Научная статья на тему 'Исследования влияния смазочной композиции на качество приработки деталей двигателя'

Исследования влияния смазочной композиции на качество приработки деталей двигателя Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
225
79
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Исследования влияния смазочной композиции на качество приработки деталей двигателя»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК: 665.7.038

Исследования влияния смазочной композиции на качество приработки деталей двигателя

Капитанов Ю. Н., Артемов В. В.1

Постоянно возрастающие требования к автомобильным двигателям вызывают необходимость применения более совершенных моторных масел. Перед разработчиками смазочных композиций стоят серьёзные задачи по оптимизации составов и повышению эксплуатационных свойств моторных масел.

Современные моторные масла содержат в своем составе частицы, формирующие на поверхности трения защитные граничные нанострук-турированные пленки и твердые наносмазки, улучшающие износостойкость на поверхностях трения.

Группой авторов разработана смазочная композиция, содержащая минеральное масло, 3,5-динитробензоат пиперидиния, тетраборат эти-лендиаммония, октадецилсульфонат натрия и олеиновую кислоту [1].

Уникальность смазочной композиции — в беспрерывно усиливающемся комплексном действие, поверхностно-активных (ПАВ) и хи-мически-активных (ХАВ) веществ. Особое влияние оказывает тетраборат этилендиаммония в виде дисперсного нанопорошка, равномерно распределенного в масле [2].

В период холодной обкатки эффект достигается за счет полярноактивных молекул олеиновой кислоты и воды, растворенных в масле. Они, реализуя эффект П.А. Ребиндера, адсорбируются на поверхности металла с образованием «металлических мыл» и создают граничные пленки на поверхности металла.

Поверхность деталей представляет собой огромное количество мельчайших кристалликов, имеющих разнообразные дефекты. Это облегчает проникновение вглубь металлов активных ингредиентов окта-децилсулфоната натрия и тетрабората этилендиаммония уже при температуре 293...323 К.

1 Вольский Военный институт материального обеспечения, г. Вольск Саратовской обл. Россия.

Быстро и на большой глубине протекают существенные химические превращения. При взаимодействии октадецилсульфоната натрия с металлом образуются кристаллические пленки с толстым промежуточным слоем, имеющим большое количество слоев молекул сульфидов металла, в которых содержание серы снижается по мере удаления от поверхности в глубь пленки. При этом часть кристаллической решетки металла постепенно переходит в кристаллическую структуру сульфидной части пленки.

В промежуточном слое пленки, особенно в той части, которая ближе к наружной поверхности, находятся продукты термоокислительного распада октадецилсульфоната натрия, имеющие атомы серы.

В граничном слое кристаллической решетки атомы серы могут быть общими для молекул при садок и сульфидов металлов, благодаря чему увеличивается прочность связи присадки с сульфидами металлов, а следовательно, и с металлом.

В дальнейшем, при проведении горячей обкатки со значительным повышением температуры в зоне трения происходит дезориентация адсорбированных молекул. Поэтому на данном этапе повышается роль терабората этилендиаммония, обладающего моюще-диспергирующими свойствами, который уже при температуре 513...523 К разлагается на оксид бора, этилендиамин и воду:

[СЩКВДНВД ^ В2О3 +С2Щ№)2 + ЗН2О. (1)

Тетраборат этилендиаммония насыщает приповерхностный слой металла продуктами своего термического распада, что оказывает общее стабилизирующие воздействие на масляную пленку. Оксид бора хе-мосорбируется за счет свободной атомной орбитали бора и валентных электронов металла на поверхности металла в виде нановкраплений. При этом происходит заполнение оксидом бора микротрещин.

3,5-динитробензоат пиперидиния и тетраборат этилендиаммония проявляют антиокислительные свойства. Они затормаживают процессы окисления углеводородов в его начальной стадии за счет дезактивации образующихся радикалов и вместе с тем задерживают процесс окисления на глубоких стадиях развития, понижая концентрацию гидропероксидов в окисляемых продуктах. В масляной среде при этом практически не образуются коррозионно активные вещества (карбоновые кислоты, спирты, фенолы и др.).

В защите от коррозии деталей ДВС в период его консервации 3,5 -динитробензоат пиперидиния и тетраборат этилендиаммония проявляют синергетический эффект.

Концентрация компонентов в масле обоснована экспериментально-теоретическими исследованиями [1].

Комплексные исследования смазочной композиции и влияние ее на качество приработки деталей двигателя включали лабораторные, стендовые и эксплуатационные испытания химмотологического и трибологического направлений.

Основные характеристики трения: изменение момента механических потерь на трение и температуры поверхности трения, изменение самого смазочного материала в период приработки деталей, износ и шероховатость рабочих поверхностей деталей, время приработки -оценивали на машине трения СМТ-1 (модель 2070), работающей по схеме «колодка - ролик» по стандартной методике [3].

Рисунок 1. - Общий вид роликов и колодок.

В качестве образцов использовали колодки и ролики (рисунок 1), изготовленные из материалов пар трения цилиндропоршневой группы двигателя УМЗ-417.

Для воспроизводства работы пары трения «гильза - поршневое кольцо» колодки и ролики изготавливали из легированного чугуна одной плавки, произведенной в АО «Ульяновский автозавод». Чугунные образцы имели твердость по Бринеллю 240 НВ, что соответствует твердости зеркала гильз цилиндров. Шероховатость рабочей поверхности (Яа) ролика составляла 0,63 мкм, колодки - 0,32 мкм.

Каждую пару образцов испытывали один раз, повторность опытов

- трехкратная.

При испытаниях время приработки определяли по времени стабилизации момента силы трения и температуры колодки. Момент силы трения и температуру масла регистрировали и записывали предварительно тарированным потенциометром КСП-4 с точностью измерения

0,1 мВ. Износ колодок и роликов определяли по потере их массы за время испытаний на аналитических весах.

Температуру колодки контролировали с помощью встроенной термопары и цифрового мультиметра М890С с погрешностью 0,75 %.

Оценку шероховатости выполняли стандартным методом профи-лографирования по ГОСТ 2789-73 при помощи профилографа-профилометра завода «Калибр» (модель ВИ-201). Запись профилограмм проводили с увеличением по вертикали в 4000 раз, по горизонтали в 20 раз.

Микротвердость (Иц), характеризующую степень наклепа поверхностных слоев при трении, оценивали стандартным методом Виккерса на приборе ПМТ-3. Исследование изменения твердости по глубине (И) приработанного слоя проводили на косом шлифе.

Испытания проводили при нагрузке на индентор 100 г, с шагом 10 мкм, глубина изучаемого слоя составляла 160...200 мкм.

Один из немаловажных критериев оценки надежности работы двигателя - время сопротивления схватывания трущихся поверхностей. Данный показатель оценивали на машине трения СМТ-1, контролируя изменение момента силы трения и температуры образцов при частоте вращения ролика п = 500 мин-1 и нагрузке на образцы Р = 1274 Н. За время сопротивления схватыванию принимали резкое увеличение снимаемых характеристик.

Стендовые испытания десяти капитально отремонтированных двигателей УМЗ-417 с одинаковыми ремонтными размерами проводились в ФГУП «16 ВАРЗ» (г. Самара) на обкаточно-тормозном стенде КИ-5543 с электрической балансировочной машиной АКБ-82 мощностью 55 кВт и синхронной частотой вращения 1400 мин-1.

В процессе испытаний контролировали износ деталей цилиндропоршневой группы, шероховатость приработочных поверхностей, а также время, за которое происходит оптимальная приработка.

Для сравнения снимаемых характеристик проведен аналогичный комплекс испытаний моторного масла М-8В без присадки и масла М-8В с добавлением 2 % (мае.) присадки ОГМ-3.

Результаты исследований на машине трения СМТ-1 приведены в таблице 1.

Стабилизация момента силы трения происходит по мере формирования оптимальной шероховатости пар трения при данном режиме испытания и увеличения площади контакта трущихся поверхностей за счет механического срезания микронеровностей.

При испытании масла М-8В момент силы трения в трибосоедине-нии в первые минуты оставался высоким, и после 2... 3 мин наблюдалось его незначительное снижение.

Максимальные скорость и изменение силы трения зафиксированы при испытании предлагаемой композиции.

Таблица 1.

Основные трибологические характеристики, полученные по схеме «ролик-колодка»

Используемый состав Начальный момент силы трения, Н- м Конечный момент силы трения, Н- м Изменение момент силы трения, Н- м Скорость изменения момент силы трения, Н- м/ч Время стабили- зации, мин Температу- раколодкиК

Предлагаемая композиция Масло М-8В 1,35 0,35 1,00 6,00 7 301

Масло М-8В 1,21 0,80 0,41 3,48 10 321

с доб 2%(мас.) 1,25 0,67 0,58 2,46 9 305

ОМГ-3

В процессе приработки температура поверхностей трущихся деталей повышается. По окончании приработки температура стабилизируется и остается постоянной при неизменных режимах испытаний. Стабилизация температуры показывает, что в поверхностных слоях трущихся деталей завершены физико-химические изменения. Чем меньше температура поверхности, тем качественнее осуществляется приработка. Вследствие пластифицирования сопряженных поверхностей твердых тел ПАВ и ХАВ и малой твердости образующихся защитных покрытий фактическая площадь контакта увеличивается, что приводит к уменьшению удельной нагрузки и температуры в зоне контакта.

В период приработки происходят относительно быстрая потеря массы и изменение размеров детали. Приработочные составы должны ускорять приработку деталей, а не приводить к повышенному износу деталей, иначе ресурс трущихся соединений двигателя будет уменьшен.

Таким образом, образцы, приработанные на предлагаемой смазочной композиции, имеют износостойкость поверхностных слоев в 5,9 раза выше, чем на чистом масле М-8В.

В результате обработки профилограмм получены характеристики шероховатости образцов (таблица 2).

Таблица 2.

Результаты оценки шероховатости, мкм, приработочных поверхностей.

Испытуемый состав Яшах Я Яа

Предлагаемая композиция 2,75 0,95 0,63

Масло М-8В 5,25 2,2 1,8

Масло М-8В с добавлением 2%(мас.) присадки ОМГ-3 3,75 1,5 1,3

Увеличение микротвердости поверхности трения свидетельствует об эффективности присадки (рисунок 2).

900 800

CN

J700

*600 л

|00 а

[5400 о а

^300

^ 1 10 30 50 80 120 160 200

Глубина от поверхности, мкм

Рисунок 2. Зависимость микротвердости (Иц) по глубине (Ъ)от поверхности

образцов:

где 1-масло М-8В;

2-масло М-8В с добавлением 2%(мас.) присадки ОМГ-3;

3-предлагаемая смазочная композиция.

Проведенные комплексные трибологические и химмотологические исследования предлагаемой композиции подтвердили положительный эффект при внедрении ее в технологический процесс обкатки двигателей внутреннего сгорания. Использование смазочной композиции с тетраборатом этилендиаммония в виде нанопорощка, позволяет сократить время обкатки в 3,8 раза, а также уменьшить расход топлива в 1,5 раза.

Библиографический указатель:

1. Артемов В. В. Метод оперативной оценки смазывающих свойств моторных масел при обкатке двигателей военной техники: Дис. ... канд. техн. наук. Ульяновск, 2003. 128 с.

2. Родионов Н. С. Строение тетрагидротетрабората этилендиаммония // Журнал неорганической химии. 1983. № 7.

3. Варнаков В. В., Артемов В. В., Карпенко,М. А. Исследование влияния различных присадок в масло при обкатке двигателей внутреннего сгорания. Самара: СГСХА, 2002. С. 40-41.

Об авторах:

- Капитанов Юрий Николаевич, адъюнкт, Вольский Военный институт материального обеспечения, г. Вольск Саратовской обл. E-mail: kapitan-off@mail.ru

- Артемов Вячеслав Вячеславович, доцент, кандидат технических наук, Вольский Военный институт материального обеспечения, г. Вольск Саратовской обл.

3

1

2

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.