Предложения по выбору смазочных масел и совершенствованию системы их классификации

УДК 621.43-4

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ВЫБОРУ СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ СИСТЕМЫ ИХ КЛАССИФИКАЦИИ

О.Н. Петров, В.Г. Шрам, Б.И. Ковальский

Представлены методика и результаты исследований минеральных моторных масел с целью установления основных эксплуатационных показателей качества, смазочных масел, что позволит упростить их выбор и совершенствовать систему классификации.

Ключевые слова: смазочный материал, смазка, эксплуатационные показатели качества смазочных масел, деструкция, температурная стойкость.

В настоящее время на рынке имеется большой ассортимент моторных масел как отечественных, так и зарубежных производителей, поэтому перед потребителем возникает сложность выбора смазочного материала соответствующего качества. Существует риск приобретения дорогостоящего смазочного материала, не соответствующего рекомендованной группе эксплуатационных свойств. Применение этого материала может снизить срок службы объекта или целой системы, в которой применяется данный материал.

В предлагаемом методе особое внимание сконцентрировано на испытании смазочных масел с целью оценки их температурной стойкости по таким показателям, как изменение оптических свойств, вязкости и испаряемости. Применение этих показателей позволит произвести оценку качества смазочных масел, упростить их выбор и совершенствовать систему классификации.

Известно, что минеральные масла изготавливают на основе нефтяного сырья, синтетические - путем синтезирования целенаправленных химических реакций однородных органических соединений и частичносинтетические - на основе смесей высококачественных минеральных с синтетическими компонентами. На основании этого для исключения влияния базовой основы на параметры температурной стойкости испытанию подвергались только минеральные товарные и термостатированные при высоких температурах (от 140 до 300 °С) масла: U-tech navigator 15W-40 SG/CD, Лукойл Стандарт 10W-40 CF/CC, М-8Г2. Эти масла одной базовой основы, но относятся к разным группам эксплуатационных свойств [1].

На рис. 1 представлена схема методики определения температурной стойкости смазочных масел, которая состоит из трех основных этапов.

На первом этапе пробу товарного масла исследуют с целью определения начальных значений оптических свойств с помощью фотометра [2], критерием оценки которых является значение коэффициента поглощения светового потока, и начального значения вязкости с помощью малообъем-

42

ного вискозиметра.

На втором этапе пробу этого же товарного масла испытывают на приборе для термостатирования [3], на котором пробу масла массой 80 г в течение 8 часов нагревают без перемешивания при атмосферном давлении в диапазоне температур от 140 до 300 °С с повышением температуры испытания на 20 °С. После термостатирования производят замер массы масла на электронных весах с целью определения испарившейся доли массы, определяют изменение оптических свойств и вязкости аналогично исследованиям товарного масла.

Исходное масло

Фотометр

Вискозиметр

п

Исходное масло +

Бесы (замер веса пробы) 30г.

Прибор для определения температурной стойкости

Весы

Фотометр

ш

Вискозиметр

анализ | новая проба

Обработка результатов эксперимента *

База даннык результатов

анализ

Рис. 1. Схема методики определения температурной стойкости

смазочных масел

На третьем этапе производят сравнительный анализ товарных и термостатированных масел с целью определения температурной стойко-

сти.

На рис. 2 представлены зависимости коэффициента поглощения светового потока Кд от температуры термостатирования минеральных масел [4].

Установлены две характерные температурные области с различной интенсивностью изменения коэффициента Кд, что указывает на образование при термостатировании двух видов продуктов деструкции различной оптической плотности. Переход первичных продуктов во вторичные вызывает изгиб зависимости Кп = f (T ), причем температура начала образования вторичных продуктов определяется продлением зависимости после точки изгиба до пересечения с осью абсцисс.

Рис. 2. Зависимости коэффициента поглощения светового потока КП от температуры термостатирования минеральных масел:

I-область первичных продуктов; II - область вторичных продуктов; 1 - U-tech navigator 15W-40 SG/CD; 2 - М-8Г2; 3 - Лукойл Стандарт

10W-40 SF/CC

В целом процесс температурной деструкции для областей I и II описывается линейными уравнениями

Кп = а

где а - параметр, характеризующий скорость образования продуктов деструкции; T - температура испытания, °С, Тн - температура начала образования первичных или вторичных продуктов деструкции, °С.

Регрессионные уравнения процессов деструкции в температурных областях I и II для исследуемых масел имеют вид

U-tech navigator - I -КП = 0,0018•

М-8Г2 - I - КП = 0,0028 •

Лукойл Стандарт - I - кп = 0,0020 • (Т -133); II - КП = 0,016 • (T -198). (4) Согласно уравнениям (2) - (4) самая низкая температура начала деструкции 129 °С и скорость деструкции 0,0018 ч-1 установлены для масла 1 - U-tech navigator, а самые высокие - соответственно 140 °С и 0,0028 ч-1, для дизельного масла 3 - М-8Г2. Самая низкая температура начала образования вторичных продуктов деструкции 198 °С установлена для масла 2 -Лукойл Стандарт, а самая высокая скорость их образования 0,018 ч-1 - для масла 1 - U-tech navigator.

Испаряемость моторных масел косвенно характеризует температурный предел их работоспособности и поэтому является эксплуатационным показателем (рис. 3). Показано, что предельной температурой работоспособности минеральных моторных масел является температура ниже 220 °С.

160 200 240 280

Рис. 3. Зависимости испаряемости G от температуры термостатирования минеральных масел

Изменение вязкости при термостатировании минерального масла оценивалось коэффициентом относительной вязкости К^, определяемым

выражением

КМ = МТ / Мисх,

где мт и Мисх - соответственно кинематическая вязкость термостатированного масла и исходного товарного масла до испытания.

Поскольку, по справочным данным [5], допустимое увеличение вязкости при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания установлено 40 %, а уменьшение - 20 %, то предельной температурой испытания для исследуемых масел является 285 °С для масла U-tech navigator;

263 °С - для М-8Г2; 235 °С - для масла Лукойл Стандарт (рис. 4). Вязкость увеличивается в основном за счет вторичных продуктов деструкции.

Рис. 4. Зависимость коэффициента относительной вязкости от температуры термостатирования минеральных масел

При термостатировании масел происходит изменение оптических свойств и испаряемости, поэтому температурную стойкость предложено оценивать коэффициентом Бтс , определяемым суммой

БТС = КП + К О,

где Кп - коэффициент поглощения светового потока; К^ - коэффициент

испаряемости масла,

КО = т / М,

где т - масса испарившегося масла, г; М - масса оставшегося масла по-

сле термостатирования, г.

Вязкость в данном случае не влияет на параметр температурной стойкости, т.к. она зависит от концентрации продуктов температурной деструкции и определяет предельную температуру применения масел.

Зависимость коэффициента Бтс от температуры термостатирования представлена на рис. 5.

Рис. S. Зависимости коэффициента температурной стойкости Етс от температуры термостатирования минеральных масел

Установлены две характерные температурные области с различной интенсивностью изменения коэффициента Етс , описываемые линейными уравнениями.

Регрессионные уравнения зависимостей в областях I и II имеют вид: для U-tech navigator

I - ЕТС = 0,0022 • (Т -120);

II - ЕТС = 0,025 •

для М-8Г2

I - ЕТС = 0,0035 • (Т -140);

II - ЕТС = 0,020 •

для Лукойл Стандарт

I - ЕТС = 0,0026 • (Т -133);

II - ЕТС = 0,024 •

С учетом коэффициента ЕТС самые низкие температуры начала деструкции 120 °С и скорость деструкции 0,0022 ч-1 в первой температурной области, в которой образуются первичные продукты, установлены для масла U-tech navigator, а самые высокие 140 °С и 0,0035 ч-1 - для масла М-8Г2.

Во второй температурной области температура начала образования вторичных продуктов находится в пределах от 203 до 206 °С. Самая низкая

скорость образования этих продуктов 0,020 ч-1 установлена для масла М-

8Г2, а самая высокая 0,025 ч-1 - для масла U-tech navigator.

На основании проведенных исследований минеральных моторных масел установлены: процесс температурной деструкции, характеризующийся образованием первичных и вторичных продуктов деструкции, различающихся оптическими свойствами; температуры начала образования первичных и вторичных продуктов деструкции; температурная область работоспособности моторных масел; температуры предельного изменения вязкости при термостатировании масел; интенсивности процессов деструкции и испарения; критерии температурной стойкости, которые сведены в таблицу.

Приведенные показатели позволяют расширить информацию для потребителей о температурной стойкости масел.

Показатели качества смазочных масел

Показатель Ед. измер. U-tech navigator 15W-40 SG/CD М-8Г2 Лукойл Стандарт 10W-40 SF/CC

Температура работоспособности °С 200.. .205 210.220 207.210

Температура начала деструкции °С 129 140 133

Температура начала испарения °С 180 140 140

Интенсивность процесса деструкции ¥Кп ед./ч 0,017 0,013 0,016

Интенсивность процесса испарения ¥а г/ч 0,788 0,476 0,385

Предельная температура для вязкости (увелич. на 40 %) °С 291 273 220

Критерий температурной стойкости ЕТС ед. 1,39 1,91 1,36

Следует отметить, что описанная выше методика позволяет исследовать масла различной базовой основы и назначения.

Настоящие рекомендации разработаны на основании проведенных исследований и предусматривают определение и применение основных эксплуатационных показателей качества смазочных масел с целью повышения информативности их выбора и совершенствования системы классификации масел, что позволит потребителям осуществлять выбор смазочного масла соответствующего качества на рынке большого ассортимента моторных масел как отечественных, так и зарубежных производителей.

Список литературы

1. ГОСТ 17479.1-85. Масла моторные. Классификация и обозначение.

2. А.с. 851111 (СССР). Фотометрический анализатор жидкостей. / Б.И. Ковальский, Г.М. Сорокин, Н.А. Яворский. 1981. Бюл. № 28.

3. Пат. № 2366945 Рос. Федерация. МПК G01N 33/30. Способ оп-

ределения температурной стойкости смазочных масел / Б.И. Ковальский, Н. Н. Малышева; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет». № 2008117201/04; заявл. 29.04.2008;

опубл.10.09.2009. Бюл.№25.

4. Пат. № 2409814 Рос. Федерация. МПК7 G 01 N 33/30. Способ определения температурной стойкости смазочных масел / Б.И. Ковальский, О. Н. Петров, А. В. Юдин, А. С. Ромащенко; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет». № 2009141423/15; заявл. 09.11.2009; опубл.20.01.2011. Бюл. №2.

5. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: справочник / И.Г. Анисимов [и др.]; под ред. В.М. Школьникова. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Издательский центр «Техин-форм», 1999. 596 с.

Петров Олег Николаевич, ст. преподаватель, petrov oleQ@mail.ru. Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,

Шрам Вячеслав Геннадьевич, ст. преподаватель, Shram18rus@mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,

Ковальский Болеслав Иванович, д-р техн. наук, проф., Labsm@mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа

PROPOSED CHOICE OF LUBRICATING OILS AND IMPROVE THEIR CLASSIFICATION

O.N. Petrov, V.G. Shram, B.I. Kowalski 49

This paper presents the methodology and results of studies of mineral motor to establish the basic operating parameters of quality lubricants that will simplify their choices and improve the system of classification.

Key words: lubricant, lubricant performance indicators of quality lubricants, destruction, temperature resistance.

Petrov Oleg Nikolaevich, Senior Teacher, petrov_oleq@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,

Shram Vyacheslav Gennadevich, Senior Teacher, Shram18rus@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,

Kowalski Boleslav Ivanovich, doctor of technical sciences, Labsm@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas

УДК 621.791.72:621.375.826

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ НА КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ РЕЗА СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВ

И.В. Минаев, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова, А.Е. Гвоздев,

Д.М. Хонелидзе, И.В. Голышев

Разработана математическая модель, адекватно описывающая влияние параметров ЛР на шероховатость поверхности реза при отсутствии грата, и проведена оптимизация режимов ЛР с помощью методов теории принятия решений. Показано, что шероховатость уменьшается при увеличении скорости и уменьшении фокусного расстояния до металла. Повышение мощности излучения, давления газа и толщины листа также влияют на шероховатости. Получена номограмма, позволяющая назначать режимы ЛР для получения минимальной шероховатости на листах разной толщины стали марки Ст. 3.

Ключевые слова: лазерная резка, мощность излучения, скорость резки, давление вспомогательного газа, фокусное расстояние, шероховатость поверхности, стальные листы.

К числу перспективных процессов разделения материалов следует отнести лазерную резку (ЛР) металлов, основанную на процессах нагрева, плавления, испарения, химических реакциях горения и удаления расплава из зоны резки.

ЛР стальных листов по сложному контуру является наиболее распространенным технологическим процессом лазерной обработки в промышленности. Ее применяют для вырезки таких деталей, как прокладки, кронштейны, панели, приборные щитки, двери, декоративные решетки,