Прогнозирование сроков замены трансмиссионных масел в механических агрегатах трансмиссии Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 621.891

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СРОКОВ ЗАМЕНЫ ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ В МЕХАНИЧЕСКИХ АГРЕГАТАХ ТРАНСМИССИИ

В.А. Войтов, профессор, д.т.н.,

С.А. Митиков, ст. науч. сотруд., ХУВС

Аннотация. На основе применения положений системного подхода, с использованием основных теорем теории подобия и моделирования, получено уравнение, которое позволяет прогнозировать сроки замены трансмиссионных масел в механических агрегатах трансмиссии.

Ключевые слова: критерии подобия, трансмиссионные масла, методика замены трансмиссионных масел.

Введение

В агрегатах трансмиссии различных видов техники периодичность замены масел, как правило, определяют длительными и дорогостоящими эксплуатационными испытаниями. Поэтому целесообразно прогнозировать сроки замены трансмиссионных масел, используя научно обоснованные расчетные методики, полученные на основе лабораторных и эксплуатационных испытаний.

Анализ публикаций

Анализ работ [1, 2] показывает, что для прогнозирования сроков замены масел необходимы следующие главные этапы в исследованиях.

1. Статистический анализ условий эксплуатации масла должен быть направлен на выявление основных параметров масла, влияющих на надежность трибосистем объекта исследований и характеризующих работоспособность масла в целом.

2. Определение предельно допустимых значений установленных показателей качества масел путем лабораторного анализа проб масел, взятых в процессе эксплуатации.

ние установленных показателей качества, характеризующих эксплуатационные свойства масла в целом.

4. Составление математического описания кинетики изменения эксплуатационных свойств масла с целью прогнозирования сроков его замены.

Для успешного решения многофакторной задачи по прогнозированию сроков замены трансмиссионных масел необходимо подойти с позиции системного подхода и теории подобия и моделирования.

На первом этапе исследований, в работе [3], определены основные эксплуатационные свойства масел, влияющие на надежность трибосистем агрегатов трансмиссии, и разработан безразмерный критерий подобия, оценивающий начальные эксплуатационные

свойства трансмиссионных масел и их изменение в процессе эксплуатации Р ы .

,1/2

100

_ 5/2

(1)

M

Е

3. Исследование основных эксплуатационных факторов, которые определяют измене-

где V100 - кинематическая вязкость масла, м2/с; Еу - энергетический интегральный критерий оценки трибологических характеристик трансмиссионного масла, кг/(мс2); т -противопиттинговая способность масла, с; е - наличие в масле механических приме сей, кг.

В работе [4] представлены пределы изменения безразмерного критерия подобия для групп эксплуатации масла по классификации АР1, табл. 1, а также качественная зависимость АР1 = /(р мо).

Следующим этапом исследований было определение предельных значений установленных показателей качества трансмиссионных масел. В результате эксплуатационных испытаний и лабораторных исследований масел в различных агрегатах трансмиссии было установлено [4], что в процессе эксплуатации их начальные свойства, оцененные критерием подобия Р мО , изменяются. На основании полученных результатов исследований были разработаны и обоснованы предельно допустимые значения показателей качества трансмиссионных масел, входящих в критерий подобия Р м , и пределы изменения этого критерия Р М пред (табл. 1).

Таблица 1 Начальные значения критерия подобия Пмо и его предельные значения пм пред для групп масел по классификации АР1

Критерий подобия Группа масла по АРІ

GL-1 GL-2 GL-3 GL-4 GL-5

ГСмо-1022 2,32 2,79 19,35 132,42 521,67

ПМ пред^ 1° 1,16 1,98 10,64 84,75 333,87

Таким образом, для решения задачи по прогнозированию сроков замены трансмиссионных масел в механических агрегатах трансмиссии необходимо получить зависимость изменения эксплуатационных свойств масла в процессе эксплуатации и определить время, когда значение критерия подобия Р м

достигнет значения

М пред

Цель и постановка задачи

Цель настоящей работы - разработать методику определения сроков замены трансмиссионных масел в механических агрегатах

трансмиссии. В соответствии с целью решались следующие задачи:

1) получение критерия подобия, который отражает старение масла в агрегатах трансмиссии в процессе эксплуатации.

2) получение критериальной зависимости и уравнения регрессии между критерием подобия, оценивающим эксплуатационные свойства трансмиссионных масел, и критерием подобия, оценивающим старение масел при эксплуатации.

Методика исследований

Для определения факторов, влияющих на изменение эксплуатационных свойств трансмиссионного масла, был проведен анализ литературных источников и экспертный опрос специалистов, занимающихся эксплуатацией агрегатов трансмиссии. Проведенные исследования позволили установить наиболее значимые параметры, определяющие старение масла, такие как:

- t - продолжительность эксплуатации масла, с;

- о н - расчетное контактное напряжение в полюсе зацепления, кг/(мс2);

угловая скорость вращения шестерни,

1/с;

- QM- количество масла в агрегате трансмиссии, кг;

- V 100 - кинематическая вязкость масла, м2/с.

На основании второй теоремы теории подобия и моделирования, а также на основе метода анализа размерностей был получен безразмерный критерий подобия, оценивающий старение масла в механических агрегатах трансмиссии

а

(2)

м

Физический смысл критерия подобия Р ( заключается в следующем: критерий стремится к максимальному значению при изменении кинематической вязкости масла (из-за окисления масла и деструкции загущающих присадок), с увеличением нагрузочно-скоростного фактора на активные поверхности трибосистем, при большой продолжительности эксплуатации масла в агрегате трансмиссии и малом заправочном объеме масла. Показатели степеней при параметрах в форму-

ле (2) позволяют судить о влиянии этих факторов на процесс старения масла.

Результаты оценки факторов, влияющих на старение масла в процессе эксплуатации в агрегатах трансмиссии различных видов техники, позволили сделать вывод, что значения

критерия

увеличиваются с продолжи-

тельностью эксплуатации.

Полученные в работе [4] значения изменения начальных эксплуатационных свойств товарных масел в процессе эксплуатации (критерий подобия Р м) и факторов, влияющих на старение масла (критерий подобия Р (), позволили с помощью метода наименьших квадратов построить критериальные зависимости (рис. 1-3) и получить математическое описание кинетики изменения эксплуатационных свойств масла (3) - (5) для групп эксплуатации по классификации АР1.

p M = p MO Че

1,93Ш0-33ЧІ ,

(5)

п.-10“ 5OO 450 400 35O 300 250 200 150 100 50

■ и и

■ 1 — ■

-ІГ

25 я, -10

Рис. 3. Зависимость между критериями подобия Р м и Р ( для групп эксплуатации трансмиссионных масел по АР1: GL-4, GL-5

Расчет коэффициентов корреляции ^ = 0,8 -

0,9) подтвердил хорошую корреляцию между этими критериями, а адекватность полученных моделей была проверена методами математической статистики [5].

Из полученных зависимостей Р м = / (р () можно найти выражение для определения сроков замены масел t. Прологарифмировав обе части равенств (3) - (5) и решив их относительно Р (, получим

Рис. 1. Зависимость между критериями подобия Р M и Р t для группы эксплуатации трансмиссионных масел по API: GL-1

p M = p MO Че

1,2210-32 ЧІ ,

(3)

Рис. 2. Зависимость между критериями подобия Р M и Р t для групп эксплуатации трансмиссионных масел по API: GL-2, GL-3

p M = p MO Че

■5.62Ч0-32ЧІ ,

(4)

ln p MO ln p M

(6)

где

а

- коэффициент, который равен: 1,221° - 32 - для масел группы GL-1;

5,621° - 32 - для масел групп GL-2 и GL-3; 1,93 1° -33 - для масел групп GL-4 и GL-5.

Подставив в формулу (6) развернутое значение Р і из формулы (2) и решив его относительно і, получим выражение для расчета срока замены трансмиссионного масла в часах

t =

(1

QM

ln(^° p

/2

100

Мпред ))2/7 . (7)

Систематизирование и обобщение результатов исследований, а также получение зависимостей р м = / (р 1), позволило разработать методику определения сроков замены транс-

0

5

p

а

)

1

(

а

миссионных масел в агрегатах трансмиссии. Для этого необходимо выполнить следующие этапы.

1. Провести оценку уровня начальных эксплуатационных свойств масел лабораторными методами испытаний и рассчитать критерий подобия Р MO по формуле (1) или, воспользовавшись сертификатом качества трансмиссионного масла, узнать группу масла по API и используя табл. 1, определить начальное значение критерия подобия Р MO .

2. По группе масла API определить предельные Значения критерия подобия Р М пред (табл. 1).

3. Определить численное значение прогнозируемого срока замены масла t по формуле

(7).

Выводы

В данной работе на основе применения положений системного подхода с использованием основных теорем теории подобия и моделирования разработана методика прогнозирования сроков замены трансмиссионных масел в механических агрегатах транс-миссии.

1. Лышко Г.П., Левшанов Г.Г., Геленов А.М.

Оптимизация сроков замены моторного масла // Химия и технология топлив и масел. - 1982. - №11. - С. 32 - 34.

2. Лебедев О.А., Михеичев П.А., Вилен-

кин В.А. Установление сроков службы масел в авиационных газотурбинных двигателях // Химия и технология топлив и масел. - 1985. - №1. - С. 31 - 33.

3. Войтов В.А., Митиков С.А., Суханов М.И.

Оптимизация и прогнозирование эксплуатационных свойств смазочных материалов в агрегатах трансмиссии // Вестник НТУ «ХПИ». Сер. автомобиле-и тракторостроение / Сб. научн. тр. -Харьков: Изд-во НТУ «ХПИ». - 2006.

- Вып. 6. - С. 136 - 140.

4. Войтов В.А., Митиков С.А. Разработка и

обоснование предельно допустимых значений показателей качества трансмиссионных масел // Вестник ХНАДУ / Сб. научн. тр. - Харьков: Изд-во ХНА-ДУ. - 2007. - Вып. 37. - С. 79 - 82.

5. Львовский Е.Н. Статистические методы

построения эмпирических формул. - М.: Высшая школа, 1988. - 240 с.

Рецензент: А.В. Бажинов, профессор, д.т.н., -ХНАДУ.

Литература

Статья поступила в редакцию 14 апреля 2007 г.