Специфика эксплуатации в условиях Крайнего Севера технологических машин и оборудования
Автор: Андросов П.В.
Журнал: Теория и практика современной науки @modern-j
Рубрика: Основной раздел
Статья в выпуске: 8 (86), 2022 года.
Бесплатный доступ
Исследования эффективности смазочных материалов при эксплуатации технологических машин и оборудования, показали, что применение синтетических масел наиболее пригодны к использованию в условиях Крайнего Севера. К тому же синтетические масла, позволят значительно снизить износ технологических машин в условиях пониженной температуры. Эффективность смазочных материалов во многом определяет экономичность, безопасность и надёжность работы технологических машин и оборудования различных типов дорожностроительных машин и автотракторной техники. Применительно к таким объектам наиболее распространёнными являются двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и редуктора. Существует три основных типа жидких смазочных материалов, систем смазки двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и редукторов: первый - минеральные масла, получаемые посредствам перегонки мазута; второй - полусинтетические масла, получаемые посредствам смешивании двух различных основ: 30-50% синтетики и 50-70% минерального масла; третий - синтетические масла, получают в результате синтеза молекул.
Смазочные материалы, износ, технологические машины, оборудование, двигатель внутреннего сгорания, надежность, эффективность
Короткий адрес: https://sciup.org/140295489
IDR: 140295489
Текст научной статьи Специфика эксплуатации в условиях Крайнего Севера технологических машин и оборудования
В условиях Крайнего Севера для системы с «внутренним» смазыванием трущихся деталей применение в качестве смазочных материалов связано с известными проблемами: необходимость применения нескольких типов масел на различные температурные уровни.
Аналогичные проблемы имеют место и при использовании гидравлических или трансмиссионных смазочных материалов. В этой связи представляется актуальным применение масел, которые будут работать в холодной климатической зоне, позволяющие обеспечить бесперебойную работу и значительно снизить износ. Такие смазочные материалы получили распространение в различных отраслях техники главным образом благодаря наилучшей текучести (вязкости) при минусовых температурах, наименьшей испаряемостью, наилучшими антифрикционными свойствами. В рассматриваемом нами случае наиболее важным преимуществом синтетических масел, используемые в технологическом оборудовании, представляется возможность применения в районах Крайнего севера, обеспечивающая повышение требования в эксплуатации при повышенной пониженной температуры. Применительно к условиям Крайнего Севера основные требования к смазочному материалу используемое в оборудовании дорожно-строительных машин и автотракторной техники можно сформулировать в следующем виде: 1. Пологость вязкостнотемпературной характеристики, обеспечение холодного пуска, прокачиваемости при холодном пуске и надежного смазывания в экстремальных условиях при высоких нагрузках и температуре окружающей среды. 2. Высокие моющая, диспергирующе-стабилизирующая, пептизирующая и солюбилизирующая способности по отношению к различным нерастворимым загрязнениям, обеспечивающие чистоту деталей двигателя. 3. Достаточные противоизносные свойства, обеспечиваемые прочностью масляной пленки, нужной вязкостью при высокой температуре и высоком градиенте скорости сдвига, способностью химически модифицировать поверхность металла при граничном трении и нейтрализовать кислоты, образующиеся при окислении масла и из продуктов сгорания топлива. 4. Отсутствие коррозионного воздействия на материалы деталей двигателя как в процессе работы, так и при длительных перерыва. 5. Стойкость к старению, способность противостоять внешним воздействиям с минимальным ухудшением свойств. 6. Совместимость с материалами уплотнений, совместимость с катализаторами системы нейтрализации отработавших газов. 7. Малая вспениваемость при высокой и низкой температурах. 8. Малая летучесть, низкий расход на угар (экологичность).
Метод решения поставленной задачи
Рассмотрим выше указанные типы масел и проведем экспериментальные исследования. Разные масла при одинаковой температуре имеют разную вязкость. Измерения вязкости различных технических масел проводились при одинаковых условиях. Однако коэффициент вязкости одной и той же жидкости может меняться в зависимости от температуры, и именно поэтому измерения вязкости происходили при различных температурах. Исследование проводилось при помощи вискозиметра и металлических шаров малого сечения.
Установка состоит из: измерительного стакана, с нанесенной на него шкалой, исследуемого образца (масло), металлических шаров малого сечения, микроскопа, секундомера, меток на измерительном стакане и линейки. Опыт проводился следующим образом: с помощью микроскопа измеряется диаметр шариков (несколько раз), в колбу наливается масло, метками отмечаются промежутки, на которых будет проводиться измерение времени, в колбу опускаются металлические шарики, когда шарик пресекает верхнюю метку, включается секундомер, а когда шарик пересекает нижнюю метку, секундомер выключается. Расстояние между резинками измеряется линейкой. С помощью полученных данных вычисляется коэффициент вязкости данного масла. Опыт проделывается несколько раз, для набора статистики и вычисления погрешности измерения. Затем этот же опыт проделывается с этим же маслом, но при другой температуре. Эксперимент проделывается с разными маслами.
На стенки измерительного стакана были нанесены метки на различной высоте и измерено расстояние между ними. Оно равно 155 мм. Установка была помещена в условия зимнего времени, вследствие чего температура масла опустилась. Потом масло было перемешано, чтобы температура во всем масле установилась одинаковая, и с помощью жидкостного термометра с ценой деления 1°С измерена температуру масла, которая была равна 11°С. Далее по желобу скатывались стальные шары малого сечения в масло, предварительно был измерен их диаметр при помощи микроскопа со шкалой, цена деления которой 0,04 мм. Для измерения диаметра шара его левый край должен был совпасть с началом окулярной шкалы микроскопа, а диаметр этого шара должен был лежать на самой шкале. С помощью секундомера засекалось время, за которое шарик проходит длину между метками. Верхняя метка была ниже уровня масла, чтобы движений шарика успело стать равномерным. Значение вязкости вычислялось по формуле:
(p0-Pi)d2g n = —0- 1—, 18V ’
Где p o - плотность стали, p i - плотность масла.
Такое измерение проводилось с пятью разными шариками и по набранной статистике вычислялось среднее значение коэффициента вязкости при данной температуре.
После проведения эксперимента при температуре 11°С, исследуемая жидкость оставлялась в комнате, чтобы вычислить ее коэффициент вязкости при комнатной температуре 23°С. Аналогичным способом было вычислено среднее значение коэффициента вязкости масла при комнатной температуре.
Чтобы поднять температуру исследуемого масла, его опускали в сосуд с кипящей водой. Когда температура жидкости поднялась до 40°С, проводилось измерения. Таким же методом нагревалось масло до 55°С и 70°С и вычислил вязкость масла.
Такие измерения проводились для четырех типов масел: минерального, синтетического и полусинтетического. Полученные данные занесены в таблицы и по полученным значениям составил график зависимости коэффициента вязкости масла от температуры (рисунок 1)
Синтетичекое Минеральное
Полусинтетичекое
Рисунок.1. График зависимости вязкости масел от температуры
Из Графика видно, что при падении температуры, вязкость масла увеличивается. И можно наблюдать что синтетическое масло имеет наименьшую вязкость при отрицательной температуре, что сказывается на положительных свойствах смазочных материалов.
Полученные экспериментальные данные сведены в таблицы.
Таблица 1. Измерения показателей Синтетического масла при T= –8°C и
T=0°C
|
Синтетическое масло при T= –8°C Синтетическое масло при T=0°C |
Время падения шара (с) |
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
Вязкость масла (Па*с) |
|
|
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
||||
|
0,7 |
27,7 |
0,331 |
0,6 |
31,6 |
0,278 |
|
0,6 |
36,2 |
0,309 |
0,5 |
48,4 |
0,295 |
|
0,8 |
19,8 |
0,318 |
0,4 |
62,0 |
0,242 |
|
0,6 |
36,5 |
0,319 |
0,8 |
17,4 |
0,270 |
|
0,7 |
26,9 |
0,321 |
0,7 |
23,0 |
0,274 |
Таблица 2. Измерения показателей Синтетического масла при T=11°C и
23°
|
Синтетическое масло при T=11°C Синтетическое масло при T=23°C |
Вязкость масла (Па*с) |
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
Вязкость масла (Па*с) |
|
|
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
||||
|
0,7 |
9,6 |
0,115 |
0,6 |
7,1 |
0,062 |
|
0,6 |
17,4 |
0,152 |
0,5 |
10,0 |
0,061 |
|
0,7 |
11,4 |
0,136 |
0,5 |
12,1 |
0,073 |
|
0,6 |
16,3 |
0,132 |
0,6 |
7,8 |
0,069 |
|
0,7 |
11,3 |
0,136 |
0,6 |
6,9 |
0,061 |
Таблица 3. Измерения показателей Синтетического масла при T=40°C и
T=55°C
|
Синтетическое масло при T=40°C Синтетическое масло при T=55°C |
Вязкость |
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
Вязкость масла (Па*с) |
|
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
масла (Па*с) |
|||
|
0,7 |
3,3 |
0,039 |
0,6 |
2,5 |
0,022 |
|
0,6 |
4,7 |
0,041 |
0,7 |
3,5 |
0,041 |
|
0,7 |
3,3 |
0,039 |
0,7 |
2,8 |
0,033 |
|
0,5 |
6,8 |
0,042 |
0,6 |
3,9 |
0,034 |
|
0,7 |
4,3 |
0,038 |
0,7 |
2,5 |
0,030 |
Таблица 4. Измерения показателей Синтетического масла при T=70°C
|
Синтетическое масло при T=70°C |
Вязкость масла (Па*с) |
|
|
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
|
|
0,6 |
2,3 |
0,020 |
|
0,7 |
1,7 |
0,020 |
|
0,5 |
2,6 |
0,016 |
|
0,6 |
2,4 |
0,021 |
|
0,7 |
1,4 |
0,017 |
Таблица 5. Измерения показателей Минерального масла при T= –8°C и
T=0°C
|
Минеральное масло при T= –8°C Миниральное масло при T=0°C |
Время падения шара (с) |
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
Вязкость масла (Па*с) |
|
|
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
||||
|
0,5 |
97,0 |
0,589 |
0,7 |
45,3 |
0,540 |
|
0,6 |
69,4 |
0,606 |
0,9 |
29,1 |
0,572 |
|
0,5 |
100,7 |
0,611 |
0,5 |
92,8 |
0,563 |
|
0,6 |
69,6 |
0,608 |
0,6 |
62,9 |
0,550 |
|
0,7 |
50,1 |
0,596 |
0,7 |
47,6 |
0,566 |
Таблица 6. Измерения показателей Минерального масла при T=11°C и
°
|
Минеральное масло при T=11°C |
Диаметр шара (мм) |
|
Минеральное масло при T=23°C |
Вязкость масла (Па*с) |
Время падения шара (с) |
Вязкость масла (Па*с) |
||
|
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
||||
|
0,8 |
19,7 |
0,306 |
0,8 |
9,6 |
0,149 |
|
0,8 |
20,4 |
0,317 |
0,6 |
14,2 |
0,124 |
|
0,8 |
21,0 |
0,326 |
0,7 |
9,5 |
0,112 |
|
0,6 |
36,6 |
0,320 |
0,6 |
15,6 |
0,136 |
|
0,7 |
26,2 |
0,312 |
0,8 |
8,2 |
0,128 |
Таблица 7. Измерения показателей Минерального масла при T=40°C и
T=55°C
|
Минеральное масло при T=40°C Минеральное масло при T=55°C |
Вязкость масла (Па*с) |
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
Вязкость масла (Па*с) |
|
|
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
||||
|
0,8 |
4,7 |
0,073 |
0,9 |
1,9 |
0,037 |
|
0,7 |
7,1 |
0,084 |
0,8 |
2,4 |
0,037 |
|
0,9 |
3,5 |
0,069 |
0,3 |
16,2 |
0,035 |
|
0,6 |
8,9 |
0,078 |
0,7 |
3,0 |
0,036 |
|
0,7 |
6,1 |
0,072 |
0,6 |
4,0 |
0,035 |
Таблица 8. Измерения показателей Минерального масла при T=70°C
|
Синтетическое масло при T=70°C |
Вязкость масла (Па*с) |
|
|
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
|
|
0,4 |
8,8 |
0,034 |
|
0,7 |
2,6 |
0,031 |
|
0,5 |
5,4 |
0,032 |
|
0,6 |
4,0 |
0,035 |
|
0,7 |
2,4 |
0,029 |
Таблица 9. Измерения показателей Полусинтетического масла при T=–8°C и T=0°C
|
Полусинтетическое масло при T=–8°C Полусинтетическое масло при T=0°C |
Время падения шара (с) |
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
Вязкость масла (Па*с) |
|
|
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
||||
|
0,7 |
60,2 |
0,719 |
0,4 |
95,8 |
0,374 |
|
0,4 |
178,0 |
0,694 |
0,7 |
30,0 |
0,358 |
|
0,8 |
44,7 |
0,697 |
0,5 |
62,9 |
0,383 |
|
0,8 |
45,3 |
0,707 |
0,7 |
31,5 |
0,376 |
|
0,6 |
79,7 |
0,699 |
0,9 |
18,5 |
0,366 |
Таблица 10. Измерения показателей Полусинтетического масла при
T=11°C и T=23°C
|
Полусинтетическое масло при T=11°C Полусинтетическое масло при T=23°C |
Вязкость масла (Па*с) |
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
Вязкость масла (Па*с) |
|
|
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
||||
|
0,7 |
23,7 |
0,283 |
0,6 |
12,6 |
0,111 |
|
0,7 |
24,2 |
0,289 |
0,8 |
9,2 |
0,144 |
|
0,9 |
11,2 |
0,221 |
0,6 |
9,4 |
0,082 |
|
0,8 |
17,2 |
0,268 |
0,7 |
9,2 |
0,110 |
|
0,6 |
29,6 |
0,260 |
0,7 |
9,5 |
0,114 |
Таблица 11. Измерения показателей Полусинтетического масла при
T=40°C и T=55°C
|
Полусинтетическое масло при T=40°C Полусинтетическое масло при T=55°C |
Вязкость масла (Па*с) |
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
Вязкость масла (Па*с) |
|
|
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
||||
|
0,5 |
19,3 |
0,117 |
0,6 |
5,4 |
0,047 |
|
0,4 |
18,3 |
0,071 |
0,8 |
2,6 |
0,041 |
|
0,6 |
12,4 |
0,108 |
0,6 |
6,6 |
0,058 |
|
0,8 |
6,8 |
0,106 |
0,7 |
3,5 |
0,042 |
|
0,7 |
7,8 |
0,093 |
0,8 |
3,5 |
0,055 |
Таблица 12. Измерения показателей Полусинтетического масла при
T=70°C
|
Полусинтетическое масло при T=70°C |
Вязкость масла (Па*с) |
|
|
Диаметр шара (мм) |
Время падения шара (с) |
|
|
0,6 |
3,4 |
0,030 |
|
0,8 |
1,8 |
0,028 |
|
0,6 |
3,4 |
0,030 |
|
0,5 |
4,4 |
0,027 |
|
0,7 |
2,5 |
0,031 |
Таблица 13. Средняя вязкость масел при различных температурах
|
Тип и марка масла |
Средн яя вязкос ть масла при T=– 8°C (Па*с) |
Средн яя вязкос ть масла при T=0°C (Па*с) |
Средн яя вязкос ть масла при T=11° C (Па*с) |
Средн яя вязкос ть масла при T=23° C (Па*с) |
Средн яя вязкос ть масла при T=40° C (Па*с) |
Средн яя вязкос ть масла при T=55° C (Па*с) |
Средн яя вязкос ть масла при T=70° C (Па*с) |
|
Синтетическое масло (Mobil super) 5W-30 |
0,319 |
0,272 |
0,134 |
0,065 |
0,040 |
0,032 |
0,019 |
|
Минеральное масло (Лукойл) 10W-40 |
0,602 |
0,558 |
0,316 |
0,132 |
0,075 |
0,036 |
0,032 |
|
Полусинтетич еское масло (Лукойл) 10W-40 |
0,703 |
0,371 |
0,264 |
0,112 |
0,099 |
0,049 |
0,029 |
Вывод
Таким образом, по представленным данным можно сделать вывод, что вязкость синтетического масла при различных температурах изменяется меньше, а значит, оно лучше всего подходит для использования и можно рассматривать как одно из перспективных направлений совершенствования смазочных материалов, для технологических машин, эксплуатируемых в условиях Крайнего Севера.
Список литературы Специфика эксплуатации в условиях Крайнего Севера технологических машин и оборудования
- А. А. Гуреев. Топлива, смазочные материалы и жидкости для эксплуатации автомобилей и тракторов в северных районах [Текст] / А. А. Гуреев, Ю. В. Микулин, В. В. Синицын- М.: Химия, 1976. - 181 с.
- Савельев И.В. Курс общий физики. Книга 3. Молекулярная физика и термодинамика [Текст]. - М.: Наука. Физматлит. 1998.
- Гершензон Е. М. Курс общей физики: Механика: Учеб. пособие для студентов 2-е издание [Текст] / Гершензон Е. М., Малов Н. Н. - М.: Просвещение, 1987.
- Туркина А.В. Механика. Методические указания по выполнению лабораторных работ [Текст]. - М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2008. - 48 с.
