автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Снижение износа деталей двигателя Д-240 применением присадки ДТРZn к моторным маслам (для условий Гвинеи)

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ Ш<У4Н0- ЙССЛВДО ИАТЕЛЬСК Ш ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ СССР

На правах рукописи УДК 621.431.73.019.7

КАМАРА АБУ

СНИЖЕНИЕ ИЗНОСА ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ Д-240 ПРИМЕНЕНИЕМ ПРИЗАМИ ДТР1п К МОТОРШМ МАСЛАМ

(для условий Гвинеи)

Об.25.03 - эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1990

Работа выполнена в Белорусском институте механизации и электрификации сельского хозяйства (БШОК).

Научный руководитель - кандидат технических наук,доцент

A.Т. ФИШЕЙ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессо{

B.П.СУСЛОВ

кандидат технических наук, ст.научн. сотр. А.Г.КУЛИКОВ Ведущая организация - Государственный агропромышленный Комитет БССР

Защита диссертации состоится "Л/ " /^'</¿>'1990 г. в ч. на заседании специализированного совета Д 122.05.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при ЦНИШЭСХ (220610', г.Минск-49, ул.Кнорина,1).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЦНИШЭСХ.

Автореферат разослан " сьЛ^у*-* с'Ь-Э 199Й г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд.техн.наук И. И.Пиуновский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Проблема повышения работоспособности двигателей внутреннего сгоранил (Д*ЗС) охватывает широкий спектр технических и экономических задач, первостепенной из которых является снижение износа деталей путем примензния специальных присадок к моторным маслам. Б настоящее время широкое использование присадок сдерживается из-за недостаточной изученности взаимодействия их компонентов с примесями, продуктами износа-и нагаром в моторном масле. Сдерживающим ф&нтором являетоя также отсутствие данных о роли присадки в образовании на поверхностях трения вторичных структур, их влиянии на триботех-ничиские характеристики подвижных сопряжений под действием изменяющихся температурных, нагрузочных и скоростных характеристик работы двигателя.

Таким образом, необходимость исследования присадки к моторным маслам обусловлена недостаточной изученностью еэ применения и необходимостью снижения износа деталей подвижных сопряжений тракторного двигателя.

Б связи с этим исследования, направлешгае на изучение использования присадкиДТР£я с целью увеличения долговечности деталей подвижных сопряжений двигателей внутреннего сгорания, имеют актуальное значение.

Цель исследований - снижение износа деталей двигателя, Д-240 путем применения присадки ДТР2п к моторным маслам.

Задачи исследований:

1. Выявить влияние температурного, нагрузочного и скоростного режимов работы двигателя Д-2401 на износ деталай цилиндро-поршневой группы (ВДГ).

2. Провести стендовые и лабораторные исследования износа основных деталей ЦПГ двигателя Д-240 в зависимости от температурных, скоростных и нагрузочных характеристик.

3. Изучить влияние присадки ДTP¿/l к моторным маслам на изнашивание деталей ЦПГ, образование нагара и исследовать продукты износа. *

Объект исследований - тракторный двигатель Д-240. • Научная новизна. Обосновано направление снижения износа деталей 1ЩГ тракторного двигателя путем применения присадки ffTPZ.fi к моторным маслам.

Выявлены закономерности влияния присадки на формирование оксидных планон, продукты износа и нагар, изменение триботех-нических характеристик и износ деталей ВДГ, а также темпера- . турного, нагрузочного и скоростного режимов работы тракторного двигателя на износ его деталей.

Практическая ценность. Рекомендована присадка ДТР1/1 к моторным маслам с целью повышения долговечности ВДГ без ее разборки.

Реализация. Результаты исследований одобрены и рекомендованы к использованию на ремонтных предприятиях СССР и Гвинеи.

Апробация. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях БИМСХ (Минск, 1988-19Ш гг.) и Гвинейской республиканской конференции (Конакри, 1989 г.).

Публикация. По материалам диссертации опубликованы четыре статьи.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 142 страницах ыаиинспи'снопо текста. Состоит из введения, пяти глав, обпих выводов, списка использований литературы ( 130 наименований, в том числе 14 на иностранном языке) и приложений. Содержит 21 рисунков и 34 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель исследований и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе "Состояние вопроса и анализ влияния эксплуатационных параметров тракторного двигателя на его работоспособность" рассмотрены современные представления о трении и изнашивании деталей, особенности изнашивания деталей подвижных сопряжений ЦПГ двигателя внутреннего сгорания, выявл! ны основные параметры, влияющие на работоспособность тракторно го двигателя.

Как показал анализ 'литературных источников, количество дефектных деталей ДВС вследствие износа при их эксплуатации составляет 50...80%. Износ деталей - результат воздействия на них высоких температур, скоростей и нагрузок При работе узлов трения.

Исследованиями советских и зарубежных ученых: Д.Н.Гарку-нова, Г.Г.Бурлако, Е.Д.Радченко, Ю.Н.Шехтера, А.А.Вратковой, В.М.Школьникова, А.А.Фураова, Ф.Н.АвдОнбника, Г.А.Адояна, М.А.Григорьева, Н.С.Дцановича, О.Ю.Коцюбинского, С.И.Крымова, И.А.Мишина, А.В.Подэея, М.М.Севернева, З.П.Суслова, А.П.Егоро-ва.В.ИЛерноиванова, А.В.Ииколаенко и других установлено, что снижение износа деталей двигателя может быть обеспечено путем применения специальных присадок к моторным маслам. Особую значимость применение присадки в моторном масле приобретает в условиях Галнейекой республики: повышенная температура воздуха, его затзденносгь, отсутствие ренонхно-обслуяива'ацей базы.

Во второй главе "Общ.ит методика исследований" приведена характеристика изучаемых объектов,изложена методика проведения экспериментов, дано описание частных методик,применяемых для опенки износа деталей ЦПГ двигателя Д-240, выбора контролируемых параметров при стендовых испытаниях, сбора экспериментальных данных по динамике накопления продуктов износа в моторной масле и их обработки с использованием методов математической статистики и анализа.

При исследовании продуктов износа применялся олекгронный микроскоп STEM 100, оснащений детектором КЕВЕКС и датчиком; при проведении рентгеновских анализов - электронный трансмиссионный микроскоп Филипс ЕМ 400 с детектором, позволяющим осуществлять анализ легких элементов. С целью достижения достоверной информации о состоянии поверхностей деталей сопряжений после изнашивания и о продуктах износа использовалась влектронная спектроскопа с системами S ТЕМ , STEHG 501 и Vû-EEL 580, что дало возможность анализировать состав и структуру продуктов износа и углерода в моторной масле.

В третьей главе "Исследование и анализ износа деталей подвижных сопряжений тракторного двигателя" изложены результаты изучения влияния температурного.нагрузочного, и скорост-

ного режимов работы тракторного двигателя на состояние и износ деталей ЦПГ.

Установлено, что при работе двигателя на моторном масле М-ЮГ2 в температурном режиме 353...373К достигается минимальный износ ЦПГ. С повышением температуры системы охлаждения двигателя от 373 до 383К интенсивность изнашивания деталей возрастает в 1,2-1,3 , а при увеличении от 383 до 393К в 1,8-2,5 раза.

Износ деталей ЦПГ зависит также ог скоростных и нагрузочных режимов их работы. Гак, средняя скорость изнашивания на холостом ходу в 6,2-9,9 раза меньше, чем при максимальной нагрузке. На максимальных скоростном режиме и нагрузке двигателя концентрация меди и моторном масле возрастает от 1,1 'КГ5 до 8,2 * а железа - от 1,1 • Ю~4 до

8,3 ' 10"$ в час. При изменении нагрузки двигателя до 95% интенсивность изнашивания увеличивается соответственно от 0,33 * 1СГа до 26,7 Ю-8 И от 3,33 : Ю-7 до 28 • Ю_7г в час.

На основании многофакторного эксперимента определены оптимальные режимы работы двигателя Д-240 с точки зрения еффеитивности его работы и минимального износа деталей (табл.1).

» Таблица I'

Зависимость кригерйя оптимальности -дог »фиктивности мощности двигателя

Отношение ! Эффективная модность двигателя, кВт аффективной--------------------------'----------

к°иэносу ,7'35 44,7122,05129,4 136,75! 44,1 ! 51,45! 58,8

! 1 ? I ! ! !

М Д, 5,С 8,6 10,4 11,3 11,9 13,1 12,5 13 ^ 9,0 17,1 24,4 26,3 31,6 33,2 33,6 33,6

Наибольшие значения критерия оптимальности - от

8,6 до 13,1 по железу и от 17,1 до 33,6 по меди получены при работе двигателя с "эффективной мощностью от 14,7 до 53,8 кВт, температуре моторного масла 358...383К и частоте вращения коленчатого вала 1670.. 2080 мин .

Ферро-и спектрографическими методами исследований выявлено, что продукты износа в моторном масле имеют различные размеры, сферическую или спиралевидную форму (табл.2).

Таблица 2

Размер продуктов износа и содержание в них железа в зависимости ог времени работы двигателя

Продолжительность ! Размер частиц износа, ! Содержание желе-работы двигателя, _ мкм___за в продуктах

4 ,крупных \ мелких" ! кзн0са' »

10 90 80 II

50 135 93 40

100 155 112 53

250 I4Í 115 78

350 125 119 61

. Мелкие частицы продуктов ионоса имеют оболочку из смолистых веществ - структуру графита. В зависимости от продолжительности работы двигателя общая масса крупных частиц продуктов износа в могорном масло сначала резко возрастает, а затем снижается. Содержание железа в частицах износа порышается с увеличением общей их массы.

В четвертой главе "Пути повышение работоспособности тра-стогдах двигателей применением присадки" изложены результаты исследований влияния присадки к моторным маслам на механизм трения и изнашивания деталей подвижных сопряжений; взаимодействия присадки с примесями в моторном масле и ее роли в образовании вторичных структур на поверхностях трения, а такте снижении износа деталей. Приведены экспериментальные данные о химическом составе оксидных пленок поверхностей трения, продуктов износа и влиянии нагара'На

5

работоспособность подвижных сопряжений ЦИГ. Установлено, что в моторном масле могут образовываться различные химические соединения и продукты износа - чадо всего сульфанаг кальция (ЯовО^Ра ¿-¿ЪЩ + ... , , оксид дай И карбид кальция СаС03 . В нейтральном смазочном материале присадка претерпевает следующее изменение:

дтргп

1п

и щелочкой среде:

Атрлп+мн-~2лгрк+гп(0-4 ;

(I)

(.2)

В процессе взаимодействия присадки с примесями, находящимися в могорном ыасле5происходит изменение металлической и органической составляющих присадки (табл.3)

' Таблица 3

Сравнительные данные исследований

Состав ! Изменение металлической и органической раствора ______составляющих присадки___________;

1 Полярография ! Титрометрия ! Хромагография

/1ТР1псуль- Без изменения фанат кальция

ДШп +СаС01

ДТР1п+ сульфанаг кальция + -"+ ьаСЦ

ДТР1п +Ш

Без изменения Без изменения

Уменьшение цинка в соста-

Умеиьиение цинка в составе присадки ве присадки

Изменения протекают п виде адсорбции присадки на продуктах износа и минеральных частицах (метод полярографии); образования химических соединений металлической составляющей присадки, т.е. цинка с оксидом кальция (метод титрометрии); образования соединений химических элементов,входящих в присадку, с примесями в моторном масле (метод хроматографии).

В зависимости от содержания сульфаната кальция в моторном масле, среда может быть нейтральной: или иелочной (табл.4).

Таблица 4

Состав моторного масла

Среда

f Содержание химичес-« | |Сульфа~

•_ких элементовЩелочность'Присадка 'нат каль

Г1а 7 Т ~ ОЩЯ (т„% !ШЯ' %

Нейтральная 2,80 3,15 2 I 3,0

Щелочная ' 10,70 0,60 280 I 15,7

Исследования на трибометре с использованием различных моделей смазочного материала (табл.5) показали, что его состав оказывает существенное влияние на триботехнические характеристики поверхностного слоя деталей, величину фактической площади контакта и электрическое сопротивление в контакте, механизм образования защитных пленок поверхностей трения и износ деталей (рисЛ,2).

Установлена общая закономерность: во всех случаях наличие в смазочном материале присадки^/Т^/? снижает величину износа. В процессе работы сопряжений присадка ДТР1п в смазочном материале вступает в реакцию с поверхностями деталей, образуя пленку ДТРРе . В процессе трения эта пленка отделяется от поверхности детали,образуя при этом со смазочным материалом коллоидную среду. Реологическое поведение пленок обусловливает величину и характер изнашивания. 3 зависимости о г вида про-

Таблица 5

Состав смазочных материалов

Номер смазочного ,, Состав смазочного материала, % материала

1 П- додекан

2 Л- додекан + присадкаДТР1п ,1 %

3 П~ додекан + присадка %

сульфанат кальция, Ъ%

4 Л - додекан + сульфанат кальция,

3 %

5 /2- додекан + присадка I % ч

+ сульфанат кальция, 15,7 % .

6 Л- додекан сульфанат кальция,

15,7 %

дукгов износа и примесей, находящихся в этой среде, происходит один из видов износа поверхностей трения: абразивный или молекулярно-мехенический.

Опыты показали, что продукты износа в моторной масле состоят из частиц с металлической основой и частиц из органических соединений - «агара, по структуре аналогичных графиту. Присутствие нагара в моторном масле повышает износ деталей 1ЩГ (рис.3).

В пятой главе "Экономическая эффективность -применения присадки ДГР/л к моторным маслам" приведены сравни, тельные данные о технико-экономической целесообразности использования 'присадки для повышения долговечности деталей ЦПГ тракторного двигателя Д-240 и его аналогов.

©

\ж\

\я

© 1...........■" ■"

© рдш.

© ^ГГГС / хгпх

© , /IX тттс л ум

о 2. м в ь т о

Рис.1. Зависимость электрического сопротивления в контакте деталей подвижных сопряжений от пути трения и состава смазочного материала: I -Л- додекан; 2 - а - додекан + ■\flTPZn I %, 3 - л - додекан + присадка ДТР2п I % +

сУ^ьфанат кальция 3%, 4 -л - додекан + сульфанат кальция о%; 5 -п- додекан + ярнсадка/Г/^/г I % + сульфанат кальция 15%; б - а - додекан +• сульфанат кальция

9*

/¿г // /

/ 1 # -г в о9

•Оапжяг: О* 4 §етгаяява< з!

пгс.*-. Зависимость износа деталей сопряжений от пути грения и состава смазочного материала . (Обозначения

Те Же, ЧТО На РИС.1). значении

з

У

О

О

Рис.3. Зависимость износа деталей ЦПГ от размера частиц нагара (I) и их концентрации в смазочном материале.

Установлено, что с ростом концентрации частиц нагара в моторном масле износ увеличивается. Так, например, при концентрации 0,01, 0,10, 1,00 и 10,0056 величина износа составляет соответственно 1,0; 2,1; 3,5 и 6,1 мкм/'м.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что при загрузке двигателя, близкой к "максимальной, температурном режиме 358...383И , частоте праще-"ния коленчатого вала 1670...2080 мин" интенсивность изнашивания возрастает от 0,33 • Ю"8 до 26,7 • 10~8г/ч по содержанию в моторном масле ММГ^Ьи от 3,33 • Ю~7 до 28 -10 г/ч по . содержанию

2. Минимальный износ сопряжения гильза-поршневое кольцо достигается при температурном режиме работы двигателя 353...37с частоте вращения коленчатого вала 0,85 Пм тах и нагрузке

58,8 кВт. "

У Л А

/

0.0/ О.Ю ШМ,С/,

' «? 1од, им

3. Продукты износа имеют различную геометрическую форму: сферическую - вследствие усталостного изнашивания и спиралепо-добную - в результате абразивного изнашивания деталей при размерах крупных частиц продуктов износа: толщина 0,1 , длина 5 , ширина 10 мкм; а мелких - около I мкм. Интенсивное увеличение в моторном масле крупных частиц продуктов износа обусловливает необходимость проведения 'ГО.

4,. Продукты износа имеют чешуйчатую структуру и состоят из двух фаз - аморфной и кристаллической, основу которой составляют кристаллиты оксида железа ГбзОц:

5. Состав продуктов износа зависит от вида смазочного материала и химических элементов, входящих в присадку.

6. Наличие в моторном масле частиц нагара повышает износ деталей: с увеличением их размера от 20 до 200 нм износ возрастает от 2,4 • Ю-3 до 3,8 • Ю"э, а с повышением концентрации от 0,01 до 10,0 % - от 1,0 до 6,1 мкм/м. Влияние уровня агломерации частиц нагара на величину износа зависит от их состояния: с повышением степени кристаллизации частиц и достижении псевдо-аморфнографитиэировянного состояния частиц износ наибольший - 2,3 • Ю-3 мкм/м.

V. Износ деталей ЦПГ двигателя Д-240, работающего на моторном масле М-ЮГ^ с присадкой ДТР2щ снижается на 40...505?. Условный годовой экономический эффект - около 93 руб. на один двигатель.

Результаты исследований могут быть.использованы в хозяйствах при определении сроков замены цилиндро-поршневой группы, что особенно важно для Республики Гвинея.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах

1. Исследование состава нагара и анализ его влияния на износ тракторного двигателя // Сб.науч.тр./ ЕСХА.. - Горки, 1989. - С. 69-72.

2. Исследование продуктов износа тракторного двигателя //Сб.науч.тр./ ЕСХА. - Горки, 1990. - 8 с.(Соавтор Д.Н.Найде-нович).

3. Повышение ресурса тракторного двигателя применением присадок: Тез. науч.техн. конференции "Повышение работоспособности и надежности с.-х. техники"/ШЮХ.- 1990.- 2 с.

4. Исследование продуктов изнашивания пар трения сталь — чугун // Сб.науч.тр./ БСХА - Горки, 1989.- 3 с.

Подписано в печать 6 - ¿>/, 1990 г. Форма-; 60x84 1/16. Объем 0,9 печ.л. Тираж 100 экз. Заказ Л т.______""Бесплатно.._____________

Отпечатано на ротапринте ЩПШМЭСХ. 220610 Минск:-, Кнорина, I.