CC BY
49
APPROXIMATE MATHEMATICAL MODEL OF LIQUID AND SOLID ALLOY
A.I. Walter, А.А. Demidov
Is a "hybrid" model with the help of which you can characterize processes occurring in the liquid state at phase transitions. The possibility of regulation of these processes when using an external disturbance.
Key words: component alloy, crystal lattice, mezatomnoe interaction, physical and mechanical properties, internal energy, external energy.
Walter Alexander Igorevich, Dr. techn. Professor, valter.alex@ rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
Demidov Anton Alekseevich, post graduate, valter. alex @ rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.892.1
МЕТОД КОНТРОЛЯ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПРОЦЕССЫ ОКИСЛЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ МОТОРНЫХ МАСЕЛ
Б.И. Ковальский, Е.Г. Кравцова, Ю.Н. Безбородов, М.А. Лысая
Представлены результаты влияния температуры на процессы окисления синтетических моторных масел с применением фотометрического метода. Установлен процесс коагуляции продуктов окисления, вызывающих дифракцию светового потока и уменьшение коэффициента поглощения светового потока, а также получена линейную зависимость скорости окисления в начальный период окисления.
Ключевые слова: процесс окисления, коэффициенты поглощения светового потока и термоокислительной стабильности, летучесть, потенциальный ресурс, скорость окисления.
В первой и второй частях настоящей работы приведены результаты исследования термоокислительной стабильности минерального моторного масла Mobil 10W-40 SC/C и частично синтетического Mobil 10W-40 SJ/CH в температурном диапазоне от 170 до 200° С. В данной работе приведены результаты исследования синтетических моторных масел Mobil 5W-40 SJ/CF и Mobil 0W-40 SJ/CF. Масла являются универсальными и всесезон-ными. Методика исследования аналогична той, которая применялась при испытании минерального и частично синтетического масел.
На рис.1 а и 1 б представлены зависимости коэффициента поглощения светового потока Кп от времени и температуры окисления синтетических моторных масел в температурном интервале от 170 до 200°С.
Рис. 1. Зависимости коэффициента поглощения светового потока от времени и температуры окисления синтетических моторных
масел МоЬИ 5^-40 БЛСГ(а) и МоЬИ №-40 БЛСГ(б); 1 - 200°С,
2 - 190°С, 3 -180°С, 4 -170°С
Данные зависимости имеют три характерных участка различной скоростью процессов окисления независимо от температуры. Так, для масла МоЬП 51-40 81/СР (рис. 1 а) в начале окисления процесс протекает с большей скоростью, затем он замедляется с последующим уменьшением коэффициента Кп, а затем его увеличением. Такая тенденция изменения коэффициента Кп сохраняется при всех температурах испытания.
Уменьшение коэффициента Кп вызвано созданием центров коагуляции, которые «стягивают» на свою поверхность продукты окисления, очищая масло, создавая фрагменты небольших размеров, вызывающих дифракцию светового потока при фотометрировании. За счет этого эффекта коэффициент Кп уменьшается в течение времени, которое зависит от температуры испытания с увеличением фрагментов до определенных размеров. Эффект дифракции исчезает и коэффициент Кп резко увеличивается
Для масла МоЫ1 01-40 81/СР (рис. 1б) при температуре 200°С (кривая 1) зависимость коэффициента поглощения светового потока от времени испытания описывается линейным уравнением, тогда как для температур 190-170°С (кривая 2-4). Зависимости имеют три участка, характеризующиеся различной скоростью окисления, причем при окислении данного масла отсутствует участок уменьшения коэффициента Кп , хотя исследуемые масла относятся к одной группе эксплуатационных свойств 81/СР. Кроме того, они различаются скоростью процесса окисления. Так, например, значение коэффициента Кп=0,2 ед достигается при температурах для масел: МоЫ1 51-40 81/СР 200°С - за 7 час; 190°С - 10 час; 180°С - 20 час; 170°С - 41 час. МоЫ1 01-40 81/СР 200°С - 5 час; 190°С
- 14 час; 180°С - 27 час; 170°С - 57 час.
Общим для исследуемых масел является наличие участка стабилизации процесса окисления, который наступает при температуре 170°С для масла МоЬіІ 51-40 БІ/СБ при коэффициенте Кп=0,5 ед. и времени окисления 80 часов, а для масла МоЬіІ 01-40 БІ/СБ при коэффициенте 0,4 ед и времени окисления 110 часов, т.е это масло более термостойкое это подтверждает несовершенство системы классификации масел по группам эксплуатационных свойств, т.к. потенциальный ресурс этих масел будет различен.
На рис. 2, а, б представлены зависимости потенциального ресурса Р исследуемых масел от температуры окисления, при значениях коэффициента Кп равного 0,2 и 0,4 ед, которые описываются экспоненциальными уравнениями для масел:
МоЬіІ 51-40 БІ/СБ
Кп=0,2 ед Рі=1,02-10-6е-0’°6Т; (1)
Кп=0,4 ед Р2=1,94-10-6е-°’°61Т; (2)
МоЬіІ 01-40 БІ/СБ
Кп=0,2 ед Р1=6,01-10-7е-0,078Т; (3)
Кп=0,4 ед Р2=5,2-10-7е-0,08Т (4)
Коэффициент корреляции составил 0,99 до 0,98.
170 180 190 200
Рис. 2. Зависимости потенциального ресурса от температуры окисления синтетических моторных масел Mobil 5W-40 SJ/CF (а) и Mobil 0W-40 SJ/CF(6): 1 - Кп=0,2 ед, 2 - Кп=0,4 ед.
Средняя скорость окисления исследуемых масел при значениях коэффициента поглощения светового потока Кп=0,2 и Кп=0,4 и температурах испытания для исследуемых масел составляет:
МоЬіІ 51-40 БІ/СБ при Кп=0,2 ед
200°С - 0,0028 ч-1; 190°С - 0,02 ч-1;
180°С - 0,01 ч-1; 170°С - 0,0049 ч-1 101
при Кп=0,4 ед.
200°С - 0,04 ч-1; 190°С - 0,022 ч-1; 180°С - 0,0133 ч-1; 170°С - 0,0066 ч-1. МоЬіІ 01-40 БІ/СБ при Кп=0,2 ед.
200°С - 0,04 ч-1; 190°С - 0,014 ч-1; 180°С - 0,0074 ч-1; 170°С - 0,0035 ч-1 при Кп=0,4 ед.
200°С - 0,038 ч-1; 190°С - 0,018 ч-1; 180°С - 0,0095 ч-1; 170°С - 0,0036 ч-1.
Зависимости средней скорости окисления исследуемых масел приведены на рис. 3, а и 3, б. Показано, что в начале окисления (Кп=0,2 ед) средняя скорость окисления независимо от температуры испытания описывается линейным уравнением для масла МоЬП 51-40 81/СР, а для МоЬП 01-40 81/СР линейность средней скорости окисления сохраняется в диапазоне температур от 170 до 190°. С увеличением коэффициента Кп=0,4 ед линейность зависимостей для обоих масел сохраняется в диапазоне температур от 170 до 190°С, т. е температура испытания для исследованных масел 200°С является закритической.
Рис. 3. Зависимости средней скорости окисления синтетических моторных масел МвЪИ 5W-40 8ЛС¥ (а) и МоЬіІ 0Щ-40 БЖГ от времени окисления при коэффициентах поглощения светового потока:
1 - Кп=0,2 ед, 2 - Кп=0,4 ед.
Продление линейных участков зависимостей УКп= /(Т) до пересечения с осью абсцисс при Кп=0,2 ед определяет температуру начала процесса окисления, которая для обоих исследуемых масел составляет 165°С.
Регрессионные уравнения средней скорости процессов окисления имеет вид для масел:
МоЬіІ 51-40 БІ/СБ при Кп=0,2 ед
Укп=0,00076(Т-165); (4)
МоЬіІ 01-40 БІ/СБ при Кп=0,2 ед
Укп=0,00056(Т-165). (5)
Коэффициент корреляции равен 0,994.
Таким образом, средняя скорость окисления масла МоЬіІ 01-40 БІ/СБ в 1,35 раза меньше, чем у масла МоЬіІ 51-40 БІ/СБ. При значениях коэффициента Кп=0,4 ед средняя скорость процессов окисления для исследованных масел увеличивается, что может объясняться образованием двух видов продуктов различной оптической плотности и перераспределением тепловой энергии между ними и испарением. В конечном счете, эти процессы влияют на скорость окисления. Так, при увеличении температуры испытания на 10°С средняя скорость увеличения коэффициента Кп увеличивается в 1,4 - 2,5 раза при Кп=0,2 ед.
На рис. 4, а и 4, б представлены зависимости летучести исследуемых масел от времени окисления и температуры испытания. Показано, что летучесть синтетических масел сильно зависит от температуры. Так, 10 граммов масла испаряется за время испытания при температурах:
для масла МоЬіІ 51-40 БІ/СБ 200°С за 24 часа; 190°С - 38 часов; 180°С - 68 часов; 170°С - 149 часов;
для масла МоЬіІ 01-40 БІ/СБ 200°С за 12 часов; 190°С - 24 часа; 180°С - 42 часа; 170°С - 79 часов, т. е второе масло более летучее, чем первое, т.к его вязкость меньше.
На рис. 5, а и 5, б представлены зависимости летучести синтетических масел от температуры окисления при времени испытания 20 и 60 часов. Показано, что за время окисления 20 часов зависимость 0=/(Т) описывается линейным уравнением в диапазоне температур от 170 до 200°С для масла МоЬіІ 01-40 БІ/СБ (кривая 1), а для масла МоЬіІ 51-40 БІ/СБ линейность установлена в диапазоне температур от 170 до 190°С. Продление линейных участков зависимостей 0=/(Т) до пересечения
с осью абсцисс определяет температуры начала процессов испарения, ко-
торые составляют для масла МоЬіІ 51-40 БІ/СБ - 150°С, а для МоЬіІ 0140 БІ/СБ - 154,5°С.
С увеличением времени окисления до 60 часов линейность зависимостей 0=/(Т) нарушается и описывается экспонентой. Регрессионные уравнения для масел имеют вид: масла МоЬіІ 51-40 БІ/СБ
а=0,0025е°’°45Т (6)
масла МоЬіІ 01-40 БІ/СБ
а=4,2-10-4 е0,06Т (7)
Рис. 4. Зависимости летучести Є от времени и температуры окисления синтетических моторных масел МоЬіІ 5W-40 8ЛС¥(а)
и МоЬіІ 0^-40 БЛС¥(б):
1 - 200°С, 2 - 190°С, 3 - 180°С, 4 - 170°С
Рис. 5. Зависимости летучести от температуры окисления синтетических моторных масел МоЬіІ 5W-40 8ЛС¥ (а) и МоЬіІ 0^-40 БЛС¥(б):
1 - время окисления 20 час; 2 - время окисления 60 час
Поскольку при окислении синтетических масел изменяются оптические свойства и летучесть, то термоокислительную стабильность предложено оценивать коэффициентом ЕТОС, определяемым по формуле
етос = Кп + кс, (8)
где Кп - коэффициент поглощения светового потока; Ко - коэффициент летучести.
Ко = т/М, (9)
где т - масса испарившегося масла при термостатировании за определенные время; М - масса оставшейся пробы после испытания за тоже время.
Коэффициент термоокислительной стабильности характеризует количество тепловой энергии поглощенной продуктами окисления и испарения, зависимости которого представлены на рис. 6 а и 6 б. Для масла МоЫ1 51-40 81/СР данные зависимости имеют три характерных участка. Первый участок характеризуется (рис.6 а) интенсивным увеличением коэффициента ЕТОС, второй - уменьшением коэффициента ЕТОС, а третий - повторным его увеличением. Причем с уменьшением температуры окисления переход от первого участка к третьему характеризуется стабилизацией коэффициента ЕТОС.
20 60 100 140 180 20 60 100 140 180
Рис. 6. Зависимости коэффициента термоокислительной стабильности синтетических моторных масел МоЬіІ 5W-40 81/С¥(а) и МоЬіІ 0Щ-40 81/С¥ (б) от времени и температуры
испытания:
1 - 200°С; 2 - 190°С; 3 - 180°С; 4 - 170°С
Для масла МоЫ1 01-40 81/СР при температуре 200°С (рис. 6, б, кривая 1) зависимость коэффициента ЕТОС имеет линейный характер, а при температурах 190 - 170°С она характеризуется двумя участками - первый коэффициент ЕТОС увеличивается более интенсивно, и второй с менее интенсивным его увеличением. Из представленных данных (рис. 6, а и б) видно, что термоокислительная стабильность исследуемых масел непостоянная величина как во времени, так и от температуры, поэтому для оценки скорости процесса окисления при разных температурах приняты два значения коэффициента ЕТОС 0,2 и 0,5 ед. (рис. 7, а и б). Регрессионные уравнения зависимостей средней скорости изменения коэффициента термоокислительной стабильности имеют вид для масел:
МоЫ1 51-40 81/СР
Етос = 0,2ед. Утос= 4,43-10-10 е0,094Т Етос = 0,5ед. Утос= 4,99-10-9 е0,082Т МоЪИ 01-40 81/СР
Етос = 0,2ед. Утос= 3,27-10-8 е0,07Т при Етос = 0,5ед. Утос= 8,1*10 9 е ’
Коэффициенты корреляции 0,99, 0,98.
(10)
(11)
(12)
(13)
Рис. 7. Зависимости средней скорости изменения коэффициента термоокислительной стабильности от температуры окисления синтетических моторных масел МвЪИ 5W-40 8ЛС¥ (а) и МвЪИ 0^-40 БЛСГ(б): 1 - Етос =0,2 ед, 2 - Етос =0,5 ед.
Из представленных данных видно, что увеличение температуры на 10°С средняя скорость увеличения коэффициента ЕТОС увеличивается в 2 -2,7 раз при ЕТОС =0,2 ед, и 1,78 - 1,87 раз при ЕТОС =0,5 ед.
На основании проведенных испытаний можно сделать следующие выводы:
1. На основании проведенных исследований установлено, что синтетические моторные масла, относящиеся по классификации АР1, к одной группе эксплуатационных свойств различаются по скоростям окисления,
характеризуется многостадийностью, при котором скорость окисления либо увеличивается, либо принимает отрицательное значение.
2. Установлено, что для синтетических масел существует диапазон температур, в которых скорость окисления и летучесть линейно зависит от температуры окисления, при этом увеличение температуры окисления на 10°С увеличивает скорость окисления от 1,4 до 2,5 раз.
3. Летучесть синтетических масел в начальный период окисления (до 20 часов) с ростом температуры испытания увеличивается по линейной зависимости в определенном диапазоне температур, однако с увеличением времени испытания процесс испарения описывается экспоненциальной зависимостью.
4. Предложенный для оценки термоокислительной стабильности масел коэффициент, характеризующий количество поглощенной энергии продуктами окисления и испарения, нестабильный при окислении, поэтому скорость его изменения от температуры испытания описывается экспонентой, причем увеличение температуры испытания на 10°С вызывает увеличение коэффициента термоокислительной стабильности в 2 - 2,27 раза.
Ковальский Болеслав Иванович, д-р техн. наук, проф., Labsm@mail. ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Кравцова Екатерина Геннадьевна, ст. преподаватель, rina 986@mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,,
Безбородов Юрий Николаевич, д-р техн. наук, проф., Labsm@mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Лысая Мария Александровна, аспирантка, Labsm@mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа
THE METHOD OF CONTROL OF TEMPERATURE INFLUENCE ON THE PROCESSES OF OXIDATION OF SYNTHETIC MOTOR OILS
B.I. Kowalski, E.G. Kravtsovа, YU.N. Bezborodov, M.A. Lysaya
The results of the effect of temperature on the oxidation of synthetic motor oils using the photometric method. Set the coagulation process of oxidation products that cause diffraction of the light flux and a decrease in the absorption coefficient of the light flux , and obtained a linear dependence of the oxidation rate in the initial period of oxidation.
Key words: oxidation , absorption coefficients of luminous flux and thermal-oxidative stability, volatility , potential resource , the rate of oxidation.
Kowalski Boleslav Ivanovich, doctor of technical sciences, Labsm@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Kravtsova Ekaterina Gennadievna, Senior Teacher, rina 986@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Bezborodov YUri Nikolaevich, doctor of technical sciences, Labsm@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Lysaya Mariya Aleksandrovna, postgraduate, Labsm@mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas
УДК. 62-192.002.235:62-229:621.9.06-52-133.2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРАВИТАЦИОННОГО ОРИЕНТАТОРА С МАЯТНИКОВЫМ ^ОБРАЗНЫМ ЗАХВАТОМ ДЛЯ СПЛОШНЫХ ПРЕДМЕТОВ ОБРАБОТКИ С АСИММЕТРИЧНЫМИ ТОРЦАМИ
И.Н. Пахомов, В.В. Прейс, В.Ю. Токарев
Рассмотрены результаты экспериментальных исследований гравитационного ориентатора с маятниковым L-образным захватом для ориентирования сплошных осесимметричных предметов обработки формы тел вращения с асимметричными торцами в стационарном и роторном режимах. Определены граничные значения динамического параметра, определяющего область работоспособности ориентатора, применяемого в структуре роторной системы автоматической загрузки.
Ключевые слова: гравитационный ориентатор, маятниковый захват, роторная система автоматической загрузки.
Введение. Гравитационные ориентаторы, реализующие контактные способы ориентирования с применением упоров и трафаретов, и основанные на использовании геометрических ключей: асимметрии внешней или внутренней формы и асимметрии положения центра тяжести предметов обработки, обеспечивают надежное ориентирование осесимметричных предметов формы тел вращения [1]. Подобные ориентаторы просты по конструкции и кинематике, обладают универсальностью и возможностью переналадки, что делает их эффективным средством для создания типовых конструкций роторных систем автоматической загрузки (САЗ) [2-4], обеспечивающих надежность сборочных машин роторного типа [5].
Для ориентирования осесимметричных пустотелых предметов обработки типа стаканов (колпачков) с отношением габаритных размеров 1,5 < Ш < 2 ^ - длина, d - диаметр предмета обработки) разработаны гра-
