CC BY
85
Список литературы
1. Ильичев И.А. ,Золотухин В.И., Варьяш Г.М. Виброформование огнеупорных изделий. // Изв. ТулГу. Технические науки.
2. Клюев В.В. Испытательная техника. / Справочник в 2-х т. Т.1. М.: Машиностроение, 1982 . 528 с.
3. Королюк В.С., Портенко Н.И., Скороход А.В., Турбин А.Ф.. Справочник по теории вероятностей и математической статистике. М.: Наука, 1985. 640с.
Ильичев Илья Андреевич, аспирант, tulailichev@mail.ru, Россия, Тульский государственный университет
USED OF RUBBER AIR SPRINGS AS AN ELASTIC SYSTEM VIBRATING TABLE
I.A. Ilyichev
The design of the vibrating table with pneumatic linear acting vibroexciter and an elastic system as a pneumatic rubber elastic suspensionis considered. The research results of its efficiency are leaded.
Key words: vibrating table, refractories, the amplitude andfrequency of oscillation.
Ilyichev Iliya Andreevich, postgraduate, tulailichev@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.892.1
ОПТИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ
Б.И. Ковальский, В.С. Янович, В.Г. Шрам, О.Н. Петров
Приведены результаты испытания трансмиссионных масел различной базовой основы на термоокислительную стабильность. Установлен коэффициент интенсивности процессов самоорганизации, протекающих в смазочном масле при окислении. Предложен критерий термоокислительной стабильности.
Ключевые слова: коэффициент поглощения светового потока, относительная вязкость, испаряемость, скорость процессов окисления и испарения, критерий термоокислительной стабильности, процессы самоорганизации, явление перераспределения тепловой энергии.
Влияние базовой основы на ресурс трансмиссионных масел не достаточно изучено, более того единой нормативно-технической документа-
302
ции на базовые масла не существует [1]. В Российской федерации базовые масла выпускаются по внутризаводским стандартам или техническим условиям.
Общие требования к трансмиссионным маслам определяются конструктивными особенностями, назначением и условиями эксплуатации агрегатов трансмиссии. Данные масла работают в режимах высоких скоростей скольжения, давлений и широком температурном диапазоне. Их пусковые свойства и длительная работоспособность должны обеспечиваться в интервале температур от минус 60 0С до плюс 150 0С. Важнейшими свойствами трансмиссионных масел являются смазывающая способность, вязкость, термоокислительная стабильность, антикоррозионные и защитные свойства, стойкость к пенообразованию.
Согласно ГОСТа 17479.2-85 масла классифицируются по классам вязкости (9,12,18,34, сСт) и группам эксплуатационных свойств ТМ1-ТМ5, определяемых контактными напряжениями и температурой масла в объеме.
В работе рассмотрено влияние базовой основы на термоокислительную стабильность трансмиссионных масел, что позволяет определить их соответствие группам эксплуатационных свойств.
Для исследования выбраны трансмиссионные масла различной базовой основы: минеральное БІ20І 80’^900Ь4, частично синтетическое БІ20І Иуроід 75’^90 ОЬ4,ОЬ5 и синтетическое БІ20І Иуроід 75’^900Ь5. В качестве средств испытания применялся прибор для термостатитирова-ния масел с перемешиванием с частой вращения мешалки 300 об/мин при температуре 150 0С, которая поддерживалась автоматически с точностью ± 2 0С. В качестве средств измерения применялись: фотометрической устройство для прямого фотометрирования окисленных масел при толщине фотометрируемого слоя 2 мм; малообъемный вискозиметр (9Г); электронные весы, для измерения массы испарившегося масла [2].
Методика заключалась в следующем проба масла массой 100 ± 0,1 граммов заливалась в термостойкий стеклянный стакан и термостатирова-лась при температуре 150 0С в течении 8-ми часов с перемешиванием. После каждых 8-ми часов испытания стакан с окисленным маслом взвешивался для определения массы испарившегося масла, отбирались пробы для фотометрирования и измерения вязкости, после чего отработанные пробы сливались в стакан, который повторно взвешивался. Степень окисления масла оценивалась по коофиценту поглощения светового потока Кп. Испытания продолжались до достижения коофицента Кп значений равных 0,75 -0,8 ед. Термоокислительная стабильность оценивалась по коофиценту Кп, относительной вязкости Кц, определяемый отношением вязкости окисленного масла к вязкости товарного, и испаряемости О. По данным показателям производилось сравнение исследуемых масел и обоснование критерия термоокислительной стабильности.
На рис.1 представлены зависимости коэффициента поглощения светового потока Кп от времени испытания трансмиссионных масел различной базовой основы. Для минерального (кривая 1) и частично синтетического (кривая 2) масел зависимости описываются кусочно-линейными функциями и имеют изгиб, что указывает на образование при окислении двух видов продуктов различной оптической плотностью. Время образования вторичных продуктов определяется продлением участка зависимости Кп = /@) после точки изгиба до пересечения с осью абсцисс. Для минерального масла время составило 18 часов, а частично синтетического 8 часов. Кроме того, для минерального масла существует период времени 6 часов, при котором процессы окисления практически не протекают. В этой связи можно предположить, что исходным материалам для образования вторичных продуктов окисления являются первичные продукты.
Представленные зависимости Кп = для каждого из участков опи-
сываются уравнениями:
Кп = а^н), (1)
где а - коэффициент, характеризующий скорость процесса окисления 1/ч; ? - время окисления; Хн - время начала образования вторичных продуктов окисления, ч.
Регрессивные уравнения для линейных участков минерального и частично синтетического масел имеют вид: минерального
1-й участок Кп = 0,0095(1-5) (2)
2-й участок Кп = 0,0226(1-18) (з)
частично синтетического
1 -й участок Кп = 0,00941 (4)
2-й участок Кп = 0,015(1-8) (5)
т 2
Рис. 1. Зависимость коэффициента поглощения светового потока Кп от времени окисления трансмиссионных масел: 1 - минеральное Bizol 80W-90GL4; 2 - частично синтетическое Bizol Hypoid 75W-90 GL4; 3 - GLS и синтетическое Bizol Hypoid 75W-90GL5
304
Для синтетического масла (кривая 3) зависимость Кп = /(I) имеет три линейных участка, а процесс окисления начинается после 29 часов испытания, то есть данное масло имеет область сопротивления. Линейное увеличения коэффициента Кп установлено в периоды времени от 29 до 56 часов, от 64 до 88 часов и от 96 до 120 часов. При переходе от одного участка к другому наблюдается либо резкое увеличение коэффициента Кп, либо его стабилизация.
Согласно данных рис. 1 наивысшая термоокислительная стабильность по коэффициенту Кп установлена для синтетического масла, а наименьшая для частично синтетического, хотя оно относится к группам эксплуатационных свойств ОЬ4 и ОЬ5, но уступает минеральному маслу, которое относится к группе ОЬ4. Это указывает на несовершенство системы классификации.
Потенциальный ресурс для данных масел определялся временем достижения коэффициентом Кп значения равного 0,8 ед и составил для синтетического масла 112 часов, а для минерального и частично синтетического в два раза меньше (рис 2).
Р,и
3
Рис. 2. Гистограмма потенциального ресурса трансмиссионных масел при окислении: 1 - минеральное Bizol 80W-90GL4; 2 - частично синтетическое Bizol Hypoid 75W-90 GL4, GL5; 3 - синтетическое
Bizol Hypoid 75W-90GL5
Испаряемость трансмиссионных масел (рис 3) наименьшая устанавливается для минерального масла кривая 1, а наибольшая для частично синтетического. Причем испаряемость сильно различается за первые 8 часов испытания и составила для: минерального масла 1,8 г; частично синтетического - 5,2 г и синтетического - 3,9 г. Это может объясняться наличием легких фракций и воды, кроме того температура испытания 150 0С для частично синтетического и минерального масел является высокой.
305
10 30 50 70 90 по
Рис. 3. Зависимости испаряемости от времени окисления трансмиссионных масел: 1- минерального Bizol 80W-90GL4;
2 - частично синтетического BizolHypoid 75W-90 GL4, GL5;
3 - синтетического Bizol Hypoid 75W-90GL5
Вязкость трансмиссионных масел при окислении оценивалась коэффициентом относительной вязкости Км, определяемым отношением:
К = Мок /Мтов, (6)
где Мок и Мтов - соответственно кинематическая вязкость окисленного и товарного масел, сСт
Это позволило сравнивать масла по изменению вязкости масел при их окислении. Установлено (рис. 4), что наиболее стабильным изменением вязкости характеризуется минеральное масло (кривая 1), а наибольшее изменение вязкости установлено для частично синтетического масла (кривая 2).
Рис. 4. Зависимости коэффициента относительной вязкости от коэффициента поглощения светового потока при окислении трансмиссионных масел: 1- минерального Bizol 80W-90GL4;
2 - частично синтетического BizolHypoid 75W-90 GL4, GL5;
3 - синтетического Bizol Hypoid 75W-90GL5
Так, при коэффициенте поглощения светового потока равного
0,8 ед. вязкость увеличилась для масел: минерального на 10%, частичного синтетического на 35% и синтетического на 22%.
На основании полученных данных можно сделать вывод, что продукты окисления оказывают большее влияние на вязкость частично синтетического и синтетического масел.
В результате термостатирования трансмиссионных масел установлено, что основное влияние температура оказывает на изменении оптических свойств и испаряемость, поэтому в качестве критерия термоокислительной стабильности Етос предложена сумма [3]
Етос = Кп+ Ка, (7)
где Кп - коэффициент поглощения светового потока; Ко - коэффициент испаряемости.
Ко = т/М, (8)
где т и М - соответственно масса испарившегося масла за определенное время и масса пробы после испытания за тоже время.
Данный критерий характеризует количество поглощенной тепловой энергии продуктами окисления и испарения. Зависимости данного критерия от времени испытания (рис. 5) для минерального и частично синтетического масел имеют изгиб, указывающий на образавание двух видов продуктов окисления различной оптической плотностью. Для синтетического масла зависимость представляет ломаную линию, что также подтверждает наличие продуктов окисления с различной оптической плотностью.
Рис. 5. Зависимости коэффициента термоокислительной стабильности от времени окисления трансмиссионных масел:
1 - минеральное Bizol 80W-90GL4, 2 - частично синтетическое Bizol Hypoid 75W-90 GL4, GL5; 3 - синтетическое Bizol Hypoid 75W-90GL5
В этой связи происходит явление перераспределения тепловой энергии между продуктами окисления различной энергоемкостью и летучестью, вызывающее процессы самоорганизации, то есть избыточная тепловая энергия поглощается этими продуктами. Это явление вызывает изменение скорости окисления и испарения (рис. 6).
Согласно данным (рис. 6а) приращение скорости окислениядля всех исследованных масел подвержено колебанию, что подтверждает наличие
307
явления перераспределения тепловой энергии между продуктами окисления различной оптической плотности и испарением. Кроме того, для минерального и частично синтетического масел процессы окисления протекают с большей скоростью (кривые 1 и 2), чем для синтетического масла (кривая 3).
Однако для синтетического масла можно отметить три характерных участка изменения приращения скорости окисления. На первом участке приращение скорости окисления сохраняет тенденцию увеличения, а на втором участке происходит его уменьшение до нуля. Третий участок характеризуется повторным увеличением приращения скорости окисления. Такие колебания приращения скорости окисления объясняются тем, что для образования вторичных продуктов с большей оптической плотностью необходима определенная концентрация первичных продуктов. В момент когда их концентрация достигла определенного значения начинают образовываться вторичные продукты, которые увеличивают приращение скорости окисления. После того, как концентрация первичных продуктов уменьшилась до определенного значения наступает период их образования, а вторичные продукты при этом не образуются, поэтому приращение скорости окисления начинает уменьшаться. Этот процесс протекает циклично и поэтому вызывает колебания скорости окисления.
0;03
0.02
0;01
0
10 30 50 70 90 110
0.5
0,3
0,1 0
10 30 50 70 90 110
Рис. 6. Зависимости приращения скорости окисления (а) и испарения (б) от времени окисления трансмиссионных масел: 1 - минеральное Bizol 80W-90GL4; 2 - частично синтетическое Bizol Hypoid 75W-90 GL4, GL5; 3 - синтетическое Bizol НуроМ 75W-90GL5
308
Приращение скорости испарения (рис. 6б) приобретает максимальное значение в первые часы испытания, а затем уменьшается. Максимальное приращение скорости испарения для масел составило: минерального -
0,22г/ч; частично синтетического - 0,65 г/ч и синтетического - 0,48 г/ч, а минимальное значение: для минерального - 0,025 г/ч; частично синтетического - 0,09 г/ч и синтетического - 0,01 г/ч.
Сравнивая зависимости приращений скоростей окисления и испарения видно, что в определенное время их скорости на отдельных участках находятся либо в противофазе либо в фазе.
Это подтверждает наличие явления перераспределения тепловой энергии и процессов самоорганизации, протекающих в смазочном материале.
Для оценки интенсивности процессов самоорганизации предложен коэффициент Кс, определяемый отношением
Кс = йУК^йУо, (9)
где йУКп и йУс соответственно приращения скоростей окисления и испарения за определенный период времени испытания.
Согласно данным (Рис.7) коэффициент интенсивности процессов самоорганизации для минерального масла (кривая 1) сохраняет тенденцию увеличения за весь период испытания, то есть процессы окисления преобладают над процессами испарения.
10 30 50 70 90 110
Рис. 7. Зависимости коэффициента интенсивности процессов самоорганизации от времени их окисления: 1 - минеральное Bizol 80W-90GL4;
2 - частично синтетическое Bizol Hypoid 75W-90 GL4, GL5;
3 - синтетическое Bizol Hypoid 75W-90GL5
Для частично синтетического масла (кривая 2) за периоды времени от 24 до 32часов и от 40 до 56 часов процессы испарения замедляют процессы окисления. Для синтетического масла (кривая 3) за период времени испытания 40 часов процессы окисления ускоряются, но протекают с меньшей интенсивностью по сравнению с маслами 1 и 2. Однако после 56 часов испытания наблюдается резкое увеличение коэффициента Кс, за счет
309
увеличения скорости окисления, а за период времени от 64 часов до 96 часов наблюдаются большие колебания коэффициента Кс за счет снижения скорости испарения и колебания скорости окисления.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Предложенный оптический метод контроля термоокислительной стабильности позволяет получить дополнительную информацию по изменению оптических свойств, вязкости и летучести масел, используемой для совершенствования системы их классификации и идентификации.
2. Установлено, что механизм окисления масел характеризуется последовательным образованием первичных продуктов которые доокисляясь переходят во вторичные с большей оптической плотностью, причем переход происходит при определенной концентрации первичных продуктов, что вызывает перераспределение тепловой энергии между ними и изменение скорости окисления, а также объясняет процессы самоорганизации, протекающие в смазочном материале не зависимо от его базовой основы.
3. Предложенный критерий термоокислительной стабильности характеризует количество поглощенной тепловой энергии продуктами окисления и испарения и рекомендуется для сравнения различных масел с целью выбора более термостойких в зависимости от степени нагруженности техники, а также совершенствования системы классификации по группам эксплуатационных свойств.
4. Критерий интенсивности процессов самоорганизации, протекающих в смазочном материале раскрывает механизм окисления и перераспределения тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления и испарения.
Список литературы
1. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: Справ./ Н.Г. Анисимов (и др.): под редакцией В.М. Школьникова.-2е изд., перераб. и доп. М.: Издат. центр «Техинформ», 1999. 596с.
2. Ковальский Б.И. Термоокислительная стабильность трансмиссионных масел/ Б.И. Ковальский, Ю.Н. безбородов, Л.А. Фельдман, Н.Н. Малышева. Монография Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2011. 150с.
3. Патент 2219530 МПК GOIN 25/00 Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов/ Б.И. Ковальский, С.И. Васильев, Е.Ю. Янаев. Опубл. 20.12.2003 бюл. №35.
Ковальский Болеслав Иванович, д-р техн. наук, проф., 1лЬм1тата11.ги, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Янович Валерий Станиславович, соискатель, 1лЬм1та таИ.ги, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Шрам Вячеслав Геннадьевич, аспирант, ShramIHrus@mail.ru. Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,
Петров Олег Николаевич, ст. преподаватель, petrov_oleq@,mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа
THE OPTICAL METHOD OF GEAR OILS THERMAL OXIDATIVE STABILITIES
MONITORING
B.I. Kowalski, V.S. Yanovich, V.G. Shram, O.N. Petrov
The results of the tests of gear oils of various basic framework for thermo-oxidative stability were proposed. The coefficient of intensity of processes of self-organization during the lubricant oil oxidation was determined. The criterion of thermal oxidative stability was proposed.
Key words: the luminous flux absorption coefficient, the relative viscosity, evaporation rate, the rate of oxidation and evaporation, thermal oxidative stability criterion, the processes of self-organization, the phenomenon of redistribution of heat energy.
Kowalski Boleslav Ivanovich, doctor of technical sciences, Labsm@mail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Yanovich Valery Stanislavovich, postgraduate, Labsm@mail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,
Shram Vyacheslav Gennadevich, postgraduate, ShramIHrus@mail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas
Petrov Oleg Nikolaevich, Senior Teacher, petrov oleqa.mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas
УДК 539.384.6
СВЯЗАННЫЙ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
ШАРНИРНО ОПЁРТОЙ СФЕРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ ИЗ РАЗНОСОПРОТИВЛЯЮЩЕГОСЯ МАТЕРИАЛА
М.Ю. Делягин, А.А.Трещёв
Рассмотрена задача расчета пологих сферических оболочек из материалов, свойства которых зависят от вида напряженного состоянии, на сочетание механической и температурной нагрузок при конечных прогибах. Оценено влияние разносопро-тивляемости, связанности и геометрической нелинейности на напряженно-деформированное состояние шарнирно опертой сферической оболочки из конструкционного графита АРВ.
Ключевые слова: разносопротивляемость, геометрическая нелинейность, связанность, термоупругость, оболочка.
Создание высокоэффективных конструкционных материалов требует развития научной базы для обоснованного применения их в различных отраслях промышленности. Использование классических теорий механики деформируемого твердого тела не позволяет обеспечить должную безо-
