14. Уханов, Д. А. Показатели рабочего процесса карбюраторного двигателя на типовом и экспериментальном режимах самостоятельного холостого хода / Д. А. Уханов, А. П. Уханов, М. Ф. Глебов // Нива Поволжья. -2015. - №2 (35). - С. 99-105.
15. Уханов, А. П. Алгоритмы функционирования и конструктивные варианты исполнения системы автоматического управления подачей топливовоздушной смеси на экспериментальном режиме самостоятельного холостого хода карбюраторного двигателя / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, М. Ф. Глебов // Нива Поволжья. -2015. - №1 (34). - С. 71-78.
16. Уханов, Д. А. Закономерности перемещения клапана системы холостого хода карбюратора при работе двигателя на экспериментальном безнагрузочном режиме / Д. А. Уханов, А. П. Уханов, А. В. Гущин // Научное обозрение. - 2016. - №23. - С. 57-61.
DOI 10.12737/18608 УДК 621.436
ВЛИЯНИЕ ОЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ НА ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОПЛИВ ДЛЯ АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ
Быченин Александр Павлович, канд. техн. наук, доцент кафедры «Тракторы и автомобили», ФГБОУ ВО Самарская ГСХА.
446442, Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2.
E-mail: tia_sci_ssaa@mail.ru
Володько Олег Станиславович, канд. техн. наук, зав. кафедрой «Тракторы и автомобили», ФГБОУ ВО Самарская ГСХА.
446442, Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2.
E-mail: tia_sci_ssaa@mail.ru
Ерзамаев Максим Павлович, канд. техн. наук, доцент кафедры «Технический сервис», ФГБОУ ВО Самарская ГСХА.
446442, Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2.
E-mail: tia_sci_ssaa@mail.ru
Сазонов Дмитрий Сергеевич, канд. техн. наук, доцент кафедры «Технический сервис», ФГБОУ ВО Самарская ГСХА.
446442, Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2.
E-mail: tia_sci_ssaa@mail.ru
Ключевые слова: биокомпонент, жирнокислотный, кислота, олеиновая, присадка, противоизносная.
Цель исследований - повысить противоизносные свойства дизельного топлива введением малых (до 10% по объему) доз олеиновой кислоты, применяемой в качестве противоизносной присадки. Приведены методика и результаты оценки жирнокислотного состава растительных масел, используемых в качестве компонентов смесевых топлив, которые показали, что все они содержат значительное количество ненасыщенных жирных кислот - олеиновой, линолевой и линоленовой. По результатам исследования выдвинута гипотеза о возможности использования в качестве противоизносной присадки к дизельному топливу олеиновой кислоты. Для подтверждения гипотезы были проведены поисковые исследования противоизносных свойств товарного летнего дизельного топлива с присадкой олеиновой кислоты. Исследования проводились на универсальном трибометре типа ТУ на четырехшариковом узле трения. Концентрация олеиновой кислоты в топливе менялась от 0 до 10% по объему с шагом в 2%. Нагрузка, частота вращения шпинделя и материал деталей узла трения не изменялись. Исследования показали, что, например, при концентрации олеиновой кислоты 2% по объему средний диаметр пятна износа снизился на 17,7% (с 0,508 мм при использовании дизельного топлива без добавок до 0,418 мм при добавлении 2% олеиновой кислоты). При концентрации олеиновой кислоты 4% средний диаметр пятна износа снизился на 22,9% от первоначального. При дальнейшем увеличении концентрации олеиновой кислоты (6, 8 и 10% по объему) снижение диаметра пятна износа составило соответственно 21,6, 18,9 и 13,7%, т.е. при повышении концентрации олеиновой кислоты свыше 4% противоизносные свойства дизельного топлива ухудшаются, что связано, по-видимому, с возникновением в сопряжении эффекта Ребиндера. Установлено, что для значительного повышения противоизносных свойств товарного летнего дизельного топлива достаточно ввести в его состав 2-4% олеиновой кислоты по объему. Дальнейшее увеличение концентрации противоизносной присадки приводит к снижению эффекта от ее использования.
В настоящее время основу машинно-тракторного парка в сельском хозяйстве Российской Федерации составляют мобильные энергетические средства (тракторы и автомобили), оснащенные дизельными двигателями внутреннего сгорания. Данные двигатели потребляют топливо минерального происхождения, в частности, малосернистые летние дизельные топлива, трибологические свойства которых, в частности, противоизносные, не обеспечивают длительного ресурса прецизионных пар топливной аппаратуры всех типов. Данное утверждение справедливо как для аппаратуры непосредственного действия, так и для более совершенной топливоподающей аппаратуры (ТПА) типа Common Rail или насос-форсунок с электромагнитными клапанами. Одним из способов решения данной задачи является использование смесевых минерально-растительных топлив, позволяющих повысить ресурс дизельной ТПА за счет оптимизации режима трения в прецизионных парах. Данному вопросу посвящено значительное количество научных работ. Результаты исследований [1, 5] показали, что использование рапсового масла в качестве компонента смесевого топлива (до 30% по объему) позволяет повысить ресурс прецизионных пар дизельной ТПА непосредственного действия. Противоизносные свойства растительных масел оценивались в работах [2, 3]. Вопрос использования малых (до 10% по объему) доз растительных масел в качестве противоизнос-ных присадок затронут в работах [4, 6]. Например, в работе [4] было рассмотрено влияние рыжикового масла в количестве до 10% по объему на трибологические свойства смесевого минерально -растительного топлива, а в работе [6] - горчичного, льняного и рапсового масел. Все эти масла характеризуются наличием в их составе значительного количества ненасыщенных жирных кислот, являющихся природными поверхностно-активными веществами (ПАВ), способными образовывать на поверхностях трения демпфирующую пленку [1]. Однако вопросу использования в качестве проти-воизносных присадок к дизельному топливу отдельных ненасыщенных жирных кислот уделено мало внимания. Обычно оценивается действие комплекса таких веществ, как в вышеприведенных примерах. Таким образом, существует актуальная научная проблема повышения трибологических, в частности, противоизносных, свойств товарных дизельных топлив. Одним из наиболее распространенных способов ее решения является введение в состав топлива противоизносной присадки. В контексте данной работы в роли противоизносной присадки может выступать ненасыщенная жирная кислота органического происхождения, например, олеиновая.
Цель исследований - повысить противоизносные свойства товарного летнего дизельного топлива введением малых (до 10% по объему) доз ненасыщенных жирных кислот, в частности, олеиновой.
Задачи исследований - экспериментально оценить жирнокислотный состав растительных масел, применяемых в качестве биокомпонентов смесевых топлив; обосновать рациональный выбор ненасыщенной жирной кислоты для использования в качестве противоизносной присадки к дизельному топливу; экспериментально оценить влияние ненасыщенных жирных кислот, в частности, олеиновой, на диаметр пятна износа при испытаниях на универсальном трибометре типа ТУ на примере топлив с концентрацией присадки до 10% по объему.
Материалы и методы исследований. Влияние биокомпонентов на трибологические свойства смесевых топлив подтверждено экспериментально, в работах [1, 5] приведено теоретическое обоснование влияния биокомпонентов на режим трения в сопряжениях топливоподающей аппаратуры дизельных двигателей. Согласно этим источникам, на режим трения значительно влияют жирные органические кислоты, являющиеся природными поверхностно-активными веществами ввиду ярко выраженной полярности молекул и, как следствие, способности образовывать моно- и полимолекулярные демпфирующие слои на поверхностях трения. Данные слои препятствуют внедрению в материал деталей абразивных частиц, что ведет к уменьшению абразивного изнашивания ресурсоопределяющих прецизионных пар топливной аппаратуры. Они же снижают усталостное воздействие от знакопеременных циклических нагрузок ввиду большой прочности на сжатие. Как показали исследования, например [6], для проявления этого эффекта достаточно относительно небольшой (до 10% по объему) концентрации биокомпонента.
Изучению элементного состава растительных масел посвящено достаточно большое количество исследований, например, жирнокислотный состав масла, полученного из рапса сорта Галант, приведен в работе [5]. Однако в текущей работе используются масла, подвергнутые
предварительной химической обработке и очистке в процессе подготовки для использования в технических целях. Процентное содержание основных компонентов в них может отличаться от состава исходных масел-сырцов, поэтому в соответствии с первой задачей в процессе эксперимента определялся жирнокислотный состав горчичного, льняного, рыжикового, соевого и рапсового масел. Исследования проводились на газовом хроматографе с пламенно-ионизационным детектором ЭЫта^ ги СЭ-2010 по стандартизированной методике ГОСТ 30418 «Масла растительные. Метод определения жирнокислотного состава». В качестве примера на рисунке 1 приведена характерная хромато-грамма рапсового масла, в таблице 1 - результаты ее программной обработки.
Рис. 1. Хроматограмма рапсового масла
Таблица пиков - Канал 1
Таблица 1
Пик, № Время удерж. Площадь Высота Конц. Единицы Имя
1 2 3 4 5 6 7
1 11,849 1647 486 0,013 % маслянная
2 12,505 -3 -10 -0,000 % капроновая
3 13,990 392 134 0,003 % каприловая
4 16,229 695 175 0,005 % деценовая
5 23,105 7680 1609 0,060 % миристиновая
6 24,835 2518 1700 0,020 % миристолеиновая
7 25,048 2303 476 0,018 % пентадекановая
8 27,010 721641 143002 5,618 % пальмитиновая
9 28,444 17890 3746 0,139 % пальмитолеиновая
10 28,863 4825 926 0,038 % гептадекановая
11 30,213 4502 920 0,035 % цис-гептадекановая
12 30,744 329837 43456 2,568 % стеариновая
13 31,638 23285 1629 0,181 % транс-вакценовая
14 32,170 5833628 636581 45,414 % олеиновая
15 32,257 164244 61124 1,279 % цис-вакценовая
16 32,837 193 49 0,002 % линоэлаидиновая
17 33,476 188613 28169 1,468 % цис-9,транс-12-окт.
18 33,675 187508 22696 1,460 % транс-9, цис-12-окт.
19 34,031 4586256 618254 35,703 % линолевая
20 34,337 58379 12082 0,454 % арахиновая
21 35,105 84333 16035 0,657 % транс-9,транс12, цис.
22 35,381 105085 20150 0,818 % гамма-линоленовая
23 35,657 117616 21641 0,916 % цис-11-эйкозеновая
Окончание табл. 1
1 2 3 4 5 6 7
24 35,806 102567 17635 0,798 % транс-9,цис-12, цис.
25 36,115 157354 31249 1,225 % линоленовая
26 36,455 15956 1284 0,124 % генейкозановая
27 37,639 3928 826 0,031 % цис- 11,14-эйкозад.
28 38,025 54222 10554 0,422 % бегеновая
29 39,475 29317 5189 0,228 % эруковая
30 39,973 4922 921 0,038 % цис- 11,14,17-эйкоз.
31 40,629 2908 524 0,023 % цис-5,8,11,14-эйкоз.
32 42,070 22324 3985 0,174 % лигноцериновая
33 43,784 8844 1449 0,069 % нервоновая
Сумма 12845409 1708646
Анализ таблицы 1 показал, что в составе исследованного рапсового масла основными кислотами (с суммарной массовой долей более 70%) являются олеиновая (массовая доля 45,4%) и лино-левая (35,7%). Остальные компоненты относятся либо к второстепенным, либо к минорным (следовым). Анализ результатов исследования жирнокислотного состава льняного, горчичного, рыжикового и соевого масел показал, что в рыжиковом масле помимо олеиновой и линолевой в число главных входит также линоленовая кислота. Обобщенный жирно-кислотный состав, учитывающий массовую долю главных кислот исследованных биокомпонентов, представлен в таблице 2.
Таблица 2
Жирно-кислотный состав биокомпонентов смесевых топлив_
№ п/п Биокомпонент Жирная кислота Массовая доля, %
Олеиновая 45,4
1 Рапсовое масло Линолевая 35,7
Линоленовая 1,2
Олеиновая 22,5
2 Рыжиковое масло Линолевая 19,6
Линоленовая 14,8
Олеиновая 43,5
3 Горчичное масло Линолевая 31
Линоленовая 1,1
Олеиновая 21,6
4 Льняное масло Линолевая 22,7
Линоленовая 1,8
Олеиновая 24,4
5 Соевое масло Линолевая 54,1
Линоленовая 1,1
Наибольшую массовую долю в исследованных маслах имеют ненасыщенные жирные кислоты - олеиновая и линолевая, являющиеся природными поверхностно-активными веществами (табл. 2). Результат анализа данных, полученных в ходе исследования жирнокислотного состава растительных компонентов смесевых топлив, - в соответствии со второй задачей была выдвинута гипотеза, что данные ненасыщенные жирные кислоты могут использоваться в качестве самостоятельных противоизносных присадок к товарному дизельному топливу. Однако анализ коммерческих предложений на территории РФ через сеть Интернет показал, что линолевая и линоленовая кислоты в основном реализуются в качестве биологических активных добавок (БАД) и имеют высокую розничную стоимость. Олеиновая же кислота, предназначенная для технических целей, производится в промышленных объемах, реализуется как оптом, так и в розницу, и оптовые цены составляют 50...60 руб. за килограмм, что сравнимо с оптовыми ценами на рапсовое и соевое нерафинированные масла (от 42 руб. за кг), дешевле горчичного (от 80 руб. за кг), рыжикового (от 100 руб. за кг) и льняного (от 100 руб. за кг) масел. Анализ оптовых цен производился по данным ресурса «Флагма -Бизнес объявления России» на 08.09.2017 года. Таким образом, рационально выбрать в качестве противоизносной присадки к товарному летнему дизельному топливу олеиновую кислоту.
Результаты исследований. В соответствии с целью исследования в процессе эксперимента выявлялось повышение противоизносных свойств дизельного топлива при использовании олеиновой кислоты в качестве противоизносной присадки. Объект исследования - процесс смазывания прецизионных пар дизельной топливной аппаратуры при применении олеиновой кислоты в качестве противоизносной присадки к дизельному топливу. Предмет исследования - взаимосвязь параметров процесса работы топливной аппаратуры при применении топлива с присадкой олеиновой кислоты, условия трения в сопряжениях прецизионных пар, изнашивание их деталей.
Суть предложенного способа повышения трибологических свойств, в частности, противоизносных, товарного дизельного топлива состоит в создании более благоприятного режима смазывания сопряжения образованием на поверхностях трения демпфирующих пленок органического ПАВ, которым является олеиновая кислота. В учебно-научно-исследовательской лаборатории «Повышение надежности и эффективности механических систем» ФГБОУ ВО Самарской ГСХА были проведены поисковые исследования товарного летнего дизельного топлива с концентрацией олеиновой кислоты до 10% по объему, которые подтвердили ранее выдвинутую гипотезу.
Исследования проводились на универсальном трибометре типа ТУ по следующей методике: время опыта 900 с; частота вращения приводного вала 580 мин-1; нагрузка 450±5 Н; концентрация олеиновой кислоты от 0 до 10% с шагом 2%. Схема работы - четырехшариковый узел трения. Отличия методики испытаний от приведенной в работе [6] состояли в повышении жесткости опоры обоймы с неподвижными шариками, а также в принудительной фиксации патрона трибометра для снижения демпфирования нагрузки и колебаний в приводе подвижного шарика. В результате удельное давление в сопряжении было увеличено, что привело к увеличению диаметров пятен износа. Контролируемый параметр - средний диаметр пятна износа неподвижных шариков, мм. В каждом цикле испытаний использовались одни и те же шарики, которые выдерживались в испытуемой смазочной среде не менее одного часа. Оценивался средний диаметр пятна износа, измеренный на трех неподвижных шариках в двух взаимоперпендикулярных направлениях на каждом. Измерения проводились при помощи оптического микроскопа МБС-1. Испытаниям подвергались: дизельное летнее топливо с присадкой олеиновой кислоты (концентрация биокомпонента 2, 4, 6, 8 и 10% по объему); контрольный замер: дизельное летнее топливо.
Помимо собственно среднего диаметра пятна износа неподвижных шариков оценивался также параметр Д, характеризующий прирост изменения диаметра пятна износа в процентах. За точку отсчета принят средний диаметр пятна износа, полученный при испытании на летнем дизельном топливе. В таблице 3 представлена обработка серии опытов с олеиновой кислотой. Графически полученные зависимости представлены на рисунке 2.
Таблица 3
Результаты исследования дизельного летнего топлива с присадкой олеиновой кислоты
№ опыта № шара с1, мм Сср, мм Изменение параметра Д, % Концентрация присадки, %
1 0,51 0,49
1 2 0,49 0,50 0,508 0 0
3 0,54 0,52
1 0,43 0,41
2 2 0,41 0,41 0,418 <17,7 2
3 0,43 0,42
1 0,40 0,39
3 2 0,37 0,39 0,392 <22,9 4
3 0,51 0,39
1 0,39 0,40
4 2 0,40 0,40 0,398 <21,6 6
3 0,41 0,39
1 0,42 0,40
5 2 0,40 0,40 0,412 <18,9 8
3 0,42 0,43
1 0,45 0,44
6 2 0,44 0,44 0,438 <13,7 10
3 0,44 0,42
а)
2 4 6 8 10 б)
Рис. 2. Результаты испытаний дизельного летнего топлива с присадкой олеиновой кислоты
на универсальном трибометре типа ТУ: а) зависимость среднего диаметра пятна износа от концентрации присадки; б) зависимость изменения параметра А (%) от концентрации присадки
Из анализа результатов исследований, представленных графиком зависимости среднего диаметра пятна износа от концентрации присадки (рис. 2, а), можно сделать вывод, что средний диаметр пятна износа уменьшается по сравнению с товарным летним дизельным топливом при использовании в качестве противоизносной присадки олеиновой кислоты. Однако зависимость среднего диаметра пятна износа от концентрации присадки не является обратно пропорциональной и линейной. Из графика видно, что сильнее всего (в среднем на 0,09 мм) диаметр пятна износа уменьшается уже при концентрации олеиновой кислоты 2% по объему. С дальнейшим ростом концентрации присадки уменьшение среднего диаметра пятна износа уже не так значительно - на 0,026 мм от предыдущего результата при концентрации 4% олеиновой кислоты по объему, а при еще большем увеличении концентрации присадки (6, 8 и 10%) наблюдается увеличение диаметра пятна износа. Анализ зависимости изменения параметра А (%) (рис. 2, б) подтверждает этот вывод: наибольший прирост изменения среднего диаметра пятна износа приходится на диапазон от 2 (изменение параметра А=17,7%) до 4% (А=22,9%) олеиновой кислоты по объему. При концентрации олеиновой кислоты 6% параметр А=21,6%, при концентрации 8% А=18,9%, а при концентрации олеиновой кислоты 10% А=13,7%. Данное явление может быть объяснено проявлением эффекта адсорбционного понижения прочности кристаллического твердого тела в жидкой среде, состоящей из поверхностно-активного вещества (эффект Ребиндера). Таким образом, можно предположить, что уже при концентрации олеиновой кислоты 2-4% по объему происходит образование демпфирующего слоя органических ПАВ на поверхностях трения, препятствующего их изнашиванию. Дальнейшее увеличение концентрации олеиновой кислоты с точки зрения улучшения трибологических свойств дизельного летнего топлива нерационально.
Заключение. В статье приведены результаты лабораторных исследований, подтверждающие повышение трибологических свойств, в частности, противоизносных, дизельного летнего топлива, содержащего в качестве противоизносной присадки поверхностно-активное вещество - олеиновую кислоту. Наличие олеиновой кислоты в небольших концентрациях (до 10% по объему) улучшает режим трения прецизионных пар топливоподающей аппаратуры автотракторных дизелей. Поисковые исследования на универсальном трибометре типа ТУ показали, что для увеличения противоизносных свойств дизельного летнего топлива оптимально использовать олеиновую кислоту в концентрации 2-4% по объему. Дальнейшее увеличение концентрации олеиновой кислоты снижает эффект ее применения из-за возникновения эффекта адсорбционного понижения прочности поверхностей трения.
Библиографический список
1. Быченин, А. П. Повышение ресурса плунжерных пар топливного насоса высокого давления тракторных дизелей применением смесевого минерально-растительного топлива : дис. ... канд. техн. наук : 05.20.03 / Быченин Александр Павлович. - Пенза, 2007. - 172 с.
2. Быченин, А. П. Влияние смесевых минерально-растительных топлив на ресурс прецизионных пар топли-воподающей аппаратуры дизельных двигателей / А. П. Быченин, М. А. Быченина // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2013. - №3. - С. 54-59.
3. Болдашев, Г. И. Сравнительный анализ противоизносных свойств растительных масел / Г. И. Болдашев, А. П. Быченин, М. А. Быченина // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2015. -Т.15, №1. - С. 197-200. - (Специальный выпуск «Актуальные проблемы трибологии»).
4. Болдашев, Г. И. Влияние рыжикового масла на противоизносные свойства смесевого топлива / Г. И. Болдашев, А. П. Быченин, М. А. Быченина, М. С. Приказчиков // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2015. - №3. - С. 92-95.
5. Уханов, Д.А. Снижение износа плунжерных пар ТНВД применением смесевого рапсово-минерального топлива : монография / Д. А. Уханов, А. П. Уханов, Е. Г. Ротанов, А. С. Аверьянов. - Пенза : РИО ПГАУ, 2017. - 212 с.
6. Быченин, А. П. Влияние растительных компонентов на трибологические свойства топлив для автотракторных дизелей / А. П. Быченин, О. Н. Черников, М. С. Приказчиков // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2017. - №3. - С. 12-15.
DOI 10.12737/18609 УДК 631.3.02
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕАКЦИЙ В КРЕПЛЕНИЯХ ОПОРНОГО РЫЧАГА
КОЛЕСНОГО ПРИЦЕПА
Зайцев Владимир Юрьевич, канд. техн. наук, доцент кафедры «Технология машиностроения», ФГБОУ ВО Пензенский ГТУ.
440039, Пенза, проезд Байдукова/ул. Гагарина, 1а/11.
E-mail: vluzai@gmail.com
Коновалов Владимир Викторович, д-р техн. наук, проф. кафедры «Технология машиностроения», ФГБОУ ВО Пензенский ГТУ.
440039, Пенза, проезд Байдукова/ул. Гагарина, 1а/11.
E-mail: konovalov-penza@rambler.ru
Вольников Михаил Иванович, канд. техн. наук, доцент кафедры «Технология машиностроения» (цикл «Автоматизация и управление»), ФГБОУ ВО Пензенский ГТУ.
440039, Пенза, проезд Байдукова/ул. Гагарина, 1а/11.
E-mail: vmi1972@yandex.ru
Петров Александр Михайлович, канд. техн. наук, проф., зав. кафедрой «Сельскохозяйственные машины и механизация животноводства», ФГБОУ ВО Самарская ГСХА.
446442, Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, Учебная, 2.
E-mail: Petrov_AM@ssaa.ru
Ключевые слова: реакция, рычаг, схема, нагружение, равновесия, критерии, статическое.
Цель исследований - теоретическое обоснование и пример компьютерного моделирования нагрузочных параметров для выявления опасных сечений при конструировании опорных рычагов. При конструировании новых машин или модернизации их ходовой части, а также в случае возникновения поломок элементов ходовой части возникают вопросы, связанные с конструированием и прочностными расчетами элементов ходовой части. Определенной сложностью является выявление причин поломок конструктивных элементов при наличии устройств подъема рамы с кузовом (бункером) за счет поворота опорных рычагов перемещения колес относительно рамы бункера (кузова). В статье строятся расчетные схемы статического нагружения опор колесного рычага мобильного агрегата с изменяемой высотой расположения кузова (бункера) и определяются выражения для определения реакции, которые испытывают опоры рычага при различных геометрических параметрах изделия и угла его расположения. Проведенные теоретические исследования позволили составить расчетную схему нагружения, установить аналитические зависимости внутренних силовых факторов и реакций опор, на основе которых возможно