Определение плотности и вязкости масла, применяющегося в редукторе привода режущего аппарата многороторных косилок

3. Получены эмпирические зависимости теплоты сгорания рабочей смеси дизельного топлива и ПБА в зависимости от коэффициента избытка воздуха.

4. Работа дизельного двигателя Д-245^2 на дизельном и газовом топливе марки ПБА, с точки зрения экологических показателей, целесообразна при коэффициенте избытка воздуха а = 1,3-1,7.

ЛИТЕРАТУРА

1. Альтернативные виды топлива для двигателей: монография / А. Н. Карташевич [и др.]. - Горки: БГСХА, 2012. - 376 с.

2. Колчин, А И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей / А. И. Колчин, В. П. Демидов. - М., 2008. - 493 с.

3. Беспятый, Ф. С. Конструкция, основы теории и расчета тракторов / Ф. С. Беспятый, И. Ф. Троицкий. - М., 1972. - 502 с.

4. Паспорт качества сжиженного углеводородного топлива. РУП «Производственное объединение «Белоруснефть». -Речица, 2012.

5. Золотницкий, В. А. Автомобильные газовые топливные системы / В. А. Золотницкий. - М., 2005. - 83 с.

6. Газобаллонные автомобили / А. И. Морев [и др.]. - М., 1992. - 213 с.

7. Карташевич, А. Н. Влияние подачи газового топлива на экологические показатели дизеля / А. Н. Карташевич, П. Ю. Малышкин // Весник БГСХА. - 2013. - №3. - С. 110-115.

8. Карташевич, А. Н. ДВС. Основы теории и расчета / А. Н. Карташевич, Г. М. Кухаренок. - Горки, 2008. - 312 с.

9. Ассад, М. С. Альтернативные моторные топлива: тенденции развития, феноменологические аспекты горения: монография / М. С. Ассад. - Барановичи: РИО БарГУ, 2008. - 328 с.

УДК 631.353.722:631.352.022

Е. И. МАЖУГИН, А. Л. БОРИСОВ, А. В. ПАШКЕВИЧ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ И ВЯЗКОСТИ МАСЛА, ПРИМЕНЯЮЩЕГОСЯ В РЕДУКТОРЕ ПРИВОДА РЕЖУЩЕГО АППАРАТА МНОГОРОТОРНЫХ КОСИЛОК

В статье обоснована необходимость определения The article bases the necessity of determination of density

плотности и вязкости масла, применяющегося в редукторе and viscosity of oil, applied in reducer of drive of cutting appa-

привода режущего аппарата многороторных косилок. Опи- ratus of multi-rotor mowers. We have described methods of

сана методика проведения лабораторных исследований. conduction of laboratory research. We have presented obtained

Приведены полученные зависимости плотности и вязкости dependences of density and viscosity of oil on its temperature. масла от его температуры.

Введение

В режущих аппаратах многороторных косилок, выпускаемых белорусскими предприятиями, для смазывания шестерен редукторов привода роторов применяется смесь трансмиссионного масла ТЭп-15 и смазки общего назначения солидол Ж в равных долях [1,2].

Во время работы косилки в масле накапливаются продукты износа трущихся деталей привода. Это приводит к ускорению абразивного изнашиванию деталей привода, и, как следствие, к их преждевременному выходу из строя.

Для того чтобы снизить содержание механических примесей в масле нами предложено и запатентовано устройство для центробежной очистки масла в режущих аппаратах мелиоративных косилок [3]. Обоснование параметров и расчет ожидаемых результатов применения очистителя выполняются с использованием плотности и вязкости масла [4], причем в процессе работы косилок меняется температура окружающей среды, от которой зависит и температура масла, а также происходит нагревание масла в процессе работы косилки [5]. Данное положение требует исследования плотности и вязкости масла редукторов привода роторов многороторных косилок в зависимости от температуры.

Анализ источников

Вязкость масла напрямую зависит от его температуры и при различных температурах масла его вязкость также разная: чем выше температура, тем ниже вязкость. То же касается и плотности: с повышением температуры масла она уменьшается [6, 7].

Известны [8, 9] плотности солидола Ж и трансмиссионного масла ТЭп-15. При 20 °С, они соответственно равны 900 кг/м3 и 950 кг/м3. Для текучих смазочных материалов значения плотности и вязкости и их зависимости от температуры изучены достаточно хорошо [10].

К. К. Папок и Н. А. Рагозин в своей работе [6] для приведения плотности масла к 20 °С предлагают использовать формулу:

р20 = рг ±y

где р20 - плотность масла при 20 °С; р - плотность масла при температуре опыта, кг/м3, у - средняя температурная поправка на 1 °С [6]; I - температура опыта, °С.

Тогда, зная плотность масла при 20 °С, можно рассчитать его плотность при другой температуре, выразив // из формулы (1):

р,=р20±уО±20),

Для определения кинематической вязкости масла в интервале температуры от 30 °С до 150 °С В. Н. Юренев и П. Д. Лебедев [7] предлагают следующую зависимость:

О)

где VI - кинематическая вязкость масла при температуре опыта, мм2/с; v5o - кинематическая вязкость масла при 50 °С, мм2/с; ^ - температура опыта, °С; п - показатель степени, изменяющийся в пределах от 1,3 до 3,5 и более в зависимости от значения параметра v50.

С достаточной точностью п может определяться выражением:

п = 1ёУ50 + 2,7.

Чтобы определить кинематическую вязкость масла по формуле (3) и плотность масла по формуле (2), необходимо знать вязкость масла при 50 °С и плотность масла при 20 °С.

В работе [4] приводится формула для расчета вязкости смеси двух жидкостей. Однако в нашем случае один из компонентов смеси представляет собой пластичную смазку, для которой вязкость обычно не определяют, поэтому необходимо провести исследования по определению плотности и вязкости смеси масел, применяющейся в редукторе привода режущего аппарата многороторных косилок.

Методы исследования

Для определения необходимого температурного диапазона, в котором целесообразно исследовать вязкость смеси масел и ее плотность, было проведено определение температуры смеси масел при работе косилки в полевых условиях.

Косилка работала непрерывно на мелиоративном объекте в течение двух часов. После чего в полость режущего аппарата через маслозаливное отверстие помещался чувствительный элемент указателя температуры тракторного конденсационного дистанционного ТУ 37.003.16977.

Так как ожидаемая температура масла должна быть выше 40 °С, чувствительный элемент указателя температуры перед помещением в полость режущего аппарата нагревался до температуры 40 °С с целью увеличения точности измерения за счет уменьшения времени на нагрев чувствительного элемента до реальной температуры масла.

Температура окружающей среды 1ок во время проведения замеров контролировалась с помощью ртутного термометра ТЛ-2 ГОСТ 215-73, предел измерения от 0 °С до 100 °С, цена деления 1 °С. Исследования проводились для косилок марок АС-1 и К-78М. После определения диапазона температур масла, были проведены опыты по определению плотности и вязкости масла в данном диапазоне температур по методике [11, 12].

Для исследований готовилась смесь, состоявшая из равных по массе частей трансмиссионного масла ТЭп-15 и смазки общего назначения солидол Ж. Чтобы получить равномерную смесь масла помещались в чистый стеклянный сосуд, предварительно вымытый бензином и высушенный. На электрической плите смесь медленно нагревали при постоянном перемешивании до температуры 70 °С. Температура смеси контролировалась термометром ТЛ-2. После доведения до требуемой температуры сосуд снимался с электрической плиты и постепенно охлаждался до комнатной температуры при периодическом перемешивании смеси.

Для определения плотности рм исследуемую смесь масел осторожно, избегая образования пузырьков, наливали в мерный сосуд вместимостью 800 мл. Сосуд устанавливался на нагревательный элемент электроплитки. Чистый и сухой ареометр (ареометр общего назначения ГОСТ 1300-74, с пределом измерения от 880 кг/м3 до 940 кг/м3) осторожно и медленно погружался в нефтепродукт так, чтобы он не касался стенок сосуда, и не смачивалась часть стержня, расположенная выше уровня смеси масел.

Температуру масла измеряли с помощью спиртового термометра марки ТТЖ-М, с пределом измерения от 0 °С до 100 °С и ценой деления 1 °С. При этом термометр приподнимали над уровнем масла настолько, чтобы был виден верхний конец столбика термометрической жидкости, и можно было отсчитать показание термометра.

Измерения плотности производили через каждых 5 °С при постепенном повышении температуры от 20 °С до 70 °С. После этого производили измерения при таком же понижении температуры смеси.

Кинематическая вязкость v масла определялась по методике, изложенной в [12]. Сущность метода заключается в измерении калиброванным стеклянным вискозиметром времени истечения определенного объема масла под влиянием силы тяжести при постоянной температуре. Динамическая вязкость масла /г рассчитывается на основании кинематической вязкости по формуле:

ju = v-Pi>

где v - кинематическая вязкость масла, мм2/с; рм - плотность масла при температуре, при которой определялась кинематическая вязкость, кг/м3.

Для проведения опытов по определению кинематической вязкости масла была собрана лабораторная установка. Для обеспечения необходимой температуры измерения вискозиметр погружался в прозрачный стеклянный сосуд, заполненный чистой водой.

В сосуд с водой установили электронагреватель. Для измерения температуры воды использовали ртутный термометр ТЛ-2. Создание одинаковой температуры воды по всему объему сосуда обеспечивалось мешалкой. Для исследования кинематической вязкости применялись вискозиметры марки ВПЖ-2 ТУ 10028-81 с диаметром капилляра 0,99 мм и номинальным значением постоянной 0,1 мм2/с2, с диаметром капилляра 1,31 мм и номинальным значением постоянной 0,3 мм2/с2 и с диаметром капилляра 1,77 мм и номинальным значением постоянной 1,0 мм2/с2. Время истечения масла в вискозиметре замерялось с помощью секундомера. Точность измерения составляла 0,1 с.

Между последовательными определениями вязкости масла, а также перед началом проведения опытов вискозиметр тщательно промывался и высушивался [13]. Вискозиметр вначале промывался несколько раз бензином, затем тщательно ополаскивался дистиллированной водой и осушающим растворителем - ацетоном. После чего вискозиметр тщательно сушился.

Для измерения времени истечения на отводную трубку вискозиметра надевается резиновый шланг, соединенный с резиновой грушей. Для выполнения определения следует зажать пальцем колено и, перевернув вискозиметр, опустить колено в сосуд с маслом и засосать его с помощью резиновой груши до нижней отметки М-2, следя за тем, чтобы в масле не образовывались пузырьки воздуха. В тот момент, когда уровень масла достигнет нижней отметки М-2, вискозиметр необходимо извлечь из сосуда и быстро перевернуть в нормальное положение. С внешней стороны конца колена снимается избыток масла и надевается на колено резиновая трубка.

Вискозиметр устанавливается в вертикальном положении в сосуд с дистиллированной водой так, чтобы расширение было ниже уровня жидкости. После выдержки в сосуде не менее 15 мин. при заданной температуре засасывается масло в колено до одной трети высоты расширения. После этого колено необходимо сообщить с атмосферой и определить время опускания мениска масла от верхней отметки М-1 до нижней отметки М-2. Кинематическую вязкость v вычисляли по среднему (из не менее, чем трех измерений) времени истечения масла по формуле:

v = T-K,

где Т - время истечения масла, с; К - постоянная вискозиметра, мм2/с2.

Основная часть

За минимальную температуру масла в режущем аппарате многороторной косилки во время ее работы можно принять температуру окружающей среды ¿ок, при которой происходит обкашивание объекта. Она зависит как от места расположения объекта, на котором происходит обкашивание, так и от календарных сроков проведения работ. В условиях Беларуси обычно обкашивание производится при температурах 10-30 °С.

При измерении температуры масла на работающих косилках было установлено, что максимальная температура масла для косилки К-78М составляет 67 °С, а для косилки АС-1 - 69 °С. Максимальные температуры масла были достигнуты при температуре окружающей среды 30 °С. Это удовлетворяет требованиям, изложенным в руководстве по эксплуатации косилки [2], согласно которым температура нагрева масла не должна превышать температуру окружающей среды более чем на 40 °С.

Необходимо отметить, что при достижении максимального значения температура масла стабилизировалась, и дальнейшее ее увеличение не наблюдалось. Также было установлено, что температура масла плавно увеличивалась примерно на 1°С в среднем через каждые 3 мин. работы косилки.

По полученным экспериментальным результатам с использованием пакета прикладных программ Excel были построены зависимости плотности масла рм от его температуры t рис. 1, а также получено эмпирическое уравнение рм = f (t) для исследуемой смеси масел.

РКГ/М'_

925 920 915 910 905 900 895

/-

л -С

20 2Г 30 35 10 45 50 55 60 65 Рис. 1. Зависимости плотности масла от его температуры: 1 - экспериментальная; 2 - теоретическая

20 Рис. 2

Зависимость кинематической вязкости масла

от его температуры

Достаточно адекватно при величине достоверности аппроксимации В2 = 0,9803 результаты измерений описываются следующим линейным уравнением (6):

р. =930,6-2,836-Г,

где рм - плотность исследуемой смеси масел, кг/м3; ^ - температура смеси, °С.

В этом же диапазоне температур измерялась кинематическая вязкость смеси масел. На основании полученных значений кинематической вязкости масла в зависимости от его температуры была построена зависимость, представленная на рис. 2. При этом для графического представления результатов измерения использовалась полулогарифмическая шкала, так как значение кинематической вязкости масла при 70 °С относительно невелико, а при температуре 20 °С оно значительно возрастает.

Достаточно адекватно при величине достоверности аппроксимации В2 = 0,998 результаты измерений описываются следующим уравнением (7):

V = 1,ООП !4 -30,013 I3 + 330,56 I2 -1629,9-1 + 3286,8,

Заключение

Температура масла в режущем аппарате многороторной косилки изменяется от температуры окружающей среды: до 67 оС для косилки К-78М и 69 оС для косилки АС-1 в рабочих условиях. Плотность масла при температур от 20 оС до70 оС плавно изменяется от 930 кг/м3 до 898 кг/м3. Кинематическая вязкость смеси масел составила 1982 мм2/с при 20 оС и 48,9 мм2/с при 70 оС. Получены уравнения, описывающие зависимость плотности и кинематической вязкости от его температуры и необходимые для расчета параметров очистителя.

ЛИТЕРАТУРА

1. Косилка откосов каналов К-78М. Руководство по эксплуатации. - Минск, 2008. - 44 с.

2. Косилка ротационная навесная АС-1. Руководство по эксплуатации. - Минск, 2007. - 38 с.

3. Режущий аппарат роторной косилки: пат. 6876 Респ. Беларусь, МПК Л01Б 34/00 / Е. И. Мажугин, А. Л. Борисов, С. Г. Рубец; заявитель Белорус. гос. с-х. академия. № и 20100403; заявл. 23. 04. 10; опубл. 30. 12. 10 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасщ. - 2010. - №.6 - С. 145.

4. Гродзиевский, В. И. Реактивные центрифуги для очистки масла в двигателях внутреннего сгорания / В. И. Гро-дзиевский. - Киев: МАШГИЗ, 1963. - 88 с.

5. Мажугин, Е. И. Определение диапазона рабочих температур масла в редукторе многороторных мелиоративных косилок / Е. И. Мажугин, А. Л. Борисов // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения: сб. науч. работ междунар. науч.-техн. конф., Брянск, 18-19 апреля 2013г. / Брянская гос. с.-х. акад.; ред. совет: А. А. Тюрева, И. В. Козарез. - Брянск, 2013. - С. 118-121.

6. Папок, К. К. Словарь по топливам, маслам, смазкам, присадкам и специальным жидкостям (химмотологический словарь) / К. К. Папок, Н. А. Рагозин. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1975. - 392 с.

7. Теплотехнический справочник / под общ. ред. В. Н. Юренева и П. Д. Лебедева. - М.: Энергия, 1975. - 744 с.

8. Смазка, солидол жировой. Технические условия: ГОСТ 1033-79. - Введ. 01.01.81. - М.: Изд-во стандартов, 1972. - 6 с.

9. Масла трансмиссионные. Технические условия: ГОСТ 23652-79. - Введ. 01.01.81. - М., 1972. - 10 с.

10. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / Я. М. Вильнер [и др.]; под общ. ред. Я. М. Вильнер. - Минск, 1985. - 382 с.

11. Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности: ГОСТ 3900-85. - Введ. 01.01.87. - М., 1987. - 38 с.

12. Нефтепродукты. Прозрачные и непрозрачные жидкости. Определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости: ГОСТ 33-2000. - Введ. 01.01.2002. - Минск: Межгосударственный стандарт, 2000. - 21 с.

13. Вискозиметр капиллярный стеклянный ВПЖ-2. Паспорт АКЛ2.842ПС. - Л.: Ленуприздата, 1982. - 4 с.