Исследование эксплуатационных жидкостей автомобиля методом ИК-спектроскопии

рот и снижению скоростных качеств. В связи с этим мощность гидропривода системы управления поворотом с отводом части жидкости механизма автоматического натяжения гусениц должна быть повышенной.

Выводы

1 При движении транспортной машины с большой скоростью по дорогам с малодеформируемым основанием длиннопериодические поперечные волновые процессы в ветвях гусениц приводят к колебаниям корпуса машины вокруг вертикальной оси с частотой 0,9 ... 1,2 Гц, что дестабилизирует траекторию движения.

2 Обоснована и разработана зависимость частот собственных и вынужденных поперечных волновых процессов в ветвях гусениц от параметров конструкции движителя.

3 Установлено, что поперечные волновые процессы в гусеницах могут быть стабилизированы регулированием и модуляцией силы натяжения гусениц.

4 Асимметричность характеристики упругости движителя, периодический характер ее изменения создают предпосылки параметрических колебаний корпуса. Сокращение асимметричности достигается дополнительным натяжением гусеницы отстающего борта силой равной 0,50 ... 0,82 силы веса машины с быстродействием 0,42 ... 0,85 с.

Список литературы

1 Теория колебаний [Текст]/под. ред. К. С. Колесникова.- М. : МГТУ

им. Н.Э. Баумана, 2003. - 272 с.

2 Платонов, В. Ф. Динамика и надежность гусеничного

движителя[Текст]/ В. Ф. Платонов. - М. : Машиностроение, 1973. - 232 с.

3 Тимошенко, С. П. Колебания в инженерном деле [Текст] /

С. П. Тимошенко.- М.: Наука, 1967.

4 Держанский, В. Б. Ограничение подвижности быстроходных

гусеничных машин при флуктуации боковых сил [Текст]/ В. Б. Держанский, И. А. Такаторкин // Тракторы и сельхозмашины.- 2011.- № 6.- С. 14-18.

УДК 543.422.3-74

Е.П. Выхованец, Л.В. Мосталыгина ФГБОУ ВПО «Курганский государственный университет» Ю.С. Русаков

ФГБУ СЭУ ФПС ИПЛ по Курганской области

исследование эксплуатационных жидкостей автомобиля методом ик-спектроскопии

Аннотация. Проведен сравнительный анализ ИК-спектров различных эксплуатационных жидкостей автомобиля: моторные, трансмиссионные масла, охлаждающие жидкости с целью идентификации жидкостей в районе пожаров.

Ключевые слова: ИК-спектроскопия, инициаторы горения, органические соединения, эксплуатационные жидкости автомобиля.

E.P. Vykhovanets, L.V. Mostalygina Kurgan State University

study fluids car ir spectroscopy

Annotation. The paper compares various vehicle fluids, such as motor oils, gear oils, coolants and other means of IR spectroscopy.

Index Terms: IR spectroscopy, the initiators of burning oil, organic compounds, Fluids car fire.

Введение

Моторные масла и другие технические жидкости автомобиля являются смесями компонентов, получаемых различными технологическими процессами. Они могут содержать сотни углеводородов различного строения, в различных соотношениях. Эксплуатационные жидкости автомобиля часто являются объектом исследования в практике пожарно-технической экспертизы. При подобных исследованиях перед экспертом стоят не только диагностические задачи (установление наличия жидкости в пробе), но и более значимые - идентификационные, предполагающие установление групповой принадлежности и типа жидкости. Несмотря на обилие аналитических методов, решение идентификационной задачи и установление типа эксплуатационной жидкости автомобиля представляет определённую сложность, так как эксплуатационные жидкости являются продуктами тяжелых нефтяных фракций с температурами кипения компонентов выше 200оС. В состав масел входят алканы нормального и изостроения с числом атомов углерода от пятнадцати до тридцати; полициклические ароматические углеводороды, содержание которых в отработанных и выгоревших маслах резко увеличивается.

С точки зрения методических особенностей анализ инфракрасных спектров поглощения позволяет выявить функциональный состав веществ в исследуемой пробе. Определенным структурным группам и связям молекул соответствуют характеристические полосы поглощения, выявляющиеся при соответствующих частотах инфракрасного спектра. Именно в ИК-области спектра находятся основные гармоники колебательных спектров углеводородов, входящих в состав эксплуатационных жидкостей. ИК-спектр вещества можно назвать его уникальной характеристикой, по которой можно проводить идентификацию вещества. Метод ИК-спектро-скопии требует малого количества исследуемого вещества,

также не требует больших затрат времени.

Целью настоящей работы являлась разработка методики идентификации эксплуатационных жидкостей автомобиля с применением ИК-спектроскопии.

1 Принцип метода

Инфракрасная спектроскопия (ИК-спектроскопия) — раздел спектроскопии, охватывающий длинноволновую область спектра (>730 нм за красной границей видимого света). Инфракрасные спектры возникают в результате колебательного (отчасти вращательного) движения молекул, а именно, в результате переходов между колебательными уровнями основного электронного состояния молекул.

По инфракрасным спектрам поглощения можно установить строение молекул различных органических (и неорганических) веществ. По числу и положению пиков в ИК спектрах поглощения можно судить о природе вещества (качественный анализ), а по интенсивности полос поглощения — о количестве вещества (количественный анализ) [1].

ИК спектр представляет собой сложную кривую с большим числом максимумов и минимумов. Основные характеристики спектра ИК-поглощения: число полос поглощения в спектре, их положение, определяемое частотой (или длиной волны), ширина и форма полос, величина поглощения — определяются природой (структурой и химическим составом) поглощающего вещества, а также зависят от агрегатного состояния вещества, температуры, давления и других параметров. Спектральные характеристики (положения максимумов полос, их полуширина, интенсивность) индивидуальной молекулы зависят от масс составляющих ее атомов, геометрического строения, особенностей межатомных сил, распределения заряда, поэтому ИК спектры отличаются большой индивидуальностью, что и определяет их ценность при идентификации и изучении строения соединений.

Инфракрасная спектроскопия дает очень важную информацию о частотах колебаний ядер, зависящих от строения молекул и от прочности валентных связей. Частоты колебаний определенной пары химически связанных атомов (валентных колебаний), обычно лежат в определенных пределах. Так, например, частоты колебаний С-Н имеют различные диапазоны, зависящие от остальных связей атомов углерода, что часто позволяет определять наличие соответствующих групп в органическом соединении.

Инфракрасные спектры проб могут быть получены на любых серийных ИК-спектрофотометрах. В проводимых нами исследованиях использовали ИК фурье-спектрометр ФСМ 120 ООО «Инфраспек». Анализ с помощью ИК-спект-роскопии выгодно отличается незначительным расходованием изучаемых материалов, что является важным при по-жарно-технической экспертизе. Съемку спектров эксплуатационных жидкостей проводят в растворах. При этом характеристические полосы поглощения молекул растворителя могут перекрывать полосы поглощения анализируемого вещества. Для устранения этого недостатка использовали растворитель с ограниченным количеством возможных полос поглощения, лежащих вне диапазонов полос поглощения исследуемых веществ. В нашем исследовании применялся четыреххлористый углерод. Также ИК-спектры жидкостей рекомендуется снимать с применением приставки многократного нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО).

Для интерпретации ИК-спектров легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) рекомендуется использовать следующие характеристические полосы поглощения: 31003500 см-1 - ОН-группы кислотного и спиртового характера; 3070-3100 см-1 - СН-связи ароматического характера; 2940-2960 см-1, 1360-1380 см-1 - СН3-группы (концевые); 2860-2870 см-1, 1440-1470 см-1 - СН-связи алифатическо-

го характера; 1720-1750 см-1 - С=О карбонильная группа; 1600 см-1 - ароматические структуры бензольного ряда; 1220, 1160, 1120 см-1 - алифатические эфиры.

Полосы поглощения карбонильных соединений и сложных эфиров проявляются и при анализе выгоревших нефтепродуктов, поскольку указанные соединения могут образовываться в результате окисления углеводородов в условиях пожара [2].

2 Результаты и их обсуждение

В ИК-спектрах моторных масел фиксировались полосы поглощения в области 750 см-1 - С^-валентные связи, 1400 см-1 - СН связи алифатического характера, 1500 см-1 -связи бензольного кольца, 2900 см-1 - СН3 - связи концевые, 3000 см-1 - СН - связи ароматического характера (рисунок 1). Полученные спектры моторных масел схожи друг с другом, поэтому решить идентификационную задачу довольно сложно.

\ 1400 \ 750 1500 г»о \ 3000

Моюр. масло .|>1лЬ >» 1 №40 ттоп! Машрв иаслв ш ?V 40 Рииг рггшшп 1_А Я\10

1460 15» НЮ0 ям т/т И»

Рисунок 1 - ИК-спектр моторных масел

Спектры отработанных моторных масел практически не отличаются от спектров исходных моторных масел. В ИК-спектрах фиксировались полосы поглощения: 750 см-1 - С^-валентные связи, 1400 см-1 - СН связи алифатического характера,1500 см-1 - связи бензольного кольца, 2900 см-1 - СН3 связь концевая, 3000 см-1, 3050 см-1 - СН связь ароматического характера.

Следует отметить, что интенсивность полосы поглощения в области 750 см-1, соответствующая С^-валент-ным связям, на спектрах отработанных масел значительно выше, чем на спектрах нативных моторных масел, что позволяет различить данные масла по этому признаку.

Смазочные масла также имеют полосы поглощения: 1400 см-1 - СН связи алифатического характера, 1500 см-1 -связь бензольного кольца, 2900 см-1 - СН3 - связь концевая, 3000 см-1, 3050 см-1 - СН - связь ароматического характера.

Важно отметить, что на спектре отсутствует полоса поглощения в области 750 см-1 , можно сказать, что это дифференцирующий признак.

Спектры трансмиссионных масел в значительной степени отличаются от рассмотренных выше спектров других нефтепродуктов, что выражается в наличии на спектрах дополнительных полос поглощения в области 1000-2000 см-1 и создает возможность идентификации данных масел методом ИК-спектроскопии. Для них характерны полосы поглощения: 1100 см-1 - алифатические эфиры, 1400 см-1 -СН связь алифатического характера, 1500 см-1 - связь бензольного кольца, 1750 см-1 - связь С=О карбонильная группа, 2900 см-1 - СН3 - связь концевая, 3000 см-1, 3050 см-1 -СН - связь ароматического характера. Трансмиссионное масло «Кастрол» синтетическое 75W-90 имеет отличительные полосы поглощения в области: 1100 см-1 - алифатические эфиры, 1750 см-1 - связь С=О (карбонильная группа).

Гидравлические и адгезионные масла достаточно схожи со спектрами моторных масел, что не позволяет провести их идентификацию. Они имеют полосы поглощения в следующих областях: 1400 см-1 - СН -группы алифатичес-

кого характера, 1500 см-1 - бензольное кольцо, 2900 см-1 -СН3 - группы концевые, 3000 см-1, 3050 см-1 - СН - группы ароматического характера. На спектре гидравлических масел нет полосы поглощения в области 750 см-1 - это дифференцирующий признак.

Охлаждающая жидкость - антифриз, который имеет полосы поглощения в области 1000-1100 см-1 - относится к функциональным группам вторичного спирта, 3150-3450 см-1 -СН - связь ароматического ряда. Охлаждающая жидкость по составу представляет собой смесь спиртов и воды. Наличие воды в исследуемой жидкости существенно затрудняет получение спектра, делая идентификацию практически невозможной.

Таким образом, исследование эксплуатационных жидкостей автомобильной техники методом ИК-спектроскопии позволяет заключить:

1) в ИК-спектрах моторных, смазочных, гидравлических и трансмиссионных масел (нативных и отработанных) наблюдаются полосы поглощения: в области 750 см-1 (соответствуют C-S-валентным связям), в области 1400 см-1 - (связи СН - групп алифатического характера), в области 1500 см-1 (бензольное кольцо), в области 2900 см-1 (СН3 -концевые группы), в области 3000 см-1 - (СН - группы ароматического характера). Наличие данных пиков, по мнению авторов исследования, является дифференцирующим признаком нефтяных масел;

2) интенсивность полосы поглощения в области 750 см-1, соответствующая С-S валентным связям, на спектрах отработанных масел значительно выше, чем на спектрах нативных моторных масел, что позволяет различить данные масла по этому признаку;

3) в ИК-спектрах трансмиссионных масел в зависимости от марки масла проявляются дополнительные пики в областях ~1100-1300 см-1 и 1750 см-1. По наличию данных пиков трансмиссионные масла можно отличить от других групп масел;

4) на спектрах водосодержащих эксплуатационных жидкостей (антифриз) проявляются полосы поглощения воды, что делает идентификацию данных веществ методом ИК-спектроскопии практически невозможной.

Список литературы

1 ИК-спектроскопия. URL : http://ru.wikipedia.org/wiki/

2 Чешко, И. Д. Техническое обеспечение расследования поджогов,

совершенных с применением инициаторов горения [Текст]/ И. Д. Чешко, М. А. Галишев, С. В. Шарапов, Н. Н. Кривых. - М.: ВНИИПО, 2002. -131 с. 3. Чешко, И. Д. Обнаружение и установление состава

легковоспламеняющихся и горючих жидкостей при поджогах [Текст]: методическое пособие / И. Д. Чешко, М. Ю. Принцева, Л. А. Яценко. - М.: ВНИИПО, 2010. - 90 с.

МЕТАЛЛУРГИЯ И ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

УДК 669.721.372 Д.Н. Камаев

Курганский государственный университет

расчёт диаграммы состояния системы lif-bef2

Аннотация. Выполнен расчет диаграммы состояния LiF-BeF2 с использованием различных термодинамических теорий. Расчеты с использованием субрегулярной теории и модели Редлих-Кистера дают схожие результаты и свидетельствуют о возможном расслаивании расплавов в области богатой фторидом бериллия.

Ключевые слова: термодинамическое моделирование, фторид лития, фторид бериллия.

D.N. Kamaev Kurgan State University

calculation of the phase equilibrium diagram in the system lif-bef2

Abstract. Calculation of the phase equilibrium diagram in the system LiF-BeF2 was carried out by applying thermodynamical theories. The calculation applying the subregular theory and Redlich-Kister polynomials gives the same results and shows a miscibility gap in the BeF2-rich region.

Index Terms: thermodynamic modeling, lithium fluoride, beryllium fluoride.

Введение

Диаграмма состояния системы LiF-BeF2 имеет важное прикладное значение. Расплавы на ее основе являются высокоэффективными теплоносителями и хорошими растворителем для фторидов урана, тория, плутония и др., вследствие чего используются как основной компонент в получении композиционных материалов для жид-косолевых ядерных реакторов [1].Также сведения по диаграмме состояния необходимы для получения литиево-берилеевофторидных стекол.

Диаграмма состояния системы LiF-BeF2[1; 2] хорошо изучена экспериментально (рисунок 1), однако, несмотря на широкое прикладное значение, сведения по термодинамике расплавов в системе являются немногочисленными и противоречивыми. Расчет фазовых равновесий в системе на базе экспериментальных данных [1; 2] с использованием полиномиальной модели Редлиха-Кистера методом CALPHAD, выполненный в исследовании [3], показал наличие в системе области расслаивания расплавов в области, богатой фторидом бериллия, что противоречит имеющимся экспериментальным данным. Авторы [3] утверждают, что такая область вполне может существовать, поскольку система LiF-BeF2 является низкотемпературным аналогом системы MgO-SiO2, в которой расслаивание расплавов существует, а также ссылаются на данные по диаграмме состояния тройной ^o^b^F-BeF^ ZrF4, в которой также есть область расслаивания в углу, богатом содержанием BeF2.

На основании всего вышесказанного с учетом важно-

сти прикладного значения расплавов на основе системы нами был выполнен собственный расчет диаграммы состояния данной системы.

Расчет диаграммы состояния

По экспериментальным данным диаграмма состояния системы LiF-BeF2[1; 2] содержит две нонвариантные точки: точки перитектического превращения с координатами 34 мол. % BeF2при температуре 458°С, точка эвтектического превращения с координатами52 мол. % BeF2при температуре 360°С. В системе имеется химическое соединение 2LiFBeF2, которое плавится инконгруэнтно (рисунок 1).

Т,°С 900-,

0 10 20 LiF

BeF

сплошная линия - экспериментальные данные, пунктир -расчет по теории регулярных ионных растворов Рисунок 1 - Диаграмма состояния системы LiF-BeF2

Расчет выполняли с использованием моделей регулярных, субрегулярных ионных растворов и полиномиальной модели Редлиха-Кистера [4]. Справочные данные энтальпий плавления чистых компонентов были взяты из источника [5].

С позиций теории регулярных ионных растворов выражение химического потенциала для компонентов бинарной системы имеет вид:

И,=м! + ЯТЫх, + (1 - х, )2 • ,

где И - стандартный химический потенциал,

х( - мольная доля /-ого компонента в расплаве, 012- энергетический параметр смешения компонентов.

Для модели субрегулярных ионных растворов химические потенциалы компонентов бинарной системы выражаются следующим образом:

И = И0, + V [кТ 1пх + 3х12х22е1112 + (2-3х1)х1х22е1122 + (1 -Зх^а^],

И, = И 1п Х2 + (1 -3x2)х3б1112 + (2 -3x2)Х2Х2б1122 + Зх^б^ ],

где V - число катионов металла во фториде,

иИ - стандартный химический потенциал, х1и х2мольные

доли компонентов в расплаве, 01112, 01122, 01222 - энергетические параметры взаимодействия (смешения) компонентов. Индекс «1» относится к LiF, индекс «2» относится к BeF2.

Плавление соединения2LiFBeF2 описывается уравнением:

2LiFBeF

2 <

-» 2LiF + BeF,

Выражение для константы равновесия данного про-

800

700

600

500

400

300

200

200

30

40

50

60 70

80

90 100

Be^, мол.%