Исследование влияния продуктов температурной деструкции и нагрузки на противоизносные свойства моторных масел различных базовых основ

стороны ударяющего элемента

V = а

или

V = V, = 0,0013-5,95-104 0,26 = 20,1 м/с = 72,4 км/ч.

Полученная величина скорости транспортного средства была подтверждена расчетом скорости с учетом потери кинетической энергии в процессе удара о бетонное ограждение.

Анализ полученных результатов. Рассмотренный метод экспертного исследования дорожно-транспортной ситуации позволяет более адекватно определить обстоятельства происшествия, выявить и систематизировать факторы, способствующие его возникновению и развитию и установить технические возможности его предотвращения.

Практическое приложение результатов. Рассмотренный метод экспертного исследования позволяет дать более полно научно обоснованное восстановление обстоятельств дорожно-транспортного происшествия, установить его объективные причины и выявить фактические данные, которые могут быть доказательными для установления истины по гражданскому или уголовному делу.

Выводы. Рассмотренный метод решение вопроса определения скорости движения транспортного средства при экспертном исследовании дорожно-транспортной ситуации позволяет суду, судьям, органам дознания и следователям разобраться в механизме дорожно-транспортного происшествия и дать правильную оценку действиям всех его участников.

Библеографический список

1. Судебно-автотехническая экспертиза: методическое пособие для экспертов-автотехников, следователей и судей / под ред. В.А. Иларионова. М.; ВНИИСЭ, 1980. Ч. 2. 491 с.

2. Евтюков С.А., Васильев Я.В. Расследование и экспертиза дорожно-транспортных происшествий / под общ. ред. С.А. Евтюкова. СПб.: «Изд-во ДНК», 2004. 288 с.

3. Расследование дорожно-транспортных происшествий /

под общ. ред.В.А. Федорова, Б.Я.Гаврилова. 2- е изд., пере-раб. и доп. М.: Изд-во «Экзамен», 2003. 464 с. 4. Транспортно-трасологическая экспертиза по делам о дорожно-транспортных происшествиях. Диагностическое исследование: методическое пособие для экспертов, следователей и судей. М.: ВНИИСЭ, 1988. Вып. 2.

УДК 621.43-4

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОДУКТОВ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕСТРУКЦИИ И НАГРУЗКИ НА ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА МОТОРНЫХ МАСЕЛ РАЗЛИЧНЫХ БАЗОВЫХ ОСНОВ

© В.Г. Шрам1, Б.И. Ковальский2, О.Н. Петров3, А.Н. Сокольников4

Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа, 660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 82/6.

Представлены результаты изменения противоизносных свойств моторных масел различных базовых основ от температуры испытания и нагрузки, определены критические температуры, оценено влияние нагрузки на проти-воизносные свойства, предложен критерий противоизносных свойств. Ил. 8. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: противоизносные свойства; износ; граничные защитные смазочные слои; нагрузка схватывания.

STUDYING EFFECTS OF TEMPERATURE DEGRADATION PRODUCTS AND LOAD ON ANTIWEAR PROPERTIES OF MOTOR OILS OF VARIOUS BASE FOUNDATIONS V.G. Shram, B.I. Kovalski, O.N. Petrov, A.N. Sokolnikov

Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas, 82/6 Svobodny Av., Krasnoyarsk, Russia, 660041.

The paper presents the results of changing antiwear properties of motor oils of different base foundations depending on the test temperature and load. Critical temperatures are determined; load influence on antiwear properties is estimated. A criterion of antiwear properties is proposed. 8 figures. 4 sources.

Key words: antiwear properties; wear; protective boundary lubricating layers; setting load.

1Шрам Вячеслав Геннадьевич, аспирант, тел.: 89504014163, e-mail: Shram18rus@mail.ru Shram Vyacheslav, Postgraduate, tel.: 89504014163, e-mail: Shram18rus@mail.ru

2Ковальский Болеслав Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры топливообеспечения и горюче-смазочных материалов, тел.: (391) 2062926, e-mail: Labsm@mail.ru

Kovalski Boleslav, Doctor of technical sciences, Professor of the Department Fuel Supply, Fuel and Lubricants, tel.: (391) 2062926, e-mail: Labsm@mail.ru

3Петров Олег Николаевич, аспирант, тел.: 89607526235, e-mail: Petrov_Oleq@mail.ru Petrov Oleg, Postgraduate student, tel.: 89607526235, e-mail: Petrov_Oleq@mail.ru

"Сокольников Александр Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры проектирования и эксплуатации газонефтепроводов, тел.: 89233760395, e-mail: asokolnikov@bk.ru

Sokolnikov Alexander, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Designing and Operation of Oil and Gas Pipelines, tel.: 89233760395, e-mail: asokolnikov@bk.ru

Трение в условиях граничной смазки - собирательное понятие, которое охватывает процессы трения поверхностей, покрытых пленками разных видов: оксидными, адсорбционными, пленками мыл и продуктов реакции содержащихся в масле активных компонентов с металлом поверхности. Все эти пленки различаются не только по своей природе, но и по характеру зависимости сил трения от нагрузки, температуры и других факторов. В свою очередь смазочные материалы обладают способностью оказывать влияние на процессы пластической деформации и разрушения поверхности металла [1, 2].

Температурная стойкость смазочных материалов является одной из основных характеристик сопряжений деталей машин, работающих в условиях граничной смазки, и характеризует способность смазочных слоев разделять и защищать поверхности при интенсивном тепловом воздействии. Однако существующие методы оценки температурной стойкости при граничном трении не учитывают влияние продуктов деструкции на процессы, протекающие на фрикционном контакте, поэтому исследования в этой области являются актуальной проблемой, направленной на установление механизма изнашивания, изучения совместного влияния продуктов температурной деструкции и нагрузки на смазывающую способность смазочных масел при граничном трении скольжения.

Испытанию подвергались: товарные моторные масла на минеральной основе М-8Г2К, частично синтетической ТНК Супер 5W-40 SL/CF и синтетической ESSO Ultron 5W-40 SL/CF. Термостатированные пробы данных масел, полученных по методике, описанной в работе [3], испытывают на трехшариковой машине трения со схемой трения "шар-цилиндр" с параметрами: нагрузка 13, 23 и 33Н, скорость скольжения 0,68 м/с, температура масла в объеме 80°С, время испытания 2 ч. Противоизносные свойства по среднеарифметическому значению диаметра пятна износа на трех шарах.

Противоизносные свойства термостатированных масел исследовались в зависимости от нагрузки для выявления изменения процессов, протекающих на фрикционном контакте. При выбранной паре трения «шар-цилиндр» при изнашивании увеличивается площадь пятна износа, следовательно, падает давление в контакте, которое определяет в зоне трения температуру, которая влияет на свойства смазочного материала, на скорость формирования граничных слоев и их прочность. Кроме того, на поверхности трения под действием температуры протекают химические реакции, скорость которых зависит от температуры и активности продуктов деструкции присадок.

На рис. 1-3 приведены зависимости диаметра пятна износа от температуры термостатирования и нагрузки минерального, частично синтетического и синтетического моторных масел.

В отличие от методики определения температурной стойкости, разработанной Р.М. Матвеевским в [4], при испытании моторных масел они предварительно термостатировались в диапазоне температур от 140 до 300°С [4], а затем проводились триботехнические испытания.

О.б

0.4

0.2

Ь, .нм

б к / -*—♦

I t / II / III

. 1

т,° С

140 160 ISO 200 220 240 260 2S0 300

140 160 180 200 220 240 260 280 300 Рис. 1. Зависимости износа от температуры термостатирования минерального моторного масла М-8Г2К и нагрузки: а - 13Н; б -23Н; в -33Н

0.6 -

0.4

0.2

ir?.и.и

в 1 w ! У /

] I / » III

1 1 1 iiii i i .......

140 160 180 200 220 240 260 280 300 Рис. 2. Зависимости износа от температуры термостатирования частично синтетического моторного масла ТНК Супер 5W-40 и нагрузки: а - 13Н; б - 23Н; в -33Н

140 160 180 200 220 240 260 280 300 Рис. 3. Зависимости износа от температуры термо-

статирования синтетического моторного масла ESSO Ultron 5W-40 и нагрузки: а - 13Н; б - 23Н; в - 33Н

Согласно приведенным данным зависимости диаметра пятна износа от температуры термостатирова-ния моторных масел независимо от базовой основы и нагрузки характеризуется тремя температурными областями, различающимися величиной износа и температурным диапазоном.

Первая температурная область для минерального (рис. 1) и частично синтетического (рис. 2) масел определяется температурным диапазоном от 140 до 160°С, а для синтетического - от 140 до 170°С. Причем для минерального масла величина износа практически одинакова в этом температурном диапазоне и зависит от нагрузки. Для частично синтетического масла в первой температурной области износ с увеличением температуры незначительно увеличивается при всех нагрузках. Для синтетического масла в этой температурной области износ уменьшается с увеличением температуры термостатирования, а величина его зависит от нагрузки. Влияние нагрузки на параметр износа имеет линейный характер (рис. 4).

Рис. 4. Зависимости диаметра пятна износа от нагрузки в области отсутствия образования продуктов деструкции: 1 - минеральное масло М-8Г2К;

2 - частично синтетическое масло ТНК Супер 5W-40 БиСР; 3 - синтетическое масло ESSO иНгоп 5W-40 БиСЕ

Вторая температурная область характеризуется образованием первичных продуктов температурной деструкции, которые вызывают резкое понижение про-тивоизносных свойств моторных масел независимо от базовой основы (см. рис. 1-3). Однако четкой зависимости параметра износа от температуры термостати-рования и нагрузки в зависимости от базовой основы не установлено. Так, температурный диапазон для этой области в зависимости от нагрузки и базовой основы моторных масел составляет: минерального масла М-8Г2К - 13Н от 160 до 220°С, 23Н от 160 до 180°С, 33Н от 160 до 200°С; частично синтетического масла ТНК Супер 5W-40 БЬ/ОР - 13Н от 160 до 190°С, 23, 33Н от 160 до 200°С; синтетического масла ЕББО Шгоп 5W-40 БЬ/ОР - 13Н от 170 до 240°С, 23Н от 170 до 180°С, 33Н от 170 до 200°С, т.е. нагрузка неоднозначно влияет на износ, однако он увеличивается по линейной зависимости

и2 = а(Т - Тн ) + и,,

где а - скорость увеличения износа; Т - температура испытания, °С, Тд - температура начала влияния продуктов деструкции на износ, °С; и - величина

износа в первой температурной области, мм.

Регрессионные уравнения зависимости износа от

температуры термостатирования для второй области имеют вид для нагрузок и масел:

М-8Г2К 13Н и = 0,008  (Т -160) + 0,26;

23Н и = 0,02  (Т -160) + 0,29;

33Н и = 0,0115  (Т -160) + 0,31 ТНК Супер 13Н и = 0,0067  (Т -160) + 0,29;

23Н и = 0,00725  (Т -160) + 0,32;

33Н и = 0,0107  (Т -160) + 0,34 ЕББО Шгоп 13Н и = 0,0043  (Т -170) + 0,24;

23Н и = 0,013  (Т -170) + 0,28

33Н и = 0,0123  (Т-170) + 0,30.

Скорость понижения противоизносных свойств^ моторных масел (рис. 5) принята в качестве показателя сравнения моторных масел различной базовой основы и оценки влияния продуктов температурной деструкции и нагрузки. Установлено, что наибольшее влияние на изменение противоизносных свойств для минерального и синтетического масел оказывает нагрузка 23Н (кривые 1 и 3).

Рис. 5. Зависимости скорости изменения износа от нагрузки во второй температурной области: 1 - минеральное масло М-8Г2К; 2 - частично синтетическое масло ТНК Супер 5W-40 БиСР;

3 - синтетическое масло ESSO иНгоп 5W-40 ЭиСР

Третья температурная область определяет величину износа, зависящую как от первичных, так и вторичных продуктов температурной деструкции, нагрузки и базовой основы моторных масел. Установлено, что для минерального и частично синтетического масел зависимость износа от температуры термостати-рования имеет два характерных участка, интенсивность изменения износа которых определяется нагрузкой. Для синтетического масла износ в этой области изменяется по линейной зависимости вплоть до температуры 290°С (см. рис. 3).

Рассмотрим особенности изменения противоиз-носных свойств моторных масел в третьей температурной области в зависимости от базовой основы. Так, для минерального масла М-8Г2К (рис. 1) первый участок стабилизации противоизносных свойств для нагрузки 13Н установлен в диапазоне температур от 220 до 280°С. Второй участок в диапазоне температур от 280 до 300°С характеризуется незначительным повышением противоизносных свойств. Для нагрузок 23 и 33Н первый участок понижения противоизносных свойств установлен в диапазоне температур соответственно от 180 до 250°С и от 200 до 240°С. Второй участок для нагрузки 23Н характеризуется стабилиза-

цией противоизносных свойств в диапазоне температур от 250 до 300°С, а для нагрузки 33Н второй участок третьей температурной области характеризуется значительным повышением противоизносных свойств в диапазоне температур от 240 до 300°С.

Анализ зависимостей изменения противоизносных свойств в третьей температурной области позволяет высказывать предположение, что на участке понижения противоизносных свойств масел вызвано продолжением процесса температурной деструкции на поверхностях трения, при этом нагрузка либо стабилизирует значение параметра износа (13Н), либо его увеличивает (23 и 33Н), но сокращает температуру окончания процесса деструкции. На втором участке в результате окончания процесса деструкции его продукты способны формировать на поверхностях трения прочные граничные слои, понижающие износ.

Для частично синтетического масла (рис. 2), представляющего смесь минеральной и синтетической базовых основ, изменения противоизносных свойств отличается от минерального масла. Первый участок третьей температурной области для нагрузок 13 и 33Н характеризуется повышением противоизносных свойств соответственно в диапазоне температур тер-мостатирования от 190 до 240°С и от 200 до 250°С, а второй участок для этих нагрузок характеризуется понижением противоизносных свойств вплоть до температуры 290°С. Для нагрузки 23Н первый участок характеризуется стабилизацией противоизносных свойств в температурном интервале от 200 до 270°С, а второй - повышением противоизносных свойств в интервале температур от 270 до 290°С. Такое изменение параметра износа вызвано различным влиянием базовых основ и нагрузки на процессы, протекающие на фрикционном контакте.

Для синтетического моторного масла ЕББО Шгоп 5w-40 БЬ/ОР (рис. 3) третья температурная область определяется одним участком, начало которого зависит от нагрузки. Так, для нагрузки 13Н температура начала третьей температурной области начинается от 240°С, а износ стабилизируется, нагрузки 23Н от 180°С и износ увеличивается по линейной зависимости до температуры 290°С и нагрузки 33Н от 200°С, а износ уменьшается по линейной зависимости до температуры 290°С. Такое изменение противоизносных свойств синтетического масла зависит от концентрации первичных и вторичных продуктов температурной деструкции и влияния их на процессы, протекающие на фрикционном контакте. Если процесс деструкции завершился при термостатировании масла, то проти-воизносные свойства при изнашивании либо стабилизируются, либо повышаются (нагрузки 13 и 33Н), а если он не завершен, то процесс деструкции продолжается при изнашивании и роль нагрузки при этом очевидна.

Влияние продуктов температурной деструкции моторных масел и нагрузки на противоизносные свойства анализировалось по зависимостям параметра износа от коэффициента поглощения светового потока , характеризующего их концентрацию (рис. 6). Установлено, что противоизносные свойства термо-

статированных моторных масел независимо от базовой основы понижаются при образовании первичных продуктов деструкции (до Ткр1). Кроме того, нагрузка влияет на увеличение износа для всех исследованных масел. При образовании вторичных продуктов температурной деструкции износ стабилизируется или уменьшается для минерального масла, практически стабилизируется для частично синтетического масла и незначительно увеличивается для синтетического масла, причем с увеличением нагрузки износ также увеличивается.

Таким образом, установлено, что влияние концентрации продуктов температурной деструкции и нагрузки оказывают существенное влияние на механизм изнашивания, особенно первичные продукты. Вторичные продукты, в основном, направлены на предотвращение схватывания при трении. В этой связи предложен критерий противоизносных свойств П , определяемый выражением

П = Кп,

и

где Кп - коэффициент поглощения светового потока; и - параметр износа, мм.

Рис. 6. Зависимости износа от коэффициента поглощения светового потока при термостатирова-нии моторных масел: а - минеральное масло М-8Г2К; б - частично синтетическое масло ТНК Супер 5W-40 SL/CF; в - синтетическое масло ESSO иНгоп 5W-40 БиОЕ; 1 - нагрузка 13Н; 2 - нагрузка 23Н;

3 - нагрузка 33Н

Данный критерий характеризует условную концентрацию продуктов температурной деструкции на номинальной площади фрикционного контакта. Показано, что зависимости критерия противоизносных свойств от коэффициента поглощения светового пото-

ка имеет линейный характер (рис. 7). Причем, чем выше величина нагрузки, тем ниже противоизносные свойства, при одном и том же значении КП.

Регрессионные уравнения зависимостей противоизносных свойств от коэффициента поглощения светового потока при нагрузках имеют вид для масел

М-8-Г

2К

Р=13Н П = 1,32КП, Р=23Н

П = 1,22КП, Р=33Н П = 1,15КГ

ТНК Супер

Р=13Н П = 2,11КП, Р=23Н

П = 1,67 Кп, Р=33Н П = 1,48КП, ESSO Ultron Р=13Н П = 2,14КП, Р=23Н П = 1,74КП, Р=33Н П = 1,44 Кп.

Коэффициенты 1,32; 1,22; 1,15; 2,11; 1,67; 1,48; 2,14; 1,74; 1,44 характеризуют скорость изменения критерия противоизносных свойств, по которым построены зависимости скорости изменения противоиз-носных свойств от нагрузки (рис. 8). Показано, что с увеличением нагрузки противоизносные свойства понижаются, причем чем выше величина скорости, тем быстрее происходит понижение противоизносных свойств с ростом нагрузки.

Рис. 7. Зависимости критерия противоизносных свойств от коэффициента поглощения светового потока при термостатировании моторных масел: а -минеральное масло М-8Г2К; б - частично синтетическое масло ТНК Супер 5W-40 SL/CF; в - синтетическое масло ESSO иЧгоп 5W-40 БиСЕ; 1 - нагрузка 13Н; 2 -нагрузка 23Н; 3 - нагрузка 33Н

Рис. 8. Зависимости скорости изменения критерия противоизносных свойств от нагрузки: 1 - минеральное масло М-8Г2К; 2 - частично синтетическое масло ТНК Супер 5W-40 SL/CF; 3 - синтетическое масло ESSO Ultron 5W-40 SL/CF

Установлено, что наиболее высокими противоиз-носными свойствами характеризуется синтетическое масло ESSO Ultron при нагрузках 13 и 23Н. Частично синтетическое масло ТНК Супер показало лучшие результаты при нагрузке 33. Худшими результатами характеризуется минеральное масло М-8Г2К. Показано, что наименьшей скоростью изменения критерия противоизносных свойств характеризуется минеральное масло М-8Г2К (кривая 1). Для масел ТНК Супер и ESSO Ultron, относящихся к одной группе эксплуатационных свойств SL/CF, скорости изменения критерия противоизносных свойств практически одинаковы. В этой связи скорость изменения критерия противоизносных свойств рекомендуется применять для назначения группы эксплуатационных свойств или их идентификации.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Установлено три характерных температурных области изменения износа термостатированных масел независимо от базовой основы, различающиеся величиной износа и температурным диапазоном, причем первая температурная область до 160°С, где процессы деструкции отсутствуют, параметр износа постоянный и зависит от нагрузки, во второй температурной области износ увеличивается по линейной зависимости и определяется концентрацией первичных продуктов деструкции и нагрузки, в третьей температурной области износ зависит от суммарной концентрации первичных и вторичных продуктов деструкции и нагрузки, причем нагрузка понижает противоизнос-ные свойства.

2. Установлено, что первичные продукты деструкции понижают противоизносные свойства термостатированных масел независимо от базовой основы, а для вторичных продуктов деструкции однозначной зависимости не установлено, однако нагрузка понижает противоизносные свойства для всех исследованных масел. Такое влияние вторичных продуктов температурной деструкции на противоизносные свойства масел объясняет механизм их действия на предотвращение схватывания, заключающегося в незначительном изменении износа в широком диапазоне температур, за счет инициирования присадок.

3. Предложен критерий противоизносных свойств термостатированных масел, определяемый отноше-

нием коэффициента поглощения светового потока к параметру износа, характеризующий условную концентрацию продуктов деструкции на номинальной площади фрикционного контакта, что позволяет оце-

нить влияние концентрации продуктов температурной деструкции и нагрузки на триботехнические характеристики термостатированных масел, а также их сравнивать.

Библиографический список

1. Венцель Е.С., Березников А.И., Голубов А.С., Криво-ротько И.М. О влиянии концентрации присадки в смазочном материале на интенсивность изнашивания трибоузла // Проблемы трибологии. 2009. №2. С. 16-18.

2. Билякович О.Н., Богайская Е.В. Современные представления процессов формирования граничных смазочных слоев при участии активных компонентов смазочных сред //

Вестник ХНАДУ. 2010. Вып. 51. С.95-95.

3. Ковальский Б.И., Малышева Н.Н. Температурная стойкость моторных и трансмиссионных масел // Вестник Крас-ГАУ. 2006. Вып. 12. С. 237-240.

4. Матвеевский Р.М. Температурная стойкость граничных смазочных слоев и твердых смазочных покрытий при трении металлов и сплавов. М.: Наука, 1971. 228 с.