CC BY
17
A UNIVERSUM:
№ 7 (88)___- [ АУК--_июль. 2021 г.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОТИВОИЗНОСНЫХ СВОЙСТВ ТУРБИННЫХ МАСЕЛ С КОМПОЗИЦИЕЙ ПРИСАДОК МЕТОДОМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ПЛАНИРОВАНИЯ
Хужакулов Азиз Файзуллаевич
докторант, Академия Наук Республики Узбекистан, Институт общей и неорганической химии, Узбекистан, г. Ташкент
Хамидов Босит Набиевич
д-р техн. наук, профессор, Академия Наук Республики Узбекистан, Институт общей и неорганической химии, Узбекистан, г. Ташкент E-mail: azizxujakulov@mail. ru
INVESTIGATION OF ANTI-WEAR PROPERTIES OF TURBINE OILS WITH THE ADDITIVE PACKAGE BY THE METHOD OF MATHEMATICAL PLANNING
Aziz Hujakulov
Postdoctoral Student, the Academy of Sciences of Uzbekistan, Institute of General and Inorganic Chemistry, Uzbekistan, Tashkent
Bosit Hamidov
Doctor of Technical Sciences, Professor, the Academy of Sciences of Uzbekistan, Institute of General and Inorganic Chemistry, Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В данной статье исследованы противоизносные свойства турбинных масел содержащих композицией присадок. Составлена математическая модель, описывающая зависимость противоизносных свойств масла от концентрации входящих в него присадок, которая позволила установить оптимальные концентрации, обеспечивающие эффективное противоизносное действие.
ABSTRACT
In this article, the anti-wear properties of turbine oils containing a composition of additives are investigated. A mathematical model describing the dependence of the anti-wear properties of the oil on the concentration of its additives was developed, which allowed us to determine the optimal concentrations that provide an effective anti-wear effect.
Ключевые слова: турбинные масла, математическая модель, уравнение, экспериментальное исследования, противоизносное действие, эксплуатация, антиокислительная присадка.
Keywords: turbine oils, mathematical model, equation, experimental research, anti-wear effect, operation, antioxidant additive.
При исследовании противоизносных свойств турбинных масел с трехкомпонентными композициями, составленными из антиокислительной (Агидол-1) или противоизносное (ТОС-22), (Д-157, ДЭ-250, П-480) де-эмульгатор и (В-15/41, ЭДТА, ДФ-1) антикоррозионный присадок, каждый из компонентов необходимо было исследовать в трех концентрациях. Такое исследование потребовало бы постанову 321 опыта, без учета повторных испытаний. Поскольку ряд испытуемых образцов представлял собой опытные соединения, не имеющиеся в достаточном количестве, возникла необходимость в сокращении объема экспери-
ментальных исследований. В связи с этим целесообразно было провести выбор композиций (установить оптимальное сочетание присадок, обеспечивающее наиболее эффективное противоизносное действие), используя математические методы планирование эксперимента [1,2] с последующей экспериментальной проверкой оптимальных вариантов.
Математическая модель, описывающая зависимость противоизносных свойств масла (параметра оптимизации) от концентраций входящих в масло компонентов (факторов), для системы из трех факторов будет линейной. В общем виде ее можно представить как уравнение, которое
Библиографическое описание: Хужакулов А.Ф., Хамидов Б.Н. Исследование противоизносных свойств турбинных масел с композицией присадок методом математического планирования // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2021. 7(88). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12069
№ 7 (88)
A, UNI
/ш. те;
UNIVERSUM:
технические науки
июль, 2021 г.
У = f (XI, Х2, Хз), (1)
описывает некоторою поверхность в трехмерном пространстве (фактором), называемую поверхности отклика соответствует нахождению максимума функции (1) и является решением задачи оптимизации с геометрической точки зрения.
Для описания поверхности отклика воспользуемся уравнением регрессии, которое представляет разложение функции (1) в степенной ряд. Чем больше кривизна поверхности, тем больше необходимо определить в уравнении регрессии членов высших порядков, что приводит к резкому увеличению числа опытов. В виду этого эксперименты следует проводить в довольно узкой области факторного пространства, чтобы изучаемый участок представить плоскостью, которую можно ограничить линейной моделью [1].
На основании результатов ранее проведенных нами исследований противоизносных свойств турбинных масел с одной или двумя присадками, а также литературных данных о наиболее применяемых концентрациях исследуемых присадок в турбинных маслах
были выбраны нижние и верхние уровни факторов. Основному уровню должны соответствовать средние значения факторов, которые, возможно, будут близки к ожидаемой зоне оптимума. Натуральные значения переменных (факторов) и интервалы их варьирования приведены в табл. 1.
Для облегчения расчета коэффициентов уравнения регрессии значения переменных были преобразованы из натуральных в кодированные.
В основе планирования полного факторного эксперимента (ПФЭ) лежит реализация всех возможных комбинаций исследуемых факторов, каждый из которых рассматривается на двух уровнях. Следовательно, чтобы исчерпать все возможные комбинации трех факторов на двух уровнях, следует поставить 23 = 8 опытов (для каждой из двенадцати композиций), т.е. ПФЭ 22. Однако если диапазон изменения выбранных факторов находиться в ожидаемой зоне оптимума, то для оценки коэффициентов уравнение регрессии имеет вид
у = ао+а1 Х1+а2 Х2+аз хз (2)
Таблица 1.
Натуральные значения переменных (факторов) и интервалы их варьирования
Факторы У ровни факторов,% Интервал варьирования, %
нижний-1 основной 0 верхний+1
Концентрация антиокислительной присадки XI 0,5 1,25 2 0,75
Концентрация деэмулгирующий присадки Х2 1 3,5 6 2,5
Концентрация антикоррозионной присадки хз 1 2 3 1
Для оценки четырех коэффициентов уравнения (2) достаточно провести четыре опыта, т.е. реализовать одну дробную реплику (ДФЭ 2з-1), план которой представлен в табл.2.
Для оценки ошибки эксперимента была проведена дополнительная серия опытов в центре плана, соответствующих факторам на нулевом уровне.
Коэффициенты уравнения (2) определяли по результатам реализации плана ДФЭ 22-1 , их значимость - по критерию Стьюдента. Воспроизводимость процесса оценивали по результатам опытов в центре плана. Если процесс оказывался невоспроизводимым, изменяли диапазон варьирования факторов х\ В заключение полученную модель оценивали на адекватность по критерию Фишера.
Таблица 2.
План четырех контрольных опытов как реализовать одну дробную реплику (ДФЭ 23-1)
Номер опыта Х0 Х1 Х2 ХЗ
1 + - - +
2 + + - -
3 + - + -
4 + + + +
После расчета коэффициентов уравнения регрес- зывающих концентрации присадок в масле с его про-
сии и статической проверки их значимости при по- тивоизносными свойствами в изученной области фак-
мощи критерия Стьюдента, взятого на 30%-ном торного пространства, ограниченного верхним и ниж-
уровне значимости, были получены 12 уравнений, свя- ним уровнями:
у1 = 0,44 - 0,0425 х1 - 0,103 х2 + 0,0025 хз
у2 = 0,27 - 0,0175 х1 - 0,0225 х2 + 0,0075 хз
№ 7 (88)
A, UNI
/ш. те;
UNIVERSUM:
технические науки
июль, 2021 г.
уз = 0,36 - 0,068 х1 + 0,0225 х2 + 0,093 хз у4 = 0,32 - 0,04 х1 + 0,04 х2 + 0,035 хз у 5 = 0,41 - 0,013 х1 - 0,17 х2 + 0,022 х3 у6 = 0,36 - 0,025 х1 - 0,015 х2 - 0,055 х3 у7 = 0,27 + 0,025 х1 + 0,0075 х2 + 0,0125 х3
у 8 = 0,36 - 0,12 х1 - 0,075 х2 - 0,0075 х3 у9 = 0,26 - 0,0075 х1 + 0,0125 х2 - 0,0175 х3 у10 = 0,47 - 0,127 х1 + 0,0125 х2 + 0,0225 х3 у 11 = 0,29 - 0,0225 х1 - 0,0225 х2 - 0,007 х3 у12= 0,28 - 0,035 х1 - 0,035 х2 + 0,02 х3
Эти уравнения позволяют без дополнительной по- тературных [3,4] данных установлен уровень противо-
становки опытов определить исследуемый параметр износных свойств для исследуемых композиций: диа-
(у) для любых композиций присадок. На оснований ли- метр пятна износа шаров при 200С не более 0,25 - 0,30
мм.
Таблица 3.
Значения диаметра пятна износа, рассчитанные с помощью полученных уравнений и определенные в
результате четырех контрольных опытов
Параметры оптимизации Композиция присадок в масле ДС-11 Диаметр пятна износа1, мм
прогнозируемый Определенный экспериментально2
У1 2% ТОС-22+6% Д-157 + 1% В15/41 0,29 0,28
У2 2% ТОС-22+6% Д-157 + 1% ЭДТА 0,24 0,23
Уз 2% ТОС-22+1% Д-157 + 3% ДФ-1 0,20 0,21
У 4 2% ТОС-22+6% ДЭ-250 + 1% В15/41 0,22 0,24
У 5 2% ТОС-22+6% ДЭ-250 +1% ЭДТА 0,25 0,24
У6 2% ТОС-22+6% ДЭ-157 + 3% ДФ-1 0,27 0,26
У7 2% ТОС-22+1% П-480 + 1% В15/41 0,24 0,25
У8 2% ТОС-22+6% П-480 + 3% ЭДТА 0,28 0,26
У9 2% ТОС-22+1% П-480 + 3% ДФ-1 0,21 0,22
У10 2% Агидол-1+6% Д-157 + 1% В15/41 0,30 0,30
У11 2% Агидол-1+6% Д-157 + 3% ЭДТА 0,23 0,24
У12 2 %Агидол-1+6% Д-157 + 1% ДФ-1 0,20 0,22
1Для базового масла ДС-11равен 0,61мм.
2Испытания проводили на четырехшариковой машине трения при постоянной нагрузке на верхний шар 100 Н и комнатной температуре в течение 60 мин. Диаметр пятна износа шаров для композиций является средним результатом четырех параллельных опытов.
Следует обращать внимание на то, чтобы присадки в выбранных концентрациях способствовали повышению противоизносных свойств масел, а не оборот. Если в соответствии с полученными уравнениями рост концентрации присадок способствует улучшению противоизносных свойств масел, то присадка желательно добавлять в концентрациях, соответствующих верхнему выбранному уровню, и наоборот.
Выбранные концентрации компонентов подставляют в приведенные выше уравнения, предварительно преобразованные в уравнения с натуральными переменными. В табл. 3 приведены значения диаметра пятна износа, рассчитанные с помощью полученных
уравнений и определенные в результате четырех контрольных опытов. Разница между рассчитанными и экспериментальными данными находятся в пределах погрешности опыта. Определенные величины полностью удовлетворяют заданному уровню противоизносных свойств.
Полученные уравнения зависимости противоизносных свойств масел, содержащих трехкомпонент-ные композиции присадок, от концентрации последних дают возможность оценить влияние каждого из компонентов на эффективность противоизносного действия смеси, что имеет практическое значение при подборе композиции присадок к турбинным маслам.
№ 7 (88)
UNIVERSUM:
технические науки
июль, 2021 г.
Применение метода математического планирования присадок в масле, обеспечивающие эффективное про-
эксперимента позволяет быстро и без лишних матери- тивоизносное действие.
альных затрат установить оптимальные сочетание Список литературы:
1. Аоки М. Введение в методы оптимизации: пер. с англ /М. Аоки - М: Наука, 2010 / под. ред. Б.Т. Полякова.
2. Болтянский В.Г. Математические методы управления / В.Г. Болтянский - М.: Наука, 2012.
3. Соболь И.М. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями / И.М. Соболь, Р.Б. Стадишев -М.: Наука, 2010.-108с.
4. Адлерь Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.П. Планирования эксперимента при поиске оптимальных условий. М., Наука, 1976.- 276 с.
