Информационно-образовательный портал
e-mail: [email protected]

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО РАЗРАБОТКЕ СОСТАВА ОБКАТОЧНОГО МАСЛА НА БАЗЕ ОТРАБОТАННОГО МАСЛА

Как известно, правильно проведенная обкатка двигателей тракторов увеличивает межремонтный ресурс работы отремонтированных машин и снижает затраты на их эксплуатацию. При этом в сложившейся сложной экономической ситуации большинства хозяйств АПК обкатку капитально отремонтированных двигателей проводят с нарушением установленных правил. Чаще всего обкатка проводится не на специально определенных обкаточных маслах, а на традиционно используемых в условиях обычной эксплуатации моторных маслах М-10Г2, М-10ДМ. Такой подход не только снижает эффективность обкатки, но и увеличивает затраты на эксплуатацию тракторов.

Обкаточные масла крайне редко используются в реальных условиях сельскохозяйственного производства по следующим основным, приведенным ниже причинам [1]:

  • высокая цена приобретения масел;
  • ограниченные возможности приобретения из-за низких объемов производства и сложных схем поставок;
  • неверно сложившиеся представления у специалистов инженерных служб хозяйств о равнозначных свойствах и эффекте от использования моторных традиционных масел взамен обкаточных масел.

    Важной проблемой повышения эффективности использования обкаточных масел является их ограниченное по регламенту применение, то есть после проведения операции обкатки масла становятся практически непригодными к повторному использованию в двигателях внутреннего сгорания в силу их загрязненности, что увеличивает затраты на ремонт машины [1].

    Почти все обкаточные, приработочные масла состоят из масляной основы, присадок и добавок [2–4].

    В качестве присадок используют поверхностно-активные вещества (олеиновую или стеариновую кислоты, глицерин и пр.). Механизм действия данных присадок заключается в том, что они реализуют так называемый эффект Ребиндера. Данный эффект осуществляется следующим образом. При наличии в масле полярно-активных молекул они создают граничные адсорбционные слои на поверхностях трения, благодаря чему происходит пластификация поверхностей металлов и, как следствие, ускоряется приработка микрорельефа узлов двигателя. Во время дальнейшей приработки осуществляется инверсия смазочного действия, то есть происходит последующее упрочнение поверхностных слоев, обеспечивающее повышенную износостойкость деталей в дальнейшей эксплуатации [2–4]. В качестве добавок в обкаточных маслах применяют металлоплакирующие соединения, а также противоизносные компоненты, создающие защитные пленки во время приработки на стенках деталей. Данными элементами чаще всего являются серосодержащие присадки (органические соединения серы), также известно об использовании присадок с содержанием фосфора и хлора [2, 3, 5, 6]. Помимо этого, в некоторые составы приработочных масел вводятся мелкодиспергированные притирочные материалы, абразивы, специальные порошковые наполнители и т. д., выполняющие функцию абразивной шлифовки поверхностей деталей до состояния эксплуатационных значений их шероховатостей [3–5, 7].

    ФГБНУ ВНИИТиН поставлена цель и задача разработки простого, доступного и в то же время высокоэффективного состава смазочного обкаточного материала на основе отработанного моторного масла с возможностью реализации процесса приготовления масла в условиях сельскохозяйственного производства.

    Одним из важнейших элементов технологии использования разрабатываемого состава обкаточного масла является возможность его неоднократного использования.

    В качестве основы применялось отработанное минеральное масло. Отработанное моторное масло, в отличие от традиционно используемых для приготовления обкаточных масел базовых нефтяных основ, содержит остаточные компоненты антиокислительных, противоизносных, моюще-диспергирующих, антикоррозионных присадок [7, 8], что делает его более предпочтительными в качестве основы для обкаточных масел по сравнению, например, с индустриальными маслами И-20А, И-30А. Однако отработанные моторные масла помимо присадок содержат и большое количество смол, примесей, загрязнений, делающих их непригодными к дальнейшему использованию [8, 9].

    На первом этапе исследований поставлена задача очистки отработанных моторных масел от смол, асфальтенов, продуктов окисления масла, сгорания топлива и углеводородной основы с возможностью максимального сохранения остаточной базы присадок и одновременного осветления масла.

    В качестве алгоритма решения задачи принята традиционная схема физико-химического процесса очистки с использованием разделяющих агентов [10].

    Последовательность операции очистки отработанного моторного масла состоит из нагрева масла, внесения коагулянта в смеси с растворителем, перемешивания, отстаивания или разделения в поле центробежных сил.

    Сравнительную оценку трибологических свойств приработочного масла выполняли с помощью машины трения, работающей по схеме «колодка – ролик». Материал ролика – сталь 45, материал колодки – сталь 40ХГ. Исходная шероховатость образцов: у ролика – 0,32 мкм, у колодки – 0,32 мкм. Испытание проводили при постоянной нагрузке 100 Н между телами трения и частоте вращения 76 мин–1. В ходе исследований определяли следующие показатели: время приработки, износ образцов, шероховатость поверхностей ролика и колодки, температуру масляной пленки на поверхности ролика.

    Время приработки образцов определяли по моменту стабилизации температуры на поверхности ролика, получаемому с помощью термодатчиков, и моменту стабилизации величины силы питающего тока электродвигателя, определяемому по шкале амперметра стенда. Износ образцов оценивали с помощью аналитических весов с точностью измерения 0,0001 г по разности массы исходных материалов до и после эксперимента. Значение шероховатости поверхности ролика получали при помощи профилографа-профилометра.

    В таблице 1 представлены результаты физико-химического анализа отработанного моторного масла М-10Г2 до и после очистки.

    Анализируя данные таблицы 1, следует отметить, что под действием моноэтаноламина в совокупности с изопропанолом и последующего центрифугирования удается получить высококачественную основу для получения приработочного масла.

    На следующем этапе проведения исследований определялся рациональный состав добавок, вносимых в очищенное масло для получения высокоэффективного аналога обкаточного масла [11, 12].

    Поставленная цель достигается тем, что приработочное масло содержит олеиновую кислоту 1–4%, карбамид 0,5–1,5%, молибденсодержащую присадку 2–4%, графены 0,05–0,15%, очищенное отработанное масло 96,45–90,35%.

    Молибденсодержащая присадка в масле выполняет функцию металлоплакирующего компонента, то есть во время приработки мелкодиспергированные частицы присадки заполняют микровпадины на поверхностях деталей двигателя, тем самым увеличивая фактическую площадь контакта в узле трения, что приводит к значительному снижению приработочного износа [7].

    Молибденсодержащая присадка состоит из соотношения следующих компонентов: порошкообразный наполнитель, состоящий из наноразмерного порошка дисульфида молибдена и наноразмерного порошка сплава латуни и фосфора, взятых в соотношении 55 : 30 : 15, %. Смазочная композиция имеет следующий состав: молибденсодержащая присадка 0,2–0,25%; минеральное масло 99,75–99,8%.

    Карбамид, вносимый в приработочное масло в расплавленном состоянии, в процессе перекристаллизации образует игловидные кристаллы размером 0,5 × 5 мкм, которые выполняют функцию мягкой абразивной шлифовки шероховатостей поверхностей трения в узлах двигателя и в то же время увеличивают прочность смазочной пленки.

    Графены, добавляемые в приработочное масло, выполняют роль высокоэффективного противоизносного компонента. Поверхности графенов, равномерно распределенных в масле, плотно притираются к поверхности трущихся деталей, оставляя множество чешуек различной толщины, препятствующих повышенному притирочному износу и образованию задиров, а также способствующих улучшению теплоотдачи нагретых поверхностей деталей двигателя.

    Составы приработочных масел готовят следующим образом. Карбамид в концентрации 0,5–1,5% от массы основы приработочного масла нагревают до температуры 130–140 °С, после чего происходит его переход в жидкое агрегатное состояние. Предварительно очищенное отработанное моторное минеральное масло нагревают до температуры 130–150 °С и добавляют в него расплавленный карбамид. После остывания масла до температуры 100–110 °С в него вносят графены в количестве 0,05–0,15% и олеиновую кислоту в концентрации 1–4%. Полученную смесь перемешивают в течение 15 мин механическим способом без нагрева. После охлаждения масла до температуры 70–80 °С в него вносят молибденсодержащую присадку в количестве 2–4%. Полученную смесь перемешивают до полного растворения присадок механическим способом без нагрева.

    В таблице 2 представлены результаты исследований по оценке трибологических свойств предлагаемого обкаточного масла и используемого при обкатке отремонтированных тракторных двигателей масла М-10Г2.

    Используемое очищенное отработанное моторное масло, в отличие от используемых при приготовлении приработочных масел, содержит в своем составе до 30% противоизносных, антикоррозионных присадок, что делает его использование предпочтительным и ресурсосберегающим фактором [9].

    Исходя из полученных в ходе лабораторных исследований данных, можно сделать вывод, что предлагаемое приработочное масло имеет высокие трибологические характеристики. Оно позволяет сократить время приработки деталей, уменьшить их износ, добиться снижения шероховатости поверхностей трения до величины, соответствующей современным техническим требованиям по эксплуатации машинно-тракторного парка. В соответствии с принятым способом очистки масло после обкатки может быть подвергнуто восстановлению, то есть после удаления примесей и смол масло становится пригодным к повторному использованию при обкатке двигателей внутреннего сгорания.

    ЛИТЕРАТУРА

    1. Сазонова Д. Д., Сазонов С. Н. Оценка эффективности использования производственно-технических ресурсов в формировании хозяйства // Вестник Мичуринского ГАУ. – 2014. – № 4. – С. 96–103.
    2. Шаронов Г. П. Применение присадок к маслам для ускорения приработки двигателей. – Л. : Химия, 1965. – 224 с.
    3. Храмцов Н. В. Обкатка и испытание автотракторных двигателей. – М. : Агропромиздат, 1991. – 125 с.
    4. Дунаев А. В. Системное применение триботехнологий на всех этапах жизненного цикла машин и оборудования // Труды ГОСНИТИ. – 2013. – № 2. – С. 88–91.
    5. Мельников А. Ф. Эффективность применения присадок на основе частиц твердых материалов при приработке деталей двигателей внутреннего сгорания // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2011. – № 4(3). – С. 1116–1118.
    6. Стрельцов В. В. Ресурсосберегающая ускоренная обкатка отремонтированных двигателей. – М. : Колос, 1995. – 175 с.
    7. Сафонов В. В. Повышение качества стендовой приработки тракторных двигателей путем совершенствования очистки масла на ремонтных предприятиях агропрома : автореф. дис. … канд. техн. наук. – Саратов, 1988. – 21 с.
    8. Остриков В. В., Тупотилов Н. Н., Кор-нев А. Ю., Власов С. В. Смазочная композиция на основе отработавшего моторного масла // Химия и технология топлив и масел. – 2006. – № 4. – С. 35–37.
    9. Остриков В. В. Повышение эффективности использования смазочных материалов в узлах и агрегатах сельскохозяйственной техники. – Воронеж : Истоки, 2008. – 159 с.
    10. Остриков В. В., Тупотилов Н. Н., По-пов С. Ю. Исследование очистки отработанных синтетических моторных масел специфическими растворителями // Наука в центральной России. – 2013. – № 5. – С. 27–30.
    11. Остриков В. В. Повышение эффективности использования смазочных материалов // Механизация и электрофикация сельского хозяйства. – 2010. – № 5. – С. 10–11.
    12. Антикоррозионная эффективность пленок нефтяных и синтетических масел и их физико-химические характеристики / Л. Г. Князева, В. И. Вигдорович, Л. Е. Цы-ганкова, Н. В. Щель, Е. Г. Кузнецова, А. А. Урядников, В. В. Остриков, А. Н. За-зуля // Коррозия: материалы, защита. – 2014. – № 9. – С. 35–41.

Метки: Сельское и лесное хозяйство