автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Повышение долговечности двигателей внутреннего сгорания путём применения модификатора моторного масла



На правах рукописи

СУРГИН ВЯЧЕСЛАВ ВЛАДИМИРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПУТЁМ ПРИМЕНЕНИЯ МОДИФИКАТОРА МОТОРНОГО МАСЛА (НА ПРИМЕРЕ ЗЕМСНАРЯДА ПР. 1-517-03 «ВАСЮГАН»)

Специальность 05.08.05 - «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

005566525

1 АПР 2015

Новосибирск - 2015

005566525

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Сибирский государственный университет водного транспорта» (ФГБОУ ВО «СГУВТ»)

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Токарев Александр Олегович

Официальные оппоненты: Шеромов Лев Александрович,

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет водного транспорта» (г. Новосибирск), профессор кафедры «Судовых двигателей внутреннего сгорания»

Крашенинников Валерий Васильевич,

кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный педагогический университет» (г. Новосибирск), профессор кафедры «Машинов е дения»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский государственный

университет путей сообщения» (г. Новосибирск)

Защита состоится 05 мая 2015 г. в 13 часов (ауд. 227) на заседании диссертационного совета Д 223.008.01 при ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет водного транспорта» по адресу: 630099, г. Новосибирск, ул. Щетинкина, 33, ФГБОУ ВО «СГУВТ» (тел./факс (383)222-49-76, e-mail: nsawt_ese@mail.ru или ese_sovet@mail.ru).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет водного транспорта» и на официальном сайте ФГБОУ ВО «СГУВТ»: wwvv.nsawt.ru.

Автореферат разослан 20 марта 2015 г.

Учёный секретарь л , ^ Коновалов

диссертационного совета /О' ¿"■■—^s* • > Валерий Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные темпы роста экономики и развития промышленного производства ведут к интенсификации использования техники и ужесточают требования к повышению её долговечности с минимизацией затрат на эксплуатационные расходы. Практика показывает, что ресурс двигателей внутреннего сгорания (ДВС) судовых энергетических установок значительно меньше конструктивного ресурса, установленного заводом - изготовителем, в 1,5 раза. Одна из причин этого - отсутствие средств, позволяющих воздействовать на пары трения ДВС в процессе эксплуатации техники.

Существующие в ремонте технологии восстановления деталей ДВС на основе наращивания поверхностей трения с нагревом вызывают нежелательные структурные и геометрические изменения металла, требуют дополнительных технологических операций, связанных с их устранением, использования дорогостоящего металлорежущего оборудования, а около 45 % наращенного металла во время обработки превращается в стружку. Эти методы ремонта связаны с разборкой, мойкой, дефектовкой, сборкой и обкаткой, что значительно повышает затраты труда и средств на восстановление деталей. Применение таких технологий, как правило, возможно, только при централизованном восстановлении. В настоящее время в большинстве ремонтных предприятий ремонт проводится заменой изношенных деталей на запасные части, что значительно снижает эффективность данных технологий.

Сокращение затрат труда и средств на ремонт силовых установок возможно при использовании модификаторов моторного масла (МММ), позволяющих повысить долговечность ДВС, не разбирая его и не снимая установки с эксплуатации. Их применение не получило широкого распространения из-за недостаточной изученности закономерностей воздействия на сопряжения трения ДВС. В связи с этим исследование и апробация новых энерго- и ресурсосберегающих МММ, позволяющих повысить долговечность пар трения ДВС, является актуальным и имеет большое научно-техническое значение.

Цель работы - повышение долговечности двигателей судовых энергетических установок путём разработки модификатора моторного масла.

Объект исследований — процессы изнашивания и восстановления вращающихся пар трения двигателей судовых энергетических установок.

Предмет исследований — зависимость интенсивности износа вращающихся пар трения двигателей при использовании модифицированных моторных масел с различными концентрациями серпентина и металлов.

Задачи исследования:

1. Изучить влияние различных концентраций серпентина и металлов в составе модификатора на интенсивность изнашивания вращающихся пар трения двигателей судовых энергетических установок;

2. Обосновать метод определения необходимого количества модификатора, вносимого в моторное масло, для повышения ресурса вращающихся пар трения;

3. Разработать модификатор на основе серпентина и металлов;

4. Экспериментально подтвердить повышение долговечности ДВС путем модифицирования моторного масла разработанным модификатором.

Методы исследования. При выполнении работы использовались теории ДВС, методы математического и имитационного моделирования, математической статистики, теории вероятностей, математического анализа, теории точности, методы расчёта размерных цепей, методы планирования экспериментов, методы оптимизации, теория надёжности. При экспериментальных исследованиях применялись современные физико-химические методы и методики: экспрессная эмиссионная спектрометрия, фотоэлектрическая колориметрия и др. Теоретические и экспериментальные исследования выполнены с использованием ЭВМ.

Основные научные положения, защищаемые автором:

1. Впервые получены результаты исследования влияния серпентина и сплава медь - олово (далее металлов) при их совместном введении в моторное масло, на износ вращающихся пар трения ДВС судовых энергетических установок.

2. Разработан модификатор моторного масла и принцип его действия.

3. Разработан метод определения необходимого количества модификатора, вносимого в моторное масло, для повышения долговечности вращающихся пар трения ДВС судовых энергетических установок.

Научная новпзпа работы:

— на основании экспериментальных исследований показано, что механизм действия разработанного модификатора позволяет повысить долговечность ДВС судовых энергетических установок за счёт снижения износа вращающихся пар трения;

— предложена математическая модель износа кривошипно-шатунного механизма (КШМ) ДВС, позволяющая обосновать минимально необходимое количество разработанного модификатора, вносимого в моторное масло при определённой наработке ДВС;

— новизна технических решений при лабораторных исследованиях разработанного модификатора подтверждена двумя патентами РФ на полезную модель [6, 7].

Личный вклад автора. В диссертации представлены результаты исследований, полученные автором самостоятельно, а также совместно с сотрудниками ФГОУ «НГАСУ» и компании ООО «Мастодонт», занимающийся исследованиями в области естественных и технических наук.

При этом автору принадлежат:

— планирование и проведение экспериментальных лабораторных исследований;

— обобщение экспериментальных исследований и установление основных закономерностей исследуемых процессов;

— математическая модель определения износа КШМ ДВС при определенной наработке.

Практическая значимость работы заключается в том, что применение разработанного модификатора моторного масла и метода определения его количества для внесения в различные ДВС судовых энергетических установок позволяет увеличить их долговечность путем снижения интенсивности изнашивания вращающихся пар трения. Предложенная экспериментальная установка позволяет снизить затраты времени на проведение износных испытаний.

Реализация результатов исследований. Основные научные результаты, полученные в исследованиях, и практические рекомендации внедрены в ООО «Мастодонт»; используются в учебном процессе при изучении студентами ряда дисциплин в Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете.

Апробация исследований. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на:

— научно-практической конференции аспирантов Инженерного института, Новосиб. гос. аграр. ун-т (Новосибирск, 2008 — 2010 гг.);

— VII региональной научной студенческой конференции аграрных вузов Сибирского федерального округа «Прикладные аспекты студенческой науки аграрных вузов Сибирского федерального округа» (Иркутск, 2008 г.);

— II этапе Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых учёных высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства РФ Сибирского федерального округа по номинации «Агроинженерия» (Красноярск, 2008, 2009 гг.);

— межвузовской научной студенческой конференции «Интелектуальный потенциал Сибири», секция «Современные проблемы транспорта» (Новосибирск, 2008, 2009 гг.);

— I ежегодной научно-практической конференции аспирантов Инженерного института Новосибирского государственного аграрного университета, посвященной памяти Михаила Андриановича Анфиногенова (Новосибирск, 2009, 2010 гг.);

— Международном молодёжном инновационном форуме Interra 2010 (Новосибирск, 2010 г.)

— всероссийском конкурсе «Молодые новаторы аграрной России» по номинации «Агроинженерия» (Орёл, 2010 г.);

— бизнес-инкубировании и разработке бизнес-плана в рамках молодёжного форума «Лаврентьевский прорыв» (Новосибирск, 2012 г.)

— Международном молодёжном инновационном форуме Interra 2012 (Новосибирск, 2012 г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликованы в 15 научных статьях (в том числе по перечню ВАК — 8); по теме диссертации получено 2 патента на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы, включающей 118 наименований и приложения. Работа изложена на 107 страницах, содержит 31 рисунок и 26 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены актуальность, цель и задачи диссертационной работы, научная новизна, практическая значимость, представлены основные положения, выносимые на защиту, а также сведения об апробации и внедрении основных результатов в производство.

В первой главе (Состояние вопроса и задачи исследования) проведён обзор опубликованных работ, выполнен анализ долговечности судовых энергетических установок, методов их повышения путём поверхностных упрочнений деталей в трибоузлах и модифицированием моторных масел, поставлены цель и задачи исследований.

Рассматривая надёжность силовой установки в целом, необходимо учитывать надёжность её отдельных элементов. Исходя из этого, любую силовую установку можно представить как единый механизм. Элементы такого механизма при работе не резервируются, выход из строя любого элемента механизма приведёт к отказу машины в целом. Проведённый в работе анализ показал, что простои судового транспорта в текущем ремонте по причине неисправности двигателя составляют 10,5 %, трансмиссии - 42,4 %. Таким образом, на устранение отказов силовых установок приходится 52,9 % простоев всех эксплуатирующийся судов. Это связано с неустановившимся режимом работы и значительной перегрузкой при изменении условий в водной среде. На данный процесс оказывают влияние непостоянство скорости течения воды, субъективные качества машиниста, техническое состояние машины, погодные условия и т.д.

Долговечность трущихся деталей можно повысить за счёт физического улучшения антифрикционных, противоизносных, противозадирных и других свойств материалов трения, приводящих к повышению их износостойкости, химической стойкости и т.п. Исследования М.М. Хрущёва, Б.Н. Костецкого, Б.И. Дерягина, ИВ. Крагельского и многих других учёных позволили разработать фундаментальные положения о формировании триботехнических свойств сопряжений.

Менее затратным и более перспективным способом повышения долговечности двигателей судовых энергетических установок является модифицирование моторных масел. Наиболее эффективным способом модифицирования моторных масел является введение в него серпентина или металлов. Это подтвердили многочисленные исследования таких ученых, как В.И. Балабанова, Д.Н. Гаркунова, A.B. Дунаева, В.Н. Дураджи, В.Б. Ломухина, А.К. Ольховацко-го, С.П. Хазова, А.Ю. Шабанова и др.

Во второй главе (Разработка модификатора моторного масла и методика экспериментальных исследований) обоснован состав разработанного модификатора, механизм его действия и приведена методика экспериментальных исследований.

Принцип действия предложенного в работе модификатора рассматривает внутренний адсорбционный эффект Ребиндера.

На рисунке I показана физическая картина разрушения поверхностей трущихся деталей. Полярная молекула моторного масла (или частица продукта износа) 2 попадает в микротрещину. Воздействующая на частицу сила давления у\-5-У

Р =-

дав

0)

1 — тело детали; 2 — частица продукта износа или полярная молекула; 3 - микротрещина

где II Б-

Рисунок

Классическая

схема Ребиндера

- абсолютная вязкость масла, Нс./м ; площадь соприкосновения трущихся тел, м2;

V — скорость перемещения трущихся поверхностей, м/с;

Атш - толщина смазочного слоя, м от подъёмной силы смазочного материала, раскладывается на две силы и которые в свою очередь через точки контакта молекулы с телом детали начинают действовать на деталь, в результате чего увеличивается микротрещина 3 и происходит ускоренный процесс изнашивания детали, работающей в трибо-узле.

Учитывая свойства серпентина притягивать к своей поверхности частички металла, определяем состав разработанного модификатора: соединяясь в одной жидкой среде при определённом процентном соотношении, серпентин и металлы будут образовывать конгломераты, в середине которых будут находиться частички серпентина, а на поверхности более мелкие частички металла

(рисунок 2).

Действие разработанного модификатора происходит следующим образом. Конгломерат частичек разработанного модификатора, проходя над небольшой трещиной (выбоиной) на поверхности трения детали, цепляясь за нее частичками металла, будет заполнять трещину (рисунок 3), а оставшиеся конгломераты с небольшим количеством металлических частичек и частичкой серпентина, повторно проходя над небольшой трещиной (выбоиной) на поверхности трения детали, образуют метало - минеральный слой (рисунок 4).

Образованный на поверхности трения детали метало - минеральный слой будет распределять силу давления ^дав (рисунок 4), уменьшая тем самым силы предотвращая рост микротрещины 5, снижая скорость износа детали в трибоузле.

Частички меюлщ Чавт» 00ярм*е

[ гЧ^

Рисунок 2 - Конгломерат частичек предложенного модификатора

1 — тело детали; 2 — тело взаимно перемещающейся детали; 3 - конгломерат частичек предложенного модификатора; 4 — частички метал-

1 - тело детали; 2 — тело взаимно перемещающейся детали; 3 - частички металла; 4 — смазочное масло; 5— метало - минеральный слой

ла; 5 - смазочное масло

Рисунок 3 - Заполнение трещины (выбоины) частичками металла

Рисунок 4 - Образование метало - минерального слоя

Исходя из поставленных задач, экспериментальные исследования проводились в четыре этапа:

1. Исследования процессов изнашивания вращающейся пары трения при ее смазывании: а) чистым моторным маслом; б) моторным маслом с введенным в него модификатором на основе серпентина; в) моторным маслом с введенным в него модификатором на основе металлов.

2. Исследование процесса изнашивания вращающейся пары трения с различными концентрациями компонентов в разработанном модификаторе.

3. Анализ опытных данных и определение зависимости износа вращающейся пары трения от концентрации компонентов в разработанном модификаторе.

4. Апробация разработанного модификатора.

Для исследования воздействия такого модификатора на износ вращающейся пары трения была разработана экспериментальная установка, схема узла трения которой показана на рис. 5.

Узел трения работает следующим образом.

Насадочный вал 5 устанавливается на основание 1, на вал 5 устанавливаются разделители 7 и вращающиеся образцы 3, которые крепятся мягким уплотнителем 9 и запорной гайкой 10. В нагрузочные узлы 2 устанавливаются неподвижные контр образцы с отверстиями для подачи смазочного материала 4, которые крепятся стопорными винтами 6. Смазочное масло поступает самотеком из резервуаров, установленных выше образцов по вертикали, не указанных на схеме. На нагрузочные узлы прикладывается необходимая для проведения испытания нагрузка, через отверстия в неподвижных контр образцах 4 подается необходимый для проведения исследования смазочный материал.

А-А

1.

- неподвижные контр образцы с отверстиями для подачи смазочного масла; 6 -нагрузочные узлы; 7 — стопорные винты; 8- запорная гайка

Рисунок 5 - Схема узла трения исследовательской установки

Насадочный вал 5 вращается с частотой 1500 об/мин. После проведения исследования в течение необходимого времени неподвижные контр образцы 4 и вращающиеся образцы 5 вынимаются из установки для определения их износа и оценки антифрикционных свойств смазочного материала. На данную конструкцию получен патент РФ.

Разработанная исследовательская установка позволяет обеспечить идентичность условий эксперимента, проводить сравнительные исследования образцов с различными смазочными материалами, сокращая время исследований вдвое и повышая идентичность эксперимента с условиями эксплуатации.

При проведении экспериментальных исследований необходимо было измерять и регистрировать следующие параметры:

— изменения веса неподвижного контр образца после проведения испытания;

— процентный состав вносимых модификаторов в моторное масло;

— процентный состав разработанного модификатора.

В качестве смазочных материалов для проведения исследований использовали:

— для эксперимента № 1 - чистое моторное масло 5W30;

— для эксперимента № 2 - моторное масло 5\Л^30 с введённым в него модификатором Ес£1"а1 ДВС (серпентин);

— для эксперимента № 3 - моторное масло 5'№30 с введённым в него модификатором РиМЕТ (сплав медь — олово);

— для эксперимента № 4 - моторное масло 5'\М30 с введённым в него разработанным модификатором (серпентин и сплав медь — олово).

Сталь - 40ХНМА использовалась для вращающегося образца, а бронза -Бр05ЦНС5 для неподвижного контр образца.

Для оценки зависимости износов образцов во всех экспериментах использовался полином второй степени.

Модель полиномы второй степени для экспериментов № 1 — 3

у = Ъ0+Ьхх + Ъ2х2, (2)

где ^—параметр исследуемого объекта;

х — фактор, влияющий на исследуемый объект;

Ъ, Ьи Ь2 - коэффициенты регрессии.

Модель полиномы второй степени для эксперимента № 4

У = Ь0 + Ь1Х1 + Ь2Х2 + Й,2*1*2 + 1*!2 + ^22*2 ' (3)

где у - параметр исследуемого объекта;

ось х2 - факторы, влияющие на исследуемый объект;

Ь, Ьи Ъ2, Ьи, ¿>22, Ъ\2 - коэффициенты регрессии.

В силу небольшого числа факторов для экспериментов № 1 - 3 проводили исследования по плану однофакторного, а для № 4 полного факторного эксперимента.

В третьей главе (Анализ результатов экспериментальных исследований) приводятся результаты экспериментальных исследований оценки интенсивности изнашивания образцов при смазывании моторным маслом с применением модификатора на основе серпентина, модификатора на основе металлов, разработанного модификатора и без них, а также результаты его апробации на дизельном двигателе и земснаряде типа ДЭР-250.

По результатам лабораторных экспериментов № 1 — 3 получены зависимости износа образцов (рисунки 6 — 8).

4

3,5

О" 3

<3

<о 2,5 «

2 1,5 1 0,5 О

о. ю о

и о

X

/ ...........

/

/

/

У

О 5 10 15 20

Время истирания образца 1:,ч

Рисунок 6 — Зависимость износа образца при его смазывании чистым моторным маслом 5\У30

сэ

<1

О 5 10 15 20

Время истирания образца ^ ч

Рисунок 7 - Зависимость износа образца при его смазывании с применением ЕсНаЬ ДВС (серпентин)

1,2

О

<1

„ ,-ю 0,6

0,4 0,2 О

ф

/

/

■ - / г

_ж

5 10 15

Время истирания образца 1, ч

20

Рисунок В - Зависимость износа образца при его смазывании моторным маслом 5\У30 с применением РиМЕТ (сплав медь - олово)

В результате обработки данных, полученных в экспериментах №1—3 установлены функциональные зависимости износа образца от продолжительности истирания Д(7 = /(1). Для построения математических моделей использован метод наименьших квадратов.

Однородность дисперсий значения отклика эксперимента проверяли по критерию Корхена. Значимость коэффициентов проверяли по ; - критерию Стьюдента. Адекватность полученных зависимостей, отражающих связь функции отклика с исследуемыми факторами (4 — 6), оценивали коэффициентами Фишера.

Уравнение регрессии, характеризующее износ образца при его смазывании чистым маслом:

Ав = 0,0136 + 0,1795/+ 0,002, (4)

где АО - износ образца, г;

/ - время истирания образца, ч.

Уравнение регрессии, характеризующее износ образца при его смазывании моторным маслом с введённым в него модификатором на основе серпентина:

Ав = 0,0038 +0,371 0,0031/2, (5)

Уравнение регрессии, характеризующее износ образца при его смазывании моторным маслом с введенным в него модификатором на основе металла:

Ав = 0,0019 + 0,05?+ 0,0021 /2 , (6)

По результатам лабораторного эксперимента № 4 получена зависимость износа образцов (рисунок 9).

Концентрация мягких металлов в серпентине у %

ю

Бреыа истирания образца t. ч

Рисунок 9 - Зависимость износа образца при его смазывании моторным маслом 5W30 с введенным в него разработанным модификатором различных концентраций

Уравнение регрессии, характеризующее износ образца при его смазывании моторным маслом с введённым в него разработанным модификатором

AG = 1,453 + 0,29/ - 0,069v- 4,034 • 10"3tv-3,472 • 10 5/2 + 6,773 -10^4v2, (7) где v —концентрация мягких металлов в серпентине, %.

Далее уравнения (4 — 6) аппроксимировали на 50 часов истирания с интервалом в 10 часов. Уравнение (6) аппроксимировали на 50 часов истирания с интервалом в 10 часов и концентрациями металла в серпентине 25, 50 и 75%. Совместный график аппроксимированных данных потери веса образца приведен на рисунке 10.

14

12

и Ю в

3 8

с.

1С о

и 6

в

а

О -2

0 10 20 ..... ^ - -К

Время истирания, ч

■Образец, смазываемый модификатором на основе мягких металлов

•Образец, смазываемый чистым маслом

«■»Л-* Образец, смазываемый разработанным модификатором с 50% серпентина и 50% металлов

" Образец, смазываемый разработанным модификатором с содержанием 25% серпентина и 75% металлов

—Образец, смазываемый модификатором на основе серпентина

Образец, смазываемый разработанным модификатором с содержанием 75% серпентина и 25% металлов

Рисунок 10 - Совместный график аппроксимированных данных потери веса образца

Взяв производную от уравнений (4) и (7), получим уравнения интенсивности изнашивания соответствующих образцов:

— = 0,1795+ 0,0041 (8)

= 0,217 - 6,944 • 10~51+13,546 ■ Ю-4 V

сЦу

Результаты аппроксимации уравнений износа представлены в таблице 1.

Время аппроксимации, ч Потеря веса образца, г/ч

Без применения модификатора С применением модификатора 25% С применением модификатора 50% С применением модификатора 75%

10 0,220 0,182 0,149 0,115

20 0,260 0,182 0,148 0,114

30 0,300 0,181 0,147 0,113

40 0,340 0,181 0,146 0,113

50 0,360 0,181 0,146 0,112

Анализируя совместный график аппроксимированных данных потери веса образца (см. рисунок 10), можно сделать вывод, что применение разработанного модификатора увеличивает долговечность трущегося сопряжения в диапазоне концентрации состава от 25 до 75% металла в серпентине. Наиболее оптимально подходит для практического применения 75%-й состав, так как не только способен повысить долговечность трущегося сопряжения, но и при определенной наработке частично его восстановить. Из таблицы 1 следует, что скорость износа в среднем снижается в 1,2 - 3,2 раза в зависимости от применяемого состава разработанного модификатора.

Результаты апробации разработанного модификатора на дизельном двигателе 248,5/11 приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Масса вкладышей шатунных подшипников коленчатого вала

до и после 700 ч работы дизельного двигателя 248,5/11

Деталь До испытаний, г [ После испытаний, г | Разность, г

Первый цилиндр

Верхний вкладыш 62,040 62,140 0,100

Нижний вкладыш 62,370 62,450 0,080

Второй цилиндр

Верхний вкладыш 62,280 62,350 0,070

Нижний вкладыш 62,020 62,150 0,130

Из таблицы 2 видно, что износ вкладышей отсутствует, а имеет место небольшое увеличение их веса, что подтверждает результаты лабораторных исследований.

Результаты исследования физико-химических показателей работающего масла на двигателях SKODA 6S160, установленных в качестве вспомогательных на земснаряде проекта 1-517-03 «Васюган».

Механические примеси. Содержание нерастворимых осадков в основном находилось в пределах 0,90 - 1,30 %. Минимальное значение, наблюдаемое в данном исследовании, 0,74 %, а максимальное - в момент добавления в масло модификатора - 1,9 %.

Зольность свежих масел определяется составом присадки. В процессе работы двигателя наблюдалась стабилизация этого показателя. При работе двигателей на чистом масле средняя зольность составила 0,393 % с пределами колебаний 0,30 - 0,50 %, а при работе на масле с введённым в него модификатором - 0,601 % с пределами колебаний 0,47 - 0,75 %.

Вязкость моторного масла в процессе эксплуатации за счёт окисления увеличивалась, а случаев существенного разжижения масла топливом не наблюдалось. Введение модификатора в масло никак не повлияло на его вязкостные показатели. Практически двигатели работали в среднем на масле с вязкостью 10-12 сСт.

Температура вспышки. В исследуемых двигателях температура вспышки работающего масла была в среднем выше 210 °С. В процессе наблюдения отмечено только два случая снижения температуры вспышки до 188 °С.

Плотность распределения элементов в работающем масле на двигателях SKODA 6S160, установленных в качестве вспомогательных на земснаряде типа ДЭР-250, по результатам спектрального анализа представлена на рисунках 11-14.

» Без модификатора С применением модоф^каторз

15

Рисунок 1 1- Плотность распределения железа

и Без модификатора ' С применением модификатора

ТТт» ft_________ О 2

о-«"» ¿.«¡¿г......-------.0.________

V os*

Sn, г/т

Рисунок 12 - Плотность распределения олова 15

ш Без модификатора С. применением модификатора

РЬ, г/т

Рисунок 13 - Плотность распределения свинца

s Без модификатора

• С применение« модификатора

Ö-

1

—-Q.....

О*»

0,005-,

а

о,овв--¿ öYo 0,015- о ого_

u.uib 002{} ■ 0,025- о0зо_

0,025 оазо идеи 0,035 — 0,033- 0,040

Си, т/т

Рисунок 14-Плотность распределения меди

Анализ рисунков 11—14 показал, что при использовании предложенного модификатора в двигателях SKODA 6S160 при общей наработке 1850 часов снижается содержание продуктов износа в работающем масле в среднем на 2560 %.

В четвертой главе (Оценка экономической эффективности результатов исследований) обоснована математическая модель определения износа кривошипно-шатунного механизма ДВС в различный период наработки механизма и приведен расчет экономической эффективности от использования разработанного модификатора.

Принимаем, что масса изношенного слоя металла на поверхностях трения должна быть равна массе слоя, привносимого модификатором:

GH3=GM+(GM-Y), (10)

где Gm - масса изношенного слоя, г;

GM — масса вносимого модификатора в моторное масло, г; у - коэффициент, учитывающий потери модификатора в маслофильтре и осаждении на дне картера.

На рисунке 15 показана область теоретического износа вкладыша и шейки коленчатого вала за цикл эксплуатации до капитального ремонта.

1 7

1 — корпус ДВС; 2 — шейка коленчатого вала; 3 - смазочное масло; 4 - область теоретического износа

Рисунок 15 — Область теоретического износа

Для расчета нужной массы модификатора, вносимого в ДВС, необходимо определить объёмы теоретически возможного износа вкладыша и коленчатого вала. Данный расчёт позволяет произвести предложенная нами формула:

Gm =

nDl

Вп -

TiDt

Вв \ \-Рв +

ttDI

•д, l-i-f^-

В* 'Л:

(П)

где £>в pi - диаметр вкладыша /-го ремонтного размера, мм;

DB н - номинальный диаметр используемого вкладыша, мм; Вв — ширина вкладыша, мм;

Ök h- номинальный диаметр используемого коленчатого вала, мм; Ас.Pi — диаметр коленчатого вала ¿-го ремонтного размера, мм; рв — плотность материала вкладыша, г/мм2; рк — плотность материала коленчатого вала, г/мм2;

7из — продолжительность работы ДВС до капитального ремонта, км или ч; ?из м — продолжительность работы ДВС на момент расчёта, км или ч.

Расчёт экономической эффективности применения предложенного модификатора на земснаряде тип ДЭР-250 с двигателями SKODA 6S160 при эксплуатации на предприятии ФБУ «Администрация Обского бассейна внутрених водных путей» показал возможность экономии за счёт увеличения наработки

разработанного модификатора на дизельном двигателе подтвердила его способность снижать интенсивность износа вращающихся пар трения.

3. Применение предложенного модификатора на двигателях SKODA 6S160, установленных в качестве вспомогательных на земснаряде типа ДЭР-

250, показало снижение продуктов износа в работающем масле в среднем на 25 - 60 %.

4. Получена математическая модель, позволяющая определять минимально необходимую массу разработанного модификатора для внесения в двигатели судовых энергетических установок.

5. Разработана экспериментальная установка, позволяющая производить параллельные испытания нескольких образцов, в два раза снизить продолжительность испытаний и повысить их точность при сравнительных исследованиях за счёт идентичности условий.

6. Проведённые исследования дали возможность создать ряд модификаторов моторного масла для двигателей судовых энергетических установок:

— модификатор с содержанием 75 % серпентина и 25 % металлов для применения в двигателях с наработкой от 5 до 40 % от начала эксплуатации;

— модификатор с содержанием 50 % серпентина и 50 % металлов для применения в двигателях с наработкой от 40 до 70 % от начала эксплуатации;

— модификатор с содержанием 25 % серпентина и 75 % металлов для применения в двигателях с наработкой от 70 до 90 % от начала эксплуатации.

7. Экономический эффект от применения предложенного модификатора на предприятии ФБУ «Администрация Обского бассейна внутрених водных путей» эксплуатирующем земснаряды типа ДЭР-250, состави 600 000 р.

Основные положения диссертации представлены в следующих опубликованных работах:

Научные издания по списку ВАК:

1. Сургин В.В. Расчет количества ремонтно-восстановительного состава двигателя внутреннего сгорания / В.Б. Ломухин, В.В. Сургин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. № 10 — М., 2010. — С. 22-23.

2. Сургин В.В. Научные аспекты выбора ремонтно-восстановительных составов для строительных машин и их узлов / А.Б. Виноградов, В.Б. Ломухин, И.В.Лаптева, В.В. Сургин // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2011. - № 7. - С. 68-72.

3. Сургин В.В. Ремонтно-восстановительные составы и возможность их классификации/ А.Б. Виноградов, В.Б. Ломухин, ИВ.Лаптева, В.В. Сур-гин//Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2011. — № 8-9. — С. 54-58.

4. Сургин В.В. Расчет количества ремонтно-восстановительного состава для двигателей строительной техники на примере коленчатого вала/А.Б. Виноградов, В.Б. Ломухин, И.В.Лаптева, В.В. СургишУИзвестия высших учебных заведений. Строительство. —2011. —№ 10. — С.80-83.

5. Сургин В.В. Гипотеза о механизме действия ремонтно- восстановительных составов на строительные машины и составляющих их узлы/А.Б. Вино-

градов, В.Б. Ломухин, И.В.Лаптева, В.В. Сургин//Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2011. - № 11. - С.71 -75.

6. Сургин В.В. Лабораторные исследования модификатора моторного масла на основе серпентина и мягких металлов /А.Б. Виноградов, В.Б. Ломухин, В.В. Сургин//Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2012. — № 6. — С.69-73.

7. Сургин В.В. Применение модификатора моторного масла на основе серпентина и мягких металлов при эксплуатации земснаряда типа ДЭР-250 /А.Б. Виноградов, В.Б. Ломухин, В.В. Сургин/УИзвестия высших учебных заведений. Строительство. -2012. -№7-8. -С.90-95.

8. Сургин В.В. Использование модификатора моторного масла на основе серпентина и мягких металлов в судовых энергетических установках / В.Б. Ломухин, В.В. Сургин, И.В. Лаптева, А.О. Токарев//Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока 2014 г., №3, с. 136 -138

Патенты на полезную модель:

9. Пат. 81332 Российской Федерации, МГЖ RU 81332 U1. Машина трения для испытания образцов / Ломухин В.Б., Сургин В.В. [и д.р.]; заявитель и патентообладатель Новосиб. гос. аграрный ун-т. -№ 2008132991/22; заявл. 11.08.08; опубл. 10.03.09: Бюл. №7.-8 е.: ил.

10. Пат. 88450 Российской Федерации, МПК RU 88450 U1. Машина трения для испытания образцов с подачей масла между образцами под давлением / Ломухин В.Б., Сургин В.В. [и д.р.]; заявитель и патентообладатель Новосиб. гос. аграр. ун-т. - № 2009123886/22; заявл. 22.06.09; опубл. 10.11.09; Бюл. № 31. — 6 е.: ил.

Прочие публикации:

11. Сургин В.В. Исследования воздействия ремонтно- восстановительных составов на поверхности трения / В.В. Сургин // Материалы ежегодной научно-практической конференции студентов и аспирантов Инженерного института НГАУ (7 мая 2009 г.) / Новосиб. гос. аграр. ун-т. — Новосибирск, 2009 — С. 2527.

12. Сургин В.В. Параметры моторного масла и их влияние на экологические и ресурсные показатели / В.Б. Ломухин, В.В. Сургин // Вестник НГАУ. № 9 / Новосиб. гос. аграр. ун-т. - Новосибирск, 2009 - С. 59-64.

13. Сургин В.В. К вопросу о возможности восстановления деталей вращения в режиме штатной эксплуатации на примере вал - вкладыш / В.Б. Ломухин, В.В. Сургин // Материалы I научно-практической конференции студентов и аспирантов, посвященной памяти Анфиногенова Михаила Андриановича / Новосиб. гос. аграр. ун-т. - Новосибирск, 2009. - С. 14-16.

14. Сургин В.В. Технология восстановления деталей вращения в режиме штатной эксплуатации на примере вал — вкладыш / В.Б. Ломухин, В.В. Сургин // Инновационно-промышленный форум. — Уфа, 2010. - С. 59-62.

15. Сургин В.В. Расчет необходимого количества ремонтно- восстановительного состава без дополнительной диагностики двигателя / В.Б. Ломухин, В.В. Сургин // Материалы П научно-практической конференции студентов и аспирантов, посвященной памяти Анфиногенова Михаила Андриановича / Но-восиб. гос. аграр. ун-т. — Новосибирск, 2010. - С. 12-13.

Подписано в печать 27.02.2015 г. с оригинал-макета.

Бумага офсетная №1, формат 60x84 1/16, печать трафаретная-Шво.

Усл. печ. л.1,0. Тираж 130 экз., заказ № 30. Бесплатно.

ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет водного транспорта», (ФГБОУ ВО «СГУВТ»)

630099, Новосибирск, ул. Щетинкина, 33.

Отпечатано в издательстве ФГБОУ ВО «СГУВТ»