CC BY
19
УДК 629.424.1:621.892
РЯБКО К.А., к.т.н., доцент (Донецкий институт железнодорожного транспорта) СОЛОМИН А.П., старший преподаватель (Донецкий институт железнодорожного транспорта)
Особенности изменения концентрации примесей в моторном масле при обкатке тепловозных дизелей
Ryabko K.A., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor (DRTI) Solomin A.P., Senior Lecturer (DRTI)
Features of the change in the concentration of impurities in engine oil during running-in of diesel locomotive diesel engines
Введение
Оценка фрикционных и антифрикционных свойств смазочных масел, а также его противоизносные, противозадирные характеристики,
определяют эффективность работы поверхностей трения узлов и деталей тепловозных дизелей. Оценка указанных свойств производится в специализированных лабораториях, с применением различных методов, регламентированных рядом
нормативных документов. Качественная их оценка позволяет получать информацию о потере массы фрикционной пары в процессе работы дизеля, объемном износе и комплексных показателях [1].
Период приработки фрикционных поверхностей сопровождается
усиленным трением и износом. В начале приработки трение и износ находятся на максимальном уровне и по мере прирабатываемости снижаются с дальнейшей стабилизацией. Это можно объяснить износом гребешков микровыступов шероховатостей и заполнением продуктами их износа
микровпадин поверхности, а также пластической деформацией с получением в обоих случаях поверхности с меньшей
шероховатостью, что способствует увеличению площади фактического контактного взаимодействия.
Актуальной на сегодняшний день задачей остается оценка качества приработки поверхностей трения тепловозных дизелей после заводского ремонта, на основании метода спектрального анализа масла.
Анализ последних исследований и публикаций
Оценка прирабатываемости
деталей дизеля без разборки, основанная на определении величины концентрации продуктов износа в масле, относится к одному из распространённых способов и описана рядом авторов [2-8]. При этом практически все авторы оценивают по данному параметру остаточный ресурс или возможные неисправности пар трения тепловозного дизеля. Однако оценка концентрации примесей износа в
масле является инструментом для определения оптимальных режимов обкатки тепловозных дизелей после заводского ремонта.
Цель работы
Рассмотреть процесс изменения величины концентрации примесей износа фрикционных поверхностей тепловозных дизелей в дизельном масле. Обосновать применение метода спектрального анализа масла при обкатке дизелей, с целью оптимизации ее режимов.
Основная часть
Общее уравнение изменения величины концентрации примесей износа в масле, при работе тепловозного дизеля, основывается на материальном балансе продуктов износа, угара и интенсивности поступления несгоревшего топлива в масляную систему. При этом за рассматриваемый промежуток времени примеси поступают равномерно, их угар и унос пропорционален концентрации, а осаждение на стенках трубопроводов сравнительно невелико [2-3, 5]:
К = К
1 -
Яп + Яе + Ящ
Я у - ЯЯ - Ящ } яу-Яg-Ящ
а
+ ■
Я
Яп + Яг + Ящ
1-
1-
Яп + Яе + Ящ
Яу - Яг - Я
а
• г
Яу-Я%-Ящ
, (1)
где Ко - начальная концентрация примесей в масле, кг/кг;
а - начальное количество масла в системе смазки, кг;
g - интенсивность поступления примесей в масло в процессе обкатки, кг/ч;
г - время работы тепловозного дизеля в режиме обкатки, ч;
Я - интенсивность угара масла в
процессе обкатки, кг/ч;
Я - интенсивность долива масла
в процессе обкатки, кг/ч;
Я - интенсивность поступления несгоревшего топлива в масло в процессе обкатки, кг/ч;
Я
м.о.
интенсивность
gn Ям.оРм.о.
полезная
интенсивность поступления масла в агрегат очистки масла, кг/ч;
прохождения масла через агрегат очистки масла, кг/ч;
г]мо - КПД очистки при
однократном прохождении масла через агрегат очистки масла.
На рис. 1 приведена схема взаимодействия дизельного масла с посторонними примесями.
Приведенное уравнение 1 охватывает все возможные условия работы тепловозного дизеля и, в связи с этим, слишком громоздко. При обкаточных испытаниях тепловозного дизеля после заводского ремонта, количество масла в системе смазки практически не изменяется.
Соответственно, в данном случае Я^ = Яя + Ят и основное уравнение 1
упрощается:
Яп + Яу
к = к0е
+ ■
(
Я
Яп + Яу
— <
Яп+Яу . ^
(2)
щ
а
0
У
АМО - агрегат очистки масла; qd - долив свежего масла, кг; g - примеси, поступающие в масло, кг; qy - унос и угар масла с примесями, кг; qMO - масло с примесями, поступающее в агрегат маслоочистки, кг; k - концентрация примесей в масле, кг/кг; цмо - коэффициент полноты отсева агрегатом очистки масла; Q - дизельное масло с примесями, кг; G - примеси в
масле, кг;
Рис. 1. Схема взаимодействия дизельного масла с посторонними примесями [5]
Рассмотрим уравнение (2). Концентрация продуктов износа, горения топлива и самого топлива, в связи с насосным действием компрессионных колец, возрастает с увеличением интенсивности
поступления этих примесей в масло q, т.е. с увеличением скорости изнашивания двигателя и со снижением интенсивности удаления примесей из двигателя qn и ^ (агрегатами очистки
масла и угаром).
При длительных режимах обкатки тепловозного дизеля концентрация примесей возрастает с увеличением начальной концентрации Ко времени г и с уменьшением количества масла ^ в системе.
Соответственно при достаточно длительной работе тепловозного дизеля концентрация примесей определяется только выражением:
K = -
q
Чи + qy
(3)
При очистке и обновлении масла уровень концентрации примесей в нём не зависит от их исходной концентрации, от количества масла в системе и от продолжительности работы двигателя, а зависит только от интенсивности поступления и удаления посторонних примесей. Таким образом, данная система смазки способна к саморегулированию и поддержанию
концентрации примесей в масле на определённом уровне в зависимости от указанных трёх параметров: q, цп, qу.
Следует отметить, что время, необходимое для стабилизации, зависит от загрязненности масла и от его количества. На основании
вышеизложенного можно сделать следующий вывод, что при длительной работе масла в тепловозном дизеле, постоянной интенсивности очистки и постоянном расходе - скорость изнашивания фрикционных
поверхностей дизеля характеризуется только концентрацией продуктов износа в масле. На этом выводе основывается применение метода спектрального анализа масла для оценки времени окончания приработки деталей тепловозного дизеля при обкаточных испытаниях [7-9].
Пользуясь методом спектрального анализа, можно определить
концентрацию примесей в пробах масла, взятых из большого количества обкатываемых дизелей, которые работают как по регламентированной, так и сокращённой программам.
По изменению концентрации примесей в масле можно судить о продолжительности приработки
различных деталей или узлов. Но, без дополнительных данных, нельзя оценить количественно скорость приработки этих деталей. Для количественного выражения скорости приработки необходимо учитывать все параметры, входящие в уравнение 1.
Принимается, что все продукты износа, независимо от их происхождения, попадают в масло. Однако это допущение не всегда соответствует действительности. Оно справедливо по отношению к продуктам износа коленчатого вала, коренных и шатунных подшипников, но не полностью соответствует для
верхнего поршневого кольца. По данным других исследований [10-12], в некоторых двигателях выброс продуктов износа цилиндро-поршневой группой непосредственно в атмосферу из-за близкого расположения первого поршневого кольца к камере сгорания и составляет при частичных нагрузках 30%, а на номинальном режиме работы - до 60%.
В связи с этим, данные об износе деталей цилиндро-поршневой группы, полученные методом спектрального анализа масла, могут получаться несколько заниженными.
Принято считать, что продукты износа, попавшие в масло, циркулируют вместе с ними по системе смазки или задерживаются одним из агрегатов очистки масла.
Удовлетворительно работающими агрегатами очистки масла тепловозных дизелей может быть задержано до 40% продуктов износа. Однако, в процессе эксплуатации систем дизелей Д49 при существующей системе очистки масла в полнопоточных фильтрах и
центрифугах задерживаются в основном органические примеси, а общая концентрация примесей в масле возрастает за счёт неорганических примесей ^е, Си, РЬ, Si и др.), слабо задерживаемых маслоочистителями. Преобладающее количество продуктов износа с размером частиц менее 1 мкм фильтрами и центрифугами
практически не задерживается. Но частицы такого размера по общему весу составляют большую часть всех продуктов износа, поступающих в масло.
С целью изучения влияния различных систем очистки на динамику изменения концентрации механических примесей и продуктов износа в масле, был проведен его спектральный анализ при обкатке дизелей K6S310DR и Д49
после заводского ремонта на маслах марки М12Б2 и М14В2 соответственно.
По полученным данным было установлено, что работа указанных дизелей сопровождается повышенным износом только в начальный период обкатки. В последующий период, даже при условии отключения агрегатов очистки масла и работе дизеля без маслоочистки, это не приводит к повышению концентрации железа, меди свинца в масле. В то же время включение агрегатов очистки масла и полнопоточных фильтров не
сопровождается заметным снижением концентрации продуктов износа [5]. Это можно объяснить общим снижением шероховатостей поверхностей
фрикционных пар, при которых продукты износа имеют размеры частиц 1-2 мкм и менее, соответственно агрегаты очистки масла незначительно снижают их концентрацию.
Проведенные работы [5, 6], основанные на опытной эксплуатации дизелей Д49, свидетельствуют, что при удовлетворительном состоянии дизеля фильтры тонкой очистки и центрифуги незначительно снижают уровень концентрации продуктов износа и механических примесей. Значительное снижение концентрации продуктов износа при нормальной работе дизеля не должно являться основной целью маслоочистки. Это связано с серьёзными конструкционными
трудностями, так как основная масса продуктов износа (более 70-80%) имеет размеры частиц менее 2-3 мкм и не вызывает повышенного износа трущихся пар [5-7].
Специальные исследования с применением радиоактивных изотопов показали, что заметная часть продуктов износа оседает в иных частях систем смазки, помимо маслоочистительных устройств, и практически не участвует в
циркуляции [11, 12]. В связи с вышеизложенным особое значение приобретает алгоритм отбора проб масла для анализа, а также первоначальная загрязнённость системы смазки дизеля.
Следует отметить, что весовое количество металлов, перенесенных в масло в процессе приработки, пропорционально содержанию этих металлов в сплаве, из которого изготовлена деталь.
Для того чтобы определить возможные концентрации продуктов износа в дизельном масле в зависимости от интенсивности приработки, необходимо знать количество металла, которое может быть снято с трущихся пар при достижении ремонтных размеров.
При работе тепловозного дизеля с равномерным износом деталей и постоянным объемом масла
концентрация продуктов износа возрастает по экспоненциальному закону, стремясь к пределу, обусловленному интенсивностью
поступления примесей, угара, а также степенью очистки масла
полнопоточными фильтрами и агрегатами очистки масла.
Концентрация продуктов износа в масле при работе тепловозного дизеля прямо пропорциональна интенсивности приработки и обратно пропорциональна расходу масла на угар и унос. Постоянный контроль изменения концентрации продуктов износа в масле позволяет определить начало стабилизации этого процесса и, следовательно, окончание приработки фрикционных поверхностей отдельных деталей и узлов дизеля.
Анализ динамики износа поверхностей трения деталей дизелей K6S310DR и Д49, обкатанных по сокращенной программе, показал
правильность выбранных режимов обкатки. Поверхности трения деталей оказались подготовленными к восприятию высоких нагрузок уже по истечению 240 минут сокращенной обкатки. При спектральном анализе масла имеет место интенсивный износ во время сокращенной обкатки на высоких позициях контроллера машиниста или через 120 минут работы дизеля. В некоторых случаях наблюдается стабилизация износа или незначительный его рост. Это позволяет сделать вывод о возможности дальнейшего сокращения времени приработки на отдельных этапах сокращенной программы обкатки.
При достижении предельной концентрации железа имеется тенденция к ее дальнейшему снижению, как при полной, так и при сокращенной обкатке. Анализ динамики износа показывает, что к моменту достижения пика концентрации, приработка поршневых колец, коленчатого вала, распределительного вала и других деталей, содержащих железо, практически закончилась. Поступление железа в масло стабилизировалось, но вследствие имеющегося угара масла и уноса продуктов износа с выпускными газами, концентрация железа начинает снижаться.
Следовательно, увеличение
интенсивности нагружения дизеля по времени, при сокращенной обкатке способствует ускорению приработки деталей, содержащих железо, но не влияет на приработку деталей, содержащих медь и свинец. Это позволяет предположить, что изменение нагрузки по времени незначительно влияет на длительность приработки вкладышей подшипников, поршневых колец, верхних головок шатунов и других деталей.
Полученные результаты приводят к противоречивым выводам о влиянии нагрузки при постоянной частоте вращения коленчатого вала на приработку деталей дизеля. Данный аспект обуславливает необходимость в продолжении исследований режимов обкатки, а также указывает на то, что каждый дизель имеет свои индивидуальные особенности сборки, которые влияют на выбор режимов обкатки.
Выводы
Анализ особенностей изменения концентрации примесей в моторном масле при обкатке тепловозных дизелей показал следующее:
- сокращённая обкатка дизелей после заводского ремонта обеспечивает удовлетворительное состояние трущихся деталей;
- качество обкатки дизеля следует оценивать комплексным показателем на основе концентрации примесей в моторном масле;
- стабилизация концентрации продуктов износа в моторном масле является признаком окончания приработки деталей на отдельных этапах обкатки дизеля.
Дальнейшие исследования будут направлены на оптимизацию режимов обкатки тепловозных дизелей после заводского ремонта.
Список литературы:
1. ГОСТ 20759-90 Дизели тепловозов. Техническое диагностирование и прогнозирование остаточного ресурса методом спектрального анализа масла. Общие требования.
2. Рискин, И.В. Определение скорости изнашивания двигателя внутреннего сгорания по содержанию
металлов в масле [Текст] / И.В. Рискин // Труды ВНИТИ / - Колмна, 1962. - № 17. - С. 75 - 86.
3. Чанкин, В.В. Динамика изменения концентрации примесей в дизельных маслах [Текст] / В.В. Чанкин, Э.А. Пахомов // Вестник ВНИИЖТа / Научно-исследовательский ин-т ж.-д. трансп. - М., 1964. - № 6. - С. 31 - 34.
4. Кюрегян С.К. Оценка износа двигателей внутреннего сгорания методом спектрального анализа [Текст] / С.К. Кюрегян. - М.: Машиностроение, 1966. - 152 с.
5. Овчаренко, С.М. Моделирование процесса накопления продуктов износа в моторном масле тепловозного дизеля Д49 [Текст] / С. М. Овчаренко, В. А. Минаков // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2014. - № 3(19). -С. 31 - 36.
6. Овчаренко, С.М. Моделирование работы и оценка эффективности систем очистки моторного масла различных серий тепловозов [Текст] / С. М. Овчаренко // Вестник РГУПСа / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. - Ростов-на-Дону. -2008. - № 1. - С. 21 - 27.
7. Овчаренко, С.М. Повышение эффективности системы диагностирования тепловозов [Текст]: Дис. ... докт. техн. наук: 05.22.07 / Овчаренко Сергей Михайлович. - Омск, 2007. - 368 с.
8. Головин, С.И. Мониторинг изнашивания деталей дизеля как средство оптимизации системы технического обслуживания [Текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.20.03 / С.И. Головин. - М., 2007. - 201 с.
9. Крагельский, И.В. Трение, изнашивание и смазка: Справочник [Текст] / И.В. Крагельский. - М.: Машиностроение, 1978. - 400 с.
10. Ermolov, F. N., M. A. Senichkin, and P. G. Filatov. «Laboratory evaluation of antiwear properties of motor oils.» Chemistry and Technology of Fuels and Oils 9.11 (1973): 865-867.
11. Кульчицкий, А.Р. Расчетный метод определения расхода масла на угар для дизелей. [Текст] / А.Р. Кульчицкий // Agricultural engineering= Zemes ukio inzinerija. - 2012. - vol. 44, №. 2. - P. 112 - 122.
12. Задорожная, Е.А. Методология определения ресурса шатунных подшипников теплового двигателя [Текст] / Е.А. Задорожная, И.Г. Леванов, А.Л. Дудников // Вестник Брянского государственного технического университета / Брянский государственный технический университет. - Брянск. - 2016. - № 3(51). - С. 46-57.
Аннотации:
В статье рассмотрен процесс изменения величины концентрации примесей износа фрикционных поверхностей тепловозных дизелей в моторном масле. Приведено общее уравнение изменения величины концентрации и примесей износа в масле в процессе работы тепловозного дизеля, которое основывается на материальном балансе примесей в масляной системе. Установлено, что при очистке и обновлении масла уровень концентрации примесей в нём не зависит от их исходной концентрации, от количества масла в системе и от продолжительности работы двигателя, а зависит только от интенсивности поступления и удаления посторонних примесей.
При длительной работе масла в тепловозном дизеле, постоянной интенсивности очистки и постоянном расходе - скорость изнашивания фрикционных поверхностей дизеля характеризуется только концентрацией продуктов износа в масле.
Установлено, что сокращённая обкатка дизелей после заводского ремонта обеспечивает удовлетворительное состояние трущихся деталей. При этом, качество обкатки дизеля следует оценивать комплексным показателем на основе концентрации примесей в моторном масле. Стабилизация концентрации продуктов
износа в моторном масле является признаком окончания приработки деталей на отдельных этапах обкатки дизеля.
Ключевые слова: тепловозный дизель, система смазки, моторное масло, посторонние примеси, концентрация, обкатка, спектральный анализ масла.
The article discusses the process of changing the concentration of impurities in the wear of the friction surfaces of diesel locomotive diesel engines in engine oil. The general equation for the change in the concentration and wear impurities in oil during the operation of a diesel locomotive is given, which is based on the material balance of impurities in the oil system. It was found that when cleaning and renewing the oil, the level of impurity concentration in it does not depend on their initial concentration, on the amount of oil in the system and on the duration of engine operation,
but depends only on the intensity of the intake and removal of impurities.
With long-term operation of the oil in a diesel locomotive, constant cleaning intensity and constant consumption, the wear rate of the friction surfaces of the diesel is characterized only by the concentration of wear products in the oil.
It has been established that the reduced running-in of diesel engines after factory repair ensures a satisfactory condition of the rubbing parts. At the same time, the quality of a diesel engine running-in should be assessed by a complex indicator based on the concentration of impurities in the engine oil. The stabilization of the concentration of wear products in the engine oil is a sign of the end of the running-in of parts at certain stages of the diesel engine running-in.
Keywords, diesel locomotive, lubrication system, engine oil, impurities, concentration, breaking-in, spectral analysis of oil.
УДК 629.463
ЗАРИПОВ Р.Ю., докторант PhD, преподаватель (Торайгыров Университет) Методика оценки ресурса вагонов-цистерн
Zaripov R.Yu, PhD student
Methodology for assessing the resource of tank wagons
Введение
В последние годы парк специализированных вагонов-цистерн Казахстана постоянно сокращается, в результате чего возникает дефицит вагонов для транспортировки специальных грузов даже в условиях снижения объемов перевозок. Все больше вагонов-цистерн выходит из эксплуатации вследствие отказов и окончания нормативного срока службы.
Одним из способов решения проблемы нехватки вагонов в условиях существующей экономической
ситуации является проведение
комплекса работ по продлению срока их безопасной эксплуатации. Исходя из опыта прошлых лет, данные мероприятия оказывают существенный экономический эффект, который, по сравнению с покупкой нового подвижного состава, может достигать 40%.
Анализ последних исследований и публикаций
Исследованиям в области выбора параметров и совершенствования конструкции грузовых вагонов, создания методов их расчета и
