании частично синтетического моторного масла «Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF»

140

ОЛ 0,3 0.5

Рис. 5. Зависимость индекса вязкости от температуры испытания (а) и коэффициента поглощения светового потока (б) при термостатировании синтетического моторного масла «ВаМаЫ8уприкаг 5W-30 SN/CF»

Вязкостно-температурные зависимости для частично синтетического моторного масла «Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF» от концентрации продуктов температурной деструкции представлены на рис. 6 для товарного масла и масел с концентрациями продуктов деструкции Кп = 0,45 и 0,983. Зависимости описываются линейными уравнениями

^ T -1,6

lgЛ = lgЛ

K

где ^ /и40 - логарифм вязкости масла, измеренного при температуре 40°С; ^ T - логарифм температуры, при которой измеряется вязкость; К - тангенс угла наклона зависимости к оси ординат. Регрессионные уравнения вязкостно-температурных зависимостей имеют вид:

^ T -1,6

- для товарного масла при КП = 0 lg ¡л = lg ¡40 - -

0,5319

- для термостатированных масел при КП = 0,657 lg ¡л = lg ¡40 -

при Кп = 0,983 lg ¡л = lg ^40 -

lg T -1,6 0,5556 lg T -1,6

0,5814

Рис. 6. Зависимости кинематической вязкости от температуры термостатирования и коэффициента поглощения светового потока при испытании частично синтетического моторного масла «Лукойл Люкс 5W-40 SL/CF»: 1 - КП = 0 (товарное масло); 2 - КП = 0,657; 3 - КП = 0,983

1,6 1,7 1,8 1.9 2,0 2,1 Рис. 7. Зависимости кинематической вязкости от температуры термостатирования и коэффициента поглощения светового потока при испытании синтетического моторного масла «ВатйаЫЗуприкат 5W-30 SN/CF»:

1 - КП = 0; 2 - КП = 0,01; 3 - КП = 0,45

Для синтетического масла (рис. 7) регрессионные уравнения:

1 T 16

- для товарного масла при КП = 0 ^ ц = ^ /и40 - - '

0,5435

- для термостатированных масел при КП = 0,01 lg ß = lg ß40 -

при Кп = 0,45 lg ß = lg ß -

lg T -1,6 0,5319 lg T -1,6

0,5435 Выводы

1. В результате проведенных исследований установлено, что кинематическая вязкость товарного частично синтетического моторного масла в диапазоне температур измерения от 40 до 130°С изменяется от 83 до 3,9 мм2/с, а синтетического - от 62 до 6 мм2/с, т.е. вязкость синтетического масла более стабильна.

2. Засвидетельствовано, что для частично синтетического моторного масла существует температурный интервал термостатирования до 140°С, где вязкость, измеренная при 40°С, изменяется незначительно, а с увеличением температуры термостатирования резко уменьшается. Для синтетического масла в температурном интервале термостатирования до 280°С вязкость изменяется незначительно. Вязкость исследуемых масел, измеренная при 100°С, практически стабильна в температурном интервале термостатирования до 260°С. При температуре больше 260°С зафиксировано незначительное снижение вязкости для частично синтетического масла.

3. Установлено, что индекс вязкости зависит от температуры термостатирования масел, концентрации продуктов температурной деструкции и базовой основы масла.

4. Вязкостно-температурные характеристики термостатированных масел зависят от концентрации продуктов температурной деструкции, причем угол наклона зависимостей к оси ординат увеличивается с увеличением концентрации.

Список литературы

1. Small-Volume Viscometer for Determining the Kinematic Viscosity of Liquid Lubricants / B.I. Koval'skii, O.N. Petrov, V.G. Shram, M.N. Artemov // Chemistry and Technology of Fuels and Oils, Vol. 51, No. 3, pp. 325-329, July, 2015.

2. Термоокислительная стабильность трансмиссионных масел : монография / Б.И. Ковальский, Ю.Н. Безбо-родов, Л.А. Фельдман, Н.Н. Малышева. - Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2011. - 150 с.

3. ГОСТ 25371-97 Нефтепродукты. Расчет индекса вязкости по кинематической вязкости. - Введ. 01.07.1999. - Минск : ВНИИНП, 1999. - 9 с.

Ковальский Болеслав Иванович, доктор техн. наук, профессор, Институт нефти и газа Сибирского федерального университета (ИНиГ СФУ), тел. (319) 206-28-98, e-mail: labs@mail.ru; Безбородов Юрий Николаевич, доктор техн. наук, профессор, ИНиГ СФУ; Селиванов Николай Иванович, доктор техн. наук, профессор, Красноярский ГАУ, тел. (391) 2-912-510, e-mail: zaprudskii@list.ru; Петров Олег Николаевич, кандидат техн. наук, доцент, ИНиГ СФУ, тел. (319) 206-29-10, e-mail: pet-rov_olegq@mail.ru; Шрам Вячеслав Геннадьевич, кандидат техн. наук, доцент, ИНиГ СФУ, e-mail: shram18rus@mail.ru; Сокольников Александр Николаевич, кандидат техн. наук, доцент, ИНиГ СФУ, тел. (319) 206-29-08, e-mail: asokolnikov@bk.ru.

SUMMARY

B.I. Kowalskiy, Y.N. Bezborodov, N.I. Selivanov, О.N. Petrov, V.G. Shram, A.N. Sokolnikov

Control of the influence of temperature on degradation processes viscosity-temperature

properties of engine oils

The effect of thermal degradation products on the viscosity-temperature properties of motor oils thermostatted at temperatures ranging from 140 to 300°C. Methodology of the study was as follows, oil sample constant weight of 90 g was filled in a device for temperature control and maintained at a predetermined temperature for 8 hours under atmospheric pressure to vapor condensation and the tap. Then I sampled for photometry at a thickness of 2 mm layer of the photo-metric, and determining the absorption of light and the sample weight of 85 g to measure the kinematic viscosity in the temperature range from 40 to 130°C. The temperature of incubation was increased to 20°C. From the values of kinematic viscosity measured at 40 and 100°C was determined by the viscosity index (GOST 25371-97, ISO 2909-81). The data obtained were based graphics depending on the temperature of the viscosity index and temperature control of the absorption coefficient of the light flux, which was determined by the effect of thermal degradation products in the viscosity-temperature properties of engine oils. It is found that with increasing temperature of incubation and concentration of degradation products in the oil temperature viscosity keeps decreasing trend, especially measured at 40°C. There is a temperature range where the viscosity index is practically unchanged.

Keywords: temperature control, photometry, the absorption coefficient of the light flux, kinematic viscosity, viscosity index, viscosity and temperature of the oil.

Kovalskiy Boleslav Ivanovich, Dr. Eng. Sci., Prof., Oil and Gas Institute of the Siberian Federal University (Oil&Gas Institute SibFU), ph. (319) 206-28-98, e-mail: labs@mail.ru; Bezborodov Yuriy Nikolaevich, Dr. Eng. Sci., Prof., Oil&Gas Institute SibFU; Selivanov Nikolay Ivanovich, Dr. Eng. Sci., Prof., Krasnoyarsk SAU, ph. (391) 2-912-510, e-mail: zaprudskii@list.ru; Petrov Oleg Nikolaevich, Cand. Eng. Sci., Assoc. Prof., Oil&Gas Institute SibFU, ph. (319) 206-29-10, e-mail: pet-rov_olegq@mail.ru; Shram Vyacheslav Gennadevich, Cand. Eng. Sci., Assoc. Prof., Oil&Gas Institute SibFU, e-mail: shram18rus@mail.ru; Sokolnikov Aleksandr Nikolaevich, Cand. Eng. Sci., Assoc. Prof., Oil&Gas Institute SibFU, ph. (319) 206-29-08, e-mail: asokolnikov@bk.ru.

УДК 631.31

Н.А. Зарипова, Д.Н. Алгазин

ИССЛЕДОВАНИЕ СНИЖЕНИЯ ТЯГОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СЕЯЛКИ-КУЛЬТИВАТОРА

Повысить производительность технологического процесса посева возможно за счет увеличения ширины захвата сеялки, а качество путем усовершенствования рабочих органов. В настоящее время внимание уделяют применению вибрационных рабочих органов при обработке почвы (наиболее энергоемкой операции). Используя различные вибрационные и импульсные методы интенсификации технологических процессов, при концентрации энергии можно расходовать ее более рационально и эффективно, поэтому вибрационные машины экономичнее машин с постоянно действующими усилиями. Увеличение ширины захвата сеялки за счет установки дополнительного сошника нежелательно т.к. возрастают энергозатраты, устойчивость и агротехнические показатели снижаются, повысить их можно при усовершенствовании конструкции сошника путем увеличения ширины захвата лапы и конструкции подвески с использованием упругих элементов для стабилизации процесса автоколебаний сошника, источником которых служит почва. Проведены экспериментальные исследования по определению геометрических параметров плоских пружин подвески сошника в зависимости от нагрузки и

© Зарипова Н.А., Алгазин Д.Н., 2016