CC BY
61
I EN I
Транспорт
УДК 629.113.004.5
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАСТВОРИМОСТИ ГАЗА В МАСЛАХ
А.С.Бектемиров1, О.Л.Маломыжев2, В.В.Скутельник3
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Предложена методика оценки перехода растворённого в масле газа в свободное состояние и обратно при изменении давления и температуры. Ил. 2. Табл. 1. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: автомобильные двигатели; трансмиссия; масло; газомасляная смесь; растворимость.
STUDY OF GAS SOLUBILITY PARAMETERS IN OIL A.S. Bektemirov, O.L .Malomyzhev, V.V. Skutelnik
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The authors propose a procedure to assess the transition of the gas dissolved in oil in a free state and vice versa when changing pressure and temperature. 2 figures. 1 table. 6 sources.
Key words: motor car engines; transmission; oil; gas and oil mixture; solubility.
Масла, применяемые в механизмах и агрегатах автомобилей, способны растворять в себе различные газы, с которыми они контактируют. В первую очередь, к таким газам относятся составляющие атмосферного воздуха. При функционировании механизмов и агрегатов автомобилей изменяются давление и температура масла, что вызывает обратимый переход газа из растворенного состояния в свободное и является одной из причин появления газомасляной смеси в линиях подач масла к потребителям двигателей и трансмиссий. Газомасляная смесь обладает иными, чем масло без газовых пузырьков, физическими свойствами (вязкость, плотность, теплоёмкость и т.п.), а следовательно, влияет на работу двигателей, коробок перемены передач, в том числе автоматических, а также гидроамортизаторов. Так, например, при подаче к парам трения (трибосопряжениям) газомасляной смеси вместо масла без газовых пузырьков повышаются коэффициент трения, температура деталей и, как следствие, возможно возникновение задиров и схватывания. Образование газомасляной смеси в амортизаторах подвески приводит к снижению эффективности их работы, что обусловлено снижением вязкости масла и увеличением его объёма при его преобразовании в газомасляную смесь. Таким образом, оценка возможности возникновения газомасляной смеси в механизмах и агрегатах автомобилей является актуальной задачей.
Плотность газомасляной смеси можно описать уравнением
Рм
р. = {
р-е
7г,
при Р1<Рри Ti > Тр,
(1)
кРм приР1>РриТ1< Тр,
где, рм - плотность масла; е - основание натурального логарифма; Я - универсальная газовая постоянная; Р;, Т; - текущие значения давления (Па) и температуры (К) соответственно; Рр, Тр - значения давления (Па) и температуры (К) начала образования в масле газовых пузырьков.
Для оценки плотности газомасляной смеси (р;) необходимо иметь значения коэффициентов (К, В) для уравнения (1), выражающего предельную величину концентрации газа, растворенного в масле. Из выражения (1) следует, что уменьшение давления или увеличение температуры должно приводить к уменьшению концентрации растворенного газа и вследствие этого к газовыделению в рассматриваемом объеме смазочного материала. Таким образом, методика определения коэффициентов растворимости может основываться на том, что испытуемую пробу масла следует подвергать переменным давлениям и температурам с фиксацией при этом объемов жидкой и газовой фаз. Имеющиеся в литературных источниках методы оценок газосодержания в маслах [1-6] созданы в основном для определения объемной концентрации не-растворенного газа с целью оценки работы гидравлических приводов, что не в полной мере соответствует поставленным требованиям. В [3] предложена методика определения газосодержания смазочных мате-
1Бектемиров Амир Саидбаддалович, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильного транспорта, тел.: (3952) 405136, e-mail: bektemir@istu.edu
Bektemirov Amir Saidbaddalovich, Candidate of technical sciences, associate professor of the chair of Automobile Transport, tel.: (3952) 405136, e-mail: bektemir@istu.edu
Маломыжев Олег Львович, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильного транспорта, тел.: (3952) 405136, email: olegm@istu.edu
Malomyzhev Oleg Lvovich, Candidate of technical sciences, associate professor of the chair of Automobile Transport, tel.: (3952) 405136, e-mail: olegm@istu.edu
3Скутельник Виталий Викторович, доцент кафедры менеджмента на автомобильном транспорте, тел.: (3952) 405135. Skutelnik Vitaly Viktorovich, associate professor of the chair of Management in Automobile Transport, tel.: (3952) 405135.
риалов, созданная для оценки влияния растворенного в маслах кислорода на процессы окислительного изнашивания. Эта методика несет достаточно глубокую информацию по определению параметров растворимости в смазочных материалах воздуха. На ее основе авторами была разработана специальная методика испытаний масел, которая построена следующим образом.
1. Производится изотермическое вакуумирова-ние масла в паре плунжер-цилиндр. Приращение объема образующейся при этом газомасляной смеси принимается за изменение концентрации растворенного в масле газа.
2. Производится изобарный нагрев масла в термостате при использовании плунжерной пары. Объем выделяющегося газа принимается за изменение его концентрации в масле.
Испытания проводились на маслах, имеющих наиболее распространенное применение в двигателях автомобилей. При этом использовались масла как новые, так и отработанные - из картеров двигателей. Для проверки корректности предложенного метода испытаний были исследованы на растворимость также масла БАБ 5W30 и БАБ 15W40, характеристики растворимости которых можно оценить по данным [1, 4].
Принципиальная схема установки представлена на рис. 1. Установка работает следующим образом. Объем испытуемого масла, выдержанный при атмосферном давлении и температуре, при которой будут проводиться испытания, для достижения равновесной концентрации растворенного газа помещается в полость, образованную цилиндром 1 и плунжером 2. Через канал 3 движением плунжера 2 вверх из полости удаляется попавший в нее при заполнении воздух. Затем закрывается кран 4. Исходный объем масла Ум0 регистрируется с помощью индикаторной головки 5:
УМ0 = —,
где И - высота столба масла, регистрируемая индикаторной головкой; с1 - внутренний диаметр цилиндра.
К нагрузочному устройству 6 прикладываются различные грузы в порядке возрастания веса, и производится измерение объема газомасляной смеси, образующейся в полости плунжер-цилиндр, при помощи индикаторной головки 5.
Вследствие выделения газа из раствора объем газомасляной смеси возрастает. Давление в полости определяется зависимостью
4 С
где Ро - атмосферное давление; С - вес груза.
В использованной установке цилиндр 1 имеет внутренний диаметр 25 мм и высоту 80 мм. Плунжер 2 снабжен кольцевым резиновым уплотнением.
Для определения коэффициента растворимости в зависимости от температуры В установка помещалась в термостат. При ступенчатом повышении температуры с выдержкой на каждой ступени не менее 30 мин регистрировалось приращение объема газомасляной
смеси. Для иллюстрации на рис. 2 приведены результаты испытаний масел БАБ 5W30 и БАБ 15W40.
Методика обработки экспериментальных данных основана на том, что, во-первых, при уменьшении давления от какой-либо известной величины Р0 до величины Р1 при постоянной температуре То из масла выделяется газ массой
тГ1 = (Со - С1)^УМ = КеВ/ЧР0 ~ который займёт объём
I/ ™ от в/т ~ Уг1 =КУмЯТ0е 'г0---.
Рис. 1. Установка для определения растворимости газа в маслах
Во-вторых, при увеличении температуры от Т0 до Т при постоянном давлении Ро из масла выделится газ массой
Шг2 = (С0 - С2)цУм = КР0 (Ао -
который займет объем
УГ2 = КУМЯТ1 (Ао - е%),
ср = У-Г± =
В/
Т0е /Т°(Ро-Р1)
7г2 Р1711(е /то-е /т1
Зарегистрировав при испытаниях УГ1, УГ2 , Т0, Т1 , Ро, можно получить
(рТ1 Р1
Величины В и К по результатам экспериментов определяются из зависимостей
в = 1п _ £),
Р1 11 Т0Л
К = Уг± Р± т 1 = , 1
УМ{Ро-Р1) КЫеВ/т°) УМ КТ1(еВ/т°-еВ/Т1)'
Полученное в результате эксперимента значение коэффициента растворимости К для масла АМГ-10 было сопоставлено с его оценкой по материалам [6]. Отклонения в значении коэффициента К в среднем не превосходят 2% (2,8*105 моль/м3-Па по предложенной методике и 2,85-10 моль/м3*Па по данным [6]). Это свидетельствует о достоверности и высокой точности предложенной методики испытаний.
Значения коэффициентов К и В для испытанных сортов масел приведены в таблице.
При проведении экспериментов было отмечено значительное увеличение объема газомасляной смеси при понижении давления. Влияние температуры ска-
%1О 1 УСМ
0,8
зывается в значительно меньшей степени, приводя к изменению объема пробы на 1...2 % при увеличении температуры на каждые 50°С. Исходя из температурного диапазона, характерного для условий эксплуатации масел, можно предполагать, что увеличение их объема под воздействием температуры будет составлять 4...6% в зимнее и 2...4% в летнее время.
Растворимость газа в маслах с низкой вязкостью ^Г-Ю, SAE 5W30) в среднем в два раза больше, чем в маслах с высокой вязкостью (SAE 15W40). Подобные сведения содержатся в [6], но тем не менее, судить однозначно об этом явлении пока затруднительно, т.к. не подвергалось исследованию влияние химического состава масел, в частности, присадок.
Наличие в системах смазки двигателей и автоматических коробок передач высоких давлений (до 16-10 Па), создаваемых насосами в отдельных участках линий подач, приводит к появлению высоконасыщенного раствора газа в смазочном материале. При выходе масла в участки, где имеет место низкое давление (картера сборочных единиц, масляные баки), может происходить значительное увеличение объема смазочного материала вследствие выхода газа из растворённого состояния.
Проведенные исследования позволяют на этапе проектирования механизмов и агрегатов автомобилей
Значения коэффициентов растворимости К, В
Марка масла К, моль/мЗ*Па В, К
эксперимен- справоч- эксперимен-
тальные ные тальные
АМГ-10 2,8*105 2,85*105 47
^40 1,2*105 35
SAE 5W30 3,2*105 31
0,6
0,4
20 30 40 О, Н
а)
- 1,06
Усм
1,04 1,02 1,00
10
Л ПС
0
■ 1 /
■ /
У ^2
300 350 400 Т, К
б)
Рис. 2. Относительное изменение объема масел к объему газомасляной смеси при изменении: а - веса груза в; б - температуры; I - ЭЛЕ 15^40; 2 - ЭЛЕ 5W30
I EN I
Транспорт
оценить вероятность возникновения в них газомасляной смеси и при необходимости разработать конструк-
тивные мероприятия, явления.
снижающие возможность её по-
Библиографический список
1. Башкиров В.С., Капитонов О.К. Методика определения содержания нерастворённого газа в рабочей жидкости // Гидропривод и системы управления (строительных, тяговых и дорожных машин): межвузовский сборник. Новосибирск, 1976. С. 94-102.
2. Иоффе Б. В., Косткина М. И., Витенберг А. Г. Коэффициенты распределения и растворимость газов в трансформаторных маслах // Журнал прикладной химии. 1980. № 10.
3. Лебедев В.М., Баранов А.В и соавторы. Устройство для исследования газосодержания смазочных материалов. Л.: ЛПИ. Деп. в ЦНИИТЭнефтехим, 8стр., № 10, № х-88.
4. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика: справочное пособие. М.: Машиностроение, 1971. 672 с.
5. Hayward F.T.J. Scientific LUBRICATION, Methods of Measuring the Bubble Content of Bubbly Oil. 1961 (8). Р. 12-18.
6. International Standard IEC 567 "Guide for sampling of gases and of oil from oil-filled electrical equipment and for the analysis of free and dissolved gases". Genev, 1992.
УДК 621.01(07)
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
В.А.Беридзе1
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Определен круг проблем, связанных с безопасностью автомобильного транспорта в Российской Федерации. Рассмотрено влияние технического состояния на безопасность автомобильного транспорта. Предложены мероприятия по управлению техническим состоянием автомототранспортных средств. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: управление качеством; сертификация; лицензирование; техническое регулирование; безопасность автомобильного транспорта; проверка технического состояния.
CONTEMPORARY PROBLEMS OF MOTOR TRANSPORT SAFETY IN THE RUSSIAN FEDERATION V.A. Beridze
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The author outlines the range of problems related to the safety of motor transport in the Russian Federation. He considers the influence of the technical condition on the safety of motor transport. He proposes measures to control the technical condition of vehicles. 6 sources.
Key words: quality management; certification; licensing; technical regulations; safety of motor transport; inspection of technical condition.
Безопасность является фундаментальной проблемой автомобильного транспорта. В России в течение последних лет эта проблема приобрела особую актуальность.
По данным аналитического агентства «Автостат» в 2009 г. количество автомобилей, зарегистрированных на территории Российской Федерации, составило 41,2 миллиона единиц. Общее число легковых автомобилей при этом составило 32,02 миллиона единиц, грузовых автомобилей - 5,35 миллиона единиц, автобусов - 894 тысячи, а оставшееся количество - 2,94 миллиона единиц пришлось на различные транспортные средства, которые можно объединить в группу мототранспорта. По уровню автомобилизации в 2009 г. Российская Федерация заняла 7 место в мире.
Ежегодный прирост российского парка автомототранспортных средств (АМТС) сохраняется на уровне
8...10% и не имеет тенденции к снижению. Характерной особенностью структуры парка автомобилей в РФ является большой удельный вес транспортных средств, имеющих длительные сроки эксплуатации, в том числе - за пределами установленного моторесурса. Значительную часть легкового транспорта составляют модели, выпускаемые с конца 80-х - начала 90-х годов ХХ в., свыше половины численности грузового автопарка составляют модели, разработанные более 20 лет назад. При этом значительный возраст АМТС, неизбежно снижающий показатели технического состояния, еще больше усугубляет негативное воздействие на безопасность автомобилей в эксплуатации.
Сложившаяся ситуация в автомобильной сфере характеризуется также снижением объемов работ по техническому обслуживанию (ТО). Значительная доля АМТС находится в собственности индивидуальных
1Беридзе Виталий Автандильевич, старший преподаватель кафедры автомобильного транспорта, тел.: (3952) 405136, факс: (3952) 405689, е-mail: beridze_va@mail.ru
Beridze Vitaly Avtandilievich, senior lecturer of the chair of Automobile Transport, tel.: (3952) 405136, fax: (3952) 405689, e-mail: beridze_va@mail.ru
